gis技術(shù)發(fā)展史 gis技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

地理信息系統(tǒng)的歷史發(fā)展

古往今來，幾乎人類所有活動都是發(fā)生在地球上，都與地球表面位置（即地理空間位置）息息相關(guān)，隨著計算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展和普及，地理信息系統(tǒng)（Geography Information System，GIS）以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的“數(shù)字地球”、“數(shù)字城市”在人們的生產(chǎn)和生活中起著越來越重要的作用。

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GIS可以分為以下五部分：

人員，是GIS中最重要的組成部分。

開發(fā)人員必須定義GIS中被執(zhí)行的各種任務(wù)，開發(fā)處理程序。

熟練的操作人員通常可以克服GIS軟件功能的不足，但是相反的情況就不成立。

最好的軟件也無法彌補(bǔ)操作人員對GIS的一無所知所帶來的負(fù)作用。

數(shù)據(jù)，精確的可用的數(shù)據(jù)可以影響到查詢和分析的結(jié)果。

硬件，硬件的性能影響到軟件對數(shù)據(jù)的處理速度，使用是否方便及可能的輸出方式。

軟件，不僅包含GIS軟件，還包括各種數(shù)據(jù)庫，繪圖、統(tǒng)計、影像處理及其它程序。

過程，GIS 要求明確定義，一致的方法來生成正確的可驗證的結(jié)果。

GIS屬于信息系統(tǒng)的一類，不同在于它能運(yùn)作和處理地理參照數(shù)據(jù)。

地理參照數(shù)據(jù)描述地球表面(包括大氣層和較淺的地表下空間)空間要素的位置和屬性，在GIS中的兩種地理數(shù)據(jù)成分：空間數(shù)據(jù)，與空間要素幾何特性有關(guān)；屬性數(shù)據(jù)，提供空間要素的信息。

地理信息系統(tǒng)（GIS）與全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感系統(tǒng)(RS)合稱3S系統(tǒng)。

地理信息系統(tǒng)(GIS) 是一種具有信息系統(tǒng)空間專業(yè)形式的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

在嚴(yán)格的意義上, 這是一個具有集中、存儲、操作、和顯示地理參考信息的計算機(jī)系統(tǒng)。

例如，根據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的位置對數(shù)據(jù)進(jìn)行識別。

實習(xí)者通常也認(rèn)為整個GIS系統(tǒng)包括操作人員以及輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)能夠應(yīng)用于科學(xué)調(diào)查、資源管理、財產(chǎn)管理、發(fā)展規(guī)劃、繪圖和路線規(guī)劃。

例如，一個地理信息系統(tǒng)(GIS)能使應(yīng)急計劃者在自然災(zāi)害的情況下較易地計算出應(yīng)急反應(yīng)時間，或利用GIS系統(tǒng)來發(fā)現(xiàn)那些需要保護(hù)不受污染的濕地。

地理數(shù)據(jù)和地理信息

什么是信息（Information）？1948年，美國數(shù)學(xué)家、信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)（Claude Elwood Shannon）在題為《通訊的數(shù)學(xué)理論》的論文中指出：“信息是用來消除隨機(jī)不定性的東西”； 1948年，美國著名數(shù)學(xué)家、控制論的創(chuàng)始人維納（Norbert Wiener）在《控制論》一書中，指出：“信息就是信息，既非物質(zhì)，也非能量。

” 狹義信息論將信息定義為“兩次不定性之差”，即指人們獲得信息前后對事物認(rèn)識的差別；廣義信息論認(rèn)為，信息是指主體（人、生物或機(jī)器）與外部客體（環(huán)境、其他人、生物或機(jī)器）之間相互聯(lián)系的一種形式，是主體與客體之間的一切有用的消息或知識。

我們認(rèn)為信息是通過某些介質(zhì)向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實世界新的事實的知識，它來源于數(shù)據(jù)且不隨載體變化而變化，它具有客觀性、實用性、傳輸性和共享性的特點 。

信息與數(shù)據(jù)既有區(qū)別，又有聯(lián)系。

數(shù)據(jù)是定性、定量描述某一目標(biāo)的原始資料，包括文字、數(shù)字、符號、語言、圖像、影像等，它具有可識別性、可存儲性、可擴(kuò)充性、可壓縮性、可傳遞性及可轉(zhuǎn)換性等特點。

