-
GIS
的发展趋势：（整理自李德仁院士的文章，与大家共
享）
GIS
的发展趋势
:
1
、概念的发展
< br>(1)
上世纪
60
年代提出地理
信息系统，现阶段地理信息科学、空间信息科学
(SIS)
，正
经历着
GIS
概念从局部到一般，从单一研究向综合研究的方向
发展
;
(2)GIS
从开始的一种
技术
(
计算机应用系统
)
已经成为一门有自己独特研究领
域、科学问题和研究方法的科学。
2
、基础数据结构的发展
(1)
经历了栅格数据结构、矢量数据结构这两个阶段，目前发展到面向
对象的
数据模型和多库一体化
(
现阶段
以影像库、矢量库和
DEM
库为代表
)
的数据结构
;
(2)
传统的
GIS
系统转向以
GIS
应用为前台、以具有空间数据存储功能的大型
关系数据库
(Oracle8.i)
为后台数据管理的模式
3
、表达技术的发展
(1)
传统的静态、二维数据表达向多比例尺、多尺度、动态多
维和实时三维可
视化方向发展
;
(
2)
真四维时空
GIS
是目前
GIS
理论的研究热点之一
;
(3)
基于金字塔的多比例尺空间数据库，在不同尺度上实时显示空间数据是
目
前的主要空间数据表达方法
;
(
4)
基于多库一体化的
3D
可视化技术
发展迅速。
4
、处理技术的发展
(1)
空间分析技术是
GIS
理论研究的核心问题之一，数据挖掘和知识发现、数
据融合等新理论和新方法不断引入
;
(2)
从
GIS
数据库从挖掘知识以支持遥感图像解译，是遥感图像自动解译的反
向之一。但空间数据挖掘的一系列问题仍出于理论研究阶段
;
(3)
从各异质、异源
GIS
数据库中获取数据以作决策分析，是空间数据融合主
要研究内容之一，和数据挖掘一
样，尚处于理论研究阶段
5
、网络
GIS
、联邦数据库和互操作的发展
(1)
随着计算机网络技术的发展，
G
IS
已成为网络上的分布式异构系统
;
(2)
不同组织、不同部门维护和使用的数据库既相互独立又相互联系，促使联
邦数据
库和互操作的迅速发展
;
(3)<
/p>
互操作意味着不同数据库中数据的直接共享、
GIS
功能的共享以及网络上不
同
GIS
< br>站点之间的协同工作
;
(4)
目前兴起的
LBS
和
MLS
，基于位置的服务和移动定位服务突出反映了这种发
展
< br>
6
、理论基础的发展
<
/p>
(1)GIS
从技术到科学突出的标志是其理论框架的发展，可望
在不久的将来形成
地球空间信息学的理论框架
;
(2)
现阶段可以从七个方面进行地球空间信息学的理论研究
:
基准问题研究
;
信
息标准研究
;
时空变化研究
;
空间信息认知研究
;
空间信
息不确定性研究
;
定量化反演
研究
;
空间信息可视化和表达研究
关于
GIS
的发展
:
GIS(Geography Information System
，地理信息系统
)
技术的迅猛发展使得有
更多的人在接触和使用她。就在几年前
GIS
还是一
个陌生的名词，而今，电子地
图、基于
Internet
的公共多媒体导购导游系统，汽车
GPS
自导
航系统等等，这一
切都使地理信息的需求激增。
GIS
是融合计算机图形和数据库于一体，存储和处理
空间信息的高新技术，它
把地理位置和相关属性有机地结合起来，根据用户的需要
将空间信息及其属性信息准确真
实、图文并茂地输出给用户，满足城市建设、工程
勘测、施工及人们对空间信息的要求，
借助其独有的空间分析功能和可视化表达功
能，进行各种辅助决策。
GIS
的上述特点使之成为与传统的分析方法炯然不同的解
决问题的先进工具，作为现代社会必不可缺少的基础设施，渗入到我们生产生活的
每一环
节。
在全球协作的信息时代，
85
%
以上的决策数据与空间位置相关。面对包罗万象
的信息，传统
方法局限于枯燥无味的数据处理和表现，缺乏直观性和决策可视化。
而
< br>GIS
能够帮助人们将电子表格和数据库中无法看到的数据之间的模式和发展趋势
以图形的形式清晰直观地表现出来，进行空间可视化分析，实现数据可视化、地理
分析与主流应用的有机集成，从而满足决策多维性的需求。
GIS
可以将晦涩抽象的
数据表格变为清晰简明的彩色地图，帮助专业人员
进行决策
;
寻找地域分布规律，
时空变
化的趋势和轨迹
;
优化线路，进行资源调度和管理。
GIS
正在改变着工程技
术人员的观察、收集、发
布和利用信息的固有模式及方法，
使地理数据更多地服务于人
类活动，也为我们带来了更多的方便和前所未有的
机遇。
<
/p>
GIS
作为计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合
的一种边缘性
学科，其发展与其它学科的发展特别是计算机技术的发展密切相关。近年来
GIS
技
术发展迅速，其主要的原动力
来自日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提高的
要求。另一方面，计算机科学及网络
技术的飞速发展为地理信息系统提供了先进的
工具和手段，许多计算机领域的新技术，如
Internet
技术、面向对象的数据库技
< br>术、三维技术、图像处理和人工智能技术都可直接应用到
GIS
< br>中
.
