第一講 導論GIS

1、第一講 導論,謝跟蹤 海南師范學院資源環(huán)境與旅游系 2004-2005學年上學期,地理信息系統(tǒng)概論,基本要求,本課程旨在使學生掌握地理信息系統(tǒng)的基本原理、技術(shù)方法和實際應用，了解其主要應用領(lǐng)域和發(fā)展方向，并為從事GIS的地理學應用和應用型地理信息系統(tǒng)的開發(fā)奠定基礎。具體要求如下：,基本要求,了解地理信息系統(tǒng)的基本原理，包括空間數(shù)據(jù)的語義學基礎、GIS的科學定義、空間關(guān)系和空間對象的表達、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和類型、空間分析原理和地學模型方法等； 掌握地理信息系統(tǒng)的基本技術(shù)和方法，具有應用MapInfo或ArcInfo軟件從事空間數(shù)據(jù)的采集、存儲與管理、處理、分析和圖形創(chuàng)造的基本技能；,基本要求,初步具

2、有應用GIS技術(shù)開展地學研究的能力，包括地學應用模型的構(gòu)建，應用型GIS的設計，主要GIS軟件系統(tǒng)的使用和評價等。,一個引例：,1854年8月到9月英國倫敦霍亂流行時，當局始終找不到發(fā)病的原因，后來醫(yī)生約翰斯諾(John Snow)說：“我們畫一張圖吧”。 他在繪有霍亂流行地區(qū)所有道路、房屋、飲用水機井等內(nèi)容的1：6500比例尺地圖上，標出了每個霍亂病死者的住家位置，得到了霍亂病死者居住分布圖。,一個引例：,斯諾博士分析了這張分布圖，馬上明白了霍亂病源之所在死者住家都集中于飲用“布洛多斯托”井水的地方及周圍。,一個引例：,根據(jù)斯諾博士的分析和請示，當局于9月8日摘下了這個水井的泵，禁止使用該水

3、泵吸水，從這天以后，新的霍亂病患者就再也沒有出現(xiàn)了。 在這個例子中，患者的居住地與飲用水井之間的空間位置關(guān)系提示了霍亂病的發(fā)病根源。,數(shù)據(jù)和信息,數(shù)據(jù)是對客觀事物的符號表示。在計算機科學中是指所有能輸入到計算機中并被計算機程序處理的符號的總稱。它可以是字母、數(shù)字或其它符號。數(shù)據(jù)項可以按目的組織成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 數(shù)據(jù)只有對實體行為產(chǎn)生影響時才能成為信息。例如，同樣的數(shù)據(jù)“1”，“0”，在通過灰度表達空間實體存在的模型中，它就提供了有（一般用1表示）或無（一般用0表示）的信息,數(shù)據(jù)和信息,信息是經(jīng)過加工后的數(shù)據(jù)，它對接受者有用，對決策或行為有現(xiàn)實或潛在的價值 一般認為，信息是人們或機器提供的關(guān)于現(xiàn)實世

4、界新的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體的物理形式的改變而改變 例如，某一棵樹的高度數(shù)據(jù)為15米（十進制），如果以十六進制的形式存儲則為F。但是，不管它的存儲形式如何改變，它向人們傳達的信息是唯一的：這棵樹不是幼樹,地理數(shù)據(jù)和地理信息,地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號化表示，包括空間位置、屬性特征及時態(tài)特征三部分 地理信息是有關(guān)地理實體的性質(zhì)、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對地理數(shù)據(jù)的解釋 地理信息具有區(qū)域性、多維結(jié)構(gòu)特性和動態(tài)變化的特性,GIS的概念,地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，簡稱GIS）是一種決策支持系統(tǒng)，與

