GIS應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)研究

（天津師范大學(xué) 天津 300387）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，各行各業(yè)變得更加科技化。GIS在我國生產(chǎn)方面有著極為重要的作用，只有讓GIS更加全面完善，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展才有更多競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前GIS與子女技術(shù)結(jié)合越來越緊密，在提高工作效率的同時(shí)也為生產(chǎn)生活增加了便利。而GIS目前在我國仍處于發(fā)展初階段，與西方技術(shù)發(fā)達(dá)國家存在客觀差異，因此對(duì)GIS的基本技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行全面探索與分析，對(duì)其最新發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行一定預(yù)測(cè)與分析，對(duì)我國GIS的發(fā)展具有重要意義。

1 GIS概述

GIS是通過獲取、檢索及分析顯示數(shù)據(jù)的方式來建立的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在運(yùn)行方式上有遙感與非遙感兩種數(shù)據(jù)信息手段，通過對(duì)確定的空間位置進(jìn)行信息采集，再對(duì)空間實(shí)體進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)體信息數(shù)據(jù)化，為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)體數(shù)據(jù)處理提供便利。最早是加拿大人于1962年提出，并于近年傳入我國。由于GIS可通過衛(wèi)星遙感定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)實(shí)體數(shù)據(jù)化，從而極大降低了人工信息采集難度及勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了數(shù)據(jù)精度，也為我國城市現(xiàn)代化建設(shè)提供了必要的數(shù)據(jù)保障。

目前，GIS提升的主要標(biāo)志是把計(jì)算機(jī)技術(shù)作為主要核心，是一種先進(jìn)的系統(tǒng)處理的方法和策略。GIS在國防、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)等方面都在不斷普及使用。GIS在設(shè)計(jì)過程中有效地融合了地圖及數(shù)據(jù)庫等各種不同的技術(shù)，從而形成了一個(gè)較為獨(dú)立、相當(dāng)廣泛的探索領(lǐng)域。

2 GIS主要研究內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)獲取

包括數(shù)據(jù)采集與輸入，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸入系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可識(shí)別的內(nèi)部數(shù)據(jù)，在此過程中需將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行大量換算，才能滿足GIS發(fā)展需要。傳統(tǒng)GIS輸入數(shù)據(jù)是通過掃描及數(shù)字化系統(tǒng)，但數(shù)字化效率低、投入成本高，掃描無法立即轉(zhuǎn)換為其所需基本屬性形式。目前普遍使用矢量方法來進(jìn)行交互式識(shí)別，GIS中結(jié)合了多種圖像處理技術(shù)，且都有處理圖像的子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)獲取的具體方式也能根據(jù)這些功能進(jìn)行選擇。GIS能有效定位地球表面任一點(diǎn)，因此在環(huán)境監(jiān)測(cè)、管理方面都有重要影響。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

GIS以柵格及矢量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，但在與多媒體結(jié)合的時(shí)代，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型增多，合理存儲(chǔ)海量圖文地理信息已經(jīng)成為GIS發(fā)展要解決的問題。隨著移動(dòng)儲(chǔ)存空間的加大，光盤存儲(chǔ)和讀取速度不斷提高，GIS存儲(chǔ)空間有效性得到改善。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理與分析是GIS核心內(nèi)容，主要表現(xiàn)在兩方面：一，對(duì)于所有輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)符合系統(tǒng)所需標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)檢驗(yàn)輸入各部分?jǐn)?shù)據(jù)的關(guān)系是否存在一定邏輯性。二，整理系統(tǒng)中的圖形工具，整理數(shù)據(jù)效果與GIS分析效果直接相關(guān)，比較常用的操作有矢量數(shù)據(jù)地圖與拼接地圖，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查糾正，使其滿足GIS各種應(yīng)用要求，進(jìn)一步從已知地理數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱含的重要結(jié)論，從而解決實(shí)際問題。

3 地理信息系統(tǒng)技術(shù)主要應(yīng)用

3.1 城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)

