摘要　從GIS的定義與特點(diǎn)等方面描述了GIS的基本概念，通過回顧GIS的國內(nèi)外發(fā)展歷程，對GIS技術(shù)的今后發(fā)展進(jìn)行了展望，同時(shí)也提出了GIS應(yīng)用發(fā)展所面臨的問題。 
關(guān)鍵詞　GIS　網(wǎng)絡(luò)　Web GIS　歷程　趨勢 
1 GIS的概念 
(1)　GIS的定義 
GIS即地理信息系統(tǒng)，是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對現(xiàn)實(shí)世界(資源與環(huán)境)各類空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特性的屬性進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)，它作為集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測繪遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)為一體的新興邊緣學(xué)科而迅速地興起和發(fā)展起來。地理信息系統(tǒng)中“地理”的概念并非指地理學(xué)，而是廣義地指地理坐標(biāo)參照系統(tǒng)中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)以及以此為基礎(chǔ)而演義出來的知識。 
(2)GIS的特點(diǎn) 
為了滿足GIS對地球表面、空中和地下若干要素空間分布和相互關(guān)系的研究，GIS必須具備以下基本特點(diǎn)。 
①公共的地理定位基礎(chǔ) 
所有的地理要素，要按經(jīng)緯度或者特有的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的空間定位,才能使具有時(shí)序性、多維性、區(qū)域性特征的空間要素進(jìn)行復(fù)合和分解，將隱含其中的信息變?yōu)轱@示表達(dá)，形成空間和時(shí)間上連續(xù)分布的綜合信息基礎(chǔ),支持空間問題的處理與決策。 
②標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化 
將多信息源的空間數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分級、分類、規(guī)格化和標(biāo)準(zhǔn)化，使其適應(yīng)于計(jì)算機(jī)輸入和輸出的要求，便于進(jìn)行社會經(jīng)濟(jì)和自然資源、環(huán)境要素之間的對比和相關(guān)分析。 
③多維結(jié)構(gòu) 
在二維空間編碼基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多專題的第三維信息結(jié)構(gòu)的組合，并按時(shí)間序列延續(xù)，從而使它具有信息存貯、更新和轉(zhuǎn)換能力，為決策部門提供實(shí)時(shí)顯示和多層次分析的方便。這顯然是常規(guī)二維或二維半的地形圖所不具備的。 
④具有豐富的信息 
GIS數(shù)據(jù)庫中不僅包含豐富的地理信息，還包含與地理信息有關(guān)的其它信息，如人口分布、環(huán)境污染、區(qū)域經(jīng)濟(jì)情況、交通情況等。紐約市曾經(jīng)對其數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有80%以上的信息為地理信息或與地理信息有關(guān)。 
(3)GIS與其它系統(tǒng)的區(qū)別 
GIS有別于DBMS(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))。GIS具有以某種選定的方式對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和判斷的能力，而不是簡單的數(shù)據(jù)管理，這種能力使用戶能得到關(guān)于數(shù)據(jù)的知識，GIS是能對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的DBMS,GIS必須包含DBMS。 
GIS有別于MIS(管理信息系統(tǒng))。GIS要對圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)庫共同管理、分析和應(yīng)用。MIS則只有屬性數(shù)據(jù)庫的管理，即使存貯了圖形，也是以文件形式管理，圖形要素不能分解、查詢，沒有拓?fù)潢P(guān)系。管理地圖和地理信息的MIS不一定就是GIS,MIS在概念上更接近DBMS。 
GIS有別于地圖數(shù)據(jù)庫。地圖數(shù)據(jù)庫僅僅是將數(shù)字地圖有組織地存放起來，不注重分析和查詢，不可能去綜合圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的空間分析和提供輔助決策的信息，它只是GIS的一個(gè)數(shù)據(jù)源。 
GIS有別于CAD系統(tǒng)。二者雖然都有參考系統(tǒng)，都能描述圖形，但CAD系統(tǒng)只處理規(guī)則的幾何圖形，屬性庫功能弱，更缺乏分析和判斷能力。 
(4)GIS的應(yīng)用 
