试论GIS 的应用与发展

刘向阳 徐 纬

（1、广德县建委，安徽 广德 242200 2、广德县大地勘测队，安徽 广德 242200）

任何工程科学的目的都是为了应用，即为了解决实际问题。地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)属于一门工程技术，根据自然资源制图应用需求而产生，发展于自然资源研究应用，兴盛于自然、社会和经济等实践。其产生和发展皆与应用有密切的关系，应用是GIS 产生和发展的起因也是归宿。

1 GIS 的特点

GIS 是采集、存贮、分析、再现空间信息的信息系统，它不仅利用属性数据，更重要的是空间数据。它具有以下特征：(1)具有采集、管理、分析和输出多种地学空间信息的能力，具有空间性和动态性；(2)以地学研究和地学决策为目的，以地学模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合和动态预测能力，产生高层次高质量的地学派生信息；(3)由计算机支持进行空间数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地学分析方法或模型，作用于空间数据，产生有用信息，快速、准确地提供科学决策依据。

2 GIS 的应用和发展

GIS 产生于机助制图，发展于广泛应用，兴旺于遥感(RS)和全球卫星定位系统(GPS)的结合与技术集成。

GIS 产生和发展是社会进步和技术发展的结果。一方面，随着社会的发展，信息利用的需求和水平日益提高。迅速发展的社会在产生海量数据的同时，所从事的研究涉及到的参数和条件也越加繁杂，遭遇的问题又要及时决策，这就需要对大量数据进行及时的处理和分析，以便对问题作出实时的应答。为了更加准确的应答，信息的分析不得不从定性分析的传统步入定位和定量的综合，使静态分析兼容动态。同时，信息源日益增加，数据形式多种多样，必要的转化处理在所难免，使之能够符合统一的标准和格式，便于计算机综合处理和分析。这种客观需要是地理信息系统产生和发展的根本动力。另一方面，专业技术如自动制图系统、计算机软件、硬件技术的提高，以及地学分析的定量化、模型化进步，为地理信息系统的处理和分析功能的改善创造了条件。

地理信息系统正是在技术进步和社会需求的互动中不断发展的。上世纪50年代末和60年代初，计算机技术获得广泛应用之后，地学工作者尝试将不同内容的地图信息转化为数字形式，利用计算机分析、处理地图内容。这方面的应用首先是从建立土地规划等自然资源管理信息系统开始的。但是这些还不能称为真正的地理信息系统。1963年，加拿大测量学家R.T.Tomlinson 首先提出地理信息系统这个术语，并建立了世界上第一个地理信息系统——加拿大地理信息系统(CGIS)。

进入70年代，计算机硬件和软件水平的提高，为空间数据的输入、存储、检索、和输出提供了强有力的手段，使GIS 朝着实用化方向发展。许多专业性的地理信息系统在发达国家相继诞生并投入应用，商业化的GIS 工具软件也开始出现，大学和研究机构的GIS 研究机构也应运而生，全面推进了GIS 理论和实践的发展。

80年代是GIS 普及和推广应用的阶段。首先是计算机图形工作站的出现以及高性能计算机的发展，为增强空间分析提供了技术上的支持，使GIS 被用于解决更加复杂的问题。其次，遥感和卫星技术的提高和普及使用，增加了GIS 的数据量，更进一步拓宽了GIS 的应用领域。GIS 工具软件更加成熟，涌现了一批高质量的软件，如 ARC／INFO、Microstation、GENAMAP等。进入90年代，GIS 的发展进入一个新的阶段。计算机技术的迅猛发展和快速换代，为GIS技术的提高和应用开辟了新的天地，特别是与遥感(RS)和全球卫星定位系统(GPS)的结合与技术集成，使GIS 的发展和应用发生了质的飞跃。当今计算机领域内非常热门的技术——客户／服务器(CLIENT／SERVER)体系、互联网络(INTERNET／INTRANET)，面向对象及软件集成技术的发展，都对传统GIS 技术产生极大的影晌，GIS面临全新的发展、革命性的变化。利用这些技术可以在很短时间内开发出复杂的、功能强大的、满足用户需要的应用系统。

3 GIS 的应用领域

地理信息系统以其显著的多学科交叉特征和处理空间数据的独特功能，使其被广泛地应用于众多的研究和应用领域，几乎渗透到了具有空间数据处理需求的各个方面，农业、土地利用规划、土地清查、国土整治、野生动物保护、森林防护、渔业、地质、考古、勘探、城市规划、环境保护与管理、气候监测等。其成功的应用在很多国家的很多领域里，极大地提高了应用领域的工作水平，显示了其处理复杂问题的强大的信息处理和辅助决策能力。如在美国三里岛核电站事故中，USGS 应用地理信息系统及时作出判断与决策：日本筑波科学城选址决策的成功实现；加拿大应用CGIS 完成了全国土地资源潜力的估算等。中国近几年应用亦很普遍，如中国测绘研究院完成的国家基础地理信息系统研究；中国测绘工程规划设计中心进行的长春社会服务信息系统研究：北京大学从事的武汉市社会经济发展决策支持系统研究；中国环境科学院开展过GIS 支持下的流域面源污染研究，广泛应用于水污染领域。

4 GIS 发展方向

虽然地理信息系统技术和应用取得巨大的发展，但是由于空间的特殊性和复杂性，GIS 的发展仍然还有许多困难需要克服。

首先，是方法学问题。由于缺乏明显的新的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致分析设计和实现一个系统的过程和方法同认识一个系统的过程与方法不一致。计算机语言和人的自然语言之间、传统的“系统分析-系统设计-系统实现”方法和人类认识问题的过程与宏观层次之间的差异性无法解决，软件系统的可靠性和可维护性差。

其次，是数据采集、更新、共享和分析。目前多数情况下，采用的跟踪数字化方法速度慢、精度低：扫描数字化尚未普遍采用；软件运行不稳定、智能化程度差。数据多来自地图，遥感动态信息的应用基本没有解决：多数数据源数据采集方法及其技术集成程度低。数据采集与更新落后状况阻碍了GIS 的发展。

第三，系统功能深化。目前大多数GIS 仍是侧重于数据获取、存储、管理和查询检索的初级阶段，空间分析、预沿预报、决策支持功能很低。已经建立的遥感卫星地面接收系统、图像数据处理系统、自动观测台网系统，将为GIS 提供大量、及时、动态的数据，为GIS 建立动态地理数据库、模型库提供条件，为GIS 走向高级支持决策创造了条件。

最后还有3S 集成问题。GIS、RS、GPS 各自代表地图制图、摄影测量、遥感和大地测量等学科的前沿技术，目前还没有实现三者的有机结合，一体化进程还在初步阶段。但是，卫星遥感技术的进步，从全球到局部、从宏观到微观的人类认知过程，传统的地图测绘模式也将从根本上发生变化。

[1]王家耀，等.军事地理信息系统.北京：解放军出版社，2007.

[2]马智民，等.应用地理信息系统设计与实现.西安：西安地图出版社，2006.