淺談地理信息系統的發展過程和發展趨勢
本文通過對地理信息系統概念的理解，幾種軟件的介紹，以及回顧了國內外地理信息系統的發展歷程，提出了未來地理信息系統的發展趨勢。
關鍵字：地理信息系統概念 軟件 發展歷程 發展趨勢
1、前言
1.1 地理信息系統的概念
地理信息系統（Geographical Information System,GIS）是一種決策支持系統，它具有信息系統的各種特點。地理信息系統與其它信息系統的主要區別在于其存儲和處理的信息是經過地理代碼，地理位置及與該位置有關的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。在地理信息系統中，現實世界被表達成一系列的地理要素和地理現象，這些地理特征至少由空間位置參考信息和非位置信息兩個組成部分。
地理信息系統是一門多技術交叉的空間信息科學，它依賴于地理學、測繪學、統計學等基礎性學科，又取決于計算機硬件與軟件技術、航天技術、遙感技術和人工智能與專家系統技術的進步與成就。此外地理信息系統又是一門以應用為目的的信息產業，它的應用可深入到各行各業。
1.2 常用地理信息系統（GIS）軟件介紹
當前，常用的地理信息系統（GIS）軟件主要有以下幾種：
（1） MapInfo軟件
MapInfo系統是美國MapInfo公司研制的地理信息系統軟件。從1986年推出第一個DOS版本MapInfo V1.0到20世紀90年代初的Windows版本MapInfo V3.0，其產品逐漸變得成熟，并很快流行起來。1995年和1998年分別推出MapInfo Professional V4.0和V5.0，使這個產品趨于完善。
（2） Arc/Info軟件
Arc/Info UNIX/NT版（以下簡稱Arc/Info）是ESRI公司系列產品中最經典、功能最強大的專業GIS產品。現在已經用于全球范圍6000多個重要機構和組織中，在我國也擁有150多個用戶（截至1995年）。Arc/Info的第一個產品完成于1978年，主要在小型機上運行。1996年底，ESRI公司又把工作站版Arc/Info的全部模塊移植到MS Windows NT之上，使工作站環境下的Arc/Info軟件功能全部在微機上實現。1999年底推出基于Windows NT上的Arc/Info8.0，添加了ArcGeodataBase，Arctoolbook和ArcMap等功能。
（3） GeoStar軟件
GeoStar是武漢吉奧信息工程公司開發的地理信息系統軟件。GeoStar系列軟件最獨特的特征在于矢量數據、屬性數據、影像數據，DEM數據高度集成。
（4）MapGIS系列軟件
MapGIS是武漢中地信息工程有限公司開發的一個大型工具型地理信息系統軟件。
2、地理信息系統的發展過程
地理信息系統最早應用在資源環境管理中。目前它已經廣泛用于資源環境，如森林、礦產、水利及農牧業等的管理；自然資源，如林業、地質礦藏、水資源等的調查；自然災害，如水旱在害、蟲害、震災等的監測、預報、評估；環境保護，如水土流失、荒漠化治理等方面。
2.1 國外地理信息系統的發展歷史
國際上地理信息系統的發展始于20世紀60年代，地理信息系統起源于北美。世界第一個運行性地理信息系統是在1963年加拿大土地調查局為了處理大量的土地調查資料,由測量學家R.F.Tominson提出并建立的。同一時期美國哈佛大學的計算機圖形與空間分析實驗室,建立了SYMAP系統軟件,竭力發展空間分析模型和制圖軟件。但由于當時計算機技術水平不高,存貯量小,磁帶存取速度較慢,使得GIS帶有更多的機助制圖色彩,地學分析功能極簡單。20世紀70年代以后,由于計算機軟硬件迅速發展,特別是大容量存貯功能磁盤的使用,為地理空間數據的錄入、存貯、檢索、輸出提供了強有力的手段,使GIS朝實用方向迅速發展。美國、加拿大、英國、西德、瑞典、日本等發達國家先后建立了許多不同專題、不同規模、不同類型的各具特色的地理信息系統。如美國地質調查局建立了50多個地理信息系系統。如美國地質調查局建立了50多個地理信息系統用于地理、地質、地形和水資源等領域空間信息的工具,典型的有GIRAS,用于處理、分析全國范圍土地利用和土地覆蓋制圖的空間數據。這期間許多大學和研究機構也開始重視GIS軟件設計及應用的研究。如美國紐約州立大學創建了GIS實驗室,后來發展成為包括加州大學和緬因州大學在內的由美國國家科學基金會支持的國家地理信息分析中心。