1、本文通过对地理信息系统概念的理解，几种软件的介绍，以及回顾了国内外地理信息系统的发展历程，提出了未来地理信息系统的发展趋势。关 键 字：地理利息系统概念；软件；发展历程；发展趋势1.1地理信息系统的的概念地理信息系统（Geographical Information System,GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其它信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理代码，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。 专业的
2、3S站 地理信息系统是一门多技术交叉的空间信息科学，它依赖于地理学、测绘学、统计学等基础性学科，又取决于计算机硬件与软件技术、航天技术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进步与成就。此外地理信息系统又是一门以应用为目的的信息产业，它的应用可深入到各行各业。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念：1、GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据
3、管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。2、GIS的操作对象是空间数据和属性数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量的描述、这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。3、GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。4、 GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。大地测
4、量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用，可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展。地理学是GIS的理论依托。有的学者断言，“地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。如果说GIS的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙，那么，信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门，必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。GIS被誉为
5、地学的第三代语言用数字形式来描述空间实体。1.2常用地理信息系统软件介绍当前，常用的地理信息系统（GIS）软件主要有以下几种： （1） MapInfo软件 MapInfo系统是美国MapInfo公司研制的地理信息系统软件。从1986年推出第一个DOS版本MapInfo V1.0到20世纪90年代初的Windows版本MapInfo V3.0，其产品逐渐变得成熟，并很快流行起来。1995年和1998年分别推出MapInfo Professional V4.0和V5.0，使这个产品趋于完善。MapInfo是美国MapInfo公司的桌面地理信息系统软件，是一种数据可视化、信息地图化的桌面解决方案。它
6、依据地图及其应用的概念、采用办公自动化的操作、集成多种数据库数据、融合计算机地图方法、使用地理数据库技术、加入了地理信息系统分析功能，形成了极具实用价值的、可以为各行各业所用的大众化小型软件系统。MapInfo 含义是“Mapping + Information（地图+信息）”即：地图对象+属性数据。1986年MapInfo公司成立并推出了第一个版本MapInfo for DOS V1.0及其开发工具MapBasic，此后又推出了DOS平台的2.0和3.0版。1995年底MapInfo发布了MapInfo Professional，是一个以Windows 95和Windows NT为平台的桌面
