GIS地理信息系統的應用與發展

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，隨著地理信息系統的快速發展，目前已在地學學科中大規模的應用和全面發展，同時也涉及到所有空間信息分析處理的領域中。因此，研究地理信息系統的應用與發展勢在必行。

1、地理信息系統的概念

地理信息系統（Geographic Information System，GIS）是在1963年由加拿大測量學家湯姆林遜（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（CGIS）。

在國內有時又稱為“地學信息系統”或者“資源環境信息系統”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統（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據進行采集、儲存、管理、運算、模擬、分析、顯示和描述的系統。這里的“地理”二字是指地理坐標參照系統，也即按地理坐標來組織空間數據。關于地理信息系統的定義又可以認為是由兩個方面組成的。一方面，地理信息系統是一門科學，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科；另一方面，地理信息系統是一個處理地理空間數據的技術系統。

地理信息系統主要由計算機硬件系統，計算機軟件系統，系統開發，管理和使用人員以及空間數據這四個部分組成的。

2、地理信息系統的應用

GIS的應用范圍十分廣泛，憑借其博才取勝和運籌帷幄的優勢，它已成為國家宏觀決策和區域多目標開發的重要技術工具，在資源管理、規劃設計、災害監測、醫療衛生、國防以及軍事上都有應用。

2.1.GIS在資源環境管理中的應用

資源清查是地理信息系統最基本的職能。利用GIS的分析和統計功能，提供資源環境管理的各種基本信息，并通過對應用模型的建立，為政府的決策提供依據和幫助。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。該系統通過收集耕地面積、濕地分布面積、季節洪水覆蓋面積、土壤類型、專題圖件信息、衛星遙感數據信息，建立了潛在的威斯康星地區的土壤侵蝕模型，據此，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用

近年來，GIS在交通方面的應用得到了廣泛的重視，并形成了專門的交通地理信息系統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用主要有路廊設計（通過分析土地利用圖、地形圖以及現有道路網等多種空間數據，定出公路最終線向）、道路管理，主要是指動態分段管理（在數據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，適合于動態的分析）、流量和路徑分析（包括道路網絡分析和最短路徑尋找等）。

2.3.GIS在城市規劃中的應用

通過地理信息系統將城市數據信息歸并到一個統一的系統中，然后進行城市與區域的開發和規劃，包括城鎮總體規劃、城市建設用地適宜性評價、環境質量評價、道路交通規劃、公共設施配置，以及城市環境的動態檢測等。這些功能的實現是以地理信息系統的空間搜索方法、多種信息的疊加處理和一系列分析軟件（回歸分析、模糊加權評價、各種規劃模型、系統動力學模型等）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圖形數據，在此基礎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，規劃道路等基礎測繪信息，形成一個機遇測繪數據的城市地下管線信息系統。

2.4.GIS在災害監測中的應用

利用地理信息系統，借助遙感遙測數據，可以有效地進行森林火災的預測預報、洪水災情監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確的信息。如在汶川大地震中，我們可以利用遙感遙測數據和實地統計數據，通過GIS技術建立災情發布系統，在疾病監測、重點基礎設施保護、應急指揮與管理、移動和車載制圖、資源跟蹤和管理、災害損失估計以及相關信息的發布等功能的實現，為抗震救災做出相應的貢獻。

2.5.GIS在醫療衛生中的應用

地理信息系統在醫療衛生中的應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與醫療設施分布。其中GIS與流行病研究主要是應用于對流行病的數據可視化、空間數據分析以及流行病模型的建立。GIS與醫療設施分布中，應用于醫療設施規劃，通過分析由調查統計獲得的數據，并對其進行社會經濟分類，然后建造合理的小社區診所。

GIS在醫療衛生中的另一個重要應用就是將上述兩個方面結合起來，建立空間決策支持系統。該系統包括對流行病分布情況、醫療設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用

現代戰爭的一個基本特點就是與“3S”技術的緊密結合，從戰略構思到戰術安排各個環節。通過遙感遙測等手段獲得數據，然后利用地理信息系統對獲得的數據進行分析和處理，再結合全球定位系統對目標攻擊點進行定位。

3、地理信息系統發展的熱點問題

3.1.GIS設計與實現的方法學問題

由于缺乏嚴格的工程管理和好的分析設計方法支持，GIS軟件系統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

當前以數據的采集、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域可持續發展在空間分析、預測預報、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應用效益和生命力。

3.3.GIS地理信息的深加工問題

目前，GIS還遠未發揮它提供結論性專題地圖和數據集方面的作用，這涉及對GIS地理信息進行深加工的問題。這種深加工的結果可以是結論性的專題地圖，也可以是結論性的專題數據集。

3.4. 空間信息可視化技和虛擬現實技術（VR）

GIS可視化主要研究以下幾個方面：運用動畫技術制作動態地圖，可用于涉及時空變換的現象或概念的可視化分析；運用VR技術進行地形環境仿真，真實再現地景；運用圖形顯示技術進行空間數據的不確定性和可靠性的檢查，把抽象數據可視化，由此發現規律；可視化技術用于視覺感受及空間認知理論的研究。

4、地理信息系統的發展趨勢

4.1.GIS網絡化

對于GIS的發展，計算機網絡技術是起到質變作用的重要技術。萬維網的發展給GIS數據在更大范圍內的發布、出版、獲取和查詢提供了有效可行的途徑。網絡瀏覽器的使用從視覺上給提供和使用地理數據的人們帶來了方便。地理數據不僅可以按照地理位置、專題內容、生產機構、使用價格等進行搜索，甚至可以直接在網上進行數據的各類空間操作，使用網絡提供的各類模型進行模擬，直接產生新的數據結果，真正地實現“網絡就是計算機”這一新的概念模式。

4.2.GIS標準化

GIS 發展到今天這個規模，能夠在各種領域得到使用，使人們不斷意識到軟件、硬件、數據等要素進行必要的標準化才能實現更有效、更廣泛地對GIS的使用。其中內容可能包括GIS的各個組成部分、各個操作過程、各種數據類型、軟件硬件系統等。標準化真正實現將使人們能在一個共同理解的基礎上共享信息和資源。

4.3.數據商業化

地理數據的開發、更新和維護既費時又費力，在GIS界曾經有認同結果，GIS硬件、軟件和數據的造價比是1︰10︰100，所以如何更有效地生產和維護地理數據將會是GIS未來面對的主要挑戰之一。

4.4.系統專門化

目前，GIS軟件和系統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，沒有具體專業領域的限制；而從使用機構的角度來看，很多機構都只需要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軟件的專業化做了必要的準備。將來的各類應用系統中，GIS可能會作為一個必備的部件存在。

4.5.GIS全球化

網絡技術的發展縮小了世界的空間，使人與人之間的距離也縮短了。在這個環境里，GIS越來越發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的標準化也將進一步促進它在國際范圍內的推廣和使用。

4.6.GIS大眾化

GIS不僅在國際舞臺上已經越來越受到人們重視，甚至在人們日常生活中也起到了越來越重要的作用。在GIS界有人曾經說過，全球80% 的人都離不開GIS，所以GIS的大眾化是不可避免的。

[1]鄔倫，劉瑜，張晶，馬修軍，韋中亞，田園.地理信息系統—原理、方法和應用[M].科學出版社，2001.

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[3]龔健雅.當代地理信息系統進展綜述[J].測繪與空間地理信息，2004.