GIS的發(fā)展及前景

第頁GIS的發(fā)展及前景GIS的發(fā)展和前景GIS技術(shù)的迅猛發(fā)展使得有更多的人在接觸和使用她。就在幾年前GIS還是一個(gè)陌生的名詞，而今，電子地圖、基于Internet的公共多媒體導(dǎo)購導(dǎo)游系統(tǒng)，汽車GPS自導(dǎo)航系統(tǒng)等等，這一切都使地理信息的需求激增。本學(xué)期我們專業(yè)開設(shè)了《地理信息系統(tǒng)》這門課程，通過對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)，我學(xué)到了很多知識(shí)，以下是我對(duì)GIS的理解。GIS的概念GIS(GeographyInformationSystem，地理信息系統(tǒng))，是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。有時(shí)又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。是融合計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫于一體，存儲(chǔ)和處理空間信息的高新技術(shù)，它把地理位置和相關(guān)屬性有機(jī)地結(jié)合起來，根據(jù)用戶的需要將空間信息及其屬性信息準(zhǔn)確真實(shí)、圖文并茂地輸出給用戶，滿足城市建設(shè)、工程勘測、施工及人們對(duì)空間信息的要求，借助其獨(dú)有的空間分析功能和可視化表達(dá)功能，進(jìn)行各種輔助決策。其中GIS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(shí)。GIS具有以下三個(gè)方面的特征：第一，具有采集、管理、分析和輸出多種地理信息的能力，具有空間性和動(dòng)態(tài)性。第二，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務(wù)。第三，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持是GIS的重要特征，因而使得GIS能以快速、精確、綜合地對(duì)復(fù)雜的地理系統(tǒng)進(jìn)行空間定位和過程動(dòng)態(tài)分析。GIS的發(fā)展過程3.1國外GIS的發(fā)展（1）GIS的開拓期（60年代）：1963年，加拿大測量學(xué)家R.F.Tomlinson首先提出了GIS這一術(shù)語，并建立了世界上第一個(gè)實(shí)用的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。這一時(shí)期，GIS發(fā)展的另一顯著標(biāo)志，是許多有關(guān)的組織和機(jī)構(gòu)紛紛建立，例如1966年美國成立城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會(huì)(URISA)，1969年又建立州信息系統(tǒng)全國協(xié)會(huì)(NASIS)，國際地理聯(lián)合會(huì)(1GU)于1968年設(shè)立了地理數(shù)據(jù)收集和處理委員會(huì)(CGDSP)。這些組織和機(jī)構(gòu)的建立，對(duì)于傳播GIS的知識(shí)和發(fā)展GIS的技術(shù)，起了重要的指導(dǎo)作用。（2）GIS的鞏固發(fā)展期（70年代）：由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及其在自然資源和環(huán)境環(huán)境數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用，促使GIS迅速發(fā)展。（3）GIS技術(shù)大發(fā)展時(shí)期（80年代）：由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的問世，推出了第四代計(jì)算機(jī)，特別是微型計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程通訊傳輸設(shè)備的出現(xiàn)為計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用創(chuàng)造了條件，加上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，使地理信息的傳輸時(shí)效得到極大的提高。GIS的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，從資源管理、環(huán)境規(guī)劃到應(yīng)急反應(yīng)，從商業(yè)服務(wù)區(qū)域劃分到政治選舉分區(qū)等，涉及到了許多的學(xué)科與領(lǐng)域。（4）GIS的應(yīng)用普及時(shí)代（90年代）：國家級(jí)乃至全球性的GIS已成為公眾關(guān)注的問題，例如GIS已列入美國政府制定的“信息高速公路”計(jì)劃，美國副總統(tǒng)戈?duì)柼岢龅摹皵?shù)字地球”戰(zhàn)略也包括GIS。毫無疑問，GIS將發(fā)展成為現(xiàn)代社會(huì)最基本的服務(wù)系統(tǒng)。3.2國內(nèi)GIS的發(fā)展20世紀(jì)70年代末80年代初，中國開始研究與應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，以1980年中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所成立全國第一個(gè)GIS研究室為標(biāo)志。