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GIS最新前沿科研成果


摘要: 摘要:GIS 在当前以工农业经济为主体的经济建设中的重大作用已初见端倪,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 经济效益和社会效益,比如农作物监测和估产、土地覆盖物的识别和评价、地籍的管理和规 划、灾害的模拟和预报以及监测和评估等。作为新的凝聚全人类梦想的目标,GIS 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。 。 本文主要研究了 GIS 的发展及其在环境领域的应用。 关键词:GIS ,环境领域,发展,应用 引言: 理信息系统(Geographic Information System, GIS )是一种为了获取、存储、检索、分析 和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统(1998 年,美国国家地理信息与 分析中心定义) 这里的空间定位数据是指采用不同方式的遥感与非遥感手段所获得的数据, 。 它有多种数据类型, 包括地图、 遥感、 统计数据等, 它们的共同特点是都有确定的空间位置。 地理信息系统的处理对象是空间实体, 其处理过程正是依据空间实体的空间位置与空间关系 进行的地。 1. GIS 的发展 1.1 GIS 的产生 年加拿大人罗杰?汤姆林森首先提出地理信息系统的概念并领导建立了世界上第一 自 1962 年加拿大人罗杰 汤姆林森首先提出地理信息系统的概念并领导建立了世界上第一 个 具 有 实 用 价 值 的 地 理 信 息 系 统 ——— 加 拿 大 地 理 信 息 系 统 ( Canada Geographic Information System,简称 ,简称“CGIS”)以来,地理信息系统在全球范围内获得了长足的进步。 )以来,地理信息系统在全球范围内获得了长足的进步。 作为对人类生活空间的数字化描述、分析和表达的工具, 作为对人类生活空间的数字化描述、分析和表达的工具, GIS 正逐渐成为信息产业的一个 重要组成部分,成为国民经济新的增长点。 重要组成部分,成为国民经济新的增长点。全球范围内从事 GIS 理论和应用研究的研发人 科研院所和高新企业不计其数,应用科学化、科学技术化、 员、科研院所和高新企业不计其数,应用科学化、科学技术化、技术产业化已经成为 GIS 领域发展的主旋律。 领域发展的主旋律。地理信息系统正在从一个单纯的应用系统发展为一个完整的技术系统 和理论体系 GIS 的发展趋势 从系统角度看, 在未来的几十年内, 从系统角度看, 在未来的几十年内, 地理信息系统将向着数据标准化 interoperable GIS ) ( 、 数据多维化( & 、系统集成化 、系统智能化 数据多维化(3d&4d GIS ) 系统集成化(component GIS ) 系统智能化(cyber GIS ) 、系统集成化( 、系统智能化( 、 平台网络化( 和应用社会化(数字地球)的方向发展。 平台网络化(web GIS )和应用社会化(数字地球)的方向发展。 1.2.1 数据标准化(interoperable GIS ) 数据标准化( 、 地理数据的继承与共享、地理操作的分布与共享、 的社会化和大众化等客观需求 观需求, 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。 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( 操作地理信息系统(Interoperable GIS)的出现就是为了解决传统 GIS 开发方式带来的数 ) 据语义表达上不可调和的矛盾, 系统集成平台, 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,它实现了在异构环境下 多个地理信息系统或其应用系统之间的互相通信和协作,以完成某一特定任务。 多个地理信息系统或其应用系统之间的互相通信和协作,以完成某一特定任务。 1.2.2 数据多维化(3d&4d GIS ) 数据多维化( & 、 3D:三维 gis 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) 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,以及体视化技术的运用、三维系统的功能和模块设计等方面。 的设计、优化与实现,以及体视化技术的运用、三维系统的功能和模块设计等方面。 4D:地理信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, :地理信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, 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。 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, 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, 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, 如何设计并运用四维 GIS 来描述、 的一个重要研究领域。 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。

