GIS发展趋势（精选9篇）
GIS发展趋势 篇1
1 GIS的定义
地理信息系统 (Geographical Information System, GIS) 是在计算机硬、软件系统支持下, 以地理空间数据库为基础, 采用地理模型分析方法, 对现实世界 (资源与环境) 各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统, 它具有信息系统的各种特点, 是计算机技术和信息系统技术在地理科学中运用发展的产物, 是空间数据和属性数据的综合体。
2 GIS的产生和发展
2.1 GIS的产生。
20世纪50年代, 随着计算机的兴起和它在航空摄影测量学与地图制图学中的应用以及政府部门对土地利用规划与资源管理的要求, 使人们开始有可能用电子计算机来收集、存贮、处理各种与空间和地理分布有关的图形和有属性的数据, 并通过计算机对数据的分析来直接为管理和决策服务, 这才导致了现代意义上的地理信息系统的问世。
到20世纪60年代, 加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息这一术语, 并于1971年建立了世界上第一个GIS———加拿大地理信息系统 (CGIS) , 用于自然资源的管理和规划。稍后, 美国哈佛大学研究出SYMAP系统软件。由于当时计算机水平的限制, 使得GIS带有更多的机助制图色彩, 地学分析功能极为简单。与此同时, 国外许多与GIS有关的组织和机构纷纷建立。这些组织和机构的建立为传播GIS知识、发展GIS技术起了重要的推动作用。同时也标志着GIS的产生。
2.2 GIS的发展。
20世纪70年代以后, 随着计算机硬件和软件技术的飞速发展, 使得空间数据的录入、存储、检索和输出等功能不断增强, 地理信息系统也由理论雏形向实用性的应用系统进行发展, 一些发达国家先后建立了许多不同规模、不同专题、不同类型的土地信息系统和地理信息系统。
20世纪80年代地理信息系统的数据处理同数学模型、模拟等决策相结合, 使其所能应用的领域不断增加, 这一时期, 计算机行业推出了图形工作站和PC机等性能价格比大为提高的新一代计算机, 为GIS普及和推广应用提供了硬件基础。地理信息系统软件的研制和开发也取得了很大成绩, 涌现出一些有代表性的GIS软件, 如Genamap、MGE、System9等。软硬件水平的持续提升使得地理信息系统的应用不断向横向及纵向深入, 并开始向更为复杂的区域发展。
到了20世纪90年代, 随着个人计算机的发展和数字化信息产品在全世界的普及, 地理信息系统已经不仅仅应用于科学研究和政府部门等专业领域, 而是逐步走进了每个家庭, 为人们的生活服务。它广泛的应用领域和丰富的信息含量, 在现代社会生活中占据着越来越重要的作用。
3 GIS的发展趋势
GIS正朝着一个标准化的、网络化的、分布式的、可运行的全球GIS发展。
3.1 地理信息系统的标准化。
今后5~10年是GIS界的主要标准化制定时期。GIS发展到今天这样能够在各种领域得到使用的盛况, 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。GIS的标准化将在国际、国家、省、市、县和各机构范围内多层次地进行, 其内容可能包括到GIS的各个组成部分、各个操作过程、各种数据类型和结构、软硬件系统等。标准化的真正实现将使人们能在一个共同理解基础上共享信息和资源。
3.2 万维网地理信息系统 (Web GIS) 。
万维网地理信息系统 (Web GIS) 指基于Internet平台、客户端应用软件采用互联网协议运行在万维网上的地理信息系统。它是利用互联网技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术, 其核心是在地理信息系统中加载Hr I, r P和TCP/IP标准的应用体系。实现互联网环境下的空间信息管理等地理信息系统功能。GIS通过互联网功能得以扩展, 真正成为一种大众使用的工具。从互联网的任意一个节点进入。Internet用户可以浏览Web GIS站点中的空间数据、专题地图以及进行各种空间检索和空间分析, 从而使GIS进入千家万户。总之, 它是地理信息系统技术和互联网技术相结合产生的一种革命性的新技术, 使基于地图 (图形、图像) 的应用系统得以通过互联网技术在各行各业中得到广泛应用。Web GIS是GIS与Interact的有机结合, 是Internet在GIS领域的延伸, 极大地拓展了GIS技术的研究和应用领域。经过几年的发展, Web GIS已经积累了丰富的构造方法和构造模型。单个Web GIS向增强空间分析功能、处理分布式的多源数据方向发展。多个Web GIS之间的互操作研究对于构建数字地球尤为重要。
3.3 组件式地理信息系统 (COM GIS) 。
COM (Component Object Model组件对象模型) 是一种以组件为发布单元的对象模型, 各软件组件可以用一种统一的方式进行交互。
