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摘要：地理信息系统（GIS）是21世纪支柱性产业，是信息产业的重要组成部分。本文从数据标准化（Interoperable GIS）、数据多维化（3D&4D GIS）、系统集成化（Component GIS）、系统智能化（CyberGIS）、平台网络化（WebGIs）和应用社会化（数字地球）等方面介绍了地理信息系统的未来发展方向。
关键词：地理信息系统（GIS）；数据标准化（Interoperable GIS）；数据多维化（3D&4D GIS）；系统集成化（Component GIS）；系统智能化（CyberGIS）；平台网络化（WebGIs）；应用社会化（数字地球）
中图分类号：K90 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2011）-10-0-02
一、概述
地理信息系统，简称GIS（Geographic Information System）。它是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物。虽然不同领域的学者对GIS的定义并不一致，但广义而言，凡是对空间资料进行各种处理、应用、分析的系统均可称之为地理信息系统，它具备地理信息的获取、存储、检索、处理、分析和显示等功能。
在新兴的信息产业中，GIS作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学和管理科学及相关学科等为一体的新兴边缘学科，近30年来迅速兴起。据估计，人类活动80%的信息量与地理信息系统密切相关，因此GIS开发和应用的前途和容量是不可限量的。目前GIS被认为是21世纪支柱性产业，是信息产业的重要组成部分。从系统角度看，在未来的几十年内。地理信息将向着数据标准化（Interoperable GIS）、数据多维化（3D&4D GIS）、系统集成化（Component GIS）、系统智能化（CyberGIS）、平台网络化（WebGIs）和应用社会化（数字地球）的方向发展。
（一）Interoperable GIS。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这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。互操作地理信息系统的出现就是解决传统GIS开发方式带来的数据语义表达上不可调和的矛盾，这是一个新的GIS系统集成平台，它实现了多个地理信息系统之间的互相通信和协作。
（二）3D & 4D GIS。GIS处理的空间数据，从本质上说是三维连续分布的。但是，目前GIS的主要应用还停留在处理地球表面的数据上，大多数GIS平台都支持点、线、面三类空间物体，不能很好地支持曲面(体)，这主要是因为三维GIS在数据的采集、管理、分析、表示和系统设计等方面要比二维GIS复杂得多。尽管有些GIS软件还采用建立数字高程模型的方法来处理和表达地形的起伏，但涉及到地下和地上的三维的自然和人工景观就显得无能为力，只能把它们先投影到地表，再进行处理，这种方式实际上还是以二维的形式来处理数据的。这种试图用二维系统来描述三维空间的方法，必然存在不能精确地反映、分析和显示三维信息的问题。
三维G1S目前的研究重点集中在三维数据结构(如数字表面模型、断面、柱状实体等)的设计、优化与实现，以及可视化技术的运用、三维系统的功能和模块设计等方面。
另一方面，地理后息系统所描述的地理对象往往具有时间属性，即时态。随着时间的推移，地理对象的特征会发生变化，而这种变化可能是很大的，但目前大多数地理信息系统都不能很好地支持地理对象和组合事件时间维的处理。许多GIS应用领域的要求都是基于时间特征的，如区域人口的变化、平均年龄的变化、洪水最高水位的变化等。对这样的应用背景，仅采取作为属性数据库中的一个属性不能很好地解决问题，因此，如何设计运用四维GIS来描述、处理地理对象的时态特征也是GIS的一个重要研究领域。
（三）Component GIS（ComGIS）。构件式软件技术成为了当今软件技术的潮流之一，它的出现改变了以往封闭、复杂、难以维护的软件开发模式。ComGIS便是顺应这一潮流的新一代地理信息系统，是面向对象技术和构件式软件技术在GIS软件开发中的应用。
ComGIS的基本思想是把GIS的功能模块划分为多个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。控件如同一堆各式各样的积木，分别实现不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，就构成地理信息系统基础平台和应用系统。
（四）WebGIS。飞速发展的Internet/Intranet已经成为GIS新的系统平台，利用Internst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。从web的任一节点，Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据，制作专题图，进行各种空间检索和空间分析，这就是基于web的地理信息系统(WebGIS)。WebGIS显然要求支持Internet/Intranet标准，具有分布式应用体系结构，它可以看作是由多主机、多数据库与多台终端通过Internet/Intranet组成的网络．其网络Client端为GIS功能层和数据管理层，用以获得信息和各种应用网络Server端为数据维护层，提供数据信息和系统服务。