5、其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其存儲和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的，地理位置及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。,GIS的概念,對地理信息系統(tǒng)的三種觀點: 對于GIS的定義，有三種觀點，即地圖、數(shù)據(jù)庫與空間分析的觀點 地圖觀點的定義側(cè)重于制圖有關(guān)的內(nèi)容，因此GIS被視為一個地圖分析與處理系統(tǒng),GIS的概念,數(shù)據(jù)庫觀點的GIS定義則側(cè)重于數(shù)據(jù)庫設計與實現(xiàn)的完美性，一個復雜的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)被視為GIS不可分割的一部分 持空間分析觀點的定義側(cè)重于分析和建模，GIS被視為一門空間信息科學而不僅是一門技術(shù),GIS一般定義,GIS的定義一般從以下三個方面加以考慮： GIS使用工具：計算機硬、軟件

6、系統(tǒng)； GIS研究對象：空間物體的地理分布數(shù)據(jù)及屬性； 數(shù)據(jù)建立過程：采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和顯示。地理信息系統(tǒng)的主要特征是存儲、管理、分析與位置有關(guān)的信息。,GIS一般定義,GIS是在計算機軟、硬件(工具)支持下，采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和顯示(建立過程)空間物體(對象)的地理分布數(shù)據(jù)及與之相關(guān)的屬性，并以回答用戶問題等為主要任務的技術(shù)系統(tǒng)(吳信才)。,如何理解GIS,從字面的意義講，“地理”意味著對象的在空間的位置，它可以是已知的(如經(jīng)緯度)，也可以經(jīng)計算獲得(如經(jīng)地圖投影變換后得到的大地坐標)。 “信息”意味著GIS中的數(shù)據(jù)經(jīng)過加工所生產(chǎn)出的有用知識，這些知識既可通

7、過圖形、圖像的形式表達，也可以統(tǒng)計圖、表格和各種各樣的人機交互形式來表達。,如何理解GIS,系統(tǒng)意味著GIS是有一系列相互關(guān)系和聯(lián)結(jié)而功能又有所不同的部件組合。 從20世紀90年代的科學與技術(shù)發(fā)展的潮流和趨勢看，應從三個方面來理解地理信息系統(tǒng)的涵義： 地理信息系統(tǒng)是一種計算機技術(shù)。這是人們的通常認識,如何理解GIS,地理信息系統(tǒng)是一種方法，這種方法是對大量空間數(shù)據(jù)進行管理和操作的能力，借助這種能力使人們將一系列復雜的問題統(tǒng)一、集成、融合為一體 地理信息系統(tǒng)使一種思維方式，地理信息系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的思維方式，使人們能夠關(guān)注與地理現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)的周圍事件和現(xiàn)象的變化以及這些變化所造成的影響，從這個意義上

8、講，地理信息系統(tǒng)是人的思想的延伸,GIS為什么重要？,我們當今面臨世界的最主要的挑戰(zhàn)是人口過多，環(huán)境污染，森林破壞，自然疾病等。這些都與地理因素有關(guān) 不論是從事一種新的職業(yè)，還是尋找生長香蕉的最合適的土壤，或是為救護車計算最佳的行車路線，這些問題也都有地理因素,GIS為什么重要？,地圖制作和地理分析已經(jīng)很常見，但GIS執(zhí)行這些任務比傳統(tǒng)的手工方法更好更快。而且，在GIS技術(shù)出現(xiàn)之前，只有很少的人具有利用地理信息來幫助做出決定和解決問題的能力。 今天，GIS 已是一個全球擁有數(shù)十萬的人員和數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。GIS已在全世界的中學、學院、大學里被講授。在每個領(lǐng)域里的專家不斷地意識到按地理的觀點來思

9、考和工作所帶來的優(yōu)越性,GIS基本構(gòu)成,一個完整的GIS主要由5個部分構(gòu)成，即計算機硬件系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）、系統(tǒng)管理操作人員和方法。,GIS基本構(gòu)成,硬件 硬件是GIS所操作的計算機。GIS軟件可以在很多類型的硬件上運行。從中央計算機服務器到桌面計算機，從單機到網(wǎng)絡環(huán)境。,GIS基本構(gòu)成,軟件 GIS軟件提供所需的存儲、分析和顯示地理信息的功能和工具。主要的軟件部件有： 輸入和處理地理信息的工具 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS) 支持空間查詢、分析和可視化的工具 使用這些工具的圖形化界面(GUI),GIS基本構(gòu)成,數(shù)據(jù) GIS系統(tǒng)中最重要的組成元素就是數(shù)據(jù)。 地理數(shù)據(jù)和相關(guān)