建立一个小型的GIS己不是一两个人所能完成的, 数字地球的建立更是一个极为庞大的工程, 需要全世界各地的人们参与。组件式GIS是GIS技术与COM技术的结合, 是一种面向对象技术和构件式技术的GIS软件。其基本思想是:把GIS的各种功能模块进行分类, 划分为不同类型的控件, 每个控件完成各自相应的功能, 各GIS控件之间以及GIS控件与其他非GIS控件之问, 通过可视化的开发工具集成起来。因此, 把庞大的GIS软件系统分解成可按应用需要组装成“定做系统”的GIS“元件”, 怎样将这些GIS“元件”通过标准的系统环境 (如OLE和Open DOC) 与其它非GIS的“元件”嵌接, 有效地实现系统合成, 自然就成了GIS的研究方向。一旦实现了这一步, 全世界的人都可以参与GIS的建设, 完善数据库, 建立丰富的元件库, 用户可根据需要拼装调用。这种组件式的GIS的各元件或数据应该是分布式的存贮, 通过分布式对象管理系统进行管理。
3.4 移动地理信息系统 (Mobile GIS) 。
又称WAP GIS。WAP (无线应用协议, Wireless Application Protoco1) 是为无线设备提供Intemet服务而开发的新协议, 旨在推进数据业务在移动设备上的实现。它将无线通信技术和Internet结合起来, 通过提供通用平台把HTML的语言信息转化为WML (Wireless Markup language) 描述的信息显示在移动屏幕上。Mobile GIS是当前GIS的另一热点, 是GIS从办公室走向野外移动作业环境的重要发展方向。基本要素包括便携式电脑、GPS接受机、数码相机、无线网卡或移动手机, Mobile GIS软件一般为ESRI的Arc PAD-Mobile GIS综合运用GPS定位技术、GIS技术、无线通讯技术, 解决移动定位、现场信息采集、无线传输等问题, 实现对数据的实时更新和对现场情况的及时处理。
3.5 3D地理信息系统。
作为“数字地球”的基础核心技术, 3DGIS已经成为GIS理论和应用研究的热点问题。有人甚至把地球空间信息技术看成是世界上继生物技术和纳米技术之后发展最为迅速的第三大新技术, 该技术研究重点主要在:设计并建立一个有效的数据库结构来存储时空数据;根据数据库中大量的时间序列数据和空间数据进行包括时间推理和空间推理在内的数据分析;时空数据库管理系统;时空数据的可视化研究等四个方面。现实世界的丰富多彩, 复杂多变使得对其进行采集、建模、管理、分析和可视化有很大的难度。虽然经历十几年的发展, 但到目前为止, 国际上还没有一个成熟完整的3DGIS, 现在有的系统功能也主要集中在三维可视化方面 (如生物、医学、地质、大气等领域) 。究其原因是由于至今没有一个统一、完善的可以表示复杂真三维现实世界的数据模型。此外, 三维数据的实时廉价获取;海量数据的存储与快速处理;三维空间分析方法的开发也是3DGIS亟待解决的问题。在这种情况下, 针对不同的实际对象、工程, 研究“2.5维”、“准三维”的数据表达模型不失为一种现实而又可行的技术渠道。
结语
从GIS的应用与发展可以看出, GIS不仅是技术, 而且是服务, 后者更重要。一方面, 应用推动着技术的发展;另一方面, 应用决定了技术的适用性。随着科学技术的发展, GIS也将加速向前发展。它涉及多学科的相互影响、相互促进、相互渗透、相互支撑, 其目的就是为人类了解和保护人类赖以生存的环境服务。
责任编辑:魏玉新
GIS发展趋势 篇2
交通地理信息系统是收集、整理、存储、管理、综合分析和处理空间信息和交通信息的计算机软硬件系统〔2〕，是GIS技术在交通领域的延伸，是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成。GIS－T具有强大的交通信息服务和管理功能，它可以应用在交通管理的各个环节。在交通工程领域采用GIS技术和方法研究交通规划、交通建设和交通管理及其相关的问题，具有其他传统方法无可比拟的优点。
20世纪60年代，美国人口统计局建立了DIME以及后来的TIGER数据模型，当时他们就采用了基于点和线的`一维线性网络来表达道路系统。在那些与点线相连的属性表中，记录了点线的各种属性信息。一直以来，这种模式都是道路交通系统表达模型的一个主流。但是随着社会和经济的发展，道路交通系统变得日益复杂，对交通地理信息系统的要求越来越高，GIS－T将面临更多的挑战。
3 GIS－T关键技术
GIS－T是改进了的GIS和TIS（交通信息系统）的结合体。目前很多研究人员致力于GIS－T的研究与开发，围绕着GIS－T产生了较多的研究课题，不同的研究课题涉及到的GIS－T的功能也有所区别。为了进行详细说明，可以通过定义3个功能组来获得一个通用的框架，这3个功能组是：数据管理（实现数据存储和维护）、数据操作（实现原始数据的创新）、数据分析或者建立可分析的模型。它们是相互依赖相互支持的，数据存储是数据操作的前提，而数据的建模又是在前两个的基础上建立起来的。
3．1 数据库管理系统
长期以来，交通部门要使用和维护大量的信息，在很多情况下都是多个交通信息系统共存于同一个部门中，而且每一个交通信息系统只能处理某一类数据信息（如高速公路规划网、公路管理系统以及事故信息等）。GIS－T的数据管理系统的关键技术在于通过建立数据模型和数据交换的框架，把上述不同的数据存储于一个统一的数据管理系统中，任何部门都能访问到该系统中符合本部门要求的数据，同时能对这些数据进行分析和建模，然后进行管理和决策。
3．2 数据协同
交通数据一般都是由多个机构提供并维护，数据类型、数据标准难以统一。每个数据源可能都有自己的数据模型。数据模型的不同和使用方法的多样性给数据管理分析造成了很大问题。由于数据位置、拓扑结构、分类、命名和属性、线性测量的误差，导致不同来源数据的统一过程比较复杂，结果存在很大的不确定性。要使GIS技术在交通领域取得进展，必须借助数据协同技术，从地图的匹配算法、交通数据的错误模型和错误传播（尤其是一维数据模型）、数据质量标准和数据交换标准三个方面解决数据统一的问题。
