面向?qū)ο蠹夹g(shù)與GIS 面向?qū)ο蠹夹g(shù)與uml

地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測量學(xué)和地圖學(xué)等多門學(xué)科的交叉，它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法實(shí)時(shí)提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

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從表現(xiàn)形式來看，GIS表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，其核心是管理、計(jì)算、分析地理坐標(biāo)位置信息及相關(guān)位置上屬性信息的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它表達(dá)的是空間位置及所有與位置相關(guān)的信息，所以，GIS又是地球空間實(shí)體的再現(xiàn)和綜合，其信息的基本表達(dá)形式是各種二維或三維電子地圖。因此，GIS也可簡單定義為“用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)”。

（一）GIS發(fā)展簡史

GIS最早起源于20世紀(jì)60年代“要把地圖變成數(shù)字形式的地圖，便于計(jì)算機(jī)處理分析”這樣的目的。1963年，加拿大測量學(xué)家R.F.Tomlinson首先提出了GIS這一術(shù)語，并建成世界上第一個(gè)GIS（加拿大地理信息系統(tǒng)，CGIS），用于自然資源的管理和規(guī)劃。那時(shí)的GIS注重于空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理。

20世紀(jì)70年代以后，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件水平的提高，以及政府部門在自然資源管理、規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)等方面對空間信息進(jìn)行分析、處理的需求，GIS得到了鞏固和發(fā)展。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代，GIS的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，商業(yè)化的軟件開始進(jìn)入市場，其應(yīng)用從基礎(chǔ)信息管理與規(guī)劃轉(zhuǎn)向空間決策支持分析，地理信息產(chǎn)業(yè)的雛形開始形成。

20世紀(jì)90年代以后，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，GIS的應(yīng)用也日趨深化和廣泛，在國土資源、農(nóng)業(yè)、氣象、環(huán)境、城市規(guī)劃等領(lǐng)域成為常備的工作系統(tǒng)。尤其是1998年“數(shù)字地球”的概念被提出以后，GIS在全球得到了空前迅速的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

我國GIS的發(fā)展自20世紀(jì)80年代初開始，以1980年中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所成立全國第一個(gè)GIS研究室為標(biāo)志，經(jīng)歷了準(zhǔn)備(1980～1985年)、發(fā)展(1985～1995年)、產(chǎn)業(yè)化(1996年以后)3個(gè)階段。尤其是近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了不少優(yōu)秀的GIS軟件。

（二）GIS的最新發(fā)展

1.日趨與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)融合

近年來隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，GIS技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用，并日趨與主流IT技術(shù)融合，成為信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。

GIS發(fā)展的動力一方面來自于日益廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)IS不斷提高的要求；另一方面，計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展為GIS提供了先進(jìn)的工具和手段。許多計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)，如面向?qū)ο蠹夹g(shù)、三維技術(shù)、圖像處理和人工智能技術(shù)都可以直接應(yīng)用到GIS中；同時(shí)，由于空間技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是遙感技術(shù)的發(fā)展，提供了地球空間環(huán)境中不同時(shí)相的數(shù)據(jù)，使GIS的作用日漸突出，GIS不斷升級并能提供存儲、處理和分析海量地理數(shù)據(jù)的環(huán)境。

組件式GIS技術(shù)的發(fā)展使之可以與其他計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)無縫集成、跨語言使用，并提供了無限擴(kuò)展的數(shù)據(jù)可視化表達(dá)形式。

2.動態(tài)、多源、多維、網(wǎng)絡(luò)化

最新GIS技術(shù)將逐漸擺脫先前的主要處理靜態(tài)的、二維的、數(shù)字式的地圖技術(shù)的約束，而從傳統(tǒng)的靜態(tài)地圖、電子地圖發(fā)展到能對空間信息進(jìn)行可視化和動態(tài)分析、動態(tài)模擬，支持動態(tài)的、可視化的、交互的環(huán)境來處理、分析、顯示多維和多源地理空間數(shù)據(jù)。其中，可視化仿真技術(shù)能使人們在三維圖形世界中直接對具有形態(tài)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)交互操作；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以三維圖形為主，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、多媒體、立體視覺、新型傳感技術(shù)，能創(chuàng)造一個(gè)讓人身臨其境的虛擬的數(shù)字地球或數(shù)字城市。

先進(jìn)的對地觀測技術(shù)、互操作技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲和壓縮技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、空間數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的發(fā)展都為GIS的發(fā)展和創(chuàng)新創(chuàng)造了新的手段。

（三）第四代GIS技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提高以及面向?qū)ο?、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)挖掘等主流IT技術(shù)的發(fā)展，在科技部有關(guān)部門的倡導(dǎo)下，目前國內(nèi)學(xué)術(shù)界又提出了第四代GIS技術(shù)的概念。第四代GIS技術(shù)將主要有如下特點(diǎn)：

（1）支持“數(shù)字地球”或“數(shù)字城市”概念的實(shí)現(xiàn)，從二維向多維發(fā)展，從靜態(tài)數(shù)據(jù)處理向動態(tài)數(shù)據(jù)處理發(fā)展，具有時(shí)序數(shù)據(jù)處理能力。

（2）基于網(wǎng)絡(luò)的分布式數(shù)據(jù)管理及計(jì)算、WebGIS和B/S體系結(jié)構(gòu)，用戶可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程空間數(shù)據(jù)調(diào)用、檢索、查詢、分析，具有聯(lián)機(jī)事務(wù)管理（OLTP）和聯(lián)機(jī)分析（OLAP）管理能力。

（3）面向空間實(shí)體及其相互關(guān)系的數(shù)據(jù)組織和融合，具有矢量和遙感影像數(shù)據(jù)互動等多源數(shù)據(jù)的裝載與融合能力，可實(shí)現(xiàn)多尺度比例尺數(shù)據(jù)無縫融合與互動。

