地理信息系統(GIS)的技術分析

孫劍橋

（黑龍江工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050）

1 數據標準化(interoperableGIS)

目前的地理信息系統大多是基于具體的、相互獨立和封閉的平臺開發的，它們采用不同的數據格式，對地理數據的組織也有很大的差異。這使得在不同軟件上開發的系統之間的數據交換存在困難采用數據轉換標準也只能部分地解決問題。另外，不同的應用部門對地理現象有不同的理解。對地理信息有不同的數據定義，這就阻礙了應用系統之間的數據共享，帶來了領域間共同協作時信息共享和交流的障礙，限制了地理信息系統處理技術的發展。

地理數據的繼承與共享、地理操作的分布與共享、GIS的社會化和大眾化等客觀需求，使得盡可能降低采集、處理地理數據的成本以及實現地理數據的共享和互操作成為共識。互操作地理信息系統的出現就是為了解決傳統GIS開發方式帶來的數據語義表達上不可調和的矛盾，這是一個新的GIS系統集成平臺，它實現了在異構地學下多個地理信息系統之間的互相通信和協作，以完成某一特定任務。

2 數據多維化(3D&4DGIS)

GIS處理的空間數據，從本質上說是三維連續分布的。但是，目前GIS的主要應用還停留在處理地球表面的數據上，大多數GIS平臺都支持點、線、面三類空間物體，不能很好地支持曲面 (體)，這主要是因為三維GIS在數據的采集、管理、分析、顯示和系統設計等方面要比二維GIS復雜得多。盡管有些GIS軟件還采用建立數字高程模型的方法來處理和表達地形的起伏，但涉及到地下和地上的三維的自然和人工景觀就顯得無能為力，只能把它們先投影到地表，再進行處理，這種方式實際上還是以二維的形式來處理數據的。這種試圖用二維系統來描述三維空間的方法，必然存在不能精確地反映、分析和顯示三維信息的問題。

三維GIS目前的研究重點集中在三維數據結構(如數字表面模型、斷面、柱狀實體等)的設計、優化與實現，以及可視化技術的運用、三維系統的功能和模塊設計等方面。

另一方面，地理信息系統所描述的地理對象往往具有時間屬性，即時態。隨著時間的推移，地理對象的特征會發生變化，而這種變化可能是很大的，但目前大多數地理信息系統都不能很好地支持地理對象和組合事件時間維的處理。許多GIS應用領域的要求都是基于時間特征的，如區域人口的變化、平均年齡的變化、洪水最高水位的變化等。對這樣的應用背景，僅采取作為屬性數據庫中的一個屬性不能很好地解決問題，因此，如何設計并運用四維GIS來描述、處理地理對象的時態特征也是GIS的一個重要研究領域。

3 系統集成化(componentGIS)

構件式軟件技術成為了當今軟件技術的潮流之一，它的出現改變了以往封閉、復雜、難以維護的軟件開發模式。ComGIS便是順應這一潮流的新一代地理信息系統，是面向對象技術和構件式軟件技術在GIS軟件開發中的應用。

ComGIS的基本思想是把GIS的功能模塊劃分為多個控件，每個控件完成不同的功能。各個GIS控件之間，以及GIS控件與其它非GIS控件之間，可以方便地通過可視化的軟件開發工具集成起來，形成最終的GIS應用。控件如同一堆各式各樣的積木，可以分別實現不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根據需要把實現各種功能的“積木”搭建起來，就構成地理信息系統基礎平臺和應用系統。

組件軟件的可編程和可重用的特點在為系統開發商提供有效的系統維護方法的同時，也為GJS最終用戶提供了方便的二次開發手段。因此，ComGIS會在很大程度上推動GIS軟件的系統集成化和應用大眾化，同時也很好地適應了網絡技術的發展，是一種WebGIS的解決方案。

4 平臺網絡化(WebGIS)

