§1.4 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展

    本世紀(jì)中葉，計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用標(biāo)志著第一次信息革命的開(kāi)始，人類社會(huì)隨之進(jìn)入信息時(shí)代。信息的巨大物化力量使得它逐漸成為一種重要的社會(huì)資源和社會(huì)動(dòng)力源，從而引起社會(huì)職能、模式、結(jié)構(gòu)、價(jià)值及人們工作、生活方式的變革，人們工作的重點(diǎn)從單獨(dú)的物質(zhì)生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到對(duì)信息的采集、處理、分析和利用上來(lái)。另外，由于社會(huì)的進(jìn)步，人們開(kāi)始覺(jué)悟到對(duì)賴以生存的地球資源的利用，不能是簡(jiǎn)單地掠奪，而應(yīng)將開(kāi)發(fā)和保護(hù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行科學(xué)管理和充分利用。于是興起國(guó)土規(guī)劃、各種資源清查、環(huán)境監(jiān)測(cè)等大型工程。然而，面對(duì)這些大型工程所獲取的海量資源環(huán)境信息，傳統(tǒng)的調(diào)查報(bào)表、統(tǒng)計(jì)圖表和手工制圖的方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足時(shí)代需求，如何利用計(jì)算機(jī)有效地處理相關(guān)信息是地理信息系統(tǒng)產(chǎn)生和發(fā)展的原動(dòng)力。

一、國(guó)際GIS發(fā)展?fàn)顩r:

    介紹地理信息系統(tǒng)在國(guó)際上發(fā)展的四個(gè)階段：探索時(shí)期、發(fā)展時(shí)期、成熟階段和全面應(yīng)用階段。

二、我國(guó)GIS發(fā)展?fàn)顩r:

    介紹我國(guó)地理信息系統(tǒng)主要經(jīng)歷了準(zhǔn)備階段、試驗(yàn)階段、發(fā)展階段和產(chǎn)業(yè)化階段。

三、當(dāng)代GIS發(fā)展動(dòng)態(tài):

    介紹當(dāng)代地理信息系統(tǒng)技術(shù)上的幾個(gè)熱門研究領(lǐng)域：面向?qū)ο蠹夹g(shù)與GIS，真三維GIS和時(shí)空GIS，GIS應(yīng)用模型，InternetGIS，GIS與專家系統(tǒng)和GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合。

一、國(guó)際GIS發(fā)展?fàn)顩r

    1963年，加拿大測(cè)量學(xué)家R.Tomlinson首先提出地理信息系統(tǒng)這一術(shù)語(yǔ)之后，隨著技術(shù)的進(jìn)步、社會(huì)的需求、有關(guān)組織機(jī)構(gòu)的建立，GIS呈“星火燎原”之勢(shì)在全世界迅速發(fā)展起來(lái)。概括起來(lái)，GIS的發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段。

1、20世紀(jì)60年代為GIS思想和技術(shù)方法的探索時(shí)期

    由于40年代和50年代計(jì)算機(jī)科學(xué)、地圖學(xué)和航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，逐漸產(chǎn)生利用計(jì)算機(jī)匯總各種來(lái)源的數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)處理和分析這些數(shù)據(jù)，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)輸出一系列結(jié)果，作為輔助決策的有用信息，這就產(chǎn)生了最早地理信息系統(tǒng)的基本框架。

    在50年代末60年代>初，計(jì)算機(jī)獲得廣泛應(yīng)用以后，很快就被應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。計(jì)算機(jī)分析地圖內(nèi)容并提供信息，是從自然資源的管理和土地規(guī)劃任務(wù)開(kāi)始的，在這個(gè)基礎(chǔ)上誕生了世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)——加拿大地理信息系(CGIS)。受計(jì)算機(jī)發(fā)展水平的限制，當(dāng)時(shí)的地理信息系統(tǒng)的特征是存儲(chǔ)能力小，磁帶存取速度慢。機(jī)助制圖能力較強(qiáng)，地學(xué)分析功能較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了手扶跟蹤數(shù)字化方法，可以完成地圖數(shù)據(jù)的拓?fù)渚庉?，分幅?shù)據(jù)的自動(dòng)拼接，開(kāi)創(chuàng)了格網(wǎng)單元的操作方法，發(fā)展了許多基于格網(wǎng)的系統(tǒng)。所有這些處理空間數(shù)據(jù)的主要技術(shù)，奠定了地理信息系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)。另外，紛紛成立的許多有關(guān)GIS的組織和機(jī)構(gòu)對(duì)傳播和發(fā)展地理信息系統(tǒng)也起了重要的指導(dǎo)作用。