中國的GIS研究與應(yīng)用大體分3個(gè)階段：（1）第一階段，從1978～1980年為準(zhǔn)備階段，是GIS軟件從無到有、從原型到產(chǎn)品的階段。主要是輿論準(zhǔn)備，隊(duì)伍組建，開始GIS的啟蒙研究。由于各種條件，包括自身理論和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不成熟和IT技術(shù)的限制，這一階段的GIS軟件存在許多不足，其基本技術(shù)特點(diǎn)為:①以圖層作為處理的基礎(chǔ)：當(dāng)時(shí)GIS系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)的主要來源是紙質(zhì)地圖的數(shù)字化，在GIS的數(shù)據(jù)模型中，圖層處于中心地位。定義某一地理輪廓，在此范圍內(nèi)的相關(guān)(專題)空間數(shù)據(jù)組成圖層，同一圖層的空間數(shù)據(jù)存放在一個(gè)文件之中?？臻g定位與量算以圖廓范圍內(nèi)的平面笛卡爾坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，操作局限于當(dāng)前圖層內(nèi)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以計(jì)算空間實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)現(xiàn)同一區(qū)域內(nèi)各種專題數(shù)據(jù)的疊置、影響區(qū)域分析(緩沖)和線狀實(shí)體的路徑分析。但是，各類查詢與計(jì)算只能在同一圖層中進(jìn)行。②以系統(tǒng)為中心：當(dāng)時(shí)的GIS軟件空間數(shù)據(jù)各自有自己的數(shù)據(jù)格式，自成系統(tǒng)，不同的GIS系統(tǒng)基本上沒有聯(lián)系。與其他的軟件工具，例如MRP軟件、CAD軟件等在數(shù)據(jù)和程序上不存在集成關(guān)系。③單機(jī)、單用戶：由于IT技術(shù)的限制，當(dāng)時(shí)的GIS系統(tǒng)只能在單機(jī)上運(yùn)行，盡管在后期X協(xié)議和X終端已經(jīng)普遍使用，但由于不能描述空間數(shù)據(jù)及其操作，這時(shí)的GIS軟件無法實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作模式。④全封閉結(jié)構(gòu)，支持二次開發(fā)能力非常弱：當(dāng)時(shí)的GIS只提供功能極其有限的供查詢和計(jì)算的自定義語言，與數(shù)據(jù)庫、通用的編程語言沒有建立聯(lián)系。用戶只能按照已經(jīng)開發(fā)好的應(yīng)用系統(tǒng)功能接口操作，或者聯(lián)機(jī)地、一步一步地完成自己預(yù)定的計(jì)算任務(wù)，而無法連貫地、批量地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自定義應(yīng)用功能。⑤在主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)上，以文件系統(tǒng)來管理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)：GIS中的數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩類。空間數(shù)據(jù)描述空間實(shí)體的地理位置及其形狀；屬性數(shù)據(jù)則描述相應(yīng)空間實(shí)體有關(guān)的應(yīng)用信息。由于當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)只能管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對(duì)空間數(shù)據(jù)這樣的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)無法進(jìn)行定義、管理與操縱，GIS軟件只能在文件系統(tǒng)中自行定義空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其操縱工具。由于最初關(guān)系型DBMS不夠成熟與普及，對(duì)屬性數(shù)據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也放在文件系統(tǒng)中進(jìn)行管理，空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)兩者之間通過標(biāo)識(shí)碼建立聯(lián)系。⑥應(yīng)用領(lǐng)域基本上集中在資源與環(huán)境領(lǐng)域的管理類應(yīng)用。（2）第二階段，從1981～1985年為起步階段，是GIS軟件成熟和應(yīng)用快速發(fā)展的時(shí)期。主要對(duì)GIS進(jìn)行理論探索和區(qū)域性實(shí)驗(yàn)研究，并制定國家GIS的規(guī)范，并進(jìn)行信息采集、數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計(jì)。1985年國家資源與環(huán)境信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室成立。