gis在線監(jiān)測(cè)技術(shù)背景 gis在線監(jiān)測(cè)技術(shù)背景分析

GIS技術(shù)在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

0 引言

讓客戶滿意是我們工作的目標(biāo)，不斷超越客戶的期望值來自于我們對(duì)這個(gè)行業(yè)的熱愛。我們立志把好的技術(shù)通過有效、簡(jiǎn)單的方式提供給客戶，將通過不懈努力成為客戶在信息化領(lǐng)域值得信任、有價(jià)值的長(zhǎng)期合作伙伴，公司提供的服務(wù)項(xiàng)目有：域名注冊(cè)、網(wǎng)站空間、營(yíng)銷軟件、網(wǎng)站建設(shè)、萊蕪網(wǎng)站維護(hù)、網(wǎng)站推廣。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展、空間技術(shù)的日新月異及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論的日漸完善，GIS（Geographic Information System）技術(shù)也日趨成熟，并且逐漸被人們所認(rèn)識(shí)和接受。近年來，GIS被世界各國(guó)普遍重視，尤其是“數(shù)字地球”概念的提出，使其核心技術(shù)GIS更為各國(guó)政府所關(guān)注。目前，以管理空間數(shù)據(jù)見長(zhǎng)的GIS已經(jīng)在全球變化與監(jiān)測(cè)、軍事、資源管理、城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境研究、農(nóng)作物估產(chǎn)、災(zāi)害預(yù)測(cè)、交通管理、礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)、文物保護(hù)、濕地制圖以及政府部門等許多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。當(dāng)前GIS正處于急劇發(fā)展和變化之中，研究和總結(jié)GIS技術(shù)發(fā)展，對(duì)進(jìn)一步開展GIS研究工作具有重要的指導(dǎo)意義。因此，本文就目前GIS技術(shù)的研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)和分析。

1 GIS研究現(xiàn)狀及其分析

1.1 GIS研究現(xiàn)狀

世紀(jì)90年代以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷突破以及其它相關(guān)理論和技術(shù)的完善，GIS在全球得到了迅速的發(fā)展。在海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、表達(dá)、顯示及數(shù)據(jù)共享技術(shù)等方面都取得了顯著的成效，其概括起來有以下幾個(gè)方面[1]：①硬件系統(tǒng)采用服務(wù)器/客戶機(jī)結(jié)構(gòu)，初步形成了網(wǎng)絡(luò)化、分布式、多媒體GIS；②在GIS的設(shè)計(jì)中，提出了采用“開放的CIS環(huán)境”的概念，最終以實(shí)現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)共享為目標(biāo)；③高度重視數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)據(jù)質(zhì)量的問題，并已形成一些較為可行的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；④面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已經(jīng)問世，正在發(fā)展稱之為“對(duì)象——關(guān)系DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）”；⑤以CIS為核心的“3S”技術(shù)的逐漸成熟，為資源與環(huán)境工作提供了空間數(shù)據(jù)新的工具和方法；⑥新的數(shù)學(xué)理論和工具采用CIS，使其信息識(shí)別功能、空間分析功能得以增強(qiáng)等等。