國(guó)際GIS 60年代大事記(據(jù)張超）

2、70年代是GIS的發(fā)展時(shí)期

    在這期間，計(jì)算機(jī)發(fā)展到第三代，內(nèi)存容量大增，運(yùn)算速度達(dá)到10－６秒級(jí)，特別是大容量直接存取設(shè)備——磁盤的使用，為地理數(shù)據(jù)的錄入、儲(chǔ)存、檢索、輸出提供了強(qiáng)有力的手段。用戶屏幕和圖形、圖像卡的發(fā)展增強(qiáng)了人機(jī)對(duì)話和高質(zhì)量圖形顯示功能，促使GIS朝著實(shí)用化方向發(fā)展。

    例如，從1970年至1976年，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查所就建成了50多個(gè)信息系統(tǒng)，分別作為處理地理、地質(zhì)和水資源等領(lǐng)域空間信息的工具。其他一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如加拿大、聯(lián)邦德國(guó)、瑞典等國(guó)，也先后發(fā)展了自己的地理信息系統(tǒng)。同時(shí)，一些商業(yè)公司開(kāi)始活躍，GIS軟件在市場(chǎng)上受到歡迎，同時(shí)管理問(wèn)題也開(kāi)始受到重視。據(jù)IGU統(tǒng)計(jì)，在70年代約有300多個(gè)系統(tǒng)投入使用，其中較完整的系統(tǒng)軟件就有80個(gè)之多。1980年，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局出版了《空間數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)軟件》的報(bào)告，基本總結(jié)了1979年以前世界各國(guó)GIS的發(fā)展概況。此外，D.F.Marble等擬訂了處理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)軟件登錄的標(biāo)準(zhǔn)格式，對(duì)全部軟件作了系統(tǒng)的分類，提出GIS發(fā)展研究的重點(diǎn)是空間數(shù)據(jù)處理的算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理這三方面。同時(shí)，許多大學(xué)(如美國(guó)紐約州立大學(xué)等)開(kāi)始注意培養(yǎng)GIS方面的人才，創(chuàng)建了GIS實(shí)驗(yàn)室。因此，地理信息系統(tǒng)這一技術(shù)受到了政府部門、商業(yè)公司和大學(xué)的普遍重視，成為引人注目的領(lǐng)域。

國(guó)際GIS 70年代大事記(據(jù)張超）

3、80年代是GIS在理論、方法和技術(shù)上取得突破與趨向成熟的階段。

    由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的問(wèn)世，推出了第四代計(jì)算機(jī)，特別是微型計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程通訊傳輸設(shè)備的出現(xiàn)，為計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用創(chuàng)造了條件，加上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，使地理信息的傳輸效率得到極大的提高。另外，軟件開(kāi)發(fā)工具的廣泛應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的推廣，推動(dòng)了GIS的數(shù)據(jù)處理能力，空間分析功能，人機(jī)交互對(duì)話，地圖的輸入、編輯和輸出技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，并逐漸走向成熟。地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用從解決基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃(如道路、輸電線等)轉(zhuǎn)向更加復(fù)雜的區(qū)域開(kāi)發(fā)問(wèn)題。

    例如,土地的規(guī)劃利用、城市發(fā)展戰(zhàn)略研究、人口的規(guī)劃和安置等，地理因素成為投資標(biāo)準(zhǔn)決策不可缺少的依據(jù)。這個(gè)時(shí)期，GIS已跨越國(guó)界，開(kāi)始用于解決全球性問(wèn)題，如全球的沙漠化、全球可居住區(qū)的評(píng)價(jià)、ALNINO現(xiàn)象及酸雨、核擴(kuò)散等對(duì)世界環(huán)境潛在的影響等。因此，國(guó)際著名的GIS專家R.F.Tomlinson認(rèn)為，如果70年代是GIS發(fā)展的鞏固時(shí)期，那么，80年代是國(guó)際GIS發(fā)展具有突破性的時(shí)期。