GIS是一門以應(yīng)用為目的的信息產(chǎn)業(yè)，其應(yīng)用可以深入到各行各業(yè)、千家萬戶，形成諸如資源與環(huán)境GIS,災(zāi)害監(jiān)測與防治GIS,農(nóng)林牧副漁GIS,工商經(jīng)營管理GIS,國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)營、交通管理和規(guī)劃GIS,城市管理、運(yùn)行和規(guī)劃GIS,工礦生產(chǎn)管理GIS及各部門辦公GIS等。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，美國有84%的聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)在辦公室中正在使用和將要使用GIS技術(shù)，有7萬個(gè)以上的地方和州政府部門使用GIS技術(shù)。是否具備和使用先進(jìn)的城市地理信息系統(tǒng),已成為衡量一個(gè)城市管理水平和投資環(huán)境的重要標(biāo)志。在我國，沙市、常州、海口、深圳、北京、上海、天津、廈門等城市已建立具有一定規(guī)模的城市信息系統(tǒng)，一些GIS技術(shù)開發(fā)公司在一些城市的大街上設(shè)置了旅游線路查詢信息系統(tǒng)，并己成為市政建設(shè)的一個(gè)內(nèi)容。 
進(jìn)入90年代，隨著GIS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將逐漸成為信息產(chǎn)業(yè)的主流。 
2 GIS發(fā)展歷程 
(1)GIS的產(chǎn)生 
國外不少人認(rèn)為，19世紀(jì)以來普遍應(yīng)用的地圖和專題圖就是一種模擬式的地理信息系統(tǒng)。照此定義，我國地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生可追溯到宋代的地理圖碑，它刻繪了山脈、長江、黃河、長城以及全國各級行政機(jī)構(gòu)，是宋代的中國地圖。 
到本世紀(jì)50年代，隨著電子計(jì)算機(jī)科學(xué)的興起和它在航空攝影測量學(xué)與地圖制圖學(xué)中的應(yīng)用以及政府部門對土地利用規(guī)劃與資源管理的要求，使人們開始有可能用電子計(jì)算機(jī)來收集、存貯、處理各種與空間和地理分布有關(guān)的圖形和有屬性的數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)的分析來直接為管理和決策服務(wù)，這才導(dǎo)致了現(xiàn)代意義上的地理信息系統(tǒng)的問世。 
1956年，奧地利測繪部門首先利用電子計(jì)算機(jī)建立了地籍?dāng)?shù)據(jù)庫，隨后各國的土地測繪和管理部門都逐步發(fā)展土地信息系統(tǒng)(LIS)用于地籍管理。1963年，加拿大測量學(xué)家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息這一術(shù)語，并于1971年建立了世界上第一個(gè)GIS——加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS),用于自然資源的管理和規(guī)劃。稍后，美國哈佛大學(xué)研究出SYMAP系統(tǒng)軟件。由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)水平的限制，使得GIS帶有更多的機(jī)助制圖色彩，地學(xué)分析功能極為簡單。與此同時(shí)，國外許多與GIS有關(guān)的組織和機(jī)構(gòu)紛紛建立。例如，美國1966年成立了城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會(URISA),1969年又建立起州信息系統(tǒng)全國協(xié)會(NASIS):國際地理聯(lián)合會(IGU)于1968年設(shè)立了地理數(shù)據(jù)收集和處理委員會(CGDSP)。這些組織和機(jī)構(gòu)的建立為傳播GIS知識、發(fā)展GIS技術(shù)起了重要的推動(dòng)作用。 
(2)GIS的發(fā)展 
進(jìn)入本世紀(jì)70年代以后，由于計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，促使GIS朝著實(shí)用方向迅速發(fā)展，一些發(fā)達(dá)國家先后建立了許多專業(yè)性的土地信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)。例如，從1970年至1976年，美國地質(zhì)調(diào)查局就建成50多個(gè)GIS,加拿大、聯(lián)邦德國、瑞典和日本等國也相繼發(fā)展了自己的GIS。與此同時(shí)，一些商業(yè)公司開始活躍起來，軟件在市場上受到歡迎，許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)開始重視GIS軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用的研究。 