10、的表格數(shù)據(jù)可以自己采集或者從商業(yè)數(shù)據(jù)提供者處購買。 GIS將把空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成在一起，而且可以使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來管理空間數(shù)據(jù)。,GIS基本構(gòu)成,人員 GIS技術(shù)如果沒有人來管理系統(tǒng)和制定計劃應用于實際問題，將沒有什么價值。 GIS的用戶范圍包括從設計和維護系統(tǒng)的技術(shù)專家，到那些使用該系統(tǒng)并完成他們每天工作的人員。,GIS基本構(gòu)成,方法 雖然GIS為解決各種現(xiàn)實問題提供了有效的基本工具，但對于某一專門應用目的的解決，必須構(gòu)建專門的方法。比如土地利用適宜性、公園選址、洪水預測、水土流失等。 這些方法是GIS技術(shù)產(chǎn)生社會經(jīng)濟效益的關(guān)鍵所在，也是GIS生命力的重要保證，因此在

11、GIS技術(shù)中占有十分重要的地位。,GIS的功能,基本功能 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集主要用于獲取數(shù)據(jù)，保證GIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在內(nèi)容與空間上的完整性、數(shù)值邏輯一致性與正確性。一般來講，GIS數(shù)據(jù)庫的建設占整個系統(tǒng)建設投資的70%以上 數(shù)據(jù)采集包括將現(xiàn)有地圖、野外測量數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)以及文本資料等s轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。采集的設備有人機交互終端、數(shù)字化板、掃描儀、數(shù)字攝影測量儀等,GIS的功能,基本功能 數(shù)據(jù)編輯 初步的數(shù)據(jù)編輯主要包括數(shù)據(jù)格式化、轉(zhuǎn)換、概括。數(shù)據(jù)的格式化是指不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)間變換；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)比例尺的變化等；制圖綜合（Generalization）包括數(shù)據(jù)平滑、特征集結(jié)等

12、目前地理信息系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)概括功能極弱，與地圖綜合的要求還有很大差距，需要進一步發(fā)展。,GIS的功能,基本功能 數(shù)據(jù)存儲與組織 這是建立GIS數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵步驟，涉及到空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的組織。 柵格模型、矢量模型或柵格/矢量混合模型是常用的空間數(shù)據(jù)組織方法 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇在一定程度上決定了系統(tǒng)所能執(zhí)行的數(shù)據(jù)與分析的功能,GIS的功能,基本功能 數(shù)據(jù)存儲與組織 在地理數(shù)據(jù)組織與管理中，最為關(guān)鍵的是如何將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)融合為一體 目前大多數(shù)系統(tǒng)都是將二者分開存儲，通過公共項（一般定義為地物標識碼）來連接。,GIS的功能,基本功能 空間查詢與分析 空間查詢與分析是GIS最重要的功能，也是G

13、IS區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的本質(zhì)特征，它使地圖圖形信息以及各種專業(yè)信息的利用深度和廣度大大增強，用戶可以從中獲取很多派生信息和新知識。,GIS的功能,基本功能 空間查詢與分析 空間數(shù)據(jù)查詢：GIS具有豐富的查詢功能，既有屬性查詢功能，也有圖形查詢功能，還可以實現(xiàn)圖形與屬性之間的交叉查詢 空間數(shù)據(jù)分析：它實際上就是對空間數(shù)據(jù)一系列的運算和查詢。不同的應用具有不同的運算和查詢的內(nèi)容、方式和過程。GIS一般提供基本的分析功能，包括地形分析、疊加分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡分析和聚類分析等,GIS的功能,基本功能 圖形與交互顯示 地理信息系統(tǒng)為用戶提供了許多用于地理數(shù)據(jù)表現(xiàn)的工具，其形式既可以是計算機屏幕顯示，

