地理信息系統現狀

❶ 隴南地理信息系統現狀

幹活瞬間黃柏膠囊

❷ GIS技術在國內的研究現狀及其發展趨勢

0 引言
隨著計算機技術的飛速發展、空間技術的日新月異及計算機圖形學理論的日漸完善，GIS（Geographic Information System）技術也日趨成熟，並且逐漸被人們所認識和接受。近年來，GIS被世界各國普遍重視，尤其是「數字地球」概念的提出，使其核心技術GIS更為各國政府所關注。目前，以管理空間數據見長的GIS已經在全球變化與監測、軍事、資源管理、城市規劃、土地管理、環境研究、農作物估產、災害預測、交通管理、礦產資源評價、文物保護、濕地制圖以及政府部門等許多領域發揮著越來越重要的作用。當前GIS正處於急劇發展和變化之中，研究和總結GIS技術發展，對進一步開展GIS研究工作具有重要的指導意義。因此，本文就目前GIS技術的研究現狀及未來發展趨勢進行總結和分析。
1 GIS研究現狀及其分析
1.1 GIS研究現狀
世紀90年代以來，由於計算機技術的不斷突破以及其它相關理論和技術的完善，GIS在全球得到了迅速的發展。在海量數據存儲、處理、表達、顯示及數據共享技術等方面都取得了顯著的成效，其概括起來有以下幾個方面[1]：①硬體系統採用伺服器/客戶機結構，初步形成了網路化、分布式、多媒體GIS；②在GIS的設計中，提出了採用「開放的CIS環境」的概念，最終以實現資源共享、數據共享為目標；③高度重視數據標准化與數據質量的問題，並已形成一些較為可行的數據標准；④面向對象的資料庫管理系統已經問世，正在發展稱之為「對象——關系DBMS（資料庫管理系統）」；⑤以CIS為核心的「3S」技術的逐漸成熟，為資源與環境工作提供了空間數據新的工具和方法；⑥新的數學理論和工具採用CIS，使其信息識別功能、空間分析功能得以增強等等。
在GIS技術不斷發展下，目前GIS的應用已從基礎信息管理與規劃轉向更復雜的區域開發、預測預報，與衛星遙感技術相結合用於全球監測，成為重要的輔助決策工具。據有關部門估計，目前世界上常用的GIS軟體己達400多種[2].國外較著名的GIS軟體產品有[3]：Auotodesk系列產品、Arc/Info、MapInfo及其構件產品、Intergraph、Microstation等，還有Web環境下矢量地圖發布的標准和規范，如XML、GML、SVG等等。我國GIS軟體研製起步較晚，比較成熟的測繪軟體主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。盡管現存的GIS軟體很多，但對於它的研究應用，歸納概括起來有二種情況：一是利用GIS系統處理用戶的數據；二是在GIS的基礎上，利用它的開發函數庫二次開發用戶專用的GIS軟體。目前已成功應用包括資源管理、自動制圖、設施管理、城市和區域規劃、人口和商業管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領域。在美國及發達國家，GIS的應用遍及環境保護、災害預測、城市規劃建設、政府管理等眾多領域。近年來，隨著我國經濟建設的迅速發展，加速了GIS應用的進程，在城市規劃管理、交通運輸、測繪、環保、農業等領域發揮r重要的作用，取得了良好的經濟效益和社會效益。
1.2 當前GIS發展存在的主要問題
基於以上GIS技術現狀研究，本文分析認為GIS技術在模型、數據結構等方面存在著不足，一定程度上制約了GIS技術的發展。
（1）數據結構方面存在的問題
目前通用的GIS主要有矢量、柵格或兩者相加的混合系統，即使是混合系統實際上也是將兩類數據分開存儲，當需要執行不同的任務時採用不同的數據形式。在矢量結構方面，其缺點是處理位置關系（包括相交、通過、包含等）相當費時，且缺乏與DEM和RS直接結合的能力。在柵格結構方面，存在著柵格數據解析度低，精度差；難以建立地物間的拓撲關系；難以操作單個目標及柵格數據存貯量大等問題[4].
（2）GIS模型存在的問題
傳統GIS模型是按照計算機的方法對客觀世界地理空間不自然的分割和抽象，使得人們認知地理空間的認知模型與計算機中的數據模型不能形成良好的對應關系，難以表達復雜的地理實體，更難滿足客觀世界的整體特徵要求。在GIS軟體開發中，如果語義分割不合理，將難以有效表達地理空間實體間的關系，這就導致較深層次的分析、處理操作難以實現。隨著GIS應用需求領域的不斷開拓及計算機技術的迅速發展，對空間數據模型和空間數據結構提出了更高的要求，使得傳統的地理空間數據模型力不從心，逐漸暴露其弊端。
目前，面向對象的數據模型一定程度上解決了傳統GIS數據模型的某些不足，但是OODB（面向對象資料庫）目前仍未在市場以及關鍵任務應用方面被廣泛接受，因為OODB作為一個DBS還不太成熟，如缺少完全非過程性的查詢語言以及視圖、授權、動態模式更新和參數化性能協調等；且OODB與RDB之間缺少應有的兼容性，因而使得大量的已建立起來的龐大的RDB客戶不敢輕易地去選擇OODB.
（3）其他方面亟待解決的問題
當前，GIS正處在一個大變革時期，GIS的進一步發展還面臨不少問題，主要表現在以下幾個方面[5]：①GIS設計與實現的方法學問題。在GIS設計與實現過程中缺乏面向對象的認知方法學和面向對象的程序設計方法學的指導，導致GIS軟體系統的可靠性和可維護性差；②GIS的功能問題。當前以數據採集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS，不能滿足社會和區域可持續發展在空間分析、預測預報、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應用效益和生命力；③三維GIS模型及可視化問題。目前大多數GIS軟體的圖形顯示是基於二維平面的，即使是三維效果顯示也是採用DEM的方法來處理表達地形的起伏，涉及到地底下真三維的自然和人工現象顯得無能為力。
2 GIS未來發展趨勢
2.1數據管理方面
（1）多比例尺、多尺度和多維空間數據的表達[6]
對於多比例尺數據的顯示，將運用影像金字塔技術、細節分層技術和地圖綜合等技術；而為了實現GIS的動態、實時和三維可視化，出現存儲真三維坐標數據的3D GIS和真四維時空GIS，這其中涉及了空間數據的海量存儲、時空數據處理與分析以及快速廣域三維計算與顯示等多項理論與技術[7].
（2）三庫一體化的數據結構方向
空間資料庫向著真正面向對象的數據模型和圖形矢量庫、影像柵格庫和DEM格網庫三庫一體化數據結構的方向發展[8].這種三庫一體化的數據結構改變了以圖層為處理基礎的組織方式，實現了直接面向空間實體的數據組織，使多源空間數據的錄入與融合成為了可能，從而為GIS與遙感技術的集成創造了條件。
（3）基於空間數據倉庫（Spatial Data warehouse）的海量空間數據管理的研究
空間數據量非常大，而且數據大都分散在政府、私人機構、公司的各個部門，數據的管理與使用就變得非常復雜，但這些空間數據又具有極大的科學價值和經濟價值，因此大多數發達國家都比較重視空間數據倉庫的建立工作，許多研究機構和政府部門都參與到空間數據倉庫建立的研究工作。
