GIS地理信息系统的应用与发展

廖抿宇

（四川中水成勘院测绘工程有限公司，四川 成都 610000）

近年来，随着地理信息系统的快速发展，目前已在地学学科中大规模的应用和全面发展，同时也涉及到所有空间信息分析处理的领域中。因此，研究地理信息系统的应用与发展势在必行。

1、地理信息系统的概念

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是在1963年由加拿大测量学家汤姆林逊（RogerF.Tomlinson）首次提出的，并建立了世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统（CGIS）。

在国内有时又称为“地学信息系统”或者“资源环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统（SpatialInformation System），它是一个在计算机硬件、软件支持下，对整个或部分地球表层空间中的地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、模拟、分析、显示和描述的系统。这里的“地理”二字是指地理坐标参照系统，也即按地理坐标来组织空间数据。关于地理信息系统的定义又可以认为是由两个方面组成的。一方面，地理信息系统是一门科学，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个处理地理空间数据的技术系统。

地理信息系统主要由计算机硬件系统，计算机软件系统，系统开发，管理和使用人员以及空间数据这四个部分组成的。

2、地理信息系统的应用

GIS的应用范围十分广泛，凭借其博才取胜和运筹帷幄的优势，它已成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术工具，在资源管理、规划设计、灾害监测、医疗卫生、国防以及军事上都有应用。

2.1.GIS在资源环境管理中的应用

资源清查是地理信息系统最基本的职能。利用GIS的分析和统计功能，提供资源环境管理的各种基本信息，并通过对应用模型的建立，为政府的决策提供依据和帮助。如美国资源部和威斯康星州合作建立了以治理土壤侵蚀为蛀牙目的的多用途、专用的土地GIS。该系统通过收集耕地面积、湿地分布面积、季节洪水覆盖面积、土壤类型、专题图件信息、卫星遥感数据信息，建立了潜在的威斯康星地区的土壤侵蚀模型，据此，探讨了土壤恶化的激励，提出了合理的改良方案，达到对土壤资源保护的目的。

2.2.GIS在道路交通管理中的应用

近年来，GIS在交通方面的应用得到了广泛的重视，并形成了专门的交通地理信息系统GIS-T，以满足道路交通管理方面的要求。GIS在交通管理方面的应用主要有路廊设计（通过分析土地利用图、地形图以及现有道路网等多种空间数据，定出公路最终线向）、道路管理，主要是指动态分段管理（在数据库中记录道路的每种属性的起点到道路原点的距离，并不是真将道路切断存储，适合于动态的分析）、流量和路径分析（包括道路网络分析和最短路径寻找等）。

2.3.GIS在城市规划中的应用

通过地理信息系统将城市数据信息归并到一个统一的系统中，然后进行城市与区域的开发和规划，包括城镇总体规划、城市建设用地适宜性评价、环境质量评价、道路交通规划、公共设施配置，以及城市环境的动态检测等。这些功能的实现是以地理信息系统的空间搜索方法、多种信息的叠加处理和一系列分析软件（回归分析、模糊加权评价、各种规划模型、系统动力学模型等）加以保证。如北京某测绘部门以北京市大比例尺地形图为基础图形数据，在此基础上综合叠加地下及地面的八大类管线（包括上水、污水、通讯、燃气等管线）以及测量控制网，规划道路等基础测绘信息，形成一个机遇测绘数据的城市地下管线信息系统。

2.4.GIS在灾害监测中的应用

利用地理信息系统，借助遥感遥测数据，可以有效地进行森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算，为球在抢险和防洪决策提供及时准确的信息。如在汶川大地震中，我们可以利用遥感遥测数据和实地统计数据，通过GIS技术建立灾情发布系统，在疾病监测、重点基础设施保护、应急指挥与管理、移动和车载制图、资源跟踪和管理、灾害损失估计以及相关信息的发布等功能的实现，为抗震救灾做出相应的贡献。

2.5.GIS在医疗卫生中的应用

地理信息系统在医疗卫生中的应用主要包括两个方面：一方面是GIS与流行病研究；另一方面是GIS与医疗设施分布。其中GIS与流行病研究主要是应用于对流行病的数据可视化、空间数据分析以及流行病模型的建立。GIS与医疗设施分布中，应用于医疗设施规划，通过分析由调查统计获得的数据，并对其进行社会经济分类，然后建造合理的小社区诊所。