随着地理数据越来越广泛的应用，协同性主题逐渐成为GIS－T领域中的一个最为紧迫的课题。在详细的数字街道数据库、紧急事件的安排和调度系统、车辆导航系统以及ITS（智能交通系统）的各个部分（包括测量使用者和运输控制中心或者信息服务提供商之间的无线通讯）都必须应用数据协同技术。
3．3 实时GIS－T
地理数据的收集是一个持续的过程。近年来，已经开始出现实时基础上的数据操作。例如，带有全球定位系统GPS的车辆提供速度、位置等要素信息到运输管理中心，管理中心再根据发送
的交通信息将预测信息返回给车辆，这样就组成了地区的阻塞管理系统。由此可见，进行实时数据的存储、恢复、处理和分析需要更快的数据访问模式、更强大的空间数据融合技术以及动态路由算法。
3．4 庞大的数据集
现实世界的交通问题涉及到庞大的地理数据和复杂的网络。地理信息科学对地理可视化和数据采集的规则、技术发现和数据获得的计算方法进行了研究和集成，同时也促进了GIS－T的发展。
由于交通数据集大小的不同，就需要经常更新系统设计，这个系统设计包括了信息显示的精确性、速度上的优化、算法运行时间与流程中的分析工具以及网络分析的优化。
3．5 分布式计算
互联网技术提供的可连接性改变了计算机、应用软件、数据和用户之间的关系。计算机已经形成了一个可移动的、分布式的、普遍存在的实体。基于互联网的GIS应用变得越来越普遍（包括在交通领域中）。以通讯网络技术为基础的分布式计算技术可以有效地使用本地和远程的计算资源，借助完善的系统资源，实现适时应用的构想。
4 GIS－T中面临的问题及解决方案
4．1 多格式数据源集成问题
GIS中最基础的部分是数据，在GIS－T中也不例外。但是多年来，一方面由于缺乏权威的专业数据公司制作并出售基础的地理数据，所需的数据来源没有保证，导致了大量的人力物力花费在制作基础数据的工作上；另一方面，对已有的数据没有充分加以利用，各部门积累下来的基础数据由于数据格式和规划不统一，难于共享利用，这样不仅加大了成本，而且还延长了建设的周期。因此，实现多源数据集成、解决多格式数据源集成是近年来GIS－T系统研制开发的重要课题。目前，方案有以下3种：
（1）据格式转换模式：把其它的数据格式经专门的数据转换程序进行格式转换后，复制到当前系统的数据库或文件中。
（2）数据互操作模式：这是Open GIS Consortium（OGC）制定的规范，GIS互操作是指在异构数据库和分布式计算的情况下，GIS用户在相互理解的基础上，能够透明地获取所需的信息。
（3）直接数据访问模式：就是在一个GIS软件中实现对其它软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个GIS软件存储多种数据格式。
4．2 交通地理现象的表达
GIS－T中涉及3类模型：①区域模型，即在跨越空间时代表连续变化的现象；②离散实体模型，也就是离散的实体（点、线或多边形）及其相关属性的集合的抽象表达；③网络模型，代表拓扑连接的嵌于地表的线性网络变化的抽象表达。由于交通系统自身的特性，应用于交通系统的数据模型几乎都没有超出上述的三种模型的范围。
在对交通模型进行表达的时候，可以用许多具有多种属性的线段代表道路网，用离散点代表各种道路网中的标志性地物，用线性网络代数对交通网络进行分析，这些方法对实现道路交通系统的计算机表示起到了一定的作用。在交通领域中，围绕以弧和点的概念建立的网络模型起的作用是最重要的。实际上，在许多交通应用中，只需要单个的表示数据的网络模型就可以了。这种应用的例子包括：
（1）人行道以及其它设备管理系统；
（2）实时与下线行程安排；
（3）基于网络的交通信息系统和行程计划任务；
（4）导航系统；
（5）实时交通堵塞管理和事故发现等。
5 结语
在交通领域，GIS－T被公认为21世纪的支柱性产业，是信息产业的重要组成部分。随着GIS技术研究的进一步深入，目前GIS－T中存在的问题会逐步得到解决，这必定会促进GIS－T的各个方面的应用和发展，大大地改变交通现状，带动整个交通行业的突飞猛进，成为促进经济发展的重要动力。
参考文献
〔1〕邬伦.地理信息系统――原理、方法和应用.北京：科学出版社，2001.2
〔2〕李跃军.GIS在交通领域中的应用，湖南交通科技，2001.12
〔3〕徐建刚、韩雪培.城市规划信息技术开发及应用.南京：东南大学出版社，2000.9
GIS发展趋势 篇3
关键词：三维；三维 GIS；OpenGL；Skyline；VRML；Java3D
中图分类号：G644 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2011）12-017-01
一、三维GIS的研究现状
随着人们生活的丰富，三维GIS被越来越多应用在各行各业，如采矿、地质、石油等行业。三维GIS研究分工也越来越细，发展了多个研究方向。
1、三维GIS数据模型的研究
由于没有一个实体的模型或抽象能表示实体的所有方面，设计一个适合于所有情况的具有一般性的数据模型往往是不可能的，特别是在处理像三维地理空间这些复杂现象时，有些模型，如CSG，BR便于描述规则目标；而一些模型，如TIN和TEN便于描述不规则目标。采用单一的数据模型很难对各种类型的空间实体进行有效的描述，而且三维GIS的应用领域非常广泛，不同的应用目的对空间目标所要进行的操作和分析千差万别，如城市和矿山，前者可能进行景观分析，后者则要进行巷道网络分析。