國(guó)際GIS 80年代大事記(據(jù)張超）

4、90年代，全面應(yīng)用

    90年代以來(lái)，隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的建立和地球數(shù)字化產(chǎn)品的普及應(yīng)用，GIS的發(fā)展進(jìn)入用戶時(shí)代。這個(gè)期間，社會(huì)對(duì)GIS的認(rèn)識(shí)普遍提高，需求大幅度增加，GIS已成為許多機(jī)構(gòu)(特別是政府決策部門)必備的工作系統(tǒng)。國(guó)家級(jí)乃至全球級(jí)的地理信息系統(tǒng)已成為公眾關(guān)注的問(wèn)題，地理信息系統(tǒng)已被列入“信息高速公路”計(jì)劃，也是美國(guó)前副總統(tǒng)戈?duì)柼岢龅摹皵?shù)字地球”戰(zhàn)略的重要組成部分。

    90年代，GIS開(kāi)發(fā)和研究主要集中在下列一些方向：空間信息分析的新模式和新方法；空間信息應(yīng)用模型；GIS的效益評(píng)價(jià)；三維、四維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型；人工智能和專家系統(tǒng)的引入；網(wǎng)絡(luò)GIS；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與GIS的結(jié)合等。

國(guó)際GIS 90年代大事記(據(jù)張超）

二、我國(guó)GIS發(fā)展?fàn)顩r

    我國(guó)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展起步較晚，但發(fā)展較快，大體可分為下列幾個(gè)階段。

1、準(zhǔn)備階段

    70年代初，我國(guó)開(kāi)始探討計(jì)算機(jī)在測(cè)量、地圖制圖和遙感領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，1972年開(kāi)始研制制圖自動(dòng)化系統(tǒng)，1974年引進(jìn)美國(guó)地球資源衛(wèi)星圖像，開(kāi)展了衛(wèi)星圖像的處理和信息解譯工作，隨后召開(kāi)了各種區(qū)域性遙感技術(shù)規(guī)劃會(huì)議，先后開(kāi)展了多項(xiàng)環(huán)境衛(wèi)星系列數(shù)據(jù)與圖像的接收、處理和應(yīng)用的試驗(yàn)，如京津唐地區(qū)紅外遙感試驗(yàn)、新疆哈密地區(qū)航空遙感實(shí)驗(yàn)等。此外，還開(kāi)展了全國(guó)范圍的航空攝影測(cè)量與地形制圖，為我國(guó)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，并于1977年誕生我國(guó)第一張全要素?cái)?shù)字地圖。所有這些都為我國(guó)地理信息系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā)做了物質(zhì)和技術(shù)準(zhǔn)備，為GIS的發(fā)展開(kāi)辟了道路。

2、試驗(yàn)階段

    80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和我國(guó)對(duì)“信息革命”的熱烈響應(yīng)，地理信息系統(tǒng)這一新技術(shù)在我國(guó)正式進(jìn)入全面試驗(yàn)階段。我國(guó)在GIS理論探索、規(guī)范探討、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、軟件開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)建立、人才培養(yǎng)、典型試驗(yàn)和專題試驗(yàn)等方面都取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。在典型試驗(yàn)中主要研究建立數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)建立、數(shù)據(jù)處理和分析算法以及系統(tǒng)分析軟件和應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)等。在專題試驗(yàn)和應(yīng)用方面，探索地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，包括人口、資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)等廣泛專題的試驗(yàn)和應(yīng)用。建成的區(qū)域性系統(tǒng)有1∶100萬(wàn)國(guó)土基本信息系統(tǒng)和全國(guó)土地信息系統(tǒng)、1∶400萬(wàn)全國(guó)資源和環(huán)境信息系統(tǒng)、1∶250萬(wàn)水土保持信息系統(tǒng)等，專題信息系統(tǒng)如黃土高原信息系統(tǒng)、洪水災(zāi)害預(yù)報(bào)與分析系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫(kù)等。一些用于輔助城市規(guī)劃的各種小型信息系統(tǒng)在城市建設(shè)和規(guī)劃部門獲得了認(rèn)可。此外，國(guó)際GIS學(xué)術(shù)會(huì)議多次在我國(guó)舉行，有關(guān)高校開(kāi)設(shè)了地理信息系統(tǒng)課程，這一切均為GIS的進(jìn)一步發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

