易于更新、操作简便、质量可靠、便于存储、量测、分类、合并和覆盖分析等优点而迅速发展起来。六十 年代中期,由于对于自然资源和环境的规划管理和应用加速増长的需要,对大量空间环境数据存储、分析 和显示技术方法改进的要求,以及计算机技术及其在自然资源和环境数据处理中应用的迅速发展,促使对 地图进行综合分析和输出的系统日益增多。 六十年代中后期,许多与GIS有关的组织和机构纷纷建立并开展工作,如美国城市和区域系统协会 ( URISA)在1966年成立,美国州信息系统全国协会( NASIS)在1969年成立,城市信息系统跨机构委 员会(UAAC)在1968年成立,国际地理联合会(IGU)的地理数据遥感和处理小组委员会在1968年成 立等。这些组织和机构相继组织了一系列地理信息系统的国际讨论会。 最初的系统主要是关于城市和土地利用的,如加拿大地理信息系统(CGIS)就是为处理加拿大土地调 査获得的大量数据建立的。该系统由加拿大政府组织于1963年开始研制实施,到1971年投入正式运行 被认为是国际上最早建立的、较为完善的大型使用的地理信息系统 由于计算机硬件系统功能较弱,限制了软件技术的发展。这一时期地理信息系统软件的研制主要是针 对具体的GIS应用进行的,到六十年代末期,针对GIS一些具体功能的软件技术有了较大进展。 第一,栅格——矢量转换技术、自动拓扑编码以及多边形中拓扑误差检测等方法得以发展,开辟了分 别处理图形和属性数据的途径 第二,具属性数据的单张或部分图幅可以与其他图幅或部分在图边自动拼接,从而构成一幅更大的图 件,使小型计算机能够分块处理较大空间范围(或图幅)的数据文件: 第三,采用命令语言建立空间数据管理系统,对属性再分类、分解线段、合并多边形、改变比例尺、 测量面积、产生图和新的多边形、按属性搜索、输出表格和报告以及多边形的叠加处理等。 这一时期的软件主要针对当时的主机和外设开发的,算法尚嫌粗糙,图形功能有限。 5.2七十年代巩固阶段 进入七十年代以后,由于计算机硬件和软件技术的飞速发展,尤其是大容量存取设备—硬盘的使用 为空间数据的录入、存储、检索和输出提供了强有力的手段。用户屏幕和图形、图像卡的发展增强了人机 对话和高质量图形显示功能,促使GIS朝着使用方向迅速发展。一些发达国家先后建立了许多不同专题 不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。如美国森林调查局发展了全国林业统一使用的资源信息 显示系统;美国地质调査所发展了多个地理信息系统用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息较典 型的有GRAS;日本国土地理院从1974年开始建立数字国土信息系统,存储、处理和检索测量数据、航 空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息,为国家和地区土地规划服务;瑞典在中央、区域和 市三级上建立了许多信息系统,比较典型的如区域统计数据库、道路数据库、土地测量信息系统、斯德哥 尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等;法国建立了地理数据库 GITAN系统和深部地球物理信息系统等。 此外,探讨以遥感数据为基础的地理信息系统逐渐受到重视,如将遥感纳入地理信息系统的可能性、 接口问题以及遥感支持的信息系统的结构和构成等问题;美国喷气推动实验室(JPL)在1976年研制成功 兼具影像数据处理和地理信息系统功能的影像信息系统IIS( Image Based Information System,可以处理 Landsat影像多光谱数据:NASA的地球资源实验室在1979年至1980年发展了一个名为ELAS的地理信息 系统,该系统可以接受 Landsat MSS影像数据、数字化地图数据、机载热红外多波段扫描仪以及海洋卫星 合成孔径雷达的数据等,产生地面覆盖专题图。 由于这一时期GIS的需求增加,许多团体、机构和公司开展了GIS的研制工作,推动GIS软件的发展 据IGU地理数据遥测和处理小组委员会1976年的调查,处理空间数据的软件已有600多个,完整的GIS 有80多个。这一时期地图数字化输入技术有了一定的进展,采用人机交互方式,易于编辑修改,提高了 作效率,扫描输入技术系统出现。图形功能扩展不大,数据管理能力也较小。这一时期软件最重要的进展 是人机图形交互技术的发展
