GIS的發展趨勢分析

梁金蘭　劉盤雄

摘 要：介紹了GIS概況，分析了GIS 的基本現狀及未來發展趨勢。

關鍵詞：GIS；互聯網；Internet

1 GIS研究現狀及其分析

1.1 GIS研究現狀

20世紀90年代以來，由于計算機技術的不斷突破以及其它相關理論和技術的完善，GIS在全球得到了迅速的發展。在海量數據存儲、處理、表達、顯示及數據共享技術等方面都取得了顯著的成效，其概括起來有以下幾個方面：①硬件系統采用服務器/客戶機結構，初步形成了網絡化、分布式、多媒體GIS；②在GIS的設計中，提出了采用“開放的GIS環境”的概念，最終以實現資源共享、數據共享為目標；③高度重視數據標準化與數據質量的問題，并已形成一些較為可行的數據標準；④面向對象的數據庫管理系統已經問世，正在發展稱之為“對象--關系DBMS”；⑤以GIS為核心的“3S”技術的逐漸成熟，為資源與環境工作提供了空間數據新的工具和方法；⑥新的數學理論和工具采用GIS，使其信息識別功能、空間分析功能得以增強等等。

在GIS技術不斷發展下，目前GIS的應用已從基礎信息管理與規劃轉向更復雜的區域開發、預測預報，與衛星遙感技術相結合用于全球監測，成為重要的輔助決策工具。據有關部門估計，目前世界上常用的GIS軟件己達400多種。盡管現存的GIS軟件很多，但對于它的研究應用，歸納概括起來有二種情況：一是利用GIS系統處理用戶的數據；二是在GIS的基礎上，利用它的開發函數庫二次開發用戶專用的GIS軟件。目前已成功應用包括資源管理、自動制圖、設施管理、城市和區域規劃、人口和商業管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領域。在美國及發達國家，GIS的應用遍及環境保護、災害預測、城市規劃建設、政府管理等眾多領域。近年來，隨著我國經濟建設的迅速發展，加速了GIS應用的進程，在城市規劃管理、交通運輸、測繪、環保、農業等領域發揮重要的作用，取得了良好的經濟效益和社會效益。

1.2 當前GIS發展的主要問題

基于以上GIS技術現狀研究，本文分析認為GIS技術在模型、數據結構等方面存在著不足，一定程度上制約了GIS技術的發展。

1.2.1數據結構方面存在的問題

目前通用的GIS主要有矢量、柵格或兩者相加的混合系統，即使是混合系統實際上也是將兩類數據分開存儲，當需要執行不同的任務時采用不同的數據形式。在矢量結構方面，其缺點是處理位置關系（包括相交、通過、包含等）相當費時，且缺乏與DEM和RS直接結合的能力。在柵格結構方面，存在著柵格數據分辨率低，精度差；難以建立地物間的拓撲關系；難以操作單個目標及柵格數據存貯量大等問題。

1.2.2 GIS模型存在的問題

傳統GIS模型是按照計算機的方法對客觀世界地理空間不自然的分割和抽象，使得人們認知地理空間的認知模型與計算機中的數據模型不能形成良好的對應關系，難以表達復雜的地理實體，更難滿足客觀世界的整體特征要求。在GIS軟件開發中，如果語義分割不合理，將難以有效表達地理空間實體間的關系，這就導致較深層次的分析、處理操作難以實現。隨著GIS應用需求領域的不斷開拓及計算機技術的迅速發展，對空間數據模型和空間數據結構提出了更高的要求，使得傳統的地理空間數據模型力不從心，逐漸暴露其弊端。

目前，面向對象的數據模型一定程度上解決了傳統GIS數據模型的某些不足，但是OODB（面向對象數據庫）目前仍未在市場以及關鍵任務應用方面被廣泛接受，因為OODB作為一個DBS還不太成熟，如缺少完全非過程性的查詢語言以及視圖、授權、動態模式更新和參數化性能協調等；且OODB與RDB之間缺少應有的兼容性，因而使得大量的已建立起來的龐大的RDB客戶不敢輕易地去選擇OODB。