（4）具有統(tǒng)一的海量數(shù)據(jù)存儲、查詢和分析處理能力及基于空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和強(qiáng)大的模型支持能力。

（5）具有與其他計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的整體集成能力。例如與MIS、ERP、OA等各種企業(yè)信息化系統(tǒng)的無縫集成；微型、嵌入式GIS與各種掌上終端設(shè)備集成，如PDA、手機(jī)、GPS接收設(shè)備等。

（6）具有虛擬現(xiàn)實(shí)表達(dá)及自適應(yīng)可視化能力，針對不同的用戶出現(xiàn)不同的用戶界面及地圖和虛擬現(xiàn)實(shí)效果。

（四）GIS的應(yīng)用

人類使用的信息中有80%與地理位置和空間分布有關(guān)，所以GIS具有非常廣泛的應(yīng)用。目前，GIS已經(jīng)比較成熟地應(yīng)用于軍事、自然資源管理、土地和城市管理、電力、電信、石油和天然氣、城市規(guī)劃、交通運(yùn)輸、環(huán)境監(jiān)測和保護(hù)、110和120快速反應(yīng)系統(tǒng)等。

今后，GIS的應(yīng)用將在市場分析、企業(yè)客戶關(guān)系管理、銀行、保險(xiǎn)、人口統(tǒng)計(jì)、房地產(chǎn)開發(fā)、個(gè)人位置服務(wù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，這些領(lǐng)域?qū)⑹荊IS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新的增長點(diǎn)。實(shí)際上，GIS的應(yīng)用將加速度地深入人們的工作和生活的各個(gè)方面。GoogleEarth的流行就是GIS技術(shù)深入到日常生活每一個(gè)角落的明證。

由于地理信息在人類生活和國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用，GIS在未來的幾十年中將保持高速發(fā)展的勢頭，成為IT高科技領(lǐng)域的核心技術(shù)。

近幾年來，隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，GIS的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)展到人們的日常生活中。集成GIS、GPS、GSM的技術(shù)已開始廣泛應(yīng)用于車輛安全防范系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)，為人們提供車輛反劫防盜、報(bào)警、道路指引、醫(yī)療救護(hù)以及在此系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上擴(kuò)展各種電子商務(wù)增值服務(wù)。

以醫(yī)療救護(hù)為例，當(dāng)患者向監(jiān)控中心請求急救時(shí)，監(jiān)控中心可以從GIS電子地圖上查看到患者的具體位置，并同時(shí)搜索最近的急救車輛，讓最近的車輛前去接患者?；颊哌M(jìn)入救護(hù)車后，監(jiān)控中心可以通過雙向通話功能，指導(dǎo)救護(hù)車上的醫(yī)生實(shí)施救護(hù)治療，同時(shí)通過GIS的最優(yōu)路徑功能，給救護(hù)車指引道路，使其以最快的速度到達(dá)醫(yī)院或急救中心。而在救護(hù)車行進(jìn)的過程中，患者的家屬可以通過互聯(lián)網(wǎng)立即上網(wǎng)查詢救護(hù)車的行進(jìn)位置及患者的狀態(tài)信息。通過GIS，并結(jié)合GPS和GSM無線通信及網(wǎng)絡(luò)，使患者、家屬、救護(hù)車及醫(yī)生之間建立了無縫溝通體系，最終使患者能得到快速、及時(shí)的治療。

如果在車輛移動目標(biāo)、家居固定點(diǎn)目標(biāo)、重點(diǎn)保護(hù)單位甚至路燈上都安裝了GPS、GSM或其他無線通信設(shè)備，那么我們在城市生活中，無論是開車、行走或者是在單位、在家里，都可以通過由GIS、GPS、互聯(lián)網(wǎng)以及無線通信技術(shù)構(gòu)成的綜合服務(wù)系統(tǒng)獲得急救、報(bào)警和各種商務(wù)服務(wù)，真正使我們處于立體的、全方位的數(shù)字化生活中，體驗(yàn)數(shù)字空間高科技價(jià)值。

GIS、RS、GPS等構(gòu)成的空間信息技術(shù)將是未來發(fā)展最快的、最激動人心的領(lǐng)域之一，它結(jié)合通信及其他IT技術(shù)，為人類展現(xiàn)了一種全新的工作和生活模式（A.R.Mermut,H.Eswaran，2001)。當(dāng)利用最新的GIS技術(shù)把城市、國家乃至整個(gè)地球都高度濃縮到計(jì)算機(jī)屏幕上的時(shí)候，人類對自己的命運(yùn)和未來就有了更充分的把握。

（五）GIS與土地管理

GIS早已不限于地理學(xué)研究和應(yīng)用的領(lǐng)域，目前已與各行各業(yè)和我們的日常生活產(chǎn)生了千絲萬縷的聯(lián)系，更重要的是它的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，甚至可觸及企業(yè)信息化的過程中。

GIS應(yīng)用于土壤科學(xué)的研究，它是現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)模型和模擬實(shí)現(xiàn)。土壤資源信息可以在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行存取、變換和對話式操作，作為土壤資源分類、評價(jià)、規(guī)劃、管理與利用決策的依據(jù)，為土壤資源可持續(xù)利用服務(wù)。GIS應(yīng)用于土壤學(xué)研究的各個(gè)方面，包括：①土壤制圖技術(shù)及土壤采樣技術(shù)；②土壤侵蝕預(yù)測與評價(jià)；③土壤資源污染與防治；④土壤養(yǎng)分流失評價(jià)；⑤土壤資源評價(jià)和管理；⑥作物生長模擬等。具體如1983年美國土壤保持局開發(fā)出農(nóng)用土地評價(jià)和用地估計(jì)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的農(nóng)用土地評價(jià)包括土壤生產(chǎn)力的分等定級、土壤適宜性評價(jià)、土壤生產(chǎn)力潛力評價(jià)。1989年美國土壤保持局運(yùn)用土壤信息系統(tǒng)保護(hù)土壤生態(tài)環(huán)境，控制土壤污染。1990年土壤侵蝕預(yù)測模型在土壤信息系統(tǒng)中已經(jīng)能夠成功運(yùn)用，主要采用的分析手段有土壤侵蝕諾漠圖、微機(jī)軟件圖、小溪河岸侵蝕諾漠圖。