2、三维GIS软件的发展
科技在发展，三维GIS软件业发展的很快。
首先，Google Earth以三维地球的形式把大量卫星图片、航拍照片和模拟三维图像组织在一起，使用户从不同角度浏览地球。其次，World Wind是NASA发布的一个开放源代码的地理科普软件，由NASA Research开发，NASA Learning Technologies来发展，它是一个可视化地球仪，将NASA、USGS以及其它WMS服务商提供的图像通过一个三维的地球模型展现，还包含了火星和月球的展现。第三，SkylineGlobe产品能够基于地表的卫星影像、航空影像创建高分辨率的三维虚拟地球场景。Skyline具有强大空间信息展示功能，支持交互式绘图工具，提供三维测量及地形分析工具，提供数据库接口支持如Oracle，ArcSDE，拥有强大数据处理能力。第四、Virtual Earth 3D可以呈现完整交互式的三维图片，是基于地图的搜索工具，集航拍照片、地图、黄页数据于一体。第五、ArcGIS Explorer是一个免费的虚拟地球浏览器，提供自由、快速的2D和3D地理信息浏览，充满趣味性且简捷易用。第六、国内的软件EV-Globe，它具有大范围的、海量的、多源的数据一体化管理和快速三维实时漫游功能，支持三维空间查询、分析和运算，可与常规GIS软件集成，可方便快速构建三维空间信息服务系统，亦可快速向三维的扩展。第七、GeoGlobe是武汉大学李德仁和龚建雅等教授花了近10年时间打造，由武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室研发的网络环境下全球海量无缝空间数据组织、管理与可视化软件。
这几个软件都是三维GIS中很经典的软件，其中，Skyline以大规模场景著称，发展的极其迅速，这些软件都很值得去深入研究学习。
二、三维GIS的关键技术
三维GIS需要在三维环境中进行表现，3D场景的渲染离不开3D API。目前流行的3D API有Silicon Graphics Inc.(SGI)公司的OpenGL、微软公司的DirectX以及Hedi、Glide、Java3D和VRML等。在本论文中，基于三维渲染技术的三维符号渲染也是研究的难点之一。
1、基于OpenGL和DirectX的三维GIS
OpenGL进化自SGI的早期3D接口IRIS GL。IRIS GL的一个限制是：它只能访问底层硬件提供的特性。OpenGL是一种开放性的标准，很好的移植性能，它能在运行Linux和FreeBSD的PC下，甚至还可以使用硬件加速。
DirectX，（Direct eXtension，简称DX）是由微软公司创建的多媒体编程接口。由C++编程语言实现，遵循COM。最新版本为DirectX 11，创建在最新的Windows 7上。其中Direct3D 与DirectDraw已集成成DirectX Graphics。
2、基于Java3D和VRML的三维GIS
Java3D API是Sun定义的用于实现3D显示的接口。3D技术是底层的显示技术，Java3D提供了基于Java的上层接口。Java3D把OpenGL和DirectX这些底层技术包装在Java接口中。这种全新的设计使3D技术变得不再繁琐并且可以加入到J2SE、J2EE的整套架构。
VRML是一种专为WWW（万维网）而设计的三维图像置标语言。全称是虚拟现实建模语言，是由VRML协会设计的。VRML标准中既定义了描述三维模型的编码格式，也定义了描述交互或脚本的编码及行为模式。
3、基于Heidi和Glide的三维GIS
Heidi是一个纯粹的立即模式接口，主要适用于应用开发。著名的3D程序软件如3D STIDIO MAX/VIZ、AuotCAD、经济建模、商业图形演示和机械设计等都使用Heidi系统。与DirectX和OpenGL相比，Heidi还只是一个原始的对象接口，功能请求单一，依靠使用标准界面或直接利用特定的3D芯片来进行硬件加速。
GIS的概念、应用及发展趋势 篇4
地理信息系统 (Geographic Information Systems, GIS) 产生于70年代中期。随着其自身的不断发展和应用的日趋广泛, GIS的定义也各种各样, 其中比较准确且被广泛接受的表述为:GIS是一个能用于进行有效的搜集、储存、更新、处理、分析和显示所有形式之地理信息的计算机硬件、软件、地理数据和有关人员 (用户) 的有机集合。由此定义可知, GIS是一种工具, 但不仅仅是一个制作地图的工具, 虽然它可以按不同的比例尺、用不同的颜色绘制地图。在GIS当中, 计算机硬件部分是骨架, 没有硬件, 其它部分就无从依附;GIS的软件部分是其精髓, 没有软件, 就不成其为GIS;地理数据则如血液一样, 没有了地理数据, 地理信息系统就成了空壳;而对用户来说, 当他能熟练地选择和使用GIS工具盒中的工具进行复杂的分析工作 (如空间分析和模拟预测等) 、并且熟悉与所用的数据有关的知识时, 才能视为GIS的一部分。
2 GIS的主要应用
1) 环境保护与管理。主要用GIS建立环境模型和环境信息系统, 对环境的变化及发展趋势进行预报分析, 同时通过统计分析及模拟研究为环境保护提供决策依据。此外, GIS技术也已被用来建立植物种类与栖息地及环境因素有关的信息系统中。
