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GIS的主要研究领域与发展趋势
&地理信息系统&&GIS简介
地理信息系统简称GIS（Geographic&Information&System），它是指为收集、管理、操作、分析和显示空间数据的计算机软、硬件系统。它是一个以地理坐标为基础的信息系统，具有强大的处理空间数据的能力，如地图数字化、矢量和图像的浏览查询、基于空间数据的分析、三维模拟、虚拟现实、地图输出等。&
GIS是六十年代中期开始发展起来的新技术。它最初为解决地理问题而起，至今已成为一门涉及测绘学科，环境科学、计算机技术等多学科的交叉学科。1963年加拿大测量学家R.F&Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界上第一个GIS(加拿大地理信息系统CGIS)，并用于自然资源的管理和规划。不久，美国哈佛大学提出了较完整的系统软件SYMAP。这可算是GIS的起步。进入70年代以后，由于计算机软硬件水平的提高,促使GIS朝着实用方向迅速发展，一些经济发达国家先后建立了许多专业性的GIS，在自然资源管理和规划方面发挥了重大的作用。如,从1970年到1976年，美国国家地质调查局就建成50多个信息系统。其他国家如加拿大、德国、瑞典和日本等国了相继发展了自己的GIS。80年代后兴起的计算机网络技术使地理信息的传输时效得到了极大的提高，它的应用从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用，成为辅助决策的工具，并促进了地理信息产业的形成。到1995年，市场上有报价的软件已达上千种，并且涌现出了一些有代表性的GIS软件。&
我国地理信息系统在理论探索、硬件配制、软件研制、&我国GIS的发展虽然较晚，经历了四个阶段，即起步()、准备()、发展()、产业化(1996以后)阶段。GIS已在许多部门和领域得到应用，并引起了政府部门的高度重视。&
从应用方面看，地理信息系统已在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与结产、交通、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、110报警系统公共汽车调度等方面得到了具体应用。国内外已有城市测绘地理信息系统或测绘数据库正在运行或建设中。一批地理信息系统软件已研制开发成功（如GeoSTAR，CityStar，MapGIS等）,一批高等院校已设立了一些与GIS有关的专业或学科，一批专门从事GIS产业活动的高新技术产业相继成立。些外，还成立了&中国GIS协会&和&中国GPS技术应用协会&等。&我国地理信息系统方面的工作自80年代初开始。以1980年中国科学院遥感应用研究所成立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、规范制订、区域试验研究、局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进步，积累了经验，为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。&
地理信息系统进入发展阶段的标志是第七个五年计划开始。地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发工作。如全国性地理信息系统（或数据库）实体建设、区域地理信息系统研究和建设、城市地理信息系统、地理信息系统基础软件或专题应用软件的研制和地理信息系统教育培训。通过近五年的努力，在地理信息系统技术上的应用开创了新的局面，并在全国性应用、区域管理、规划和决策中取得了实际的效益。&
自90年代起，地理信息系统步入快速发展阶段。执行地理信息系统和遥感联合科技攻关计划，强调地理信息系统的实用化、集成化和工程化，力图使地理信息系统从初步发展时期的研究实验、局部实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。努力实现基础环境数据库的建设，推进国产软件系统的实用化、遥感和地理信息系统技术一体化。在地理信息系统的区域工作重心上，出现了&东移&和&进城&的趋向，促进了地理信息系统在经济相对发达、技术力量比较雄厚、用户需求更为急迫的地区和城市首先实用化。这期间开展的主要研究及今后尚需进一步发展的领域有：重大自然灾害监测与评估系统的建设和应用；重点产粮区主要农作物估产；城市地理信息系统的建设与应用；建立数字化测绘技术体系；国家基础地理信息系统建设与应用；专业信息系统与数据库的建设和应用；基础通用软件的研制与建立；地理信息系统规范化与标准化；基于地理信息系统的数据产品研制与生产。同时经营地理信息系统业务的公司逐渐增多。&
总之，中国地理信息系统事业经过十年的发展，取得了重大的进展。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。&