下面我们对当前
GIS
最新发展趋势作一介绍
:
、
GIS
与
Internet/Intranet<
/p>
的结合与应用
1
Internet<
/p>
改变了我们的世界。当前，
Internet/Intranet
正以惊人的速度膨胀
和发展，
Inte
rnet
己不仅仅是一种单纯的技术手段，它己演变成为一种经济方式
< br>-
---
网络经济。现代人们的生活当中己离不开
Internet
。大量的应用正由传统的
C
/S
方式
(
客户机
/
服务器
)
向
B/S
方式
(
浏览器
/
服务器
)
转移，
GIS
技术也是如此。
GIS
< br>技术和
Internet
技术的融合，形成一种新的技术
，我们称之为
WebGIS
。和传
统的
基于
C/S
的相比，
WebGIS
有如下优点
:
(1)
< br>更广泛的访问范围。客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最
新数据，
Internet/Intranet
所特有的优势大大方便了
GIS
的数据管理，使分布式
的多数据
源的数据管理和合成更易于实现。
(2)
< br>平台独立性无论服务器
/
客户机是何种机器。无论
WebGIS
服务器端使用何
种软件，由于使
用了通用的
Web
浏览器，用户就可以透明地访问
WebGIS
数据，在
本机或某个服务器上进行分布
式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实
现远程异构数据的共享。
(3)
降低系统成本。普通
< br>GIS
在每个客户端都要配备昂贵的专业
GIS
软件，而
用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的
浪费。
WebGIS
在
客户端通常只需
使用
Web
浏览器
(
< br>有时还要加一些插件
)
，其软件成本与全套专业
GIS
相比明显要节省得多。另外，由于客户端的简单性而节省的维护费
用也很可
观。
(4)
更简单的操作。要广泛推广应用
GIS
，使
GIS
系统为广大的普通用户所接
受，而不仅仅
局限于少数受过专门培训的专业用户，就要降低对系统操作的要求。
通用的
Web
浏览器无疑是降低操作难度的最好选择。
目前，
WebGIS
在
Internet/Intranet
上的应用为典型的三层结构。三层结构包
括客户机、应用服务器、
Web
服务器
、数据库服务器。这种方式又称瘦客户机系
统。瘦客户机系统是指在客户机端没有或者有
很少的应用代码。在以往的终端和主
机的体系结构中。所有系统都是瘦客户机系统。现在
随着
Internet
技术以及
Jav
a
、
ActiveX
技术的出现，瘦客
户机系统又
重新出现。客户机负责数据结果的显示，用户请求
的提交。地图应用服务器和
Web
服务器负责响应和处理用户的
请求。而数据库服务器负责数据的管理工作。所
有的地图数据和应用程序都放在服务器端
，客户端只是提出请求，所有的响应都在
服务器端完成，只需在服务器端进行系统维护即
可，客户端无须任何维护，大大降
低了系统的工作量。
现在，
WebGIS
得到越来越广泛的应用
。应用方向分为两大类，一类为基于
lnternet
的公共信
息在线服务，为公众提供交通、旅游、餐饮娱乐、房地产、购
物等与空间信息有关的信息
服务。在国内外的站点上己有了成功的应用，提供了大
量的与空间位置有关的各种信息服
务。例如，查一下离你所在位置最近的有哪些酒
店、餐馆、公交车站等等，甚至还能告诉
你酒店的价格是多少，餐馆里有什么特色
菜
;
< br>或告诉你从中关村到天安门的公交路线怎么走，需要坐哪些车，而这些车站在