城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)不但涉及人口、環(huán)境、交通、金融等方面內(nèi)容，同時(shí)還包含教育、文化及資源等，需要大量地理交通數(shù)據(jù)，而充分應(yīng)用GIS具備的數(shù)據(jù)庫管理，不僅能將有效數(shù)據(jù)和信息集合到一起，也可為城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)提供更加準(zhǔn)確的信息，進(jìn)行城市之間的開發(fā)和規(guī)劃，對(duì)城市建設(shè)中的環(huán)境質(zhì)量、道路規(guī)劃以及公共設(shè)施分配等起到一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作用，同時(shí)也可提供空間搜尋方法，使信息疊加在一起，確保城市規(guī)劃建設(shè)更加準(zhǔn)確科學(xué)。GIS成為了城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)中的一個(gè)重要的手段和信息檢索工具，為城鄉(xiāng)建設(shè)工作的展開貢獻(xiàn)了力量。

3.2 土地調(diào)查

土地調(diào)查涉及數(shù)據(jù)包含各個(gè)方面，如房屋地理位置、所屬地區(qū)名稱、面積、類型、權(quán)屬、地價(jià)等等，都會(huì)涉及大量數(shù)據(jù)內(nèi)容，通過充分的應(yīng)用GIS，可對(duì)以上內(nèi)容相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一收集操作，用戶有需要時(shí)，在第一時(shí)間為其提供可靠信息，從而使土地的調(diào)查變得更加的科學(xué)可靠。在土地調(diào)查領(lǐng)域，GIS應(yīng)用最為廣泛。

3.3 農(nóng)業(yè)管理

GIS通過疊加不同圖層，并對(duì)不同要素進(jìn)行綜合分析，在土地的參數(shù)分析以及土壤成分的研究中發(fā)揮巨大作用，構(gòu)建起一套以地理信息為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)。有效完成土壤劃分以及施肥處方圖，管理土壤參數(shù)，及時(shí)反饋各項(xiàng)變動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)于農(nóng)作物產(chǎn)值估算以及病蟲害風(fēng)險(xiǎn)推算等方面發(fā)揮重要作用，在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)及土地資源監(jiān)測(cè)等方面也有很大的發(fā)展空間為實(shí)際農(nóng)業(yè)決策提供可靠數(shù)據(jù)支持。

3.4 林業(yè)管理

隨著GIS的在林業(yè)上的應(yīng)用，精準(zhǔn)林業(yè)不斷發(fā)展，利用現(xiàn)代化技術(shù)建立現(xiàn)代化林業(yè)體系，從而最大限度發(fā)揮森林的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。其在森林資源數(shù)據(jù)采集和更新速度越來越快，通過有效手段做到動(dòng)態(tài)管理和監(jiān)測(cè)，可以做到更真實(shí)、更直觀的體現(xiàn)森林資源的變化及趨勢(shì)。在森林火災(zāi)的預(yù)防和撲救、病蟲害防治等方面的作用越來越重要，逐漸成為核心技術(shù)，利用GIS的科學(xué)精準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)預(yù)防為主，防治結(jié)合的森防體系。森林資源的分類經(jīng)營GIS的介入下，變得更加普遍和合理，能夠做到分類更加科學(xué)和客觀，為各級(jí)決策部門和生產(chǎn)單位提供可操作的森林分類經(jīng)營策略及科學(xué)理論。

3.5 交通運(yùn)輸管理

交通部門在實(shí)行工作過程中，往往都應(yīng)用交通GIS，包括圖像制作，編輯以及測(cè)量等功能，主要是對(duì)空間數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行錄入和儲(chǔ)存，并制成相應(yīng)的圖像。交通GIS還可以對(duì)某一段地形展開動(dòng)態(tài)分析，從而提出路徑優(yōu)化對(duì)策，規(guī)劃出最為合理的路徑，不僅節(jié)省了工作時(shí)間，也提升了工作效率。

4 地理信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 GIS與大數(shù)據(jù)

