GIS軟件技術發展趨勢研究

【摘要】 隨著計算機技術的發展，GIS應用水平的不斷提高，GIS的軟件技術產生了新的變革。本文由GIS的發展歷史展開，提出了GIS發展的新趨勢。主要以地理數據的分布式處理、三維GIS、GIS開發快捷化、地理數據標準化為代表的方向上發展，并以國內外GIS軟件在這些趨勢方面的成功應用的為例進行說明。

【關鍵詞】 云GIS 三維GIS 自發式地理信息 應用集成開發平臺 標準化數據模型

Abstract : With the development of the computer technology and the unceasing enhancement for the GIS application level， GIS software technology creates new changes. Based on the development history of GIS， this paper puts forward the new trend of development of GIS. Its direction of the development mainly in the geographic data processing， the 3d GIS， the GIS development high-speeding， and the geographical data standard. This paper explains it by the example of the successful application in these trends in GIS software.

引言

GIS(Geography Information System) 自誕生以來，其平臺軟件技術就非快地發展著，在不斷帶來驚喜的同時，也帶來了挑戰。技術的不斷進步意味著新的應用模式成為可能，從20世紀九十年代末至今，GIS軟件技術已經經歷了三個階段。這三個階段不僅深刻地影響了過去十年的GIS應用開發方式，并把GIS的應用推到前所未有的高度。

第一階段從1970年到1980年，為準備階段，主要經歷了提出倡議、組建隊伍、培訓人才、組織個別實驗研究等階段。第二階段從1981年到1985年，為起步階段，完成了技術引進、數據規范和標準的研究、空間數據庫的建立、數據處理和分析算法及應用軟件的開發等環節。第三個階段從1986年到現在，為初步發展階段，我國GIS的研究和應用進入有組織、有計劃、有目標的階段。

隨著互聯網技術，以及計算機技術、數據庫技術的飛速發展，GIS即將步入新一代發展階段。新一代GIS軟件將在空間數據處理、三維GIS、多來源的數據信息、更為快捷開發模式、行業數據標準化等方面發生革命性的變化。

1.GIS技術發展新趨勢

1.1云GIS(Cloud GIS)

計算機網絡技術的飛速發展，分布式處理(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computing)和網格計算(Grid Computing)的技術也越來越成熟，并在此基本上進一步發展出云計算。云計算與地理信息系統的結合即構成了云GIS。只需要一臺筆記本或者一個手機，用戶就可以通過網絡服務來滿足用戶對GIS功能的需求，甚至包括超級計算這樣的任務。這就是云GIS，用戶無需了解、也不用擔心系統應用運行的具體位置，只需通過終端就可以在任意位置獲取具有超大規模、虛擬化、按需服務等一系列特性的GIS服務。

ESRI的產品ArcGIS 10 Preview Release版本推出，標志著全系ArcGIS產品發展重心向云計算方向的轉移。其子產品ArcGIS Online是ESRI的GIS云計算平臺。它供了大量的GIS工具，包括地理處理分析Geoprocessing和地理定位等。獲取所有這些信息和功能，用戶僅需安裝一個瀏覽器即可。

同樣采用云計算思想的還有 Autodesk公司的Project Twitch。它利用云計算，使用戶可以直接從運行在服務器上的網絡中訪問到Autodesk軟件。

1.2三維GIS

二維空間展示是地理信息科學的核心，無論是在空間關系的原理上，還是數據模型，還是運算，還是在空間分析軟件技術。隨著二維GIS數據模型與數據結構理論和技術的成熟，圖形學理論、數據庫理論技術及其它相關計算機技術的進一步發展，加上應用需求的強烈推動，三維GIS的大力研究和加速發展現已成為可能。

Skyline公司以新的視角提出三維GIS的解決方案Skyline Globe Enterprise Solution(Skyline globe企業解決方案)，使用戶能創建自定義的三維可視化場景，進行瀏覽、查詢和分析，通過三維交互的方式展示大量的空間地理數據，并在此基礎上實現與業務的輕松整合，使其行業應用日益廣泛。它給客戶提供一站式服務，并開放了所有的API，不論是在網絡環境中還是單機應用，讓用戶能夠根據自己的需求定制功能，建立個性化的三維地理信息系統。

北京國遙新天地的產品EV-Globe的地圖服務器不但兼容了二維GIS絕大部分的功能，而且可以提供一般三維GIS平臺不具備的緩沖區分析、最優路徑分析等強大功能，同時，還提供距離測量、線段剖面、折線剖面、區域淹沒、通視分析等三維GIS特色的空間分析功能。此外，用戶還可以在EV-Globe中看到煙霧、塵暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。EV-Globe在空間分析上的優勢，可以說是集二維GIS與三維GIS之長，受到國內市場的青睞。

1.3自發式地理信息(Volunteered Geogra-

phic Information)