2) 社会调查与统计分析。GIS在国外已被广泛的应用到人口学、选举、人文地理等方面, 我国也已开始开展这方面的研究和应用工作。
3) 城市基础设施管理。城市基础设施主要是指城市地下管道 (包括自来水、污水排放、煤气等管道) 、通信网络、邮政网点、道路与交通设施等。由于这些设施同时具有与几何和空间位置相关的特性, 建立基于GIS的信息系统能够提高对这些设施的管理水平, 同时能够极大地提高设计与施工、设备维护与故障排除、线路改造等方面的效率, 从而产生巨大的经济效益和社会效益。
4) 土地信息系统的建立。GIS最早是从土地信息系统LIS建立的过程中发展起来的, 而大量高质量GIS软件平台的出现又促进了土地信息系统的建立。目前基于GIS软件平台的土地信息系统无论是图形处理、空间分析与统计、属性信息存储与查询、统计报表生成、决策支持等方面都比早期的土地信息系统有较大的改进。
5) GIS在其它领域的应用。GIS已被广泛地应用到一些其它领域:城市规划、房地产开发及物业管理、商业开发与购物中心设置、资源调查、灾害预报与灾后评估、金融机构与投资分析、地质普查、采矿等。
3 GIS的发展趋势
GIS是为解决资源与环境等全球性问题而发展起来的技术与产业。近些年来, 随着计算机软硬件技术、数据库技术、网络技术、多媒体等技术的迅速发展, GIS的发展出现了新的特点, 主要有如下几方面:
1) 5S集成。所谓5S集成 (地理信息系统GIS、遥感RS、全球定位系统GPS、数字摄影测量系统DPS、专家系统ES) 的集成, 使得测绘、遥感、制图、地理、管理和决策科学相互融合, 成为快速而实时的空间信息分析和决策支持工具, 使GIS广泛用于交通、环保规划、公安侦破、车船自动驾驶、大田农作物因地施肥、科学耕种和海上捕鱼等。5S是泛指多个系统。我们就可以将GIS与其它可以结合的任何学科进行集成研究, 输出方式更直观, 以满足人们生产、生活的各种需求, 使人们可以合理利用资源、保护环境, 实现人类可持续性发展。事实上, GIS己涉及到社会科学、自然科学的许多领域。
2) 共享开放式GIS。随着GIS应用范围的进一步扩大及网络技术的进一步提高, 在大力发展资源共享的信息时代, 建立面向用户的、资源共享的开放式GIS已是大势所趋。从GIS发展的历程来看, GIS每一次大的发展都与计算机发展水平有关, 今后仍将是这样。如今计算机网络的兴起和迅速发展, 信息高速公路的建设, 为GIS的新发展奠定了坚实的基础。目前, 越来越多的GIS软件商和地理数据库建设单位都将他们的产品和服务送入Internet, 越来越多的用户通过WWW、FTP等服务器从网上查询他们所需的GIS数据、GIS软件等信息服务。
3) 与CAD的集成。GIS与CAD软件在功能和应用上均有差别:CAD软件主要用于绘制范围广泛的技术图形, 图形功能极强, 但对非图形数据的管理功能较弱;GIS是存储、管理与分析空间数据的有效工具与技术系统, 其中的数据包括图形数据和属性数据。很长一段时间内, 二者各自沿着不同的方向发展。当前的发展趋势是CAD与GIS技术交织在一起, 相互结合、相互补充, 创造下一代功能更强的GIS。
4) 与虚拟环境的融合。虚拟环境 (Virtual Environm e nt) 是指靠计算机系统建立的一种仿真数字环境, 通过计算机将数字转换成图像、声音和触摸感受, 从而为人们提供一个逼真的模拟环境, 用户可通过人的自然技能来与此环境进行沟通、对话。目前, 图形图像的立体显示已成功地融入数字摄影测量系统 (DPS) 中, DPS与GIS的集成和多媒体技术的应用将把我们感兴趣的东西变成一个虚拟实体, 我们可以通过GIS的输出系统用多媒体的全息方式来体味这种全新的技术。
5) 组件式GIS的研究。建立一个组件式地球村GIS数据平台, 是一项提升人类共享信息的历史使命, 也应该是全世界相关技术人员, 协同完成的一项庞大的人类使命性技术工程。世界各地的相关技术人员都可以借助平台的特定入口, 参与GIS的建设, 完善数据库, 建立丰富的元件库。形成一定规模后, 用户可根据需要拼装调用。这种组件式的GIS的各元件或数据, 应该是分布式的存贮, 可通过分布式对象管理系统进行管理。
6) 军事地理信息系统 (MGIS) 将充实我军数字化决策平台。地理信息系统的发展, 促进了其在军事领域的研究和开发。将GIS技术应用于军事上, 就发展成为军事地理信息系统 (MGIS) 。因此, MGIS是在计算机硬件支持下, 运用系统工程和信息科学的理论和方法, 综合地、动态地获取、存储、管理和分析军事地理环境信息, 并服务于陆海空三军合成作战指挥自动化、战场数字化建设和军事决策支持的军事空间信息系统。
4 结语
地理信息系统 (GIS) 是随着计算机技术的发展而形成的一门新兴技术, 并成为一种主要的信息产业, 它极大地推动了计算机的普及与应用。随着信息技术, 尤其是计算机技术以及GIS理论、技术、应用深度的不断深入和扩大, GIS正处于迅捷的发展之中。此外, MGIS也将会借我军战场数字化建设的东风, 得到相应快速的发展, 一定会在未来的信息化战场上发挥重要的作用。总之, 地理信息系统 (GIS) 将会在人类发展进程中, 在众多领域发挥越来越大的作用。
参考文献
[1]毛峰等.地理信息系统建库技术及其应用[M].科学出版社, 1999.