7、地理信息系统。目前该软件的最新版本是MapInfo Professional9.5及其系列软件。MapInfo Professional是一套强大的基于Windows平台的地图化解决方案，可以方便地将数据和地理信息的关系直观的展现，其复杂而详细的数据分析能力可帮助用户从地理的角度更好地理解各种信息；可以增强报表和数据表现能力，找出以前无法看到的模式和趋势，创建高质量的地图以便做出高效的决策；凭借其新特性和增强功能，MapInfo Professional 使得桌面地图化和分析功能更快和更容易-并可延伸至整个企业。MapInfo Professional提供一整套功能强大的工具来进行复杂的商业地
8、图化化、数据可视化和GIS功能。通过MapInfo Professional可连接本地及服务器端的数据库，创建地图和图表以揭示数据行列背后的真正含义。也可以定制MapInfo Professional以满足用户的特定需要。 支持Oracle8i完全读/写，通过OCI对Oracle8i及通过ODBC对其它数据源的实时访问。经历了近20年时间，MapInfo公司成为全球最大的100家软件公司之一。产品行销58个国家和地区，有22种语言的版本，超过30万个正式用户。该产品在1990后进入我国，经过十几年的发展，已经在诸多领域得到广泛应用。MapInfo是一个全球性的软件公司，整合软件、资料与服务以协
9、助顾客了解地理信息的价值，并做出有远见的决策。我们协助政府及企业顾客满足各层次各部门的需求，从财产经营、网络规划到位置筛选、风险管理或是手机传输最近服务的应用等。有些时候，我们的客户最初可能并不了解区位知识在他们领域的重要性，不管是转变他们组织运作的模式、解决复杂的问题、还是做关键性的决策等方面。在另外一些情况下，我们的客户或是合作伙伴可能使用创新的方法去使用区位来提高他们的组织运作效能。我们相信我们客户的实例就是区位智能应用的最好的证明.（2） Arc/Info软件 Arc/Info UNIX/NT版（以下简称Arc/Info）是ESRI公司系列产品中最经典、功能最强大的专业GIS产品。现在
10、已经用于全球范围6000多个重要机构和组织中，在我国也拥有150多个用户（截至1995年）。Arc/Info的第一个产品完成于1978年，主要在小型机上运行。1996年底，ESRI公司又把工作站版Arc/Info的全部模块移植到MS Windows NT之上，使工作站环境下的Arc/Info软件功能全部在微机上实现。1999年底推出基于Windows NT上的Arc/Info8.0，添加了ArcGeodataBase，Arctoolbook和ArcMap等功能。 中国3S吧 （3） GeoStar软件 GeoStar是武汉吉奥信息工程公司开发的地理信息系统软件。GeoStar系列软件最独特的特
11、征在于矢量数据、属性数据、影像数据，DEM数据高度集成。（4）MapGIS系列软件 MAPGIS 是武汉中地数码科技有限公司开发的，新一代面向网络超大型分布式地理信息系统基础软件平台。系统采用面向服务的设计思想、多层体系结构，实现了面向空间实体及其关系的数据组织、高效海量空间数据的存储与索引、大尺度多维动态空间信息数据库、三维实体建模和分析，具有TB级空间数据处理能力、可以支持局域和广域网络环境下空间数据的分布式计算、支持分布式空间信息分发与共享、网络化空间信息服务，能够支持海量、分布式的国家空间基础设施建设。系统具有以下特点：采用分布式跨平台的多层多级体系结构，采用面向“服务”的设计思想。具
12、有面向地理实体的空间数据模型，可描述任意复杂度的空间特征和非空间特征，完全表达空间、非空间、实体的空间共生性、多重性等关系。具备海量空间数据存储与管理能力，矢量、栅格、影像、三维四位一体的海量数据存储，高效的空间索引。采用版本与增量相结合的时空数据处理模型，“元组级基态+增量修正法”的实施方案，可实现单个实体的时态演变。具有版本管理和冲突检测机制的版本与长事务处理机制。基于网络拓扑数据模型的工作流管理与控制引擎，实现业务的灵活调整和定制，解决GIS和OA的无缝集成。标准自适应的空间元数据管理系统，实现元数据的采集、存储、建库、查询和共享发布，支持SRW协议，具有分布间索能力。支持真三维建模与可
