大數(shù)據(jù)時代測繪地理信息如何發(fā)展

地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢向好 “互聯(lián)網(wǎng)+測繪”將成行業(yè)新常態(tài)

成都創(chuàng)新互聯(lián)專注于企業(yè)營銷型網(wǎng)站、網(wǎng)站重做改版、萊州網(wǎng)站定制設計、自適應品牌網(wǎng)站建設、成都h5網(wǎng)站建設、成都商城網(wǎng)站開發(fā)、集團公司官網(wǎng)建設、成都外貿(mào)網(wǎng)站建設、高端網(wǎng)站制作、響應式網(wǎng)頁設計等建站業(yè)務，價格優(yōu)惠性價比高，為萊州等各大城市提供網(wǎng)站開發(fā)制作服務。

地理信息產(chǎn)業(yè)，是以現(xiàn)代測繪技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的綜合性產(chǎn)業(yè)。既包括

GIS(地理信息系統(tǒng))產(chǎn)業(yè)、衛(wèi)星定位與導航產(chǎn)業(yè)、航空航天遙感產(chǎn)業(yè)，也包括傳統(tǒng)測繪產(chǎn)業(yè)和地理信息系統(tǒng)的專業(yè)應用，還包括LBS(基于位置服務)、地理信息服務和各類相關(guān)技術(shù)及其應用。

隨著網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，云計算大數(shù)據(jù)移動互聯(lián)網(wǎng)的普及，地理信息軟件也應推動地理信息獲取、處理、管理和網(wǎng)絡化分發(fā)服務軟件產(chǎn)品的集成，重點發(fā)展基于下一代互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等，適應云計算技術(shù)、時空技術(shù)、三維技術(shù)等的地理信息系統(tǒng)軟件產(chǎn)品。

地理信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》數(shù)據(jù)顯示，截至2013年底，行業(yè)內(nèi)企業(yè)達2萬多家，從業(yè)人員超過40萬人，年產(chǎn)值近2,600億元。新應用、新服務不斷產(chǎn)生，互聯(lián)網(wǎng)搜索和電子商務提供商、通信服務提供商、汽車廠商等紛紛涉足地理信息應用領域，形成了遙感應用、導航定位和位置服務等產(chǎn)業(yè)增長點。

到2020年，政策法規(guī)體系基本建立，結(jié)構(gòu)優(yōu)化、布局合理、特色鮮明、競爭有序的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局初步形成，互聯(lián)網(wǎng)搜索和電子商務提供商、通信服務提供商、汽車廠商等紛紛涉足地理信息應用領域，新應用、新服務不斷產(chǎn)生，形成遙感應用、導航定位和位置服務等產(chǎn)業(yè)增長點。2016

年4360億人民幣，年均復合增長率為20%，到2020年地理信息產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值規(guī)模將達到9040.90億人民幣，未來10年，地理信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將保持穩(wěn)定高速的年均增長率，到2021年形成萬億元的年產(chǎn)值。

地理信息服務業(yè)服務總值持續(xù)快速增長，2020年將達1,736億元

地理信息服務業(yè)是地理信息產(chǎn)業(yè)的核心部分，近年來，隨著“一帶一路”等國家戰(zhàn)略的提出，不動產(chǎn)統(tǒng)一登記等一系列國家重大項目和重點工作的啟動，國家現(xiàn)代測繪基準體系基礎設施建設的推進，基礎地理信息數(shù)據(jù)更新速度的加快，數(shù)字城市及智慧城市應用范圍的不斷擴大，地理信息服務總值持續(xù)快速增長。

同時，隨著地理信息的不斷發(fā)展，新應用、新服務不斷產(chǎn)生，互聯(lián)網(wǎng)搜索和電子商務提供商、通信服務提供商、汽車廠商等紛紛涉足地理信息應用領域，形成了遙感應用、導航定位和位置服務等產(chǎn)業(yè)增長點。參與主體的多樣化結(jié)合商業(yè)模式的創(chuàng)新，地理信息產(chǎn)業(yè)正逐步走向應用多元化、深度化的時代，企業(yè)的核心競爭力不斷提高。

阿里巴巴、騰訊、百度等大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)積極進軍地理信息產(chǎn)業(yè)，給傳統(tǒng)的中小地理信息企業(yè)帶來了不小的競爭壓力，導致了企業(yè)競爭的加劇，但同時也為加快產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效和地理信息企業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了強大外力。今后，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應是“互聯(lián)網(wǎng)+

