gis技术的瓶颈 gis技术的发展现状和趋势

地理信息系统发展动态

GIS的兴起得益于计算机辅助地图制图的研究和应用。1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出“地理信息系统”这一术语，并建立了世界上第一个地理信息系统。如今，地理信息系统已进入全面应用与产业化阶段，随着产业的形成和数字化信息产品在全世界的普及，GIS深入到各行各业、千家万户，成为人们不可缺少的工具和助手。据不完全统计，目前能够提供市场的商业化GIS相关软件产品已达200多种，在我国用户众多、知名度较高的主要软件有:ESRI公司的ArcInfo、ArcView，Intergraph公司的MGE、GeoMedia，Maplnfo公司的Maplnfo，Genasys公司的GENAMAP，中国地质大学的MAPGIS、武汉大学的Geostar、中国科学院资源与地理研究所的Supermap等，而其中又以ArcInfo软件功能最为强大。ARCGIS是应用最广泛的一种大型GIS软件，我国早期开发的GIS几乎都是以ArcInfo作为平台。其主要特点为:采用地理关系数据模型，提供极强制图功能、空间操作功能和分析功能;采用模块式结构，提高灵活度并易于扩充;提供宏命令语言AML实现快速编程;提供38种地图投影方式，可在不同投影之间实现坐标转换;开放式的结构，提供直接与多种数据库的接口;兼容性很好，能与25种不同系统的数据格式之间相互转换;独立于硬件，运行于不同的平台;广泛支持当今各种工业标准。但它没有DEM和插值计算，TABLES属性数据处理功能有限，且不具备统计图表分析功能(邹月，2000)。

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近年来，随着计算机技术的快速发展，以及遥感技术、数字测绘技术、数据仓库技术、虚拟实景、多媒体技术、三维图形芯片及宽频光纤通讯技术的突破性进展，地理信息系统技术总体上呈现网络化、组件化、集成化、开放性等发展趋势(龚健雅，2004)。

1.基于数据库技术的海量空间数据管理

GIS技术的瓶颈之一就是如何解决海量空间数据管理问题。对于一个区域的GIS系统，其数据量极其巨大，一般达到GB或TB的数据量级。和传统的基于文档的管理方式相比，利用面向对象的大型数据库技术能够有效地解决这一问题。

在面向对象的空间数据库中，海量地图数据的使用变得更加简单，只需建立单一图层，不必再进行分幅处理。如果用户原来的数据源是分幅的，可将其全部存储到一个图层中，数据库将自动对其进行拼接和索引处理，可形成一个完整的图层。应用时，在客户端只需极少量的编程(实际上只是指定数据源)，就可实现对数据库里数据的动态显示。数据库会根据当前地图客户端的显示视野，自动将此范围内的图形检索出来，送到客户端显示。因此，即使在服务器端的数据是GB级的，在客户端的数据量却仅是几十到上百K的数量级，大大减轻了客户端系统的配置需求，并减轻了网络流量，可通过一般的网络(甚至远程)客户端进行访问。

2.网络GIS

信息高速公路的建立极大地方便了世界各地用户之间的信息交换与信息查询。由于GIS系统具有丰富的空间查询、空间分析及属性管理功能，而人们对Internet和GIS系统的需求不断深入，因此把GIS系统与网络技术相融合，利用Internet在Web上发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，形成一种网络化的地理空间集成平台，就成为当前GIS系统发展的必然趋势。与传统的GIS相比，WebGIS具有以下特点:

适应性强:WebGIS是基于互联网的，因而也是全球的，能够在不同的平台上运行。

应用面广:网络功能将使WebGIS应用到整个社会，真正实现GIS的无所不能，无处不在。

现实性强:地理信息的实时更新在网上进行，人们能得到最新信息和最新动态。

维护社会化:数据的采集、输入，空间信息的分析与发布将是在社会协调下运作。

使用简单:用户可以直接从网上获取所需要的各种地理信息，直接进行各种地理信息的分析，而不用关心空间数据库的维护和管理。

目前，网络GIS正在逐步普及，但还处于空间数据查询、浏览、发布与下载阶段，缺少强大的空间分析功能，而且受网络带宽的限制，影响了网络GIS的应用(龚健雅，2004)。