易于更新、操作简便、质量可靠、便于存储、量测、分类、合并和覆盖分析等优点而迅速发展起来。六十 年代中期，由于对于自然资源和环境的规划管理和应用加速增长的需要，对大量空间环境数据存储、分析 和显示技术方法改进的要求，以及计算机技术及其在自然资源和环境数据处理中应用的迅速发展，促使对 地图进行综合分析和输出的系统日益增多。 六十年代中后期，许多与 GIS 有关的组织和机构纷纷建立并开展工作，如美国城市和区域系统协会 （URISA）在 1966 年成立，美国州信息系统全国协会（NASIS）在 1969 年成立，城市信息系统跨机构委 员会（UAAC）在 1968 年成立，国际地理联合会（IGU）的地理数据遥感和处理小组委员会在 1968 年成 立等。这些组织和机构相继组织了一系列地理信息系统的国际讨论会。 最初的系统主要是关于城市和土地利用的，如加拿大地理信息系统（CGIS）就是为处理加拿大土地调 查获得的大量数据建立的。该系统由加拿大政府组织于 1963 年开始研制实施，到 1971 年投入正式运行， 被认为是国际上最早建立的、较为完善的大型使用的地理信息系统。 由于计算机硬件系统功能较弱，限制了软件技术的发展。这一时期地理信息系统软件的研制主要是针 对具体的 GIS 应用进行的，到六十年代末期，针对 GIS 一些具体功能的软件技术有了较大进展。 第一，栅格——矢量转换技术、自动拓扑编码以及多边形中拓扑误差检测等方法得以发展，开辟了分 别处理图形和属性数据的途径； 第二，具属性数据的单张或部分图幅可以与其他图幅或部分在图边自动拼接，从而构成一幅更大的图 件，使小型计算机能够分块处理较大空间范围（或图幅）的数据文件； 第三，采用命令语言建立空间数据管理系统，对属性再分类、分解线段、合并多边形、改变比例尺、 测量面积、产生图和新的多边形、按属性搜索、输出表格和报告以及多边形的叠加处理等。 这一时期的软件主要针对当时的主机和外设开发的，算法尚嫌粗糙，图形功能有限。 5．2 七十年代巩固阶段 进入七十年代以后，由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存取设备——硬盘的使用， 为空间数据的录入、存储、检索和输出提供了强有力的手段。用户屏幕和图形、图像卡的发展增强了人机 对话和高质量图形显示功能，促使 GIS 朝着使用方向迅速发展。一些发达国家先后建立了许多不同专题、 不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。如美国森林调查局发展了全国林业统一使用的资源信息 显示系统；美国地质调查所发展了多个地理信息系统用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息较典 型的有 GIRAS；日本国土地理院从 1974 年开始建立数字国土信息系统，存储、处理和检索测量数据、航 空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息，为国家和地区土地规划服务；瑞典在中央、区域和 市三级上建立了许多信息系统，比较典型的如区域统计数据库、道路数据库、土地测量信息系统、斯德哥 尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等；法国建立了地理数据库 GITAN 系统和深部地球物理信息系统等。 此外，探讨以遥感数据为基础的地理信息系统逐渐受到重视，如将遥感纳入地理信息系统的可能性、 接口问题以及遥感支持的信息系统的结构和构成等问题；美国喷气推动实验室（JPL）在 1976 年研制成功 兼具影像数据处理和地理信息系统功能的影像信息系统 IBIS（Image Based Information System），可以处理 Landsat 影像多光谱数据；NASA 的地球资源实验室在 1979 年至 1980 年发展了一个名为 ELAS 的地理信息 系统，该系统可以接受 Landsat MSS 影像数据、数字化地图数据、机载热红外多波段扫描仪以及海洋卫星 合成孔径雷达的数据等，产生地面覆盖专题图。 由于这一时期 GIS 的需求增加，许多团体、机构和公司开展了 GIS 的研制工作，推动 GIS 软件的发展。 据 IGU 地理数据遥测和处理小组委员会 1976 年的调查，处理空间数据的软件已有 600 多个，完整的 GIS 有 80 多个。这一时期地图数字化输入技术有了一定的进展，采用人机交互方式，易于编辑修改，提高了工 作效率，扫描输入技术系统出现。图形功能扩展不大，数据管理能力也较小。这一时期软件最重要的进展 是人机图形交互技术的发展