1.2.3 其他方面亟待解決的問題

當前，GIS正處在一個大變革時期，GIS的進一步發展還面臨不少問題，主要表現在以下幾個方面：①GIS設計與實現的方法學問題。在GIS設計與實現過程中缺乏面向對象的認知方法學和面向對象的程序設計方法學的指導，導致GIS軟件系統的可靠性和可維護性差；②GIS的功能問題。當前以數據采集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS，不能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；③三維GIS模型及可視化問題。目前大多數GIS軟件的圖形顯示是基于二維平面的，即使是三維效果顯示也是采用DEM的方法來處理表達地形的起伏，涉及到地底下真三維的自然和人工現象顯得無能為力。

2.GIS的發展趨勢

2.1“3s”集成

3s是GPS（全球定位系統）、RS（遙感）和GIS的簡稱，“3S”集成是指將遙感、空間定位系統和地理信息系統這三種對地觀測技術有機地集成在一起。地理信息是一種信息流，RS、GPS和GIS中任何一個系統都只側重于信息流特征中的一個方面，而不能滿足準確、全面地描述地理信息流的要求。因此，無論從物質運動形式、地學信息的本質特征還是3S各自的技術特征來說，集成都是科技發展的必然結果。

2.2 GIS與虛擬現實技術的結合

虛擬現實（Virtual Reality）是一種最有效地模擬人在自然環境中視、聽、動等行為的高級人機交互技術，是當代信息技術高速發展和集成的產物。從本質上說，虛擬現實就是一種先進的計算機用戶接口，通過計算機建立一種仿真數字環境，將數據轉換成圖形、聲音和接觸感受，利用多種傳感設備使用戶“投入”到該環境中，用戶可以如同在真實世界那樣“處理”計算機系統所產生的虛擬物體。將虛擬和重建逼真的、可操作的地理三維實體，GIS用戶在客觀世界的虛擬環境中能更有效的管理、分析空間實體數據。因此，開發虛擬GIS已成為GIS發展的一大趨勢。

2.3 分布式技術、萬維網與GIS的結合

目前，隨著Internet技術的迅猛發展，其應用已經深人到各行各業，作為與我們日常生活息息相關的GIS也不例外，它們的結合產生了webgis。當前Webgis系統已經得到迅速的發展，到1999年1月，僅在美國出現的這類系統就有23種之多。又由于客戶端可能會采用新的應用協議，因此也被認為是InternetGIS。

計算機網絡技術的飛速發展，分布式計算的優勢日益凸顯，GIS與分布式技術結合也就成為必然，它們的結合即構成了分布式CIS。它就是指利用最先進的分布式計算技術來處理分布在網絡上的異構多源的地理信息，集成網絡上不同平臺上的空間服務，構建一個物理上分布，邏輯上統一的GIS。它與傳統GIS最大的區別在于它不是按照系統的應用類別、運行環境劃分的，而是按照系統中的數據分布特征和針對其中數據處理的計算特征而分類的。

3.結束語

地理信息系統作為一種決策支持系統，它是以地理空間數據庫為基礎，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統發展速度之快、應用范圍之廣、影響領域之大是其它地理學科無法比擬的，隨著計算機軟硬件技術、網絡技術、多媒體技術、通訊技術的發展，必將推動gis的發展，眾所周知，gis已成為“數字地球”的核心技術，不僅如此，它必將進入各行各業乃至干家萬戶，為人們生產、生活、學習和工作提供地理信息服務。

參考文獻

[1]陳述彭，魯學軍，周成虎.地理信息系統導論.北京：科學出版社，2000.

[2]周濤.WebGISflO 實現技術及發展趨勢Ⅱ]信陽師范學院學報（自然科學版），2003，16（1）：108—112.

[3]陳春來，石純，吳丹.論 webGIs 及其趨勢 U]衡陽師范學院學報（自然科學版），2004，23（3）：98—101。

作者簡介

梁金蘭，男，漢族，河南周口人，鄭州大學地理信息系統2012級本科生。

劉盤雄 ，男，漢，河南南陽人，鄭州大學地理信息系統2012級本科生