地理信息系统的存在与发展已历经30余年。用户的需要、技术的进步、应用方法论的提高，以及有关组织机构的建立等因素，深深地影响着地理信息系统的发展。
一、国内外地理信息系统发展情况&
世界上&GIS&概念的提出&是在&40&年前&，加拿大测量学家&Tomlinson&在上世纪&60&年代初指出&&&要把地图变为数字形式的地图，以便计算机分析与处理&&&，开创了利用计算机技术处理地理空间数据的先河，其技术路线一直延续至今。从本世纪&60&年代初加拿大的&Roger&F.Tomlinson&和美国&Duane&F.Marble&在不同方面、从不同角度提出了地理信息系统&(Geographic&Information&System&，简称&GIS)&概念以来，随着多学科、多技术的发展和密切结合，尤其是空间分析理论和计算机技术的飞速发展&,GIS&的含义与应用正在不断扩大。&1956&年，奥地利测绘部门首先利&用电子计算机建立了地籍数据库，随后各国的土地测绘和管理部门都逐步发展土地信息系统&(LIS)&用于地籍管理。&1963&年，加拿大测量学家&R.F.Tomlinson&首先提出了地理信息这一术语，并于&1971&年建立了世界上第一个&GIS&&&加拿大地理信息系统&(CGIS),&用于自然资源的管理和规划。稍后，美国哈佛大学研究出&SYMAP&系统软件。由于当时计算机水平的限制，使得&GIS&带有更多的机助制图色彩，地学分析功能极为简单。与此同时，国外许多与&GIS&有关的组织和机构纷纷建立。例如，美国&1966&年成立了城市和区域信息系统协会&(URISA),1969&年又建立起州信息系统全国协会&(NASIS):&国际地理联合会&(IGU)&于&1968&年设立了地理数据收集和处理委员会&(CGDSP)&。这些组织和机构的建立为传播&GIS&知识、发展&GIS&技术起了重要的推动作用。&中国&GIS&的发展&应该追溯到&30&年前&。以陈述彭院士为代表的老一辈科学家，敏锐地觉察到&GIS&的发展潜力与应用意义，将&GIS&技术引入国内，一个研究&GIS&理论与技术的热潮随之在中国的科研院所和高等学校中兴起，并首先在资源和环境领域尝试开展&GIS&的技术应用。这个热潮确立了我国&GIS&的研究领域，培养了了一批熟悉和精通&GIS&的学术骨干，形成了我国&GIS&的核心技术队伍，奠定了我国&GIS&发展的基础。&90&年代初，徐冠华院士强调指出&&&发展中国的&GIS&的发展必须走产业化的道路&&&，科技部从&&&九五&&&开始将&GIS&软件产品研发与示范应用列入国家科技计划，开展年度国产&GIS&软件测评，大力推动&GIS&技术进步和产业化的进程，形成了我国&GIS&发展的又一次高潮。&
我国&GIS&的起步较晚，到&70&年代末才提出开展&GIS&研究的倡议&。进入&80&年代后迅速发展，在理论探索、规范探讨、实验技术、软件开发、系统建立、人才培养和区域性试验等方面都取得了突破和进展。一些有远见的地方政府也开始投资建立本地的&GIS,&在&GIS&应用日益活跃的今天，诸如沙市这样名不见经传的中小城市，由于&GIS&起步早而誉冠全国。&80&年代末，武汉测绘科技大学在摄影测量与遥感专业的基础上建立了信息工程专业，使我国&GIS&基本人才的培养纳入了正轨。&1994&年&4&月，我国专门成立了&&&中国&GIS&协会&&,&此后又成立了&&&中国&GIS&技术应用协会&&,&加强了国内各种&GIS&学术交流，研制推出了&Geostar&、&Citystar&、&MapGIS&等具有自主版权的&GIS&软件。&GIS&是以应用为龙头，市场为导向，软件为核心的产业。是应用促进了&GIS&的发展，也是应用校正了&GIS&蓬勃发展的方向和促进&GIS&软件市场的形成。　&
二、目前&GIS&的主要研究领域与发展趋势&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0font-family:宋体;mso-bidi-font-family:宋体;color:#、目前&GIS&主要总体上呈现网络化、开放性、虚拟现实、集成化、空间多维性等发展趋势。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.1&&&组件&(Components)GIS&　&
Components&GIS&是一种新的&GIS&开发思想&,&它是将&GIS&功能分散制作成&Active&X&Control&和&Automation,&这些标准的&Active&X&Control&和&Automation&可以被任何支持它们的开发环境调用&,&以便在原有的或新开发的信息系统中加入&GIS&功能。目前国际上比较流行的&Components&GIS&软件有&ESRI&的&Map&Objects,Map&Info&公司的&Map&X&等。组件化&GIS&基于标准的组件式&GIS&平台，各组件之间不仅可能自由、灵活地重组，而且具有可视化的界面和方便的标准的接口。其特征主要体现在：&