3.组件GIS

GIS基础软件可以定性为应用基础软件，它一般不作直接应用，而是根据某一行业或某一部门的特定需求进行二次开发。目前，大多数地理信息系统都已经过渡到基于组件的体系结构，一般都采用COM/DCOM技术。组件化GIS基于标准的组件式GIS平台，各组件之间不仅可以自由、灵活地重组，而且具有可视化的界面和标准的接口(于向鸿，2005)。组件软件的可编程和可重用特点为系统开发商提供了方便的二次开发手段，在很大程度上推动了GIS软件的工程化开发和大众化应用。组件GIS的特征主要体现在:

(1)高效无缝的系统集成:允许将专业模型、GIS控件、其他控件紧密地结合在统一的界面下。

(2)无须专门的GIS开发语言:只要掌握基于Windows平面的通用环境以及组件式GIS各控件的属性、方法和事件，就能完成应用系统的开发。

(3)大众化GIS:用户可以像使用其他ActiveX控件一样使用GIS的控件，使非专业的GIS用户也能胜任GIS应用开发工作。

(4)开发成本低:非GIS功能可以利用非专业控件，降低了系统的成本。

4.集成化GIS

一方面，以GIS为核心的“3S”(RS，GIS，GPS)集成，使得人们能够实时地采集数据、处理信息、更新数据以及分析数据。遥感是实时获取、动态处理和分析空间信息的先进技术系统，是为GIS提供准确可靠信息源和实时更新数据的重要保证。全球定位系统(GPS)为遥感实时数据定位，提供空间坐标，建立实时数据库。另一方面，地理信息系统技术与其他主流商务应用的集成，并能集成多种空间数据基础，使各种计算机软件彼此沟通、集成应用。GIS已发展成为具有多媒体网络、虚拟现实技术以及数据可视化的强大空间数据综合处理技术系统。

5.开放式GIS

开放式地理信息系统(OpenGIS)，是指在计算机网络环境下，根据行业标准和接口所建立起来的GIS，是为了使不同的地理信息系统之间具有良好的互操作性，以及实现在异构分布式数据库中的信息共享，克服传统GIS软件之间的相互封闭性(黄杏元，2004)。

为了研究和开发OpenGIS技术，1996年在美国成立的开放地理信息联合会研究和建立了开放式地理数据交互操作规程(OGIS，Open Geodata Interoperable Specification)。OGIS是为了寻找一种方式，将地理信息系统技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法更有效地结合起来。基于OGIS规范制订的开放系统模型，是一种软件工程和系统设计方法，这种方法应用于GIS领域，侧重于改变当前GIS模型中特定的应用系统及其功能与它内部数据模型及数据格式紧密捆绑的现状。OpenGIS技术将使GIS始终处于一种组织开放式的状态，真正成为服务于整个社会的产业以及实现地理信息全球范围内的共享与互操作，是未来网络环境下GIS技术发展的必然趋势。

GIS空间分析功能的缺陷及改进方法

地理信息系统(Geographic Information System)

