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當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)與GIS發(fā)展趨勢(shì)

作者: 時(shí)間:2012-10-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要 地理信息系統(tǒng)() 是隨著的發(fā)展而形成的一門新興技術(shù),并成為一種主要的信息產(chǎn)業(yè),它極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)的普與應(yīng)用。隨著信息技術(shù),尤其隨著是以前所未有的速度快速發(fā)展,以及的應(yīng)用深度的不斷深入和廣度的擴(kuò)大,正處于急劇變化與發(fā)展之中。本文結(jié)合當(dāng)前發(fā)展的特點(diǎn),分析當(dāng)前GIS的及其主要功能。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202168.htm

1 引言

地理信息系統(tǒng)(GIS,Geographic Information System)是以采集、存儲(chǔ)、管理、分析、描述和應(yīng)用整個(gè)或部分地球表面(包括大氣層在內(nèi))與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(97年的參考文獻(xiàn))。它由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成。它的主要功能是實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的采集、編輯、管理、分析、統(tǒng)計(jì)、制圖的工具已逐步發(fā)展起來。

GIS始于60年代的加拿大與美國,爾后各國相繼投入了大量的研究工作,自80年代末以來,特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,地理信息的處理、分析手段日趨先進(jìn),GIS技術(shù)日臻成熟,已廣泛地應(yīng)用于環(huán)境、資源、石油、電力、土地、交通、公安、急救、航空、市政管理、城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)咨詢、災(zāi)害損失預(yù)測(cè)、投資評(píng)價(jià)、政府管理和軍事等與地理坐標(biāo)相關(guān)的幾乎所有領(lǐng)域。

但是,隨著信息技術(shù),尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展、數(shù)字地球(Digital Earth)的提出與實(shí)施,以及GIS的應(yīng)用深度的不斷深入和廣度的擴(kuò)大,GIS正處于急劇變化與發(fā)展之中,并對(duì)GIS提出了許多新的要求。一方面,計(jì)算機(jī)的進(jìn)步、信息網(wǎng)的發(fā)展和利用等技術(shù)上的突破,使得以數(shù)字形式表示信息更加容易,另一方面,地理信息仍滯后于其它更適合于以數(shù)字形式表示的信息,例如數(shù)字和文本。因此,地理信息的使用,又存在一定的困難和障礙,如果這些障礙能夠妥善解決,GIS的應(yīng)用將會(huì)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。本文就目前地理信息系統(tǒng)的熱點(diǎn)問題進(jìn)行介紹、分析和總結(jié)。

2計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)GIS的影響

GIS技術(shù)依托的主要工具和平臺(tái)是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)設(shè)備。進(jìn)入90年代以來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 計(jì)算機(jī)其微處理器的處理速度愈來愈快性能價(jià)格比更高; 其存儲(chǔ)器能實(shí)現(xiàn)將大型文件映射至內(nèi)存的能力,并且能存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)。此外, 隨著多媒體技術(shù)、空間技術(shù)、虛擬實(shí)景、數(shù)字測(cè)繪技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)三維圖形芯片、大容量光盤技術(shù)及寬頻光纖通訊技術(shù)的突破性進(jìn)展,特別是消除數(shù)據(jù)通訊瓶頸的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建立,以及能夠提供接近實(shí)時(shí)對(duì)地觀測(cè)圖象的高分辨、高光譜、短周期遙感衛(wèi)星的大量發(fā)射,這些為GIS技術(shù)的廣泛、深入應(yīng)用展示了更加光明的前景。同時(shí), 也使當(dāng)前的GIS已不能滿足信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代的要求,目前GIS主要總體上呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化[1][3]、開放性[5]、虛擬現(xiàn)實(shí)[1]、集成化[2]、空間多維性[4][6]等

2.1 網(wǎng)絡(luò)化——網(wǎng)絡(luò)GIS

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展推動(dòng)著當(dāng)代GIS技術(shù)的快速更新和發(fā)展,使得在因特網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)GIS應(yīng)用日益引起人們的關(guān)注,建立萬維網(wǎng)GIS(WWWW GIS或Web GIS)是近年來GIS研究領(lǐng)域的一個(gè)熱門話題。Web GIS或互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(Internet GIS)是當(dāng)前GIS的一個(gè)重要發(fā)展方向。

目前,WWWGIS的建設(shè)面臨四個(gè)方面的挑戰(zhàn):網(wǎng)上數(shù)據(jù)發(fā)布、網(wǎng)上數(shù)據(jù)互操作、網(wǎng)上數(shù)據(jù)采掘和網(wǎng)上數(shù)據(jù)管理及安全性。與傳統(tǒng)的GIS相比,Web GIS具有以下特點(diǎn):