（4）利用數據挖掘技術進行知識發現
空間數據挖掘是從空間資料庫中抽取隱含的知識、空間關系以及其他非顯式的包含在空間資料庫中但以別的模式存在的信息供用戶使用，這是GIS應用的較高層次。由於目前空間數據的組織與管理仍局限於二維、靜態、單時相，且仍以圖層為處理基礎，因此，當前的GIS軟體和空間資料庫還不能有效地支持數據挖掘。
2.2技術集成方面
（1）「3S」集成
「3S」是GPS（全球定位系統）、RS（遙感）和GIS的簡稱，「3S」集成是指將遙感、空間定位系統和地理信息系統這三種對地觀測技術有機地集成在一起。地理信息是一種信息流，RS、GPS和GIS中任何一個系統都只側重於信息流特徵中的一個方面，而不能滿足准確、全面地描述地理信息流的要求。因此，無論從物質運動形式、地學信息的本質特徵還是「3S」各自的技術特徵來說，「3S」集成都是科技發展的必然結果。
目前，「3S」集成還僅限於兩兩結合方式，這是「3S」集成的初級和基礎起步階段，其核心是GIS與RS的結合。這種兩兩結合雖然優於單一系統，但是仍然存在以下缺陷。將「3S」進行集成從而形成一體化的信息技術體系是非常迫切的。這種集成包括空基「3S」集成和地基「3S」集成，即在硬體方面建立具有同步獲取涉譜數據和空間數據的高重復觀測能力的平台，而在軟體方面使GIS支持數據封裝，同時解決圖形和圖像數據的統一處理問題。
（2）GIS與虛擬現實技術的結合
虛擬現實（Virtual Reality）是一種最有效地模擬人在自然環境中視、聽、動等行為的高級人機交互技術，是當代信息技術高速發展和集成的產物。從本質上說，虛擬現實就是一種先進的計算機用戶介面，通過計算機建立一種模擬數字環境，將數據轉換成圖形、聲音和接觸感受，利用多種感測設備使用戶「投入」到該環境中，用戶可以如同在真實世界那樣「處理」計算機系統所產生的虛擬物體。將虛擬和重建逼真的、可操作的地理三維實體，GIS用戶在客觀世界的虛擬環境中能更有效的管理、分析空間實體數據。因此，開發虛擬GIS已成為GIS發展的一大趨勢。
（3）分布式技術、萬維網與GIS的結合[9]
目前，隨著Internet技術的迅猛發展，其應用已經深人到各行各業，作為與我們日常生活息息相關的GIS也不例外，它們的結合產生了web GIS.當前Web GIS系統已經得到迅速的發展，到1999年1月，僅在美國出現的這類系統就有23種之多。又由於客戶端可能會採用新的應用協議，因此也被認為是Internet GIS.
計算機網路技術的飛速發展，分布式計算的優勢日益凸顯，GIS與分布式技術結合也就成為必然，它們的結合即構成了分布式CIS.它就是指利用最先進的分布式計算技術來處理分布在網路上的異構多源的地理信息，集成網路上不同平台上的空間服務，構建一個物理上分布，邏輯上統一的GIS.它與傳統GIS最大的區別在於它不是按照系統的應用類別、運行環境劃分的，而是按照系統中的數據分布特徵和針對其中數據處理的計算特徵而分類的。
（4）移動通信技術與CIS的結合發展[10]
WAP/WML技術作為無線互聯網領域的一個熱點，已經顯示了其巨大的應用前景和市場價值。WAP柳ML技術與GIS技術的結合產生了移動GIS（Mobile GIS）應用和無線定位服務LBS（Location一basedServices）。通過WAR/WML技術，移動用戶幾乎可以在任何地方、時間獲得網路提供的各種服務。無線定位服務將提供一個機會使GIS突破其傳統行業的角色而進人到主流的IT技術領域里。大多數的分析家都認為，到2010年，無線網路將成為全球數據傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。
當前用於地理信息交互的語言還不足以完成真正的「設備無關介面」的互操作。各種移動設備對於從地理信息伺服器所獲得的信息，其表現方式是各不相同的，用戶輸人方式也不相同。因此，對於不同的移動設備需要一種統一的標記語言。無線定位服務將提供一個機會使GIS突破其傳統行業的角色而進人到主流的IT技術領域里：大多數的分析家都認為，到2010年，無線網路將成為全球數據傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。
（5）GIS與決策支持系統（DSS）的集成[11]
決策支持系統（Decision Support System，簡稱DSS）是以管理學、運籌學、控制論、行為科學和人下智能為基礎，運用信息模擬和計算手段為基礎，綜合利用現有的各種資料庫、信息和模型來輔助決策者或決策分析人員解決結構化和半結構化問題，甚至非結構化問題的人機交互系統。
目前，絕大多數的GIS還僅限於圖形的分析處理，缺乏對復雜空間問題的決策支持，而目前絕大多數的DSS則無法向決策者提供一個友好的可視化的決策環境。因此，將GIS與DSS相集成，最終形成空間決策支持系統（SDSS），藉助GIS強大的空間數據處理分析功能，並在DSS中嵌入空間分析模塊，從而輔助決策者求解復雜的空間問題，這是GIS應用向較高層次的發展。其中SDSS中知識的表達、獲取和知識推理以及模型庫、知識庫、資料庫三庫介面的設計是啞待解決的關鍵問題。
2.3 發展歷程方面
自20世紀60年代世界上第一個GIS——加拿大地理信息系統（CGIS）問世以來，經過40年的發展，GIS經歷了三個階段的發展。目前，隨著第三代互聯網的提出與實施，以及計算機技術、資料庫技術的飛速發展，GIS即將步入第四代GIS發展階段。
第四代GIS軟體將在數據組織、存儲、檢索和運算等方面發生革命性的變革。數據組織應該是面向空間實體的，空間位置只是實體眾多屬性中的一類，它應和其它屬性有機地組織在一起並統一存放：「關系」概念和「關系運算」應該加以擴充，應該包括空間關系及其運算；傳統的結構化查詢語言應該擴充，把空間關系及其查詢包括在裡面；以倒排表為基礎的資料庫索引機制應該擴展，建立至少包括拓撲關系在內的新的索引機制；數據存儲機制應該適應空間數據提取和計算的要求等。只有實現數據真正的一體化存儲和處理，才能自由地、方便地、快速地實現人們所期望的處理功能。在功能上，第四代GIS軟體應該具備支持數字地球（區域、城市）的能力，成為OS、DBMS之上的主要應用集成平台，它具有統一的海量存儲、查詢和分析處理能力、一定的三維和時序處理能力、強大的應用集成能力和靈活的操縱能力，且具有一定的虛擬現實表達。
3 結束語
通過以上對GIS現狀及發展趨勢的分析，可以看出，GIS作為信息產業的重要組成部分，正以前所未有的速度向前發展。把握當前GIS的技術發展現狀及不足，有利於人們預見GIS的發展趨勢，站在更高更遠的角度去揚長避短，較好地促進GIS技術的快速發展。隨著地理信息系統產業的建立和數字化住處產品在全世界的普及，GIS將深人到各行各業以至千家萬戶，成為人們生產、工作、學習和生活中不可缺少的工具和助手。