這一階段，GIS軟件作為一種軟件工具，理論與技術(shù)已經(jīng)基本成熟。由于其具備空間數(shù)據(jù)操縱能力，在應(yīng)用中受到青睞，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展。這個(gè)時(shí)期，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用，巨大的應(yīng)用前景也對(duì)GIS軟件提出了各種各樣的要求，GIS軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。但是，GIS的基本技術(shù)體系仍然沒有發(fā)生根本的變化，其技術(shù)特點(diǎn)為:①以圖層作為處理基礎(chǔ)：由于空間數(shù)據(jù)模型沒有根本的變化，以圖層為處理基礎(chǔ)的模式依然沒有變化。對(duì)屬性數(shù)據(jù)的查詢可以在數(shù)據(jù)庫范圍內(nèi)進(jìn)行，但對(duì)空間數(shù)據(jù)的操作仍然限制在同一圖層之內(nèi)。在GIS應(yīng)用系統(tǒng)事先定義的應(yīng)用功能以外，大量的應(yīng)用問題求解只能采用人工的步進(jìn)操作方式。②引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，多機(jī)、多用戶：由于這一階段網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，GIS軟件也轉(zhuǎn)向多用戶和Client/Server結(jié)構(gòu)。但是，由于空間數(shù)據(jù)組織和存儲(chǔ)模式?jīng)]有根本變化，Client與Server的關(guān)系基本上屬于空間數(shù)據(jù)文件下載和回送的關(guān)系，基本的空間數(shù)據(jù)處理功能在Client端實(shí)現(xiàn)。其是一種典型的“胖Client”類型。Server只作空間數(shù)據(jù)的服務(wù)器使用，以NFS技術(shù)為基礎(chǔ)，只能實(shí)現(xiàn)一種Device-Shared的C/S結(jié)構(gòu)。③以系統(tǒng)為中心：GIS應(yīng)用系統(tǒng)仍然是自成體系，不同系統(tǒng)之間空間數(shù)據(jù)的交換能力有所提高，并以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為主要手段。由于屬性數(shù)據(jù)利用商用DBMS來管理，因此可以利用標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化查詢語言來進(jìn)行操縱，通過屬性的綜合查詢結(jié)果顯示相應(yīng)的空間圖形，數(shù)據(jù)操縱能力有所增強(qiáng)。另一方面，可以以屬性數(shù)據(jù)庫為紐帶與其他系統(tǒng)建立聯(lián)系，與其他系統(tǒng)的集成能力略有增強(qiáng)，但仍然比較弱。④支持二次開發(fā)的能力有所增強(qiáng)：由于通用編程語言的編程環(huán)境逐漸完善，GIS提供的應(yīng)用編程接口(API)可以嵌入應(yīng)用系統(tǒng)的程序，例如，系統(tǒng)定義的GIS功能程序可以以庫函數(shù)的形式出現(xiàn)，通過“Include”方式供應(yīng)用程序調(diào)用。這一階段的GIS系統(tǒng)支持二次開發(fā)的能力有所增強(qiáng)，但靈活性仍受到較大的限制。⑤以商用DBMS管理屬性數(shù)據(jù)，但空間數(shù)據(jù)：仍用文件系統(tǒng)管理這一階段的GIS軟件用商用DBMS管理屬性數(shù)據(jù)，但仍用文件系統(tǒng)管理空間數(shù)據(jù)，空間實(shí)體位置與其屬性通過標(biāo)識(shí)碼建立聯(lián)系。這樣，就可以利用商用DBMS提供的強(qiáng)大數(shù)據(jù)管理功能，數(shù)據(jù)管理能力大有提高，特別是為建立空間數(shù)據(jù)庫的工作提供了許多方便，建庫能力大有提高。但是，涉及空間數(shù)據(jù)的管理與操縱仍然無法利用商用DBMS提供的強(qiáng)大功能。⑥應(yīng)用領(lǐng)域開始有較大范圍的擴(kuò)展，但基本上是管理類應(yīng)用：引入空間數(shù)據(jù)的優(yōu)越性越來越為人們所認(rèn)識(shí)，GIS的應(yīng)用范圍迅速從資源環(huán)境領(lǐng)域向外擴(kuò)展。城市規(guī)劃與公用設(shè)施管理；電力、電信管理；交通管理等許多領(lǐng)域成為GIS應(yīng)用的新熱點(diǎn)。規(guī)劃、布點(diǎn)、選址、路由選擇等分析決策應(yīng)用開始出現(xiàn)，但基本上還是以管理類應(yīng)用為主。（3）第三階段，是從1986年到1990年，為全面發(fā)展階段，GIS的研究被列入我國“七五”攻關(guān)課題，并且作為一個(gè)全國性的研究領(lǐng)域，已逐步和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)相結(jié)合，并取得了重要進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用效益。這一階段IT技術(shù)的突出進(jìn)步是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別是Internet在全球的普及以及面向?qū)ο筌浖椒ㄕ摵椭渭夹g(shù)的成熟，為GIS軟件的技術(shù)進(jìn)步注入了新的活力。