(1)適應(yīng)性強(qiáng) Web GIS是基于互聯(lián)網(wǎng)的,因而是全球的,能夠在不同的平臺(tái)運(yùn)行。

(2)應(yīng)用面廣 網(wǎng)絡(luò)功能將使Web GIS應(yīng)用到整個(gè)社會(huì),真正實(shí)現(xiàn)GIS的無所不能,無處不在。

(3)現(xiàn)實(shí)性強(qiáng) 地理信息的實(shí)時(shí)更新在網(wǎng)上進(jìn)行,人們能得到最新信息和最新動(dòng)態(tài)。

(4)維護(hù)社會(huì)化 數(shù)據(jù)的采集、輸入、空間信息的分析與發(fā)布將是在社會(huì)協(xié)調(diào)下運(yùn)作,對(duì)其維護(hù)將是社會(huì)化,減少重復(fù)的勞動(dòng)。

(5)使用簡(jiǎn)單 用戶可以直接從網(wǎng)上獲取所需要的各種地理信息,直接進(jìn)行各種地理信息的分析,而不用關(guān)心空間數(shù)據(jù)庫的維護(hù)和管理。

網(wǎng)絡(luò)GIS可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上發(fā)布、瀏覽、下載,實(shí)現(xiàn)基于Web的GIS查詢和分析。盡管目前已有多家國內(nèi)外公司推出Web GIS,總地來說,Web GIS尚處在試驗(yàn)研究階段,其最終目標(biāo)是應(yīng)能實(shí)現(xiàn)GIS與WWW技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,GIS通過WWW成為大眾使用的技術(shù)和工具。

2.2 開放性——開放式GIS

開放式地理信息系統(tǒng)(Open GIS)是指在計(jì)算機(jī)和通信環(huán)境下,根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和接口(Interface)所建立起來的地理信息系統(tǒng)。它不僅使數(shù)據(jù)能在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng),還能在系統(tǒng)間流動(dòng)。Open GIS是為了使不同的地理信息系統(tǒng)軟件之間具有良好的互操作性,以及在異構(gòu)分布數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)信息共享的途徑。為此,Open GIS要具有下列特點(diǎn):

(1)互操作性:不同地理信息系統(tǒng)軟件之間連接、信息交換沒有障礙。

(2)可擴(kuò)展性:硬件方面,可在不同軟件、不同檔次的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行,其性能和硬件平臺(tái)的性能成正比;軟件方面增加新的地學(xué)空間數(shù)據(jù)和地學(xué)數(shù)據(jù)處理功能。

(3)技術(shù)公開性:開放的思想主要是對(duì)用戶公開,公開源代碼及規(guī)范說明是重要的途徑之一。

(4)可移植性:獨(dú)立于軟件、硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,不需修改便可在不同的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

除此之外,還有諸如兼容性、可實(shí)現(xiàn)性、協(xié)同性等特點(diǎn)。

為了研究和開發(fā)Open GIS技術(shù),1996年在美國成立的開放地理信息聯(lián)合會(huì)主要研究和建立了開放式地理數(shù)據(jù)交互操作規(guī)程(OGIS,Open Geodata Interoperable Specification)。OGIS是為了尋找一種方式,將地理信息系統(tǒng)技術(shù)、分布處理技術(shù)、面向?qū)ο蠓椒?、?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)信息獲取方法更有效地結(jié)合起來?;贠GIS規(guī)范制訂的開放系統(tǒng)模型是一種軟件工程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,這種方法應(yīng)用于GIS領(lǐng)域,側(cè)重于改變當(dāng)前GIS模型中特定的應(yīng)用系統(tǒng)及其功能與它內(nèi)部數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)格式緊密捆綁的現(xiàn)狀。當(dāng)然,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),還需采用分布式對(duì)象的技術(shù),通過Acrobat、OLE、ActiveX、Java等語言實(shí)現(xiàn)。

Open GIS技術(shù)將使GIS始終處于一種組織、開放式的狀態(tài),真正成為服務(wù)于整個(gè)社會(huì)的產(chǎn)業(yè)以及實(shí)現(xiàn)地理信息的全球范圍內(nèi)的共享與互操作,是未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下GIS技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2.3虛擬現(xiàn)實(shí)——虛擬GIS