❸ 地理信息系統的發展概況急~！！！！！

GIS 是為解決資源與環境等全球性問題而發展起來的技
術與產業。上世紀60 年代中期，加拿大開始研究建立世界上
第一個地理信息系統(CGIS)，隨後又出現了美國哈佛大學的
SYMAP 和GRID 等系統。自那時起，GIS 開始服務於經濟建設
和社會生活。在北美、西歐和日本等發達國家，現在已建立
了國家級、洲際之間以及各種專題性的地理信息系統。我國
GIS 的研究與應用始於上世紀80 年代，近30 年來發展也十分
迅速，在計算機輔助繪制地圖等方面開展了大量基礎性的試
驗與研究工作，在理論、技術方法和實踐經驗等方面都有了
長足的進步。
1.國外地理信息系統(GIS) 發展的4 個階段
（1）模擬地理信息系統階段
自19 世紀以來就得到廣泛應用的地圖——模擬的圖形數
據庫和描述地理的文獻著作——模擬的屬性資料庫相結合，
構成了地理信息系統的基本概念模型。但是，這種模擬式的、
基於紙張的信息系統和信息過程，使得空間相關數據的存貯、
管理、量算與分析、應用極不規范、不方便和效率低下。隨
著計算機科學的興起，數字地理信息的管理與使用成為必然。
（2）學術探索階段
上世紀50 年代，由於電子技術的發展及其在測量與制圖
學中的應用，人們開始有可能用電子計算機來收集、存貯和
處理各種與空間和地理分布有關的圖形和屬性數據。1956 年，
奧地利測繪部門首先利用電子計算機建立了地籍資料庫，隨
後這一技術被各國廣泛應用於土地測繪與地籍管理。1963 年，
加拿大測量學家首先提出地理信息系統這一術語，並建立了
世界上第一個地理信息系統—— 加拿大地理信息系統
（CGIS），用於資源與環境的管理和規劃。稍後，北美和西歐
成立了許多與GIS 有關的組織與機構，如美國城市與區域信
息系統協會（URISA），國際地理聯合會（IGU）地理數據收集
和處理委員會（CGDPS）等，極大地促進了地理信息系統
知識與技術的傳播和推廣應用。
（3）飛速發展和推廣應用階段
上世紀70 年代以後，由於計算機技術的工業化、標准化
與實用化，以及大型商用資料庫系統的建立與使用，地理信
息系統對地理空間數據的處理速度與能力取得突破性進展。
其結果是：①一些發達國家先後建立了許多專業性的土地信
息系統（LIS）和資源與環境信息系統（GIS）；②關於GIS 軟
件、硬體和項目開發的商業公司篷勃發展。到1989 年，國際
市場上有報價的GIS 軟體達70 多個，並出現一些有代表性的
公司和產品。③數字地理信息的生產標准化、工業化和商品
化。④各種通用和專用的地理空間分析模型得到深入研究和
廣泛使用，GIS 的空間分析能力顯著增強。⑤有關GIS 的具有
技術權威和行政權威的行業機構和研究部門在GIS 的應用發
展中發揮引導和驅動作用。
（4）地理信息產業的形成和社會化地理信息系統的出現
上世紀90 年代以來，隨著互聯網路的發展及國民經濟信
息化的推進，地理信息系統作為大的地理信息中心，進入日
常辦公室和千家萬戶之中，從面向專業領域的項目開發到綜
合性城市與區域的可持續發展研究，從政府行為、學術行為
發展到公民行為和信息民主，成為信息社會的重要技術基礎。
2.國內地理信息系統(GIS)發展現狀
我國對GIS 的研究起步較晚，但是近30 年來，在各級政
府和有關人士的大力呼籲和促動下，我國的地理信息系統事
業突飛猛進，成績巨大。我國GIS 的發展可以劃分為3 個階
段。
（1）起步准備階段（1978～1985 年）
主要在概念和理論體系的引入與建立，關於遙感分析、
制圖和數字地面模型的試驗研究，以及軟、硬體的引進，相
應規范的研究，局部系統或試驗系統的開發研究，為GIS 的
全面發展奠定基礎。
（2）加速發展階段（1985～1995 年）
GIS 作為一個全國性的研究與應用領域，進行了有計劃、
有目標、有組織的科學試驗與工程建設，取得一定的社會經
濟效益。主要表現在：①GIS 教育與知識傳播的熱浪此起彼伏，
GIS 成為空間相關領域的熱門話題；②GIS 建設引起各級
政府高度重視，其發展機制由學術推動演變為政府推動；③
部分城市和沿海地區GIS 建設率先進入實施階段，並取得階
段性成果；④出現商品化的國產GIS 軟體、硬體品牌；出現
專門的GIS 的管理中心、研究機構與公司；出現專門的GIS
協會，涌現一批GIS 專門人才；出現專門的刊物與展示會；
初步形成全國性的GIS 市場。⑤在應用模式、行業模式和管
理方面作了有益的探索。
（3）地理信息產業化階段（1995－）
目前，我國GIS 的發展正處於向產業化階段過渡的轉折
點。能否藉助國際大氣候的東風，倚重國內經濟高速發展的
大好形勢，搭乘全球信息高速公路的快車，實現地理信息產
業化和國民經濟信息化，這是國內地理信息界人士面臨的嚴
重挑戰和千載難逢的機遇。而在這一過程中，一方面需要探
索建立一套政府宏觀調控與市場機制相結合的地理信息產業
模式。另一方面，則要充分總結和借鑒國內外地理信息系統
項目建設的經驗和教訓，掌握地理信息系統的發展動向，建
立起行之有效的地理信息系統工程學的理論、方法與管理模
式。
（三）地理信息系統(GIS)的發展動向
近年來地理信息系統技術發展迅速，其主要的原動力來
自日益廣泛的應用領域對地理信息系統不斷提高的要求。另
一方面，計算機科學的飛速發展為地理信息系統提供了先進
的工具和手段，許多計算機領域的新技術，如面向對象技術、
三維技術、圖象處理和人工智慧技術都可直接應用到地理信
息系統中。下面對當前地理信息系統研究中的幾個熱點研究
領域作一介紹。