GIS逐漸滲透到人類生活的各個(gè)方面，迎來了GIS應(yīng)用高速擴(kuò)展的時(shí)期。大量的應(yīng)用要求驅(qū)使GIS軟件技術(shù)快速發(fā)展，開始具備作為應(yīng)用集成平臺(tái)的能力。其基本技術(shù)特點(diǎn)為:①仍然以圖層為處理的基礎(chǔ)，但面臨不斷演化雖然空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)引入了新的技術(shù)，但空間數(shù)據(jù)模型仍然沒有很顯著的變化。商用DBMS(如Oracle、Informix、DB2、SQLSERVER等)相繼實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理，盡管還不夠完善，空間數(shù)據(jù)的管理手段還是有了明顯的提高。但是，由于DBMS對(duì)空間數(shù)據(jù)的操縱手段還比較原始和初等，加上GIS在設(shè)計(jì)思想上沒有突破地圖的限制；適合空間數(shù)據(jù)處理的中間件相當(dāng)缺乏，因此以圖層為處理基礎(chǔ)的局面并沒有得到根本的變革，Client端上空間處理仍然以圖層下載為主要橋梁。但是，隨著GIS應(yīng)用的多樣化，以圖層處理為基礎(chǔ)所帶來應(yīng)用上的不便與弊端為越來越多的人們所認(rèn)識(shí)，新的處理模式正在醞釀與試探之中。②引入了Internet技術(shù)，開始向以數(shù)據(jù)為中心的方向過渡，實(shí)現(xiàn)了較低層次的(瀏覽型或簡單查詢型)的B/S結(jié)構(gòu)由于Internet技術(shù)和Web技術(shù)的成熟與大規(guī)模普及應(yīng)用，GIS開始面向傳統(tǒng)行業(yè)和廣大民眾，并逐漸向以數(shù)據(jù)為中心的方向過渡。WebGIS走向成熟，已經(jīng)成為GIS應(yīng)用的一種重要方式，空間信息應(yīng)用的B/S結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)。但是，由于對(duì)空間數(shù)據(jù)的操縱手段比較弱，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的一體化操作。目前這類系統(tǒng)基本上是瀏覽型或功能相對(duì)簡單的查詢型系統(tǒng)。完全操作型的系統(tǒng)尚未出現(xiàn)。③開放程度大幅度增加，組件化技術(shù)改造逐步完成面向?qū)ο筌浖椒ㄕ摰某墒欤w現(xiàn)面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)工具逐漸普及。其中最突出的是軟插件技術(shù)，軟件系統(tǒng)組件化已經(jīng)成為一種趨勢。國外主要的GIS軟件在20世紀(jì)90年代中期開始進(jìn)行組件化改造，并在20世紀(jì)末相繼完成。這樣，GIS軟部件可以與主要的跨平臺(tái)編程工具結(jié)合，作業(yè)控制語言可以在軟部件基礎(chǔ)上組織復(fù)雜應(yīng)用，GIS軟部件也可以作為各種應(yīng)用軟件的功能部件出現(xiàn)。至此，GIS軟件的開放性大幅度提高，融入了主流軟件，實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)運(yùn)行的夙愿。④逐漸重視元數(shù)據(jù)問題，空間數(shù)據(jù)共享、服務(wù)共享和GIS系統(tǒng)互連技術(shù)不斷發(fā)展GIS軟件的廣泛應(yīng)用，空間數(shù)據(jù)和GIS服務(wù)功能的共享提到了重要的議事日程。屬性數(shù)據(jù)的共享由于ODBC的出現(xiàn)已經(jīng)解決，不同GIS系統(tǒng)之間空間數(shù)據(jù)的共享已經(jīng)不滿足于數(shù)據(jù)的互相轉(zhuǎn)換，空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)問題受到越來越多的關(guān)注，GIS功能標(biāo)準(zhǔn)化的問題也倍受重視，不同GIS系統(tǒng)之間互操作成為突出的問題。開放GIS組織(ODC)提出了開放地理信息規(guī)范(OPENGIS)，旨在解決空間數(shù)據(jù)的繼承、共享以及地理操作的分布與共享，對(duì)GIS開發(fā)平臺(tái)提出了更高的要求?？梢灶A(yù)計(jì)，各類空間數(shù)據(jù)引擎、適應(yīng)多種GIS軟件的功能代理會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。OPENGIS(應(yīng)該還會(huì)有改善和提高)就像ODBC之于數(shù)據(jù)庫，將成為空間數(shù)據(jù)操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。⑤實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)和初步的一體化查詢，并將不斷完善第三代GIS軟件實(shí)現(xiàn)了用商用DBMS實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)和初步的一體化查詢提高了，空間數(shù)據(jù)的操縱能力。多源空間數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)也將在未來兩三年內(nèi)逐漸成熟。