3、發(fā)展階段

    從1986年到1995年前后，我國(guó)GIS隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展走上了全面發(fā)展道路。由于沿海、沿江經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的發(fā)展，土地的有償使用和外資的引進(jìn)，急需GIS為之服務(wù)，推動(dòng)了GIS的發(fā)展和應(yīng)用。GIS研究作為政府行為，正式列入國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，開(kāi)始有計(jì)劃、有組織、有目標(biāo)地進(jìn)行理論研究和應(yīng)用建設(shè)。同時(shí)，全國(guó)許多行業(yè)部門和部分省市積極發(fā)展各自專業(yè)GIS和區(qū)域GIS，上海、北京、深圳、?？?、三亞、常州等大中城市都在積極建設(shè)城市GIS。

4、產(chǎn)業(yè)化階段

    1996年以來(lái)，我國(guó)GIS技術(shù)在技術(shù)研究、成果應(yīng)用、人才培養(yǎng)、軟件開(kāi)發(fā)等方面進(jìn)展迅速，并力圖將GIS從初步發(fā)展時(shí)期的研究實(shí)驗(yàn)、局部應(yīng)用推向?qū)嵱没?、集成化、工程化，為?guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供輔助分析和決策依據(jù)。GIS在研究和應(yīng)用過(guò)程中走向產(chǎn)業(yè)化道路，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)普遍使用的工具，并在各行各業(yè)發(fā)揮重大作用。

我國(guó)GIS 大事記(據(jù)張超）

三、當(dāng)代GIS發(fā)展動(dòng)態(tài)

    自20世紀(jì)60年代世界上第一個(gè)GIS——加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，GIS系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件日趨成熟和完善。過(guò)去，GIS往往被認(rèn)為是一項(xiàng)專門技術(shù)，其應(yīng)用主要限于測(cè)繪、制圖、資源和環(huán)境管理等領(lǐng)域。隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，GIS的社會(huì)需求量增大，GIS應(yīng)用日趨廣泛，甚至進(jìn)入千家萬(wàn)戶。應(yīng)用需求促進(jìn)發(fā)展，GIS已從一門技術(shù)發(fā)展為一門獨(dú)立的新興學(xué)科。下面就GIS當(dāng)前的幾個(gè)熱門研究領(lǐng)域作一介紹。

1、面向?qū)ο蠹夹g(shù)與GIS的結(jié)合

     GIS一般采用圖形和屬性分開(kāi)管理的數(shù)據(jù)模型管理數(shù)據(jù)，即實(shí)體的圖形數(shù)據(jù)用拓?fù)湮募鎯?chǔ)管理，屬性數(shù)據(jù)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理，二者通過(guò)惟一標(biāo)識(shí)符進(jìn)行連接。這種數(shù)據(jù)模型具有的弱點(diǎn)使得人們開(kāi)始尋求一種能統(tǒng)一管理圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型。

    面向?qū)ο蠹夹g(shù)將現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體都抽象為對(duì)象，利用四種數(shù)據(jù)抽象技術(shù)(分類、概括、聯(lián)合、聚集)可構(gòu)建復(fù)雜的地理實(shí)體，利用繼承和傳播這兩種數(shù)據(jù)抽象工具將所有實(shí)體對(duì)象構(gòu)建成一個(gè)分層結(jié)構(gòu)。面向?qū)ο蟮姆椒槊枋鰪?fù)雜的空間信息提供了一條適合于人類思維模式的直觀、結(jié)構(gòu)清晰、組織有序的方法，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型成為較為理想的統(tǒng)一管理GIS空間數(shù)據(jù)的有效模型。因而，面向?qū)ο蟮募夹g(shù)在GIS中的應(yīng)用，即面向?qū)ο蟮腉IS，已成為GIS的發(fā)展方向。Smallworld GIS是目前面向?qū)ο驡IS中最為典型的代表，一些傳統(tǒng)的GIS也開(kāi)始部分采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，如ARC/INFO 7.0,Intergraph的TIGRIS,SYSTEM 9,FACET系統(tǒng)等。