在GIS技術(shù)不斷發(fā)展下，目前GIS的應(yīng)用已從基礎(chǔ)信息管理與規(guī)劃轉(zhuǎn)向更復(fù)雜的區(qū)域開發(fā)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，與衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合用于全球監(jiān)測(cè)，成為重要的輔助決策工具。據(jù)有關(guān)部門估計(jì)，目前世界上常用的GIS軟件己達(dá)400多種[2].國(guó)外較著名的GIS軟件產(chǎn)品有[3]：Auotodesk系列產(chǎn)品、Arc/Info、MapInfo及其構(gòu)件產(chǎn)品、Intergraph、Microstation等，還有Web環(huán)境下矢量地圖發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如XML、GML、SVG等等。我國(guó)GIS軟件研制起步較晚，比較成熟的測(cè)繪軟件主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。盡管現(xiàn)存的GIS軟件很多，但對(duì)于它的研究應(yīng)用，歸納概括起來有二種情況：一是利用GIS系統(tǒng)處理用戶的數(shù)據(jù)；二是在GIS的基礎(chǔ)上，利用它的開發(fā)函數(shù)庫二次開發(fā)用戶專用的GIS軟件。目前已成功應(yīng)用包括資源管理、自動(dòng)制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運(yùn)輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個(gè)領(lǐng)域。在美國(guó)及發(fā)達(dá)國(guó)家，GIS的應(yīng)用遍及環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)測(cè)、城市規(guī)劃建設(shè)、政府管理等眾多領(lǐng)域。近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，加速了GIS應(yīng)用的進(jìn)程，在城市規(guī)劃管理、交通運(yùn)輸、測(cè)繪、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮r重要的作用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.2 當(dāng)前GIS發(fā)展存在的主要問題

基于以上GIS技術(shù)現(xiàn)狀研究，本文分析認(rèn)為GIS技術(shù)在模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面存在著不足，一定程度上制約了GIS技術(shù)的發(fā)展。

（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面存在的問題

目前通用的GIS主要有矢量、柵格或兩者相加的混合系統(tǒng)，即使是混合系統(tǒng)實(shí)際上也是將兩類數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，當(dāng)需要執(zhí)行不同的任務(wù)時(shí)采用不同的數(shù)據(jù)形式。在矢量結(jié)構(gòu)方面，其缺點(diǎn)是處理位置關(guān)系（包括相交、通過、包含等）相當(dāng)費(fèi)時(shí)，且缺乏與DEM和RS直接結(jié)合的能力。在柵格結(jié)構(gòu)方面，存在著柵格數(shù)據(jù)分辨率低，精度差；難以建立地物間的拓?fù)潢P(guān)系；難以操作單個(gè)目標(biāo)及柵格數(shù)據(jù)存貯量大等問題[4].

（2）GIS模型存在的問題

傳統(tǒng)GIS模型是按照計(jì)算機(jī)的方法對(duì)客觀世界地理空間不自然的分割和抽象，使得人們認(rèn)知地理空間的認(rèn)知模型與計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)模型不能形成良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，難以表達(dá)復(fù)雜的地理實(shí)體，更難滿足客觀世界的整體特征要求。在GIS軟件開發(fā)中，如果語義分割不合理，將難以有效表達(dá)地理空間實(shí)體間的關(guān)系，這就導(dǎo)致較深層次的分析、處理操作難以實(shí)現(xiàn)。隨著GIS應(yīng)用需求領(lǐng)域的不斷開拓及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，使得傳統(tǒng)的地理空間數(shù)據(jù)模型力不從心，逐漸暴露其弊端。

目前，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型一定程度上解決了傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)模型的某些不足，但是OODB（面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫）目前仍未在市場(chǎng)以及關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用方面被廣泛接受，因?yàn)镺ODB作為一個(gè)DBS還不太成熟，如缺少完全非過程性的查詢語言以及視圖、授權(quán)、動(dòng)態(tài)模式更新和參數(shù)化性能協(xié)調(diào)等；且OODB與RDB之間缺少應(yīng)有的兼容性，因而使得大量的已建立起來的龐大的RDB客戶不敢輕易地去選擇OODB.

（3）其他方面亟待解決的問題

當(dāng)前，GIS正處在一個(gè)大變革時(shí)期，GIS的進(jìn)一步發(fā)展還面臨不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[5]：①GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法學(xué)問題。在GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中缺乏面向?qū)ο蟮恼J(rèn)知方法學(xué)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法學(xué)的指導(dǎo)，導(dǎo)致GIS軟件系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性差；②GIS的功能問題。當(dāng)前以數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理和查詢檢索功能為主的GIS，不能滿足社會(huì)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展在空間分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應(yīng)用效益和生命力；③三維GIS模型及可視化問題。目前大多數(shù)GIS軟件的圖形顯示是基于二維平面的，即使是三維效果顯示也是采用DEM的方法來處理表達(dá)地形的起伏，涉及到地底下真三維的自然和人工現(xiàn)象顯得無能為力。