(1)&高效无缝的系统集成&&&允许将专业模型、&GIS&控件、其它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&(VB,VC++,Delphi,power&Builder&等&)&，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)&大众化的&GIS&&用户可以象使用其它&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。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.2&&&基于&Internet&或&Intranet&的&GIS&网络&GIS&（&Web&GIS&）&
计算机网络技术的最新发展推动着当代&GIS&技术的快速更新和发展，使得在因特网上实现&GIS&应用日益引起人们的关注，建立万维网&GIS(WWW&GIS&或&Web&GIS)&是近年来&GIS&研究领域的一个热门话题&。&Web&GIS&或互联网地理信息系统（&Internet&GIS&）是当前&GIS&的一个重要发展方向。&
万维网的出现和发展，为地学空间数据提供了广阔的社会需求，人们可以坐在自己的计算机前，通过因特网来获得与空间位置相关的各种信息，如查找一个地区的旅游景点，得到一个城市的交通状况等等。这样的万维网应用系统被人们称为&WebGIS&系统，它的基本思想就是在万维网上提供空间信息，让用户通过浏览器获得和浏览一个空间信息系统中的数据。正是互联网对地理信息的需求推动了&WebGIS&系统迅速地出现和发展。到&1999&年９月为止，在美国出现的这样的系统就有&20&种之多。&目前基于&Internet&的地理信息系统，我们常称为&Web-GIS&，这主要是由于大多数的客户端应用采用了&WWW&协议。随着技术的进步，客户端可能会采用新的应用协议，因此也被认为是&Internet&GIS&。&
建立&Internet&GIS&的主要目的在于以下几个方面&:&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#)&&&&距离空间数据共享与信息查询和交换&；&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#)&&&&为公众提供&GIS&服务&；　&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#)&&&&建立大规模甚至超大规模的空间网络信息系统&；&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#)&&&&&&为其它学科的研究提供基础信息资料。&
目前较有典型示范作用的的应用有澳大利亚资源信息网络（&ERIN&，&&）、美国加州大学伯克利分校数字图书馆计划（&&）、美国&MapQuest&公司提供的网上地图服务（&&）等。另外许多大的&GIS&厂商都推出了自己的&Internet&GIS&解决方案，为用户构建自己的&Internet&GIS&应用提供方便，如&Esri&公司的&Internet&Map&Sever&、&MapInfo&公司的&MapProServer&、&Intergraph&公司的&GeoMedia&Web&Map&、&Autodesk&公司的&MapGuide&等。但上述所提到的在设计上采用的都是第一代客户&/&服务器模式，基于传统的&CGI&或服务器扩展方式，没有真正引入对象&web&概念。这种计算模式没有解决异构环境下的应用互操作、系统管理、系统安全等问题。&
当前国际、国内都十分注重分布式&Internet&GIS&的发展，认为它将成为&GIS&发展的新一轮的热点。美国&UCGIS&协会将分布式&GIS&列为今后&GIS&发展的十个主要方向之一。&UCGIS&认为基于&Internet&的&GIS&是近期分布式&GIS&发展的主要目标。&
美国&NCGIA&协会的地理概念的计算实现小组的年度报告中将定义和研究开放的、可以分布式存贮地理信息的新一代的&GIS&体系结构列为主攻方向之一。&
美国&Open&GIS&协会长期以来一直致力于数据和地理操作的分布与共享的研究与标准的指定。其制定的开放地理数据互操作规范给出了一个分布式访问地理数据和获得地理数据处理能力的软件框架，遵照这个框架用户可以在一个开放的信息技术环境中通过一致的计算接口访问和处理不同来源的地理数据。在规范中规定了应用程序之间所要互操作的地理数据所包含的各种标准数据类型和在这些标准数据类型上所实施的操作，以及如何将这些标准的数据类型组织成应用程序间交互的地理数据，另外还规定了共享地理操作的协议，应用程序通过该协议得知提供地理操作的服务以及如何请求这些服务，或者从服务提供者的角度来看，得知一个请求是数据请求还是服务请求。遵循这个规范的软件之间可以进行互操作【&Open&GIS&Consortium,1998&】。&Open&GIS&协会已经公布了基于这两种分布式对象标准的&OPEN&GIS&的标准函数的征求意见稿。但是一切都只是刚刚开始，尚未有成熟的理论和技术以及应用系统的出现。&