”驅(qū)動下的有質(zhì)量、有效益的創(chuàng)新發(fā)展。

地理信息服務業(yè)未來發(fā)展趨勢

產(chǎn)業(yè)鏈將進一步延伸

在大數(shù)據(jù)時代，基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的大數(shù)據(jù)技術(shù)將對地理信息服務業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生全方位的影響，引起地理信息服務業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)的調(diào)整主要表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)鏈變長的趨勢。在大數(shù)據(jù)時代，地理大數(shù)據(jù)分析與挖掘可以直接創(chuàng)造價值，為用戶提供服務。而地理大數(shù)據(jù)分析與挖掘需要掌握專門的技術(shù)，可能還需要一定的行業(yè)背景，因此很可能發(fā)展成為一個獨立增值的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。此外，地理數(shù)據(jù)與其他大數(shù)據(jù)的集成，地理大數(shù)據(jù)的存儲、管理與運營都需要專門的設備和技術(shù)，在大數(shù)據(jù)時代，也很有可能發(fā)展成為一個獨立的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。

“互聯(lián)網(wǎng)+測繪”將成行業(yè)新常態(tài)

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的深刻變革，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等智能化技術(shù)的發(fā)展對測繪科學不斷滲透，地理信息服務業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品內(nèi)容及服務范圍發(fā)生了重大變化，“互聯(lián)網(wǎng)+測繪”將成為地理信息服務業(yè)新常態(tài)。

行業(yè)內(nèi)企業(yè)向綜合性和個性化方向發(fā)展

在大數(shù)據(jù)時代，以需求為導向的地理信息服務企業(yè)主要向兩個方向發(fā)展。一是綜合性，即地理信息服務企業(yè)提供的服務從單一內(nèi)容的服務向多類型服務發(fā)展，從滿足單一需求向提供整體解決方案發(fā)展，從提供某一種產(chǎn)業(yè)活動向提供多種產(chǎn)業(yè)活動發(fā)展。地理信息服務企業(yè)的綜合化發(fā)展趨勢同時也順應和體現(xiàn)了地理信息技術(shù)的發(fā)展趨勢。

近年來，3S技術(shù)趨于融合發(fā)展，地理信息服務領域的內(nèi)外業(yè)一體化、軟硬件一體化也更加明顯，同時，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，也使地理信息服務企業(yè)提供應用整體解決方案服務成為可能。二是個性化，在大數(shù)據(jù)時代，利用大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)需求、挖掘各類信息、解決各類問題的需求將迅速增長，公眾用戶的個性化產(chǎn)品發(fā)展空間廣闊。

大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)給地理信息系統(tǒng)帶來哪些機遇和挑戰(zhàn)

機遇是，通過結(jié)合大數(shù)據(jù)，gis可以更好地研究區(qū)域的時空變化，以及全國乃至全球的時空變化，也可以研究多指標耦合影響下的時空變化。挑戰(zhàn)就是，技術(shù)可能更難實現(xiàn)。

GIS技術(shù)的發(fā)展趨勢

GIS在資源環(huán)境領域的應用方興未艾，從技術(shù)、地理信息、經(jīng)濟社會的需求等方面分析，在該領域有以下趨勢及建議：

應用軟件數(shù)據(jù)端口應有專門化，專業(yè)化方向發(fā)展，在同類型同方向的GIS數(shù)據(jù)交流共享方向提供適當?shù)姆奖?，以解決GIS數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證的問題。

結(jié)合國家信息化推進工作，以電子政務相關(guān)工程為基礎，推動GIS在資源環(huán)境管理中的推廣應用。

信息化建設已成為我國各級 *** 及企業(yè)的重要任務，GIS在以資源、能源、生產(chǎn)、資金等空間綜合配置、優(yōu)化組合為目的的信息化建設中，可以發(fā)揮應有的作用；結(jié)合相應的應用工程，推動GIS的發(fā)展；

應用往專業(yè)化方向發(fā)展，功能由通用管理功能轉(zhuǎn)向資源評估、監(jiān)督、跟蹤分析等專業(yè)功能方向發(fā)展。

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，經(jīng)濟社會與資源環(huán)境之間的各方面的矛盾及問題逐漸暴露出來，這些問題在時間和空間上具有諸多的關(guān)聯(lián)性，分析這些問題、提出合理的解決方案建議，需要功能更專業(yè)化的GIS軟件系統(tǒng)支持；