1.建立為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)

如日本的農(nóng)耕地土地資源信息系統(tǒng)，它包括了土壤信息系統(tǒng)、作物栽培試驗(yàn)信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)氣象信息系統(tǒng)等子系統(tǒng)；保加利亞的計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)綜合管理系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代初開始運(yùn)行。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，GIS在土壤學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用方面繼續(xù)拓展，其作用和地位日益受到關(guān)注。從1994年開始的第15、16、17屆國際土壤大會上持續(xù)討論了土壤信息系統(tǒng)在持續(xù)農(nóng)業(yè)和全球變化中的應(yīng)用、土壤數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和聯(lián)網(wǎng)等有關(guān)問題。同時(shí)，在應(yīng)用上進(jìn)一步趨向農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)，直接服務(wù)于農(nóng)場管理和經(jīng)營，如進(jìn)行農(nóng)業(yè)技術(shù)咨詢、牧場水源選點(diǎn)、作物生產(chǎn)管理、機(jī)械化施肥等方面。

中國的土壤工作者于20世紀(jì)80年代中期也開始進(jìn)行土壤數(shù)據(jù)庫建立、土壤信息系統(tǒng)的研制和應(yīng)用工作。1986年底，北京大學(xué)遙感中心等主持了土壤侵蝕信息系統(tǒng)研究，建立了區(qū)域土壤侵蝕信息系統(tǒng)，這是我國較早關(guān)于土壤信息系統(tǒng)方面的研究。1989年，南京土壤研究所用兩年時(shí)間研究了1∶50萬東北三江平原土壤信息系統(tǒng)土壤圖與數(shù)據(jù)庫的建立；1990年，又研究了1∶5萬江西紅壤生態(tài)站土壤信息系統(tǒng)土壤侵蝕圖；1991年，在“利用信息系統(tǒng)技術(shù)編制土壤退化圖”研究中，應(yīng)用從土壤土地?cái)?shù)據(jù)庫建立到土壤退化評價(jià)方法等一系列現(xiàn)代信息系統(tǒng)技術(shù)，編制出了實(shí)驗(yàn)區(qū)的土壤水蝕危害和風(fēng)蝕評價(jià)圖；1992年，又基本完成了海南島土壤和土地利用信息庫及信息系統(tǒng)制圖工作。1991年，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所主持了“區(qū)域微機(jī)土壤信息系統(tǒng)的建立與應(yīng)用”研究，在吉林省農(nóng)安縣的試驗(yàn)結(jié)果表明，這是一個(gè)簡單但實(shí)用的土壤信息系統(tǒng)。1999年，胡月明等運(yùn)用基本土壤數(shù)據(jù)庫建立了紅壤分類和評價(jià)的信息系統(tǒng)。

2.預(yù)測土壤空間變化及分布

由于GIS技術(shù)在土壤制圖中的深入應(yīng)用，怎樣更準(zhǔn)確地由有限的單個(gè)點(diǎn)位的土壤原始數(shù)據(jù)分析土壤屬性的空間分布成為關(guān)注的焦點(diǎn)。具體來說，由于土壤數(shù)據(jù)庫的信息來源于土壤分類、分色制圖及制圖的綜合，產(chǎn)生了土壤空間分異類型的位移，而現(xiàn)代GIS技術(shù)又要求大量信息源，因此許多土壤科學(xué)家將興趣集中到土壤空間變異性正確表達(dá)（即土壤圖在GIS中的正確表達(dá)）的研究上。

（1）地形分析。Morre、Bourennane、Gessier和Oden等的研究均表明，某地區(qū)土壤屬性與該地區(qū)的地形地貌特征和景觀位置有明顯的相關(guān)性，也就是與土壤的成土過程密切相關(guān)，可用下式表示：

中國耕地質(zhì)量等級調(diào)查與評定（廣東卷）

式中：

Si——土壤屬性如土壤厚度、pH等；

i——由氣候、母質(zhì)、地貌歷史、植被等因素決定的某地區(qū)海拔、坡度、坡形凹凸、水流長度和特定流域面積等原始地形數(shù)據(jù)可以通過一定精度的DEM計(jì)算出，復(fù)合地形數(shù)據(jù)，可以依經(jīng)驗(yàn)判斷或根據(jù)描述下墊面的物理發(fā)生過程的方程式進(jìn)行簡化。DEM可以由GIS技術(shù)生成，所以GIS的應(yīng)用和地形分析可以提高土壤屬性空間分布預(yù)測的精度。

（2）地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)與GIS的結(jié)合。GIS在存儲、查詢和顯示地理數(shù)據(jù)方面發(fā)展得相當(dāng)快，但在提供空間分析模塊方面則發(fā)展得較慢。由于缺少通用的空間分析模塊，使得GIS在解決某些空間問題中的應(yīng)用受到很大的限制。