哪里
。这些服务看似简单，但与我们的日常生活息息相关，不可缺少。
WebGIS
的
另外一类应用为基于
lntranet
的企业内部业务管理。如帮助企业进行设备管理、
线路管理以及安全监
控管理等等。随着企业
lntranet
应用的深入和发展，基
于
lntranet
的
WebGIS<
/p>
应用会有越来越多的市场，也是未来的发展方向。
2
基于数据库技术的海量空间数据管理
GIS
技术的瓶颈之一就是如何解决海量空间数据管理问题。对
于一个城市级的
GIS
系统，其数据量极其巨大，一般达到
GB
的数据量级。和传统的基于文件的管
理
方式相比，利用面向对象的大型数据库技术能够有效地解决这一问题。
在面向对象的空间数据库中，海量地图数据的使用变得更加简单
:
只需建立单
一图层，不必再进行分幅处理。如果用户原来的数据源是分幅的
，可将其全部存储
到一个图层中，数据库将自动对其进行拼接和索引处理，可形成一个完
整的图层。
应用时，在客户端只需极少量的编程
(
实际上只是指定数据源
)
，就可实现对数据库
里数据的动态显示。数据库会根据当前地图客户端的显示视野，自动将此范围内的
图形检索出来，送到客户端显示。因此，即使在服务器端的数据是
GB
级的，在服
务器端的数据量却仅是几十到上百
K
的数量级，大大减轻了客户端系统的配置需
求，并减轻了网络
流量，可通过一般的网络
(
甚至远程
)
客户端进行访问。
利用数据库，可
建立一种真正的
Client/Server
结构的空间信息系
统，不仅解
决了海量数据的存储和管理等问题，也解决了多用户编辑、数据完整性和数据
安全
机制等许多问题，给
GIS
的应用
带来更广阔的前景。
3
高分辨率遥
感影象、
GIS
、
GPS
的结合
现在，高分辨率的遥感影象己逐渐应用到
商业领域当中，最高精度可以达到一
米左右。高分辨率遥感影象意味着人们在数据采集和
数据更新上的一场革命。在传
统的地图数据采集过程中，人们是采用手工作业方式，这要
耗费大量的人力和物
力。而且数据更新的日期很长。但是，利用卫星拍摄的高分辨率的遥
感影象，人们
可以迅速得到几个月前甚至几天前的最新更新数据，成本要降低十几倍，数
据更加
真实准确。高分辨率的遥感影象在商业领域有很多应用，如国土资源统计，灾害评
估，自然环境监测、城建规划等各个领域。
以
GIS
为核心的
3S(Ra
ster
、
GIS
、
< br>GPS)
集成，使得人们能够实时地采集数据、
处理信息
、更新数据以及分析数据。
GIS
已发展成为具有多媒体网络、
虚拟现实技
术以及数据可视化的强大空间数据综合处理技术系统。
遥感是实时获取和动态处理空间信息，对地观测和分析的先进技术系统，是为
GIS
提供准确可靠信息源和实时更新数据的重要保证。
全球定位系统
(GPS)
，主要是为遥感实时数据定位，提供空间坐标，以建立事
实数据库。故可作为数据的
空间坐标定位，并能进行数据实时更新。
上述系统各自独立
，又可平行运行。它们之间的集成，不仅实现了互补，而且
产生了强大的边缘效应，将极
大地增强以
GIS
为核心的综合体系的功能。
< br>
4
三维仿真与虚拟现实
三维
GIS
是许多应用领域的基本要求
。三维和二维相比，能够帮助人们更加准
确真实地认识我们的客观世界。以前的三维显示
只能应用在大型的主机和图形工作
站上，在极少数的部门如地震预测、石油勘探、航空视
景模拟器中得到应用，成本
很高。随着计算机技术的发展，硬件成本不断降低，一台普通
的
PC
机就可以很轻
松地进行真三维显
示和分析。以前的
GIS
大多提供了一些较为简单的三维显示和
操
作功能，但这与真三维表示和分析还有很大差距
.