GIS发展趋势 篇5
GIS研究发展始于20世纪60年代,是一门数据采集、存储、分析、描述和模拟地质、环境、救灾资源及社会统计信息等实体时空分布规律和应用模型信息。相比一般IS,GIS有两点优势:一是可高效综合处理属性数据和图形数据,将客观信息与空间位置有机结合;二是将数据库中抽象关系模式和发展趋势借助GIS空间分析和多维度可视化,生成决策支持信息。因而GIS适用于地震应急多层面,以有效利用震害数据,最大限度降低损失(1)。
传统GIS在震害防御领域的应用与存在问题
GIS在地震防灾领域应用始于美国、日本等国家,主要应用于地震区划、监测预报、震害风险分析和震后救灾等方面(2)。我国该领域研究始于“城市与工程减灾基础研究”,并于“九五”至“十一五”期间,传统GIS应用主要可分两种方式:一是应用工具型GIS处理用户数据,另一方面可与ICT、Web、AI等技术体系集成,形成模块化的专题型GIS震害分析软件。
1 GIS在地震调查、地震损害分析及地震区划中的应用
基于GIS空间实体定义与管理,将多源海量的行政区划、地震地质构造、地震活动性、城区构筑物分布,采用矢量、栅格数据结构或矢-栅混合结构进行分层。如中国西部活断层及新构造环境基础GIS数据库可以快速查询中国西部中、强地震震源机制解及现代构造应力场、中国西部地震区带划分及震中分布等信息(3)。
地震损害分析可基于COMGIS模块化设计,利用GIS空间分析与二次开发的震害损失评判数学模型,主要为较细粒度组件与紧耦合模式系统,集成震害危险分析模块。通过第三方模拟仿真插件(4),融合时间序列模型以及模糊评判理论,对历史地震信息,与近期实测地理信息结合,预测地震发生可能性及地点、震级,实现工程地质资料可视化查询,结合当地经济状况,对可能的经济损失、人员伤亡等灾害损失进行预测性的快速评估,地震影响场生成,模型化震害空间分析及场地类别的地震危险区综合预测制图(4)。
2 GIS技术在地震监测预报中的应用
地震监测可结合ICT、WEB技术与GIS技术,基于已有数字地震观测网络以及地震计等专业检测设备,加大前兆、测震、强震台站的密度,降低监测震级下限,缩短地震速报时间,提升强震动观测能力和活断层探测水平。
我国学者借助GIS工具,已对区域地震活动性异常与前兆、地形地貌与活动断裂构造之间的方位关系、构造活动性等机理进行研究(5)。
3 GIS在紧急救援与次生灾害防御中的应用
GIS中的Network Analyst模块,可将设施中心与道路网络数据进行几何城市网络及传输城市网络的建立,可基于避难需求点为起点,时间成本、距离成本OD cost Matrix为约束,进行服务区的确定以及设施点的确定。以此为目的DSS系统,平时可进行疏散演习,战时可指挥应急救灾(6)。
4 GIS在灾后恢复重建中的应用
基于“3S”技术,对地震诱发地质灾害分布与发震断裂距离、岩性、水系等关联数据的对应关系进行统计分析,为灾区重建、选址工作提供参考依据(8);综合经济、人文、成本造价及发展策略等各个因素进行灾后选址规划与效率评价。
GIS新技术在防震减灾中应用趋势
近年我国几乎所有大中城市地震应急管理机构都已建立或着手建立GIS平台,实现了具有多源震害信息管理和查询、地震影响场预测、建筑物震害预测、应急疏散救援及预案管理等功能的应急管理软件,为应急管理与灾损评估理论校验提供了案例样本与实验数据。
1 Service GIS的应用
震害GIS应用中各协同单位GIS平台不一致,网络带宽受限制以及数据和服务共享不同步,早期C/S结构的Web GIS震害分析软件在服务器端系统功能简单,且与客户端GIS同样缺乏服务聚合能力,使得Web GIS无法完成细粒度下的组件式GIS完成的功能,且局部业务维护需要重新部署或大量修改代码。
而基于面向服务的体系架构(SOA)支持的Service GIS,封装粒度适中的GIS服务群组成Service GIS服务器,支持多开发平台的标准服务(如WFS、WMS、WCS)的定制、扩展与聚合,客户端聚合自家服务器与第三方服务器发布的嵌入式软件客户端、桌面应用软件、空间三维可视化终端与本地空间数据集成使用(10)。
2格网GIS的应用
格网GIS整合分散分布、系统异构的大型计算机、空间数据服务器、大型检索存储数据库、传输器、远程设备等,协调各使用者,在多功能的协议和界面之上,调用网格内任何资源以满足不同使用者需求,即形成对用户透明的多种格式海量数据、服务的超级处理环境。
3移动GIS的应用
应急通信设施建设的高成本限制了震后现场与应急指挥中心的通信质量。而灾情信息的传统形式(电话、文件)上报,滞后性强,不能满足应急指挥需要对现场作业进行实时跟踪和指挥调度信息实时反馈。
而近年来兴起的多元移动终端(ios/windows phone及Android平台),可远程访问应急指挥中心服务器。此外,采用灾情分析与显示工作站、灾情短信网关和移动灾情速报员网三层结构的GSM灾情速报系统可快速动态绘制烈度影像图,实现切实有效的灾情快速评估。
4 3DGIS的应用
3DGIS应用三维空间分析处理复杂空间对象,对实体数字化和抽象表达,以立体造型技术描述和实现对象间的平面、垂向关系,给人以真实客观的形象感。3DGIS利用格网GIS分析模拟节点上三维建模、场景渲染生成技术,通过地震动场判定和震害预测模型辅助分析,可实现受灾前后灾情的对比,场景漫游、属性群组查询等,可直观预测损失,校验地震动设计参数。