    然而，面向?qū)ο蟮腉IS仍存在一些有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

2、真三維GIS和時(shí)空GIS

    GIS處理的是在地球三維空間上連續(xù)分布的空間數(shù)據(jù)。然而，目前絕大多數(shù)的GIS采用二維或2.5維來(lái)表示現(xiàn)實(shí)三維現(xiàn)象，通常將三維分量Z值當(dāng)做一個(gè)屬性值，如DEM數(shù)據(jù)，這對(duì)于許多地學(xué)分析是非常不便的，甚至難以進(jìn)行。例如，地質(zhì)構(gòu)造研究中的斷層處，在一固定位置會(huì)有不同的高程值，因而不能用二維或2.5維表示，而真三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能真正表示這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，使得顯示和描述三維實(shí)體的幾何特征和屬性特征成為可能，因此真三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究，真三維GIS的應(yīng)用成為GIS發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。(真三維GIS主要研究方向)

    地理信息除具有空間特性外，還具有明顯的時(shí)序特征，即動(dòng)態(tài)變化特征。在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、地震救援、天氣預(yù)報(bào)等，空間對(duì)象是隨時(shí)間變化的，描述和研究空間對(duì)象的時(shí)序特征在問(wèn)題求解過(guò)程中起著十分重要的作用。由于受器件的限制和一些技術(shù)原因，傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)只考慮地物的空間特性，忽略了其時(shí)間特性。近幾年提出的空間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型也僅能處理空間二維和時(shí)間一維，不能完全表示和分析不斷變化的三維世界，因而需要開(kāi)發(fā)時(shí)空四維GIS。實(shí)現(xiàn)時(shí)空復(fù)合操作，將空間分析問(wèn)題進(jìn)一步拓展為時(shí)空分析范疇，已成為新一代GIS的重要研究課題。(時(shí)空GIS主要研究?jī)?nèi)容)    

3、GIS應(yīng)用模型的發(fā)展

    GIS強(qiáng)大的生命力在于與各種實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合。然而，通用GIS的數(shù)據(jù)管理、查詢和空間分析功能對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用問(wèn)題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)檫@些領(lǐng)域都有自己獨(dú)特的專用模型。根據(jù)某種應(yīng)用目標(biāo)或任務(wù)要求，從相應(yīng)專業(yè)或?qū)W科出發(fā)，對(duì)客觀世界進(jìn)行深入分析研究，并借助GIS技術(shù)的支持，建立GIS應(yīng)用模型，是GIS解決實(shí)際問(wèn)題的能力、效率及產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在，因此日益受到重視。

   為用戶提供建立專業(yè)應(yīng)用模型的二次開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境是目前大多數(shù)GIS軟件解決GIS建模問(wèn)題的一般方法，如ARC/INFO提供的二次開(kāi)發(fā)的宏語(yǔ)言AML。這種方法的一個(gè)主要問(wèn)題是它對(duì)于普通用戶而言過(guò)于困難。最好的方式是GIS本身能支持建立專業(yè)應(yīng)用模型，這種GIS又稱為地理信息建模系統(tǒng)(Geographic Information Modelling System，簡(jiǎn)稱GIMS)，它能支持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗(yàn)的環(huán)境，支持與用戶交互式的基于GIS的分析、建模和決策，GIMS是目前GIS研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，目前的GIS對(duì)用戶定義自己的專用模型的支持程度都是不夠的，離支持實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集定義、模型定義、模型生成和模型檢驗(yàn)的全過(guò)程仍有相當(dāng)大的距離。(通用GIS空間分析與各專業(yè)模型的主要途徑)

