GIS應(yīng)用發(fā)展與展望

張治宇

長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院

GIS應(yīng)用發(fā)展與展望

張治宇

長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與空間技術(shù)的不斷發(fā)展，信息處理系統(tǒng)的日漸完善，在各類計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，人們對(duì)于空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的獲取、儲(chǔ)存、處理的能力大大提升，計(jì)算機(jī)對(duì)人決策的輔助能力顯著增強(qiáng)，基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的地理信息系統(tǒng)的發(fā)展日新月異?，F(xiàn)如今實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)有機(jī)統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)，成為了人們處理空間數(shù)據(jù)的有效工具，在社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中起到了越來(lái)越重要的作用。

GIS的應(yīng)用

GIS在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)呈現(xiàn)出了集約化、信息化、數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的管理方式越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在面對(duì)生產(chǎn)乃至銷售的整個(gè)復(fù)雜的環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，尤其是數(shù)目龐大的空間數(shù)據(jù)時(shí)，無(wú)論是在數(shù)據(jù)的采集處理還是管理應(yīng)用上，都呈現(xiàn)出了很大的局限性。而以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，通過(guò)對(duì)空間數(shù)據(jù)的獲取、儲(chǔ)存、處理，建立并分析相關(guān)地理模型，提供多維的時(shí)空數(shù)據(jù)作為決策依據(jù)，借此快速有效地處理大量數(shù)據(jù)。而地理信息系統(tǒng)在處理與地理屬性相關(guān)的空間數(shù)據(jù)上，更是有著傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所無(wú)法比擬的優(yōu)越性，滿足了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的需要，為我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。

隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS在我國(guó)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的廣度與深度均不斷擴(kuò)展與加深。GIS現(xiàn)如今已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)宏觀決策與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理等方方面面。

GIS在我國(guó)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、病蟲(chóng)害防治等方面。在農(nóng)業(yè)估產(chǎn)中，GIS作為農(nóng)業(yè)估產(chǎn)的重要手段之一，往往與GPS、RS技術(shù)相結(jié)合。GPS、RS提供原始的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，GIS系統(tǒng)通過(guò)對(duì)已獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、分析以及處理輸出，提供給用戶各類時(shí)空信息與屬性信息，繼而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化估產(chǎn)。在災(zāi)害防治中，我們所研究的空間對(duì)象是隨時(shí)間變化而發(fā)生變化的，而病蟲(chóng)害的這種動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律與過(guò)程對(duì)病蟲(chóng)害空間動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、發(fā)展趨勢(shì)以及災(zāi)害皮評(píng)估都發(fā)揮著重要的作用。 隨著對(duì)GIS時(shí)態(tài)特性的研究日益深入，“時(shí)空系統(tǒng)”逐步完善，GIS在病蟲(chóng)害防治中，已成為舉足輕重的角色。

GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

城市規(guī)劃研究城市的未來(lái)發(fā)展、城市的合理布局和綜合安排城市各項(xiàng)工程建設(shè)的綜合部署，是一定時(shí)期內(nèi)城市發(fā)展的藍(lán)圖，是城市管理的重要組成部分，是城市建設(shè)和管理的依據(jù)。

GIS由于具有處理與儲(chǔ)存海量數(shù)據(jù)的能力，被廣泛的應(yīng)用于城市規(guī)劃與管理。在傳統(tǒng)的城市規(guī)劃方式中，規(guī)劃部門傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)方式來(lái)管理規(guī)劃數(shù)據(jù)。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)不具備空間信息的處理能力，致使基于該類數(shù)據(jù)庫(kù)管理的規(guī)劃數(shù)據(jù)不具備空間查詢與定位能力。而利用GIS技術(shù)則可以完美的解決上述問(wèn)題，在GIS基礎(chǔ)上建立的城市規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫(kù)能實(shí)現(xiàn)空間信息與屬性信息的儲(chǔ)存與管理，將兩者聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空間查詢與定位。

未來(lái)的城市規(guī)劃，將是三維GIS的時(shí)代。傳統(tǒng)的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)主要以平面設(shè)計(jì)為主，無(wú)法為用戶提供直觀的感受，越來(lái)越無(wú)法滿足用戶使用需求。而與此同時(shí)，隨著3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)的崛起，GIS所能提供的城市規(guī)劃的真實(shí)感越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)規(guī)劃決策起到了不可磨滅的作用。與二維GIS相比，三維GIS使得空間信息的展示更為具體生動(dòng)，構(gòu)建了一個(gè)可視而直觀的空間信息展示平臺(tái)，用直觀的形象將抽象的空間信息與形象的空間感受相結(jié)合，輔助用戶更加簡(jiǎn)單快捷的完成城市規(guī)劃。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）的高速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維圖形產(chǎn)生 、多傳感器交互提供了可能。使人們可以在計(jì)算機(jī)根據(jù)地理數(shù)據(jù)所生成的虛擬環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)浸入式體驗(yàn)與人機(jī)交互，使得城市規(guī)劃更加合理與完善。

