淺談地理信息系統(tǒng)的發(fā)展過程和發(fā)展趨勢
本文通過對(duì)地理信息系統(tǒng)概念的理解，幾種軟件的介紹，以及回顧了國內(nèi)外地理信息系統(tǒng)的發(fā)展歷程，提出了未來地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵字：地理信息系統(tǒng)概念 軟件 發(fā)展歷程 發(fā)展趨勢
1、前言
1.1 地理信息系統(tǒng)的概念
地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System,GIS）是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。地理信息系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其存儲(chǔ)和處理的信息是經(jīng)過地理代碼，地理位置及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。在地理信息系統(tǒng)中，現(xiàn)實(shí)世界被表達(dá)成一系列的地理要素和地理現(xiàn)象，這些地理特征至少由空間位置參考信息和非位置信息兩個(gè)組成部分。
地理信息系統(tǒng)是一門多技術(shù)交叉的空間信息科學(xué)，它依賴于地理學(xué)、測繪學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等基礎(chǔ)性學(xué)科，又取決于計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)、航天技術(shù)、遙感技術(shù)和人工智能與專家系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步與成就。此外地理信息系統(tǒng)又是一門以應(yīng)用為目的的信息產(chǎn)業(yè)，它的應(yīng)用可深入到各行各業(yè)。
1.2 常用地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件介紹
當(dāng)前，常用的地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件主要有以下幾種：
（1） MapInfo軟件
MapInfo系統(tǒng)是美國MapInfo公司研制的地理信息系統(tǒng)軟件。從1986年推出第一個(gè)DOS版本MapInfo V1.0到20世紀(jì)90年代初的Windows版本MapInfo V3.0，其產(chǎn)品逐漸變得成熟，并很快流行起來。1995年和1998年分別推出MapInfo Professional V4.0和V5.0，使這個(gè)產(chǎn)品趨于完善。
（2） Arc/Info軟件
Arc/Info UNIX/NT版（以下簡稱Arc/Info）是ESRI公司系列產(chǎn)品中最經(jīng)典、功能最強(qiáng)大的專業(yè)GIS產(chǎn)品?，F(xiàn)在已經(jīng)用于全球范圍6000多個(gè)重要機(jī)構(gòu)和組織中，在我國也擁有150多個(gè)用戶（截至1995年）。Arc/Info的第一個(gè)產(chǎn)品完成于1978年，主要在小型機(jī)上運(yùn)行。1996年底，ESRI公司又把工作站版Arc/Info的全部模塊移植到MS Windows NT之上，使工作站環(huán)境下的Arc/Info軟件功能全部在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)。1999年底推出基于Windows NT上的Arc/Info8.0，添加了ArcGeodataBase，Arctoolbook和ArcMap等功能。
（3） GeoStar軟件
GeoStar是武漢吉奧信息工程公司開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件。GeoStar系列軟件最獨(dú)特的特征在于矢量數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)，DEM數(shù)據(jù)高度集成。
（4）MapGIS系列軟件
MapGIS是武漢中地信息工程有限公司開發(fā)的一個(gè)大型工具型地理信息系統(tǒng)軟件。
2、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展過程
地理信息系統(tǒng)最早應(yīng)用在資源環(huán)境管理中。目前它已經(jīng)廣泛用于資源環(huán)境，如森林、礦產(chǎn)、水利及農(nóng)牧業(yè)等的管理；自然資源，如林業(yè)、地質(zhì)礦藏、水資源等的調(diào)查；自然災(zāi)害，如水旱在害、蟲害、震災(zāi)等的監(jiān)測、預(yù)報(bào)、評(píng)估；環(huán)境保護(hù)，如水土流失、荒漠化治理等方面。
