淺談GIS的發展現狀

河南 李培

淺談GIS的發展現狀

河南 李培

本文論述了地理信息系統（GIS）的發展歷程以及未來的發展趨勢，從Web GIS、Mobile GIS、VR GIS的應用等方面論述了當前GIS的發展現狀。

GIS；現狀分析；發展趨勢

引言

地理信息系統（Geographic Information Systems，GIS）通過傳統科學與現代技術的結合，成為分析和處理大量空間地理數據的通用技術。GIS是一種空間數據庫管理系統，是一個動態系統，所以不能簡單地把它同地圖數據庫混為一談。它以地理空間數據庫為基礎，采集、存儲、管理、檢索、分析和描述地理分布數據，提供對空間對象進行決策和研究的空間信息系統。其優勢在于其數據綜合、地理模擬和空間分析能力。

20世紀60年代，加拿大測量學家R.F.Tomlinson提出把常規地圖變成數字地圖，由此地理信息系統”誕生。1971年建立了世界上第一個實用的地理信息系統——加拿大地理信息系統（CGIS）。20世紀70年代，計算機軟、硬件技術飛速發展，GIS逐漸成為實用性的應用系統。20世紀80年代，GIS將數據處理與數學模型相結合。

GIS的工作方式也從單機單人操作發展成為多部門多用戶操作，通過網絡可為全社會提供更全面、更便利的服務。GIS的研究內容主要有數據的獲取、存儲、管理、分析、顯示與輸出。

1 GIS發展現狀分析

GIS起源于地圖，是地理信息的載體。與傳統地圖相比，具有信息量大、速度快、思維可視化等優點。隨著科學技術和社會經濟的發展，GIS系統軟件和應用軟件日趨成熟和完善，應用日趨廣泛，使其從一門專業技術發展成為一門獨立的新興學科。

1.1 3D 及 4DGIS（T—GIS）

傳統GIS僅支持點、線、面的平面x、y二維坐標數據，只能處理地球表面的數據。若數據是地表以上或以下的，則只能將其投影到地表再處理。即系統以二維的形式來處理數據，因此被稱為2DGIS。

由于地球及各種物體都是以三維空間的形式存在的，因此二維GIS系統技術對于完整描述地球上的對象就有一定限制。一個三維GIS系統空間信息系統能夠模擬、管理與三維實體相關的信息，并提供決策支持。3DGIS的核心問題是三維空間數據模型的建立，目前各種三維數據模型的研究還處于理論探索階段。

GIS所描述的對象往往具有時間屬性，即隨著時間的推移其特征會發生變化。如區域人口的變化、洪水水位的變化等。在GIS中考慮時間的變化，便產生了時態GIS（Temporal GIS，T-GIS）或4DGIS。T-GIS技術的關鍵問題是建立合適的時空數據模型。

目前國際國內還沒有一個成熟完整的3DGIS系統，與3DGIS相關的系統大多集中在三位可視化方面 。如 EVS、VIS5D、GODOT、Geo02 GEO++、Small World GIS等。

1.2 COM GIS

組件式軟件技術是當今軟件技術的潮流之一。其開發思路是將GIS系統功能分散制作成ActiveXControl和Automation，這些標準可以被任何支持它們的開發環境所調用。可在一定程度上推動GIS軟件的系統集成化和應用大眾化。

組件式GIS是GIS技術與COM技術的結合。其基本思想是：把GIS的各種功能模塊進行分類，劃分為不同類型的控件，每個控件完成各自相應的功能，各GIS控件之間以及GIS控件與其他非GIS控件之間，通過可視化的開發工具集成起來。應用這種開發方式可以對應用程序的局部進行更新，保持其他功能不變，而不必對整個系統進行升級。另外，開發人員可以根據需要從對象庫中選取系統所需要的功能，把這些組件快速地組裝到一起，從而簡化開發過程。

COMGIS的特點：語言無關性、進程透明性、可重用性、無縫集成性、界面友好性，成本低，開發周期短等。鑒于COM技術的以上特點，使得目前基于COM的DDE和ActiveX技術與可視化語言成為GIS軟件開發的主流。

1.3 Web GIS

Web GIS借助于網絡技術，實現空間數據獲取功能。系統分為客戶端、服務器和網絡服務三部分。客戶端對軟、硬件沒有特殊要求，使用WWW協議，實現GIS信息的在線查詢和業務處理等功能；服務器端向客戶端提供信息和服務；兩者通過TCP/IP協議進行連接。在GIS中嵌入HTTP和TCP/IP標準是這種客戶/服務器（C/S）結構實現的關鍵。

GIS系統通過WWW功能得以擴展，用戶可以借助WWW的任意一個節點，瀏覽系統站點的空間數據并進行各種空間檢索和空間分析。目前，盡管已有多種Web GIS產品，但總的來說，其發展仍處于試驗研究階段，問題是如何實現高效的數據互操作等。

WebGIS的特點：分布式體系結構；客戶/服務器（C/S）結構；平臺獨立性；動態交互性；空間資源利用度高；開發工具豐富；系統建設投資小。

1.4 移動GIS

移動 GIS（Mobile GIS），使 GIS、GPS 和無線互聯網相結合，利用WAP（無線應用協議，Wireless Application Protocol）協議，將語言信息轉化為 WML（Wireless Markup language）顯示在移動屏幕上。移動終端主要有個人數字助理（PDA）、智能手機等。

移動GIS的特點：無線定位技術與GIS技術相結合；終端設備的多樣性；處理更多類型的數據信息；數據的安全性差、移動性低；對空間位置依賴性強。

支持WAP協議的移動設備，可隨時隨地無線接入因特網。目前，限制移動GIS發展的主要問題是現有2G移動技術有限帶寬。增大系統的存儲容量，實時性、易操作性，移動WAP GIS、GPS和GSM的進一步的集成已成為移動GIS研究的重要方向。

1.5 VR GIS

虛擬現實技術又稱靈境技術，是指通過頭盔式的三維立體顯示器、數據手套、三維鼠標、立體聲耳機等手段和工具使人能完全沉浸在計算機生成創造的一種特殊的三維立體環境。

目前，VR-GIS數據庫仍采用傳統的GIS數據庫，VR主要用于增強GIS的顯示功能。實現VR與GIS在數據模型和系統功能上的統一，將模型從GIS平臺移植到虛擬環境中，實現將GIS中與柵格有關的應用模型集成到虛擬環境中，將會有利于用戶更方便地分析空間數據，這是當前VR-GIS研究的一個重要方向。

2 發展趨勢

隨著GIS技術的發展，將其與多媒體技術相結合，即將圖形圖像的立體顯示融入數字攝影測量系統（DPS）中。DPS與GIS的集成和多媒體技術的應用把我們感興趣的對象轉換成一個虛擬的實體，我們可以通過GIS的輸出系統用視覺、聽覺等來感知它。上述GIS的發展不是孤立的，而是相互影響、相互促進的。GIS將向著數據標準化、系統集成化、平臺網絡化、空間多維化、應用社會化方向發展。

[1]劉南,劉仁義.地理信息系統[M].北京：高等教育出版社,2002.260-269.

[2]袁峰,周濤發,岳書倉.時態 GIS 初探[J].地質與勘探,2003,39(1)：54-57.

[3]吳信才.MapGIS地理信息系統[M].北京：電子工業出版社,2005.

（作者單位：鄭州旅游職業學院）