2 GIS未來發(fā)展趨勢(shì)

2.1數(shù)據(jù)管理方面

（1）多比例尺、多尺度和多維空間數(shù)據(jù)的表達(dá)[6]

對(duì)于多比例尺數(shù)據(jù)的顯示，將運(yùn)用影像金字塔技術(shù)、細(xì)節(jié)分層技術(shù)和地圖綜合等技術(shù)；而為了實(shí)現(xiàn)GIS的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)和三維可視化，出現(xiàn)存儲(chǔ)真三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的3D GIS和真四維時(shí)空GIS，這其中涉及了空間數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)、時(shí)空數(shù)據(jù)處理與分析以及快速?gòu)V域三維計(jì)算與顯示等多項(xiàng)理論與技術(shù)[7].

（2）三庫一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方向

空間數(shù)據(jù)庫向著真正面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和圖形矢量庫、影像柵格庫和DEM格網(wǎng)庫三庫一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展[8].這種三庫一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變了以圖層為處理基礎(chǔ)的組織方式，實(shí)現(xiàn)了直接面向空間實(shí)體的數(shù)據(jù)組織，使多源空間數(shù)據(jù)的錄入與融合成為了可能，從而為GIS與遙感技術(shù)的集成創(chuàng)造了條件。

（3）基于空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫（Spatial Data warehouse）的海量空間數(shù)據(jù)管理的研究

空間數(shù)據(jù)量非常大，而且數(shù)據(jù)大都分散在政府、私人機(jī)構(gòu)、公司的各個(gè)部門，數(shù)據(jù)的管理與使用就變得非常復(fù)雜，但這些空間數(shù)據(jù)又具有極大的科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家都比較重視空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫的建立工作，許多研究機(jī)構(gòu)和政府部門都參與到空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫建立的研究工作。

（4）利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行知識(shí)發(fā)現(xiàn)

空間數(shù)據(jù)挖掘是從空間數(shù)據(jù)庫中抽取隱含的知識(shí)、空間關(guān)系以及其他非顯式的包含在空間數(shù)據(jù)庫中但以別的模式存在的信息供用戶使用，這是GIS應(yīng)用的較高層次。由于目前空間數(shù)據(jù)的組織與管理仍局限于二維、靜態(tài)、單時(shí)相，且仍以圖層為處理基礎(chǔ)，因此，當(dāng)前的GIS軟件和空間數(shù)據(jù)庫還不能有效地支持?jǐn)?shù)據(jù)挖掘。

2.2技術(shù)集成方面

（1）“3S”集成

“3S”是GPS（全球定位系統(tǒng)）、RS（遙感）和GIS的簡(jiǎn)稱，“3S”集成是指將遙感、空間定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)這三種對(duì)地觀測(cè)技術(shù)有機(jī)地集成在一起。地理信息是一種信息流，RS、GPS和GIS中任何一個(gè)系統(tǒng)都只側(cè)重于信息流特征中的一個(gè)方面，而不能滿足準(zhǔn)確、全面地描述地理信息流的要求。因此，無論從物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式、地學(xué)信息的本質(zhì)特征還是“3S”各自的技術(shù)特征來說，“3S”集成都是科技發(fā)展的必然結(jié)果。

目前，“3S”集成還僅限于兩兩結(jié)合方式，這是“3S”集成的初級(jí)和基礎(chǔ)起步階段，其核心是GIS與RS的結(jié)合。這種兩兩結(jié)合雖然優(yōu)于單一系統(tǒng)，但是仍然存在以下缺陷。將“3S”進(jìn)行集成從而形成一體化的信息技術(shù)體系是非常迫切的。這種集成包括空基“3S”集成和地基“3S”集成，即在硬件方面建立具有同步獲取涉譜數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的高重復(fù)觀測(cè)能力的平臺(tái)，而在軟件方面使GIS支持?jǐn)?shù)據(jù)封裝，同時(shí)解決圖形和圖像數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理問題。