5.3八十年代突破阶段 由于计算机的发展,推出了图形工作站和个人计算机等性能价格比大为提高的新一代计算机,计算机 和空间信息系统在许多部门广泛应用。随着计算机软、硬件技术的发展和普及,地理信息系统也逐渐走向 成熟。这一时期是地理信息系统发展的重要时期。计算机价格的大幅度下降,功能较强的微型计算机系统 的普及和图形输入、输出和存储设备的快速发展,大大推动了地理信息系统软件的发展,并硏制了大量的 微机GIS软件系统。由于微机系统的软件环境限制较严,使得在微机GIS中发展的许多算法和软件技术具 有很高的效率,GS软件技术在以下几个方面有了很大的突破。在栅格扫描输入的数据处理方面,尽管扌 描数据的处理要花费很长的机时(与扫描时间相比为10:1),但是仍可大大提高数据输入的效率;在数据 存储和运算方面,随着硬件技术的发展,GIS软件处理的数据量和复杂程度大大提高,许多软件技术固化 到专用的处理器中;而且遥感影像的自动校正、实体识别、影像增强和专家系统分析软件也明显增加;在 数据输出方面,与硬件技术相配合,GIS软件可支持多种形式的地图输出;在地理信息管理方面,除了DBMS 技术已发展到支持大型地图数据库的水平外,专门研制的适合GS空间关系表达和分析的空间数据库管理 系统也有了很大的发展 总之,这一时期的地理信息系统的发展有如下特点 第一,在七十年代技术开发的基础上,地理信息系统技术全面推向应用; 第二,开展工作的国家和地区更为广泛,国际合作日益加强,开始探讨建立国际性的地理信息系统, 地理信息系统由发达国家推向发展中国家,如中国 第三,地理信息系统技术进入多种学科领域,从比较简单的、单一功能的、分散的系统发展到多功能 的、共享的综合性信息系统,并向智能化发展,新型的地理信息系统将运用专家系统知识,进行分析、预 报和决策 第四,微机地理信息系统蓬勃发展,并得到广泛应用。在地理信息系统理论指导下研制的地理信息系 统工具具有高效率和更强的独立性和通用性,更少依赖于应用领域和计算机硬件环境,为地理信息系统的 建立和应用开辟了新的途径。 我国地理信息系统方面的工作自八十年代初开始。以1980年中国科学院遥感应用研究所成立的全国第 一个地理信息系统硏究室为标志,在几年的起步发展阶段中,我国地理信息系统在理论探索、硬件配制 软件硏制、规范制定、局部系统建立、初步应用实验和技术队伍培养等方面都取得了进步,积累了经验, 为全国范围内开展地理信息系统的研制和应用奠定了基础。 5.4九十年代社会化阶段 进入九十年代,随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及,地理信息系统将深入到 各行各业乃至各家各户,成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。地理信息系统已成 为许多机构必备的工作系统,尤其是政府决策部门在一定程度上由于受地理信息系统影响而改变了现有机 构的运行方式、设置与工作计划等。而且,社会对地理信息系统认识普遍提高,需求大幅度增加,从而导 致地理信息系统应用的扩大与深化。国家级乃至全球性的地理信息系统已成为公众关注的问题。 自九十年代起,中国地理信息系统步入快速发展阶段。力图使地理信息系统从初步发展时期的实验、 局部应用走向实用化和生产化,为国民经济重大问题提供分析和决策依据。同时地理信息系统的研究和应 用正逐步形成行业,具备了走向产业化的条件 表1-1:从60年代以来地理信息系统发展中重要的历史事件 1960美国空军CIA首次成功地发射 CORONA 1963 Roger Tomlinson开始了加拿大地理信息系统的开发 1963Dr. dgar Horwood建立了城市与区域信息系统联合会( URISA) 1964 Howard fisher建立了计算机图形和空间分析的哈佛实验室 1966 SYMAP系统在西北技术学院研制并在哈佛实验室完成
5．3 八十年代突破阶段 由于计算机的发展，推出了图形工作站和个人计算机等性能价格比大为提高的新一代计算机，计算机 和空间信息系统在许多部门广泛应用。随着计算机软、硬件技术的发展和普及，地理信息系统也逐渐走向 成熟。这一时期是地理信息系统发展的重要时期。计算机价格的大幅度下降，功能较强的微型计算机系统 的普及和图形输入、输出和存储设备的快速发展，大大推动了地理信息系统软件的发展，并研制了大量的 微机 GIS 软件系统。由于微机系统的软件环境限制较严，使得在微机 GIS 中发展的许多算法和软件技术具 有很高的效率，GIS 软件技术在以下几个方面有了很大的突破。在栅格扫描输入的数据处理方面，尽管扫 描数据的处理要花费很长的机时（与扫描时间相比为 10：1），但是仍可大大提高数据输入的效率；在数据 存储和运算方面，随着硬件技术的发展，GIS 软件处理的数据量和复杂程度大大提高，许多软件技术固化 到专用的处理器中；而且遥感影像的自动校正、实体识别、影像增强和专家系统分析软件也明显增加；在 数据输出方面，与硬件技术相配合，GIS 软件可支持多种形式的地图输出；在地理信息管理方面，除了 DBMS 技术已发展到支持大型地图数据库的水平外，专门研制的适合 GIS 空间关系表达和分析的空间数据库管理 系统也有了很大的发展。 总之，这一时期的地理信息系统的发展有如下特点： 第一，在七十年代技术开发的基础上，地理信息系统技术全面推向应用； 第二，开展工作的国家和地区更为广泛，国际合作日益加强，开始探讨建立国际性的地理信息系统， 地理信息系统由发达国家推向发展中国家，如中国； 第三，地理信息系统技术进入多种学科领域，从比较简单的、单一功能的、分散的系统发展到多功能 的、共享的综合性信息系统，并向智能化发展，新型的地理信息系统将运用专家系统知识，进行分析、预 报和决策； 第四，微机地理信息系统蓬勃发展，并得到广泛应用。