GIS在医疗卫生中的另一个重要应用就是将上述两个方面结合起来，建立空间决策支持系统。该系统包括对流行病分布情况、医疗设施的分布情况进行可视化表达，以及对感染人群的流向等方面的控制，为流行病的防控提供决策支持。

2.6.GIS在军事和国防中的应用

现代战争的一个基本特点就是与“3S”技术的紧密结合，从战略构思到战术安排各个环节。通过遥感遥测等手段获得数据，然后利用地理信息系统对获得的数据进行分析和处理，再结合全球定位系统对目标攻击点进行定位。

3、地理信息系统发展的热点问题

3.1.GIS设计与实现的方法学问题

由于缺乏严格的工程管理和好的分析设计方法支持，GIS软件系统的可靠性和可维护性差。这是一个长期以来人们一直在尽力解决但还未解决的问题。

3.2.GIS的功能问题

当前以数据的采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，还不能完全满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到GIS的应用效益和生命力。

3.3.GIS地理信息的深加工问题

目前，GIS还远未发挥它提供结论性专题地图和数据集方面的作用，这涉及对GIS地理信息进行深加工的问题。这种深加工的结果可以是结论性的专题地图，也可以是结论性的专题数据集。

3.4. 空间信息可视化技和虚拟现实技术（VR）

GIS可视化主要研究以下几个方面：运用动画技术制作动态地图，可用于涉及时空变换的现象或概念的可视化分析；运用VR技术进行地形环境仿真，真实再现地景；运用图形显示技术进行空间数据的不确定性和可靠性的检查，把抽象数据可视化，由此发现规律；可视化技术用于视觉感受及空间认知理论的研究。

4、地理信息系统的发展趋势

4.1.GIS网络化

对于GIS的发展，计算机网络技术是起到质变作用的重要技术。万维网的发展给GIS数据在更大范围内的发布、出版、获取和查询提供了有效可行的途径。网络浏览器的使用从视觉上给提供和使用地理数据的人们带来了方便。地理数据不仅可以按照地理位置、专题内容、生产机构、使用价格等进行搜索，甚至可以直接在网上进行数据的各类空间操作，使用网络提供的各类模型进行模拟，直接产生新的数据结果，真正地实现“网络就是计算机”这一新的概念模式。

4.2.GIS标准化

GIS 发展到今天这个规模，能够在各种领域得到使用，使人们不断意识到软件、硬件、数据等要素进行必要的标准化才能实现更有效、更广泛地对GIS的使用。其中内容可能包括GIS的各个组成部分、各个操作过程、各种数据类型、软件硬件系统等。标准化真正实现将使人们能在一个共同理解的基础上共享信息和资源。

4.3.数据商业化

地理数据的开发、更新和维护既费时又费力，在GIS界曾经有认同结果，GIS硬件、软件和数据的造价比是1︰10︰100，所以如何更有效地生产和维护地理数据将会是GIS未来面对的主要挑战之一。

4.4.系统专门化

目前，GIS软件和系统还是作为一个整体独立存在。许多软件提供全面的GIS功能，可以在任何一种需要GIS的部门使用，没有具体专业领域的限制；而从使用机构的角度来看，很多机构都只需要GIS软件中的部分功能。软件的部件见化是这个趋势的前兆，也为GIS软件的专业化做了必要的准备。将来的各类应用系统中，GIS可能会作为一个必备的部件存在。

4.5.GIS全球化

网络技术的发展缩小了世界的空间，使人与人之间的距离也缩短了。在这个环境里，GIS越来越发展成为一种有效的工具来帮助人们了解他们所生存和依赖的自然条件状况和社会变化状况。GIS的标准化也将进一步促进它在国际范围内的推广和使用。

4.6.GIS大众化

GIS不仅在国际舞台上已经越来越受到人们重视，甚至在人们日常生活中也起到了越来越重要的作用。在GIS界有人曾经说过，全球80% 的人都离不开GIS，所以GIS的大众化是不可避免的。

[1]邬伦，刘瑜，张晶，马修军，韦中亚，田园.地理信息系统—原理、方法和应用[M].科学出版社，2001.

[2]郭志达.地理信息系统原理与应用[M].中国矿业大学出版社，2002.

[3]龚健雅.当代地理信息系统进展综述[J].测绘与空间地理信息，2004.