GIS地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

廖抿宇

（四川中水成勘院測繪工程有限公司，四川 成都 610000）

近年來，隨著地理信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，目前已在地學(xué)學(xué)科中大規(guī)模的應(yīng)用和全面發(fā)展，同時也涉及到所有空間信息分析處理的領(lǐng)域中。因此，研究地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展勢在必行。

1、地理信息系統(tǒng)的概念

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是在1963年由加拿大測量學(xué)家湯姆林遜（RogerF.Tomlinson）首次提出的，并建立了世界上第一個GIS——加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）。

在國內(nèi)有時又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”或者“資源環(huán)境信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)（SpatialInformation System），它是一個在計算機硬件、軟件支持下，對整個或部分地球表層空間中的地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、模擬、分析、顯示和描述的系統(tǒng)。這里的“地理”二字是指地理坐標(biāo)參照系統(tǒng)，也即按地理坐標(biāo)來組織空間數(shù)據(jù)。關(guān)于地理信息系統(tǒng)的定義又可以認為是由兩個方面組成的。一方面，地理信息系統(tǒng)是一門科學(xué)，是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的交叉學(xué)科；另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個處理地理空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)。

地理信息系統(tǒng)主要由計算機硬件系統(tǒng)，計算機軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)，管理和使用人員以及空間數(shù)據(jù)這四個部分組成的。

2、地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用

GIS的應(yīng)用范圍十分廣泛，憑借其博才取勝和運籌帷幄的優(yōu)勢，它已成為國家宏觀決策和區(qū)域多目標(biāo)開發(fā)的重要技術(shù)工具，在資源管理、規(guī)劃設(shè)計、災(zāi)害監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、國防以及軍事上都有應(yīng)用。

2.1.GIS在資源環(huán)境管理中的應(yīng)用

資源清查是地理信息系統(tǒng)最基本的職能。利用GIS的分析和統(tǒng)計功能，提供資源環(huán)境管理的各種基本信息，并通過對應(yīng)用模型的建立，為政府的決策提供依據(jù)和幫助。如美國資源部和威斯康星州合作建立了以治理土壤侵蝕為蛀牙目的的多用途、專用的土地GIS。該系統(tǒng)通過收集耕地面積、濕地分布面積、季節(jié)洪水覆蓋面積、土壤類型、專題圖件信息、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)信息，建立了潛在的威斯康星地區(qū)的土壤侵蝕模型，據(jù)此，探討了土壤惡化的激勵，提出了合理的改良方案，達到對土壤資源保護的目的。

2.2.GIS在道路交通管理中的應(yīng)用

近年來，GIS在交通方面的應(yīng)用得到了廣泛的重視，并形成了專門的交通地理信息系統(tǒng)GIS-T，以滿足道路交通管理方面的要求。GIS在交通管理方面的應(yīng)用主要有路廊設(shè)計（通過分析土地利用圖、地形圖以及現(xiàn)有道路網(wǎng)等多種空間數(shù)據(jù)，定出公路最終線向）、道路管理，主要是指動態(tài)分段管理（在數(shù)據(jù)庫中記錄道路的每種屬性的起點到道路原點的距離，并不是真將道路切斷存儲，適合于動態(tài)的分析）、流量和路徑分析（包括道路網(wǎng)絡(luò)分析和最短路徑尋找等）。

2.3.GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

通過地理信息系統(tǒng)將城市數(shù)據(jù)信息歸并到一個統(tǒng)一的系統(tǒng)中，然后進行城市與區(qū)域的開發(fā)和規(guī)劃，包括城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、城市建設(shè)用地適宜性評價、環(huán)境質(zhì)量評價、道路交通規(guī)劃、公共設(shè)施配置，以及城市環(huán)境的動態(tài)檢測等。這些功能的實現(xiàn)是以地理信息系統(tǒng)的空間搜索方法、多種信息的疊加處理和一系列分析軟件（回歸分析、模糊加權(quán)評價、各種規(guī)劃模型、系統(tǒng)動力學(xué)模型等）加以保證。如北京某測繪部門以北京市大比例尺地形圖為基礎(chǔ)圖形數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上綜合疊加地下及地面的八大類管線（包括上水、污水、通訊、燃氣等管線）以及測量控制網(wǎng)，規(guī)劃道路等基礎(chǔ)測繪信息，形成一個機遇測繪數(shù)據(jù)的城市地下管線信息系統(tǒng)。

2.4.GIS在災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

利用地理信息系統(tǒng)，借助遙感遙測數(shù)據(jù)，可以有效地進行森林火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報、洪水災(zāi)情監(jiān)測和洪水淹沒損失的估算，為球在搶險和防洪決策提供及時準(zhǔn)確的信息。如在汶川大地震中，我們可以利用遙感遙測數(shù)據(jù)和實地統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過GIS技術(shù)建立災(zāi)情發(fā)布系統(tǒng)，在疾病監(jiān)測、重點基礎(chǔ)設(shè)施保護、應(yīng)急指揮與管理、移動和車載制圖、資源跟蹤和管理、災(zāi)害損失估計以及相關(guān)信息的發(fā)布等功能的實現(xiàn)，為抗震救災(zāi)做出相應(yīng)的貢獻。

2.5.GIS在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用主要包括兩個方面：一方面是GIS與流行病研究；另一方面是GIS與醫(yī)療設(shè)施分布。其中GIS與流行病研究主要是應(yīng)用于對流行病的數(shù)據(jù)可視化、空間數(shù)據(jù)分析以及流行病模型的建立。GIS與醫(yī)療設(shè)施分布中，應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)施規(guī)劃，通過分析由調(diào)查統(tǒng)計獲得的數(shù)據(jù)，并對其進行社會經(jīng)濟分類，然后建造合理的小社區(qū)診所。