14、也可以是諸如報告、表格、地圖等硬拷貝圖件 GIS能提供一種良好的、交互式的制圖環(huán)境，以供GIS的使用者能夠設計和制作出高質(zhì)量的地圖,GIS的功能,應用功能 位置(Location)：在某個特定的位置有什么? 條件(Condition)：符合特定條件的地方在哪里？ 變化趨勢(Trends)：從何時起發(fā)生了哪些變化？ 模式(Patterns)：對象是以何種空間模式分布的？ 模型(Models)：如果存在某些條件，結(jié)果將如何?,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 資源管理(ResourceManagement) 主要應用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域，解決農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域各種資源(如土地、森林、草場)分布、分級、統(tǒng)計、制

15、圖等問題。主要回答“定位”和“模式”兩類問題,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 資源配置(ResourceConfiguration) 在城市中各種公用設施、救災減災中物資的分配、能源保障、糧食供應等機構(gòu)在各地的配置等都是資源配置問題。GIS在這類應用中的目標是保證資源的最合理配置和發(fā)揮最大效益。,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 城市規(guī)劃和管理(UrbanPlanningandManagement) 空間規(guī)劃是GIS的一個重要應用領(lǐng)域，城市規(guī)劃和管理是其中的主要內(nèi)容。在大規(guī)模城市基礎設施建設中如何保證綠地的比例和合理分布、如何保證學校、公共設施、運動場所、服務設施等能夠有最大的服務面(城市資源配置問

16、題)等,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 生態(tài)環(huán)境管理與模擬(EnvironmentalManagementandModeling) 區(qū)域生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境現(xiàn)狀評價、環(huán)境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環(huán)境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的決策支持、環(huán)保設施的管理、環(huán)境規(guī)劃等,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 應急響應(EmergencyResponse) 解決在發(fā)生洪水、戰(zhàn)爭、核事故等重大自然或人為災害時，如何安排最佳的人員撤離路線、并配備相應的運輸和保障設施的問題,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 地學研究與應用(ApplicationinGeoScience) 地形分析、流域分析、土地利用研究、經(jīng)濟地理研究、空間決

17、策支持、空間統(tǒng)計分析、制圖等都可以借助地理信息系統(tǒng)工具完成,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 商業(yè)與市場(BusinessandMarketing) 商業(yè)設施的建立充分考慮其市場潛力 例如大型商場的建立如果不考慮其他商場的分布、待建區(qū)周圍居民區(qū)的分布和人數(shù)，建成之后就可能無法達到預期的市場和服務面。有時甚至商場銷售的品種和市場定位都必須與待建區(qū)的人口結(jié)構(gòu)(年齡構(gòu)成、性別構(gòu)成、文化水平)、消費水平等結(jié)合起來考慮 GIS的空間分析和數(shù)據(jù)庫功能可以解決這些問題,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 基礎設施管理(FacilitiesManagement) 城市的地上地下基礎設施(電信、自來水、道路交通、天然氣管

18、線、排污設施、電力設施等)廣泛分布于城市的各個角落、且這些設施具有明顯地理參照特征的。它們的管理、統(tǒng)計、匯總都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 選址分析(SiteSelectingAnalysis) 根據(jù)區(qū)域地理環(huán)境的特點，綜合考慮資源配置、市場潛力、交通條件、地形特征、環(huán)境影響等因素，在區(qū)域范圍內(nèi)選擇最佳位置，是GIS的一個典型應用領(lǐng)域,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 網(wǎng)絡分析(NewworkSystemAnalysis) 建立交通網(wǎng)絡、地下管線網(wǎng)絡等的計算機模型，研究交通流量、進行交通規(guī)則、處理地下管線突發(fā)事件(爆管、斷路)等應急處理。警務和醫(yī)療救護