自發式地理信息的概念是由Michael F. Goodchild提出來的。它是指用戶通過移動設備和瀏覽器自發貢獻地理數據。在傳統的以電子地圖為基礎的GIS時代，數據提供者與用戶有明顯的界線;而現在，數據使用者和用戶間已沒有明顯界線，因為地理信息的更新與維護可以是數據提供者，也可以是終端用戶。更新與維護是提供者和終端用戶，從專業的定期更新走向大眾化的更新和服務，更新模式從靜態定期更新走向實時和準實時的大眾參與更新。

Google公司的Google Earth是非常典型的由用戶參與地理數據的例子。在Google Earth中可以輕松插入要返回的地點的標記，或者將自己的圖像覆蓋在所創建的地圖上。一切工作都可以在工具欄中完成。還可以將用戶的文件導入到Google Earth中來顯示路線、興趣點、邊界數據等。Google Earth可以理解一種名為KML的語言，在Google Earth應用程序中打開自己的KML文件，然后看著數據顯示在Google Earth圖像中。

有關VGI一個更有說服力的例子就是Wikimapia，它采用的一些程度，已經在Wikimapia百科全書里運行的非常成功，而且將它們提供給地名辭典共享。任何人只要可以上網就可以選擇地球上任何地點為其他添加描述，包括鏈接它的其他資源。任何人都可以編輯詞條，義務評論查看結果，以檢查其準確度和意義。

1.4開發模式的新發展

傳統的常用的開發模式有以下三種:獨立開發、宿主型二次開發、GIS組件二次開發。其中GIS組件二次開發一直是現在應用GIS的主流方向，但是依然存在開發難度大，投入高的問題。而現在出現的應用集成開發平臺的提出，\"零編程、巧組合、易搭建\"的可視化開發大大的提高了GIS降低開發難度提高了開發效率。專業GIS數據模型的建立，簡化GIS開發步驟的同時，推動GIS往數據標準化，行業化的方向發展。

1.4.1應用集成開發平臺

MapGIS K9于2009年4 月由中地數碼發布。MapGIS K9是國家863計劃重點攻關成果。它在開發模型上有新突破，那就是應用集成開發平臺。許多企業普遍采用面向對象、組件化技術開發，這些技術復雜、開發難度大;其次，地理信息系統是跨學科、跨行業的技術，涉及面廣，GIS應用系統需要訪問分布在多個數據源的異構數據，也需要整合諸如文檔、數據庫屬性表等非空間數據;另外，用戶需求不斷變動，系統設計不斷調整，使系統的開發與維護面對巨大的挑戰。

中地數碼在這種形勢下，提出了新一代GIS架構技術及新一代GIS開發模式，率先推出了數據中心集成開發平臺，實現了“零編程、巧組合、易搭建”的可視化開發，使不懂編程的人員開發GIS系統的夢想成為現實，從而推動了人們從重視開發技術細節的傳統開發模式向重視專業、業務的新一代開發模式轉變，掀起了GIS開發和應用領域的一場變革。尤其使用戶在二次開發方面縮短開發周期、節約開發成本、提高工作效率、提升軟件質量等功不可沒。實現了GIS應用開發從重視開發技術細節的傳統開發模式向重視專業及業務流程的新一代開發模式的轉變。

1.4.2行業標準化數據模型

ESRI公司建造很多針對行業應用的數據模型。目標是簡化項目開發的步驟，促進并支持數據標準化的建立。ESRI為各種應用領域分別進行數據庫設計。這些數據庫設計模型目的是為了幫助GIS用戶很快的提高效率，通過ARCGIS開發平臺，使用這些數據庫。

ESRI致力于使ARCGIS數據模型發展成為標準。ESRI跟進及參與了很多標準化的努力的工作，例如ISO(International Organization for Standardization)、OGC (Open GIS Consortium)、FGDC(Federal Geographic Data Committee)、地理空間數據、及ANSI(American National Stand-

ards Institute)。這些標準都在數據模型中都有所體現。每個ARCGIS數據模型采用空間數據表示。每個數據模型詳細說明了其完整的規則、關鍵數據層及特征層。

在ArcGIS數據模型網站中，已經開發有超過25個行業數據模型，概念及邏輯圖。這行數據模型的領域涉及政府、公共安全與應急減災、自然資源、交通運輸、公共事業、商業與公共服務、以及教育。在這些領域中已經有諸多應用，在推動GIS數據標準化方面起著領軍的作用。

2.總結與展望

本文首先分析了GIS技術的發展歷程，然后提出了新一代GIS技術的發展趨勢，并以現有的GIS軟件具有的特性為例進行說明。

互聯網的提出與實施，以及計算機技術、數據庫技術的飛速發展，帶動了GIS的發展發生著變革。在地理信息數據的存儲處理方面有更為高效，在開發模式上朝著快捷化，專業化，標準化的方向上邁進。這給我們帶來前所未有的機遇，在具體的行業應用方面提供了更大的可能。這也必將拉動整個地理信息產業的發展，促使全球地理信息的共享在宏觀上將產生巨大的經濟利益和社會利益，人類將會得到新一代GIS所帶來我們的各種便捷的服務。

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(作者單位:東北農業大學資源與環境學院)