信息與數(shù)據(jù)是不可分離的，信息來源于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是信息的載體。

數(shù)據(jù)是客觀對象的表示，而信息則是數(shù)據(jù)中包含的意義，是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。

對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（運(yùn)算、排序、編碼、分類、增強(qiáng)等）就是為了得到數(shù)據(jù)中包含的信息。

數(shù)據(jù)包含原始事實，信息是數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，是把數(shù)據(jù)處理成有意義的和有用的形式。

地理信息作為一種特殊的信息，它同樣來源于地理數(shù)據(jù)。

地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號化表示，是指表征地理環(huán)境中要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征及其規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像等的總和。

地理數(shù)據(jù)主要包括空間位置數(shù)據(jù)、屬性特征數(shù)據(jù)及時域特征數(shù)據(jù)三個部分。

空間位置數(shù)據(jù)描述地理對象所在的位置，這種位置既包括地理要素的絕對位置（如大地經(jīng)緯度坐標(biāo)），也包括地理要素間的相對位置關(guān)系（如空間上的相鄰、包含等）。

屬性數(shù)據(jù)有時又稱非空間數(shù)據(jù)，是描述特定地理要素特征的定性或定量指標(biāo)，如公路的等級、寬度、起點、終點等。

時域特征數(shù)據(jù)是記錄地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時刻或時段。

時域特征數(shù)據(jù)對環(huán)境模擬分析非常重要，正受到地理信息系統(tǒng)學(xué)界越來越多的重視。

空間位置、屬性及時域特征構(gòu)成了地理空間分析的三大基本要素。

地理信息是地理數(shù)據(jù)中包含的意義，是關(guān)于地球表面特定位置的信息，是有關(guān)地理實體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動狀態(tài)的表征和一切有用的知識。

作為一種特殊的信息，地理信息除具備一般信息的基本特征外，還具有區(qū)域性、空間層次性和動態(tài)性特點。

當(dāng)今社會，人們非常依賴計算機(jī)以及計算機(jī)處理過的信息。

在計算機(jī)時代，信息系統(tǒng)部分或全部由計算機(jī)系統(tǒng)支持，因此，計算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶是信息系統(tǒng)的四大要素。

其中，計算機(jī)硬件包括各類計算機(jī)處理及終端設(shè)備；軟件是支持?jǐn)?shù)據(jù)信息的采集、存貯加工、再現(xiàn)和回答用戶問題的計算機(jī)程序系統(tǒng)；數(shù)據(jù)則是系統(tǒng)分析與處理的對象，構(gòu)成系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)；用戶是信息系統(tǒng)所服務(wù)的對象。

從20世紀(jì)中葉開始，人們就開始開發(fā)出許多計算機(jī)信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)采用各種技術(shù)手段來處理地理信息，它包括：

○ 數(shù)字化技術(shù)：輸入地理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化形式的技術(shù)；

○ 存儲技術(shù)：將這類信息以壓縮的格式存儲在磁盤、光盤、以及其他數(shù)字化存儲介質(zhì)上的技術(shù)；

○ 空間分析技術(shù)：對地理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，完成對地理數(shù)據(jù)的檢索、查詢，對地理數(shù)據(jù)的長度、面積、體積等的量算，完成最佳位置的選擇或最佳路徑的分析以及其他許多相關(guān)任務(wù)的方法；

○ 環(huán)境預(yù)測與模擬技術(shù)：在不同的情況下，對環(huán)境的變化進(jìn)行預(yù)測模擬的方法；

○ 可視化技術(shù)：用數(shù)字、圖像、表格等形式顯示、表達(dá)地理信息的技術(shù)。

這類系統(tǒng)共同的名字就是地理信息系統(tǒng)（GIS , Geographic Information System），它是用于采集、存儲、處理、分析、檢索和顯示空間數(shù)據(jù)的計算機(jī)系統(tǒng)。

與地圖相比，GIS具備的先天優(yōu)勢是將數(shù)據(jù)的存儲與數(shù)據(jù)的表達(dá)進(jìn)行分離，因此基于相同的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)能夠產(chǎn)生出各種不同的產(chǎn)品。