13、视化，能进行三维海量数据的有效存储和管理，三维专业模型的快速建立，三维数据的综合可视化和融合分析。提供基于SOAP和XML的空间信息应用服务，遵循Opengis规范，支持WMS、WFS、WCS、GLM3。支持互联网和无线互联网，支持各种智能移动终端。# 好多省份做二调和土地利用规划都用这个软件2地理信息系统的发展过程地理信息系统最早应用在资源环境管理中。目前它已经广泛用于资源环境，如森林、矿产、水利及农牧业等的管理；自然资源，如林业、地质矿藏、水资源等的调查；自然灾害，如水旱在害、虫害、震灾等的监测、预报、评估；环境保护，如水土流失、荒漠化治理等方面。2.1国外地理信息系统的发展历史国际上地理
14、信息系统的发展始于20世纪60年代，地理信息系统起源于北美。世界第一个运行性地理信息系统是在1963年加拿大土地调查局为了处理大量的土地调查资料,由测量学家R.F.Tominson提出并建立的。同一时期美国哈佛大学的计算机图形与空间分析实验室,建立了SYMAP系统软件,竭力发展空间分析模型和制图软件。但由于当时计算机技术水平不高,存贮量小,磁带存取速度较慢,使得GIS带有更多的机助制图色彩,地学分析功能极简单。20世纪70年代以后,由于计算机软硬件迅速发展,特别是大容量存贮功能磁盘的使用,为地理空间数据的录入、存贮、检索、输出提供了强有力的手段,使GIS朝实用方向迅速发展。美国、加拿大、英国、
15、西德、瑞典、日本等发达国家先后建立了许多不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。如美国地质调查局建立了50多个地理信息系系统。如美国地质调查局建立了50多个地理信息系统用于地理、地质、地形和水资源等领域空间信息的工具,典型的有GIRAS,用于处理、分析全国范围土地利用和土地覆盖制图的空间数据。这期间许多大学和研究机构也开始重视GIS软件设计及应用的研究。如美国纽约州立大学创建了GIS实验室,后来发展成为包括加州大学和缅因州大学在内的由美国国家科学基金会支持的国家地理信息分析中心。70年代的GIS分析功能和60年代相比,并未得到很大的扩充,许多数据库的容量也较小。因此,70年代可以
16、说是地理信息系统的巩固阶段。20世纪80年代是GIS普及和推广应用的大发展阶段,由于新一代高性能的计算机的普及和迅速发展,GIS也逐步走向成熟。GIS的软硬件投资大大降低而能力明显提高,已进入多学科领域,由功能单一、比较简单的分散系统发展成为多功能的用户共享的综合性信息系统,并向智能化发展。随着GIS与卫星遥感技术的结合,GIS已用于全球变化的研究与监测。如全球沙漠化、厄尔尼诺现象等研究。所以,80年代是地理信息系统发展具有突破性的年代,出现了一些具代表性的性能较好的GIS软件。如ARC/INFO、MICROSTA TION、SICAD、GENAMAP等专业的3S站 20世纪90年代,GIS已
17、成为确定性产业,投入使用的GIS系统,每23年就翻一番。GIS已渗透到各行各业,愈来愈多的国际性会议、学术刊物以GIS为主题,它已成为人们规划管理中不可缺少的应用工具。2.2中国地理信息系统的发展历史我国地理信息系统的起步稍晚，但发展势头相当迅猛，大致可分为以下三个阶段。第一是起步阶段。20世纪70年代初期，我国开始推广电子计算机在测量、制图和遥感领域中的应用。随着国际遥感技术的发展，我国在1974年开始引进美国地球资源卫星图像，开展了遥感图像处理和解译工作。1976年召开了第一次遥感技术规划会议，形成了遥感技术试验和应用蓬勃发展的新局面，先后开展了京津唐地区红外遥感试验。新疆哈密地区航空遥感
18、试验、天津渤海湾地区的环境遥感研究、天津地区的农业土地资源遥感清查工作。长期以来，国家测绘局系统开展了一系列航空摄影测量和地形测图，为建立地理信息系统数据库打下了坚实的基础。解析和数字测图、机助制图、数字高程模型的研究和使用也同步进行。1977年诞生了第一张由计算机输出的全要素地图。1978年，国家计委在黄山召开了全国第一届数据库学术讨论会。所有这些为GIS的研制和应用作了技术上的准备。第二是试验阶段。进入80年代之后，我国执行“六五”、“七五”计划，国民经济全面发展，很快对“信息革命”作出热烈响应。在大力开展遥感应用的同时，GIS也全面进入试验阶段。在典型试验中主要研究数据规范和标准、空间数