在地理信息系统理论指导下研制的地理信息系 统工具具有高效率和更强的独立性和通用性，更少依赖于应用领域和计算机硬件环境，为地理信息系统的 建立和应用开辟了新的途径。 我国地理信息系统方面的工作自八十年代初开始。以 1980 年中国科学院遥感应用研究所成立的全国第 一个地理信息系统研究室为标志，在几年的起步发展阶段中，我国地理信息系统在理论探索、硬件配制、 软件研制、规范制定、局部系统建立、初步应用实验和技术队伍培养等方面都取得了进步，积累了经验， 为全国范围内开展地理信息系统的研制和应用奠定了基础。 5．4 九十年代社会化阶段 进入九十年代，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，地理信息系统将深入到 各行各业乃至各家各户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。地理信息系统已成 为许多机构必备的工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上由于受地理信息系统影响而改变了现有机 构的运行方式、设置与工作计划等。而且，社会对地理信息系统认识普遍提高，需求大幅度增加，从而导 致地理信息系统应用的扩大与深化。国家级乃至全球性的地理信息系统已成为公众关注的问题。 自九十年代起，中国地理信息系统步入快速发展阶段。力图使地理信息系统从初步发展时期的实验、 局部应用走向实用化和生产化，为国民经济重大问题提供分析和决策依据。同时地理信息系统的研究和应 用正逐步形成行业，具备了走向产业化的条件。 表 1-1：从 60 年代以来地理信息系统发展中重要的历史事件 1960 美国空军 CIA 首次成功地发射 CORONA 1963 Roger Tomlinson 开始了加拿大地理信息系统的开发 1963 Dr. Edgar Horwood 建立了城市与区域信息系统联合会(URISA) 1964 Howard Fisher 建立了计算机图形和空间分析的哈佛实验室 1966 SYMAP 系统在西北技术学院研制并在哈佛实验室完成
1967DIME(双重独立制图编码)为美国人口普查局所研制 1969Jack和 Laura dangermond建立了环境系统研究所(ESRD 199 Jim deadlock建立了 Integraph公司 1969在英国诞生了激光扫描仪 1969 an McHarg很有影响的书“自然设计( Design With Nature)”出版 1971加拿大地理信息(CGS)建立 1972IBM的GFS发布 1972 GISP( General Information System for Planning)FR 1972 Landsat卫星首次发射成功 1973UsGS研制了地理信息提取和分析系统 1973马里兰自动地理信息(MAG, Maryland Automatic Geographic Information)开发 1974在伦敦的皇家艺术学院建立了试验制图单元(ECU, Experimental Cartography Unit 1974首次自动制图会议在 Reston,弗吉尼亚召开 1976明尼苏达研制了明尼苏达土地管理信息系统 1977USGS研制了数字化线图DLG空间数据模式 1978 ERDAS成立 1978地图叠加复合与统计系统开发 1979哈佛图形实验室研制了 ODYSSEY GIS 1981 ESRI ARC/ INFO GIS发布 1982NASA发射了 Landsat TM4 1983ETAK数字制图公司成立 1984 Marble, Calkins& Peuquet出版了“地理信息系统的基本读物”( Basic Readings in Geographic Information Systems 1984第一届国际空间数据处理会议召开 1984 Landsat商业化 1984NASA发射 Landsat TM5 1985GPS成为可运行系统 1985美国军队建筑工程实验室开始研制 GRASS( Geographic Resources Analysis Support Systems,地理资源分析支持系统) 1986 MapInfo建立 1986 Peter Burrough出版了“土地资源评估的地理信息系统原理”( Principles of eographic Information Systems for Land Resources Assessment 1986SPOT卫星首次发射 1987“地理信息系统的国际杂志”出版 1987 Tydac SPANS GIS发布 