GIS发展趋势

地理信息系统作业

GIS的发展趋势

摘要：地理信息系统(GIS)是随着计算机技术的发展而形成的一门新兴技术，并成为一种主要的信息产业，它极大地推动了计算机的普与应用。随着信息技术，尤其随着是计算机技术以前所未有的速度快速发展，以及GIS的应用深度的不断深入和广度的扩大，GIS正处于急剧变化与发展之中，渗入到我们生产生活的每一环节。本文结合当前计算机技术发展的特点，分析GIS的当前发展状态及威未来发展趋势，并着重介绍了志愿者地理信息(VGI)和众包技术、云计算下的GIS和移动GIS这三大趋势。

关键词：GIS；发展趋势；志愿者地理信息；众包技术；云计算；移动GIS；

1 GIS的概念

地理信息系统(Geographic Information Systems， 以下简称GIS)起萌于20世纪60年代的加拿大和美国。GIS的定义也很多，其中被广泛接受的表述为：GIS是一个能用于进行有效地搜集、储存、更新、处理、分析和显示所有形式之地理信息的计算机硬件、软件、地理数据和有关人员（用户）的有机集合。 [1]

2 当前GIS的发展动态

GIS技术依托的主要工具和平台是计算机及其相关设备。近年来，随着计算机技术、信息技术和网络技术的快速发展多媒体技术、空间技术，虚拟实景、数字测绘技术、数据库技术、图像处理技术、光纤通信技术的突破性进展，为GIS技术的发展提供了先进的工具，也为GIS技术广泛、深入的应用奠定了基础。

2.1三维可视化GIS

近年来，GIS产业正开始步入3D模型的时代。在实际的应用中，二维GIS已不能满足我们工作的需要，如在矿山测量等应用中，需要用真三维GIS来进行分析矿藏的分布状态。3D GIS不仅能表达空间对象间的平面关系和垂向关系，而且也能对其进行三维空间分析和操作，向用户立体展现地理信息空间现象，给人以更真实的感受。从行业应用上来说，3D GIS在规划、电信、旅游、应急、军事和石油行业都有了不同程度的应用。随着PC性能和网络带宽的不断提高，3D GIS会有更大的发展空间。

2.2网络化－网络GIS

随着互联网技术的迅速发展，各行各业的发展都已经离不开他了，他的使用已经蔓延到了每个角落，与此同时和生活中有着亲密关系的GIS也不例外。他们二者结合之后就产生了所谓的WebGIS，也可以说是Internet GIS。网络技术发展的同时也推动了分布式计算的前进，GIS和分布式技术的结合也就自然产生了“分布式GIS”。利用分布式计算技术来处理网络中异构多来源的地理信息，结合网络上每个平台空间服务构成物理上的分布与逻辑上统一的GIS，所指的就是分布式GIS。现在WebGIS建设需要面临4个方面的问题：①网上数据发布；②网上数据互操作；③网上数据采掘；④网上数据管理和安全性。

2.3集成化－3S技术的集成

当今社会的发展主流就是“3S”。由GPS、RS和GIS简称为“3S”。将遥感、空间定位系统和地理信息系统这3种技术结合在一起，称为“3S”集成。这种技术的结合体现了我国科学发展从开始的细化正走向综合发展。GPS在日常生活中已经是不可或缺的一部分，遥感也渐渐地被人们热衷起来。二者的集成将是GIS发展中的趋势之一。有了他们的结合才能构成时时的、动态的GIS。当然他们也是互相利用关系，GPS也为GIS的定位和数据更新提供了新的途径。同时RS技术的多时相、多传感器和其多分辨率的特点，也为GIS不断增加能量，相反也可利用GIS支持从遥感影像数据中自动提取信息。在科技发达的未来，3S的结合必定会创造出更惊人的先进技术。

2.4推演GIS

近年来，政府制定了很多应对突发事件的应急预案。要真正提高政府部门应对突发事件的反应和处置能力，进行演练是十分必要的。实战模拟演练涉及部门多、组织难度大、经费需求高，不可能成为常态的演练方式。20世纪末以来，随着信息技术的进步，利用计算机系统建立推演GIS系统，直观显示突发事件地点的地形、地貌、环境、重点设施等空间信息，采用“桌面演练”的形式对预案和假定的应急行动进行推演，并根据参数的设置和回馈机制，为领导层提供直观的决策平台，通过推演者的不断推演，形成更为合理的决策已经成为GIS的主要发展方向。

2.5虚拟现实化－虚拟GIS

GIS与虚拟现实技术(Virtual Reality)的结合，就是虚拟GIS。虚拟现实(Virtual Reality)技术在当今信息技术发展很迅速，其也是最有效地模拟人类在自然环境中听、看、动等行径的高层次人机交互技术，也是如今信息技术发展和集成下来的产物，目前我国技术水平还不是很成熟，还没有开发出用于遥感和用户需要的GIS真三维可视化的数据软件包。