4、Internet與GIS的結(jié)合

    近年來(lái)，Internet技術(shù)的迅速發(fā)展與普及應(yīng)用為GIS發(fā)展提供了新的機(jī)遇，它改變了地理信息的獲取、傳輸、發(fā)布、共享、應(yīng)用和可視化等過(guò)程和方式，Internet已成為GIS新的操作平臺(tái)。Internet與GIS的結(jié)合即Internet GIS，利用Internet在Web上發(fā)布和出版空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢、制作專題圖和分析的功能，已經(jīng)成為GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。

    Internet GIS的信息處理模式由傳統(tǒng)的集中式轉(zhuǎn)向客戶服務(wù)器模式，客戶機(jī)處理GIS應(yīng)用軟件，服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)，并響應(yīng)客戶機(jī)對(duì)GIS應(yīng)用功能的服務(wù)請(qǐng)求。由于Internet GIS分布式管理與互操作的要求，Internet GIS又有組件式GIS和Open GIS兩個(gè)研究熱點(diǎn)，但目前Internet GIS仍然存在著諸多不足。

5、GIS與專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合

    專家系統(tǒng)研究的是利用計(jì)算機(jī)模擬人類專家的推理思維過(guò)程，系統(tǒng)根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，對(duì)輸入的原始事實(shí)進(jìn)行復(fù)雜推理，并作出判斷和決策，從而起到人類專家的作用。

    GIS經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展已逐漸趨于成熟，但它的應(yīng)用還主要停留在空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與管理、空間實(shí)體查詢、空間疊置分析、緩沖區(qū)分析以及成果輸出上，由于缺乏知識(shí)處理和進(jìn)行啟發(fā)式推理的能力，其決策支持功能仍很弱，還無(wú)法解決多層次、多因素、非線性變化的復(fù)雜地學(xué)問(wèn)題。解決這類問(wèn)題是一項(xiàng)具有一定創(chuàng)造性的過(guò)程，需要大量的人為經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)。因此，將GIS和專家系統(tǒng)相結(jié)合，發(fā)展智能GIS或?qū)＜褿IS，是解決復(fù)雜地學(xué)問(wèn)題的重要途徑。目前，這方面的研究受到廣泛的重視并取得一些令人鼓舞的成果。

6、GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合

    虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)是一種最有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽(tīng)、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，是當(dāng)代信息技術(shù)高速發(fā)展和集成的產(chǎn)物。從本質(zhì)上說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)用戶接口，通過(guò)計(jì)算機(jī)建立一種仿真數(shù)字環(huán)境，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像、聲音和觸摸感受，利用多種傳感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，用戶可以如同在真實(shí)世界那樣“處理”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所產(chǎn)生的虛擬物體。

    將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入GIS將使GIS更具吸引力，采用虛擬現(xiàn)實(shí)中的可視化技術(shù)，在三維空間中模擬和重建逼真的、可操作的地理三維實(shí)體，GIS用戶在客觀世界的虛擬環(huán)境中將能更有效地管理、分析空間實(shí)體數(shù)據(jù)。因此，開(kāi)發(fā)虛擬GIS已成為GIS發(fā)展的一大趨勢(shì)。

    隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展和虛擬現(xiàn)實(shí)硬件價(jià)格的降低，使得開(kāi)發(fā)成本低廉的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件包成為可能，如用戶可通過(guò)Virtual GIS軟件在三維環(huán)境中觀察和分析GIS數(shù)據(jù)。Koller D等開(kāi)發(fā)的一個(gè)實(shí)時(shí)三維GIS可使用戶在編輯、分析復(fù)雜的地形數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)產(chǎn)生一種臨境感。

    當(dāng)前，GIS發(fā)展的動(dòng)態(tài)除以上幾點(diǎn)外，GIS與GPS、RS的進(jìn)一步集成，GIS與CAD的集成，并行處理技術(shù)在GIS中的應(yīng)用等都是GIS研究和發(fā)展的熱點(diǎn)。GIS的這些發(fā)展并不是孤立的，而是相互影響，相互促進(jìn)的，其目的都是為了讓GIS能更好地為人類管理和保護(hù)賴以生存的地球服務(wù)。

【文中詞匯解釋】

紛紛成立的有關(guān)GIS的組織和機(jī)構(gòu)

    1967，成立美國(guó)城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會(huì)（URISA）。