支持多源、多尺度、多類型集成應用的軟件平臺工具的開發(fā)應用。

信息獲取技術(shù)的快速發(fā)展和多源化趨勢，要求資源環(huán)境方面的GIS應能夠接收、處理及分析多種來源、多尺度的地理信息；

促進3S技術(shù)集成應用，推動專業(yè)技術(shù)及軟件的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)與GIS的集成應用已成為GIS軟件發(fā)展的趨勢之一，而這種應用的發(fā)展是在應用推動的基礎上建立的，針對特定的應用領域的集成化的GIS將成為資源環(huán)境領域GIS的發(fā)展方向，也是系統(tǒng)與業(yè)務結(jié)合的需要；

開展專業(yè)應用系統(tǒng)開發(fā)建設，結(jié)合資源環(huán)境各領域的需求，開發(fā)多種專業(yè)化的GIS，如針對性生態(tài)保護區(qū)、生態(tài)功能區(qū)、地下水、生物資源等領域的專業(yè)性GIS軟件與管理系統(tǒng)。

國內(nèi)GIS現(xiàn)狀和對策

地理信息系統(tǒng)技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它的發(fā)展是與地理學、地圖學、攝影測量學、遙感技術(shù)、數(shù)學和統(tǒng)計科學、信息技術(shù)等有關(guān)學科的發(fā)展分不開的。

GIS的發(fā)展可分為四個階段：第一個階段是初始發(fā)展階段，20世紀60年代世界上第一個GIS系統(tǒng)由加拿大測量學家R.F.Tomlison提出并建立，主要用于自然資源的管理和規(guī)劃；第二個階段是發(fā)展鞏固階段，20世紀70年代由于計算機硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是大容量存儲設備的使用，促進了GIS朝實用的方向發(fā)展，不同專題、不同規(guī)模、不同類型的各具特色的地理信息系統(tǒng)在世界各地紛紛付諸研制，如美國、英國、德國、瑞典和日本等國對GIS的研究都投入了大量的人力、物力和財力；第三個階段是推廣應用階段，20世紀80年代，GIS逐步走向成熟，并在全世界范圍內(nèi)全面推廣，應用領域不斷擴大，并與衛(wèi)星遙感技術(shù)結(jié)合，開始應用于全球性的問題，這個階段涌現(xiàn)出一大批GIS軟件，如ARC/INFO，GENAMAP，SPANS，MAPINFO，ERDAS，Microstation等；第四個階段是蓬勃發(fā)展階段，20世紀90年代，隨著地理信息產(chǎn)品的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，GIS成為確定性的產(chǎn)業(yè)，并逐漸滲透到各行各業(yè)，成為人們生活、學習和工作不可缺少的工具和助手。

地理信息系統(tǒng)的研制與應用在我國起步較晚，雖然歷史較短，但發(fā)展勢頭迅猛。

我國GIS的發(fā)展可分為三個階段。

第一階段從1970年到1980年，為準備階段，主要經(jīng)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。

機械制圖和遙感應用，為GIS的研制和應用做了技術(shù)和理論上的準備。

第二階段從1981年到1985年，為起步階段，完成了技術(shù)引進、數(shù)據(jù)規(guī)范和標準的研究、空間數(shù)據(jù)庫的建立、數(shù)據(jù)處理和分析算法及應用軟件的開發(fā)等環(huán)節(jié)，對GIS進行了理論探索和區(qū)域性的實驗研究。

第三個階段從1986年到2013年，為初步發(fā)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，逐步建立了不同層次、不同規(guī)模的組織機構(gòu)、研究中心和實驗室。

GIS研究逐步與國民經(jīng)濟建設和社會生活需求相結(jié)合，并取得了重要進展和實際應用效益。

主要表現(xiàn)在四個方面：（1）制定了國家地理信息系統(tǒng)規(guī)范，解決信息共享和系統(tǒng)兼容問題，為全國地理信息系統(tǒng)的建立做準備。