WebGIS&空间数据模型和&WebGIS&系统体系结构的新进展&&这方面工作做得出色的是&Allan&Doyle&。在&Adrian&Cuthbert&起草的一个&OGC&的讨论稿《&User&Interaction&With&Geospatial&》的基础上，他提出了在因特网上访问异构空间数据源的分步骤服务模型。&
目前，&WWWGIS&的建设面临四个方面的挑战：网上数据发布、网上数据互操作、网上数据采掘和网上数据管理及安全性。与传统的&GIS&相比，&Web&GIS&具有以下特点：&
(1)&适应性强&&&Web&GIS&是基于互联网的，因而是全球的，能够在不同的平台运行。&
(2)&应用面广&&&网络功能将使&Web&GIS&应用到整个社会，真正实现&GIS&的无所不能，无处不在。&
(3)&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。&
(4)&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，对其维护将是社会化，减少重复的劳动。&
(5)&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。&
网络&GIS&可实现网上发布、浏览、下载，实现基于&Web&的&GIS&查询和分析。尽管目前已有多家国内外公司推出&Web&GIS,&总地来说，&Web&GIS&尚处在试验研究阶段&，其最终目标是应能实现&GIS&与&WWW&技术的有机结合，&GIS通过&WWW&成为大众使用的技术和工具。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.3&&&Data&Warehousing&数据仓库&
Data&Warehousing&的字面意思是建立数据仓库。由于空间数据量非常大&,&这些数据大都分散在政府和私人机构及公司的各个部门&,&数据的管理与使用变得非常的复杂。但同时由于这些空间数据具有极大的科学和经济价值&,&因此大多数发达国家都比较重视空间数据库的建库工作&,&在这些国家一般都有许多研究机构和政府部门参与到空间数据库建立的研究工作中。目前在北美、欧洲、澳大利亚等国提出了&SDI&或&NSDI&的概念。&SDI&的全称是&Spatial&Data&Infrastructure,NSDI&的含义是&National&Spatial&Data&Infrastructure,&其字面意思是&(&国家&)&空间数据基础设施。&98&年&6&月份在加拿大首都渥太华召开的第十届国际地理信息工程学术会议更把&SDI&作为本次会议的主题&,&可见国际上对地理空间数据基础设施建设的重视。国家测绘局也积极地推进我国&SDI&的建设工作&,&并提出规划模式&,&部分内容已经在实施当中。&
1.4&&&&3D&GIS&
在许多地学研究中，人们所要研究的对象是充满整个&3D&空间的，如大气污染、洋流、地质模型等，必须用一个（&X&，&Y&，&Z&）的&3D&坐标来描述。在&3D&GIS&中，研究对象是通过空间&X&、&Y&、&Z&轴进行定义，描述的是真&3D&的对象。随着计算机技术和&GIS&在许多行业诸如地质、矿山、海洋、城市地下管网，城市空间规划、城市景观分析、无线通信覆盖范围分析等对三维&GIS&的需求日益迫切，&3D&GIS&的理论和应用近年来受到许多学者的关注。到目前为止，虽然有&3D&GIS&系统问世，但其功能远远不能满足人们分析问题的需要，原因主要是&3D&GIS&理论不成熟，其拓扑关系模型一直没有解决&；另外三维基础上的数据量十分大，很难建立一个有效的，易于编程实现的三维模型&,&计算机海量数据的处理为三维&GIS&提供了基础。&
地球以及各种物体都是以三维空间的形式存在的&,&因此目前二维&GIS&技术或二维半&(&平面&X,Y&坐标加高程&)GIS&对于完整的描述地球上的对象是有一定限制的。需要用三维空间来描述的应用领域有如下几个方面&:&气象学、地质学、采矿学、石油勘探与开发、计算机辅助设计与制造&(CAD/CAM)&、医学影像和机器人学等。一个三维&GIS&空间信息系统应该能够模拟、表示、管理、分析与三维实体相关的信息&,&并提供决策支持。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.5&&&&建立大型&GIS&空间数据库的新方法&