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)是由南非礦山地質(zhì)工程師D.G.Krige于1951年提出的，因此這一理論也以“克里格法”（Kriging）來命名，并由法國地質(zhì)學(xué)家Dr.Matheron于1962年完善并創(chuàng)立。該學(xué)科在礦產(chǎn)儲量研究方面起到了巨大作用。這是一種求最優(yōu)、線形、無偏內(nèi)插估計(jì)量值的方法（BLUE），在充分考慮信息樣品的形狀、大小及其與待估塊段相互間的空間分布位置等幾何特征以及品位的空間結(jié)構(gòu)以后，利用變異函數(shù)（Varigram）為工具，對每一樣品值分別賦予一定的權(quán)系數(shù)，加權(quán)平均來估計(jì)塊段品位。

國內(nèi)外土壤科學(xué)家已廣泛地應(yīng)用克里格法來預(yù)測非采樣點(diǎn)的土壤屬性，常用的方法有普通克里格法（OK）、泛克里格法（UK）、指示克里格法（IK）、協(xié)同克里格法（CK）、回歸克里格法（RK）、點(diǎn)克里格法（PK）、塊克里格法（BK）等。他們的研究還表明，在應(yīng)用克里格法建立模型的時(shí)候，綜合應(yīng)用土壤和土地信息，如土壤分類、參比地區(qū)土壤屬性、坡度、高程等，可以大大提高克里格法的插值精度，還可以降低由于測定大量樣品而需要的成本，也可以減少由于樣品點(diǎn)太少而帶來的誤差。我國從20世紀(jì)80年代開始利用克里格法研究土壤參數(shù)的空間變異性，2000年以后在這方面的報(bào)道已經(jīng)越來越多。

近幾年來，一些學(xué)者開始研究地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS之間的相互關(guān)系，并在GIS軟件中提供一些空間分析功能。例如，美國圣巴巴拉NCGIA的SAN模型提供了在ArcGIS軟件中計(jì)算和顯示空間自相關(guān)和其他空間量的功能，二者的相互結(jié)合一方面可以大大加強(qiáng)GIS的分析功能，使大量數(shù)據(jù)所隱含的空間信息得以表達(dá)，發(fā)揮更大的作用；另一方面，也可以增強(qiáng)空間分析的能力。考慮到空間分析技術(shù)目前的發(fā)展十分迅速，新理論不斷出現(xiàn)，空間分析模塊已經(jīng)成為GIS中的必選模塊。

什么是GIS技術(shù)？

GIS是英文Geographic Information Systems的縮寫，中文習(xí)慣譯為地理信息系統(tǒng)。通常泛指用于獲取、存儲、查詢、綜合、處理、分析和顯示地理空間數(shù)據(jù)及與其相關(guān)之信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和地理科學(xué)等的發(fā)展而發(fā)展起來的，它通過計(jì)算機(jī)對各種地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、管理、統(tǒng)計(jì)、分析和顯示，生成并輸出用戶所需要的各種地理信息，它由計(jì)算機(jī)、地理信息系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)庫、分析應(yīng)用模型和圖形用戶界面及系統(tǒng)管理人員所組成。

自從20世紀(jì)60年代初GIS概念在加拿大提出以來，隨著多學(xué)科、多技術(shù)的發(fā)展和密切結(jié)合，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和空間分析理論的飛速發(fā)展，GIS的含義和應(yīng)用在不斷擴(kuò)大，GIS技術(shù)在最近20多年內(nèi)取得了驚人的發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。例如，土地信息系統(tǒng)可看成是GIS技術(shù)在土地管理的具體應(yīng)用，因此，GIS技術(shù)是土地信息系統(tǒng)建設(shè)最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。

目前，GIS技術(shù)的幾個(gè)發(fā)展主要表現(xiàn)在：

（1）三維GIS和時(shí)態(tài)GIS的發(fā)展已取得了一定進(jìn)展。

（2)GIS和GPS、RS三者結(jié)合的技術(shù)日益成熟。

（3）空間數(shù)據(jù)的存儲管理技術(shù)發(fā)展迅速。

隨著對象—關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，將空間數(shù)據(jù)無縫集成在DBMS中已成為現(xiàn)實(shí)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫（RDBMS）和GIS的結(jié)合，利用RDBMS存儲GIS數(shù)據(jù)，并通過RDBMS存取和操縱這些數(shù)據(jù)。新的RDBMS（如ORACLE產(chǎn)品）支持新的對象—關(guān)系模型，從而可以更好地支持空間數(shù)據(jù)類型（4）組件GIS技術(shù)。地理信息系統(tǒng)的組件化，就是采用組件（Component）技術(shù)實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺和應(yīng)用系統(tǒng)。其本質(zhì)就是軟件可復(fù)用技術(shù)。COM GIS就是采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件軟件技術(shù)的GIS系統(tǒng)，其基本思想是把GIS的各大功能模塊劃分為幾個(gè)組件，每個(gè)組件完成不同的功能。各個(gè)GIS組件之間以及GIS組件與非GIS組件之間，都可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的GIS基礎(chǔ)平臺及應(yīng)用系統(tǒng)。組件式GIS代表著當(dāng)今GIS發(fā)展的潮流。

（5)Web GIS技術(shù)。Web GIS是在INTERNET信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享、交流協(xié)作基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)GIS的在線查詢和業(yè)務(wù)處理等功能，是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物?；ヂ?lián)網(wǎng)（Internet），尤其是萬維網(wǎng)（WWW），已經(jīng)成為GIS的新的操作平臺。GIS通過WWW功能得以擴(kuò)展，真正成為一種大眾使用的工具，從WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet用戶可以瀏覽Web GIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進(jìn)入千家萬戶。

GIS發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢

經(jīng)過了多年的發(fā)展，各行業(yè)對 GIS 的認(rèn)識和掌握程度日益提高，GIS 本身的技術(shù)水平和軟硬件設(shè)施也日臻完善，其綜合性和先進(jìn)性也得到充分體現(xiàn)，這使得 GIS 在資源環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了重大的作用。目前，GIS 應(yīng)用領(lǐng)域已包括測繪、政府、建筑、地質(zhì)、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測等各個(gè)部門。