（2）應用型GIS發(fā)展迅速。

（3）在引進的基礎上擴充和研制了一批軟件。

（4）開始出版有關(guān)地理信息系統(tǒng)理論、技術(shù)和應用等方面的書籍，設立了地理信息系統(tǒng)專業(yè)，培養(yǎng)了大批人才，并積極開展國際合作，參與全球性地理信息系統(tǒng)的討論和實驗。

在科技部等國家有關(guān)部門的大力組織和支持下，國產(chǎn)GIS基礎軟件開發(fā)工作取得了重要進展，出現(xiàn)了一批GIS高技術(shù)企業(yè)，開發(fā)出了較為成熟的國產(chǎn)GIS軟件，如MapGIS、GeoStar、CityStar、SuperMap、MapEngine、GROW等，并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

這些國產(chǎn)GIS軟件以較高的性價比，打破了國外GIS軟件對我國市場的壟斷，有力促進了我國地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。

這些年，GIS技術(shù)在我國得到了廣泛應用，其應用面從傳統(tǒng)的城市規(guī)劃、土地利用、測繪、環(huán)境保護、電力、電信、減災防災等領域滲透到礦產(chǎn)資源調(diào)查、海洋資源調(diào)查與管理等各方面，取得了豐碩的成果和巨大的經(jīng)濟效益。

當前，國家有關(guān)部門正逐步將GIS嵌入到電子政務系統(tǒng)中。

隨著計算機和信息技術(shù)的快速發(fā)展，GIS技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。

GIS系統(tǒng)正朝著專業(yè)或大型化、社會化方向不斷發(fā)展著。

“大型化”體現(xiàn)在系統(tǒng)和數(shù)據(jù)規(guī)模兩個方面；“社會化”則要求GIS要面向整個社會，滿足社會各界對有關(guān)地理信息的需求，簡言之就是“開放數(shù)據(jù)”、“簡化操作”，“面向服務”，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)從數(shù)據(jù)乃至系統(tǒng)之間的完全共享和互動。

下面我們從地理信息系統(tǒng)技術(shù)角度來討論和分析當前GIS的相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展趨勢。

1.1 空間信息的獲取、處理與交換地理空間數(shù)據(jù)是GIS的血液，構(gòu)建和維護空間數(shù)據(jù)庫是一項復雜、工作量巨大的工程，它包括：數(shù)據(jù)的獲取、校驗和規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化處理、數(shù)據(jù)維護等過程。

GIS處理的數(shù)據(jù)對象是空間對象，有很強的時空特性，獲取數(shù)據(jù)的手段及數(shù)據(jù)的形式也復雜多樣。

獲取數(shù)據(jù)的基本方式有：野外全站儀平板測量、GPS測量、室內(nèi)地圖掃描數(shù)字化、數(shù)字攝影測量、從遙感影像進行目標測量和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。

這些獲取技術(shù)已基本成熟。

同時，空間數(shù)據(jù)也具有很強的時效性，不同的空間數(shù)據(jù)必須進行周期不等的數(shù)據(jù)更新維護，空間數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的準確、及時、完整是實現(xiàn)GIS應用系統(tǒng)價值的前提基礎。

空間數(shù)據(jù)維護往往涉及跨部門、跨行業(yè)的多種數(shù)據(jù)格式和多種數(shù)據(jù)類型的大量數(shù)據(jù)，提供有效的空間數(shù)據(jù)編輯更新手段是當前亟待解決的一個重要課題。

基于上述信息獲取技術(shù)，在過去的二十年間，國家有關(guān)部委和行業(yè)部門已經(jīng)積累了大量原始數(shù)字化數(shù)據(jù)和相應資料，建立了1100多個大、中型數(shù)據(jù)庫以及大量的各類數(shù)字化地理基礎圖、專題圖、城市地籍圖等。

國家測繪局已經(jīng)完成了全國l：100萬、 1：25萬基礎地理空間數(shù)據(jù)庫以及全國七大江河數(shù)字地形模型的建設，并啟動了全國l：5萬，部分省份1：1萬基礎地理空間數(shù)據(jù)庫的建設。

這些基礎數(shù)據(jù)有力促進了GIS技術(shù)的廣泛應用，進而產(chǎn)生了大量的GIS數(shù)據(jù)。

但由于地理信息系統(tǒng)軟件大多采用不同的空間數(shù)據(jù)模型，以及它們在地理實體上的認識差異，使得所積累的數(shù)據(jù)難以轉(zhuǎn)換和共享（即使能夠數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，也會產(chǎn)生信息的丟失），從而形成一個個新的數(shù)據(jù)孤島。