现在三维
GIS
可以支持真三维的
矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解决了三维空间操作和分析
问题。
5
无线通讯与
GIS
的结合
无线
通讯改变了人们的生活和工作方式。随着无线通讯技术的发展，特别是
Web
技术的应用，使无线通信技术与
GIS
技术以及<
/p>
lnternet
技术的结合成为可
能，
形成一种新的技术
----
无线定位技术
(WireLessLocationTechnology)
。因此也
衍生一种新的服务，即无线定位服务
(WireLessLocationS
ervice)
。无线定位技术
的应用很广泛。利用这种技术，
人们用手机就可以查询到自己所在的位置。再利用
GIS
的空间
查询分析功能，查到自己所关心的信息。
据专家估计，通过
手机无线上网、无线资料传输将是下一个热潮。
GIS
与无线
通讯的结合，使得
GIS
借助于无线通
讯等技术手段更加深入地融入到我们的日常生
活当中。带来更大的市场，为我们提供了前
所末有的机遇。
GIS
己深入到各
行各业。据抽样调查，我国
25
个省市
19
个行业中不同程度地
使用了
GIS
。
GIS
的应用日趋广泛，已成为城市
规划、设施管理和工程建设的重要
工具，同时还进入了军事战略分析、地学领域、移动通
信、文化教育乃至人们的日
常生活当中，其社会地位发生了明显地变化。
GIS
己被公认为
21
世纪的
支柱产
业。
GIS
的发展
:
< br>地理信息系统脱胎于地图，它们都是地理信息的载体，具有获得、存储、编
辑、处
理、分析与显示地理数据的功能。地图是地理学的第二代语言，而地理信息
系统将成为地
理学的第三代语言。二十世纪六十年代初，在计算机图形学的基础上
出现了计算机化的数
字地图。
1950
年，麻省理工学院为它的旋风一号计算机制造
了第一台图形显示器
;1958
年，美
国的一公司在联机的数字记录仪的基础上研制成
滚筒式绘图仪
;
1962
年，麻省理工学院的一名研究生在其博士学位论文中，首次提
< br>出了计算机图形学的术语，并论证了交互式计算机图形学是一个可行的、有用的研
究领域，从而确立了这一科学分支的独立地位。在此基础上，地理信息系统发展起
来。<
/p>
六十年代开拓发展阶段
六十年代初，计算机技术开始用于地图量算、分析和制作，由于机助制图具有
快速、廉价、灵活多样、易于更新、操作简便、质量可靠、便于存储、量测、分
类、
合并和覆盖分析等优点而迅速发展起来。六十年代中期，由于对于自然资源和
环境的规划
管理和应用加速增长的需要，对大量空间环境数据存储、分析和显示技
术方法改进的要求
，以及计算机技术及其在自然资源和环境数据处理中应用的迅速
发展，促使对地图进行综
合分析和输出的系统日益增多。
六十年代中后期，许多与<
/p>
GIS
有关的组织和机构纷纷建立并开展工作，如美国
城市和区域系统协会
(URISA)
在
1966
年成立，美国州信息系统全国协会
(NA
SIS)
在
1969
年成立，
城市信息系统跨机构委员会
(UAAC)
在
1968
年成立，国际地理联合会
(IGU)
的地
理数据遥感和处理小组委员会
在
1968
年成立等。这些组织和机构相继组织了一系
列地理信息系统的国际讨论会。
最初的系统
主要是关于城市和土地利用的，如加拿大地理信息系统
(CGIS)
就是
为处理加拿大土地调查获得的大量数据建立的。该系统由加拿大政府组织于
1963
年开始研制实施，到
1971
年投入正式运行，被认为是国际上最早建立的、较为完
善的大型使用
的地理信息系统。
由于计算机硬件系统功能较弱，限制了软
件技术的发展。这一时期地理信息系
统软件的研制主要是针对具体的
GIS
应用进行的，到六十年代末期，针对
GIS
一些
具体功能的软件技术有了较大进展。
<
/p>
第一，栅格——矢量转换技术、自动拓扑编码以及多边形中拓扑误差检测等方
法得以发展，开辟了分别处理图形和属性数据的途径
;
< br>第二，具属性数据的单张或部分图幅可以与其他图幅或部分在图边自动拼接，
从而
构成一幅更大的图件，使小型计算机能够分块处理较大空间范围
(
或图幅
)
的数
据文件
;
第三，采用命令语言建立空间数据管理系统，对属性再分类、分解线段、
合并
多边形、改变比例尺、测量面积、产生图和新的多边形、按属性搜索、输出表格和<
/p>
报告以及多边形的叠加处理等。
这一
时期的软件主要针对当时的主机和外设开发的，算法尚嫌粗糙，图形功能
有限。
七十年代巩固阶段