地理信息產(chǎn)業(yè)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，依靠大?shù)據(jù)，其收集數(shù)據(jù)的容量及速率均有大幅提升。龐大的數(shù)據(jù)匯成的信息系統(tǒng)相對(duì)于以往更加精細(xì)、完整，現(xiàn)代GIS必須依靠現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)，因此離不開大數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)使得GIS進(jìn)入現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)與分析階段，從宏觀掌握地理信息，從大數(shù)據(jù)的變動(dòng)總結(jié)出其發(fā)展趨勢(shì)及變化特征。大數(shù)據(jù)增加了信息可信度，能夠完成地理信息局部與宏觀的相互印證，為GIS的系統(tǒng)化與精細(xì)化實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支持。

4.2 GIS與云計(jì)算

基于云計(jì)算的GIS平臺(tái)是一種共享平臺(tái)。云計(jì)算架構(gòu)底層是共享地理信息數(shù)據(jù)，即地理信息基礎(chǔ)資源池。在云計(jì)算架構(gòu)中，關(guān)鍵問題是解決信息共享、服務(wù)共享的問題。硬件資源通過網(wǎng)絡(luò)整合形成資源池可解決這一難題，同時(shí)可增強(qiáng)計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的快速檢索和匹配，最終為用戶提供所需服務(wù)。目前研究結(jié)果表明，地理信息服務(wù)可采用如下4種模式進(jìn)行。

（1）基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的地理信息共享和空間數(shù)據(jù)互操作服務(wù)模式。其軟件應(yīng)用程序采用統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

（2）基于網(wǎng)格服務(wù)的信息資源共享和協(xié)同解決問題服務(wù)模式。它采用網(wǎng)格服務(wù)描述語言來描述服務(wù)，所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的資源統(tǒng)一以服務(wù)的方式對(duì)外提供。

（3）基于云端一體化的地理信息服務(wù)模式。它利用云計(jì)算簡單而強(qiáng)大的計(jì)算能力，該模式的體系結(jié)構(gòu)可分為基礎(chǔ) 設(shè)施層、平臺(tái)層、軟件層和應(yīng)用層4個(gè)層次。

（4）基于網(wǎng)格計(jì)算與云計(jì)算的“混合式”地理信息服務(wù)模式。它充分發(fā)揮網(wǎng)格集成和彈性云服務(wù)的優(yōu)勢(shì)，最大限度縮短從地理信息獲取到提供地理信息服務(wù)的周期，包括網(wǎng)格集成、彈性云服務(wù)和用戶應(yīng)用3個(gè)層次。

4.3 GIS與互聯(lián)網(wǎng)

WebGIS利用Internet技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布，實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的地理空間信息應(yīng)用。GIS利用Web技術(shù)得以擴(kuò)展，普通用戶可通過通用 Web瀏覽器瀏覽WebGIS中的空間信息，進(jìn)行空間查詢分析等。如基于網(wǎng)頁端的地圖服務(wù)，氣象局、地質(zhì)局等基于WebGIS提供的數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)。

空間數(shù)據(jù)庫中的信息便于檢索查詢，WebGIS根據(jù)空間數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)資源建立各個(gè)領(lǐng)域的專用模型。利用這些模型可以直觀、清晰地分析數(shù)據(jù)，方便對(duì)特殊地理問題進(jìn)行研究?？偠灾?，WebGIS高速發(fā)展，其發(fā)展前景被業(yè)內(nèi)廣泛看好，有可能成為未來高科技領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。

5 結(jié)束語

綜上所述，目前我國GIS發(fā)展迅速，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、處理與分析，有效解決問題。GIS也廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活各方面，對(duì)城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)、土地調(diào)查、農(nóng)林業(yè)管理、交通運(yùn)輸?shù)染哂兄匾獙?shí)踐作用。與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的結(jié)合成為其未來發(fā)展趨勢(shì)。在社會(huì)不斷的發(fā)展過程當(dāng)中，GIS將會(huì)漸漸成為科技領(lǐng)域的核心技術(shù)，獲得更加普遍的使用。