    1968，國(guó)際地理聯(lián)合會(huì)（IGU）成立了地理數(shù)據(jù)采集與處理委員會(huì)（CGDSP）

    1969，成立美國(guó)信息系統(tǒng)全國(guó)協(xié)會(huì)（NASIS）。

     這些組織相繼舉行了一系列GIS的國(guó)際研討會(huì)，對(duì)GIS技術(shù)的發(fā)展和傳播起到了重要的指導(dǎo)作用。

圖形和屬性分開(kāi)管理的數(shù)據(jù)模型的弱點(diǎn)

    1)不利于空間數(shù)據(jù)的整體管理，以保證數(shù)據(jù)的一致性；

    2)GIS的開(kāi)放性和互操作性受限制；

    3)數(shù)據(jù)共享和并行處理無(wú)保證。

面向?qū)ο蟮腉IS有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題

    1)大對(duì)象的操作仍受硬件條件的限制；

    2)對(duì)象的獨(dú)立性與顆粒度問(wèn)題；

    3)矢量和柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)一的、支持動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和復(fù)合對(duì)象表示的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

真三維GIS主要研究方向

    主要包括：

    1)三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究，包括數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)狀態(tài)的表示和數(shù)據(jù)的可視化；

    2)三維數(shù)據(jù)的生成和管理；

    3)地理數(shù)據(jù)的三維顯示，包括三維數(shù)據(jù)的空間操作和分析，表面處理，柵格圖像、全息圖像顯示，層次處理等。

時(shí)空GIS主要研究?jī)?nèi)容

    時(shí)空GIS主要研究時(shí)空模型，時(shí)空數(shù)據(jù)的表示、存儲(chǔ)、操作、查詢和時(shí)空分析。

    目前較常用的做法是在現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上擴(kuò)充，如在關(guān)系模型的元組中加入時(shí)間，在對(duì)象模型中引入時(shí)間屬性。在這種擴(kuò)充的基礎(chǔ)上如何解決從表示到分析的一系列問(wèn)題仍有待進(jìn)一步的研究。

    另外，人們也在研究一種存儲(chǔ)和表示四維目標(biāo)的四維數(shù)據(jù)模型，Cheng Tao等運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開(kāi)發(fā)出一種面向?qū)ο罂臻g實(shí)時(shí)模型用于處理四維GIS數(shù)據(jù)。

通用GIS空間分析與各專業(yè)模型的主要途徑

    實(shí)現(xiàn)通用GIS空間分析功能與各種領(lǐng)域?qū)Ｓ媚Ｐ偷慕Y(jié)合主要有三種途徑：

    1)松散耦合式，也稱為外部空間模型法。這種方法基本上將GIS當(dāng)做一個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)看待，在GIS環(huán)境外部借助其他軟件或計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言建立專用模型，其與GIS之間采用數(shù)據(jù)通訊的方式聯(lián)系。

    2)嵌入式，也稱為內(nèi)部空間模型法。即在GIS中借助GIS的通用功能來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域的專用分析模型。

    3)混合型空間模型法，是前兩種方法的結(jié)合，即盡可能利用GIS提供的功能，最大限度地減少用戶自行開(kāi)發(fā)的工作量和難度，又保持外部空間模型法的靈活性。

Internet GIS的兩個(gè)研究熱點(diǎn)

    1)組件式GIS，即將已有的巨型GIS分解為若干可互操作的自我管理、相互獨(dú)立的組件，包括數(shù)據(jù)管理組件、空間查詢組件、數(shù)據(jù)獲取組件、專題制圖組件和顯示組件等。它們建立在分布式的對(duì)象結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，應(yīng)用了最新的分布式技術(shù)如OMG的CORBA,Microsoft的OLE/COM以及SUN的Java技術(shù)。這些組件具有與平臺(tái)和操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)性，GIS應(yīng)用的開(kāi)發(fā)者可以利用這些組件快速地組裝GIS應(yīng)用軟件。

    組件式GIS有效地減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了獲取和管理多數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)，提供了分析地圖特征和查詢、空間分析、專題制圖等功能，并方便用戶二次開(kāi)發(fā)。

