地理信息系统的发展前景

2.1.3　地理信息系统的发展前景

近年来，地理信息系统技术发展迅速，其主要的原动力来自日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提高的要求；另外，科学计算、海量数据、大规模存储、宽带网络、系统互操作、数据共享、卫星影像处理、虚拟现实等新理论和高技术，包括神经网络、数据挖掘与知识发现理论、智能体理论、遗传算法元胞自动机理论在内的许多具有智能推理机制和时空计算特征的模型方法被引入了地理信息处理的研究中，促使传统的地理信息系统向基于网络化、智能化、时空模型一体化、多维动态等方向发展。

1.交互式、分布式WebGIS

地学数据类型复杂，格式繁多，由不同机构根据不同来源的数据所建立的分布式地学数据库，无论在数据类型还是在数据库结构方面都存在着极大的差异，无法实现数据资源的共享与应用。因此如何整合这些多源异构数据，实现地学数据的集成与融合，一直是地学界关注的主要问题。

分布式地理信息系统就是利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台上的空间服务，构建一个物理上分布，逻辑上统一的地理信息系统。它与传统的地理信息系统最大的区别在于，它不是按照系统的应用类别、运行环境来划分的，而是按照系统中的数据分布特征和针对其中数据处理的计算特征而分类的。

作为分布式地理信息系统的一种重要表现形式，WebGIS无论是在理论研究，还是在应用方面都还处于发展阶段。当前国际、国内都十分注重分布式WebGIS的发展，把它作为InternetGIS发展的新一轮的热点，互联网已经成为GIS的新的操作平台。WebGIS应是一个交互式的、分布式的、动态的地理信息系统。

2.智能GIS与空间数据挖掘

现有的商用GIS系统一般具有强大的空间数据管理、制图、查询和空间分析功能，但缺乏或根本没有对知识的表达、获取和应用的方法和机制，知识的获取依然是一个瓶颈问题。

由于地学问题的复杂性，无法用确切的模型进行模拟和预测，只能根据一些规则或知识进行推理，而这些是GIS现有技术无法直接实现的。分析功能的不足，一直是制约GIS广泛应用的“瓶颈”。在辅助空间决策方面，地理信息系统为决策支持提供了强大的数据输入、存储、检索、显示的工具，但是在分析、模拟和推理方面的功能比较弱。它本质上是一个数据丰富但理论贫乏的系统，在解决复杂空间决策问题上缺乏智能推理功能，而空间数据挖掘技术可解决这个问题。所以，为了解决复杂的空间决策问题，需要在地理信息系统的基础上开发空间数据挖掘系统。

如果在GIS系统中引入了空间数据挖掘与知识发现机制，就有可能自动或半自动地从大量的空间数据中发现一些隐含的特定知识或普遍知识，解决GIS的知识获取、表现、推理等知识工程技术问题，从而解决GIS的智能化问题和空间决策支持问题。

3.GIS、RS、GPS的一体化

RS(Remote Sensing：遥感)就是利用运载工具，携带各种遥感仪器，从远距离不接触相关目标而能收集信息，并对其进行分析、解译和分类处理的一种技术。GPS(Global Positioning System：全球定位系统)是一种导航定位授时系统，由24颗等间隔分布在6个轨道面上大约20000 km高度的卫星组成，用户通过接收的GPS信号可以得到足够的信息进行精密定位和定时。通过遥感技术获取的数据种类丰富，分辨率高，目前，遥感数据的空间分辨率已达到1m以内。GPS能快速提供目标的空间位置，精度从亚毫米级到几十米级不等。因此，遥感技术能满足大面积的变化区域的数据需要，而GPS定位方法更适用于小面积的、突然发生的有较大影响的变化区域的数据确定。

传统GIS应用中，地图是GIS的数据载体，但地图的更新周期长，现势性较差，而随着城市化进程的推进，城市信息飞跃更新，信息处理的实时性要求城市数据良好的现势性。这样数据库的建立和更新成了GIS应用的瓶颈。在城市规划的应用中，把GIS的空间分析模拟功能与RS的信息动态更新功能、GPS精确空间定位功能结合起来，将RS和GPS作为GIS的重要数据源，可满足海量城市数据的快速、精确获取和及时动态更新，是GIS应用中解决数据瓶颈问题很好的方案。

GIS、RS、GPS一体化技术可以为城市规划、设计提供直接的数据服务，可以快速地追踪、观测、分析和模拟被观测对象的动态变化，并高精度地定量描述这种变化。GIS、RS、GPS三种技术相互作用，取长补短：GPS获得的精确位置信息可以帮助遥感航空相片的几何校正和镶嵌；GPS技术和RS技术为GIS空间数据的实时动态更新提供了重要手段，而GIS的应用也提高了遥感的数据提取和分析能力。随着高精度遥感技术的发展和GPS技术的不断深入，GIS、RS、GPS的结合将更加密切。