但是，由于目前對(duì)空間關(guān)系的理解和表達(dá)形式還沒有一個(gè)完整的、確定的框架，空間信息的完整性、一致性研究有待深入，目前的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)一體化查詢語言還比較初等，表達(dá)能力還比較弱，完善和提高尚需時(shí)日。⑥應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，應(yīng)用深度不斷提高，開始具有初步的分析決策能力：隨著GIS應(yīng)用需求的急劇擴(kuò)大，大量的LBS(LocationBestService)應(yīng)用為GIS注入了新的活力，開拓了廣闊的市場；GIS進(jìn)入AM/FM領(lǐng)域?qū)е鲁霈F(xiàn)異步更新的協(xié)同工作環(huán)境。各類分析決策需求、甚至三維應(yīng)用要求也擺在應(yīng)用開發(fā)的面前。第三代GIS軟件一般將此類應(yīng)用問題放在應(yīng)用層面來解決，在沒有探索出一種公共模型的情況下，這種做法不失為有用之道。但是，這必然是就事論事，缺乏一般性。在數(shù)據(jù)挖掘已經(jīng)廣泛使用的今天，完整意義下的空間數(shù)據(jù)挖掘還沒有出現(xiàn)，更多的是對(duì)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，輔以簡單的空間顯示。自20世紀(jì)90年代起，地理信息系統(tǒng)步入快速發(fā)展階段。執(zhí)行地理信息系統(tǒng)和遙感聯(lián)合科技攻關(guān)計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)地理信息系統(tǒng)的實(shí)用化、集成化和工程化，力圖使地理信息系統(tǒng)從初步發(fā)展時(shí)期的研究實(shí)驗(yàn)、局部應(yīng)用走向?qū)嵱没蜕a(chǎn)化，為國民經(jīng)濟(jì)重大問題提供分析和決策依據(jù)。GIS存在的問題以及原因4.1目前GIS軟件存在的主要共性問題包括：(1)以圖層為處理的基礎(chǔ)，處理能力，尤其是大范圍、跨圖幅區(qū)域靈活處理能力較弱。由于目前GIS軟件不能實(shí)現(xiàn)跨圖幅的計(jì)算，多圖幅的空間運(yùn)算必須首先將涉及的圖幅拼成一個(gè)新的圖幅后才能進(jìn)行，批量運(yùn)算的能力大受限制。(2)二維的空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了應(yīng)用范圍。目前GIS空間數(shù)據(jù)模型及其操作的設(shè)計(jì)在空間上是面向平面二維結(jié)構(gòu)的，實(shí)質(zhì)上并沒有三維處理的能力。實(shí)際應(yīng)用中對(duì)出現(xiàn)的三維問題或是針對(duì)具體問題通過在屬性數(shù)據(jù)中定義附加數(shù)據(jù)項(xiàng)針對(duì)具體問題進(jìn)行處理，或是采用三維實(shí)體表面造型的方法解決類如地形地貌的表現(xiàn)問題，處理能力非常有限。(3)靜態(tài)、單時(shí)相空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了分析決策事務(wù)的實(shí)現(xiàn)。GIS延續(xù)了地圖處理的模式，只能處理單時(shí)相的空間數(shù)據(jù)，雖然可以有一定的地域分析處理能力，但對(duì)于涉及空間數(shù)據(jù)挖掘，例如切片、鉆取等以探索動(dòng)態(tài)的變化趨勢尋求發(fā)展規(guī)律等分析決策事務(wù)顯得無能為力。(4)空間數(shù)據(jù)尺度割裂，單一比例尺數(shù)據(jù)處理，不同尺度空間數(shù)據(jù)的互動(dòng)關(guān)系弱。比例尺是地圖的基本屬性，GIS沿襲處理地圖的模式，只能進(jìn)行單一比例尺空間數(shù)據(jù)的處理，甚至將為地圖出版而進(jìn)行的地球表面投影平面化處理結(jié)果作為空間對(duì)象存儲(chǔ)的基礎(chǔ)。不同尺度的空間數(shù)據(jù)之間基本上沒有互動(dòng)關(guān)系，同時(shí)，也將長期以來困擾地圖處理的許多問題帶入了GIS。(5)基本上以系統(tǒng)為中心，不同系統(tǒng)之間壁壘比較分明，數(shù)據(jù)共享與服務(wù)共享困難。在三十多年的時(shí)間里，形成了許多GIS軟件，他們?cè)诓煌沫h(huán)境中獨(dú)自發(fā)展，有自己的文化背景、領(lǐng)域背景和技術(shù)背景，形成了自己的數(shù)據(jù)模型和功能組織結(jié)構(gòu)。雖然在功能閉包和問題描述能力方面大同小異，但實(shí)際操作上差別甚大，加上內(nèi)部空間數(shù)據(jù)組織互相保密，形成了不同的壁壘，為數(shù)據(jù)共享和服務(wù)共享增加了許多困難。(6)影象數(shù)據(jù)管理與處理能力弱，跟不上大規(guī)模快速數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展。目前，大部分GIS軟件處理矢量空間數(shù)據(jù)的能力較強(qiáng)，但影象數(shù)據(jù)的處理能力很弱，空間實(shí)體的識(shí)別和處理幾乎不能自動(dòng)進(jìn)行。影象數(shù)據(jù)在GIS中基本上只能起到表面覆蓋和場景渲染的作用，沒有兩者之間的互動(dòng)關(guān)系，其不能形成一體化處理的能力。(7)空間事務(wù)處理組織能力弱。