19、的路徑優(yōu)選、車輛導航等也是GIS網(wǎng)絡分析應用的實例,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 可視化應用(VisualizationApplication) 以數(shù)字地形模型為基礎，建立城市、區(qū)域、或大型建筑工程、著名風景名勝區(qū)的三維可視化模型，實現(xiàn)多角度瀏覽，可廣泛應用于宣傳、城市和區(qū)域規(guī)劃、大型工程管理和仿真、旅游等領(lǐng)域,GIS的功能,GIS應用領(lǐng)域 分布式地理信息應用(DistributedGeographicInformationApplication) 隨著網(wǎng)絡和Internet技術(shù)的發(fā)展，運行于Intranet或Internet環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)應用類型，其目標是實現(xiàn)地理信息的分布式存儲和信息

20、共享，以及遠程空間導航等,GIS的空間特性,空間可視化（Spatial Visualizaiton） 地理信息系統(tǒng)空間可視化功能突出了它對現(xiàn)實世界空間關(guān)系的模擬，使我們對于在空間中各事物的狀態(tài)有一個非常直觀的感受。無論是在屏幕上展示一幅可以無級縮放和信息查詢的地圖，還是展現(xiàn)一幅三維的地形模型，都使我們對現(xiàn)實世界空間關(guān)系的認識更為直觀、具體,GIS的空間特性,空間可視化（Spatial Visualizaiton） 由于GIS實現(xiàn)了空間信息和屬性信息的集成管理，并能夠完善地建立二者之間的聯(lián)系。所以GIS的空間可視化功能還包括對空間分布的地物的屬性信息的圖形可視化。 例如，利用一張中國的行政區(qū)劃圖

21、，我們可以從地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中提取各?。ㄊ?、自治區(qū)）1994年的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算人口密度，并按人口密度的分級指標指定不同的色彩和填充方式顯示行政區(qū)所對應的圖斑(這實際上是一個從屬性到空間的關(guān)聯(lián)過程)，這樣空間地物的專題屬性就可以通過GIS實現(xiàn)具有空間參照信息的可視化。,GIS的空間特性,空間導航（Spatial Navigation） 利用GIS，我們不僅可以縱覽研究區(qū)域的全貌，還可以利用縮放和漫游等GIS所提供的基本功能深入到我們更感興趣的區(qū)域去研究。 一個完善的GIS提供了空間數(shù)據(jù)庫功能，使我們可以小比例尺查看全局，以中比例尺查看局部，以大比例尺查看細部。在比例尺不斷增大的同時，展現(xiàn)給

22、用戶的空間信息內(nèi)容會不斷更新。,GIS的空間特性,空間思維（Spatial Thinking） 地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫在存貯各地物的空間信息的同時，還存貯了地物之間的空間關(guān)系，這一特點為進行空間分析提供了基礎 地理信息系統(tǒng)的空間思維，就是要利用GIS數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存貯的信息，通過GIS的工具(例如緩沖區(qū)分析、疊加分析)，生成新的信息,GIS的空間特性,空間思維（Spatial Thinking） 地理信息系統(tǒng)的空間思維功能使我們能夠揭示空間關(guān)系、空間分布模式和空間發(fā)展趨勢等其它類型信息系統(tǒng)所無法完成的任務。城市與區(qū)域規(guī)劃是地理信息系統(tǒng)技術(shù)體現(xiàn)空間思維特征的最典型的應用領(lǐng)域。,GIS與其他學科的

23、關(guān)系,GIS學科“樹” ：“樹根”表示GIS的技術(shù)基礎，如測量學、計算機科學與數(shù)學等；“樹枝”表示GIS的應用，應用的結(jié)果與需求返回到“樹根”；“雨滴”是每個應用中的數(shù)據(jù)來源，如各種測量如地形測量、環(huán)境測量等，并為它的發(fā)展提供了有效的手段，而地理信息系統(tǒng)的應用主要是在環(huán)境科學、地理學和社會科學等領(lǐng)域。,GIS發(fā)展簡史,世界第一個運行性地理信息系統(tǒng)是在1963年加拿大土地調(diào)查局為了處理大量的土地調(diào)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(tǒng)軟件，竭力發(fā)展空間分析模型和制圖軟件 但由于當時計算機技術(shù)水平不高，存貯量小

