基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的GIS技術(shù)研究

張 冉,張麗娟

(泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東 泰安 271000)

0 引言

近年來,隨著“數(shù)字地球”概念的提出和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,GIS技術(shù)在工程建設(shè)、地質(zhì)勘探和交通運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,其應(yīng)用深度和廣度均與日俱增,同時(shí),各行各業(yè)新的發(fā)展也給GIS技術(shù)的應(yīng)用水平提出了更高的要求。由此,GIS技術(shù)將融入更多的計(jì)算機(jī)技術(shù),以更好實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用目標(biāo)。顯然,有必要對(duì)基于GIS技術(shù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)作進(jìn)一步的研究。

1 GIS技術(shù)概述

1.1 GIS技術(shù)的概念

GIS(Geograpic Information System)技術(shù)又稱為地理信息系統(tǒng),其屬于一種專業(yè)性較強(qiáng)的管理系統(tǒng),能夠?qū)Ω鞣N地理信息進(jìn)行集中儲(chǔ)存、編輯操作和顯示。在該系統(tǒng)中,包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分,硬件系統(tǒng)主要用于地理信息數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存和輸出;軟件系統(tǒng)則用于對(duì)數(shù)據(jù)信息的分析。目前,GIS技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通、土地資源管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。

1.2 GIS技術(shù)的發(fā)展

GIS技術(shù)最早始于加拿大的研究人員,發(fā)現(xiàn)GIS技術(shù)需要基于計(jì)算機(jī)處理技術(shù),才能有效提高其工作效率和質(zhì)量,GIS技術(shù)的效果與計(jì)算機(jī)技術(shù)水平有著顯著的關(guān)聯(lián)。在早期的GIS技術(shù)中,普遍存在著功能不夠全面、數(shù)據(jù)信息處理速度不高等問題。在實(shí)際應(yīng)用中,GIS技術(shù)不僅與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合,還與GPS技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS系統(tǒng)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析,為用戶提供可能存在或即將產(chǎn)生的情況,為用戶的后續(xù)工作和決策提供重要的依據(jù)。

電子計(jì)算機(jī)正在朝著微型化和智能化的方向不斷發(fā)展,能夠在較短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)信息,同時(shí)也能對(duì)多項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行智能化分析,并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息在未來一階段內(nèi)的變動(dòng)情況進(jìn)行合理預(yù)判,為后續(xù)環(huán)節(jié)提供決策,這大大提高了用戶使用GIS技術(shù)的滿意度,讓GIS數(shù)據(jù)信息更具有效性[1]。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)GIS技術(shù)發(fā)展的影響

2.1 推進(jìn)GIS技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化

通過融入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),GIS技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)區(qū)域的地理數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)更高效的采集,并有效降低了傳統(tǒng)模式下數(shù)據(jù)采集和處理的錯(cuò)誤率。具體來看,在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的加持下,GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化以后具備了以下兩個(gè)特點(diǎn):一是GIS技術(shù)的適應(yīng)性更加廣泛,在不同的領(lǐng)域都有著更加優(yōu)異的表現(xiàn);二是GIS技術(shù)更具實(shí)踐性,能夠根據(jù)實(shí)際需要,更新和共享現(xiàn)有的地理數(shù)據(jù)信息,為有關(guān)部門的工作提供更好的支持。

2.2 推進(jìn)GIS技術(shù)更具開放包容性

GIS技術(shù)已經(jīng)在很多國(guó)家和地區(qū)都得以推廣應(yīng)用,但應(yīng)用GIS技術(shù)的國(guó)家和地區(qū)的工作人員在文化和自身素質(zhì)水平上都存在著明顯的差異,對(duì)GIS技術(shù)通常有著不同的理解認(rèn)知,這也必然會(huì)影響到GIS技術(shù)的應(yīng)用效果。為此,可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各國(guó)工作人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)交流,幫助部分國(guó)家和地區(qū)的工作人員解決對(duì)GIS技術(shù)的理解認(rèn)知程度不足的問題,體現(xiàn)GIS技術(shù)的開放包容的特征。

2.3 推進(jìn)GIS技術(shù)的“虛擬化”