由于對(duì)空間實(shí)體之間的關(guān)系缺乏完整的描述框架，在GIS空間數(shù)據(jù)模型與組織方面存在不少問題。事務(wù)處理時(shí)空間實(shí)體的封鎖粒度甚難把握，基本上采用圖層封鎖的辦法，難以組織有效的原子事務(wù)和嵌套事務(wù)機(jī)制，直接影響了GIS復(fù)雜應(yīng)用的操作難度。4.2對(duì)GIS存在問題的分析上述問題的出現(xiàn)有其必然的原因?？偟恼f來，一是GIS理論與軟件技術(shù)發(fā)展的歷史較短，作為一類應(yīng)用軟件，技術(shù)發(fā)展往往滯后軟件主流技術(shù)一段時(shí)間；二是空間數(shù)據(jù)和空間關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，缺乏完善的模型，其組織和處理要比目前大多數(shù)應(yīng)用軟件困難得多，其中許多方面目前還沒有找到有效的方法。就具體原因而言，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)處理方式停留在面向過程，而不是面向問題。主要表現(xiàn)在缺乏形式化的模型表達(dá)手段，涉及空間數(shù)據(jù)處理的程序綜合研究甚少，提供的工具以面向過程為主。(2)多用戶條件下空間數(shù)據(jù)的同步處理機(jī)制尚未形成，由于空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)上使用了大量的指針類型，在跨機(jī)參數(shù)傳遞上存在許多困難，不僅不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的協(xié)同工作，甚至連傳統(tǒng)意義上的RPC也沒有實(shí)現(xiàn)。(3)空間數(shù)據(jù)模型與組織面向地圖，而不是面向客觀存在的空間實(shí)體及其時(shí)空關(guān)系。在GIS中，作為一個(gè)整體的地球表面被人為地分割成許多相對(duì)獨(dú)立的經(jīng)投影變換后的平面部分，引起了一系列處理上的困難。(4)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系薄弱，僅僅通過標(biāo)識(shí)碼實(shí)現(xiàn)，難以體現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)空關(guān)系，適應(yīng)管理但不適應(yīng)分析與決策。(5)對(duì)影象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題研究不夠，對(duì)于整體存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的方式、手段過于簡單，基本上無法建立有效的索引機(jī)制，導(dǎo)致矢量、影象數(shù)據(jù)之間無法建立有效的聯(lián)系手段及互動(dòng)關(guān)系。(6)雖然使用了商用DBMS管理空間數(shù)據(jù)，但空間數(shù)據(jù)查詢能力不強(qiáng)，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合操縱能力弱。(7)不同尺度空間數(shù)據(jù)之間基本上沒有聯(lián)系，缺乏相互之間的互動(dòng)機(jī)制。(8)各類標(biāo)準(zhǔn)缺乏。GIS的應(yīng)用5.1GIS在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用在我國，從20世紀(jì)80年代中期開始，GIS技術(shù)就被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，從國土資源決策管理、農(nóng)業(yè)資源信息、區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃、糧食流通管理與糧食生產(chǎn)輔助決策到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力研究、農(nóng)作物估產(chǎn)研究、區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究、農(nóng)用土地適宜性評(píng)價(jià)、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、基于GPS和GIS的精細(xì)農(nóng)業(yè)信息處理系統(tǒng)研究等，都取得了很大的成績，一些研究成果直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著GIS理論的產(chǎn)生發(fā)展以及方法和技術(shù)的成熟，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也逐步深入。從技術(shù)角度看，GIS在我國農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：(1)作為農(nóng)業(yè)資源調(diào)查的工具，建立了農(nóng)業(yè)資源地理數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫的瀏覽、檢索等，利用GIS繪制農(nóng)業(yè)資源分布圖和產(chǎn)生正規(guī)的報(bào)表。(2)作為農(nóng)業(yè)資源分析的工具，GIS技術(shù)已不限于制圖和空間數(shù)據(jù)庫的簡單查詢，而是以圖形及數(shù)據(jù)的重新處理等分析工作為特征，用于各種目標(biāo)的分析和重新導(dǎo)出新的信息，產(chǎn)生專題地圖和進(jìn)行地圖數(shù)據(jù)的疊加分析等。