24、，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,GIS發(fā)展簡史,20世紀70年代以后，由于計算機軟硬件迅速發(fā)展，特別是大容量存貯功能磁盤的使用，為地理空間數(shù)據(jù)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(fā)展 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(shù)據(jù)庫的容量也較小。因此，70年代可以說是地理信息系統(tǒng)的鞏固階段,GIS發(fā)展簡史,20世紀80年代是GIS普及和推廣應用的大發(fā)展階段，由于新一代高性能的計算機的普及和迅速發(fā)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(lǐng)域，由功能單一、比較簡單的

25、分散系統(tǒng)發(fā)展成為多功能的用戶共享的綜合性信息系統(tǒng)，并向智能化發(fā)展 隨著GIS與衛(wèi)星遙感技術(shù)的結(jié)合，GIS已用于全球變化的研究與監(jiān)測。如全球沙漠化、厄爾尼諾現(xiàn)象等研究。所以，80年代是地理信息系統(tǒng)發(fā)展具有突破性的年代,GIS發(fā)展簡史,20世紀90年代，GIS已成為確定性產(chǎn)業(yè)，投入使用的GIS系統(tǒng)，每23年就翻一番 GIS已滲透到各行各業(yè)，愈來愈多的國際性會議、學術(shù)刊物以GIS為主題，它已成為人們規(guī)劃管理中不可缺少的應用工具,GIS發(fā)展簡史,地理信息系統(tǒng)在我國的研制與應用起步較晚，從70年代末開始，雖然歷史較短，但發(fā)展很快。大體分3個階段。 第一階段，從19781980年為準備階段，主要是輿論準備

26、，隊伍組建，開始GIS的啟蒙研究 第二階段，從19811985年為起步階段，主要對GIS進行理論探索和區(qū)域性實驗研究，并制定國家GIS的規(guī)范，并進行信息采集、數(shù)據(jù)庫模型設計,GIS發(fā)展簡史,第三階段，是從1986年到現(xiàn)在，為GIS的全面發(fā)展階段，作為一個全國性的研究領(lǐng)域，GIS已逐步和國民經(jīng)濟建設相結(jié)合，取得了重要進展和實際應用效益,GIS理論研究中急待解決的問題,GIS設計與實現(xiàn)的方法學問題 由于缺乏嚴格的工程管理和好的分析設計方法支持，導致了GIS軟件系統(tǒng)的可靠性和可維護性差。這是一個長期以來人們一直在盡力解決但還未解決的問題,GIS理論研究中急待解決的問題,GIS的功能問題 當前以數(shù)據(jù)采

27、集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS，還不能完全滿足社會和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展在空間分析、預測預報、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應用效益和生命力,GIS理論研究中急待解決的問題,GIS的功能問題 當前以數(shù)據(jù)采集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS，還不能完全滿足社會和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展在空間分析、預測預報、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應用效益和生命力 多媒體GIS的管理和操作的問題 在一個多種數(shù)據(jù)類型并存的混合系統(tǒng)中，如何實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的隨意操作和有效管理，這是現(xiàn)今信息媒體多元化新時代的突出問題,GIS理論研究中急待解決的問題,GIS地理信息的深加工問題 深加工的結(jié)果，可以

28、是結(jié)論性專題地圖，也可以是結(jié)論性專題數(shù)據(jù)集。這兩種形式都是必須的，前者提供結(jié)論性圖形信息，后者提供結(jié)論性數(shù)字信息，提供經(jīng)過深加工的結(jié)論性成果對用戶更直接和更有利,GIS理論研究中急待解決的問題,空間信息可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR） GIS可視化方面的研究主要集中在以下幾個方面： 運用動畫技術(shù)制作動態(tài)地圖，可用于涉及時空變化的現(xiàn)象或概念的可視化分析 運用VR技術(shù)進行地形環(huán)境仿真，真實再現(xiàn)地景，用于交互式地觀察和分析，提高對地形環(huán)境的認知效果 運用圖形顯示技術(shù)進行空間數(shù)據(jù)的不確定性和可靠性的檢查，把抽象數(shù)據(jù)可視化，由此發(fā)現(xiàn)規(guī)律 運用圖形界面和交互式手段進行地圖設計和編輯，以直觀的方式完成地圖設