1.GIS 中面向對象技術研究
面向對象方法為人們在計算機上直接描述物理世界提供
了一條適合於人類思維模式的方法，面向對象的技術在GIS
中的應用，即面向對象的GIS，已成為GIS 的發展方向。這是
因為空間信息較之傳統資料庫處理的一維信息更為復雜、瑣
碎，面向對象的方法為描述復雜的空間信息提供了一條直觀、
結構清晰、組織有序的方法，因而倍受重視。面向對象的GIS
較之傳統GIS 有下列優點：(1)所有的地物以對象形式封裝，
而不是以復雜的關系形式存儲，使系統組織結構良好、清晰；
(2)以對象為基礎，消除了分層的概念；(3)面向對象的分類
結構和組裝結構使GIS 可以直接定義和處理復雜的地物類型；
(4)根據面向對象後編譯的思想，用戶可以在現有抽象數據類
型和空間操作箱上定義自己所需的數據類型和空間操作方
法，增強系統的開發性和可擴充性；(5)基於icon 的面向對
象的用戶界面，便於用戶操作和使用。
2.時空系統
傳統的地理信息系統只考慮地物的空間特性，忽略了其
時間特性。在許多應用領域中，如環境監測、地震救援、天
氣預報等，空間對象是隨時間變化的，而這種動態變化的規
律在求解過程中起著十分重要的作用。過去GIS 忽略時態主
要是受器件的限制，也有技術方面的原因。近年來，對GIS
中時態特性的研究變得十分活躍，即所謂「時空系統」。
地物除了具有三維空間中的空間性質外，如何刻畫時間
維的變化也十分重要。通常把GIS 的時間維分成處理時間維
和有效時間維。處理時間又稱資料庫時間或系統時間，它指
在GIS 中處理發生的時間。有效時間亦稱事件時間或實際時
間，它指在實際應用領域事件出現的時間。
根據處理時間和有效時間的劃分，可以把時空系統分為4
類：靜態時空系統、歷史時態系統、回溯時態系統和雙時態
系統。
(1)靜態時空系統。它既不支持處理時間，也不支持有效
時間，系統只保留應用領域的一種狀態，比如當前狀態。(2)
歷史時態系統。它只支持有效時間，這種系統適用於事件實
際發生的歷史對問題求解十分重要的應用領域。(3)回溯時態
系統。它只支持處理時間，這種系統適用於信息系統的歷史
對問題求解十分重要的應用領域。(4)雙時態系統。它同時支
持處理時間和有效時間。處理時間記錄了信息系統的歷史，
有效時間記錄了事件發生的歷史。 時空系統主要研究時空模
型，時空數據的表示、存儲、操作、查詢和時空分析。
3.地理信息建模系統
通用GIS 的空間分析功能對於大多數的應用問題是遠遠
不夠的，因為這些領域都有自己獨特的專用模型，目前通用
的GIS 大多通過提供進行二次開發的工具和環境來解決這一
問題。二次開發工具的一個主要問題是它對於普通用戶而言
過於困難。而GIS 成功應用於專門領域的關鍵在於支持建立
該領域特有的空間分析模型。GIS 應當支持面向用戶的空間分
析模型的定義、生成和檢驗的環境，支持與用戶互動式的基
於GIS 的分析、建模和決策。這種GIS 系統又稱為地理信
息建模系統(GIMS)。GIMS 是目前GIS 研究的熱點問題之一。
GIMS 的研究有幾個值得注意的動向。(1)面向對象在GIS
中的應用。面向對象技術用對象(實體屬性和操作的封裝)、
對象類結構(分類和組裝結構)、對象間的通訊來描述客觀世
界，為描述復雜的三維空間提供了一條結構化的途徑。這種
技術本身就為模型的定義和表示提供了有效的手段，因而在
面向對象GIS 基礎上研究面向對象的模型定義、生成和檢驗，
應當比在傳統GIS 上用傳統方法要容易得多。(2)基於icon
的用戶建模界面。建模過程中的對象和空間分析操作均以
icon 形式展示給用戶，用戶亦可自定義icon。用戶在對icon
的定義、選擇和操作中完成模型的定義和檢驗。這種方法較
之AML 這類宏語言要方便和直觀得多。(3)GIS 與其他的模型
和知識庫的結合。這是許多應用領域面臨的一個非常實際的
問題，即存在GIS 之外的模型和知識庫如何與GIS 耦合成一
個有機整體。
4.GIS 將往高維化發展
GIS 在礦山與地質領域的應用受到很大限制的重要原因
是其在處理三維問題上的不足。現有的GIS 軟體雖然可以用
數字高程模型來處理空間實體的高程坐標，但是由於他們無
法建立空間實體的三維拓撲關系，使得很多真三維操作難以
實現，因而人們將現有的GIS 稱為二維GIS 或2.5 維GIS。礦
山、地質以及氣象、環境、地球物理、水文等眾多的應用領
域都需要三維GIS 平台來支持他們大量的真三維操作。空間
可視化技術是指在動態、時空變換、多維的可交互的地圖條
件下探索視覺效果和提高視覺效果的技術。虛擬現實(VR)技
術，也稱虛擬環境和人工現實，已在游戲中成功使用。運用
空間可視化技術和虛擬現實技術進行地形環境模擬，真實再
現地景，用於互動式觀察和分析，提高對地形環境的認知效
果，是今後三維GIS 可視化發展的一個重點。四維GIS（4DGIS）
一般是指在原有的三維GIS 基礎上加入時間變數而構成的
GIS。許多人認為地質特徵是不變的，但實際上大部分地質特
征是動態的、變化的，不是所有地質情況都是變化緩慢的，
水災、地震、暴風雨以及滑坡都會使局部地質條件發生快速
而巨大的變化。地質學家對4D(立體3D 加上時間第4D)的空
間——時間模型尤感興趣。但是，增加一維將帶來很大的問
題。比如數據量的幾何級數增長，致使數據的採集、存取、
處理都帶來一系列的問題。不過，這些問題可以在計算機技
術、資料庫技術以及相關電子技術的發展而得到解決。因此，
如何設計4DGIS 並運用它來描述和處理地理對象的時態特徵
是一個重要的發展領域。