1. GIS 發(fā)展歷史

回顧 GIS 發(fā)展的歷史，可以歸納為三個(gè)發(fā)展階段。20 世紀(jì) 50 年代中期到 80 年代后期，是 GIS 的開發(fā)時(shí)期，該階段的 GIS 軟件是以地圖為基礎(chǔ)進(jìn)行單機(jī)、集中式處理，具有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)初期設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。80 年代末到 90 年代初是 GIS 第二個(gè)發(fā)展階段，這一階段 GIS 在快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件和軟件支撐下得到了迅速發(fā)展，商品化GIS 軟件正式進(jìn)入傳統(tǒng)的軟件市場，并在各行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。90 年代中后期以來，是GIS 的第三個(gè)重要的發(fā)展歷史時(shí)期，此時(shí) GIS 普遍采用了面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)，極大提高了 GIS 的二次開發(fā)能力，實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲。在此基礎(chǔ)上還逐漸形成了 “3S”技術(shù)集成，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了矢量數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)一體化存儲、疊加和矢量-柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)化。

在地學(xué)應(yīng)用方面，GIS 發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段: 20 世紀(jì) 70 年代末，一些數(shù)學(xué)地質(zhì)專家、遙感地質(zhì)專家、計(jì)算機(jī)地學(xué)處理專家積極開展了這方面應(yīng)用工作; 80 年代中后期，GIS 的地學(xué)應(yīng)用特別是礦產(chǎn)資源評價(jià)預(yù)測處于實(shí)驗(yàn)成熟期; 進(jìn)入 90 年代，GIS 在地學(xué)和其他領(lǐng)域得到空前廣泛應(yīng)用; 90 年代初期，美國礦產(chǎn)資源評價(jià)預(yù)測廣泛應(yīng)用了包括GIS 在內(nèi)的計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，90 年代中后期，GIS 在礦產(chǎn)預(yù)測方面采用了多種數(shù)學(xué)模型，如模糊邏輯法、代數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，這些工作極大地推動和豐富了地學(xué)研究與 GIS的結(jié)合。

2. GIS 未來發(fā)展趨勢

從系統(tǒng)角度看，在未來的幾十年內(nèi)，GIS 將向著數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 ( Interoperable GIS) 、數(shù)據(jù)多維化 ( 3D/4D GIS) 、系統(tǒng)集成化 ( Component GIS) 、平臺網(wǎng)絡(luò)化 ( Web GIS) 和應(yīng)用社會化 ( 數(shù)字地球，DE) 的方向發(fā)展。

互操作地理信息系統(tǒng) ( Interoperable GIS) 是 GIS 系統(tǒng)集成平臺，它實(shí)現(xiàn)在異構(gòu)環(huán)境下多個(gè)地理信息的系統(tǒng)或其應(yīng)用系統(tǒng)之間的互相通信和協(xié)作，以完成某一特定任務(wù)。

三維或四維地理信息系統(tǒng) ( 3D/4D GIS) 是從以往靜態(tài)的二維 GIS 模型向三維、四維、甚至多維的動態(tài)模型轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)利用 GIS 表達(dá)世界真三維空間數(shù)據(jù)場。目前 3DGIS 已開始應(yīng)用于許多行業(yè)中，如礦山三維 GIS 的構(gòu)建，地質(zhì)構(gòu)造模型的三維可視化，城市三維景觀制作，三維可視化在固體礦產(chǎn)中的應(yīng)用，三維可視化在地震解釋中的應(yīng)用，三維 GIS 在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用，三維 GIS 在數(shù)字區(qū)調(diào)中的應(yīng)用等。

Com GIS ( Component GIS) 是面向?qū)ο蠛蜆?gòu)件技術(shù)的地理信息系統(tǒng)，是把 GIS 的功能模塊劃分為多個(gè)控件，每個(gè)控件完成不同的功能，通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終 GIS 應(yīng)用。

Web GIS 是 Internet 和 WWW 技術(shù)應(yīng)用于 GIS 開發(fā)的產(chǎn)物，是實(shí)現(xiàn) GIS 互操作的一條最佳解決途徑。從 Internet 的任意節(jié)點(diǎn)，用戶都可以瀏覽 Web GIS 站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)，制作專題圖，進(jìn)行各種空間信息檢索和空間分析。隨著 Internet 的飛速發(fā)展，Web GIS 的發(fā)展更加廣闊，它改變了 GIS 數(shù)據(jù)及應(yīng)用的訪問和傳輸方式，使 GIS 真正變成了大眾使用的工具。

數(shù)字地球 ( DE) 是對真實(shí)地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一性的數(shù)字化重現(xiàn)和認(rèn)識，其核心思想是用數(shù)字化手段統(tǒng)一處理地球問題和最大限度地利用信息資源。數(shù)字地球是 GIS 的延伸，建立數(shù)字地球的核心技術(shù)包括 GIS 與數(shù)據(jù)庫、遙感、遙測、信息技術(shù)等。遙感、遙測技術(shù)用來完成數(shù)據(jù)采集、處理和識別，GIS 和數(shù)據(jù)庫技術(shù)用于完成數(shù)據(jù)存儲、檢索、集成、融合、綜合和分析，從而完成數(shù)字地球的核心功能，光纜、衛(wèi)星通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)則完成海量空間數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)。

gis的定義

GIS 是為解決資源與環(huán)境等全球性問題而發(fā)展起來的技

術(shù)與產(chǎn)業(yè)。上世紀(jì)60 年代中期，加拿大開始研究建立世界上

第一個(gè)地理信息系統(tǒng)(CGIS)，隨后又出現(xiàn)了美國哈佛大學(xué)的

SYMAP 和GRID 等系統(tǒng)。自那時(shí)起，GIS 開始服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)