（2）GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）是一種最有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，是當(dāng)代信息技術(shù)高速發(fā)展和集成的產(chǎn)物。從本質(zhì)上說，虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)用戶接口，通過計(jì)算機(jī)建立一種仿真數(shù)字環(huán)境，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形、聲音和接觸感受，利用多種傳感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，用戶可以如同在真實(shí)世界那樣“處理”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所產(chǎn)生的虛擬物體。將虛擬和重建逼真的、可操作的地理三維實(shí)體，GIS用戶在客觀世界的虛擬環(huán)境中能更有效的管理、分析空間實(shí)體數(shù)據(jù)。因此，開發(fā)虛擬GIS已成為GIS發(fā)展的一大趨勢(shì)。

（3）分布式技術(shù)、萬維網(wǎng)與GIS的結(jié)合[9]

目前，隨著Internet技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)深人到各行各業(yè)，作為與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的GIS也不例外，它們的結(jié)合產(chǎn)生了web GIS.當(dāng)前Web GIS系統(tǒng)已經(jīng)得到迅速的發(fā)展，到1999年1月，僅在美國(guó)出現(xiàn)的這類系統(tǒng)就有23種之多。又由于客戶端可能會(huì)采用新的應(yīng)用協(xié)議，因此也被認(rèn)為是Internet GIS.

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，分布式計(jì)算的優(yōu)勢(shì)日益凸顯，GIS與分布式技術(shù)結(jié)合也就成為必然，它們的結(jié)合即構(gòu)成了分布式CIS.它就是指利用最先進(jìn)的分布式計(jì)算技術(shù)來處理分布在網(wǎng)絡(luò)上的異構(gòu)多源的地理信息，集成網(wǎng)絡(luò)上不同平臺(tái)上的空間服務(wù)，構(gòu)建一個(gè)物理上分布，邏輯上統(tǒng)一的GIS.它與傳統(tǒng)GIS最大的區(qū)別在于它不是按照系統(tǒng)的應(yīng)用類別、運(yùn)行環(huán)境劃分的，而是按照系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分布特征和針對(duì)其中數(shù)據(jù)處理的計(jì)算特征而分類的。

（4）移動(dòng)通信技術(shù)與CIS的結(jié)合發(fā)展[10]

WAP/WML技術(shù)作為無線互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，已經(jīng)顯示了其巨大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。WAP柳ML技術(shù)與GIS技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了移動(dòng)GIS（Mobile GIS）應(yīng)用和無線定位服務(wù)LBS（Location一basedServices）。通過WAR/WML技術(shù)，移動(dòng)用戶幾乎可以在任何地方、時(shí)間獲得網(wǎng)絡(luò)提供的各種服務(wù)。無線定位服務(wù)將提供一個(gè)機(jī)會(huì)使GIS突破其傳統(tǒng)行業(yè)的角色而進(jìn)人到主流的IT技術(shù)領(lǐng)域里。大多數(shù)的分析家都認(rèn)為，到2010年，無線網(wǎng)絡(luò)將成為全球數(shù)據(jù)傳送的主要途徑。GIS的未來將會(huì)由其機(jī)動(dòng)性所決定。

當(dāng)前用于地理信息交互的語言還不足以完成真正的“設(shè)備無關(guān)接口”的互操作。各種移動(dòng)設(shè)備對(duì)于從地理信息服務(wù)器所獲得的信息，其表現(xiàn)方式是各不相同的，用戶輸人方式也不相同。因此，對(duì)于不同的移動(dòng)設(shè)備需要一種統(tǒng)一的標(biāo)記語言。無線定位服務(wù)將提供一個(gè)機(jī)會(huì)使GIS突破其傳統(tǒng)行業(yè)的角色而進(jìn)人到主流的IT技術(shù)領(lǐng)域里：大多數(shù)的分析家都認(rèn)為，到2010年，無線網(wǎng)絡(luò)將成為全球數(shù)據(jù)傳送的主要途徑。GIS的未來將會(huì)由其機(jī)動(dòng)性所決定。