❹ 地理信息系統集成的現狀

GIS是一種處理地理信息的特殊信息系統。地理信息與其他信息的差別在於它的數據既包含屬性數據又包含空間數據，二者同等重要。地理信息系統一般被定義為用於採集、存儲、管理、分析和表達空間數據的信息系統。從這個角度看，GIS包括空間數據的獲取、處理加工和應用的全過程，從一開始就是一種集成系統。

GIS集成狹義上指GIS自身的集成，廣義上則包括與地理空間信息相關的數據採集系統、處理分析系統、應用系統的綜合集成。在實際應用中根據用戶的需要可能還包括辦公自動化系統、通信系統、指揮調度系統等相關系統的集成。

GIS本身的集成包括數據的集成、模型的集成和軟體的集成。數據集成是指不同地域、不同時間、不同內容（屬性）的地理信息數據如何形成一個統一的整體，並按照一定的規律對其進行適當的分割，形成一個物理上分布、邏輯上集中的實用、高效的分布式空間資料庫系統。模型集成是指如何建立反映空間規律的模型，並將這些模型與資料庫平台、支撐功能軟體平台有機地結合在一起，實現模型庫、方法庫和知識庫的管理，並在已有的模型、方法和知識的基礎上建立新的模型。軟體集成主要指GIS功能軟體支撐平台的集成，包括同一種平台內部各模塊之間的集成以及不同GIS平台功能模塊之間的集成，同時還有可能包括與其他類型軟體之間的集成。在集成的技術方面目前還存在一些問題，隨著計算機硬體的進步和軟體技術的發展，這裡面的許多問題將逐步解決，但GIS集成的核心問題仍然存在，那就是時空統一的數據模型的建立，在這種數據模型基礎上統一的時空體的邏輯和物理分割以及如何建立面向問題的空間分析模型。

近年來，一些學者和專家提出「3S集成」或「5S集成」。「3S集成」即GIS，RS，GPS的集成，「5S集成」還要加上數字攝影測量系統（DPS）和專家系統（ES）。RS與GIS聯系較為密切，RS一直被看做GIS快速獲取信息的重要來源，而GIS被認為是RS信息利用的深化，很早以前就有人提出RS和GIS集成的問題，提出分開的但是平行的結合、無縫的結合和整體結合等若干模式，但是在實際應用中進展甚微。「3S集成」的一般模式是RS採集面狀信息，GPS採集實時點位數據，為GIS提供數據源，利用GIS進行空間數據管理和空間分析。DSS和ES的引入目的在於深化空間數據的應用。DSS主要處理半結構化和非結構化的問題，它的目的是輔助決策而不是代替人的作用。ES則是模擬專家的分析和決策過程，代替人的作用。空間信息的獲取、分析和應用是一個首尾相聯、循環往復的過程。空間信息應用所產生的方案和決策作用於空間對象使之改變狀態，使空間信息獲取、分析和應用開始新的一輪循環。在這種模式中，「5S集成」通過反饋和協調機制形成了一個有機的整體，代表了地理信息系統集成的新方向。

在實際應用中，以航空航天遙感信息、測繪信息和地面觀測資料獲取為數據源，用GIS空間分析功能建立專業評估分析模型來進行空間信息管理和決策的面向地理信息的集成系統在資源與環境動態監測、農作物估產、重大自然災害監測評估、生態網路研究、城市規劃與管理等領域發揮了重要作用，國內外已有許多成功的系統。

當前GIS系統集成存在方法上的問題，初步歸納有以下幾個方面值得注意：

（1）信息集成理論基礎薄弱。地理信息的類型、來源、表現和應用都越來越多樣化。盡管GIS集成系統在分布式平面網路擴展（WEBGIS）、三維立體擴展（3D GIS）、時間擴展（TGIS）、屬性擴展（多源數據融合）的實踐方面取得了很大進展，但在GIS中目前還缺乏對地理統一時空體的有效表達。

（2）GIS集成的方法論匱乏。對於地理信息集成的概念缺乏一致的認識，對於GIS如何集成、GIS集成包含哪些內容、集成系統的體系結構缺乏深入的理論研究。

（3）機械集成多，有機集成少。許多集成系統只是各子系統簡單的堆砌，造成數據和功能的冗餘和不一致，無法投入業務化運行。這主要是由於缺乏對系統集成的全面認識。從總體上講，系統集成不僅僅是功能集成，還應包括資源集成、信息集成和人員集成。集成系統不僅應具備各子系統的功能，而且還應提供系統的反饋和協同功能，同時為將來加入新的功能並形成一個有機的整體提供可能。