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,GIS技術(shù)也呈現(xiàn)出更為明顯的“虛擬化”趨勢(shì)。特別是通過與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合,其能夠?qū)Ω鞣N生物的語言和行為動(dòng)作進(jìn)行模擬,使得GIS技術(shù)更為直觀。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仍處于發(fā)展階段,要在部分立體三維模型中實(shí)現(xiàn)有效的模擬。這就需要通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用,讓GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地理空間的分析和管理功能。

2.4 提高GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)安全性

在應(yīng)用GIS技術(shù)的過程中,會(huì)產(chǎn)生大量的重要數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)通常需要進(jìn)行增加和替換,才能使這些數(shù)據(jù)發(fā)揮重要作用。GIS技術(shù)所采集到的數(shù)據(jù)的壽命較為有限,必須定期對(duì)其進(jìn)行備份和歸檔才能確保數(shù)據(jù)的有效性。為實(shí)現(xiàn)針對(duì)GIS數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),就需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)中的數(shù)據(jù)庫技術(shù),創(chuàng)建專門的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)備份軟件,并采用GIS數(shù)據(jù)特定的數(shù)據(jù)規(guī)則,使用LAN Free方式對(duì)GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和整理[2]。

為了進(jìn)一步提高GIS數(shù)據(jù)的安全性,異地災(zāi)備工作是一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié),其目的是避免不可抗力因素帶來的數(shù)據(jù)損失和破壞。在對(duì)GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行異地災(zāi)備時(shí),仍需采用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備,提高數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的安全系數(shù),避免數(shù)據(jù)損壞且無法及時(shí)恢復(fù)問題的產(chǎn)生。

3 當(dāng)前基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的幾種新型GIS技術(shù)

3.1 網(wǎng)絡(luò)化的WebGIS技術(shù)

Web GIS技術(shù)與傳統(tǒng)GIS技術(shù)的主要不同點(diǎn)在于,其融入了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的信息瀏覽、信息上傳和下載等功能,確保用戶能夠快速查詢和分析GIS數(shù)據(jù)信息庫中的內(nèi)容,這也使得用戶檢索信息的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。相對(duì)于傳統(tǒng)GIS技術(shù)而言,Web GIS技術(shù)的適應(yīng)性和應(yīng)用范圍都得到進(jìn)一步拓展,避免了傳統(tǒng)GIS技術(shù)模式下信息檢索的煩瑣步驟[3]。Web GIS技術(shù)細(xì)分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種,其中,被動(dòng)式的Web GIS技術(shù)主要基于CGI和Server API兩種技術(shù)加以實(shí)現(xiàn),其優(yōu)勢(shì)在于開發(fā)率較高,但其對(duì)服務(wù)器性能要求較高,且信息檢索時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),實(shí)用性受到一定的限制;主動(dòng)式的Web GIS技術(shù)則不采用服務(wù)器進(jìn)行信息處理與檢索,而將相關(guān)的程序代碼發(fā)送到客戶端,與客戶實(shí)現(xiàn)交互,這種模式下,工作效率相對(duì)于被動(dòng)式更高,因此主動(dòng)式的Web GIS技術(shù)應(yīng)用占比近年來也在不斷上升。

3.2 虛實(shí)結(jié)合的VR-GIS技術(shù)

這種技術(shù)主要是將VR技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合,利用VR技術(shù)的“虛擬現(xiàn)實(shí)”功能,將GIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行“成像化”處理,讓GIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M現(xiàn)實(shí)環(huán)境,將抽象的數(shù)據(jù)形象化處理,方便用戶更為直觀地判斷工程問題和分析處理方法[4]。

3.3 多項(xiàng)技術(shù)集成的“3S”技術(shù)

這種技術(shù)是GPS技術(shù)、RS技術(shù)和傳統(tǒng)GIS技術(shù)的結(jié)合體,其兼具這3種技術(shù)的功能和優(yōu)勢(shì),讓傳統(tǒng)的GIS技術(shù)更加實(shí)時(shí)化和動(dòng)態(tài)化。在多種技術(shù)的加持下,自主進(jìn)行地理數(shù)據(jù)信息的采集、處理和更新,同時(shí)借助人工智能技術(shù),也能夠自動(dòng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,為用戶的后續(xù)決策提供重要的支持。