987科拉克大学开始 Idrisi项目 988美国人口调查局第一次公开发布 TIGER 1988纽约州立大学开始研制GIS- L Internet list- server 1988 GIS World首次发行 1988首次GIS/LIS会议举行 1988英国的区域研究实验室成立 1988 Small World公司成立 1989在英国成立了地理信息系统联合会(AGD 1989 Stan Arnoff出版了“地理信息系统:一个管理透视”( Geographic Information Systems: a Management Perspective 19891 Intergraph发布MGE 1991 Maguire, Goodchild和 Rhind出版了“地理信息系统:原理和应用” 1992 MAPS ALIVE发行 1993 Digital Matrix Systems发布了 InFoCAd for Windows nt第一个版本,它是第一个 基于 Win Nt的GS软件 1994 OGC #E EX (David Schell. Ken Gardells Kurt Buehleret al) MapInfo专业版发布 1999NASA发射了 Landsat tm7
1967 DIME（双重独立制图编码）为美国人口普查局所研制 1969 Jack 和 Laura Dangermond 建立了环境系统研究所(ESRI) 1969 Jim Meadlock 建立了 Integraph 公司 1969 在英国诞生了激光扫描仪 1969 Ian McHarg 很有影响的书“自然设计(Design With Nature)”出版 1971 加拿大地理信息（CGIS）建立 1972 IBM 的 GFIS 发布 1972 GISP（General Information System for Planning）开发 1972 Landsat 卫星首次发射成功 1973 USGS 研制了地理信息提取和分析系统 1973 马里兰自动地理信息(MAGI, Maryland Automatic Geographic Information)开发 1974 在伦敦的皇家艺术学院建立了试验制图单元(ECU, Experimental Cartography Unit) 1974 首次自动制图会议在 Reston, 弗吉尼亚召开 1976 明尼苏达研制了明尼苏达土地管理信息系统 1977 USGS 研制了数字化线图(DLG)空间数据模式 1978 ERDAS 成立 1978 地图叠加复合与统计系统开发 1979 哈佛图形实验室研制了 ODYSSEY GIS 1981 ESRI ARC/ INFO GIS 发布 1982 NASA 发射了 Landsat TM4 1983 ETAK 数字制图公司成立 1984 Marble, Calkins & Peuquet 出版了“地理信息系统的基本读物”（Basic Readings in Geographic Information Systems） 1984 第一届国际空间数据处理会议召开 1984 Landsat 商业化 1984 NASA 发射 Landsat TM5 1985 GPS 成为可运行系统 1985 美国军队建筑工程实验室开始研制GRASS（Geographic Resources Analysis Support Systems，地理资源分析支持系统） 1986 MapInfo 建立 1986 Peter Burrough 出版了“土地资源评估的地理信息系统原理”(Principles of Geographic Information Systems for Land Resources Assessment) 1986 SPOT 卫星首次发射 1987 “地理信息系统的国际杂志” 出版 1987 Tydac SPANS GIS 发布 1987 科拉克大学开始 Idrisi 项目 1988 美国人口调查局第一次公开发布 TIGER 1988 纽约州立大学开始研制 GIS-L Internet list-server 1988 GIS World 首次发行 1988 首次 GIS/ LIS 会议举行 1988 英国的区域研究实验室成立 1988 Small World 公司成立 1989 在英国成立了地理信息系统联合会(AGI) 1989 Stan Arnoff 出版了“地理信息系统：一个管理透视” （Geographic Information Systems: a Management Perspective） 1989 Intergraph 发布 MGE 1991 Maguire, Goodchild 和 Rhind 出版了“地理信息系统：原理和应用” 1992 MAPS ALIVE 发行 1993 Digital Matrix Systems 发布了 InFoCAD for Windows NT 第一个版本，它是第一个 基于 Win NT 的 GIS 软件 1994 OGC 形成（David Schell, Ken Gardells, Kurt Buehler,et al） 1995 MapInfo 专业版发布 1999 NASA 发射了 Landsat TM7