简称GIS, 该系统的设计用来支持空间数据的采

集、处理、管理、分析、建模和显示, 以便解决复

杂的规划和管理问题。

11GIS中数据的存储方式

(1) 数据的文件存储及管理方式。文件存储

即将所有的数据(空间数据和属性数据) 都存储

在一个或多个文件中。采用文件方式来管理数据的

优点是灵活, 即每个GIS厂商都可以任意定义自己

的文件格式。但它也存在着许多缺点。首先, 利用

文件方式来管理数据, 就需要用自己开发的工具来

实现数据(空间数据和属性数据) 的更新、查询、

检索等操作, 无形当中增加了数据管理的开发量。

第二, 也是最大的缺点, 就是不能多用户并发操作

数据。随着计算机技术的日益普及, 一个大型的软

件系统, 如果不能并发操作数据, 则远不能满足用

户的需求。第三, 如果采用文件方式管理数据, 则

数据的安全性存在着难以解决的问题, 特别是数据

的恢复问题, 到目前为止还没有一个很好的解决方

法。第四, 由于各个GIS厂商都定义自己的文件格

式, 对于数据的共享存在着很大的障碍。第五, 对

于大型的空间数据管理, 例如数据量达到GB 级,

则文件存储方式在管理上就存在着局限性, 它缺乏

对数据文件的有效管理。

(2) 采用文件和关系数据库来共同管理GIS

数据。这是目前大多数GIS软件系统采用的数据管

理方案。解决方式是空间数据采用文件方式来管

理, 属性数据则采用数据库进行管理。对于非结构

化的描述数据, 不论是文本、图像还是声音等, 一

般都对应于一个文件, 这样便可以简单地在关系数

据库中只记录其文件存在的路径。

(3) 采用数据库存储空间数据和属性数据。

空间数据和属性数据都可以采用关系数据技术来存

储数据, 即空间数据也可存放在数据库中。这种存

储的方式有两种: 一是空间数据和属性数据合二为

一, 将空间数据和属性数据存储在一起, 两者不分

家; 二是将空间数据存放在一个模式下, 属性数据

存放在另一个模式下, 两者分开, 仍然采用空间数

据和属性数据分别存储的技术。

利用数据库来存储空间数据, 解决了用文件存

储空间数据时, 对数据不能进行并发操作的缺点;

是不够的, 交互性的设计应加强的是学习者内在认

知的建构, 善用科技的弹性与多媒体的特性, 加强

教材内容与活动的设计。近两年网上学习平台的建

立及虚拟教室的应用, 就为学习者提供了非常好的

e - learning交互式学习环境。只有将课件的交互层

级提升到主动式及相互式, 才能有利于知识的获

取, 真正提高学习效率。

31制作标准

(1) A ICC。A ICC ( The Aviation Industry CBT

Committee) 即CBT (Computer - based Training) 航

空产业委员会, 是一个航空工业领域的计算机培训

专家们组成的国际协会。A ICC标准由于需要跨过

电子远程教育功能性的三个关键域(内容编辑、

内容管理及传输和电子远程教育的学员评估) 而

显得尤为重要。

( 2 ) SCORM。SCORM ( The Sharable Content

Object ReferenceModel) 即可共享内容对象参考模

型, 是为满足对网络化学习内容的高水平要求而设

计的。其目的是: 使课程能够从一个平台迁移到另

一个平台, 创建可供不同课程共享的可重用构件,

以及快速又准确地寻找课程素材。符合SCORM标

准的内容可以在不同的学习管理平台间移动; 可在

其他课程重复使用; 在符合SCORM标准的学习管

理平台上搜索

通过数据库来存储海量空间数据, 是GIS应用

系统发展的必然趋势。它实现了属性数据和空间数

据的一体化存储, 从理论上保证了数据的完整性和

数据的共享性。将GIS本身亟待解决的问题转移到

数据库领域中, 给基于GIS的应用系统开发带来了

新的解决思路。

GIS有什么缺点？

基于以上GIS技术现状研究，本文分析认为GIS技术在模型、数据结构等方面存在着不足，这在一定程度上制约了GIS技术的发展。

首先是数据结构方面存在的问题。目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储，当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差，难以建立地物间的拓扑关系，难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题[2]。

其次是GIS模型存在的问题。传统的GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象，使得人们对地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系，难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。目前，面向对象的数据模型在一定程度上解决了传统GIS数据模型的某些不足，但是还未在市场以及关键任务应用方面被广泛接受，因为它作为一个DBS还不太成熟，缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更新和参数化性能协调等。

还有一些其他方面的问题。当前，GIS正处在一个大变革时期，GIS的进一步发展还面临不少问题，主要表现在以下几个方面：①GIS设计与实现的方法学问题。在GIS设计与实现过程中缺乏面向对象的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致GIS软件系统的可靠性和可维护性差；②GIS的功能问题。当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，不能满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到GIS的应用效益和生命力；③三维GIS模型及可视化问题。目前大多数GIS软件的图形显示是基于二维平面的，即使是三维效果显示也是采用DEM的方法来处理表达地形的起伏，涉及到地底下真三维的自然和人工现象则显得无能为力。