80年代，由于計(jì)算機(jī)行業(yè)推出了圖形工作站和PC機(jī)等性能價(jià)格比大為提高的新一代計(jì)算機(jī)，為GIS普及和推廣應(yīng)用提供了硬件基礎(chǔ)。GIS軟件的研制和開發(fā)也取得了很大成績，涌現(xiàn)出一些有代表性的GIS軟件，如Arc/Info、Genamap、MGE、Cicad、System9等。GIS的普及和推廣應(yīng)用又使得其理論研究不斷完善，使GIS理論、方法和技術(shù)趨于成熟，開始有效地解決全球性的難題，例如全球沙漠化、全球可居住區(qū)的評價(jià)、厄爾尼諾現(xiàn)象、酸雨、核擴(kuò)散及核廢料等問題。 
我國GIS的起步較晚，到70年代末才提出開展GIS研究的倡議。進(jìn)入80年代后迅速發(fā)展，在理論探索、規(guī)范探討、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、軟件開發(fā)、系統(tǒng)建立、人才培養(yǎng)和區(qū)域性試驗(yàn)等方面都取得了突破和進(jìn)展。一些有遠(yuǎn)見的地方政府也開始投資建立本地的G1S,在GIS應(yīng)用日益活躍的今天，諸如沙市這樣名不見經(jīng)傳的中小城市，由于GIS起步早而譽(yù)冠全國。80年代末，武漢測繪科技大學(xué)在攝影測量與遙感專業(yè)的基礎(chǔ)上建立了信息工程專業(yè)，使我國GIS基本人才的培養(yǎng)納入了正軌。1994年4月，我國專門成立了“中國GIS協(xié)會”,此后又成立了“中國GIS技術(shù)應(yīng)用協(xié)會”,加強(qiáng)了國內(nèi)各種GIS學(xué)術(shù)交流，研制推出了Geostar、Citystar、MapGIS等具有自主版權(quán)的GIS軟件。 
3 GIS的發(fā)展趨勢 
GIS正朝著一個(gè)可運(yùn)行的、分布式的、開放的、網(wǎng)絡(luò)化的全球GIS發(fā)展。 
(1)GIS與其它學(xué)科結(jié)合更加緊密，應(yīng)用更加廣泛3S(地理信息系統(tǒng)GIS、遙感RS、全球定位系統(tǒng)GPS)或5S(前面3S加上數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)DPS、專家系統(tǒng)ES)的集成，使得測繪、遙感、制圖、地理、管理和決策科學(xué)相互融合，成為快速而實(shí)時(shí)的空間信息分析和決策支持工具，使GIS廣泛用于交通、環(huán)保規(guī)劃、公安偵破、車船自動(dòng)駕駛、大田農(nóng)作物因地施肥、科學(xué)耕種和海上捕魚等。不管是在3S還是5S的集成概念中，“3”和“5”己不是一個(gè)確切的數(shù)字概念，它們是泛指多個(gè)系統(tǒng)。3S和5S強(qiáng)調(diào)的是“l+l>2”,有了這個(gè)觀念，我們就可以將GIS與其它可以結(jié)合的任何學(xué)科進(jìn)行集成研究，輸出方式更直觀，以滿足人們生產(chǎn)、生活的各種需求，使人們可以合理利用資源、保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)性發(fā)展。事實(shí)上，GIS己涉及到社會科學(xué)、自然科學(xué)的許多領(lǐng)域，因此，我們還可以得出這樣的結(jié)論，GIS必將發(fā)展成為集社會科學(xué)、自然科學(xué)于一體的全球性、綜合性巨型軟科學(xué)。 
(2)基于因特網(wǎng)的WebGIS是下階段GIS發(fā)展的一個(gè)主流 
從GIS發(fā)展的歷程來看，GIS每一次大的發(fā)展都與計(jì)算機(jī)發(fā)展水平有關(guān),今后仍將是這樣。如今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的興起和迅速發(fā)展，信息高速公路的建設(shè)，為GIS的新發(fā)展鋪設(shè)了通行無阻的金光大道。由于地理信息和大量的空間數(shù)據(jù)都是以文字、數(shù)字、圖形和影像方式表示的，將它們數(shù)字化，送入電子計(jì)算機(jī)，便可方便、快速和及時(shí)地將地理信息傳送到需要的地方去，以發(fā)揮地理信息在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和文化教育等行業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值。而GIS工作者則需研制一個(gè)萬維網(wǎng)上的GIS和GIS瀏覽器(即視窗GIS),使億萬網(wǎng)民隨時(shí)根據(jù)需要來查詢GIS。 
(3)空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 
“數(shù)字地球”一詞已在世界廣為提及，但很多人并不理解它的真正含義,僅僅把它理解成全球各零散的數(shù)字信息在因特網(wǎng)上的流通。按照美國副總統(tǒng)戈?duì)栐陉U述“數(shù)字地球”概念時(shí)所舉的例子不難理解，它實(shí)際上就是一個(gè)GIS。要實(shí)現(xiàn)地球數(shù)字化必須有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，數(shù)字地球的基礎(chǔ)是空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括空間數(shù)據(jù)服務(wù)體系、空間數(shù)據(jù)交換網(wǎng)站、數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架和空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立。要在今后做到“秀才不出門，便知天下事”,做到網(wǎng)上“逛商場”,空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施 