3.4 結(jié)合3D空間技術(shù)的GIS技術(shù)

3D空間技術(shù)能夠以GIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ),對(duì)這些信息進(jìn)行建模處理,為用戶提供更直觀的空間數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工程領(lǐng)域的精準(zhǔn)規(guī)劃和分析。目前這項(xiàng)技術(shù)主要基于3D GIS二次開發(fā)工具加以實(shí)現(xiàn),通過該工具即可實(shí)現(xiàn)3D GIS技術(shù)的各項(xiàng)功能。目前,3D GIS技術(shù)的開發(fā)工具已經(jīng)相對(duì)成熟,開發(fā)人員可根據(jù)實(shí)際需要,選用Terra Vista,Skylinc,Terra in View或是VR Map等工具來實(shí)現(xiàn)開發(fā)目標(biāo)。

4 未來GIS技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)展望

4.1 發(fā)展速度進(jìn)一步加快

GIS技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展,已經(jīng)成為服務(wù)全球受眾的新發(fā)展體系,特別是其與計(jì)算機(jī)技術(shù)深度融合后,GIS數(shù)據(jù)信息的價(jià)值也顯著提升。同時(shí),GIS技術(shù)的發(fā)展速度將進(jìn)一步加快,空間技術(shù)和數(shù)字技術(shù)等要素將有更多融入,這有助于擴(kuò)大GIS技術(shù)的用戶群體,優(yōu)化用戶體驗(yàn),促進(jìn)GIS技術(shù)的進(jìn)一步成熟發(fā)展。

4.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)加持的GIS技術(shù)將更具“數(shù)據(jù)實(shí)用性”

未來的GIS技術(shù)將不局限于工程領(lǐng)域的應(yīng)用,而是在公眾當(dāng)中有著更為廣泛的應(yīng)用,且公眾對(duì)于GIS技術(shù)也會(huì)有更大程度的依賴,這些需求都會(huì)推動(dòng)GIS技術(shù)的進(jìn)一步成熟完善。以比例尺為例,當(dāng)前GIS技術(shù)數(shù)據(jù)和圖像的融合多以二維為主,三維所占的比例不高,其分析應(yīng)用地圖數(shù)據(jù)的能力還有著較大的提升空間。預(yù)計(jì),未來的GIS技術(shù)中,三維模式的比例將顯著提升,并朝著四維技術(shù)模式趨勢(shì)不斷發(fā)展,不僅能夠存儲(chǔ)更多的信息,而且能夠?yàn)楣妿砀诱鎸?shí)的體驗(yàn),幫助用戶直觀感受抽象的數(shù)據(jù)信息[5]。

從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的角度分析,預(yù)計(jì)未來的GIS技術(shù)將整合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫技術(shù)中的柵格庫、DEM格網(wǎng)庫等多元結(jié)構(gòu),進(jìn)一步提高其穩(wěn)定性。在這一發(fā)展趨勢(shì)下,GIS數(shù)據(jù)中相對(duì)較為模糊的部分也將得到清晰化處理,各種分散的GIS數(shù)據(jù)信息將得到有效整合,為遙感技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造良好的條件。同時(shí),未來的GIS技術(shù)也將通過更多應(yīng)用空間關(guān)系,將既有的地理信息實(shí)施空間數(shù)據(jù)庫式轉(zhuǎn)化存儲(chǔ),從而更深層次地挖掘已有的數(shù)據(jù)信息,從而使用戶獲得更直接的信息路徑。這還能改變當(dāng)前數(shù)據(jù)信息靜態(tài)化管理模式,進(jìn)而向動(dòng)態(tài)管理模式發(fā)展。

5 結(jié)語

通過各種計(jì)算機(jī)技術(shù)的融入,GIS技術(shù)能夠得到更加有效的應(yīng)用,為各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。當(dāng)然,目前的GIS技術(shù)仍存在著一些不足之處,其發(fā)展空間仍然較為廣闊。為此,研究人員需要對(duì)GIS技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等進(jìn)行更為深入的研究,推進(jìn)GIS技術(shù)的不斷發(fā)展,使之創(chuàng)造出更大的社會(huì)效益和科技效益。