19、据库建设、数据处理和分析算法及应用软件的开发等。以农业为对象，研究有关质量评价和动态分析预报的模式与软件，并用于水库淹没损失、水资源估算、土地资源清查、环境质量评价与人口趋势分析等多项专题的试验研究。在专题试验和应用方面，在全国大地测量和数字地面模型建立的基础上，建成了全国1：100万地留数据库系统和全国土地信息系统、1：4见万全国资源和环境信息系统及1：250万水土保持信息系统，并开展了黄土高原信息系统以及洪水灾情预报与分析系统等专题研究试验。用于辅助城市规划的各种小型信息系统在城市建设和规划部门也获得了认可。在学术交流和人才培养方面得到很大发展。在国内召开了多次关于GIS的国际学术讨论会。
20、1985年，中国科学院建立了“资源与环境信息系统国家级重点开放实验室”，1988年和1990年武汉测绘科技大学先后建立了“信息工程专业”和“测绘遥感信息工程国家级重点开放实验室”。我国许多大学中开设了rs方面的课程和不同层次的讲习班，已培养出了一大批从事GIS研究与应用的博士和硕土。第三是GIS全面发展阶段。80年代末到90年代以来，我国的GIS随着社会主义市场经济的发展走上了全面发展阶段。国家测绘局正在全国范围内建立数字化测绘信息产业。1：100万地图数据库已公开发售，卫：25万地图数据库也已完成建库，并开始了全国1：10万地图数据库生产与建库工作，各省测绘局正在抓紧建立省级1：1万基础地理
21、信息系统。数字摄影测量和遥感应用从典型试验逐步走向运行系统，这样就可保证向GIS源源不断地提供地形和专题信息。进入90年代以来，沿海、沿江经济开发区的发展，土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，有力地促进了城市地理信息系统的发展。用于城市规划、土地管理、交通、电力及各种基础设施管理的城市地理信息系统在我国许多城市相继建立。在基础研究和软件开发方面，科技部在“九五”科技攻关计划中，将“遥感、地理信息系统和全球定位系统的综合应用”列入国家“九五”重中之重科技攻关项目，在该项目中投入相当大的研究经费支持武汉测绘科技大学、北京大学、中国地质大学、中国林业科学研究院和中国科学院地理研究所等单位
22、开发我国自主版权的地理信息系统基础软件。经过几年的努力，中国GIS基础软件与国外的差距迅速缩小，涌现出若干能参与市场竞争的地理信息系统软件，如GeoStar， MapGIS， OityStar， ViewGIS等。在遥感方面，在该项目的支持下，已建立全国基于IK4遥感影像土地分类结果的土地动态监测信息系统。国家这一重大项目的实施，有力地促进了中国遥感和地理信息系统的发展.3 地理信息系统的发展趋势1GIS数据的共享和开放 在中国，数据问题是限制GIS发展的突出问题。GIS的研究对象和基础是数据，离开数据，GIS也就失去了价值。尽管我国GIS取得了辉煌的成就，但从应用来看，GIS的发展规模和普及
23、程度都与发达国家存在着明显的差距。尤其是在民用和经济领域，GIS的应用更为落后。目前，我国GIS的应用范围很窄，大多集中在一些政府部门和科研机构所承担的大型项目中，社会普及率很低，对整个社会生产力发展的促进作用还不明显。这种情况与我国在GIS研究领域所取得的国际地位极不相称。造成这种现象的原因很多，但主要原因是GIS数据的保密性。自20世纪80年代以来，不同层次的政府部门投入了大量资源和技术建立了丰富的GIS数据。但是，出于国防和国家安全考虑，地图的生产、出版、数字化等各个环节都有严格的限制。数据获取困难是GIS技术发展的严重障碍和瓶颈，使我们的国际领先科研成果得不到发挥，更不能为人民生活和经