建設(shè)必須要搞好。 
(4)組件式GIS的研究 
建立一個(gè)小型的GIS己不是一兩個(gè)人所能完成的，數(shù)字地球的建立更是一個(gè)極為龐大的工程，需要全世界各地的人們參與。因此，把龐大的GIS軟件系統(tǒng)分解成可按應(yīng)用需要組裝成“定做系統(tǒng)”的GIS“元件”,怎樣將這些GIS“元件”通過標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)環(huán)境(如OLE和OpenDOC)與其它非GIS的“元件”嵌接，有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)合成，自然就成了GIS的研究方向。一旦實(shí)現(xiàn)了這一步，全世界的人都可以參與GIS的建設(shè)，完善數(shù)據(jù)庫，建立豐富的元件庫，用戶可根據(jù)需要拼裝調(diào)用。這種組件式的GIS的各元件或數(shù)據(jù)應(yīng)該是分布式的存貯，通過分布式對象管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。 
(5)與多媒體技術(shù)的結(jié)合 
多媒體技術(shù)正在進(jìn)入GIS中，以改善GIS的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及成果表達(dá)與輸出的效能，發(fā)揮聲、像等多媒體的應(yīng)用。目前，圖形圖像的立體顯示己成功地融入數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)(DPS)中，DPS與GIS的集成和多媒體技術(shù)的應(yīng)用將把我們感興趣的東西變成一個(gè)虛擬實(shí)體，我們可以通過GIS的輸出系統(tǒng)用視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等來感知它。 
4 GIS面臨的問題 
(1)認(rèn)識問題 
國家和地方政府對GIS建設(shè)的基礎(chǔ)投資太少，沒有從戰(zhàn)略上提出一個(gè)GIS發(fā)展構(gòu)想，沒有把GIS建設(shè)提到一個(gè)應(yīng)有的高度。而在美國，信息高速公路、數(shù)字地球卻是總統(tǒng)、副總統(tǒng)提出，并以政府文件形式下達(dá)。科索沃戰(zhàn)爭給我們一個(gè)警示，必須高度重視GIS的作用。 
(2)人才問題 
GIS產(chǎn)業(yè)對人才不僅有一個(gè)量的要求，還要有一個(gè)質(zhì)的要求，這種人才不僅要有過硬的專業(yè)知識，還要有廣博的知識面，不僅要懂得自然科學(xué)知識,還要懂得相當(dāng)?shù)纳鐣�科學(xué)、軟科學(xué)知識。政府部門要擁有高素質(zhì)的GIS人才,才能有效地利用GIS進(jìn)行管理和決策。 
(3)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題 
影響GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素千頭萬緒，名目繁多，存在許多不確定性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量不好控制，給建庫帶來很多不便。進(jìn)入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)質(zhì)量過高,則是浪費(fèi);反之，質(zhì)量偏低，則達(dá)不到要求，可能造成嚴(yán)重的后果，把握適度質(zhì)量有一定難度。 
(4)安全問題 
特別是基于因特網(wǎng)的GIS,要非常注意數(shù)據(jù)的保密性。而GIS中龐大的數(shù)據(jù)要逐一核實(shí)其對外發(fā)布是否符合國家安全是一件很困難的事，一旦出了問題，可能造成嚴(yán)重后果。 
(5)網(wǎng)絡(luò)通訊建設(shè)不同步 
低帶寬的網(wǎng)絡(luò)通訊是制約GIS普及應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。另外，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)格將影響GIS的網(wǎng)上應(yīng)用，更重要的是由于電信壟斷使得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量跟不上，上網(wǎng)費(fèi)用過高，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展。 
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