GIS 技术的研究现状及未来发展趋势
摘要:GIS 是随着计算机技术发展而形成的一门新兴技术,其应用程度和范围也随之渗透、 延伸,得到了人们的广泛关注。该文综述了地理信.息的发展现状,从多个角度分析当前 GIS 技术发展存在的不足,并在此基础上研究分析了 GIS 技术的未来发展趋势。
关键词:GIS 研究现状 发展趋势 0 引言
随着计算机技术的飞速发展、空间技术的日新月异及计算机图形学理论的日渐完善, GIS(Geographic Information System技术也日趋成熟,并且逐渐被人们所认识和接受。近年 来, GIS 被世界各国普遍重视,尤其是“数字地球”概念的提出,使其核心技术 GIS 更为各 国政府所关注。目前,以管理空间数据见长的 GIS 已经在全球变化与监测、军事、资源管 理、城市规划、土地管理、环境研究、农作物估产、灾害预测、交通管理、矿产资源评价、 文物保护、湿地制图以及政府部门等许多领域发挥着越来越重要的作用。当前 GIS 正处于 急剧发展和变化之中,研究和总结 GIS 技术发展,对进一步开展 GIS 研究工作具有重要的 指导意义。因此,本文就目前 GIS 技术的研究现状及未来发展趋势进行总结和分析。
1 GIS 研究现状及其分析 1.1 GIS研究现状
世纪 90年代以来,由于计算机技术的不断突破以及其它相关理论和技术的完善, GIS 在全球得到了迅速的发展。在海量数据存储、 处理、 表达、 显示及数据共享技术等方面都取 得了显著的成效,其概括起来有以下几个方面 [1]:①硬件系统采用服务器 /客户机结构,初 步形成了网络化、 分布式、 多媒体 GIS ; ②在 GIS 的设计中, 提出了采用 “开放的 CIS 环境” 的概念, 最终以实现资源共享、 数据共享为目标; ③高度重视数据标准化与数据质量的问题, 并已形成一些较为可行的数据标准; ④面向对象的数据库管理系统已经问世, 正在发展称之 为“对象 --关系 DBMS (数据库
管理系统 ” ;⑤以 CIS 为核心的“ 3S ”技术的逐渐成熟,为 资源与环境工作提供了空间数据新的工具和方法; ⑥新的数学理论和工具采用 CIS , 使其信 息识别功能、空间分析功能得以增强等等。
在 GIS 技术不断发展下,目前 GIS 的应用已从基础信息管理与规划转向更复杂的区域 开发、 预测预报,与卫星遥感技术相结合用于全球监测, 成为重要的辅助决策工具。据有关 部门估计,目前世界上常用的 GIS 软件己达 400多种 [2].国外较著名的 GIS 软件产品有 [3]:AuoTODesk系列产品、 ARC/Info、 MapInfo 及其构件产品、 Intergraph 、 Microstation 等, 还有 Web 环境下矢量地图发布的标准和规范,如 XML 、 GML 、 SVG 等等。我国 GIS 软件 研制起步较晚,比较成熟的测绘软件主要有南方 CASS,MapGIS,GeoStar,SuperMap 等。尽管 现存的 GIS 软件很多,但对于它的研究应用,归纳概括起来有二种情况:一是利用 GIS 系
统处理用户的数据;二是在 GIS 的基础上,利用它的开发函数库二次开发用户专用的 GIS 软件。目前已成功应用包括资源管理、自动制图、设施管理、城市和区域规划、人口和商业 管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域。在美国及发达国 家, GIS 的应用遍及环境保护、灾害预测、城市规划建设、政府管理等众多领域。近年来, 随着我国经济建设的迅速发展,加速了 GIS 应用的进程,在城市规划管理、交通运输、测 绘、环保、农业等领域发挥 r 重要的作用,取得了良好的经济效益和社会效益。
1.2 当前 GIS 发展存在的主要问题
基于以上 GIS 技术现状研究,本文分析认为 GIS 技术在模型、数据结构等方面存在着 不足,一定程度上制约了 GIS 技术的发展。
(1数据结构方面存在的问题
目前通用的 GIS 主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统,即使是混合系统实际上也 是将两类数据分开存储,当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面, 其缺点是处理位置关系(包括相交、通过、包含等相当费时,且缺乏
与 DEM 和 RS 直接 结合的能力。在栅格结构方面, 存在着栅格数据分辨率低,精度差;难以建立地物间的拓扑 关系;难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题 [4]。
(2GIS模型存在的问题
传统 GIS 模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象,使得人 们认知地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系, 难以表达复杂 的地理实体,更难满足客观世界的整体特征要求。在 GIS 软件开发中,如果语义分割不合 理, 将难以有效表达地理空间实体间的关系, 这就导致较深层次的分析、 处理操作难以实现。 随着 GIS 应用需求领域的不断开拓及计算机技术的迅速发展,对空间数据模型和空间数据 结构提出了更高的要求,使得传统的地理空间数据模型力不从心,逐渐暴露其弊端。
目前,面向对象的数据模型一定程度上解决了传统 GIS 数据模型的某些不足,但是 OODB (面向对象数据库 目前仍未在市场以及关键任务应用方面被广泛接受, 因为 OODB 作为一个 DBS 还不太成熟,如缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更 新和参数化性能协调等; 且 OODB 与 RDB 之间缺少应有的兼容性, 因而使得大量的已建立 起来的庞大的 RDB 客户不敢轻易地去选择 OODB 。
(3其他方面亟待解决的问题
当前, GIS 正处在一个大变革时期, GIS 的进一步发展还面临不少问题,主要表现在以 下几个方面 [5]:① GIS 设计与实现的方法学问题。在 GIS 设计与实现过程中缺乏面向对象 的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导,导致 GIS 软件系统的可靠性和可维护 性差;② GIS 的功能问题。当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的 GIS, 不能满 足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求,直接影响到 GIS 的应用效益和生命力;③三维 GIS 模型及可视化问题。目前大多数 GIS 软件的图形显示是 基于二维平面的,即使是三维效果显示也是采用 DEM 的方法来处理表达地形的起伏,涉及