和社會生活。在北美、西歐和日本等發(fā)達(dá)國家，現(xiàn)在已建立

了國家級、洲際之間以及各種專題性的地理信息系統(tǒng)。我國

GIS 的研究與應(yīng)用始于上世紀(jì)80 年代，近30 年來發(fā)展也十分

迅速，在計(jì)算機(jī)輔助繪制地圖等方面開展了大量基礎(chǔ)性的試

驗(yàn)與研究工作，在理論、技術(shù)方法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方面都有了

長足的進(jìn)步。

1.國外地理信息系統(tǒng)(GIS) 發(fā)展的4 個(gè)階段

（1）模擬地理信息系統(tǒng)階段

自19 世紀(jì)以來就得到廣泛應(yīng)用的地圖——模擬的圖形數(shù)

據(jù)庫和描述地理的文獻(xiàn)著作——模擬的屬性數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，

構(gòu)成了地理信息系統(tǒng)的基本概念模型。但是，這種模擬式的、

基于紙張的信息系統(tǒng)和信息過程，使得空間相關(guān)數(shù)據(jù)的存貯、

管理、量算與分析、應(yīng)用極不規(guī)范、不方便和效率低下。隨

著計(jì)算機(jī)科學(xué)的興起，數(shù)字地理信息的管理與使用成為必然。

（2）學(xué)術(shù)探索階段

上世紀(jì)50 年代，由于電子技術(shù)的發(fā)展及其在測量與制圖

學(xué)中的應(yīng)用，人們開始有可能用電子計(jì)算機(jī)來收集、存貯和

處理各種與空間和地理分布有關(guān)的圖形和屬性數(shù)據(jù)。1956 年，

奧地利測繪部門首先利用電子計(jì)算機(jī)建立了地籍?dāng)?shù)據(jù)庫，隨

后這一技術(shù)被各國廣泛應(yīng)用于土地測繪與地籍管理。1963 年，

加拿大測量學(xué)家首先提出地理信息系統(tǒng)這一術(shù)語，并建立了

世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)—— 加拿大地理信息系統(tǒng)

（CGIS），用于資源與環(huán)境的管理和規(guī)劃。稍后，北美和西歐

成立了許多與GIS 有關(guān)的組織與機(jī)構(gòu)，如美國城市與區(qū)域信

息系統(tǒng)協(xié)會（URISA），國際地理聯(lián)合會（IGU）地理數(shù)據(jù)收集

和處理委員會（CGDPS）等，極大地促進(jìn)了地理信息系統(tǒng)

知識與技術(shù)的傳播和推廣應(yīng)用。

（3）飛速發(fā)展和推廣應(yīng)用階段

上世紀(jì)70 年代以后，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化

與實(shí)用化，以及大型商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立與使用，地理信

息系統(tǒng)對地理空間數(shù)據(jù)的處理速度與能力取得突破性進(jìn)展。

其結(jié)果是：①一些發(fā)達(dá)國家先后建立了許多專業(yè)性的土地信

息系統(tǒng)（LIS）和資源與環(huán)境信息系統(tǒng)（GIS）；②關(guān)于GIS 軟

件、硬件和項(xiàng)目開發(fā)的商業(yè)公司篷勃發(fā)展。到1989 年，國際

市場上有報(bào)價(jià)的GIS 軟件達(dá)70 多個(gè)，并出現(xiàn)一些有代表性的

公司和產(chǎn)品。③數(shù)字地理信息的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化和商品

化。④各種通用和專用的地理空間分析模型得到深入研究和

廣泛使用，GIS 的空間分析能力顯著增強(qiáng)。⑤有關(guān)GIS 的具有

技術(shù)權(quán)威和行政權(quán)威的行業(yè)機(jī)構(gòu)和研究部門在GIS 的應(yīng)用發(fā)

展中發(fā)揮引導(dǎo)和驅(qū)動作用。

（4）地理信息產(chǎn)業(yè)的形成和社會化地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)

上世紀(jì)90 年代以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及國民經(jīng)濟(jì)信

息化的推進(jìn)，地理信息系統(tǒng)作為大的地理信息中心，進(jìn)入日

常辦公室和千家萬戶之中，從面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的項(xiàng)目開發(fā)到綜

合性城市與區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展研究，從政府行為、學(xué)術(shù)行為

發(fā)展到公民行為和信息民主，成為信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

2.國內(nèi)地理信息系統(tǒng)(GIS)發(fā)展現(xiàn)狀

我國對GIS 的研究起步較晚，但是近30 年來，在各級政

府和有關(guān)人士的大力呼吁和促動下，我國的地理信息系統(tǒng)事

業(yè)突飛猛進(jìn)，成績巨大。我國GIS 的發(fā)展可以劃分為3 個(gè)階

段。

（1）起步準(zhǔn)備階段（1978～1985 年）

主要在概念和理論體系的引入與建立，關(guān)于遙感分析、

制圖和數(shù)字地面模型的試驗(yàn)研究，以及軟、硬件的引進(jìn)，相

應(yīng)規(guī)范的研究，局部系統(tǒng)或試驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)研究，為GIS 的

全面發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（2）加速發(fā)展階段（1985～1995 年）

GIS 作為一個(gè)全國性的研究與應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)行了有計(jì)劃、

有目標(biāo)、有組織的科學(xué)試驗(yàn)與工程建設(shè)，取得一定的社會經(jīng)

濟(jì)效益。主要表現(xiàn)在：①GIS 教育與知識傳播的熱浪此起彼伏，

GIS 成為空間相關(guān)領(lǐng)域的熱門話題；②GIS 建設(shè)引起各級

政府高度重視，其發(fā)展機(jī)制由學(xué)術(shù)推動演變?yōu)檎苿?；?/p>

部分城市和沿海地區(qū)GIS 建設(shè)率先進(jìn)入實(shí)施階段，并取得階

段性成果；④出現(xiàn)商品化的國產(chǎn)GIS 軟件、硬件品牌；出現(xiàn)