4.时空系统(Spatio-Temporal System)

传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了其时间特性。在许多应用领域(如环境监测、地震救援、天气预报等)中，空间对象是随时间变化的，而这种动态变化的规律在求解过程中起着十分重要的作用。时空系统主要研究时空模型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。目前比较流行的做法是在现有数据模型基础上扩充，如在关系模型的元组中加入时间，在对象模型中引入时间属性，在这种扩充的基础上如何解决从表示到分析的一系列问题仍有待进一步研究。

5.地理信息建模系统(Geographic Information Modelling System，简称GIMS)

通用GIS的空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的，因为这些领域都有自己独特的专用模型，目前通用的GIS大多通过提供进行二次开发的工具和环境来解决这一问题。如ARC/INFO提供的进行二次开发的宏语言AML。二次开发工具的一个主要问题是它对普通用户而言过于困难，而GIS成功应用于专门领域的关键在于支持建立该领域特有的空间分析模型。GIS应当支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于GIS的分析、建模和决策。这种GIS系统又称为地理信息建模系统，GIMS是目前GIS研究的热点问题之一。

GIMS的研究有几个值得注意的动向：

(1)面向对象在GIS中的应用。面向对象技术用对象(实体属性和操作的封装)、对象类结构(分类和组装结构)、对象间的通信来描述客观世界，为描述复杂的三维空间提供了一条结构化的途径。这种技术本身就为模型的定义和表示提供了有效的手段，因而在面向对象GIS基础上研究面向对象的模型定义、生成和检验，应当比在传统GIS上用传统方法要容易得多。

(2)基于icon的用户建模界面。建模过程中的对象和空间分析操作均以icon形式展示给用户，用户亦可自定义icon。用户在对icon的定义、选择和操作中完成模型的定义和检验，这种方法较之AML这类宏语言要方便和直观得多。

(3)GIS与其他的模型和知识库的结合。这是许多应用领域面临的一个非常实际的问题，即存在GIS之外的模型和知识库如何与GIS耦合成一个有机的整体。

6.三维GIS的研究

三维GIS是许多应用领域，特别是城市规划与建设管理部门对GIS的扩展要求。目前的GIS大多提供一些较为简单的三维显示和操作功能，但这与真三维表示和分析还有很大差距。真正的三维GIS必须支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解决三维空间操作和分析问题。其主要研究方向如下：

(1)三维数据结构的研究，主要包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化。

(2)三维数据的生成和管理。

(3)地理数据的三维显示，主要包括三维数据的操作、表面处理、栅格图像、全息图像显示、层次处理等。

7.移动GIS

移动GIS是一种应用服务系统，其定义有狭义与广义之分。狭义的移动GIS是指运行于移动终端(如PDA)并具有桌面GIS功能的GIS系统，它不存在与服务器的交互，是一种离线运行模式。广义的移动GIS是一种集成系统，是GIS、GPS、移动通信、互联网服务、多媒体技术等的集成。移动GIS的体系结构包括客户端、服务器、数据源等三部分，分别承载在表示层、中间层和数据层。由此可见，移动GIS系统主要由移动通信、地理信息系统、定位系统和移动终端四个部分组成。GIS终端软件制造商、移动通信运营商、空间信息应用服务提供商是空间移动信息服务的主轴。

目前，在市场上有许多移动GIS应用服务的解决方案，如大型数据库厂商的解决方案——Oracle公司的Oracle9iAS Wireless LBS；GIS生产厂商的解决方案——ESRI公司利用其GIS软件开发平台的优势，提出了ArcLocation的解决方案；OGC的OpenLS(Open Location Services Initiative)解决方案。OpenLS包含一个开放的位置服务平台——GeoMobilityServer，它提供了五大核心服务：目录服务、网关服务、地理编码与反编码、信息表达、路径规划。此外，还有基于WindowsCE的解决方案；基于WAP的方案和基于J2ME的方案等。

地理信息系统近年发展迅速，其内涵和外延正在不断变化，最初的地理信息系统都是一些具体的应用系统，充其量只能称为一门技术。现在已发展成一个独立的、充满活力的新兴学科，这已经为大家所公认。地球信息科学从理论上讲是解决地球信息问题，它的范围包括从卫星航空遥感或全球定位系统(GPS)接收信息，变换和校正后进入空间数据库。数据库中的地理信息可以方便地检索、查询，在此数据库和相关知识库的基础上能够定义和生成各种领域专用模型，如城市规划模型、灾害评价模型等。运用这些模型可对地理数据进行有效分析，并把分析结果或是决策咨询建议以直观、清晰的形式输出。这一范围包括了计算机科学、地图学、航测、遥感等多种学科的交叉。总之，由于地理信息在人类生活和国民经济中的重要作用，地理信息系统在未来的几十年中将保持高速发展的势头，成为高科技领域的核心技术。