（5）GIS與決策支持系統(tǒng)（DSS）的集成[11]

決策支持系統(tǒng)（Decision Support System，簡(jiǎn)稱DSS）是以管理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、控制論、行為科學(xué)和人下智能為基礎(chǔ)，運(yùn)用信息仿真和計(jì)算手段為基礎(chǔ)，綜合利用現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)庫、信息和模型來輔助決策者或決策分析人員解決結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化問題，甚至非結(jié)構(gòu)化問題的人機(jī)交互系統(tǒng)。

目前，絕大多數(shù)的GIS還僅限于圖形的分析處理，缺乏對(duì)復(fù)雜空間問題的決策支持，而目前絕大多數(shù)的DSS則無法向決策者提供一個(gè)友好的可視化的決策環(huán)境。因此，將GIS與DSS相集成，最終形成空間決策支持系統(tǒng)（SDSS），借助GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理分析功能，并在DSS中嵌入空間分析模塊，從而輔助決策者求解復(fù)雜的空間問題，這是GIS應(yīng)用向較高層次的發(fā)展。其中SDSS中知識(shí)的表達(dá)、獲取和知識(shí)推理以及模型庫、知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫三庫接口的設(shè)計(jì)是啞待解決的關(guān)鍵問題。

2.3 發(fā)展歷程方面

自20世紀(jì)60年代世界上第一個(gè)GIS——加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）問世以來，經(jīng)過40年的發(fā)展，GIS經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā)展。目前，隨著第三代互聯(lián)網(wǎng)的提出與實(shí)施，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS即將步入第四代GIS發(fā)展階段。

第四代GIS軟件將在數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)、檢索和運(yùn)算等方面發(fā)生革命性的變革。數(shù)據(jù)組織應(yīng)該是面向空間實(shí)體的，空間位置只是實(shí)體眾多屬性中的一類，它應(yīng)和其它屬性有機(jī)地組織在一起并統(tǒng)一存放：“關(guān)系”概念和“關(guān)系運(yùn)算”應(yīng)該加以擴(kuò)充，應(yīng)該包括空間關(guān)系及其運(yùn)算；傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化查詢語言應(yīng)該擴(kuò)充，把空間關(guān)系及其查詢包括在里面；以倒排表為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫索引機(jī)制應(yīng)該擴(kuò)展，建立至少包括拓?fù)潢P(guān)系在內(nèi)的新的索引機(jī)制；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制應(yīng)該適應(yīng)空間數(shù)據(jù)提取和計(jì)算的要求等。只有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)真正的一體化存儲(chǔ)和處理，才能自由地、方便地、快速地實(shí)現(xiàn)人們所期望的處理功能。在功能上，第四代GIS軟件應(yīng)該具備支持?jǐn)?shù)字地球（區(qū)域、城市）的能力，成為OS、DBMS之上的主要應(yīng)用集成平臺(tái)，它具有統(tǒng)一的海量存儲(chǔ)、查詢和分析處理能力、一定的三維和時(shí)序處理能力、強(qiáng)大的應(yīng)用集成能力和靈活的操縱能力，且具有一定的虛擬現(xiàn)實(shí)表達(dá)。

3 結(jié)束語

通過以上對(duì)GIS現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的分析，可以看出，GIS作為信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，正以前所未有的速度向前發(fā)展。把握當(dāng)前GIS的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及不足，有利于人們預(yù)見GIS的發(fā)展趨勢(shì)，站在更高更遠(yuǎn)的角度去揚(yáng)長(zhǎng)避短，較好地促進(jìn)GIS技術(shù)的快速發(fā)展。隨著地理信息系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的建立和數(shù)字化住處產(chǎn)品在全世界的普及，GIS將深人到各行各業(yè)以至千家萬戶，成為人們生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)和生活中不可缺少的工具和助手。