6.G|S的发展展望 6.1GIS理论研究中及待解决的问题 6.1.1Gs理论发展的需求 GIS是一门技术引导的多技术交叉的信息空间科学,它是对地理信息数据(包括图形和非图形数据 几何数据与属性数据)进行采集、存储、加工和再现,并能回答一系列问题的计算机系统,所以它必然是 技术导向的。GIS不断地用新的技术和方法来装备和发展自己,它在技术上所关注的是:数据采集;数据 建模;数据的精度和系统回答问题的可信度:数据量;数据存取与保密;数据分析:用户接口:成本与效 益;GS系统的寿命;G'S系统工作的组织问题。这些技术问题,将会随着相关学科和软件、硬件手段的 不断进步,而日趋完善。同时,GIS是一门以应用为目的的信息产业,即GIS也是应用导向的,即它除了 具有基础性和公益性特点,服务于科学研究和造福人类外,它还具有实际应用并创造价值的广阔市场。GIS 的应用可以深入到各个领域、各个机构,形成诸如资源GIS,灾害监测和防治GIS,农林牧副渔GIS等。 GIS的不断发展,它既依赖于地理学、统计学和测量学这些基础学科,又取决于计算机软件技术、航天技 术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进步与成就。它是位于地学与技术科学的边缘,但本质上已是 信息科学的一个组成部分。 随着GIS理论的发展与完善,以及人们对空间信息需求量的增大,为了使得GIS系统得到可持续的发 展,则必须使GIS向集成化和智能化方向发展,该方向包括以下几个方面: 1)图形数据和属性数据的结合:最初,图形和属性数据是完全分开的;然后,通过内部连接,将二者 联系起来;再次,进行了混合处理;最后,达到完全的结合。未来GIS要求的是将二者的完全的结合。 2)GIS与RS的结合:遥感是地理信息系统重要的数据源和数据更新的手段。相反,GS则是遥感中 数据处理的辅助信息,用于语义和非语义信息的自动提取。GIS与RS可能的结合方式包括:分开但是平 行的结合(不同的用户界面、不同的工具库和不同的数据库)、表面无缝的结合(同一用户界面,不同的 工具库和不同的数据库)和整体的结合(同一个用户界面、工具库和数据库)。未来要求的是整体的结合。 3)GIS与GPS和CCD技术的结合:GPS是全球定位系统,利用GPS接收机,可以直接测定地面上 任一点的三维坐标。GPS与GS相结合可以实现电子导航,用于交通管理、公安侦破、自动导航,也可以 用作GS实时更新。如果再加上CCD摄象机实时摄象和配以影像处理,则可以形成实时GIS运行系统, 用于公路、铁路线路状况的自动监测和管理,以及作战指挥系统等。 4)GIS与专家系统( Expert System)的结合:由于GS是一个基于地理数据的空间信息系统,它必须 具有自动采集和处理数据的功能,而且能够智能化地分析和运用数据,提供科学的决策咨询,以回答用户 可能提出的各种复杂问题。从这个意义GIS与ES相结合,形成智能化的高度集成GIS系统。 6.1.2G|s理论研究中及待解决的问题 基于以上的分析,要想得到一个理想的GIS系统,需要GIS理论上解决以下的主要问题 1)GIS设计与实现的方法学问题 由于缺乏严格的工程管理和好的分析设计方法支持,导致了GS软件系统的可靠性和可维护性差。这 是一个长期以来人们一直在尽力解决但还未解决的问题 2)GIS的功能问题 当前以数据采集、存储、管理和査询检索功能为主的GIS,还不能完全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GS的应用效益和生命力
6．GIS 的发展展望 6．1GIS 理论研究中及待解决的问题 6．1．1GIS 理论发展的需求 GIS 是一门技术引导的多技术交叉的信息空间科学，它是对地理信息数据（包括图形和非图形数据， 几何数据与属性数据）进行采集、存储、加工和再现，并能回答一系列问题的计算机系统，所以它必然是 技术导向的。GIS 不断地用新的技术和方法来装备和发展自己，它在技术上所关注的是：数据采集；数据 建模；数据的精度和系统回答问题的可信度；数据量；数据存取与保密；数据分析；用户接口；成本与效 益；GIS 系统的寿命；GIS 系统工作的组织问题。这些技术问题，将会随着相关学科和软件、硬件手段的 不断进步，而日趋完善。同时，GIS 是一门以应用为目的的信息产业，即 GIS 也是应用导向的，即它除了 具有基础性和公益性特点，服务于科学研究和造福人类外，它还具有实际应用并创造价值的广阔市场。