試論GIS 的應用與發展

劉向陽 徐 緯

（1、廣德縣建委，安徽 廣德 242200 2、廣德縣大地勘測隊，安徽 廣德 242200）

任何工程科學的目的都是為了應用，即為了解決實際問題。地理信息系統(Geographic Information System，簡稱GIS)屬于一門工程技術，根據自然資源制圖應用需求而產生，發展于自然資源研究應用，興盛于自然、社會和經濟等實踐。其產生和發展皆與應用有密切的關系，應用是GIS 產生和發展的起因也是歸宿。

1 GIS 的特點

GIS 是采集、存貯、分析、再現空間信息的信息系統，它不僅利用屬性數據，更重要的是空間數據。它具有以下特征：(1)具有采集、管理、分析和輸出多種地學空間信息的能力，具有空間性和動態性；(2)以地學研究和地學決策為目的，以地學模型方法為手段，具有區域空間分析、多要素綜合和動態預測能力，產生高層次高質量的地學派生信息；(3)由計算機支持進行空間數據管理，并由計算機程序模擬常規的或專門的地學分析方法或模型，作用于空間數據，產生有用信息，快速、準確地提供科學決策依據。

2 GIS 的應用和發展

GIS 產生于機助制圖，發展于廣泛應用，興旺于遙感(RS)和全球衛星定位系統(GPS)的結合與技術集成。

GIS 產生和發展是社會進步和技術發展的結果。一方面，隨著社會的發展，信息利用的需求和水平日益提高。迅速發展的社會在產生海量數據的同時，所從事的研究涉及到的參數和條件也越加繁雜，遭遇的問題又要及時決策，這就需要對大量數據進行及時的處理和分析，以便對問題作出實時的應答。為了更加準確的應答，信息的分析不得不從定性分析的傳統步入定位和定量的綜合，使靜態分析兼容動態。同時，信息源日益增加，數據形式多種多樣，必要的轉化處理在所難免，使之能夠符合統一的標準和格式，便于計算機綜合處理和分析。這種客觀需要是地理信息系統產生和發展的根本動力。另一方面，專業技術如自動制圖系統、計算機軟件、硬件技術的提高，以及地學分析的定量化、模型化進步，為地理信息系統的處理和分析功能的改善創造了條件。

地理信息系統正是在技術進步和社會需求的互動中不斷發展的。上世紀50年代末和60年代初，計算機技術獲得廣泛應用之后，地學工作者嘗試將不同內容的地圖信息轉化為數字形式，利用計算機分析、處理地圖內容。這方面的應用首先是從建立土地規劃等自然資源管理信息系統開始的。但是這些還不能稱為真正的地理信息系統。1963年，加拿大測量學家R.T.Tomlinson 首先提出地理信息系統這個術語，并建立了世界上第一個地理信息系統——加拿大地理信息系統(CGIS)。

進入70年代，計算機硬件和軟件水平的提高，為空間數據的輸入、存儲、檢索、和輸出提供了強有力的手段，使GIS 朝著實用化方向發展。許多專業性的地理信息系統在發達國家相繼誕生并投入應用，商業化的GIS 工具軟件也開始出現，大學和研究機構的GIS 研究機構也應運而生，全面推進了GIS 理論和實踐的發展。

80年代是GIS 普及和推廣應用的階段。首先是計算機圖形工作站的出現以及高性能計算機的發展，為增強空間分析提供了技術上的支持，使GIS 被用于解決更加復雜的問題。其次，遙感和衛星技術的提高和普及使用，增加了GIS 的數據量，更進一步拓寬了GIS 的應用領域。GIS 工具軟件更加成熟，涌現了一批高質量的軟件，如 ARC／INFO、Microstation、GENAMAP等。進入90年代，GIS 的發展進入一個新的階段。計算機技術的迅猛發展和快速換代，為GIS技術的提高和應用開辟了新的天地，特別是與遙感(RS)和全球衛星定位系統(GPS)的結合與技術集成，使GIS 的發展和應用發生了質的飛躍。當今計算機領域內非常熱門的技術——客戶／服務器(CLIENT／SERVER)體系、互聯網絡(INTERNET／INTRANET)，面向對象及軟件集成技術的發展，都對傳統GIS 技術產生極大的影晌，GIS面臨全新的發展、革命性的變化。利用這些技術可以在很短時間內開發出復雜的、功能強大的、滿足用戶需要的應用系統。

3 GIS 的應用領域

地理信息系統以其顯著的多學科交叉特征和處理空間數據的獨特功能，使其被廣泛地應用于眾多的研究和應用領域，幾乎滲透到了具有空間數據處理需求的各個方面，農業、土地利用規劃、土地清查、國土整治、野生動物保護、森林防護、漁業、地質、考古、勘探、城市規劃、環境保護與管理、氣候監測等。其成功的應用在很多國家的很多領域里，極大地提高了應用領域的工作水平，顯示了其處理復雜問題的強大的信息處理和輔助決策能力。如在美國三里島核電站事故中，USGS 應用地理信息系統及時作出判斷與決策：日本筑波科學城選址決策的成功實現；加拿大應用CGIS 完成了全國土地資源潛力的估算等。中國近幾年應用亦很普遍，如中國測繪研究院完成的國家基礎地理信息系統研究；中國測繪工程規劃設計中心進行的長春社會服務信息系統研究：北京大學從事的武漢市社會經濟發展決策支持系統研究；中國環境科學院開展過GIS 支持下的流域面源污染研究，廣泛應用于水污染領域。

4 GIS 發展方向

雖然地理信息系統技術和應用取得巨大的發展，但是由于空間的特殊性和復雜性，GIS 的發展仍然還有許多困難需要克服。

首先，是方法學問題。由于缺乏明顯的新的認知方法學和面向對象的程序設計方法學的指導，導致分析設計和實現一個系統的過程和方法同認識一個系統的過程與方法不一致。計算機語言和人的自然語言之間、傳統的“系統分析-系統設計-系統實現”方法和人類認識問題的過程與宏觀層次之間的差異性無法解決，軟件系統的可靠性和可維護性差。

其次，是數據采集、更新、共享和分析。目前多數情況下，采用的跟蹤數字化方法速度慢、精度低：掃描數字化尚未普遍采用；軟件運行不穩定、智能化程度差。數據多來自地圖，遙感動態信息的應用基本沒有解決：多數數據源數據采集方法及其技術集成程度低。數據采集與更新落后狀況阻礙了GIS 的發展。

第三，系統功能深化。目前大多數GIS 仍是側重于數據獲取、存儲、管理和查詢檢索的初級階段，空間分析、預沿預報、決策支持功能很低。已經建立的遙感衛星地面接收系統、圖像數據處理系統、自動觀測臺網系統，將為GIS 提供大量、及時、動態的數據，為GIS 建立動態地理數據庫、模型庫提供條件，為GIS 走向高級支持決策創造了條件。

最后還有3S 集成問題。GIS、RS、GPS 各自代表地圖制圖、攝影測量、遙感和大地測量等學科的前沿技術，目前還沒有實現三者的有機結合，一體化進程還在初步階段。但是，衛星遙感技術的進步，從全球到局部、從宏觀到微觀的人類認知過程，傳統的地圖測繪模式也將從根本上發生變化。

[1]王家耀，等.軍事地理信息系統.北京：解放軍出版社，2007.

[2]馬智民，等.應用地理信息系統設計與實現.西安：西安地圖出版社，2006.