淺談?dòng)?jì)算機(jī)技術(shù)與GIS 發(fā)展趨勢(shì)

任敏善

（遼寧大連旅順口區(qū)91913部隊(duì)，遼寧 大連 116000）

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)。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。

1 GIS 技術(shù)的發(fā)展

GIS 始于60年代的加拿大與美國(guó)，爾后各國(guó)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 發(fā)展趨勢(shì)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(cāng)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、開放性、虛擬現(xiàn)實(shí)、集成化、空間多維性等發(fā)展趨勢(shì)。

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)：

2.1.1 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。

2.1.2 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。

2.1.3 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)。

2.1.4 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)。

2.1.5 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(guó)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)。

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。

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?？梢灶A(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。

[1]滕學(xué)偉.GIS人機(jī)交互界面可用性評(píng)估研究[J].南京師范大學(xué),2007-06-30.