制訂數(shù)據(jù)交換的格式標準已成為大家的共識。

一些國家和組織已經(jīng)在進行這方面的工作，并定義了一些數(shù)據(jù)交換標準，如SDTS，OpenGIS聯(lián)盟制訂的GML，另外一些公認的數(shù)據(jù)格式如DXF，Shapefile和MIF文件格式等正逐漸成為數(shù)據(jù)交換的事實標準。

我國也在“九五”期間制定了地球空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準。

但是由于人們對空間信息認識和研究成果的制約，還沒有一個統(tǒng)一的地理數(shù)據(jù)模型，因此建立實用的數(shù)據(jù)交換格式和信息標準將是一個長期、復雜過程。

1.2 空間數(shù)據(jù)的管理空間數(shù)據(jù)的管理涉及到二個方面的內(nèi)容：空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)庫。

空間數(shù)據(jù)模型刻畫了現(xiàn)實世界中空間實體及其相互間的聯(lián)系，它為空間數(shù)據(jù)的組織和空間數(shù)據(jù)庫的設計提供了基本的方法。

因此，空間數(shù)據(jù)模型的研究對設計空間數(shù)據(jù)庫和發(fā)展新一代GIS系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。

在GIS中與空間信息有關(guān)的信息模型有三個，即基于對象(要素)(Feature)的模型、場(Field)模型以及網(wǎng)絡(Network)模型。

GIS基礎軟件平臺的研制和應用系統(tǒng)的設計開發(fā)一直沿用這三種空間數(shù)據(jù)模型，但這些模型在空間實體間的相互關(guān)系及其時空變化的描述與表達、數(shù)據(jù)組織、空間分析等方面均有較大的局限性，難以滿足新一代GIS基礎軟件平臺和應用系統(tǒng)發(fā)展的要求。

主要表現(xiàn)為：（1） 僅能表達空間點、線、面目標間極為有限的簡單拓撲關(guān)系，且這些拓撲關(guān)系的生成與維護耗時費力；（2） 難以有效地表達現(xiàn)實三維空間實體及其相互關(guān)系；（3） 適于記錄和表達某一時刻空間實體性狀及相互間關(guān)系靜態(tài)分布，難以有效地描述和表達空間實體及其相互間關(guān)系的時空變化；（4） 沒有考慮異地、異構(gòu)、異質(zhì)空間數(shù)據(jù)的互操作和分布式“對象”處理等問題。

針對上述不足，時空數(shù)據(jù)模型、三維數(shù)據(jù)模型、分布式空間數(shù)據(jù)管理、GIS設計的CASE工具等研究已成為當前國際上GIS空間數(shù)據(jù)模型研究的學術(shù)前沿。

GIS技術(shù)在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

0 引言

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展、空間技術(shù)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(shù)也日趨成熟，并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(shù)字地球”概念的提出，使其核心技術(shù)GIS更為各國政府所關(guān)注。目前，以管理空間數(shù)據(jù)見長的GIS已經(jīng)在全球變化與監(jiān)測、軍事、資源管理、城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境研究、農(nóng)作物估產(chǎn)、災害預測、交通管理、礦產(chǎn)資源評價、文物保護、濕地制圖以及政府部門等許多領域發(fā)揮著越來越重要的作用。當前GIS正處于急劇發(fā)展和變化之中，研究和總結(jié)GIS技術(shù)發(fā)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(shù)的研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢進行總結(jié)和分析。