（4）集成的體系結構不合理。GIS集成一般是多種硬體平台、多種操作協同、多種網路平台、多種支撐軟體、多種應用集成的統一，單獨一種或幾種商用軟體無法滿足整體系統的需要，而且建立在商用支撐軟體上的集中式系統，在系統擴充、升級和維護等方面都存在許多問題，所有的應用都無法脫離該系統。從集中系統轉向以C/S結構為基礎的分布式系統，把商用軟體看做是提供特定功能的伺服器，可以根據需要組合各種商用軟體模塊和自行開發的模塊，並可以很方便地升級和替換。

（5）靈活性差。GIS應用一般都是宏觀動態的復雜系統，但是目前的集成系統用戶一般只能按照系統提供的菜單完成預制的功能，而無法根據實際需要迅速建立面向應用的分析模型。這主要是集成系統由於沒有統一的信息視圖，缺乏資料庫集成平台和模型庫集成平台，缺乏方便、靈活和可視化的構模工具。

（6）缺乏標准。早期的GIS集成系統大都屬於研究和試驗系統，沒有統一的標准。但是標准化是大型復雜系統成功的基本保證。隨著越來越多的空間數據標準的制定，借鑒和融合CIMS標准、軟硬體標准制定GIS集成的標准，是GIS集成系統從試驗研究走向業務化運行的重要內容。

❺ 地理空間信息服務研究現狀

目前國內外在地理信息服務領域研究較多，主要分為下面三個方面。

1.3.3.1 地理空間信息服務標准化方面

地理空間信息服務標准化工作是地理空間信息服務得以穩健發展，高效互操作與集成的基礎，得到了許多國際化組織和機構的關注，取得了不少研究成果。作為全球最大的空間信息、互操作規范的制訂者和倡議者，開放地理信息系統聯盟(OpenGISConsortium，OGC)已經認識到在地理信息領域中引入 Web 服務技術的重要性和緊迫性，對地理信息服務制定了一系列的規范，主要包括: 網路矢量數據服務(Web Feature Service，WFS)、網路柵格數據服務(Web Coverage Service，WCS)、網路地圖服務(Web Map Service，WMS)、網路處理服務(Web Geoprocessing Service)、網路目錄服務(Catalogue Service-Web)等地理信息服務的相關規范。以上這些規范既可以作為 Web 服務的空間數據服務規范，又可以作為空間數據的互操作實現規范。國際標准化組織 ISO/TC211 技術委員會在 ISO 19119 草案中也對地理信息服務的相關概念、標准做了規定。在 ISO/TC211 技術委員會和 OGC 組織制定地理信息服務的內涵和標準的基礎上，越來越多的學者投入到地理信息 Web 服務研究中。然而，國內在地理空間信息服務標准化方面的研究人員和研究工作非常少。

1.3.3.2 地理空間信息服務模式及框架方面

國外 Panatkool(2002)介紹了一種基於 P2P 網格的分布式網路地理信息服務模式，在這個模式下，地理信息服務可以在節點間遷移。Onchaga(2006)研究了一種服務質量(QoS)支持的服務鏈方法，使得地理空間信息服務在發現、組合以及執行過程中能同時顧及功能性以及質量上的要求，並且構建了一個服務質量管理框架以對服務鏈中基礎的概念，規則以及機制進行定義。Shu et al.(2006)提出了如下圖 1.8 融合 OGC 技術和網格技術的地理空間信息共享架構。

圖 1.8 於 OGC 服務的網格框架(Shu et al.，2006)

梁旭鵬等(2006)在分析了傳統的解決空間信息共享與互操作方法存在的不足的基礎上，提出從數據共享、功能互操作系統集成等多面考慮實現空間信息共享與互操作的設計思想，建立基於 Web 服務的分布式空間信息共享與互操作模型。陳應東(2008)提出了適合空間信息特點的空間信息服務模式組成結構，並詳細論述了空間信息服務模式的基本組成要素和特徵，以及模式之間的演變規律; 並在此基礎上闡述了面向服務的空間信息服務活動過程的實現架構與運行流程，空間信息服務資源管理體系以及基於脫坡結構的描述服務之間關系的方法(陳應東，2008)。羅英偉等(羅英偉等，2003; 王文俊等，2005)設計了一個基於 Web Services 技術的、可實現城市空間信息服務集成與互操作的框架 － π 系統框架，系統由 6 個層次組成: 應用層、WWW 服務層、Web 空間應用集成層、空間應用集成服務層、元數據服務和空間信息服務層以及空間信息庫層，系統給城市空間信息應用的開發者提供了一個二次開發的平台和應用系統的基礎框架，屏蔽了城市空間信息應用的分布性和 GIS 平台的異構性，整個系統貫穿 Web Services 的概念，使系統具有良好的開放性，為支持其他 GIS 平台和空間信息服務提供基礎。李琦等(李琦等，2002; 黃曉斌等，2004)在闡述空間智能體 GeoAgent 的概念、特點和行為等有關內容的基礎上，提出基於 GeoAgent 的地理信息服務模式。該模式能夠利用 GeoAgent 的優勢來克服現有GIS 的不足，並通過與 Web 服務等技術相結合，為數字城市中地理信息服務的構建提供有效的方法和有利的支撐。汪洋等(2004)認為，區域性/全國性的海洋環境監測系統需要集成許多已有業務化運行的海洋信息系統，並且要為成千上萬的應用系統提供服務，迫切需要一個支持分布式異構環境的海洋監測信息及服務集成框架來指導系統的建設。因此他提出了基於 XML，Web Service，Ontology 等技術的集成框架包括集成匯流排及 Adapter Serv-ice，元資料庫及集成協調器與供二次開發的 API 及 Web Service 工具集。這一集成框架是開放的可擴充的，它實現了數據互操作，軟體互操作與語義互操作，可以應用於大規模海洋監測系統的動態集成，並能有效利用網上豐富的涉海商業 Web 服務(汪洋等，2004)。