2.1 國外地理信息系統(tǒng)的發(fā)展歷史
國際上地理信息系統(tǒng)的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代，地理信息系統(tǒng)起源于北美。世界第一個(gè)運(yùn)行性地理信息系統(tǒng)是在1963年加拿大土地調(diào)查局為了處理大量的土地調(diào)查資料,由測量學(xué)家R.F.Tominson提出并建立的。同一時(shí)期美國哈佛大學(xué)的計(jì)算機(jī)圖形與空間分析實(shí)驗(yàn)室,建立了SYMAP系統(tǒng)軟件,竭力發(fā)展空間分析模型和制圖軟件。但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不高,存貯量小,磁帶存取速度較慢,使得GIS帶有更多的機(jī)助制圖色彩,地學(xué)分析功能極簡單。20世紀(jì)70年代以后,由于計(jì)算機(jī)軟硬件迅速發(fā)展,特別是大容量存貯功能磁盤的使用,為地理空間數(shù)據(jù)的錄入、存貯、檢索、輸出提供了強(qiáng)有力的手段,使GIS朝實(shí)用方向迅速發(fā)展。美國、加拿大、英國、西德、瑞典、日本等發(fā)達(dá)國家先后建立了許多不同專題、不同規(guī)模、不同類型的各具特色的地理信息系統(tǒng)。如美國地質(zhì)調(diào)查局建立了50多個(gè)地理信息系系統(tǒng)。如美國地質(zhì)調(diào)查局建立了50多個(gè)地理信息系統(tǒng)用于地理、地質(zhì)、地形和水資源等領(lǐng)域空間信息的工具,典型的有GIRAS,用于處理、分析全國范圍土地利用和土地覆蓋制圖的空間數(shù)據(jù)。這期間許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也開始重視GIS軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用的研究。如美國紐約州立大學(xué)創(chuàng)建了GIS實(shí)驗(yàn)室,后來發(fā)展成為包括加州大學(xué)和緬因州大學(xué)在內(nèi)的由美國國家科學(xué)基金會(huì)支持的國家地理信息分析中心。70年代的GIS分析功能和60年代相比,并未得到很大的擴(kuò)充,許多數(shù)據(jù)庫的容量也較小。因此,70年代可以說是地理信息系統(tǒng)的鞏固階段。20世紀(jì)80年代是GIS普及和推廣應(yīng)用的大發(fā)展階段,由于新一代高性能的計(jì)算機(jī)的普及和迅速發(fā)展,GIS也逐步走向成熟。GIS的軟硬件投資大大降低而能力明顯提高,已進(jìn)入多學(xué)科領(lǐng)域,由功能單一、比較簡單的分散系統(tǒng)發(fā)展成為多功能的用戶共享的綜合性信息系統(tǒng),并向智能化發(fā)展。隨著GIS與衛(wèi)星遙感技術(shù)的結(jié)合,GIS已用于全球變化的研究與監(jiān)測。如全球沙漠化、厄爾尼諾現(xiàn)象等研究。所以,80年代是地理信息系統(tǒng)發(fā)展具有突破性的年代,出現(xiàn)了一些具代表性的性能較好的GIS軟件。如ARC/INFO、MICROSTA TION、SICAD、GENAMAP等。
20世紀(jì)90年代,GIS已成為確定性產(chǎn)業(yè),投入使用的GIS系統(tǒng),每2～3年就翻一番。GIS已滲透到各行各業(yè),愈來愈多的國際性會(huì)議、學(xué)術(shù)刊物以GIS為主題,它已成為人們規(guī)劃管理中不可缺少的應(yīng)用工具。
2.2 中國地理信息系統(tǒng)的發(fā)展歷程
中國的地理信息系統(tǒng)研究與應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代末80年代初，雖然歷史較短,但發(fā)展很快。大體分3個(gè)階段。
第一階段,從1978～1980年為準(zhǔn)備階段,主要是輿論準(zhǔn)備,隊(duì)伍組建,開始GIS的啟蒙研究。
第二階段,從1981～1985年為起步階段,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。