專門的GIS 的管理中心、研究機(jī)構(gòu)與公司；出現(xiàn)專門的GIS

協(xié)會，涌現(xiàn)一批GIS 專門人才；出現(xiàn)專門的刊物與展示會；

初步形成全國性的GIS 市場。⑤在應(yīng)用模式、行業(yè)模式和管

理方面作了有益的探索。

（3）地理信息產(chǎn)業(yè)化階段（1995－）

目前，我國GIS 的發(fā)展正處于向產(chǎn)業(yè)化階段過渡的轉(zhuǎn)折

點(diǎn)。能否借助國際大氣候的東風(fēng)，倚重國內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的

大好形勢，搭乘全球信息高速公路的快車，實(shí)現(xiàn)地理信息產(chǎn)

業(yè)化和國民經(jīng)濟(jì)信息化，這是國內(nèi)地理信息界人士面臨的嚴(yán)

重挑戰(zhàn)和千載難逢的機(jī)遇。而在這一過程中，一方面需要探

索建立一套政府宏觀調(diào)控與市場機(jī)制相結(jié)合的地理信息產(chǎn)業(yè)

模式。另一方面，則要充分總結(jié)和借鑒國內(nèi)外地理信息系統(tǒng)

項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，掌握地理信息系統(tǒng)的發(fā)展動向，建

立起行之有效的地理信息系統(tǒng)工程學(xué)的理論、方法與管理模

式。

（三）地理信息系統(tǒng)(GIS)的發(fā)展動向

近年來地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展迅速，其主要的原動力來

自日益廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔⑾到y(tǒng)不斷提高的要求。另

一方面，計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展為地理信息系統(tǒng)提供了先進(jìn)

的工具和手段，許多計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)，如面向?qū)ο蠹夹g(shù)、

三維技術(shù)、圖象處理和人工智能技術(shù)都可直接應(yīng)用到地理信

息系統(tǒng)中。下面對當(dāng)前地理信息系統(tǒng)研究中的幾個(gè)熱點(diǎn)研究

領(lǐng)域作一介紹。

1.GIS 中面向?qū)ο蠹夹g(shù)研究

面向?qū)ο蠓椒槿藗冊谟?jì)算機(jī)上直接描述物理世界提供

了一條適合于人類思維模式的方法，面向?qū)ο蟮募夹g(shù)在GIS

中的應(yīng)用，即面向?qū)ο蟮腉IS，已成為GIS 的發(fā)展方向。這是

因?yàn)榭臻g信息較之傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫處理的一維信息更為復(fù)雜、瑣

碎，面向?qū)ο蟮姆椒槊枋鰪?fù)雜的空間信息提供了一條直觀、

結(jié)構(gòu)清晰、組織有序的方法，因而倍受重視。面向?qū)ο蟮腉IS

較之傳統(tǒng)GIS 有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)所有的地物以對象形式封裝，

而不是以復(fù)雜的關(guān)系形式存儲，使系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)良好、清晰；

(2)以對象為基礎(chǔ)，消除了分層的概念；(3)面向?qū)ο蟮姆诸?/p>

結(jié)構(gòu)和組裝結(jié)構(gòu)使GIS 可以直接定義和處理復(fù)雜的地物類型；

(4)根據(jù)面向?qū)ο蠛缶幾g的思想，用戶可以在現(xiàn)有抽象數(shù)據(jù)類

型和空間操作箱上定義自己所需的數(shù)據(jù)類型和空間操作方

法，增強(qiáng)系統(tǒng)的開發(fā)性和可擴(kuò)充性；(5)基于icon 的面向?qū)?/p>

象的用戶界面，便于用戶操作和使用。

2.時(shí)空系統(tǒng)

傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)只考慮地物的空間特性，忽略了其

時(shí)間特性。在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，如環(huán)境監(jiān)測、地震救援、天

氣預(yù)報(bào)等，空間對象是隨時(shí)間變化的，而這種動態(tài)變化的規(guī)

律在求解過程中起著十分重要的作用。過去GIS 忽略時(shí)態(tài)主

要是受器件的限制，也有技術(shù)方面的原因。近年來，對GIS

中時(shí)態(tài)特性的研究變得十分活躍，即所謂“時(shí)空系統(tǒng)”。

地物除了具有三維空間中的空間性質(zhì)外，如何刻畫時(shí)間

維的變化也十分重要。通常把GIS 的時(shí)間維分成處理時(shí)間維

和有效時(shí)間維。處理時(shí)間又稱數(shù)據(jù)庫時(shí)間或系統(tǒng)時(shí)間，它指

在GIS 中處理發(fā)生的時(shí)間。有效時(shí)間亦稱事件時(shí)間或?qū)嶋H時(shí)

間，它指在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域事件出現(xiàn)的時(shí)間。

根據(jù)處理時(shí)間和有效時(shí)間的劃分，可以把時(shí)空系統(tǒng)分為4

類：靜態(tài)時(shí)空系統(tǒng)、歷史時(shí)態(tài)系統(tǒng)、回溯時(shí)態(tài)系統(tǒng)和雙時(shí)態(tài)

系統(tǒng)。

(1)靜態(tài)時(shí)空系統(tǒng)。它既不支持處理時(shí)間，也不支持有效

時(shí)間，系統(tǒng)只保留應(yīng)用領(lǐng)域的一種狀態(tài)，比如當(dāng)前狀態(tài)。(2)

歷史時(shí)態(tài)系統(tǒng)。它只支持有效時(shí)間，這種系統(tǒng)適用于事件實(shí)