GIS 的应用可以深入到各个领域、各个机构，形成诸如资源 GIS，灾害监测和防治 GIS，农林牧副渔 GIS 等。 GIS 的不断发展，它既依赖于地理学、统计学和测量学这些基础学科，又取决于计算机软件技术、航天技 术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进步与成就。它是位于地学与技术科学的边缘，但本质上已是 信息科学的一个组成部分。 随着 GIS 理论的发展与完善，以及人们对空间信息需求量的增大，为了使得 GIS 系统得到可持续的发 展，则必须使 GIS 向集成化和智能化方向发展，该方向包括以下几个方面： 1）图形数据和属性数据的结合：最初，图形和属性数据是完全分开的；然后，通过内部连接，将二者 联系起来；再次，进行了混合处理；最后，达到完全的结合。未来 GIS 要求的是将二者的完全的结合。 2）GIS 与 RS 的结合：遥感是地理信息系统重要的数据源和数据更新的手段。相反，GIS 则是遥感中 数据处理的辅助信息，用于语义和非语义信息的自动提取。GIS 与 RS 可能的结合方式包括：分开但是平 行的结合（不同的用户界面、不同的工具库和不同的数据库）、表面无缝的结合（同一用户界面，不同的 工具库和不同的数据库）和整体的结合（同一个用户界面、工具库和数据库）。未来要求的是整体的结合。 3）GIS 与 GPS 和 CCD 技术的结合：GPS 是全球定位系统，利用 GPS 接收机，可以直接测定地面上 任一点的三维坐标。GPS 与 GIS 相结合可以实现电子导航，用于交通管理、公安侦破、自动导航，也可以 用作 GIS 实时更新。如果再加上 CCD 摄象机实时摄象和配以影像处理，则可以形成实时 GIS 运行系统， 用于公路、铁路线路状况的自动监测和管理，以及作战指挥系统等。 4）GIS 与专家系统（Expert System）的结合：由于 GIS 是一个基于地理数据的空间信息系统，它必须 具有自动采集和处理数据的功能，而且能够智能化地分析和运用数据，提供科学的决策咨询，以回答用户 可能提出的各种复杂问题。从这个意义 GIS 与 ES 相结合，形成智能化的高度集成 GIS 系统。 6．1．2 GIS 理论研究中及待解决的问题 基于以上的分析，要想得到一个理想的 GIS 系统，需要 GIS 理论上解决以下的主要问题： 1）GIS 设计与实现的方法学问题 由于缺乏严格的工程管理和好的分析设计方法支持，导致了 GIS 软件系统的可靠性和可维护性差。这 是一个长期以来人们一直在尽力解决但还未解决的问题。 2）GIS 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，还不能完全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)多媒体地理信息系统的管理和操作的问题 在一个多种数据类型并存的混合系统中,如何实现对各类数据的随意操作和有效管理,这是现今信息 媒体多元化新时代的突出问题,它比单一地图数据库的操作和管理更复杂。 4)GIS地理信息的深加工问题 目前的GS还远未发挥它提供结论性专题地图和数据集方面的作用,这是涉及对GIS地理信息进行深 加工的问题。这种深加工的结果,可以是结论性专题地图,也可以是结论性专题数据集。这两种形式都是 必须的,前者提供结论性图形信息,后者提供结论性数字信息,提供经过深加工的结论性成果对用户更直 接和更有利。 5)空间信息可视化技术和虚拟现实技术(vR 可视化技术已经远远超过了传统的符号化及视觉变量表示法的水平,进入了在动态、时空变换、多维 的可交互的地图条件下探索视觉效果和提高视觉工具功能的阶段,它的重点是要将那些通常难于设想和接 近的环境与事物,以动态直观的方式表现出来。GIS可视化方面的研究主要集中在以下几个方面:运用动 画技术制作动态地图,可用于涉及时空变化的现象或概念的可视化分析;运用VR技术进行地形环境仿真 真实再现地景,用于交互式地观察和分析,提高对地形环境的认知效果;运用图形显示技术进行空间数据 的不确定性和可靠性的检査,把抽象数据可视化,由此发现规律;运用图形界面和交互式手段进行地图设 计和编辑,以直观的方式完成地图设计制作(如地图颜色的可视化设计);可视化技术用于视觉感受及空间 认知理论的研究 6.2地理信息系统的发展动态 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 出的要求。另一方面,计算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段,许多计算机领域 的新技术,如面向对象技术、三维技术、图像处理和人工智能技术都可直接应用到地理信息系统中。下面 对当前地理信息系统研究中的几个热点研究领域作一介绍。 