GIS在醫(yī)療衛(wèi)生中的另一個重要應(yīng)用就是將上述兩個方面結(jié)合起來，建立空間決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括對流行病分布情況、醫(yī)療設(shè)施的分布情況進行可視化表達，以及對感染人群的流向等方面的控制，為流行病的防控提供決策支持。

2.6.GIS在軍事和國防中的應(yīng)用

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的一個基本特點就是與“3S”技術(shù)的緊密結(jié)合，從戰(zhàn)略構(gòu)思到戰(zhàn)術(shù)安排各個環(huán)節(jié)。通過遙感遙測等手段獲得數(shù)據(jù)，然后利用地理信息系統(tǒng)對獲得的數(shù)據(jù)進行分析和處理，再結(jié)合全球定位系統(tǒng)對目標(biāo)攻擊點進行定位。

3、地理信息系統(tǒng)發(fā)展的熱點問題

3.1.GIS設(shè)計與實現(xiàn)的方法學(xué)問題

由于缺乏嚴(yán)格的工程管理和好的分析設(shè)計方法支持，GIS軟件系統(tǒng)的可靠性和可維護性差。這是一個長期以來人們一直在盡力解決但還未解決的問題。

3.2.GIS的功能問題

當(dāng)前以數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS，還不能完全滿足社會和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展在空間分析、預(yù)測預(yù)報、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應(yīng)用效益和生命力。

3.3.GIS地理信息的深加工問題

目前，GIS還遠未發(fā)揮它提供結(jié)論性專題地圖和數(shù)據(jù)集方面的作用，這涉及對GIS地理信息進行深加工的問題。這種深加工的結(jié)果可以是結(jié)論性的專題地圖，也可以是結(jié)論性的專題數(shù)據(jù)集。

3.4. 空間信息可視化技和虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）

GIS可視化主要研究以下幾個方面：運用動畫技術(shù)制作動態(tài)地圖，可用于涉及時空變換的現(xiàn)象或概念的可視化分析；運用VR技術(shù)進行地形環(huán)境仿真，真實再現(xiàn)地景；運用圖形顯示技術(shù)進行空間數(shù)據(jù)的不確定性和可靠性的檢查，把抽象數(shù)據(jù)可視化，由此發(fā)現(xiàn)規(guī)律；可視化技術(shù)用于視覺感受及空間認知理論的研究。

4、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

4.1.GIS網(wǎng)絡(luò)化

對于GIS的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是起到質(zhì)變作用的重要技術(shù)。萬維網(wǎng)的發(fā)展給GIS數(shù)據(jù)在更大范圍內(nèi)的發(fā)布、出版、獲取和查詢提供了有效可行的途徑。網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的使用從視覺上給提供和使用地理數(shù)據(jù)的人們帶來了方便。地理數(shù)據(jù)不僅可以按照地理位置、專題內(nèi)容、生產(chǎn)機構(gòu)、使用價格等進行搜索，甚至可以直接在網(wǎng)上進行數(shù)據(jù)的各類空間操作，使用網(wǎng)絡(luò)提供的各類模型進行模擬，直接產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)結(jié)果，真正地實現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)就是計算機”這一新的概念模式。

4.2.GIS標(biāo)準(zhǔn)化

GIS 發(fā)展到今天這個規(guī)模，能夠在各種領(lǐng)域得到使用，使人們不斷意識到軟件、硬件、數(shù)據(jù)等要素進行必要的標(biāo)準(zhǔn)化才能實現(xiàn)更有效、更廣泛地對GIS的使用。其中內(nèi)容可能包括GIS的各個組成部分、各個操作過程、各種數(shù)據(jù)類型、軟件硬件系統(tǒng)等。標(biāo)準(zhǔn)化真正實現(xiàn)將使人們能在一個共同理解的基礎(chǔ)上共享信息和資源。

4.3.數(shù)據(jù)商業(yè)化

地理數(shù)據(jù)的開發(fā)、更新和維護既費時又費力，在GIS界曾經(jīng)有認同結(jié)果，GIS硬件、軟件和數(shù)據(jù)的造價比是1︰10︰100，所以如何更有效地生產(chǎn)和維護地理數(shù)據(jù)將會是GIS未來面對的主要挑戰(zhàn)之一。

4.4.系統(tǒng)專門化

目前，GIS軟件和系統(tǒng)還是作為一個整體獨立存在。許多軟件提供全面的GIS功能，可以在任何一種需要GIS的部門使用，沒有具體專業(yè)領(lǐng)域的限制；而從使用機構(gòu)的角度來看，很多機構(gòu)都只需要GIS軟件中的部分功能。軟件的部件見化是這個趨勢的前兆，也為GIS軟件的專業(yè)化做了必要的準(zhǔn)備。將來的各類應(yīng)用系統(tǒng)中，GIS可能會作為一個必備的部件存在。

4.5.GIS全球化

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展縮小了世界的空間，使人與人之間的距離也縮短了。在這個環(huán)境里，GIS越來越發(fā)展成為一種有效的工具來幫助人們了解他們所生存和依賴的自然條件狀況和社會變化狀況。GIS的標(biāo)準(zhǔn)化也將進一步促進它在國際范圍內(nèi)的推廣和使用。

4.6.GIS大眾化

GIS不僅在國際舞臺上已經(jīng)越來越受到人們重視，甚至在人們?nèi)粘Ｉ钪幸财鸬搅嗽絹碓街匾淖饔谩Ｔ贕IS界有人曾經(jīng)說過，全球80% 的人都離不開GIS，所以GIS的大眾化是不可避免的。

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