GIS&系统一般由两个部分组成&:&其一是应用程序&,&它包括专门的&GIS&应用软件以及用标准或非标准程序语言所开发的用户界面及系统工具&；另一部分是数据。在&GIS&系统中&,&空间数据库的建立是一项非常复杂的工作。目前大多数&GIS&系统中在处理空间数据和属性数据时都是将两者分开存放和管理。比如在&Map&Info&系统中用&Map&来存放几何和空间数据&,&而用&dat&来存放空间实体的属性数据&；又如在&Arc&View&系统中用&Shapefile&来存放几何和空间数据而用&DBF&来存放属性数据。上述数据管理和存放方式对于小型的&GIS&系统有一定的优越性&,&但对于建立以面向对象为基础的大型&GIS&系统就存在很多缺陷。因此&,&现在已经出现了一些新型的&GIS&空间数据库管理系统&,&这些新的系统将空间数据与属性数据存放在同一个数据库管理系统中。如&Oracle&开发的&SDO&和&ESRI&开发的&SDE(Spatial&Data&Engine)&都属于这种类型的空间数据库系统。　
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.6&&&&&&GIS&与多媒体数据及&GPS&和&RS&的集成&&&3S&技术&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#S&技术指的是全球定位系统（&GPS&）、遥感技术（&RS&）、地理信息系统（&GIS&）。&3S&技术的结合与集成充分体现了学科发展从细分走向综合的规律。&
GIS&发展的重要趋势是与全球定位系统（&GPS&）和遥感（&RS&）的集成&，从而构成实时的，动态的&GIS&。&GPS&为&GIS&的快速定位和更新提供手段，遥感技术的多谱段、多时相、多传感器和多分辨率的特点，为&GIS&不断注入&&&燃料&&&，反过来又可利用&GIS&支持从遥感影像数据中自动提取语义和非语义信息。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#S&技术整体结合所构成的系统是高度自动化、实时化的&GIS&系统。这种系统不仅具有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能，而且能够分析和运用数据，为各种应用提供科学的决策咨询，并回答用户可能提出的各种复杂问题。
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.7&多媒体&GIS&(MGIS)&
多媒体技术（&Multia-Media&）是一种集声、像、图、文、通讯等为一体，并以最直观的方式表达和感知信息，以形象化的、可触摸（触屏）的甚至声控对话的人机界面操纵信息处理的技术。应用多媒体技术对&GIS&的系统结构、系统功能及应用模式的设计产生极大的影响，使得&GIS&的表现形式更丰富，更灵活，更友好。&
多媒体地理信息系统（&MGIS&）将文字、图形（图像）、声音、色彩、动画等技术融为一体，为&GIS&应用开拓了新的领域和广阔的前景。它不仅能为社会经济、文化教育、旅游、商业、决策管理和规划等提供生动、直观、高效的信息服务，而且将使电脑技术真正走进人类社会生活。多媒体技术在&GIS&领域的深入应用，乃至出现具有良好集成能力的&MGIS&是技术发展的必然。　&
&GIS&与多媒体数据及&GPS&和&RS&的集成使得基于空间数据的信息管理系统变得更加灵活多样&,&极大地拓宽了信息来源渠道&,&方便用户对各种信息的存储与管理&,&同时能够建立起更加科学的决策系统。
目前在&GIS&中可以使用多种形式的多媒体数据。比如在&Arc&View&中通过使用&hot&link&或其它工具&,&可以把&Word&文件、&Excel&电子报表、&VCD&声像资料、摄影像片、卫星影像等纳入到&GIS&系统中&,&用户可以根据需要对这些信息进行查询和管理。&GIS&与&GPS&和&RS&的集成问题已被研究了多年目前已进入实用开发阶段。笔者在加拿大学习访问期间曾参与了一个&GIS&应用系统的开发研究工作&,&其中用&Arc&View&作为系统平台&,&用面向对象的程序语言&(Object-Oriented&Programming&Language)Avenue&作为开发工具开发出了一个用于特种工业管理的基于&GIS&的信息管理系统。整个系统的管理包括原材料产地、加工厂、运输过程、产品更新换代储存地、产品销售地等环节。在此系统中就使用了&Excel&电子报表、&Word&文档资料、像片&(Photos)&、影像&(Images)&、影视片&(Video)&及&GPS&动态数据。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.8&开放型&(Open)GIS&
目前一种多用户、跨平台的&Open&GIS&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。&