虛擬GIS就是GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality)的結(jié)合。VR技術(shù)是當(dāng)代信息技術(shù)高速發(fā)展,并與其他技術(shù)集成的產(chǎn)物,是一種最有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)。這種模擬具有三個(gè)最基本的特征,即Immersion(沉浸)-Interaction(交互)-Imagina-tion(構(gòu)想)。

由于技術(shù)的限制,目前還未能開發(fā)出適用于遙感和GIS用戶需要的真3維可視化的數(shù)據(jù)分析軟件包。GIS與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合,將虛擬環(huán)境帶入GIS將使GIS更加完美。GIS用戶在計(jì)算機(jī)上就能處理真3維的客觀世界的虛擬環(huán)境中將能更有效地管理,分析空間實(shí)體數(shù)據(jù)。目前虛擬GIS(VGIS)的研究主要集中在虛擬城市。

2.4 多媒體GIS

多媒體技術(shù)(Multia-Media)是一種集聲、像、圖、文、通訊等為一體,并以最直觀的方式表達(dá)和感知信息,以形象化的、可觸摸(觸屏)的甚至聲控對(duì)話的人機(jī)界面操縱信息處理的技術(shù)。應(yīng)用多媒體技術(shù)對(duì)GIS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能及應(yīng)用模式的設(shè)計(jì)產(chǎn)生極大的影響,使得GIS的表現(xiàn)形式更豐富,更靈活,更友好。

多媒體地理信息系統(tǒng)(MGIS)將文字、圖形(圖像)、聲音、色彩、動(dòng)畫等技術(shù)融為一體,為GIS應(yīng)用開拓了新的領(lǐng)域和廣闊的前景。它不僅能為社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化教育、旅游、商業(yè)、決策管理和規(guī)劃等提供生動(dòng)、直觀、高效的信息服務(wù),而且將使電腦技術(shù)真正走進(jìn)人類社會(huì)生活。多媒體技術(shù)在GIS領(lǐng)域的深入應(yīng)用,乃至出現(xiàn)具有良好集成能力的MGIS是技術(shù)發(fā)展的必然。

2.5 集成化——3S技術(shù)的結(jié)合

3S技術(shù)指的是全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)。3S技術(shù)的結(jié)合與集成充分體現(xiàn)了學(xué)科發(fā)展從細(xì)分走向綜合的規(guī)律。

GIS發(fā)展的重要趨勢(shì)是與全球定位系統(tǒng)(GPS)和遙感(RS)的集成,從而構(gòu)成實(shí)時(shí)的,動(dòng)態(tài)的GIS。GPS為GIS的快速定位和更新提供手段,遙感技術(shù)的多譜段、多時(shí)相、多傳感器和多分辨率的特點(diǎn),為GIS不斷注入“燃料”,反過來又可利用GIS支持從遙感影像數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取語義和非語義信息。

3S技術(shù)整體結(jié)合所構(gòu)成的系統(tǒng)是高度自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化的GIS系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不僅具有自動(dòng)、實(shí)時(shí)地采集、處理和更新數(shù)據(jù)的功能,而且能夠分析和運(yùn)用數(shù)據(jù),為各種應(yīng)用提供科學(xué)的決策咨詢,并回答用戶可能提出的各種復(fù)雜問題。

2.6 空間多維性——三維GIS與時(shí)態(tài)GIS

2.6.1三維GIS

在許多地學(xué)研究中,人們所要研究的對(duì)象是充滿整個(gè)3D空間的,如大氣污染、洋流、地質(zhì)模型等,必須用一個(gè)(X,Y,Z)的3D坐標(biāo)來描述。在3D GIS中,研究對(duì)象是通過空間X、Y、Z軸進(jìn)行定義,描述的是真3D的對(duì)象。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和GIS在許多行業(yè)諸如地質(zhì)、礦山、海洋、城市地下管網(wǎng),城市空間規(guī)劃、城市景觀分析、無線通信覆蓋范圍分析等對(duì)三維GIS的需求日益迫切,3D GIS的理論和應(yīng)用近年來受到許多學(xué)者的關(guān)注。到目前為止,雖然有3D GIS系統(tǒng)問世,但其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們分析問題的需要,原因主要是3D GIS理論不成熟,其拓?fù)潢P(guān)系模型一直沒有解決;另外三維基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)量十分大,很難建立一個(gè)有效的,易于編程實(shí)現(xiàn)的三維模型,計(jì)算機(jī)海量數(shù)據(jù)的處理為三維GIS提供了基礎(chǔ)。

