GIS技术及其应用概述

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingjietianjiao
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  摘要:本文回顾了GIS发展的历史,GIS的应用领域,以及GIS与其它相关学科之间的关系,对GIS的前世今生作了一个大概的回顾。
  关键字:地理信息系统,GIS
  Abstract: This paper reviews the history of GIS development, the application field of GIS, and the relationship between GIS and other related disciplines, as a general review of past lives on GIS.
  Key words: geographic information system, GIS
  中圖分类号:C931.6文献标识码A 文章编号
  
  GIS概述
  GIS是地理信息系统的英文名称Geographic Information System的首字母简写。GIS是一门综合性的学科,涉及到地理,测量,信息技术,计算机等多门学科。由于其植根于地理的本质,大量应用信息技术的特点,在大至国民经济,小至人个衣食住行等方面都发挥了巨大的作用。
  在GIS行业的领军企业ESRI公司的主页上,对GIS下了定义:地理信息系统集成硬件,软件,获取、管理、分析以及以各种形式显示与地理相关的信息。同样的,李德仁院士认为GIS由计算机硬软件,数据(包括空间数据库和属性数据库)以及应用界面与工具三大块组成[4]。由此可见,GIS是一个庞大的系统,包括了作为“躯体”的各种硬件,包括服务器,个人电脑,或者其它智能设备,还有作为“灵魂”的各种软件,包括操作系统,数据库,地理数据处理软件,人机交互界面,更重要的是作为“血液”的地理数据,包括地图,各种元数据与地理属性数据。这三个要素缺一不可,如果没有硬件,就如同一个人没有了躯体,也就谈不上灵魂与血液,如果没有软件,那么就如同一具尸体,空有硬件与数据却无法使用,如果没有地理数据,那么就如同做饭没有材料,虽巧妇而不可为。
  可以这么说,作为管理信息系统(MIS)的一种,GIS区别于其它MIS的本质特征是其专门用于与地理相关的各种数据的分析,解释以及显示。GIS获取、管理、分析以及显示的数据是地理空间的数据,把人们生活的地理空间放到了屏幕上,方便人们按自己的目的进行分析以及获得自己需要的信息。
  二、GIS应用
  GIS已经渗透到所有行业中,很多行业都能看到GIS的踪影,即使有些行业暂时并没有应用GIS,但是也显示出这种可能性。由于GIS是使用计算机技术来处理地理空间信息,而每个人都不可能脱离地理空间,因此在这个信息化的社会中,每个人都不能脱离GIS。
  总的来说,GIS的应用大概有几类:
  一是处理地理数据,GIS已经广泛应用于各种测绘。如工程测量,大地测量,矿山测量,地籍测量,航空摄影测量,以及国土大调查。大至国家,小至个人,如果要妥善的保存和管理这些数据,并且还能够方便地检索、分析和共享这些宝贵的数据的话,就要使用到GIS。这些工作用人手工进行的话是很费时费力的,并且还容易出错,但是把它交给GIS,就大大节约了人力物力。
  GIS还能做到一些传统方法根本无法做到的事。最明显的是三维模拟。现在的计算机技术已经可以通过基础数据生成一个虚拟的三维示意图,这种示意图比干巴巴的平面地形图有效得多。在三维示意图中可以直观地看到地形变化,或者是其上的地貌,甚至是其它的地理资料。甚至还可以作出四维的变化图,以动画的形式直观地显示出地形的演变。这种以前只能在电影中看到的技术已经出现在现实生活中。网上已经出现了一大批直观三维地图,如E都市(http://www.edushi.com),都市圈(ditu.o.cn)等等。这些三维地图当然是GIS的一种,通过这些三维地图,人们看到的不再是干巴巴的平面地图或者更加抽象的测绘数据,而是活生生的(伪)3D地图,犹如置身其中一般。这是GIS应用的一个侧面。
  GIS的另外一类应用是分析和显示地理数据,用作决策支持系统。现在GIS已经广泛地用于空间规划,资产管理,物流运输,海洋观测,交通管理,社会调查,军事领域等等一系列部门,不一而足。这还只是政府部门的大规模应用。用于个人日常生活的就更多了,包括购物,出行,通勤,住房,旅游等等各方各面。