GIS的發(fā)展歷程（1500字左右能百度）

GIS的國(guó)際發(fā)展歷史

GIS起源于人口普查，土地調(diào)查和自動(dòng)制圖，1960年，加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlinson 提出了把地圖變成數(shù)字形式的地圖，1963年，又提出GIS這一本術(shù)語，并建立了第一個(gè)GIS－加拿大GIS，隨后GIS以燎原之勢(shì)在全世界迅速發(fā)展起來。

1、60年代，探索時(shí)期(GIS思想和技術(shù)方法的探索)人們關(guān)注什么是GIS，GIS能干什么。

2、70年代，鞏固時(shí)期，這時(shí)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及其在自然資源和環(huán)境數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用，促進(jìn) GIS迅速發(fā)展。

這期間，發(fā)展研究的重點(diǎn)是空間數(shù)據(jù)處理的算法，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫管理這三個(gè)方面。

3、80年代，實(shí)用階段，也是GIS普遍發(fā)展和推廣應(yīng)用階段，人們把GIS與RS解決全球性問題，如全球沙漠化，全球可居住地評(píng)價(jià)，核擴(kuò)散問題等。

4、90年代，全面應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)化階段，對(duì)GIS進(jìn)一步研究，研究的內(nèi)容集中在：空間信息分析的新模式和新方法，空間關(guān)系和數(shù)據(jù)模型，人工智能引入等。

●國(guó)際GIS的發(fā)展?fàn)顩r

GIS的國(guó)內(nèi)發(fā)展歷史

●我國(guó)GIS起步較晚，但發(fā)展較快，分為以下幾個(gè)階段：

1、70年代，準(zhǔn)備階段：

一些知名人士GIS先驅(qū)看到GIS的廣闊前景和GIS的重要性，進(jìn)行極積呼吁，為GIS在我國(guó)的發(fā)展奠定了與論準(zhǔn)備基礎(chǔ)并做了一些可行性實(shí)驗(yàn)。

2、 80年代，試驗(yàn)起步階段：

這期間，我國(guó)在GIS理論探索，規(guī)范探討，軟件開發(fā)，系統(tǒng)建立等方面取得了突破和進(jìn)展，進(jìn)行了一些典型，試驗(yàn)專題試驗(yàn)軟件開發(fā)工作。

3、90年代，我國(guó)GIS發(fā)展階段：

我國(guó)改革開放以來，沿海，治江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的發(fā)展土地的有償使用和外資的引進(jìn)，急需GIS為之服務(wù)，這也推動(dòng)GIS在我國(guó)的全面發(fā)展。

4、96年以來，是我國(guó)GIS產(chǎn)業(yè)化階段。

如何在環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用GIS技術(shù)?

GIS技術(shù)，即地理信息系統(tǒng)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中發(fā)揮著不容忽視的作用，不僅能整合、分析過去的研究結(jié)果，還能為未來的研究方向和保護(hù)工作提供建議及對(duì)策。具體來說，GIS在監(jiān)測(cè)農(nóng)家生態(tài)旅游環(huán)境中的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：

（1）建立稀有動(dòng)物數(shù)據(jù)庫。利用野外調(diào)查數(shù)據(jù)，確定野生動(dòng)物的分布地點(diǎn)和族群量，再將這些數(shù)據(jù)及動(dòng)植物基本數(shù)據(jù)輸入GIS。這些數(shù)據(jù)可與其他空間性數(shù)據(jù)如植被分布圖、土地利用圖、土地發(fā)展趨勢(shì)圖等相結(jié)合。這些數(shù)據(jù)也可與同級(jí)程序結(jié)合，進(jìn)行仿真模擬，以預(yù)測(cè)環(huán)境改變對(duì)這些動(dòng)植物的影響，同時(shí)還可用來進(jìn)行資源保護(hù)和經(jīng)營(yíng)管理等。