1.2.3 平台网络化(web GIS ) 平台网络化( 新的系统平台, 飞速发展的 internet/intranet 已经成为 GIS 新的系统平台, / 利用 internet 技术在 web 上发 发展的必然趋势。 的任一节点, 布空间数据供用户浏览和使用是 GIS 发展的必然趋势。从 www 的任一节点,internet 用户 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, 可以浏览 web GIS 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 的地理信息系统( 。webgis 显然要求支持 internet/intranet 标准,具 标准, 是基于 www 的地理信息系统(webgis) ) 。 / 有分布式应用体系结构,它可以看作是由多主机、 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 组成的网络, 功能层和数据管理层, 端为数据维护层,提供数据信息和系统服务。 用;网络 server 端为数据维护层,提供数据信息和系统服务。 1.2.4 数字地球 数字地球一词近来风靡全球。从哲学上说, 数字地球一词近来风靡全球。从哲学上说,数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的 数字化重现与认识。从技术上说, 数字化重现与认识。从技术上说,数字地球是一个在全球范围内建立的一个以空间位置为 主线,将信息组织起来的复杂系统,也就是全球范围的、 主线,将信息组织起来的复杂系统,也就是全球范围的、以地理位置及其相互关系为基础 而组成的信息框架,并在该框架内嵌入我们所能获得的信息的总称。 而组成的信息框架,并在该框架内嵌入我们所能获得的信息的总称。 最先由美国副总统美国副总统戈尔于 最先由美国副总统美国副总统戈尔于 1998 年 1 月在加利福尼亚科学中心开幕典礼 上发表的题为“数字地球 新世纪人类星球之认识”演说时 数字地球—新世纪人类星球之认识 演说时, 上发表的题为 数字地球 新世纪人类星球之认识 演说时,提出的一个与 GIS、网络、虚 、网络、 拟现实等高新技术密切相关的概念。 拟现实等高新技术密切相关的概念。 1.3GIS 的未来发展与应用 gis 未来的发展主要表现为传统 gis 在内容 ( 3d & 4d GIS 、 cyber GIS ) 和结构 两方面的完善, (interoperable GIS 、com GIS 、web GIS )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( 所示) ,gis 地球框架下。 从另一个角度来看(如图 1 所示) , 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 相关支撑技术的发展和完善下得以实现, 集大成者”, 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

1.4GIS 从学术研究走向产业化 年代开始迅速发展起来的地理学研究技术, 地理信息系统的英文缩写为 GIS , 它是 20 世 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。 是多种学科交叉的产物。 的定义并不一致,但广义而言, 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、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。 处理、分析和显示等功能。 用户的需要、技术的进步和应用方法论的提高等因素, 的发展, 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 步和应用方法论的提高等因素 普及应用的进程, 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。在国外,迄今为止, 数字化地球”的梦想 大致经历了开拓、巩固、 建立 数字化地球 的梦想。在国外,迄今为止, GIS 大致经历了开拓、巩固、快速发展和 用户化等几个时期, 年代。 用户化等几个时期, 而真正商业化的实用 GIS 系统进入市场也只是发生在 20 世纪 80 年代。 统计) 。在以数字化信息为主 我们可以利用的各种信息中有 80%都与空间位置有关(据 idg 统计) 在以数字化信息为主 %都与空间位置有关( 。 要资源的知识经济时代, 空间数据处理的相关技术已成为世界各国重点研究的领域, 要资源的知识经济时代, 空间数据处理的相关技术已成为世界各国重点研究的领域, GIS 而 作为一种以空间数据为主要处理对象的信息系统自然就是研究内容的重中之重 可以预言, 统自然就是研究内容的重中之重。 作为一种以空间数据为主要处理对象的信息系统自然就是研究内容的重中之重。可以预言, GIS 将逐渐发展成为未来现代社会最基本的服务系统。 将逐渐发展成为未来现代社会最基本的服务系统。 年代初, 我国 GIS 研究工作开始于 20 世纪 80 年代初, 1980 年中国科学院遥感应用研究所成 以 立全国第一个地理信息系统研究室为标志。 年代, 在我国进入快速发展阶段, 立全国第一个地理信息系统研究室为标志。在 90 年代, GIS 在我国进入快速发展阶段, 从研究实验、局部应用走向实用化、集成化和工程化。如今, 力图使 GIS 从研究实验、局部应用走向实用化、集成化和工程化。如今, GIS 的研究和应 用正逐步形成行业,完全具备了转向产业化的条件。 用正逐步形成行业,完全具备了转向产业化的条件。而产业化的对象总是瞄准某领域的前 沿技术,而前沿技术的成功产业化, 沿技术,而前沿技术的成功产业化,无疑会带来成本的大幅度降低和产品性能跳跃式的提 高


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