开放式地理信息系统（&Open&GIS&）是指在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口（&Interface&）所建立起来的地理信息系统。它不仅使数据能在应用系统内流动，还能在系统间流动。&Open&GIS&是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性，以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。为此，&Open&GIS&要具有下列特点：&
&(1)&互操作性：不同地理信息系统软件之间连接、信息交换没有障碍。&
(2)&可扩展性：硬件方面，可在不同软件、不同档次的计算机上运行，其性能和硬件平台的性能成正比；软件方面增加新的地学空间数据和地学数据处理功能。&
(3)&技术公开性：开放的思想主要是对用户公开，公开源代码及规范说明是重要的途径之一。&
(4)&可移植性：独立于软件、硬件及网络环境，不需修改便可在不同的计算机上运行。&
除此之外，还有诸如兼容性、可实现性、协同性等特点。&
为了研究和开发&Open&GIS&技术，&1996&年在美国成立的开放地理信息联合会主要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。当然，&OGIS&只是对&Open&GIS&定义了抽象的互操作规程，具体如何实现，还需采用分布式对象的技术，通过&Acrobat&、&OLE&、&ActiveX&、&Java&等语言实现。&
Open&GIS&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的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。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.9&虚拟现实技术&&&&&虚拟&GIS&和网络虚拟&GIS&介绍&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#&）虚拟&GIS&介绍&&&
计算机科学中图形技术和人机接口技术的发展，特别是虚拟现实技术应用的推广，为&GIS&提供了一种新的分析地学数据和探索地学问题的技术平台，推动着&GIS&技术同虚拟现实技术和可视化技术的融合，拓展了多维&GIS&、特别是三维&GIS&研究的内涵，提供了全新的空间数据分析模式和新的&GIS&应用模式。当前国际上把这种结合虚拟现实技术和科学计算可视化技术而设计的多维&GIS&系统称之为虚拟&GIS&系统&&&Virtual&GIS&&（&VGIS&）&。&
虚拟&GIS&是建立在多维&GIS&，特别是三维&GIS&研究的基础上，在强调传统三维&GIS&几何空间分析的同时，虚拟&GIS&也强调&逼真&的多维图形分析环境，&直觉&的交互手段对空间分析的作用。同传统意义上的三维&GIS&研究相比，虚拟&GIS&在分析方法和应用上都带来了新的变化&,&如：&
(1)&&充分利用虚拟&GIS&提供的&逼真&图形显示和高级的交互分析手段，进行探索数据分析&[5][6][7]&，充分发挥人在图形空间思维能力上的优势来分析和解决地学问题；&
(2)&&充分利用虚拟&GIS&提供的&逼真&感的虚拟地理图形空间，让人在真实地理世界中的地理空间认知能力能在虚拟的地理图形空间中得到充分的发挥，同时虚拟&GIS&也促进人在虚拟地理图形空间中获取的知识能快速的应用到真实地理世界中；&
(3)&&虚拟现实技术拓展了虚拟&GIS&在时间维上的表达能力，结合地学分析模型，虚拟&GIS&为过去或是未来的某一地理场景提供了更为便利的手段，从而为发展高级的空间决策支持环境提供了可能；虚拟&GIS&在&GIS&系统设计上带来了新的问题，由于虚拟&GIS&中表达的内容比传统的三维&GIS&更为丰富，需要在数据模型、软件结构、算法等方面研究虚拟&GIS&的设计。&
虚拟&GIS&目前已经广泛的应用到传统&GIS&的诸多应用领域之中，如城市设计和规划、环境监测、交通管理、地表建模、文明重建、旅游等方面。虚拟&GIS&为这些领域中问题的分析和解决提供了新的方式和手段，拓展了&GIS&的分析能力和应用领域。&
另外，这里有必要介绍一下与虚拟&GIS&紧密相关的另一个概念，即虚拟现实&GIS&&&&Virtual&Reality&GIS&&，在本文理解中，虚拟&GIS&强调虚拟现实、科学计算可视化与&GIS&三者的结合&，既强调高级人机接口在地学分析中的作用，又强调可视化思维和可视化分析在地学分析中的作用；而虚拟现实&GIS&主要强调虚拟现实与&GIS&的结合，强调高级人机接口在地学分析中的作用，所以虚拟现实&GIS&可被理解为虚拟&GIS&的高级形式，是一种虚拟&GIS&。&
2&）网络虚拟&GIS&介绍&