结论
本文基于GIS空间分析与数据管理功能,总结GIS在地震应急管理的调查区划、监测预报、灾害预测与损失评估、应急救援疏散及灾后恢复重建等各层面成熟应用成果以及主要的建设思路。本文指出随着IT与网络技术发展,传统工具型GIS软件呈现出时耗性高、利用率低、更新维护难、数据索引慢、界面不形象友好等问题。
尽管如此,GIS新技术的震害应急应用仍然存3DGIS对结果的显示方式未能与虚拟现实完全契合,人工智能预测推理的可信度以及应急案例库的结构属性相似度匹配低等问题,因而,GIS技术在震害应急管理领域的应用发展仍任重道远。
摘要：GIS(Geographic information system,地理信息系统)具有强大的空间数据处理与分析模拟功能,广泛应用于我国防震减灾领域中的地震调查区划、灾损评估、监测预报、紧急救援与疏散及灾后恢复重建领域。本文在传统GIS软件震害防御应用分析基础上,总结发展局限,并针对性的提出Service GIS、Grid GIS、移动GIS、3DGIS及3S技术等前沿技术在该领域的应用趋势。
注释
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试论计算机技术与GIS发展趋势 篇6
地理信息系统 (GIS, Geographic Information System) 是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面 (包括大气层在内) 与空间和地理分布有关的数据的计算机系统
GIS始于60年代的加拿大与美国, 尔后各国相继投入了大量的研究工作, 自80年代末以来, 特别是随着计算机技术的飞速发展, 地理信息的处理、分析手段日趋先进, GIS技术日臻成熟, 已广泛地应用于环境、资源、石油、电力、土地、交通、公安、急救、航空、市政管理、城市规划、经济咨询、灾害损失预测、投资评价、政府管理和军事等与地理坐标相关的几乎所有领域。
随着信息技术, 尤其是计算机技术的快速发展、数字地球 (Digital Earth) 的提出与实施, 以及GIS的应用深度的不断深入和广度的扩大, GIS正处于急剧变化与发展之中, 并对GIS提出了许多新的要求。一方面, 计算机的进步、信息网的发展和利用等技术上的突破, 使得以数字形式表示信息更加容易, 另一方面, 地理信息仍滞后于其它更适合于以数字形式表示的信息, 例如数字和文本。因此, 地理信息的使用, 又存在一定的困难和障碍, 如果这些障碍能够妥善解决, GIS的应用将会取得突飞猛进的发展。本文就目前地理信息系统的热点问题进行介绍、分析和总结。
计算机技术对GIS发展趋势的影响
GIS技术依托的主要工具和平台是计算机及其相关设备。进入90年代以来, 随着计算机技术的发展, 计算机其微处理器的处理速度愈来愈快性能价格比更高;其存储器能实现将大型文件映射至内存的能力, 并且能存储海量数据。
二、网络化的网络GIS
计算机网络技术的最新发展推动着当代GIS技术的快速更新和发展, 使得在因特网上实现GIS应用日益引起人们的关注, 建立万维网GIS (WWWW GIS或Web GIS) 是近年来GIS研究领域的一个热门话题。Web GIS或互联网地理信息系统 (Internet GIS) 是当前GIS的一个重要发展方向。目前, WWWGIS的建设面临四个方面的挑战:网上数据发布、网上数据互操作、网上数据采掘和网上数据管理及安全性。与传统的GIS相比, Web GIS具有以下特点:
(1) 适应性强Web GIS是基于互联网的, 因而是全球的, 能够在不同的平台运行。
(2) 应用面广网络功能将使Web GIS应用到整个社会, 真正实现GIS的无所不能, 无处不在。
(3) 现实性强地理信息的实时更新在网上进行, 人们能得到最新信息和最新动态。
网络GIS可实现网上发布、浏览、下载, 实现基于Web的GIS查询和分析。尽管目前已有多家国内外公司推出Web GIS, 总地来说, Web GIS尚处在试验研究阶段, 其最终目标是应能实现GIS与WWW技术的有机结合, GIS通过WWW成为大众使用的技术和工具。
三、开放性棗开放式GIS
开放式地理信息系统 (Open GIS) 是指在计算机和通信环境下, 根据行业标准和接口 (Interface) 所建立起来的地理信息系统。它不仅使数据能在应用系统内流动, 还能在系统间流动。Open GIS是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性, 以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。为此, Open GIS要具有下列特点:
(1) 互操作性:不同地理信息系统软件之间连接、信息交换没有障碍。
(2) 可扩展性:硬件方面, 可在不同软件、不同档次的计算机上运行, 其性能和硬件平台的性能成正比;软件方面增加新的地学空间数据和地学数据处理功能。
(3) 技术公开性:开放的思想主要是对用户公开, 公开源代码及规范说明是重要的途径之一。
(4) 可移植性:独立于软件、硬件及网络环境, 不需修改便可在不同的计算机上运行。
除此之外, 还有诸如兼容性、可实现性、协同性等特点。
四、虚拟现实棗虚拟GIS