WebGIS系统可以分为四个部分：浏览器，用以显示空间数据信息并支持C1ient端的在线处理，如查询和分析等；信息代理，用以均衡网络负载，实现空间信息网络化；服务器，用浏览器的数据请求，完成后台空间数据库的管理；编辑器，提供导入空间数据库数据的功能，形成完整的GIS对象、模型和数据结构的编辑和表现环境。总之，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。
（五）CyberGIS。赛博空间(CyberSpace)目前在媒体中较多出现，它以计算机技术、现代通后、网络技术、虚拟现实技术的综合应用为基础，构造出一种人们进行社会交往和交流的新型空间，是一个人工世界。科学家预言未来的人们将在赛博空间里的信息海洋中生活，从一个节点到另一个节点，从一个信息源到另一个信息源进行信息交流和信息创造。世界各地的人民在全新的赛博空间中漫游．实现相互之间的通信、贸易和科教活动。
在赛博空间中以这种空间智能体做为构成模块的GIS系统就是CyberGIS，它自动地接受用户以高级语言描述的指令，利用它能够感知并作用于所处的赛博空间的“本领”。通过与其他空间智能体的交互，为用户找到赛博空间中所需要的信息。
（六）数字地球。数字地球一词近来风靡全球，它在农业、林业、水利、地矿、交通、通讯、教育、环境、人口、城市建设等几十个领域都能产生巨大的经济效益和杜会效益。作为新的凝聚全人类梦想的目标，数字地球提供了一种前所未有的认识地球的方式，它将对人类与自然的协调和平衡带来不可估量的推进作用。
GIS未来的发展主要表现为传统GIS在内容(3D＆4DGIS、CyberGIS)和结构(Interoperable GIS、CompGIS、WebGIS)两方面的完善，这两个方面都将统一于数字地球框架下。从另一个角度来看，GIS的发展是首先面临着GIS应用领域的具体需求，然后在相关支撑技术的发展和完善下得以实现，而数字地球作为“集大成者”，无疑是GIS最终的发展目标。
二、结束语
用户的需要、技术的进步和应用方法论的提高等因素，深深地影响着GIS的发展，而网络技术日新月异的飞速发展更是大大加速了GIS普及应用的进程，最终将帮助人类实现建立“数字化地球”的梦想。
参考文献：
[1]杨世凤.GIS和GRPS在国内市政管网系统中的应用[J].天津科技大学学报,2010.
[2]修文群.地理信息系统GIS数字化城市建设指南[M].北京希望电子出版社,2001.
[3]姜小轶,孙运生.三维地理信息系统(3D GIS)的发展现状及趋势[M].世界地质,1998.
关键词：地理信息系统（GIS）；数据标准化（Interoperable GIS）；数据多维化（3D&4D GIS）；系统集成化（Component GIS）；系统智能化（CyberGIS）；平台网络化（WebGIs）；应用社会化（数字地球）
中图分类号：K90 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2011）-10-0-02
一、概述
地理信息系统，简称GIS（Geographic Information System）。它是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物。虽然不同领域的学者对GIS的定义并不一致，但广义而言，凡是对空间资料进行各种处理、应用、分析的系统均可称之为地理信息系统，它具备地理信息的获取、存储、检索、处理、分析和显示等功能。
在新兴的信息产业中，GIS作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学和管理科学及相关学科等为一体的新兴边缘学科，近30年来迅速兴起。据估计，人类活动80%的信息量与地理信息系统密切相关，因此GIS开发和应用的前途和容量是不可限量的。目前GIS被认为是21世纪支柱性产业，是信息产业的重要组成部分。从系统角度看，在未来的几十年内。地理信息将向着数据标准化（Interoperable GIS）、数据多维化（3D&4D GIS）、系统集成化（Component GIS）、系统智能化（CyberGIS）、平台网络化（WebGIs）和应用社会化（数字地球）的方向发展。
（一）Interoperable GIS。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这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。互操作地理信息系统的出现就是解决传统GIS开发方式带来的数据语义表达上不可调和的矛盾，这是一个新的GIS系统集成平台，它实现了多个地理信息系统之间的互相通信和协作。
