地理信息技术前沿

地理信息系统的发展和前沿问题

地理信息系统(GeographicInformationSystems，简称GIS)是20世纪60年代发展起来的一门空间信息分析技术，是多学科交叉的产物，它以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实施提供多种空间和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

经过几十年发展，特别是近年来随着计算机技术的突飞猛进，地理信息系统也得到了长足的发展。地理信息系统已经不是一种单纯的技术，它已经上升到信息时代(Informationage)的产物，成为信息社会的一个基本内容。

从地理信息系统到地理信息科学，1992年是个标志，Goochild在IJGISystem杂志上发表了Geographical information science ，从而标志着地理信息科学作为一个学科正式成立。1996年国际杂志IJGISystem改名为IJGIScience。

地理信息科学理论的建立将GIS的发展提升到了一个新的高度。随着网络的发展，针对系统相对独立、内部耦合度强、互操作性差、集成能力匮乏等不足，2000前后年出现了“地理信息服务”这一新技术，旨在实现网络环境下地理信息的集成应用，以满足普通民众对地理信息的需求。随着Google Earth、志愿者GIS（VGI）为代表的GIS社会化应用的蓬勃发展，GIS已经从真正意义上实现“专业化”向“大众化”与“社会化”的转变。

GIS发展和计算机技术发展和后来到网络的发展，一直到数字地球的发展，是紧密相关的。林珲教授说GIS包括空间数据库、空间分析、可视化三大功能，后来把模型库和虚拟环境加进来，还包括一个网络支撑环境。从地图到地理信息系统与虚拟地理环境，是地理学语言的演变，这是从虚拟现实这个角度看GIS的发展。

武汉大学朱庆教授总结了GIS技术的发展动态，认为GIS向多维、动态、一体化方向发展；GIS系统体系结构向开放式、网络化、信息栅格发展；软件实现向组件化、中间件、智能体方向发展；空间信息技术和通信进一步融合；数据获取向“3S集成”方向发展，尤其是Sensor Web的发展；数据存储管理向分布式存储及其互操作方向发展；数据处理向移动计算、普适计算和语义网方向发展；人机交互向自然的虚拟环境方向发展等。

目前，GIS技术的主要研究领域集中在以下几个方面：

1.组件GIS（ComponentsGIS）

组件GIS(ComponentsGIS简写ComGIS)是指一组具有某种标准通讯接口的，允许跨语言应用的地理信息系统。该地理信息系统的组件之间，地理信息系统的组件与其他组件之间，可以通过标准通讯接口实现互联互通，以及跨计算机实现。ComGIS基于组件对象平台，具有标准接口，允许跨语言应用，因而使地理信息系统软件的可配置性、可扩展性，开放性更强，使用更灵活，二次开发更方便，成本更低等特点，因此是很有发展前途的发展方向。组件式平台主要有Microsoft的COM(组件对象模式)/DCOM(分布或组件对象模式)和COBA(公共对象请求代理体系结构)等。

2.网络GIS（WebGIS）

飞速发展的Internet/Intranet已经成为GIS新的系统平台，利用Internet技术在Web上发布空间数据供用户浏览和使用是GIS发展的必然趋势。WebGIS是GIS走向杜会化和大众化的有效途径，也是GIS发展的必由之路。

WebGIS的目的是解决分布式GIS之间的联网，实现系统资源的共享。实现相同GIS软件的分布式GIS之间的数据、信息、软件和硬件的共享。实现相同GIS软件的分布式GIS之

间的互操作、互运算。如果要实现不同软件间的分布式GIS间的系统资源共享，就要求具有开放的功能，即OpenGLS的功能。

3.分布式GIS

分布式GIS是解决地理数据、软件及硬件等资源共享和进行远程互操作和互运算的有效途径，是当前地理信息系统领域研究的热点和前沿。

随着信息产业的形成和发展，人们对GIS的要求不断提高，由以前的局部地区用户对信息的使用逐渐转变为duang大地区用户对信息的共享。但传统的GIS系统大多采用C/S技术架构，这种系统的资源共享能力较低，系统维护要求高，操作复杂。随着互联网技术的发展，互联网技术和GIS技术相结合构建分布式GIS系统能有效解决上述问题。

这种分布式的GIS系统是通过互联网连接无数个分布在不同地点、不同部门、独立的GIS系统，它同时支持C/S和B/S工作模式，客户端具有获取信息和各种应用的功能，服务器具有提供信息或系统服务的功能。

在GIS系统中采用分布式体系结构不但可以解决网络条件下地理信息系统中存在的多源数据异构、数据共享、复杂运算等问题，而且还可以扩大GIS系统的使用规模、提高系统的灵活性，便于修改，具有很高的性价比。式GIS才是最佳方案。

4.开放型GIS（OpenGIS）

目前一种多用户、跨平台的OpenGIS技术正在被国外的许多研究机构、政府部门和高等院校所研究和开发利用。开放型GIS的研究和应用使得各政府部门及企业之间不同格式的数据能够方便地互访，有利于网络GIS及分布式GIS空间数据库的建立，使GIS的应用领域及其功能大大拓宽。

OpenGIS的目的是在计算机网络的支持下，实现不同软件的分布式间的系统资源共享规范，如MAPINFO与ARC/INFO不同软件之间的共享的功能。

OpenGIS是在不同平台上开发的、不同GIS软件之间的可互操作的规范，即Geospatialdata 的交互操作规程和相互转换标准的软件规范。

OpenGIS提出了开放的地理数据(OpenGeodata)模型，开放的服务模型和开放的数据通讯模型等。开放的地理数据模型是采用面向对象的方法，从现实世界抽象出来的、便于共享和相互转换的数据格式；开放的服务模型是建立在分布式计算平台(DCP)构架上的；可开放的数据通讯模型是建立在WebGIS的构架上的，即客户端(client)使用浏览器(Browser)作为软件框架，客户端与服务(Client/server)之间的数据传输采用HTML协议。

OpenGIS具有在不同GIS软件间的GIS的数据、软件和硬件共享的功能。

OGC-OpenGISConsultium，中文译为“开放的地理信息系统协会”是OpenGIS的组织者。她由30多家软件开发厂商、学校和政府部门所组成。

OpenGIS一定具有WebGIS的功能，但可以具备OpenGIS的功能，也可以不具备OpenGIS 的功能。

5.互操作GIS(InteroperableGIS)

目前的地理信息系统大多是基于具体的、相互独立和封闭的平台开发的，它们采用不同的数据格式，对地理数据的组织也有很大的差异。这使得在不同软件上开发的系统之间的数据交换存在困难，采用数据转换标准也只能部分地解决问题。另外，不同的应用部门对地理现象有不同的理解。对地理信息有不同的数据定义，这就阻碍了应用系统之间的数据共享，带来了领域间共同协作时信息共享和交流的障碍，限制了地理信息系统处理技术的发展。

地理数据的继承与共享、地理操作的分布与共享、GIS的社会化和大众化等客观需求，使得尽可能降低采集、处理地理数据的成本以及实现地理数据的共享和互操作成为共识。互