由于不同的部門和不同的應(yīng)用目的，GIS的定義也有所不同。

當(dāng)前對GIS的定義一般有四種觀點：即面向數(shù)據(jù)處理過程的定義、面向工具箱的定義、面向?qū)ｎ}應(yīng)用的定義和面向數(shù)據(jù)庫的定義。

Goodchild把GIS定義為“采集、存貯、管理、分析和顯示有關(guān)地理現(xiàn)象信息的綜合技術(shù)系統(tǒng)”。

Burrough認(rèn)為“GIS是屬于從現(xiàn)實世界中采集、存儲、提取、轉(zhuǎn)換和顯示空間數(shù)據(jù)的一組有力的工具”，俄羅斯學(xué)者也把GIS定義為“一種解決各種復(fù)雜的地理相關(guān)問題，以及具有內(nèi)部聯(lián)系的工具 *** ”。

面向數(shù)據(jù)庫是定義則是在工具箱定義的基礎(chǔ)上，更加強(qiáng)調(diào)分析工具和數(shù)據(jù)庫間的連接，認(rèn)為GIS是空間分析方法和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結(jié)合。

面向?qū)ｎ}應(yīng)用的定義是在面向過程定義的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)GIS所處理的數(shù)據(jù)類型，如土地利用GIS、交通GIS等；我們認(rèn)為地理信息系統(tǒng)它是在計算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。

它和其他計算系統(tǒng)一樣包括計算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素。

只不過GIS中的所有數(shù)據(jù)都具有地理參照，也就是說，數(shù)據(jù)通過某個坐標(biāo)系統(tǒng)與地球表面中的特定位置發(fā)生聯(lián)系。

地理信息系統(tǒng)簡稱GIS，多數(shù)人認(rèn)為是Geographical Information System（地理信息系統(tǒng)），也有人認(rèn)為是Geo-information System（地學(xué)信息系統(tǒng)）等等。

人們對GIS理解在不斷深入，內(nèi)涵在不斷拓展，“GIS”中，“S”的含義包含四層意思：

一是系統(tǒng)（System），是從技術(shù)層面的角度論述地理信息系統(tǒng)，即面向區(qū)域、資源、環(huán)境等規(guī)劃、管理和分析，是指處理地理數(shù)據(jù)的計算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，但更強(qiáng)調(diào)其對地理數(shù)據(jù)的管理和分析能力，地理信息系統(tǒng)從技術(shù)層面意味著幫助構(gòu)建一個地理信息系統(tǒng)工具，如給現(xiàn)有地理信息系統(tǒng)增加新的功能或開發(fā)一個新的地理信息系統(tǒng)或利用現(xiàn)有地理信息系統(tǒng)工具解決一定的問題，如一個地理信息系統(tǒng)項目可能包括以下幾個階段：

（1）定義一個問題；

（2）獲取軟件或硬件；

（3）采集與獲取數(shù)據(jù)；

（4）建立數(shù)據(jù)庫；

（5）實施分析；

（6）解釋和展示結(jié)果。

這里的地理信息系統(tǒng)技術(shù)（Geographic information technologies）是指收集與處理地理信息的技術(shù)，包括全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（Remote Sensing）和GIS。

從這個含義看，GIS包含兩大任務(wù)，一是空間數(shù)據(jù)處理；二是GIS應(yīng)用開發(fā)。

二是科學(xué)（Science），是廣義上的地理信息系統(tǒng)，常稱之為地理信息科學(xué)，是一個具有理論和技術(shù)的科學(xué)體系，意味著研究存在于GIS和其它地理信息技術(shù)后面的理論與觀念（GIScience）。

三是代表著服務(wù)（Service），隨著遙感等信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等的應(yīng)用和普及，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)從單純的技術(shù)型和研究型逐步向地理信息服務(wù)層面轉(zhuǎn)移，如導(dǎo)航需要催生了導(dǎo)航GIS的誕生，著名的搜索引擎Google也增加了Google Earth功能，GIS成為人們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠帧?/p>

當(dāng)同時論述GIS技術(shù)、GIS科學(xué)或GIS服務(wù)時，為避免混淆，一般用GIS表示技術(shù)，GIScience或GISci表示地理信息科學(xué)，GIService或GISer表示地理信息服務(wù)。