（2）生物資源調(diào)查的規(guī)劃。地理信息系統(tǒng)可通過數(shù)據(jù)處理，將環(huán)境劃分為均質(zhì)（Homogeneous）的小區(qū)域，以方便研究者在每一個(gè)區(qū)域內(nèi)選定觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，并進(jìn)行各區(qū)域內(nèi)生物族群組成的比較研究。

（3）建立動(dòng)植物分布數(shù)據(jù)庫。使用GIS能建立生物分布的數(shù)據(jù)庫，若能配合遙測(cè)技術(shù)所得的數(shù)據(jù)，就可得到生物所在地的狀況，再借由圖形數(shù)據(jù)來展現(xiàn)動(dòng)物的分布，以提高數(shù)據(jù)可讀性，并可進(jìn)行深入的分析。生物資源數(shù)據(jù)庫的建立，可幫助了解周圍的環(huán)境狀況，在資源規(guī)劃、利用、生態(tài)保護(hù)、景觀生態(tài)學(xué)研究、環(huán)境教育和國(guó)際交流上，都有其應(yīng)用范圍。

地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用背景

地理信息系統(tǒng) ( Geographic Information System，GIS) 是一項(xiàng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新興技術(shù)，是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)。圍繞這項(xiàng)技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用形成了一門交叉性、邊緣性的學(xué)科 ( ESRI Corporation，2010) 。在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，它可以對(duì)空間數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)或空間位置進(jìn)行有效管理、研究各種空間實(shí)體及其相互關(guān)系。通過對(duì)多因素的綜合分析，迅速地獲取滿足應(yīng)用需要的信息，并以地圖、圖形或數(shù)據(jù)的形式表示處理的結(jié)果。

目前世界上常用的 GIS 軟件已達(dá) 400 多種。它們大小不一，風(fēng)格各異。國(guó)外較著名的有 Arc View，ArcInfo，MapInfo，GenaMap 等; 國(guó)內(nèi)較著名的有 MapGIS，GeoStar 等 ( ESRI Corporation，2010) 。雖然 GIS 起步晚，但它發(fā)展快，目前已成功地應(yīng)用到 100 多個(gè)領(lǐng)域。

地理信息系統(tǒng)軟件的研究應(yīng)用，歸納概括有兩種情況。第一種是利用 GIS 系統(tǒng)來處理用戶的數(shù)據(jù); 第二種是在 GIS 的基礎(chǔ)上，利用它的開發(fā)函數(shù)庫二次開發(fā)出專用的地理信息系統(tǒng)軟件。目前 GIS 已成功地應(yīng)用到了包括資源管理、自動(dòng)制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運(yùn)輸、能源、教育、軍事等領(lǐng)域。

在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用遍及安全、環(huán)境保護(hù)、資源保護(hù)、災(zāi)害預(yù)測(cè)、投資評(píng)價(jià)、城市規(guī)劃建設(shè)、政府管理等眾多領(lǐng)域。

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用在城市規(guī)劃管理、交通運(yùn)輸、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、制圖等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，先后開發(fā)出了眾多基于 GIS 的防震減災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)、煤礦通風(fēng)安全信息、城市安全防范等信息管理系統(tǒng)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

由于 GIS 在煤礦中能夠?qū)γ旱V生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)事故、進(jìn)行生產(chǎn)管理以及快速有效地調(diào)度管理，對(duì)減少事故發(fā)生起著非常重要的作用。目前，地理信息系統(tǒng)在礦山領(lǐng)域中的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面。

( 1) 基于 GIS 的礦圖管理與更新

對(duì)地理底圖數(shù)據(jù)的管理與更新，包括地理底圖數(shù)據(jù)的錄入、編輯、修改、保存、輸出以及地理底圖庫的生成，可使用 GIS 的圖形編輯系統(tǒng)、空間分析系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)、地圖庫管理系統(tǒng)、校正系統(tǒng)等進(jìn)行處理。