1 GIS研究現(xiàn)狀及其分析

1.1 GIS研究現(xiàn)狀

世紀90年代以來，由于計算機技術(shù)的不斷突破以及其它相關(guān)理論和技術(shù)的完善，GIS在全球得到了迅速的發(fā)展。在海量數(shù)據(jù)存儲、處理、表達、顯示及數(shù)據(jù)共享技術(shù)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硬件系統(tǒng)采用服務器/客戶機結(jié)構(gòu)，初步形成了網(wǎng)絡化、分布式、多媒體GIS；②在GIS的設計中，提出了采用“開放的CIS環(huán)境”的概念，最終以實現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)共享為目標；③高度重視數(shù)據(jù)標準化與數(shù)據(jù)質(zhì)量的問題，并已形成一些較為可行的數(shù)據(jù)標準；④面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已經(jīng)問世，正在發(fā)展稱之為“對象——關(guān)系DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）”；⑤以CIS為核心的“3S”技術(shù)的逐漸成熟，為資源與環(huán)境工作提供了空間數(shù)據(jù)新的工具和方法；⑥新的數(shù)學理論和工具采用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(shù)不斷發(fā)展下，目前GIS的應用已從基礎信息管理與規(guī)劃轉(zhuǎn)向更復雜的區(qū)域開發(fā)、預測預報，與衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合用于全球監(jiān)測，成為重要的輔助決策工具。據(jù)有關(guān)部門估計，目前世界上常用的GIS軟件己達400多種[2].國外較著名的GIS軟件產(chǎn)品有[3]：Auotodesk系列產(chǎn)品、Arc/Info、MapInfo及其構(gòu)件產(chǎn)品、Intergraph、Microstation等，還有Web環(huán)境下矢量地圖發(fā)布的標準和規(guī)范，如XML、GML、SVG等等。我國GIS軟件研制起步較晚，比較成熟的測繪軟件主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。盡管現(xiàn)存的GIS軟件很多，但對于它的研究應用，歸納概括起來有二種情況：一是利用GIS系統(tǒng)處理用戶的數(shù)據(jù)；二是在GIS的基礎上，利用它的開發(fā)函數(shù)庫二次開發(fā)用戶專用的GIS軟件。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(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)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(fā)達國家，GIS的應用遍及環(huán)境保護、災害預測、城市規(guī)劃建設、政府管理等眾多領域。近年來，隨著我國經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，加速了GIS應用的進程，在城市規(guī)劃管理、交通運輸、測繪、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領域發(fā)揮r重要的作用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.2 當前GIS發(fā)展存在的主要問題

基于以上GIS技術(shù)現(xiàn)狀研究，本文分析認為GIS技術(shù)在模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面存在著不足，一定程度上制約了GIS技術(shù)的發(fā)展。

（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(tǒng)，即使是混合系統(tǒng)實際上也是將兩類數(shù)據(jù)分開存儲，當需要執(zhí)行不同的任務時采用不同的數(shù)據(jù)形式。在矢量結(jié)構(gòu)方面，其缺點是處理位置關(guān)系（包括相交、通過、包含等）相當費時，且缺乏與DEM和RS直接結(jié)合的能力。在柵格結(jié)構(gòu)方面，存在著柵格數(shù)據(jù)分辨率低，精度差；難以建立地物間的拓撲關(guān)系；難以操作單個目標及柵格數(shù)據(jù)存貯量大等問題[4].

（2）GIS模型存在的問題

傳統(tǒng)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(shù)據(jù)模型不能形成良好的對應關(guān)系，難以表達復雜的地理實體，更難滿足客觀世界的整體特征要求。在GIS軟件開發(fā)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(guān)系，這就導致較深層次的分析、處理操作難以實現(xiàn)。隨著GIS應用需求領域的不斷開拓及計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，對空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，使得傳統(tǒng)的地理空間數(shù)據(jù)模型力不從心，逐漸暴露其弊端。

目前，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型一定程度上解決了傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)模型的某些不足，但是OODB（面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫）目前仍未在市場以及關(guān)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(quán)、動態(tài)模式更新和參數(shù)化性能協(xié)調(diào)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(fā)展還面臨不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面[5]：①GIS設計與實現(xiàn)的方法學問題。在GIS設計與實現(xiàn)過程中缺乏面向?qū)ο蟮恼J知方法學和面向?qū)ο蟮某绦蛟O計方法學的指導，導致GIS軟件系統(tǒng)的可靠性和可維護性差；②GIS的功能問題。當前以數(shù)據(jù)采集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS，不能滿足社會和區(qū)域可持續(xù)發(fā)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(shù)GIS軟件的圖形顯示是基于二維平面的，即使是三維效果顯示也是采用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(xiàn)象顯得無能為力。

2 GIS未來發(fā)展趨勢

2.1數(shù)據(jù)管理方面

（1）多比例尺、多尺度和多維空間數(shù)據(jù)的表達[6]

對于多比例尺數(shù)據(jù)的顯示，將運用影像金字塔技術(shù)、細節(jié)分層技術(shù)和地圖綜合等技術(shù)；而為了實現(xiàn)GIS的動態(tài)、實時和三維可視化，出現(xiàn)存儲真三維坐標數(shù)據(jù)的3D GIS和真四維時空GIS，這其中涉及了空間數(shù)據(jù)的海量存儲、時空數(shù)據(jù)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(shù)[7].