四是研究（Studies），即GIS= Geographic Information Studies，研究有關(guān)地理信息技術(shù)引起的社會問題（societal context），如法律問題（legal context），私人或機(jī)密主題，地理信息的經(jīng)濟(jì)學(xué)問題等。

因此，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System,GIS）是一種專門用于采集、存儲、管理、分析和表達(dá)空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，它既是表達(dá)、模擬現(xiàn)實空間世界和進(jìn)行空間數(shù)據(jù)處理分析的“工具”，也可看作是人們用于解決空間問題的“資源”，同時還是一門關(guān)于空間信息處理分析的“科學(xué)技術(shù)” 。

60年代早期，在核武器研究的推動下，計算機(jī)硬件的發(fā)展導(dǎo)致通用計算機(jī)“繪圖”的應(yīng)用。

1967年，世界上第一個真正投入應(yīng)用的地理信息系統(tǒng)由聯(lián)邦林業(yè)和農(nóng)村發(fā)展部在加拿大安大略省的渥太華研發(fā)。

羅杰·湯姆林森博士開發(fā)的這個系統(tǒng)被稱為加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS ） ，用于存儲，分析和利用加拿大土地統(tǒng)計局（ CLI，使用的1:50,000比例尺，利用關(guān)于土壤、農(nóng)業(yè)、休閑，野生動物、水禽、林業(yè)和土地利用的地理信息，以確定加拿大農(nóng)村的土地能力。

）收集的數(shù)據(jù)，并增設(shè)了等級分類因素來進(jìn)行分析。

CGIS是“計算機(jī)制圖”應(yīng)用的改進(jìn)版，它提供了覆蓋，資料數(shù)字化/掃描功能。

它支持一個橫跨大陸的國家坐標(biāo)系統(tǒng)，將線編碼為具有真實的嵌入拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的“弧”，并在單獨的文件中存儲屬性和區(qū)位信息。

由于這一結(jié)果，湯姆林森已經(jīng)成為稱為“地理信息系統(tǒng)之父”，尤其是因為他在促進(jìn)收斂地理數(shù)據(jù)的空間分析中對覆蓋的應(yīng)用。

CGIS一直持續(xù)到20世紀(jì)70年代才完成，但耗時太長，因此在其發(fā)展初期，不能與如Intergraph這樣的銷售各種商業(yè)地圖應(yīng)用軟件的供應(yīng)商競爭。

CGIS一直使用到20世紀(jì)90年代，并在加拿大建立了一個龐大的數(shù)字化的土地資源數(shù)據(jù)庫。

它被開發(fā)為基于大型機(jī)的系統(tǒng)以支持一個在聯(lián)邦和省的資源規(guī)劃和管理。

其能力是大陸范圍內(nèi)的復(fù)雜數(shù)據(jù)分析。

CGIS未被應(yīng)用于商業(yè) 。

微型計算機(jī)硬件的發(fā)展使得象ESRI和CARIS那樣的供應(yīng)商成功地兼并了大多數(shù)的CGIS特征，并結(jié)合了對空間和屬性信息的分離的第一種世代方法與對組織的屬性數(shù)據(jù)的第二種世代方法入數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

20世紀(jì)80年代和90年代產(chǎn)業(yè)成長 *** 了應(yīng)用了GIS的UNIX工作站和個人計算機(jī)飛速增長。

至20世紀(jì)末，在各種系統(tǒng)中迅速增長使得其在相關(guān)的少量平臺已經(jīng)得到了鞏固和規(guī)范。

并且用戶開始提出了在互聯(lián)網(wǎng)上查看GIS數(shù)據(jù)的概念，這要求數(shù)據(jù)的格式和傳輸標(biāo)準(zhǔn)化。

地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是計算機(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時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)的計算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

從表現(xiàn)形式來看，GIS表現(xiàn)為計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，其核心是管理、計算、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.日趨與計算機(jī)信息技術(shù)融合

近年來隨著計算機(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，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)行實時交互操作；虛擬現(xiàn)實技術(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：

