GIS在城市建设中的应用、创新与发展浅析__墨水学术,论文发表,发

所属栏目：应用电子技术论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:409

副标题#e#摘要：本文以地理信息科学技术在城市建设快速发展中产生的问题，以及在实际应用中对GIS学科、理论、技术亟待创新作了重点论述，并对GIS的发展作了分析和展望。
关键词：GIS；城市建设；应用创新
1  引言
GIS是地理信息系统（Geographical Information Systems）的英文缩号，是构建“数字城市”和“数字地球”的核心技术。不论是地理信息系统、地理信息软件，还是地理信息科学、地理信息服务，其英文缩写都是GIS，但每一个概念的形成到发展都差不多经历了十年，GIS学科的形成与发展非常巧地与GIS中的“S”内涵丰富联系在一起。
美国环境系统研究所公司（简称ESRI公司成立于1969年），是全球最大的GIS技术和服务提供商，她的ArcGIS解决方案已经迅速成为提高政府部门和企业服务水平的重要工具。目前Arc GIS系列产品已遍布全球200多个国家和地区，超过百万个用户单位、涵盖几乎所有的GIS应用领域，其中包括美国最大的200个城市中几乎所有的政府部门，超过2/3的500强企业和7000余所高等院校。而目前我们经常在使用的各种GIS软件也是在其基础上再次开发延伸。
2    目前GIS问题存在与解决
GIS是一门综合交叉的空间信息科学，它与古老的地理科学以及测绘科学
有着千丝万缕的联系。目前GIS已经发展成为一门集计算机科学，地理学、测绘科学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学等多门科学为一体的新兴的综合性边缘学科。作为一门新兴的边缘、交叉学科、GIS具有独特的理论基础、知识结构、技术体系，以及功能特征，成为当代科学的前沿和一个跨学科的科学领域。但同时由于我国各部门各行业的管理体制以及教育体制等因素，造成很多学校和单位不管条件如何，为了跟风设置GIS专业多、人员多、设备投入多，而研究产生的数据资料成果质量不高，且还各自封锁，造成重复投入，各成体系，浪费惊人，“高投入、低产出”，各种所谓开发“贴牌”GIS软件打着各种高科技高等院校品牌，实际大都只是一些改头换面功能简单、问题多多的软件，并依靠各种关系抢占市场，使用户化了大钱购置所谓平台，而在使用时还需化上大批资金进行所谓升级，且这个升级又需多次重复修改过程漫长（实际很多升级功能依靠其他软件升级的改正版），缺少真正的核心技术。而从客观上由于随着地理信息科学（3S）作为数字地球的核心，对GIS的的要求越来越高，而真正去研究开发创新的机构、人员，由于各种原因少之又少，而以“炒作”“攻关”的却不少，因而当务之急亟需纠正浮躁作风，针对性地集中力量开发和解决社会对GIS在城市建设等领域中的需求。
3    GIS的应用、创新
GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关
数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。我国的GIS技术经过20世纪七八十年代的启蒙，80年代未90年代的发展推广，以及新世纪以来的全面应用和普及，从最初的空间数据管理与应用发展为广泛的地理空间信息服务，GIS的应用已经渗透到国民经济的各个领域，GIS技术与产业获得了迅猛发展，国际与国内相关的交流与合作也日趋频繁。而在测绘领域的“3S”技术中GIS是核心，为此也对GIS提出了挑战——需要创新。
3．1 GIS学科创新
创新是一个民族发展壮大的灵魂，创新也是一门学科保持旺盛生命力的源泉。而GIS从上世纪60年代萌芽开始，已超过半个多世纪的历程，一些基本理论与技术问题已解决。随着计算机软硬件、“3S”等技术的发展，GIS经历了面向数据处理，面向空间分析两个阶段；目前，简单的空间数据表达，已不能满足各行业对海量空#p#副标题#e#间和非空间数据进行数据挖掘，从而进行辅助决策的要求，空间信息工程正进入面向空间辅助决策阶段。同时，新一代计算机网络、网格和通信息技术发展，也为空间信息系统的深层应用提供了条件和环境，地理信息科学正面临着新的发展机遇，传统的以空间信息处理为主体的GIS，正逐步被以空间信息为载体，海量（天量）空间与非空间数据挖掘和处理为主体的新的空间信息工程所取代，地理信息正在进入以大技术、大平台、大共享、大应用为特征的现代地理信息系统工程新阶段。
传统的GIS，以空间信息处理、空间分析边缘和逻辑思维边缘的封闭特征，建立的是“空间信息孤岛”和“孤岛群岛”；而现代GIS工程以打破信息壁垒的封闭藩篱为已任，把各种信息以数字的方式，在新一代宽带网络上畅通流动，并实时共享。现代GIS工程遵循开放的国际先进技术标准，搭建基于先进技术融合的大平台，承载多系统立体集成、面向决策的大应用。在新的理论、技术与应用背景下，GIS正面临着学科升级的新机遇、整合相关系统的和新的理论与技术领域，完善现代地理信息科学的学科体系、创建既具有中国特色又反映GIS最新进展的学科体系。
3．2 GIS理论创新