（2）三庫一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方向

空間數(shù)據(jù)庫向著真正面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和圖形矢量庫、影像柵格庫和DEM格網(wǎng)庫三庫一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展[8].這種三庫一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變了以圖層為處理基礎的組織方式，實現(xiàn)了直接面向空間實體的數(shù)據(jù)組織，使多源空間數(shù)據(jù)的錄入與融合成為了可能，從而為GIS與遙感技術(shù)的集成創(chuàng)造了條件。

（3）基于空間數(shù)據(jù)倉庫（Spatial Data warehouse）的海量空間數(shù)據(jù)管理的研究

空間數(shù)據(jù)量非常大，而且數(shù)據(jù)大都分散在政府、私人機構(gòu)、公司的各個部門，數(shù)據(jù)的管理與使用就變得非常復雜，但這些空間數(shù)據(jù)又具有極大的科學價值和經(jīng)濟價值，因此大多數(shù)發(fā)達國家都比較重視空間數(shù)據(jù)倉庫的建立工作，許多研究機構(gòu)和政府部門都參與到空間數(shù)據(jù)倉庫建立的研究工作。

（4）利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進行知識發(fā)現(xiàn)

空間數(shù)據(jù)挖掘是從空間數(shù)據(jù)庫中抽取隱含的知識、空間關(guān)系以及其他非顯式的包含在空間數(shù)據(jù)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。由于目前空間數(shù)據(jù)的組織與管理仍局限于二維、靜態(tài)、單時相，且仍以圖層為處理基礎，因此，當前的GIS軟件和空間數(shù)據(jù)庫還不能有效地支持數(shù)據(jù)挖掘。

2.2技術(shù)集成方面

（1）“3S”集成

“3S”是GPS（全球定位系統(tǒng)）、RS（遙感）和GIS的簡稱，“3S”集成是指將遙感、空間定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)這三種對地觀測技術(shù)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(tǒng)都只側(cè)重于信息流特征中的一個方面，而不能滿足準確、全面地描述地理信息流的要求。因此，無論從物質(zhì)運動形式、地學信息的本質(zhì)特征還是“3S”各自的技術(shù)特征來說，“3S”集成都是科技發(fā)展的必然結(jié)果。

目前，“3S”集成還僅限于兩兩結(jié)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(jié)合。這種兩兩結(jié)合雖然優(yōu)于單一系統(tǒng)，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(shù)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，即在硬件方面建立具有同步獲取涉譜數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的高重復觀測能力的平臺，而在軟件方面使GIS支持數(shù)據(jù)封裝，同時解決圖形和圖像數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理問題。

（2）GIS與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）是一種最有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動等行為的高級人機交互技術(shù)，是當代信息技術(shù)高速發(fā)展和集成的產(chǎn)物。從本質(zhì)上說，虛擬現(xiàn)實就是一種先進的計算機用戶接口，通過計算機建立一種仿真數(shù)字環(huán)境，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形、聲音和接觸感受，利用多種傳感設備使用戶“投入”到該環(huán)境中，用戶可以如同在真實世界那樣“處理”計算機系統(tǒng)所產(chǎn)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(huán)境中能更有效的管理、分析空間實體數(shù)據(jù)。因此，開發(fā)虛擬GIS已成為GIS發(fā)展的一大趨勢。

（3）分布式技術(shù)、萬維網(wǎng)與GIS的結(jié)合[9]

目前，隨著Internet技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應用已經(jīng)深人到各行各業(yè)，作為與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的GIS也不例外，它們的結(jié)合產(chǎn)生了web GIS.當前Web GIS系統(tǒng)已經(jīng)得到迅速的發(fā)展，到1999年1月，僅在美國出現(xiàn)的這類系統(tǒng)就有23種之多。又由于客戶端可能會采用新的應用協(xié)議，因此也被認為是Internet GIS.