进入七十年代以后，由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存
取设备
——硬盘的使用，为空间数据的录入、存储、检索和输出提供了强有力的手
段。用户屏幕
和图形、图像卡的发展增强了人机对话和高质量图形显示功能，促使
GIS
朝着使用方向迅速发展。一些发达国家先后建立了许多不同专题、不同规模、
不同类型的各具特色的地理信息系统。
如美国森林调查局发
展了全国林业统一使用的资源信息显示系统
;
美国地质调
查所发展了多个地理信息系统用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息较典
型的有
GIRAS;
日本国土地理院从
1974
年开始建立数字国土信息系统，存储、处理
和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息，为国家
和地区
土地规划服务
;
瑞典在中
央、区域和市三级上建立了许多信息系统，比较典型的如区域统计数据库、道
路数据库、土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等
;
法国建立了地理数据库
GITAN
系统和深
部地球物理信息系统等。
此外，探讨以遥感数据为基础的地
理信息系统逐渐受到重视，如将遥感纳入地
理信息系统的可能性、接口问题以及遥感支持
的信息系统的结构和构成等问题
;
美
国
喷气推动实验室
(JPL)
在
1976
年研制成功兼具影像数据处理和地理信息系统功能
的影像信息系
统
IBIS(Image Based Information System)
，可以处理
Landsat
影
像多光谱数据
;NASA
的地球资源实验室在
1979
年至
1980
年发展了一个名为
ELAS
的地理信息系统，该系统可以接受
Landsat MSS
影像数据、数字化地图数据、机载
热红外多波段扫描仪以及海洋卫星合成孔径雷达的数据等，产生地面覆盖专题图。
由于这一时期
GIS
的需求增加，许多团体、机构和公司开展了
GIS
的研制工
作，推动
GIS
软件的发展。据
IGU
地理数据遥测和处理小组委员会
1976<
/p>
年的调
查，处理空间数据的软件已有
60
0
多个，完整的
GIS
有
80
多个。这一时期地图数
字化输入技术有了一定的
进展，采用人机交互方式，易于编辑修改，提高了工作效
率，扫描输入技术系统出现。图
形功能扩展不大，数据管理能力也较小。这一时期
软件最重要的进展是人机图形交互技术
的发展。
八十年代突破阶段
<
/p>
由于计算机的发展，推出了图形工作站和个人计算机等性能价格比大为提高的
新一代计算机，计算机和空间信息系统在许多部门广泛应用。随着计算机软、硬件
技术的发展和普及，地理信息系统也逐渐走向成熟。这一时期是地理信息系统发展
的
重要时期。计算机价格的大幅度下降，功能较强的微型计算机系统的普及和图形
输入、输
出和存储设备的快速发展，大大推动了地理信息系统软件的发展，并研制
了大量的微机<
/p>
GIS
软件系统。
< br>由于微机系统的软件环境限制较严，使得在微机
GIS
中
发展的许多算法和软件
技术具有很高的效率，
GIS
软件技术在以下几个方面有了很大的突破。在栅格扫描
输入的数据处理方面
，尽管扫描数据的处理要花费很长的机时
(
与扫描时间相比为<
/p>
10:1)
，但是仍可大大提高数据输入的效率
< br>;
在数据存储和运算方面，随着硬件技术
的发展，
GIS
软件处理的数据量和复杂程度大大提高，许多软件技术固化到专
用的
处理器中
;
而且遥感影像的自动校
正、实体识别、影像增强和专家系统分析软件也
明显增加
;
在数据输出方面，与硬件技术相配合，
G
IS
软件可支持多种形式的地图输出
;
在地理信息管理方面，除了
DBMS
技术已
发展到支持大型地图数据库的水平外，专门研制的适合
GIS
空间关系表达和分析的
空间数据库管理系统也有了很大的发展。
总之，这一时期的地理信息系统的发展有如下特点
:
第一，在七十年代技术开发的基础上，地理信息系统技术全面推向应用
< br>;
第二，开展工作的国家和地区更为广泛，国际合作日益加强，开始探讨建立
国
际性的地理信息系统，地理信息系统由发达国家推向发展中国家，如中国
;
第三，地理信息系统技术进入多种学科领域，从比较简单的、单一功能
的、分
散的系统发展到多功能的、共享的综合性信息系统，并向智能化发展，新型的地理
信息系统将运用专家系统知识，进行分析、预报和决策
;
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