同网络结合是当前虚拟&GIS&发展的方向。结合网络技术的网络虚拟&GIS&不但为人们通过网络来分析空间数据和解决空间问题提供了技术平台，同时通过&沉浸式&的虚拟现实模式，为人们通过虚拟的地理空间交互提供了可能性，从而为研究虚拟地理环境提供了理想平台。当前网络化的虚拟&GIS&主要采用两种架构方式：一种虚拟&GIS&是以网络&GIS&为基础，将虚拟现实系统同&GIS&的&Client&端连接起来，在虚拟现实系统中提供简单的空间分析功能或是将&GIS&的分析结果转化为虚拟现实系统支持的数据格式，供虚拟现实系统观察；另一种虚拟&GIS&是基于分布式虚拟现实系统，在虚拟现实系统中扩展空间数据类型的支持能力，提供简单的空间分析功能。当前分布式虚拟现实领域的一个重要技术是基于&&avatar&&的用户交互模式。&&avatar&&为用户在简单平台上观察虚拟世界和与虚拟空间中其他用户交流提供了非常便捷的途径。网络虚拟&GIS&同&&avatar&&技术结合起来，将不但在技术上，在理论上都为虚拟&GIS&带来了新的研究问题，所以是当前的研究热点&
当前虚拟&GIS&在结构上一般都采用&GIS+VR&的方式&。通过&VR&来创建虚拟信息空间和管理用户与虚拟信息空间的交互，而&GIS&则是用来管理空间数据．网络虚拟&GIS&基本上延用了这种结构，在&GIS&信息表达上是在&3DGIS&为基础进行扩展，特别是以面三维为主体的三维地理实体表达方面&,3DFDS&&（&Formal&Data&Structure&）概念数据模型已经为相当多的&3D&GIS&原型系统所采用，可以作为扩展虚拟&GIS&数据模型的选择；在&VR&信息表达上大多是以&VRML&为基础。&
虚拟&GIS&是在传统多维&GIS&系统基础上发展起来的新型的&GIS&系统，虚拟&GIS&在扩展&GIS&应用领域的同时，也给&GIS&设计带来了新的问题，特别是网络虚拟&GIS&的设计更需要特别研究。本文根据当前计算机技术的新发展，特别是在网络信息表达技术和网络平台技术的最新发展，来设计面向&Web&的网络虚拟&GIS&。通过与这些新技术的结合，为开发有着丰富功能，完全开放的网络虚拟&GIS&建立了新的途径。虚拟现实是目前&GIS&研究领域的另一重要方向。虚拟现实是对人类真实世界某一部分或某一过程的逼真模拟&,&给人提供视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉等信息&,&令人完全置身于虚拟世界中&,&感受与现实系统一致或接近&,&从而让人产生一种虽幻犹真的沉浸感。美国&Multi&Gen&公司生产的&Multi&Gen&软件已可以利用地理信息中心的数字地形海拔数据&(DTED)&、数字文化特征数据&(DFAD)&和与之配套的航空或卫星照片&,&快速高效地构造任何地区的地形地貌和文化特征。虚拟&GIS&就是&GIS&与虚拟现实技术（&Virtual&Reality&）的结合。&VR&技术是当代信息技术高速发展，并与其他技术集成的产物，是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。这种模拟具有三个最基本的特征，即&Immersion(&沉浸&)-Interaction(&交互&)-Imagina-tion(&构想&)&。由于技术的限制，目前还未能开发出适用于遥感和&GIS&用户需要的真&3&维可视化的数据分析软件包。&GIS&与虚拟环境技术相结合，将虚拟环境带入&GIS&将使&GIS&更加完美。&GIS&用户在计算机上就能处理真&3&维的客观世界的虚拟环境中将能更有效地管理，分析空间实体数据。目前虚拟&GIS&（&VGIS&）的研究主要集中在虚拟城市。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.10&时态&GIS&
人们都在一定的空间和时间环境中生存并从事各种社会活动。从信息系统，尤其是&GIS&的实用角度出发，时间可以看成是一条没有端点，向过去和将来无限延伸的线轴，它是现实世界的第四维。时间和空间不可分割地联系在一起，跟踪和分析空间信息随时间的变化，应当是&GIS&的一个合理目标。这样的&GIS&就被称为时态&GIS&（&Temporal&GIS&）。&
记录历史数据有时候是非常重要的。在&GIS&中也要经常查询历史，最明显的例子就是宗地，一块宗地可能经过许多次的买卖或变化。在土地纠纷中，人们需要详细的历史记录作为法律依据。&GIS&在环境应用中，也经常需要用到多时态的信息对环境进行综合评价。所以，研究&GIS&的时态问题则成为当今&GIS&领域的一个重要方向&。&
时态&GIS&的组织核心是时空数据库，其概念基础则是时空数据模型。时空数据结构的选择应以不同类型的时空过程和应用目的作为出发点。虽然人们已分别在时态数据库和空间数据库研究方面取得很大进展，但是&&&时态&&+&&空间&&&&&时空&，两者难以简单地组合起来，这导致了时态&GIS&研究与应用的困难。作为一种系统方法，时态&GIS&的研究和应用还有很长的路要走。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0font-family:宋体;mso-bidi-font-family:宋体;color:#&GIS&的主要应用领域&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.1&环境保护与管理&