第三階段,是從1986年到現(xiàn)在,為GIS的全面發(fā)展階段,作為一個(gè)全國性的研究領(lǐng)域,GIS已逐步和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)相結(jié)合,取得了重要進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用效益。一方面,以研究資源與環(huán)境信息的國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、省市縣級(jí)的規(guī)范和區(qū)域性的規(guī)范為主體,解決信息共享與系統(tǒng)兼容的問題。另一方面,開展全國性的自然資源與環(huán)境、國土和水土保持信息系統(tǒng)的建立和應(yīng)用模式。研究、開展結(jié)合水保、洪水預(yù)警和救災(zāi)對(duì)策、防護(hù)林生態(tài)和城市環(huán)境等方面區(qū)域信息研究。第三方面是研制和發(fā)展軟件系統(tǒng)和專家系統(tǒng),從技術(shù)上支撐上述研究領(lǐng)域的開拓與發(fā)展。如北京大學(xué)的地理專家系統(tǒng)、華東師大的地理應(yīng)用程序軟件包等。并完成了一批綜合性、區(qū)域性和專題性的信息系統(tǒng),如黃土高原水土流失信息系統(tǒng)、黃河下游洪水險(xiǎn)情預(yù)警信息系統(tǒng)、中國國土基礎(chǔ)信息系統(tǒng)等。現(xiàn)已在全國范圍內(nèi)形成了地理信息系統(tǒng)的科研隊(duì)伍,大中小城市的城市信息系統(tǒng)和土地利用信息系統(tǒng),資源管理信息系統(tǒng)等專題的地理信息系統(tǒng)紛紛建立和運(yùn)轉(zhuǎn)起來。
3、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
地理信息系統(tǒng)(ＧＩＳ)是一種空間信息系統(tǒng),它的主要功能既是對(duì)自然界和人類社會(huì)的各種空間和非空間的復(fù)雜現(xiàn)象進(jìn)行處理、表示和分析。但當(dāng)前的ＧＩＳ一般只能處理地球表面的信息,或者通過建立數(shù)字地面(高程)模型的方法來處理和表示地形的起伏,即所謂的2Ｄ和2.5ＤＧＩＳ技術(shù),而在許多地學(xué)應(yīng)用中,很多真3維的自然和人工現(xiàn)象需要處理、分析和表達(dá),地學(xué)工作者們迫切的希望把更加真實(shí)和交互的可視化技術(shù)引入自身領(lǐng)域。因此,3ＤＧＩＳ成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。
可視化技術(shù)是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù),將復(fù)雜的科學(xué)現(xiàn)象、自然景觀以及十分抽象的概念圖形化,以便理解現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)規(guī)律和傳播知識(shí)。它自十多年前產(chǎn)生以來,以其驚人的速度飛速發(fā)展?？梢暬碚摵图夹g(shù)應(yīng)用于ＧＩＳ開始于20世紀(jì)90年代初。對(duì)于ＧＩＳ來說,空間信息可視化更重要的是一種空間認(rèn)知行為,在提高空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜過程分析的洞察能力、多維和多時(shí)相數(shù)據(jù)和過程的顯示等方面,將有效地改善和增強(qiáng)空間地理環(huán)境信息的傳輸能力,有助于理解、發(fā)現(xiàn)自然界存在的現(xiàn)象相關(guān)關(guān)系和啟發(fā)形象思維的能力。當(dāng)前的可視化技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)的符號(hào)化及視覺變量表示法的水平,進(jìn)入了在動(dòng)態(tài)、時(shí)空變化、多維的可交互的ＧＩＳ條件下探索視覺效果和提高視覺功能的階段。其重點(diǎn)是將那些難于設(shè)想和接近的環(huán)境與事物,以動(dòng)態(tài)直觀的方式表示出來。
4、結(jié)束語
GIS現(xiàn)在已被許多學(xué)科廣泛接受。GIS當(dāng)前的發(fā)展形勢很好,但由于其發(fā)展歷史較短，存在著許多不足之處，因此仍需要專業(yè)人員不斷的努力，推動(dòng)新的產(chǎn)品、新的軟件來促進(jìn)地理信息系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
（1）劉光 地理信息系統(tǒng)—基礎(chǔ)篇 中國電力出版社:1。
（2）李旭祥 GIS在環(huán)境科學(xué)與工程中的應(yīng)用 電子工業(yè)出版社:3、69－103
（3）郭曉虹 淺談地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)2001年第2期:42-43。
（4）李梅,朱紅旗 可視化與地理信息系統(tǒng) 東北測繪24卷2001年第4期:3-4。