    2)Open GIS，即開(kāi)放式地理信息系統(tǒng)，是為了使不同的GIS軟件之間具有良好的互操作性，以及在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)信息共享的途徑。

    由于Internet GIS用于發(fā)布分布式地理信息和處理與分析工具，使得Internet GIS必須使用已有的多種數(shù)據(jù)源和各種地理信息分析處理功能，即Internet GIS面臨地理信息的互操作性問(wèn)題，因此，從數(shù)據(jù)的觀點(diǎn)看，Open GIS是未來(lái)Internet GIS技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

    由用戶和開(kāi)發(fā)商組成的聯(lián)盟——開(kāi)放地理信息聯(lián)合會(huì)(Open GIS Consortium,OGC)已經(jīng)成立，并研究制定了開(kāi)放地理數(shù)據(jù)交互操作規(guī)程(Open Geodata Interoperability Specification,OGIS)。OGIS規(guī)范為開(kāi)放系統(tǒng)地學(xué)處理奠定了基礎(chǔ)，使得GIS、遙感以及其他地學(xué)處理學(xué)科從專有的不兼容的數(shù)據(jù)格式和特定處理功能走向統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)空間和軟件組件。然而，OGIS只是對(duì)Open GIS定義了抽象的互操作規(guī)程，具體如何實(shí)現(xiàn)將是21世紀(jì)GIS發(fā)展的任務(wù)。

目前Internet GIS存在的不足

    目前Internet GIS仍然存在著諸多不足，主要表現(xiàn)在：

    1)支持單一數(shù)據(jù)源而非多數(shù)據(jù)源的獲取，因而不能滿足日益增長(zhǎng)的信息交互與Open GIS規(guī)范的需求；

    2)數(shù)據(jù)集中而非分布式存放與管理，不利于信息的共享與更新；

    3)缺乏統(tǒng)一的管理機(jī)制以實(shí)現(xiàn)大量分布式空間信息相互間的有機(jī)聯(lián)系；

    4)缺乏豐富的空間信息表現(xiàn)手法以及與網(wǎng)絡(luò)資源特別是借助瀏覽器表達(dá)的能力；

    5)空間信息獲取控制以及客戶與服務(wù)器端安全體系的建立不夠完善。

    商品化的WebGIS還處于初級(jí)階段，提供的查詢和分析功能還不能滿足專業(yè)應(yīng)用的需要，但它的出現(xiàn)已開(kāi)始改變GIS傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出和地圖發(fā)布的方式，為地理信息的高度社會(huì)化共享提供了可能。

智能GIS的一些成果

    1)Gennert M.A.開(kāi)發(fā)的原型網(wǎng)絡(luò)專家GIS用于土地資源管理，該系統(tǒng)由GIS完成位置分析工作，由基于規(guī)則知識(shí)庫(kù)的專家系統(tǒng)來(lái)評(píng)價(jià)，GIS與專家系統(tǒng)相結(jié)合，互為補(bǔ)充，組成專家GIS。

    2)Sarasus、Wayne A.等討論了智能GIS用于鐵路與高速公路交叉口的安全管理與分析問(wèn)題。

    3)Lam David等建立了用于環(huán)境管理決策的GIS決策支持系統(tǒng)。此外還有專家GIS在地下水管理、地質(zhì)勘探、地學(xué)分析和軍事指揮等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

智能GIS的一些成果

    1)Gennert M.A.開(kāi)發(fā)的原型網(wǎng)絡(luò)專家GIS用于土地資源管理，該系統(tǒng)由GIS完成位置分析工作，由基于規(guī)則知識(shí)庫(kù)的專家系統(tǒng)來(lái)評(píng)價(jià)，GIS與專家系統(tǒng)相結(jié)合，互為補(bǔ)充，組成專家GIS。

    2)Sarasus、Wayne A.等討論了智能GIS用于鐵路與高速公路交叉口的安全管理與分析問(wèn)題。

    3)Lam David等建立了用于環(huán)境管理決策的GIS決策支持系統(tǒng)。此外還有專家GIS在地下水管理、地質(zhì)勘探、地學(xué)分析和軍事指揮等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。