(3)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的工具，主要是建立了各種模型和擬訂各種決策方案，直接用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。(4)作為農(nóng)業(yè)管理的輔助決策工具，利用了GIS的模型功能和空間動(dòng)態(tài)分析以及預(yù)測能力，并與專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)及其它的現(xiàn)代技術(shù)（如RS和GPS）有機(jī)結(jié)合，便于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理和輔助決策。5.2GIS在林業(yè)中的應(yīng)用林業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的管理決策人員面對(duì)著各種數(shù)據(jù)，如林地使用狀況、植被分布特征、立地條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等許多因子的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)既有空間數(shù)據(jù)又有屬性數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析并及時(shí)找出解決問題的合理方案，借用傳統(tǒng)方法不是一件容易的事，而利用GIS方法卻輕松自如。社會(huì)經(jīng)濟(jì)在迅速發(fā)展，森林資源的開發(fā)、利用和保護(hù)需要隨時(shí)跟上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，掌握資源動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)做出決策就顯得異常的重要。常規(guī)的森林資源監(jiān)測，從資源清查到數(shù)據(jù)整理成冊(cè)，最后制定經(jīng)營方案，需要的時(shí)間長，造成經(jīng)營方案和現(xiàn)實(shí)情況不相符。這種滯后現(xiàn)象勢必出現(xiàn)管理方案的不合理，甚致無法接受。利用GIS就可以完全解決這一問題，及時(shí)掌握森林資源及有關(guān)因子的空間時(shí)序的變化特征，從而對(duì)癥下藥。林業(yè)GIS就是將林業(yè)生產(chǎn)管理的方式和特點(diǎn)溶入GIS之中，形成一套為林業(yè)生產(chǎn)管理服務(wù)的信息管理系統(tǒng)。以減少林業(yè)信息處理的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省經(jīng)費(fèi)開支，提高管理效率。GIS在林業(yè)上的應(yīng)用過程大致分為三個(gè)階段:(1)作為森林調(diào)查的工具：主要特點(diǎn)是建立地理信息庫，利用GIS繪制森林分布圖及產(chǎn)生正規(guī)報(bào)表。GIS的應(yīng)用主要限于制圖和簡單查詢。(2)作為資源分析的工具：已不再限于制圖和簡單查詢，而是以圖形及數(shù)據(jù)的重新處理等分析工作為特征，用于各種目標(biāo)的分析和推導(dǎo)出新的信息。(3)作為森林經(jīng)營管理的工具：主要在于建立各種模型和擬定經(jīng)營方案等，直接用于決策過程。三個(gè)階段反映了林業(yè)工作者對(duì)GIS認(rèn)識(shí)的逐步深入。5.3GIS在土地資源中的應(yīng)用GIS技術(shù)最初在土地資源開發(fā)與管理上的應(yīng)用主要是土地利用現(xiàn)狀調(diào)查和城鎮(zhèn)地籍調(diào)查圖件和屬性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢等管理工作等，基本上沒有數(shù)據(jù)的空間分析及其它決策功能。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在土地科學(xué)中的應(yīng)用主要包括了土地評(píng)價(jià)工作（土地的適宜性或多宜性評(píng)價(jià)、土地的生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)、土地持續(xù)利用評(píng)價(jià)、城市地價(jià)評(píng)估、耕地地價(jià)評(píng)價(jià)等），土地利用規(guī)劃（包括土地利用總體規(guī)劃、土地利用多目標(biāo)規(guī)劃），土地利用與土地覆被現(xiàn)狀分類與制圖，以及土地利用與土地覆被動(dòng)態(tài)監(jiān)測。GIS的發(fā)展趨勢6.1GIS與Internet/Intranet的結(jié)合與應(yīng)用Internet改變了我們的世界。當(dāng)前，Internet/Intranet正以驚人的速度膨脹和發(fā)展，Internet己不僅僅是一種單純的技術(shù)手段，它己演變成為一種經(jīng)濟(jì)方式網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)代人們的生活當(dāng)中己離不開Internet。大量的應(yīng)用正由傳統(tǒng)的C/S方式(客戶機(jī)/服務(wù)器)向B/S方式(瀏覽器/服務(wù)器)轉(zhuǎn)移，GIS技術(shù)也是如此。