1.3.3.3 地理空間信息服務應用方面

這方面研究比較多，Best(2007)介紹了一種是通過在科學工作中使用地理空間信息服務的方法來實現動態環境中對海洋哺乳動物棲息地的預測。Hamre(2009)在 InterRisk項目(歐洲海洋海岸帶環境風險互操作服務)中建立了基於網路地理信息服務的海洋污染監測與預報互操作服務，並成功運用於挪威、英國、愛爾蘭、德國以及波蘭的水域。Foerster et al.(2010)在網路服務環境下基於 OGC 的 WPS 服務實現了地理空間數據的地圖綜合以及模式轉換。王興玲(2002)對基於 Web 的地理信息服務模式以及相關方面的問題進行了初步的探索和研究，利用 XML(GML/SVG)和 Web Service 技術構建了一個基於 Web 的地理信息服務平台，並成功應用到 「北京指南」平台中。馬林兵等(2003)提出了一個基於可重用 Web Services 技術在全球范圍內解決 GIS 數據集成和共享問題的新方法，並應用於城市交通管理信息系統中。劉文亮等(2009)、楊峰等(2008)，分別通過 Web Service 實現了在分布式環境下海洋標量場數據與矢量場數據的遠程時空過程可視化。何亞文等(2009b)通過 Web Service 實現了網路環境下的 NDVI 的計算，研究了基於Web Service 的 Argo 數據服務框架及相應的實現方法，為用戶提供透明的、 「一站式」 的Argo 數據 Web 應用(何亞文等，2009a)。

❻ 論述地理信息系統在國內外應用的現狀

測量數來據可以從測量器械上的數字自數據收集系統中被直接輸入到GIS中。從全球定位系統（GPS）——另一種測量工具中得到的位置，也可以被直接輸入到GIS中。遙感數據同樣在數據收集中發揮著重要作用，並由附在平台上的多個感測器組成。感測器包括攝像機、數字掃描儀和激光雷達，而平台則通常由航空器和衛星構成。 大部分數字數據來源於圖片判讀和航空照片。軟拷貝工作站用來數字化直接從數字圖像的立體象對中得到的特徵。這些系統允許數據以二維或三維捕捉，它們的海拔直接從用照相測量法原理的立體象對中測量得到。現今，模擬航空照片先被掃描然後再輸入到軟拷貝系統，但隨著高質量的數字攝像機越來越便宜，這一步也就可被省略了。 衛星遙感提供了空間數據的另一個重要來源。這里衛星使用不同的感測器包來被動地測量從主動感測器如雷達發射出去的電磁波頻譜或無線電波的部分的反射系數。遙感收集可以進一步處理來標識感興趣的對象和類例如土地覆蓋的光柵數據。

❼ 地理信息系統（GIS）應用現狀及發展趨勢

現有常見制應用：
空間大地測量信息系統（SGIS）
GPS參考系動態變換信息系統(GPS-KTIS)

發展趨勢：由於地理信息系統一般由硬體/軟體、數據/資料庫、用戶構成。建立一個可應用的系統，3要素缺一不可，同樣，發展也繞此展開。
一，硬體/軟體
硬體：地理信息系統對計算機資源的要求不僅在空間數據的數據量方面，還在數據處理的復雜程度方面。
軟體趨勢：
1、不同種類型的界限逐漸模糊
2、Client/Server環境的流行
3、多媒體技術的發展和應用
4、計算機與通信技術的融合
地理信息系統軟體的開發都基於 明確的設計原則和對空間數據處理的理解。一般來說，軟體開發對功能關注大於可用性。
二、空間數據
從周期、精度、拓撲關系和屬性著手
三、用戶
針對不同的用戶建立不同的系統。

gis特有功能的發展趨勢
1、數據採集與更新
2、數據集成
3、空間分析與人工智慧
4、空間檢索

❽ 　地理信息系統的發展現狀與趨勢

一、國外GIS的發展歷史與現狀

地理信息系統（Geographic Information System,GIS）是以地理空間資料庫為基礎，在計算機軟硬體支持下，對空間相關數據進行採集、管理、操作、分析、模擬和顯示，並採用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態的地理信息，為地理研究和地理決策服務而建立起來的計算機技術系統。從外部看錶現為計算機的軟硬體系統，而其內涵卻是由計算機程序和地理數據組成的地理空間信息模型，是一個邏輯縮小的、高度信息化的地理系統，計算機系統的支持是GIS的主要特徵，使GIS得以快速、精確、綜合地對復雜的地理系統進行空間定位和過程分析。

世界上第一個GIS是在1963年由加拿大測量學家R.F.托姆林森提出並建立的，稱為加拿大地理信息系統，主要用於自然資源的管理與規劃。稍後，美國哈佛大學研究出SY-MAP系統軟體。但當時的計算機技術水平不高、存儲容量小、磁帶存儲速度慢，使得GIS帶有更多的機助制圖色彩，用於地學分析和空間數據模擬的功能極為簡單。

進入70年代以後，計算機軟硬體技術飛速發展，尤其是大容量的存儲設備——硬碟的使用，為空間數據的輸入、存儲、檢索和輸出提供了強有力的手段；高性能的圖形顯示器的發展，增強了人機對話和高質量圖形顯示功能，促使GIS朝著實用方向迅速發展。在此階段的標志是一些發達國家先後建立了許多專業性的土地信息系統和地理信息系統，據統計70年代大約有300個系統投入使用，例如美國地質調查局從1970年到1976年建立了50多個信息系統，用於獲取和處理地質、地理、地形和水資源信息；日本國土地理院從1974年開始建立數字國土信息系統，存儲、處理和檢索測量數據、航空像片信息、行政區劃、土地利用、地形、地質等信息，為國家和地區土地規劃服務；瑞典在中央、區域和城市三級建立了許多信息系統。一些商業公司開始活躍起來，軟體在市場上受到歡迎，許多大學和研究機構開始重視GIS軟體設計和應用研究，成立了各種GIS研究實驗室。