6.2.1G|S软件中发展的热点 1)GIs中面向对象技术研究 面向对象方法为人们通过计算机直接描述现实世界提供了一条适合于人类思维模式的方法,面向对象 的技术在GIS中的应用,即面向对象的GIS,已成为GIS的发展方向。这是因为空间信息较之传统数据库 处理的一维信息更为复杂、繁琐,面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、结构清晰、组 织有序的方法,因而倍受重视。 面向对象的GS较之传统的GIS有下列优点: 1)所有的地物以对象形式封装,而不是以复杂的关系形式存储,使系统组织结构良好、清晰 2)以对象为基础,消除了分层的概念 3)面向对象的一般—特殊结构和整体——部分结构使GIS可以直接定义和处理复杂的地物类型; 4)根据面向对象后期绑定(Late- binding)的思想,用户可以在现有抽象数据类型和空间操作箱上定 义自己所需的数据类型和空间操作方法,增强系统的开发性和可扩充性 5)基于图标的面向对象的用户界面,便于用户操作和使用。面向对象的GIS也存在一些尚待进一步研 究的问题 1)大对象的操作仍受硬件条件的限制 2)对象的独立性与粒度问题 3)矢量和栅格数据统一的、支持动态拓扑结构和复合对象表示的面向对象的数据结构问题。 后期绑定是面向对象编译器中的重要概念,采用该技术,一个对象所属的类可以在运行时刻( Run Time)指定,而不是在 编译成目标码时确定
3）多媒体地理信息系统的管理和操作的问题 在一个多种数据类型并存的混合系统中，如何实现对各类数据的随意操作和有效管理，这是现今信息 媒体多元化新时代的突出问题，它比单一地图数据库的操作和管理更复杂。 4）GIS 地理信息的深加工问题 目前的 GIS 还远未发挥它提供结论性专题地图和数据集方面的作用，这是涉及对 GIS 地理信息进行深 加工的问题。这种深加工的结果，可以是结论性专题地图，也可以是结论性专题数据集。这两种形式都是 必须的，前者提供结论性图形信息，后者提供结论性数字信息，提供经过深加工的结论性成果对用户更直 接和更有利。 5）空间信息可视化技术和虚拟现实技术（VR） 可视化技术已经远远超过了传统的符号化及视觉变量表示法的水平，进入了在动态、时空变换、多维 的可交互的地图条件下探索视觉效果和提高视觉工具功能的阶段，它的重点是要将那些通常难于设想和接 近的环境与事物，以动态直观的方式表现出来。GIS 可视化方面的研究主要集中在以下几个方面：运用动 画技术制作动态地图，可用于涉及时空变化的现象或概念的可视化分析；运用 VR 技术进行地形环境仿真， 真实再现地景，用于交互式地观察和分析，提高对地形环境的认知效果；运用图形显示技术进行空间数据 的不确定性和可靠性的检查，把抽象数据可视化，由此发现规律；运用图形界面和交互式手段进行地图设 计和编辑，以直观的方式完成地图设计制作（如地图颜色的可视化设计）；可视化技术用于视觉感受及空间 认知理论的研究。 6．2 地理信息系统的发展动态 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 出的要求。另一方面，计算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段，许多计算机领域 的新技术，如面向对象技术、三维技术、图像处理和人工智能技术都可直接应用到地理信息系统中。下面 对当前地理信息系统研究中的几个热点研究领域作一介绍。 6．2．1GIS 软件中发展的热点 1）GIS 中面向对象技术研究 面向对象方法为人们通过计算机直接描述现实世界提供了一条适合于人类思维模式的方法，面向对象 的技术在 GIS 中的应用，即面向对象的 GIS，已成为 GIS 的发展方向。这是因为空间信息较之传统数据库 处理的一维信息更为复杂、繁琐，面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、结构清晰、组 织有序的方法，因而倍受重视。 面向对象的 GIS 较之传统的 GIS 有下列优点： 1）所有的地物以对象形式封装，而不是以复杂的关系形式存储，使系统组织结构良好、清晰； 2）以对象为基础，消除了分层的概念； 3）面向对象的一般——特殊结构和整体——部分结构使 GIS 可以直接定义和处理复杂的地物类型； 4）根据面向对象后期绑定* （Late-binding）的思想，用户可以在现有抽象数据类型和空间操作箱上定 义自己所需的数据类型和空间操作方法，增强系统的开发性和可扩充性； 5）基于图标的面向对象的用户界面，便于用户操作和使用。面向对象的 GIS 也存在一些尚待进一步研 究的问题： 1）大对象的操作仍受硬件条件的限制； 2）对象的独立性与粒度问题； 3）矢量和栅格数据统一的、支持动态拓扑结构和复合对象表示的面向对象的数据结构问题。 * 后期绑定是面向对象编译器中的重要概念，采用该技术，一个对象所属的类可以在运行时刻（Run Time）指定，而不是在 编译成目标码时确定