24、济发展带来好处。现在卫星遥感图像的分辨率日益提高，很多商业公开在全球发行的卫星遥感图像如IKONOS和Quick Bird的精度是0.6米到1米，而一般的GPS的精度也提升至10米，对制作1：5000比例尺数字地图已经绰绰有余。事实上，发达国家采用比较开放的数据政策也是出于这样的考虑。随着各种测绘技术和GPS技术的不断发展，限制地理信息数据的公开使用已经意义不大，这样只会限制科技为群众服务，限制GIS科技对社会经济效益的贡献。不同的应用领域所需的数据精度也不一定需要很高，如旅游和交通导航系统，允许1：5000比例尺和详细度比较低的数据公开即能满足很多用户的要求，可以为整个社会的运行效率带来巨大
25、的益处。提升数据的共享和开放，可以让GIS更广泛地应用于各个领域，更可以提高经济活动的效率，提高竞争力。另外，还可以减少GIS数据的成本，降低行业进入门槛，扩大GIS技术的应用，让数量众多的中小型企业从中受惠，开发出更多实用高效的GIS技术。随着大量GIS数据的共享和开放，GIS将在各个领域中发挥强大的功能，更好地为人民生活和经济发展服务。2GIS软件开发的产业化及市场化 近几十年来，我国GIS技术得到了长足的发展，GIS基础软件技术支持得到了全面加强。目前，我国已形成了一批具有自主知识产权的GIS软件品牌，如MapGIS、SuperMap、GeoStar等，并在较多领域内得到应用。但总体上看
26、，中国GIS市场尚处于初始发展阶段，规模偏小，空间分布不均衡，产业化及市场化程度还不够。GIS软件应用及开发主要集中在高校及科研机构，也有不少政府部门自己成立新的部门，承担自己系统的设计、开发和维护。在市场环境中，与ArcGIS或MapInfo这样的产业化公司相比，这些机构和单位也许有较强的开发能力，但在市场拓展及售后服务方面则相形见绌，而市场及服务对于软件产品的成功是非常重要的。为进一步发展中国GIS软件产业，我们在产业化及市场化方面还有很多工作要做。3交通GIS和网络GIS的发展 在我国，交通GIS和网络GIS将是GIS的主要发展领域。GIS在商业及民用领域最广泛的应用就是汽车导航和网上地
27、图服务。交通信息与地理空间信息息息相关，因此，交通领域必然是GIS的重点应用领域之一。随着汽车拥有量和物流业在中国的不断增加和发展，对交通信息和车辆导航的需求也逐渐增大。交通GIS凭借其强大的交通信息服务和管理功能必将促进交通规划、建设、管理以及智能交通的发展，同时可以带来巨大经济及社会效益。据统计，日本在使用智能交通系统以前，仅1991年因交通事故（或与交通有关的意外）的死伤人数就达100万人，因交通拥堵而损失了53亿小时，造成约12万亿日元的直接经济损失。采用智能导航系统后，交通堵塞和交通事故大为减少。现在日本ITS的目标是到2015年将道路交通事故减少为现有的50%。使用智能导航系统亦能
28、有效地提高交通运输能力和效率，节省时间，减少环境污染。网络GIS（WebGIS）是将Internet与 GIS结合在一起开发，使得 GIS软件或信息可以在高速的网络环境中实现漫游和共享，这将大大开拓GIS 的应用领域。利用网络来发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，形成一个网络化的地理空间集成平台，将是GIS 系统发展的必然趋势。WebGIS的应用可以很好地支持服务业的发展，例如通过网络我们可以方便地查找银行、酒店或商场的地址。这方面已有较多成功的应用，如Google地图和香港的中原地图等。随着中国经济的发展，第三产业将不断扩展，WebGIS的发展和应用可以更好地为人民生活和
29、经济发展服务。4 结束语GIS现在已被许多学科广泛接受。GIS当前的发展形势很好,但由于其发展历史较短，存在着许多不足之处，因此仍需要专业人员不断的努力，推动新的产品、新的软件来促进地理信息系统科学的发展。著作类参考文献：1 刘光地理信息系统基础篇 中国电力出版社:1。2 李旭祥 GIS在环境科学与工程中的应用 电子工业出版社:3、69103 3 郭晓虹 浅谈地理信息系统及其应用 内蒙古科技与经济2001年第2期:42-43。4 李梅,朱红旗 可视化与地理信息系统东北测绘24卷2001年第4期:3-4。5 陈军. GIS 空间数据模型的基本问题与学术前沿J . 地理学报,1995 ,50 （增
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