際發(fā)生的歷史對問題求解十分重要的應(yīng)用領(lǐng)域。(3)回溯時(shí)態(tài)

系統(tǒng)。它只支持處理時(shí)間，這種系統(tǒng)適用于信息系統(tǒng)的歷史

對問題求解十分重要的應(yīng)用領(lǐng)域。(4)雙時(shí)態(tài)系統(tǒng)。它同時(shí)支

持處理時(shí)間和有效時(shí)間。處理時(shí)間記錄了信息系統(tǒng)的歷史，

有效時(shí)間記錄了事件發(fā)生的歷史。 時(shí)空系統(tǒng)主要研究時(shí)空模

型，時(shí)空數(shù)據(jù)的表示、存儲、操作、查詢和時(shí)空分析。

3.地理信息建模系統(tǒng)

通用GIS 的空間分析功能對于大多數(shù)的應(yīng)用問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)

不夠的，因?yàn)檫@些領(lǐng)域都有自己獨(dú)特的專用模型，目前通用

的GIS 大多通過提供進(jìn)行二次開發(fā)的工具和環(huán)境來解決這一

問題。二次開發(fā)工具的一個(gè)主要問題是它對于普通用戶而言

過于困難。而GIS 成功應(yīng)用于專門領(lǐng)域的關(guān)鍵在于支持建立

該領(lǐng)域特有的空間分析模型。GIS 應(yīng)當(dāng)支持面向用戶的空間分

析模型的定義、生成和檢驗(yàn)的環(huán)境，支持與用戶交互式的基

于GIS 的分析、建模和決策。這種GIS 系統(tǒng)又稱為地理信

息建模系統(tǒng)(GIMS)。GIMS 是目前GIS 研究的熱點(diǎn)問題之一。

GIMS 的研究有幾個(gè)值得注意的動向。(1)面向?qū)ο笤贕IS

中的應(yīng)用。面向?qū)ο蠹夹g(shù)用對象(實(shí)體屬性和操作的封裝)、

對象類結(jié)構(gòu)(分類和組裝結(jié)構(gòu))、對象間的通訊來描述客觀世

界，為描述復(fù)雜的三維空間提供了一條結(jié)構(gòu)化的途徑。這種

技術(shù)本身就為模型的定義和表示提供了有效的手段，因而在

面向?qū)ο驡IS 基礎(chǔ)上研究面向?qū)ο蟮哪Ｐ投x、生成和檢驗(yàn)，

應(yīng)當(dāng)比在傳統(tǒng)GIS 上用傳統(tǒng)方法要容易得多。(2)基于icon

的用戶建模界面。建模過程中的對象和空間分析操作均以

icon 形式展示給用戶，用戶亦可自定義icon。用戶在對icon

的定義、選擇和操作中完成模型的定義和檢驗(yàn)。這種方法較

之AML 這類宏語言要方便和直觀得多。(3)GIS 與其他的模型

和知識庫的結(jié)合。這是許多應(yīng)用領(lǐng)域面臨的一個(gè)非常實(shí)際的

問題，即存在GIS 之外的模型和知識庫如何與GIS 耦合成一

個(gè)有機(jī)整體。

4.GIS 將往高維化發(fā)展

GIS 在礦山與地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用受到很大限制的重要原因

是其在處理三維問題上的不足。現(xiàn)有的GIS 軟件雖然可以用

數(shù)字高程模型來處理空間實(shí)體的高程坐標(biāo)，但是由于他們無

法建立空間實(shí)體的三維拓?fù)潢P(guān)系，使得很多真三維操作難以

實(shí)現(xiàn)，因而人們將現(xiàn)有的GIS 稱為二維GIS 或2.5 維GIS。礦

山、地質(zhì)以及氣象、環(huán)境、地球物理、水文等眾多的應(yīng)用領(lǐng)

域都需要三維GIS 平臺來支持他們大量的真三維操作。空間

可視化技術(shù)是指在動態(tài)、時(shí)空變換、多維的可交互的地圖條

件下探索視覺效果和提高視覺效果的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技

術(shù)，也稱虛擬環(huán)境和人工現(xiàn)實(shí)，已在游戲中成功使用。運(yùn)用

空間可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行地形環(huán)境仿真，真實(shí)再

現(xiàn)地景，用于交互式觀察和分析，提高對地形環(huán)境的認(rèn)知效

果，是今后三維GIS 可視化發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。四維GIS（4DGIS）

一般是指在原有的三維GIS 基礎(chǔ)上加入時(shí)間變量而構(gòu)成的

GIS。許多人認(rèn)為地質(zhì)特征是不變的，但實(shí)際上大部分地質(zhì)特

征是動態(tài)的、變化的，不是所有地質(zhì)情況都是變化緩慢的，

水災(zāi)、地震、暴風(fēng)雨以及滑坡都會使局部地質(zhì)條件發(fā)生快速

而巨大的變化。地質(zhì)學(xué)家對4D(立體3D 加上時(shí)間第4D)的空

間——時(shí)間模型尤感興趣。但是，增加一維將帶來很大的問

題。比如數(shù)據(jù)量的幾何級數(shù)增長，致使數(shù)據(jù)的采集、存取、

處理都帶來一系列的問題。不過，這些問題可以在計(jì)算機(jī)技

術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及相關(guān)電子技術(shù)的發(fā)展而得到解決。因此，

如何設(shè)計(jì)4DGIS 并運(yùn)用它來描述和處理地理對象的時(shí)態(tài)特征

是一個(gè)重要的發(fā)展領(lǐng)域。

本文題目：面向?qū)ο蠹夹g(shù)與GIS 面向?qū)ο蠹夹g(shù)與uml
標(biāo)題網(wǎng)址：http://muchs.cn/article0/doecdoo.html

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