2.6.2 時(shí)態(tài)GIS

人們都在一定的空間和時(shí)間環(huán)境中生存并從事各種社會(huì)活動(dòng)。從信息系統(tǒng),尤其是GIS的實(shí)用角度出發(fā),時(shí)間可以看成是一條沒有端點(diǎn),向過去和將來無限延伸的線軸,它是現(xiàn)實(shí)世界的第四維。時(shí)間和空間不可分割地聯(lián)系在一起,跟蹤和分析空間信息隨時(shí)間的變化,應(yīng)當(dāng)是GIS的一個(gè)合理目標(biāo)。這樣的GIS就被稱為時(shí)態(tài)GIS(Temporal GIS)。

記錄歷史數(shù)據(jù)有時(shí)候是非常重要的。在GIS中也要經(jīng)常查詢歷史,最明顯的例子就是宗地,一塊宗地可能經(jīng)過許多次的買賣或變化。在土地糾紛中,人們需要詳細(xì)的歷史記錄作為法律依據(jù)。GIS在環(huán)境應(yīng)用中,也經(jīng)常需要用到多時(shí)態(tài)的信息對(duì)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。所以,研究GIS的時(shí)態(tài)問題則成為當(dāng)今GIS領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。

時(shí)態(tài)GIS的組織核心是時(shí)空數(shù)據(jù)庫,其概念基礎(chǔ)則是時(shí)空數(shù)據(jù)模型。時(shí)空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)以不同類型的時(shí)空過程和應(yīng)用目的作為出發(fā)點(diǎn)。雖然人們已分別在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫研究方面取得很大進(jìn)展,但是“時(shí)態(tài)”+“空間”≠ “時(shí)空”,兩者難以簡(jiǎn)單地組合起來,這導(dǎo)致了時(shí)態(tài)GIS研究與應(yīng)用的困難。作為一種系統(tǒng)方法,時(shí)態(tài)GIS的研究和應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。

2.7 部件組裝化——組件式GIS

GIS軟件是一種大型的軟件,開發(fā)一個(gè)功能完備的GIS軟件是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工程。如何合理地組織GIS軟件的結(jié)構(gòu),一直是GIS軟件技術(shù)專家們研究的問題。它的發(fā)展體經(jīng)歷了如下歷程:GIS模塊、集成式GIS、模塊化GIS和核心式GIS。當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟件控件技術(shù)(ActiveX控件,其前身OLE控件)為GIS軟件提供了一種新的開發(fā)模式。

組件化GIS基于標(biāo)準(zhǔn)的組件式GIS平臺(tái),各組件之間不僅可能自由、靈活地重組,而且具有可視化的界面和方便的標(biāo)準(zhǔn)的接口。其特征主要體現(xiàn)在:

(1)高效無縫的系統(tǒng)集成 允許將專業(yè)模型、GIS控件、其它控件緊密地結(jié)合在統(tǒng)一的界面下。

(2)無須專門的GIS開發(fā)語言 只要掌握基于Windows平面的通用環(huán)境(VB,VC++,Delphi,power Builder等),以及組件式GIS各控件的屬性、方法和事件,就能完成應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

(3)大眾化的GIS 用戶可以象使用其它ActiveX控件一樣使用GIS的控件,使非專業(yè)的GIS用戶也能勝任GIS應(yīng)用開發(fā)工作。

(4)開發(fā)成本低 非GIS功能可以利用非專業(yè)控件,降低了系統(tǒng)的成本。

3 結(jié)束語

當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使GIS的發(fā)展主要呈以上幾種趨勢(shì)外,GIS軟件與建筑及規(guī)劃設(shè)計(jì)CAD、辦公自動(dòng)化、統(tǒng)計(jì)分析等軟件系統(tǒng)的集成等都是GIS研究與發(fā)展的熱點(diǎn)。

上述這些GIS的發(fā)展趨勢(shì)并不是孤立的,而是相互影響、相互促進(jìn),它涉及多學(xué)科的相互滲透、相互支撐。其目的就是促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展,更好地為人類了解和保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境服務(wù)。面對(duì)今天的計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,面對(duì)GIS充滿生機(jī)與活力的前景,我們應(yīng)該進(jìn)一步面向世界、抓住機(jī)遇、探索規(guī)律、促進(jìn)GIS技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。可以預(yù)見,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,信息高速公路的建成,一個(gè)以地理信息系統(tǒng)為平臺(tái),以信息高速公路為紐帶的“數(shù)字地球”,必將為人類信息交流與共享提供一種全新的方式。

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