没有理论创新，技术不会有根本的突破、现代的GIS理论与技术根本上是基于传统的地图模型，即利用坐标串来描述和表达空间信息。这种静态的基于地图模型的传统GIS空间数据模型面向的是空间数据，尤其是地图数据而不是直接面向空间信息，也就是空间信息必须用某种算法从空间数据中导出。在网格等新技术背景下，基于这种模型的空间信息共享面临着“空间数据的基准不一致，空间数据的时态不一致，语义描述的不一致以及数据贮存格式的不一致”等四大障碍，这即是导致“空间信息孤岛”产生的根源。目前，主要还是利用开放的空间数据标准来解决；要从根本上解决这个问题还需要研究新的数据模型理论，例如基于哲学认知的本体理论就是一个研究的热点。传统2维的空间数据模型，主要以简单的符号化方法来表现空间信息，具有很大的局限性；3维数据模型则以仿真手段为主，真实地还原空间信息本身的空间特性，但3维的空间数据模型和数据结构要比2维复杂得多，有关3维空间数据模型与数据结构的研究是目前学科前沿研究的热点和难点之一。同时，传统的2维模型，还是一种静态的模型，不能及时反映客观世界的动态变化，在对时态敏感的领域，应用十分不便，有关时态空间数据模型（包括时空4维数据模型）的研究同样是GIS理论的热点和难点。基于面向对象技术，具有丰富语义建模能力的面向对象的空间数据模型研究，也是GIS理论研究的活跃领域。面向分布式GIS的空间数据共享的标准与规范研究，如OpenGIS、XML、CML研究等也比较活跃。如何从海量空间数据中进行数据挖掘，寻找和发现空间知识与规律，基于这些知识如何进行自动化、智能化的空间辅助决策，都是GIS学科亟待解决问题。
3．3 GIS技术创新
技术创新在GIS学科领域占有十分重要的位置。计算机软硬件技术的发展，直接导致了GIS的诞生，将计算机技术应用于空间数据管理就产生了GIS；基于传统的地图2维空间数据模型，经典的集中式结构GIS利用空间数据文件和关系型属性空间数据库相结合的方式，管理、存储、表达（可视化）和推演（空间分析）空间信息是GIS最为成熟的技术。计算机网络技术的发展，导致了分布式网络GIS的产生；基于局域网技术，人们发展了基于客户端服务器（C/S）结构的GIS，开创了分布式GIS的先河； C/S结构实现了客户端服务器端的计算平衡，并使空间信息的共享达到了一个前所未有的水平；随着Internet的飞速发展，人们很快在C/S结构的基础上，发展了多层的浏览器/服务器（B/S）结构（WebGIS）,这种结构克服了C/S结构中“胖客户端”的弊端，无论在哪里，只要#p#副标题#e#有一个普通的浏览器，就可以登录WebGIS系统，用户和数据彻底分开，结构上更加松散，但目前WebGIS技术还很不成熟，在很多方面亟等发展，例如；浏览器通过中间件与应用和数据服务器进行通信和连接，那么有关GIS的各种中间件，包括控件、组件和智能体技术研究十分火热；为便于网络传输空间数据的解压缩技术研究十分关键；分布式数据与数据仓库技术（实现图形数据、属性数据、影像数据、DEM数据、专题数据和统计数据的一体化、档案化管理）基于空间数据仓库的知识挖掘技术，分布式空间数据共享技术、空间信息的Web服务技术，浏览器端的空间数据可视化技术，基于WebGIS的辅助空间决策技术等都是WebGIS的技术前沿领域。随着通信、网格技术的发展，移动GIS和网格GIS技术又进入了人们的视野；移动GIS（MobileGIS）将GIS与通讯技术结合起来，实现移动定位服务，将GIS从建系统推向地理空间信息服务的新高度；网格GIS（GridGIS）基于网格技术，打破GIS所有的封闭“边缘”、完全融入Imternet环境是一种彻底的分布式结构；移动GIS和网格GIS等新概念新技术，使GIS能够自动化、智能化地回答何时（When）、何地（Where）、何目标（What Object）发生了何种变化（What Change）,并且把这些信息（即4W）随时随地提供给每个人，服务到每件事（4A服务——Any-one,Anything,Anytime and Anywhere）;空间信息的无线广播与接收技术、移动GIS功能与界面设计、网格计算技术、网格GIS的体系结构、空间信息网格技术、空间信息网格标准、空间信息网格服务与调度、网格数据安全等，都是GIS前沿领域的关键技术。
现代大科学的一种发展趋势就是科学技术化，技术科学化，科学技术一体化。这种特点在地理空间信息科学中表现得尤为明显。如上述所提到的空间数据模型、空间信息共享、空间数据挖掘、虚拟地理环境等，理论与技术的特点都很明显，且二者密不可分，这就要求现代高级的GIS人才，要同时具有较强的理论与技术创新能力。
4    结束语
随着GIS技术的不断发展，目前世界上常用的GIS软件已达400多种、我
国的GIS软件也由2004年的51个、05年的66个一直在逐年增加。它们大小不一，风格各异，各种GIS专业应用中的电子地图、多媒体电子地图、网络电子地图、移动设备导航电子地图等多种地图可视化系统应运而生，为数字城市建设提供了基础。而今后更应从空间数据挖掘和知识发现研究、虚拟现实技术的实用化、地球空间信息网格技术、空间数据不确定性与数据质量控制等需要进一步推进GIS技术的创新，并对目前GIS爆炸式的发展更应引起我们足够的注意、研究与理性的思考。
主要参考文献：
[1] 丁文源•目前GIS地图数据获取的方法及精度分析﹝J﹞地矿测绘2002.1.
[2]  刘南、刘仁义• Web GIS原理及其应用﹝M﹞•北京：科学出版社2002.6.
[3]  边馥苓•我国高等GIS教育:问题、创新与发展﹝J﹞地理信息世界2007.2.