飛速發展的Internet/Intranet己經成為GIS新的系統平臺，利用Internet技術在web上發布空間數據供用戶瀏覽和使用是GIS發展的必然趨勢。從www的任一節點，Internet用戶可以瀏覽WebGIS站點中的空間數據、制作專題圖，進行各種空間檢索和空間分析，這就是基于www的地理信息系統(WebGIS)。WebGIS顯然要求支持Internet/Intranet標準，具有分布式應用體系結構，它可以看作是由多主機、多數據庫與多臺終端通過Internet/Intranet組成的網絡。其網絡Client端為GIS功能層和數據管理層，用以獲得信息和各種應用網絡Serve:端為數據維護層，提供數據信息和系統服務。

WebGIS系統可以分為四個部分:WebGIS瀏覽器，用以顯示空間數據信息并支持Client端的在線處理，如查詢和分析等;WebGIS信息代理，用以均衡網絡負載，實現空間信息網絡化;WebGIS服務器，用以滿足瀏覽器的數據請求，完成后臺空間數據庫的管理;WebGIS編輯器，提供導入空間數據庫數據的功能，形成完整的GIS對象、GIS模型和GIS數據結構的編輯和表現環境。

5 系統智能化(CyberGIS)

賽博空間(CyberSpace)目前在媒體中較多出現，它以計算機技術、現代通訊、網絡技術、虛擬現實技術的綜合應用為基礎，構造出一種人們進行社會交往和交流的新型空間，是一個人工世界。科學家預言未來的人們將在賽博空間里的信息海洋中生活，從一個節點到另一個節點，從一個信息源到另一個信息源進行信息交流和信息創造。世界各地的人們在全新的賽博空間中漫游，實現相互之間的通信、貿易和科教活動。

作為軟件智能體的一種，空間智能體處于分布式網絡計算環境中，感知并作用于這一環境，以各種不同的形式出現，實現空間數據的智能獲取、處理、存儲、搜索、表現以及決策支持。這種空間智能體擁有兩種非常重要的能力:一是利用空間知識進行推理，二是可進化。

在賽博空間中以這種空間智能體作為構成模塊的GIS系統就是CyberGIS，它自動地接受用戶以高級語言描述的指令利用它能夠感知并作用于所處的賽博空間的“本領”。通過與其他空間智能體的交互，為用戶找到賽博空間中所需要的信息。

6 應用社會化(數字地球)

數字地球一詞近來風靡全球，從哲學上說，數字地球是對真實地球及其相關現象統一性的數字化的重現與認識。從技術上說，數字地球是一人在全球范圍內建立的一個以空間位置為主線，將信息組織起來的復雜系統，也就是全球范圍的、以地理位置及其相互關系為基礎而組成的信息框架，并在該框架內嵌入我們所能獲得的信息的總稱。

數字地球在當前以工農業經濟為主體的經濟建設中的重大作用已初見端倪，它在農業、林業、水利、地礦、交通、通訊、教育、環境、人口、城市建設等幾十個領域都能產生巨大的經濟效益和杜會效益，比如農作物監測和估產、土地覆蓋物的識別和評價、地籍的管理和規劃、災害的模擬和預報以及監測和評估等。

作為新的凝聚全人類夢想的目標，數字地球提供了一種前所未有的認識地球的方式，它將對人類與自然的協調和平衡帶來不可估量的推進作用。

GIS未來的發展主要表現為傳統GIS在內容(3D&4DGIS、CyberGIS)和結構(Interoperable GIS、ComGIS、WebGIS)兩方面的完善，這兩個方面都將統一于數字地球框架下。從另一個角度來看，GIS的發展首先面臨著GIS應用領域的具體需求，然后在相關支撐技術的發展和完善下得以實現，而數字地球作為“集大成者”，無疑是GIS最終的發展目標。

7 總結

GIS是20世紀60年代開始迅速發展起來的地理學研究技術，是多種學科交叉的產物。雖然不同領域的學者對GIS的定義并不一致，但廣義而言，凡是對空間資料進行各種處理、應用、分析的系統均可稱之為地理信息系統，它具備地理信息的獲取、存儲、檢索、處理、分析和顯示等功能。

用戶的需要、技術的進步和應用方法理論的提高等因素，深深地影響著GIS的發展，而網絡技術日新月異的飛速發展更是大大加速了GIS普及應用的進程，最終將幫助人類實現建立“數字化地球”的夢想。

[1]田麗.地理信息系統的技術分析中國地名2003-07-30.