計算機網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，分布式計算的優(yōu)勢日益凸顯，GIS與分布式技術(shù)結(jié)合也就成為必然，它們的結(jié)合即構(gòu)成了分布式CIS.它就是指利用最先進的分布式計算技術(shù)來處理分布在網(wǎng)絡上的異構(gòu)多源的地理信息，集成網(wǎng)絡上不同平臺上的空間服務，構(gòu)建一個物理上分布，邏輯上統(tǒng)一的GIS.它與傳統(tǒng)GIS最大的區(qū)別在于它不是按照系統(tǒng)的應用類別、運行環(huán)境劃分的，而是按照系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分布特征和針對其中數(shù)據(jù)處理的計算特征而分類的。

（4）移動通信技術(shù)與CIS的結(jié)合發(fā)展[10]

WAP/WML技術(shù)作為無線互聯(lián)網(wǎng)領域的一個熱點，已經(jīng)顯示了其巨大的應用前景和市場價值。WAP柳ML技術(shù)與GIS技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)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(shù)，移動用戶幾乎可以在任何地方、時間獲得網(wǎng)絡提供的各種服務。無線定位服務將提供一個機會使GIS突破其傳統(tǒng)行業(yè)的角色而進人到主流的IT技術(shù)領域里。大多數(shù)的分析家都認為，到2010年，無線網(wǎng)絡將成為全球數(shù)據(jù)傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。

當前用于地理信息交互的語言還不足以完成真正的“設備無關(guān)接口”的互操作。各種移動設備對于從地理信息服務器所獲得的信息，其表現(xiàn)方式是各不相同的，用戶輸人方式也不相同。因此，對于不同的移動設備需要一種統(tǒng)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(tǒng)行業(yè)的角色而進人到主流的IT技術(shù)領域里：大多數(shù)的分析家都認為，到2010年，無線網(wǎng)絡將成為全球數(shù)據(jù)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(tǒng)（DSS）的集成[11]

決策支持系統(tǒng)（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，運用信息仿真和計算手段為基礎，綜合利用現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)庫、信息和模型來輔助決策者或決策分析人員解決結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化問題，甚至非結(jié)構(gòu)化問題的人機交互系統(tǒng)。

目前，絕大多數(shù)的GIS還僅限于圖形的分析處理，缺乏對復雜空間問題的決策支持，而目前絕大多數(shù)的DSS則無法向決策者提供一個友好的可視化的決策環(huán)境。因此，將GIS與DSS相集成，最終形成空間決策支持系統(tǒng)（SDSS），借助GIS強大的空間數(shù)據(jù)處理分析功能，并在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(fā)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、數(shù)據(jù)庫三庫接口的設計是啞待解決的關(guān)鍵問題。

2.3 發(fā)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(tǒng)（CGIS）問世以來，經(jīng)過40年的發(fā)展，GIS經(jīng)歷了三個階段的發(fā)展。目前，隨著第三代互聯(lián)網(wǎng)的提出與實施，以及計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS即將步入第四代GIS發(fā)展階段。

第四代GIS軟件將在數(shù)據(jù)組織、存儲、檢索和運算等方面發(fā)生革命性的變革。數(shù)據(jù)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并統(tǒng)一存放：“關(guān)系”概念和“關(guān)系運算”應該加以擴充，應該包括空間關(guān)系及其運算；傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化查詢語言應該擴充，把空間關(guān)系及其查詢包括在里面；以倒排表為基礎的數(shù)據(jù)庫索引機制應該擴展，建立至少包括拓撲關(guān)系在內(nèi)的新的索引機制；數(shù)據(jù)存儲機制應該適應空間數(shù)據(jù)提取和計算的要求等。只有實現(xiàn)數(shù)據(jù)真正的一體化存儲和處理，才能自由地、方便地、快速地實現(xiàn)人們所期望的處理功能。在功能上，第四代GIS軟件應該具備支持數(shù)字地球（區(qū)域、城市）的能力，成為OS、DBMS之上的主要應用集成平臺，它具有統(tǒng)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(xiàn)實表達。

3 結(jié)束語

通過以上對GIS現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的分析，可以看出，GIS作為信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，正以前所未有的速度向前發(fā)展。把握當前GIS的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及不足，有利于人們預見GIS的發(fā)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(shù)的快速發(fā)展。隨著地理信息系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的建立和數(shù)字化住處產(chǎn)品在全世界的普及，GIS將深人到各行各業(yè)以至千家萬戶，成為人們生產(chǎn)、工作、學習和生活中不可缺少的工具和助手。

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