80年代是GIS普及和推廣應用階段。隨著計算機的迅速發展和普及，地理信息系統也逐步走向成熟，並在全世界范圍內全面地推向應用階段，第三世界國家也開始引進、應用和發展自己的地理信息系統。高性能微型計算機的問世，使得微機地理信息系統得到了蓬勃發展，並使地理信息系統工具具有更高的效率、更強的通用性和獨立性，更少地依賴於應用領域和計算機硬體環境，為地理信息系統的建立和應用開辟了新的途徑。GIS的應用從解決比較簡單的規劃管理問題（如道路、輸電線等）轉為更復雜的區域開發和決策問題，例如土地利用、沙漠化、城市化、環境與資源評價等。隨著GIS與衛星遙感技術的結合，GIS開始用於全球變化與全球監測。80年代是GIS發展具有突破性的年代，僅1989年市場上有報價的GIS軟體就達70多家，並涌現出一批有代表性的GIS軟體，如：ARC/IN-FO、MicrostationSICAD、Genamap、System9等。

進入90年代以後，微機地理信息系統得到了迅猛的發展，並且性能也得到了極大加強，向綜合性、智能性發展。GIS已成為一種新興的確定性產業，投入使用的GIS系統，每2～3年就翻一番，GIS市場的年增長率大於35%，從事GIS的廠家超過300家。GIS已滲透到各行各業，愈來愈多的國際性會議以GIS為主題，愈來愈多的學術刊物以GIS為標題，愈來愈多的學科，如地理學、工程學、森林學、城鄉規劃、計算機科學、測繪學、航天遙感、礦床地質、水資源等都把GIS作為發展方向。國家和地區性的GIS研究中心在美、英等主要西方國家中建立。

二、我國地理信息系統的發展

我國地理信息系統的研製與應用始於70年代末期，它的發展基礎是計算機制圖、計算機技術、計量地理和遙感技術。

1978～1980年為准備階段，主要是進行輿論准備，正式提出倡議，開始組建隊伍和實驗研究。

1981～1985年為起步階段，主要是對地理信息系統進行理論探索和區域性實驗研究，並在此基礎上制定國家地理信息系統規范。1981年在四川渡口二灘進行實驗，以航空遙感資料為基礎，進行數據採集和資料庫模型設計；1984年開始，國家測繪局測繪科學研究所著手組建國土基礎信息系統；1985年國家資源與環境信息系統實驗室成立。

1986～1993年為初步發展階段，地理信息系統被列入國家「七五」攻關課題，取得了重要進展和實際效益，形成了比較系統的研究計劃：研究資源與環境信息系統國家規范和標准，解決信息共享和系統兼容問題；開展全國性和區域性的信息系統的建立和應用模式研究；研製和開發軟體系統與專家系統，全國建成了一批資料庫、開發了一系列的空間信息處理與制圖軟體；完成了一批綜合性、區域性和專題性的信息系統。

1994年以來為軟體商品化階段，在國外成熟軟體在我國得到廣泛應用的同時，帶動了具有自主版權的國產地理信息系統基礎軟體的的崛起，一批起點高、功能強、價格低廉的國產軟體相繼研製成功，並推向市場。為客觀地了解我國GIS基礎軟體的開發水平、開發現狀和產業化前景，推動具有我國自主版權的GIS基礎軟體的健康發展，國家遙感中心、中國地理信息系統協會、中國海外信息系統協會從1996年開始對國產GIS基礎軟體和專項應用軟體進行測評，從四年的測評結果來看，國產GIS軟體的發展情況喜人，軟體的功能、性能、品種和商品化程度都有了較大幅度的提高，完全可以在相關領域內實際應用，與國外優秀GIS軟體的差距正在逐步縮小，個別領域已經超過了國外GIS軟體，在微機（PC）GIS軟體和某些應用領域具備了與國外軟體競爭的實力。

三、地理信息系統（GIS）的發展趨勢

GIS技術的發展已經取得了巨大的成就，並對社會的發展作出了巨大的貢獻，但對人們的期望和要求來講還遠遠不夠，GIS的進一步發展應主要表現在以下幾個方面：

1.多媒體地理數據的管理與操作管理

在一個多種數據類型並存的混合系統中，如何實現各類數據的隨意操作和有效管理，這是現今信息媒體多元化新時代的一個突出問題，它比單一地圖資料庫的操作要復雜得多。信息資源庫包括的主要內容有：地理資料庫、專業資料庫、圖像庫、文件庫和聲音庫等。

2.數字制圖技術

紙基地圖在任何時候都是不可能被取代的，利用數字地圖庫直接生產紙基地圖，即數字地圖環境下的自動編圖的核心是數字地圖的自動制圖綜合技術，它比屏幕顯示為目的的電子地圖的製作要復雜得多，要處理各要素之間的關系，目前仍視為一個國際性的難題。此外，還應包括建立基於地圖資料庫和GIS技術集成的地圖生產系統。

3.「3S」集成技術

GPS（全球定位系統）、RS（遙感）、GIS（地理信息系統）產生的時間不一，理論基礎和技術特點也不盡一致，但它們的學科性質是相通的，即共同研究、表達和分析地球科學信息，在逐步發展過程中構成了相輔相成的關系，三者的結合覆蓋了信息採集、處理和分析的全過程，使GPS、RS、GIS構成的衛星對地觀測系統成為地球系統科學研究的重要手段。

4.空間可視化技術與虛擬現實技術

可視化是指運用計算機圖形圖像處理技術，將復雜的科學現象或自然景觀，甚至十分抽象的概念圖形化，以便於理解現象、發現規律和傳播知識。虛擬現實也稱虛擬環境或人工現實，是一種由計算機生成的高級人機交互系統，構成一個以視覺為主的可感知環境。空間可視化技術與虛擬現實技術可用於製作動態地圖、地形環境模擬、地圖設計製作等方面。

5.三維GIS和時態GIS技術

在地質、礦山、地下水、大氣、環境等方面，人們不僅需要研究現象的二維分布，更需要研究其三維空間分布甚至與時間有關的時空分布特徵和規律，因此，對於真三維和四維GIS的需求更加迫切，而真四維是在真三維的基礎上增加時間維。

6.網路GIS和WWW GIS技術

由於萬維網具有開放性和友好的用戶界面，它迅速成為網路信息處理和分布的主要工具。在伺服器端，GIS軟體系統通過CGi（連接器）與萬維網的HTTP（超文本傳輸協議）伺服器相連；在客戶端，有萬維網瀏覽器以HTML（超文本標注語言）建立用戶界面。