（1）支持“數(shù)字地球”或“數(shù)字城市”概念的實現(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)管理及計算、WebGIS和B/S體系結(jié)構(gòu)，用戶可以實現(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、人口統(tǒng)計、房地產(chǎn)開發(fā)、個人位置服務(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。實際上，GIS的應(yīng)用將加速度地深入人們的工作和生活的各個方面。GoogleEarth的流行就是GIS技術(shù)深入到日常生活每一個角落的明證。

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，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)生實施救護(hù)治療，同時通過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、及時的治療。

如果在車輛移動目標(biāo)、家居固定點目標(biāo)、重點保護(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，體驗數(shù)字空間高科技價值。

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、國家乃至整個地球都高度濃縮到計算機(jī)屏幕上的時候，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)實世界的一個模型和模擬實現(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、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；③土壤資源污染與防治；④土壤養(yǎng)分流失評價；⑤土壤資源評價和管理；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)用土地評價和用地估計系統(tǒng)，系統(tǒng)中的農(nóng)用土地評價包括土壤生產(chǎn)力的分等定級、土壤適宜性評價、土壤生產(chǎn)力潛力評價。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，在應(yīng)用上進(jìn)一步趨向農(nóng)業(yè)實際生產(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、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)用從土壤土地數(shù)據(jù)庫建立到土壤退化評價方法等一系列現(xiàn)代信息系統(tǒng)技術(shù)，編制出了實驗區(qū)的土壤水蝕危害和風(fēng)蝕評價圖；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)安縣的試驗結(jié)果表明，這是一個簡單但實用的土壤信息系統(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)確地由有限的單個點位的土壤原始數(shù)據(jù)分析土壤屬性的空間分布成為關(guān)注的焦點。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計算出，復(fù)合地形數(shù)據(jù)，可以依經(jīng)驗判斷或根據(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?？紤]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。

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)計的主要特點。80 年代末到 90 年代初是 GIS 第二個發(fā)展階段，這一階段 GIS 在快速發(fā)展的計算機(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 的第三個重要的發(fā)展歷史時期，此時 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)資源評價預(yù)測處于實驗成熟期; 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)資源評價預(yù)測廣泛應(yīng)用了包括GIS 在內(nèi)的計算機(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，它實現(xiàn)在異構(gòu)環(huán)境下多個地理信息的系統(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控件，每個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，是實現(xiàn) GIS 互操作的一條最佳解決途徑。從 Internet 的任意節(jié)點，用戶都可以瀏覽 Web GIS 站點中的空間數(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系統(tǒng)的發(fā)展歷史

我國GIS的發(fā)展較晚，經(jīng)歷了四個階段，即起步(1970-1980)、準(zhǔn)備(1980-1985)、發(fā)展(1985-1995)、產(chǎn)業(yè)化(1996以后)階段。

GIS已在許多部門和領(lǐng)域得到應(yīng)用，并引起了 *** 部門的高度重視。

從應(yīng)用方面看，地理信息系統(tǒng)已在資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃建設(shè)、土地管理、農(nóng)作物調(diào)查與結(jié)產(chǎn)、交通、能源、通訊、地圖測繪、林業(yè)、房地產(chǎn)開發(fā)、自然災(zāi)害的監(jiān)測與評估、金融、保險、石油與天然氣、軍事、犯罪分析、運(yùn)輸與導(dǎo)航、110報警系統(tǒng)、公共汽車調(diào)度等方面得到了具體應(yīng)用。

國內(nèi)外已有城市測繪地理信息系統(tǒng)或測繪數(shù)據(jù)庫正在運(yùn)行或建設(shè)中。

一批地理信息系統(tǒng)軟件已研制開發(fā)成功，一批高等院校已設(shè)立了一些與GIS有關(guān)的專業(yè)或?qū)W科，一批專門從事GIS產(chǎn)業(yè)活動的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)相繼成立。

此外，還成立了“中國GIS協(xié)會“和“中國GPS技術(shù)應(yīng)用協(xié)會“等。

目前國內(nèi)建設(shè)GIS系統(tǒng)比較常用的軟件有Supermap GIS系列、MapGIS系列、MyGIS系列。

分享標(biāo)題：gis技術(shù)發(fā)展史 gis技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢
當(dāng)前路徑：http://muchs.cn/article16/dohcidg.html

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