對(duì)于其他諸如采掘工程平面圖、開拓巷道布置系統(tǒng)圖、通風(fēng)系統(tǒng)圖、避災(zāi)路線圖等礦圖，運(yùn)用 GIS 可以實(shí)現(xiàn)圖形處理與非圖形屬性信息處理相結(jié)合，用戶不必在兩個(gè)系統(tǒng)之間來回切換，提高了系統(tǒng)性能。另外，圖紙的無級(jí)縮放功能可以對(duì)任何圖形或圖層任意縮小和放大。漫游功能可漫游到圖上任意點(diǎn)，仔細(xì)查看每一條巷道及布置，可測(cè)算并動(dòng)態(tài)顯示任意兩點(diǎn)間的距離。

( 2) 礦井監(jiān)測(cè)及調(diào)度管理

以圖形方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦傳感器的工作情況以及井下設(shè)備的工作狀態(tài)。在圖上能夠看到每個(gè)傳感器當(dāng)時(shí)的物理參量和設(shè)備的開停狀態(tài)。如瓦斯超限時(shí)有鈴聲報(bào)警，通訊中斷時(shí)有相應(yīng)的顯示。通風(fēng)系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)向、變化趨勢(shì)等相關(guān)數(shù)據(jù)的處理及分析功能，能實(shí)時(shí)顯示和查詢監(jiān)控所采集的數(shù)據(jù)，并能自動(dòng)進(jìn)行超限報(bào)警。

( 3) 塌陷區(qū)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

塌陷區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)解譯系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)兩部分。第一部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的顯示、分析和校準(zhǔn)等; 第二部分主要實(shí)現(xiàn)功能查詢、面積統(tǒng)計(jì)和統(tǒng)計(jì)圖的繪制等。GIS 主要用于該系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析。

( 4) 煤礦生產(chǎn)勘探管理中的應(yīng)用

應(yīng)用 GIS 進(jìn)行圖件管理，主要是應(yīng)用其對(duì)柵格圖像的管理功能。這種管理貫穿于煤礦生產(chǎn)勘探設(shè)計(jì)到勘探資料提交的全部過程。其關(guān)鍵技術(shù)是柵格圖像的獲取和處理。

( 5) 礦井災(zāi)害事故預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

應(yīng)用 GIS 復(fù)雜而深層次的可視化查詢、分析功能，建立礦井災(zāi)害事故預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。例如，在煤礦突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中，可以選用斷層密度、巖溶發(fā)育程度、水壓及隔水層有效厚度、開采方法、頂板管理方法等因素構(gòu)成模型。通過與實(shí)際結(jié)果的多次擬合，得出突水指數(shù)，最后以圖形的方式輸出危險(xiǎn)突水區(qū)。同樣，對(duì)于礦井中瓦斯及煤塵爆炸、頂板冒落、煤層自然發(fā)火、沖擊地壓等災(zāi)害事故也可以用同樣的方式進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

GIS 也可用于突發(fā)事故的救災(zāi)指揮系統(tǒng)，通過 GIS 功能強(qiáng)大的 SQL 查詢，在顯示器上可以看到由 GIS 分析得出的該事故可能波及的范圍、疏散人員的最佳路徑以及該事故可能造成的損失等，管理人員將 GIS 所提供的資料與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相結(jié)合，進(jìn)行調(diào)度指揮，把事故的損失盡可能降到最低 ( 孫長(zhǎng)篙等，2004) 。

( 6) 基于 GIS 數(shù)字煤礦的發(fā)展

所謂數(shù)字煤礦是指在煤礦范圍內(nèi)建立一個(gè)以三維坐標(biāo)為主線，將煤礦信息構(gòu)建成一個(gè)煤礦信息模型，描述煤礦中每一點(diǎn)的全部信息，按三維坐標(biāo)組織、存儲(chǔ)起來，并提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段，使有關(guān)人員可以快速、準(zhǔn)確、充分和完整地了解及利用煤礦各方面的信息。

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