主要用&GIS&建立环境模型和环境信息系统&,&对环境的变化及发展趋势进行预报分析&,&同时通过统计分析及模拟研究为环境保护提供决策依据。此外&,GIS&技术也已被用来建立植物种类与栖息地及环境因素有关的信息系统中。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.2&　社会调查与统计分析&
GIS&在国外已被广泛的应用到人口学、选举、人文地理等方面&,&我国也已经开始开展这方面的研究和应用工作。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.3&　城市基础设施管理&
城市基础设施主要是指城市地下管道&(&包括自来水、污水排放、煤气等管道&)&、通信网络、邮政网点、道路与交通设施等。由于这些设施同时具有与几何和空间位置相关的特性&,&建立基于&GIS&的信息系统能够提高对这些设施的管理水平&,&同时能够极大地提高设计与施工、设备维护与故障排除、线路改造等方面的效率&,&从而产生巨大的经济效益和社会效益。
2.4&　土地信息系统的建立&
GIS&最早是从土地信息系统&LIS&建立的过程中发展起来的&,&而大量高质量&GIS&软件平台的出现又促进了土地信息系统的建立。目前基于&GIS&软件平台的土地信息系统无论是图形处理、空间分析与统计、属性信息存储与查询、统计报表生成、决策支持等方面都比早期的土地信息系统有较大的改进。我国已经把土地信息系统的建设纳入了法制轨道&,&新颁布的《中华人民共和国土地管理法》第三十条明确规定&国家建立全国土地信息系统&,&对土地利用状况进行动态监测&。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.5&　&GIS&在其它领域的应用&
GIS&已被广泛地应用到一些其它领域&:&城市规划、房地产开发及物业管理、商业开发与购物中心设置、资源调查、灾害预报与灾后评估、金融机构与投资分析、地质普查、采矿等。&
3&GIS&应用的前景与存在的问题&
三、面临的机遇和挑战&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.1&　面临的机遇&
目前&GIS&的研究和应用都处在一个高速发展的阶段。在国外&GIS&技术已被各级政府部门和企业界广泛认知和采用。尤其是在北美、欧洲、日本和奥大利亚等国家和地区&,GIS&市场已经基本形成。&GIS&数据公司和软件公司比较多&,&他们在&GIS&系统建立和空间数据的使用方面已有了一套比较规范和成熟作法。在我国&GIS&技术也正被越来越多的政府部门和大型企业所采用。虽然起步较晚&,&但是有后发优势可以少走弯路&,&以比较高的起点开展&GIS&的理论研究和开发应用工作。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#.2&　存在的问题&
与国外对比分析&,&目前我国&GIS&发展中存在的问题主要表现在如下几个方面&:&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#)GIS&的科学和经济价值尚未被广泛地接受和认知&,&因此处于资金投入不足、推广应用比较困难的局面。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#)&根据有关资料的分析&,&地理信息系统中数据部分要占整个系统投资的百分之七十左右&,&也就是说&GIS&系统的建立需要大量的数字地图或电子地图及其属性信息库的支持&,&但在我国地图数字化的比例还很低。这需要政府部门及有关企业投入大量的精力及资金进行数字地图的建库工作。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#)GIS&市场尚未形成&,&有关数字产品的法律、权属、定价等方面的问题还没有得到有效的解决。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#)&有关数字地图产品的规范和标准&,&以及数据格式有待统一和完善。&
<span lang="EN-US" style="font-size:10.0color:#)&我国具有自己知识产权的&GIS&系统平台比较少&,&目前只有&Map&GIS,Geo&Star&等少数几个产品&,&大量进口&GIS&系统平台增加了&GIS&应用开发的成本。而且&,&由于国情不同进口&GIS&软件二次开发的工作量一般都比较大。&&&
当前计算机技术的发展使&GIS&的发展主要呈以上几种趋势外，&GIS&软件与建筑及规划设计&CAD&、办公自动化、统计分析等软件系统的集成&等都是&GIS&研究与发展的热点。
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