不过未来的GIS的发展肯定与虚拟环境技术相结合在一起，他一定会将虚拟环境融入GIS中使其更加完美。到时候GIS用户可以在计算机上方便快捷地处理真三维客观世界的虚拟环境中的分析空间实体数据，以及使用管理。

3 未来GIS的发展趋势

近年来，计算机技术、通信网络、智能移动通信终端、数据库技术、Web技术、虚拟技术、网格计算、云计算等技术的快速发展，使GIS的发展出现了新的特点。

3.1 志愿者地理信息(VGI)和众包技术

志愿者地理信息(VGI)和众包技术是收集用户生成内容的最佳方式。随着Web2.0技术的发展，互联网的信息发布渐渐从静态信息向内容聚合转变，互动模式也从用户被动应用变成了群体主动参与。目前越来越多的空间数据资源以信息服务的形式在互联网上发布，支持用户无偿或有偿使用。同时，随着谷歌地球和谷歌地图（Google Map）应用的出现，为地理空间信息行业带来了一种新的信息应用模式，即由专业机构（例如谷歌）提供基础地图信息平台（谷歌服务器）与交互环境（谷歌地球客户端），基于互联网的用户自愿在线提供交通、旅游、餐饮娱乐、房地产、购物等信息内容，形成人人为我、我为人人的互助信息服务局面。业界称之为志愿者地理空间信息（Volunteered Geographic Information，VGI），或称为众包（Crowdsourcing）。这种模式使得公众使用地理空间信息的成本大为降低，也使得带有地理空间特征的信息发布变得更加容易，扩大了地理空间信息应用的范围和涉及面，激发了公众使用地理空间信息的热情，从而吸引了业界在此领域投入越来越多的资金和技术。各方的参与和投资推动了该领域的飞速发展。

志愿者地理空间信息和众包是一种新的地理空间信息获取理念，可以有效地补充已有的地理空间信息获取手段。目前国内外已出现很多基于Web2.0的服务器用于获取、收集和发布志愿者地理空间信息，并从中获得了巨大的商业价值。志愿者地理空间信息和众包的出现将Web2.0带入了Work2.0的时代。OpenStreetMap是志愿者地理空间信息和众包的一个典型实例。OpenStreetMap是一个可供公众自由编辑和上传下载的世界地图数据库。基于广大互联网用户热情的积累，OpenStreetMap可以迅速完成海量导航路网数据库的构建，并随时进行数据更新。 [2]

3.2 云计算

地理计算是地理信息科学的核心内容之一，地理计算的发展动因在于探索空间复杂性的需要，发展源流则在于计算科学。21世纪地理科学面临数据密集型、计算密集型和海量时空数据并

发访问的挑战。云计算正在成为一种通用型计算技术，它将深刻改变应用GIS的传统方法和模式，解决地理科学面临的挑战。对广大用户来说，云GIS意味着数据、软件、开发方面的壁垒已被打破，GIS资源变得唾手可得。用户可在云中随时获取所需的各种GIS资源，并且这种资源是可以计量和灵活扩展的，GIS系统建设和运营模式都将面临新的机遇和挑战。在当前环境下，对GIS科学工作者来说，利用云计算解决GIS领域中的问题，已成为一项颇具挑战性、前沿性和创新性的工作。

3.2.1 云GIS的内涵

网格计算是将地理上分布的、系统上异构的多种资源通过高速网络连接起来，协同解决大型应用问题，进行广域信息资源的分布共享。网格计算对数据的划分首先以提高大规模任务的效率为出发点，考虑任务划分或者数据划分的合理性。不同于传统的空间网格，地理科学视角的空间信息呈现一定的“云”特征：①抽象特征。只要空间位置确定，该位置上的资源、类型、所有者等信息均可认为是依附于空间位置的抽象属性，该特征为数据虚拟化提供了理论依据。②透明特征。信息复杂多样，最终用户、管理人员或者研究人员只关心对他们来说“有价值”和“能操作”的信息和结果，其他“无价值”的信息、数据存储组织方式以及处理过程等均可对用户透明。③宜合宜分特征。与传统空间信息的“横向成网，纵向多级”特征相对应，云GIS呈现出“合而分之，分而合之”的特征。在对海量数据进行存储或者对大规模任务进行划分时，需要对资源数据进行划分，而这种划分过程必然保存了原有的空间信息和非空间的属性信息。该特征与分布式存储和MapReduce的思想一致。以上3个特征相互联系，彼此依赖，构成地理科学视角下的云GIS内涵。

3.2.2云GIS的关键技术

云计算的关键技术——编程模式、数据存储技术和管理技术、虚拟化技术。云计算是一种新型的超级计算方式，以数据为中心，是一种数据密集型的超级计算。在数据存储和管理、编程模式和虚拟化等方面具有自身独特的技术。

海量空间数据的分布式存储、处理任务划分、查询检索、互操作和虚拟化等是云GIS平台需要解决的关键性科学问题，在分析云计算的关键技术上提出了空间数据的分布式存储策略、虚拟计算节点任务分配模型、基于瓦片的动态地图发布策略以及并行数据库与MapReduce相结合的高效处理模型。 [3]