（二）3D & 4D GIS。GIS处理的空间数据，从本质上说是三维连续分布的。但是，目前GIS的主要应用还停留在处理地球表面的数据上，大多数GIS平台都支持点、线、面三类空间物体，不能很好地支持曲面(体)，这主要是因为三维GIS在数据的采集、管理、分析、表示和系统设计等方面要比二维GIS复杂得多。尽管有些GIS软件还采用建立数字高程模型的方法来处理和表达地形的起伏，但涉及到地下和地上的三维的自然和人工景观就显得无能为力，只能把它们先投影到地表，再进行处理，这种方式实际上还是以二维的形式来处理数据的。这种试图用二维系统来描述三维空间的方法，必然存在不能精确地反映、分析和显示三维信息的问题。
三维G1S目前的研究重点集中在三维数据结构(如数字表面模型、断面、柱状实体等)的设计、优化与实现，以及可视化技术的运用、三维系统的功能和模块设计等方面。
另一方面，地理后息系统所描述的地理对象往往具有时间属性，即时态。随着时间的推移，地理对象的特征会发生变化，而这种变化可能是很大的，但目前大多数地理信息系统都不能很好地支持地理对象和组合事件时间维的处理。许多GIS应用领域的要求都是基于时间特征的，如区域人口的变化、平均年龄的变化、洪水最高水位的变化等。对这样的应用背景，仅采取作为属性数据库中的一个属性不能很好地解决问题，因此，如何设计运用四维GIS来描述、处理地理对象的时态特征也是GIS的一个重要研究领域。
（三）Component GIS（ComGIS）。构件式软件技术成为了当今软件技术的潮流之一，它的出现改变了以往封闭、复杂、难以维护的软件开发模式。ComGIS便是顺应这一潮流的新一代地理信息系统，是面向对象技术和构件式软件技术在GIS软件开发中的应用。
ComGIS的基本思想是把GIS的功能模块划分为多个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。控件如同一堆各式各样的积木，分别实现不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，就构成地理信息系统基础平台和应用系统。
（四）WebGIS。飞速发展的Internet/Intranet已经成为GIS新的系统平台，利用Internst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。从web的任一节点，Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据，制作专题图，进行各种空间检索和空间分析，这就是基于web的地理信息系统(WebGIS)。WebGIS显然要求支持Internet/Intranet标准，具有分布式应用体系结构，它可以看作是由多主机、多数据库与多台终端通过Internet/Intranet组成的网络．其网络Client端为GIS功能层和数据管理层，用以获得信息和各种应用网络Server端为数据维护层，提供数据信息和系统服务。
WebGIS系统可以分为四个部分：浏览器，用以显示空间数据信息并支持C1ient端的在线处理，如查询和分析等；信息代理，用以均衡网络负载，实现空间信息网络化；服务器，用浏览器的数据请求，完成后台空间数据库的管理；编辑器，提供导入空间数据库数据的功能，形成完整的GIS对象、模型和数据结构的编辑和表现环境。总之，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。
（五）CyberGIS。赛博空间(CyberSpace)目前在媒体中较多出现，它以计算机技术、现代通后、网络技术、虚拟现实技术的综合应用为基础，构造出一种人们进行社会交往和交流的新型空间，是一个人工世界。科学家预言未来的人们将在赛博空间里的信息海洋中生活，从一个节点到另一个节点，从一个信息源到另一个信息源进行信息交流和信息创造。世界各地的人民在全新的赛博空间中漫游．实现相互之间的通信、贸易和科教活动。
在赛博空间中以这种空间智能体做为构成模块的GIS系统就是CyberGIS，它自动地接受用户以高级语言描述的指令，利用它能够感知并作用于所处的赛博空间的“本领”。通过与其他空间智能体的交互，为用户找到赛博空间中所需要的信息。
（六）数字地球。数字地球一词近来风靡全球，它在农业、林业、水利、地矿、交通、通讯、教育、环境、人口、城市建设等几十个领域都能产生巨大的经济效益和杜会效益。作为新的凝聚全人类梦想的目标，数字地球提供了一种前所未有的认识地球的方式，它将对人类与自然的协调和平衡带来不可估量的推进作用。
GIS未来的发展主要表现为传统GIS在内容(3D＆4DGIS、CyberGIS)和结构(Interoperable GIS、CompGIS、WebGIS)两方面的完善，这两个方面都将统一于数字地球框架下。从另一个角度来看，GIS的发展是首先面临着GIS应用领域的具体需求，然后在相关支撑技术的发展和完善下得以实现，而数字地球作为“集大成者”，无疑是GIS最终的发展目标。
二、结束语
用户的需要、技术的进步和应用方法论的提高等因素，深深地影响着GIS的发展，而网络技术日新月异的飞速发展更是大大加速了GIS普及应用的进程，最终将帮助人类实现建立“数字化地球”的梦想。
参考文献：
[1]杨世凤.GIS和GRPS在国内市政管网系统中的应用[J].天津科技大学学报,2010.
[2]修文群.地理信息系统GIS数字化城市建设指南[M].北京希望电子出版社,2001.
[3]姜小轶,孙运生.三维地理信息系统(3D GIS)的发展现状及趋势[M].世界地质,1998.