29、計制作（如地圖顏色的可視化設計）,GIS軟件發(fā)展熱點,GIS中面向?qū)ο蠹夹g(shù)研究 因為空間信息較之傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫處理的一維信息更為復雜、繁瑣，面向?qū)ο蟮姆椒槊枋鰪碗s的空間信息提供了一條直觀、結(jié)構(gòu)清晰、組織有序的方法，因而倍受重視 面向?qū)ο蟮腉IS也存在一些尚待進一步研究的問題： 大對象的操作仍受硬件條件的限制； 對象的獨立性與粒度問題； 矢量和柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)一的、支持動態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)和復合對象表示的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。,GIS軟件發(fā)展熱點,時空系統(tǒng) 傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)只考慮地物的空間特性，忽略了其時間特性。在許多應用領(lǐng)域中，如環(huán)境檢測、地震救援、天氣預報等，空間對象是隨時間變化的，而這種動態(tài)變化規(guī)律在

30、求解過程中起著十分重要的作用,GIS軟件發(fā)展熱點,時空系統(tǒng) 目前比較流行的作法是在現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型基礎上擴充，如在關(guān)系模型的元組中加入時間，在對象模型中引入時間屬性。在這種擴充的基礎上如何解決從表示到分析的一系列問題仍有待進一步研究,GIS軟件發(fā)展熱點,地理信息建模系統(tǒng)（GIMS-Geographic Information Modeling System） 通用GIS的空間分析功能對于大多數(shù)的應用問題是遠遠不夠的，因為這些領(lǐng)域都有自己獨特的專用模型，目前通用的GIS大多數(shù)通過提供二次開發(fā)的工具和環(huán)境來解決這一問題，但二次開發(fā)工具的一個主要問題是它對于普通用戶而言過于困難。而GIS成功應用到專門領(lǐng)

31、域的關(guān)鍵在于支持建立該領(lǐng)域特有的空間分析模型,GIS軟件發(fā)展熱點,三維地理信息系統(tǒng)的研究 三維GIS是許多應用領(lǐng)域?qū)IS的基本要求。目前的GIS大多數(shù)提供了一些較為簡單的三維顯示和操作功能，但這與真三維表示和分析還有很大差距。 真正的三維GIS必須支持真三維的矢量和柵格數(shù)據(jù)模型及以此為基礎的三維空間數(shù)據(jù)庫，解決了三維空間操作和分析問題,GIS發(fā)展趨勢與展望,GIS發(fā)展的動力一方面來自于日益廣泛的應用領(lǐng)域?qū)IS不斷提高的要求； 另一方面，計算機科學的飛速發(fā)展為GIS提供了先進的工具和手段 同時，由于空間技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是遙感技術(shù)的發(fā)展，提供了地球空間環(huán)境中不同時相的數(shù)據(jù)，使GIS的作用日漸突出，GIS不斷升級并能提供存儲、處理和分析海量地理數(shù)據(jù)的環(huán)境,GIS發(fā)展趨勢與展望,WebGIS Internet改變了我們的世界。當前，人們的生活也已離不開Internet。大量的應用正由傳統(tǒng)的Client/Server(客戶機/服務器)方式向Brower/Server（瀏覽器/服務器）方式轉(zhuǎn)移。GIS技術(shù)也是如此，GIS技術(shù)和Internet技術(shù)的融合，形成一種新的技術(shù)，我們稱之為WebGIS。 WebGIS是Internet和WWW技術(shù)應用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物，是實現(xiàn)GIS互操作的一條最佳解決途徑。,GIS發(fā)展趨勢與展望