  如用于空间规划和资产管理的有:武汉市城市基础设施管理信息系统的开发与应用[6],济南市市政设施项目管理与决策系统[2],天津市市政设施GIS[1],南京市基础设施管理系统[7],大连市市政管理处MIS[8],十堰市燃气管网调度管理系统[10],广州市自来水公司的供水管网GIS[9],广州市房产测绘系统[5],长江电力公司生产GIS管理系统[14],咸阳供电公司电网空间信息管理系统[15],深圳市供电局EAM系统[16]等等。这样的例子不胜枚举,但仅仅是从上面这些城市例子中就可以看到,经济较发达的地区都已经广泛使用GIS系统辅助城市管理,这说明,GIS在空间规划方面是大有可为的。对于GIS在其它领域的大规模应用也可从海量的文献中找到,这里不再一一列举。
  GIS的这两方面应用是相辅相成的,谈不上谁更重要。如果没有存储和分析地理空间数据的功能,那么就谈不上规划和决策,第二方面的应用成为无源之水;相反,如果GIS不提供第二类应用,那么即使存储了大量精确有效的数据也无用武之地,GIS的分析功能成为了屠龙之术,空有一身本领却无处施展。建立GIS系统应该为目标服务,才能够达到最好的效果。
  三、GIS软件
  作为GIS“灵魂”的计算机软件是GIS不可或缺的一个重要组成部分。由于GIS的特殊性,GIS软件既有与通用软件相同的特点,又有其自身的特质。GIS大致上可以分成两类,一种是平台软件,另外一种是专用软件。
  平台软件中比较著名的包括ESRI公司的ArcGIS,MapInfo公司的MapInfo,中地公司的MapGIS,超图公司的SuperMap,Intergraph公司的GeoMedia,AutoDesk公司的AutoCAD及MapGuide。平台GIS软件的特点是其功能完整而强大,几乎能够提供从存储数据到分析数据可视化输出的所有的GIS功能,并且具有二次开发的能力。但是缺点是功能太通用,因此面对特殊的问题时,不能提供最适合的解决方案。这种情况下可以采用第二种方案即开发专用的GIS。
  专用的GIS软件是指使用开发语言结合平台GIS软件的组件进行开发的软件。比如说最常见的Windows平台上,结合数据库,可视化开发语言,平台GIS软件提供的组件等技术,提供专门的GIS服务,如数据录入,管理,分析,人机交互,信息共享。
  其中,GIS开发中常用的数据库包括平台软件自己提供的存储格式文件,通用的数据库如中小型开发中常用的微软公司的Microsoft SQL Server,大型开发中常用的甲骨文公司的Oracle数据库。通用数据库的特点是效率高,但是并没有针对地理数据的特点进行优化。
  可视化开发语言常见的有甲骨文公司(并购于Sun微系统公司)的Java语言,微软公司的.NET平台包括Visual Basic.NET,C#.NET以及Visual C++.Net。
  另外,针对不同的GIS目标,还需要结合其它的一些技术。如3D开发技术,如OpenGL,DirectX,可用于3D展示数据;音视频开发技术,可以为GIS提供音频或者视频展示,这是虚拟现实(VR)的一个重要组成部分;互联网开发技术,如结合WebService可以提供在线的GIS服务,这是电子政务的一个重要方面,如现在房地产网上预售即是这方面的应用;还有信息安全技术,基础地理数据是国家的机密,应当妥善保管,涉及到敏感数据的时候应该保密,这些都是信息安全技术的用武之地。
  总言之,平台GIS软件可以通过简单的操作提供复杂的分析功能,但是并不适合于所有的情况;而自行开发的GIS软件则可以综合利用各种技术,为特殊的目标提供专用的服务,但是开发技术难度大,有较高的技术门槛。而对于开源的GIS系统,因为受众面小,单个软件开发力量薄弱,并且不能提供商业级的技术支持,所以在政府主导的开发中并不常见。不过可以预见,在我国的信息化建设进程中,开源软件所占份量将会越来越大。
  五、总结
  GIS在世界第三次技术革命中诞生这并不是偶然的,因为它是一个管理地理空间的系统,正好迎合了空间技术利用这个主题。GIS是一门边缘学校,植根于地理,并且从测绘,计算机等方面汲取营养。GIS已经应用到了生产生活中的各方各面,因此,大力发展并且应用GIS是有利于国计民生,是经济发展的要求。
  参考文献:
  [1]金莹.GIS的发展过程及其与测绘的关系[J].城市建设理论研究(电子版),2012,(17).
  [2]孙国庆,刘涛.武汉市城市基础设施管理信息系统的开发与应用[J].测绘通报,2007,(6):61-64.
  [3]王法宝.长江电力公司生产GIS管理系统开发[D].复旦大学,2009.
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