GIS與其他學(xué)科的交叉發(fā)展

GIS與RS的綜合應(yīng)用

RS具有實(shí)時(shí)、連續(xù)、準(zhǔn)確獲取大范圍地表信息的能力，而 GIS 具有強(qiáng)有力的地學(xué)分析手段。兩者相結(jié)合，不僅能夠?yàn)镚IS提供大量準(zhǔn)確可靠的信息，同時(shí)，使得數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新成為可能。能夠?qū)Υ竺娣e的地表信息進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的獲取，同時(shí)根據(jù)所獲取的信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示與實(shí)時(shí)處理。RS 與GIS的綜合運(yùn)用對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)與資源保護(hù)的科學(xué)化有著重要意義。通過(guò)遙感手段實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的獲取大量區(qū)域變化信息，同時(shí)利用GIS處理監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)，將所獲取的海量抽象的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，并以此作為用戶做出決策的輔助依據(jù)。GIS與RS綜合應(yīng)用涵蓋國(guó)防建設(shè)、國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、人民生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域。

GIS與GPS的綜合應(yīng)用

隨著GPS定位精度與定位速度的不斷提高，GIS空間分析功能的完善，GPS與GIS相結(jié)合，使得點(diǎn)位信息的實(shí)時(shí)獲取與處理日趨完善。其中，各類導(dǎo)航系統(tǒng)與空間調(diào)度系統(tǒng)便是GPS與GIS綜合應(yīng)用的典例。通過(guò)GPS實(shí)時(shí)的獲取目標(biāo)的點(diǎn)位與速度信息，根據(jù)其位置信息，借助空間分析與最優(yōu)路徑分析等手段，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)航與調(diào)度，使整個(gè)城市的交通網(wǎng)絡(luò)成為一個(gè)有機(jī)整體。

GIS與VR的綜合應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)采用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)創(chuàng)建虛擬世界，生成一種模擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互與浸入式體驗(yàn)。通過(guò)GIS與RS的綜合應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)高真實(shí)度的景觀可視化，使得空間數(shù)據(jù)得以以透視化的方式展示，使得人能以自己的意志在虛擬世界進(jìn)行諸如查詢、量測(cè)、漫游、飛行瀏覽等一系列操作，為人類觀察自然，了解實(shí)體提供了全新的感受?，F(xiàn)代遙感技術(shù)與測(cè)繪技術(shù)為RS技術(shù)提供了足夠可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，GIS技術(shù)則提供了處理海量信息與時(shí)空數(shù)據(jù)的能力。GIS與RS的綜合應(yīng)用逐漸實(shí)用化、大眾化，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于城市規(guī)劃、展覽展示等各個(gè)領(lǐng)域。

GIS應(yīng)用展望

地理信息系統(tǒng)在社會(huì)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理決策的廣泛應(yīng)用與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域各學(xué)科的發(fā)展相輔相成。GIS的發(fā)展促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科知識(shí)創(chuàng)新加快了相關(guān)技術(shù)的換代升級(jí)；而各學(xué)科的不斷發(fā)展與相關(guān)技術(shù)的更新?lián)Q代又作用于GIS，使得GIS不斷發(fā)展完善。

GIS技術(shù)方興未艾，作為一個(gè)具有廣闊發(fā)展前景的新興學(xué)科，我認(rèn)為其未來(lái)的發(fā)展將會(huì)呈現(xiàn)出以下的趨勢(shì)：

三維化與四維化發(fā)展

可以說(shuō)，GIS的實(shí)質(zhì)就是將目標(biāo)物在抽象空間內(nèi)的空間信息與屬性信息聯(lián)系在一起并表現(xiàn)出來(lái)，抽象空間維度的選取即為GIS緯度的選取。GIS處理的處理的數(shù)據(jù)大多具有三維連續(xù)性，部分還具有時(shí)間屬性。目前，大多數(shù)的GIS平臺(tái)還處在對(duì)二維點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)的處理階段。而三維空間要素（曲面、體）的獲取與處理并不完善，大多數(shù)采用投影的方法處理三維要素，既以二維的手段表現(xiàn)與處理三維實(shí)體。這就造成了三維信息表達(dá)的缺損與歧義。

同時(shí)，很多地理對(duì)象不僅具有三維的空間屬性，同時(shí)還具有時(shí)間屬性，即“時(shí)態(tài)”。很多地理對(duì)象的特征均會(huì)隨著時(shí)態(tài)的變化而變化，有些變化會(huì)很大或者對(duì)所描述的地理對(duì)象影響重大。如人口遷移、自然災(zāi)害評(píng)估等。

所以，GIS的三維化與四維化是GIS未來(lái)急需解決的問(wèn)題，也是GIS未來(lái)發(fā)展的方向與趨勢(shì)。

海量數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與資源共享

隨著GIS的不斷發(fā)展與成熟，建立數(shù)字地球已是大勢(shì)所趨，這就要求GIS建立一個(gè)能夠儲(chǔ)存海量地理對(duì)象的空間信息與屬性信息的龐大數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，還需找出各地理對(duì)象以及它們各類屬性之間的約束條件，建立可靠的數(shù)學(xué)模型。這使得海量數(shù)據(jù)庫(kù)的建立成為了未來(lái)發(fā)展的重要方向。同時(shí)，隨著GIS技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，GIS的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生了很大改變。盡可能的降低數(shù)據(jù)采集成本、實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)繼承與共享，滿足GIS大眾化和社會(huì)化的需求成為了當(dāng)前GIS發(fā)展的又一大趨勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

GIS作為一個(gè)新興學(xué)科，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及空間技術(shù)的不斷發(fā)展而逐步完善。作為一門實(shí)用性極強(qiáng)的學(xué)科，GIS已經(jīng)成為人們處理空間信息的有力工具，極大地促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在未來(lái)的幾十年來(lái)，GIS前景廣闊。