70年代的GIS分析功能和60年代相比,并未得到很大的擴充,許多數據庫的容量也較小。因此,70年代可以說是地理信息系統的鞏固階段。20世紀80年代是GIS普及和推廣應用的大發展階段,由于新一代高性能的計算機的普及和迅速發展,GIS也逐步走向成熟。GIS的軟硬件投資大大降低而能力明顯提高,已進入多學科領域,由功能單一、比較簡單的分散系統發展成為多功能的用戶共享的綜合性信息系統,并向智能化發展。隨著GIS與衛星遙感技術的結合,GIS已用于全球變化的研究與監測。如全球沙漠化、厄爾尼諾現象等研究。所以,80年代是地理信息系統發展具有突破性的年代,出現了一些具代表性的性能較好的GIS軟件。如ARC/INFO、MICROSTA TION、SICAD、GENAMAP等。
20世紀90年代,GIS已成為確定性產業,投入使用的GIS系統,每2～3年就翻一番。GIS已滲透到各行各業,愈來愈多的國際性會議、學術刊物以GIS為主題,它已成為人們規劃管理中不可缺少的應用工具。
2.2 中國地理信息系統的發展歷程
中國的地理信息系統研究與應用始于20世紀70年代末80年代初，雖然歷史較短,但發展很快。大體分3個階段。
第一階段,從1978～1980年為準備階段,主要是輿論準備,隊伍組建,開始GIS的啟蒙研究。
第二階段,從1981～1985年為起步階段,主要對GIS進行理論探索和區域性實驗研究,并制定國家GIS的規范,并進行信息采集、數據庫模型設計。1985年國家資源與環境信息系統實驗室成立。
第三階段,是從1986年到現在,為GIS的全面發展階段,作為一個全國性的研究領域,GIS已逐步和國民經濟建設相結合,取得了重要進展和實際應用效益。一方面,以研究資源與環境信息的國家規范和標準、省市縣級的規范和區域性的規范為主體,解決信息共享與系統兼容的問題。另一方面,開展全國性的自然資源與環境、國土和水土保持信息系統的建立和應用模式。研究、開展結合水保、洪水預警和救災對策、防護林生態和城市環境等方面區域信息研究。第三方面是研制和發展軟件系統和專家系統,從技術上支撐上述研究領域的開拓與發展。如北京大學的地理專家系統、華東師大的地理應用程序軟件包等。并完成了一批綜合性、區域性和專題性的信息系統,如黃土高原水土流失信息系統、黃河下游洪水險情預警信息系統、中國國土基礎信息系統等。現已在全國范圍內形成了地理信息系統的科研隊伍,大中小城市的城市信息系統和土地利用信息系統,資源管理信息系統等專題的地理信息系統紛紛建立和運轉起來。
3、地理信息系統的發展趨勢
地理信息系統(ＧＩＳ)是一種空間信息系統,它的主要功能既是對自然界和人類社會的各種空間和非空間的復雜現象進行處理、表示和分析。但當前的ＧＩＳ一般只能處理地球表面的信息,或者通過建立數字地面(高程)模型的方法來處理和表示地形的起伏,即所謂的2Ｄ和2.5ＤＧＩＳ技術,而在許多地學應用中,很多真3維的自然和人工現象需要處理、分析和表達,地學工作者們迫切的希望把更加真實和交互的可視化技術引入自身領域。因此,3ＤＧＩＳ成為當今的研究熱點。
可視化技術是指運用計算機圖形圖像處理技術,將復雜的科學現象、自然景觀以及十分抽象的概念圖形化,以便理解現象、發現規律和傳播知識。它自十多年前產生以來,以其驚人的速度飛速發展。可視化理論和技術應用于ＧＩＳ開始于20世紀90年代初。對于ＧＩＳ來說,空間信息可視化更重要的是一種空間認知行為,在提高空間數據的復雜過程分析的洞察能力、多維和多時相數據和過程的顯示等方面,將有效地改善和增強空間地理環境信息的傳輸能力,有助于理解、發現自然界存在的現象相關關系和啟發形象思維的能力。當前的可視化技術已經遠遠超出了傳統的符號化及視覺變量表示法的水平,進入了在動態、時空變化、多維的可交互的ＧＩＳ條件下探索視覺效果和提高視覺功能的階段。其重點是將那些難于設想和接近的環境與事物,以動態直觀的方式表示出來。
4、結束語
GIS現在已被許多學科廣泛接受。GIS當前的發展形勢很好,但由于其發展歷史較短，存在著許多不足之處，因此仍需要專業人員不斷的努力，推動新的產品、新的軟件來促進地理信息系統科學的發展。
參考文獻
（1）劉光 地理信息系統—基礎篇 中國電力出版社:1。
（2）李旭祥 GIS在環境科學與工程中的應用 電子工業出版社:3、69－103
（3）郭曉虹 淺談地理信息系統及其應用 內蒙古科技與經濟2001年第2期:42-43。
（4）李梅,朱紅旗 可視化與地理信息系統 東北測繪24卷2001年第4期:3-4。