GIS技術(shù)和Internet技術(shù)的融合，形成一種新的技術(shù)，我們稱之為WebGIS。和傳統(tǒng)的基于C/S的相比，WebGIS有如下優(yōu)點(diǎn)：更廣泛的訪問范圍?？蛻艨梢酝瑫r(shí)訪問多個(gè)位于不同地方的服務(wù)器上的最新數(shù)據(jù)，Internet/Intranet所特有的優(yōu)勢大大方便了GIS的數(shù)據(jù)管理，使分布式的多數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)管理和合成更易于實(shí)現(xiàn)。平臺(tái)獨(dú)立性無論服務(wù)器/客戶機(jī)是何種機(jī)器。無論WebGIS服務(wù)器端使用何種軟件，由于使用了通用的Web瀏覽器，用戶就可以透明地訪問WebGIS數(shù)據(jù)，在本機(jī)或某個(gè)服務(wù)器上進(jìn)行分布式部件的動(dòng)態(tài)組合和空間數(shù)據(jù)的協(xié)同處理與分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享。降低系統(tǒng)成本。普通GIS在每個(gè)客戶端都要配備昂貴的專業(yè)GIS軟件，而用戶使用的經(jīng)常只是一些最基本的功能，這實(shí)際上造成了極大的浪費(fèi)。WebGIS在客戶端通常只需使用Web瀏覽器(有時(shí)還要加一些插件)，其軟件成本與全套專業(yè)GIS相比明顯要節(jié)省得多。另外，由于客戶端的簡單性而節(jié)省的維護(hù)費(fèi)用也很可觀。更簡單的操作。要廣泛推廣應(yīng)用GIS，使GIS系統(tǒng)為廣大的普通用戶所接受，而不僅僅局限于少數(shù)受過專門培訓(xùn)的專業(yè)用戶，就要降低對(duì)系統(tǒng)操作的要求。通用的Web瀏覽器無疑是降低操作難度的最好選擇?，F(xiàn)在，WebGIS得到越來越廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用方向分為兩大類，一類為基于lnternet的公共信息在線服務(wù)，為公眾提供交通、旅游、餐飲娛樂、房地產(chǎn)、購物等與空間信息有關(guān)的信息服務(wù)。在國內(nèi)外的站點(diǎn)上己有了成功的應(yīng)用，提供了大量的與空間位置有關(guān)的各種信息服務(wù)。例如，查一下離你所在位置最近的有哪些酒店、餐館、公交車站等等，甚至還能告訴你酒店的價(jià)格是多少，餐館里有什么特色菜;或告訴你從中關(guān)村到天安門的公交路線怎么走，需要坐哪些車，而這些車站在哪里。這些服務(wù)看似簡單，但與我們的日常生活息息相關(guān)，不可缺少。WebGIS的另外一類應(yīng)用為基于lntranet的企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)管理。如幫助企業(yè)進(jìn)行設(shè)備管理、線路管理以及安全監(jiān)控管理等等。隨著企業(yè)lntranet應(yīng)用的深入和發(fā)展，基于lntranet的WebGIS應(yīng)用會(huì)有越來越多的市場，也是未來的發(fā)展方向。6.2基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的海量空間數(shù)據(jù)管理

GIS技術(shù)的瓶頸之一就是如何解決海量空間數(shù)據(jù)管理問題。對(duì)于一個(gè)城市級(jí)的GIS系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)量極其巨大，一般達(dá)到GB的數(shù)據(jù)量級(jí)。和傳統(tǒng)的基于文件的管理方式相比，利用面向?qū)ο蟮拇笮蛿?shù)據(jù)庫技術(shù)能夠有效地解決這一問題。

在面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫中，海量地圖數(shù)據(jù)的使用變得更加簡單:只需建立單一圖層，不必再進(jìn)行分幅處理。如果用戶原來的數(shù)據(jù)源是分幅的，可將其全部存儲(chǔ)到一個(gè)圖層中，數(shù)據(jù)庫將自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行拼接和索引處理，可形成一個(gè)完整的圖層。應(yīng)用時(shí)，在客戶端只需極少量的編程(實(shí)際上只是指定數(shù)據(jù)源)，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫里數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。數(shù)據(jù)庫會(huì)根據(jù)當(dāng)前地圖客戶端的顯示視野，自動(dòng)將此范圍內(nèi)的圖形檢索出來，送到客戶端顯示。因此，即使在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)是GB級(jí)的，在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)量卻僅是幾十到上百K的數(shù)量級(jí)，大大減輕了客戶端系統(tǒng)的配置需求，并減輕了網(wǎng)絡(luò)流量，可通過一般的網(wǎng)絡(luò)(甚至遠(yuǎn)程)客戶端進(jìn)行訪問。利用數(shù)據(jù)庫，可建立一種真正的Cli