虚拟GIS就是GIS与虚拟现实技术 (Virtual Reality) 的结合。VR技术是当代信息技术高速发展, 并与其他技术集成的产物, 是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。这种模拟具有三个最基本的特征, 即Immersion (沉浸) -Interaction (交互) -Imagina-tion (构想) 。多媒体技术 (Multia-Media) 是一种集声、像、图、文、通讯等为一体, 并以最直观的方式表达和感知信息, 以形象化的、可触摸 (触屏) 的甚至声控对话的人机界面操纵信息处理的技术。应用多媒体技术对GIS的系统结构、系统功能及应用模式的设计产生极大的影响, 使得GIS的表现形式更丰富, 更灵活, 更友好。
多媒体地理信息系统 (MGIS) 将文字、图形 (图像) 、声音、色彩、动画等技术融为一体, 为GIS应用开拓了新的领域和广阔的前景。它不仅能为社会经济、文化教育、旅游、商业、决策管理和规划等提供生动、直观、高效的信息服务, 而且将使电脑技术真正走进人类社会生活。多媒体技术在GIS领域的深入应用, 乃至出现具有良好集成能力的MGIS是技术发展的必然。
五、三维GIS
在许多地学研究中, 人们所要研究的对象是充满整个3D空间的, 如大气污染、洋流、地质模型等, 必须用一个 (X, Y, Z) 的3D坐标来描述。在3D GIS中, 研究对象是通过空间X、Y、Z轴进行定义, 描述的是真3D的对象。随着计算机技术和GIS在许多行业诸如地质、矿山、海洋、城市地下管网, 城市空间规划、城市景观分析、无线通信覆盖范围分析等对三维GIS的需求日益迫切, 3D GIS的理论和应用近年来受到许多学者的关注。到目前为止, 虽然有3D GIS系统问世, 但其功能远远不能满足人们分析问题的需要, 原因主要是3D GIS理论不成熟, 其拓扑关系模型一直没有解决;另外三维基础上的数据量十分大, 很难建立一个有效的, 易于编程实现的三维模型, 计算机海量数据的处理为三维GIS提供了基础。
六、时态GIS
人们都在一定的空间和时间环境中生存并从事各种社会活动。从信息系统, 尤其是GIS的实用角度出发, 时间可以看成是一条没有端点, 向过去和将来无限延伸的线轴, 它是现实世界的第四维。时间和空间不可分割地联系在一起, 跟踪和分析空间信息随时间的变化, 应当是GIS的一个合理目标。这样的GIS就被称为时态GIS (Temporal GIS) 。
七、部件组装化棗组件式GIS
GIS软件是一种大型的软件, 开发一个功能完备的GIS软件是一项极其复杂的工程。如何合理地组织GIS软件的结构, 一直是GIS软件技术专家们研究的问题。它的发展体经历了如下历程:GIS模块、集成式GIS、模块化GIS和核心式GIS。当前计算机软件控件技术 (Active X控件, 其前身OLE控件) 为GIS软件提供了一种新的开发模式。
小结:当前计算机技术的发展使GIS的发展主要呈以上几种趋势外, GIS软件与建筑及规划设计CAD、办公自动化、统计分析等软件系统的集成等都是GIS研究与发展的热点。面对今天的计算机技术的快速发展, 面对GIS充满生机与活力的前景, 我们应该进一步面向世界、抓住机遇、探索规律、促进GIS技术与产业的发展。
摘要：探讨地理信息系统 (GIS) 在计算机技术产业发展的地位, 伴随着科技的发展, 必然形成一门新兴而且主要的信息产业, GIS的应用深度的不断深入和广度的扩大, 发生巨大变化。本文对其进行分析如下:
关键词：信息产业,GIS
参考文献
[1]龚健雅主编.当代GIS的若干理论与技术.武汉测绘科技大学出版
[2]李德仁.论RS、GPS与GIS集成的定义、理论与关键技术.遥感学报。
[3]袁相儒等.Internet GIS的部件化结构.测绘学报。
GIS发展趋势 篇7
GIS技术的中文含义是地理信息处理技术,GIS技术这一词最开始由加拿大科学家提出,该科学家随后提出可以利用计算机处理技术处理大量的土地数据,由此加拿大成为世界上第一个建立起GIS系统的国家。GIS技术在刚刚建立之初还存在很多不足的地方,如数据分类不完全、数据信息处理所需的时间较长等,随着科学技术和网络信息化的不断发展,GIS技术也日渐成熟。与此同时,GIS技术也逐渐被越来越多的国家所采用,其适用的范围也越来越大。如今GIS技术的主要运用范围分为以下四个方面:农业、林业、土地资源管理及生态环境建设。在全世界都呼吁环保和绿色的时代背景下,GIS技术在生态环境建设方面发挥出了重大的作用。
2 GIS技术应用需求的特点
2.1 需要大量的数据存储空间
GIS技术是一个数据分析技术,它的顺利运行需要以大量的数据研究为基础,例如分析某个地区的土地资源管理情况时,首先要对该地区的整个土地资源管理情况进行了解,然后再对该地区中的每个小片区的详细情况进行调研和考察,最后将所有调查数据进行汇总与分类,再对这些已经整理好的数据进行分析,最后得出规律和结论。由此我们不难看出,GIS技术的顺利运行需要大量的数据,因此需要大量的数据存储空间来存储这些数据。
2.2 可以同时实现多地区存储
在GIS技术还没有普及之前,很多用于地理分析的数据都是独立存储的,而且很多数据都是纸质稿储存。存放这些数据不但需要很大的储存空间,而且储存条件十分严格,使储存室内保持适宜的温度和湿度,过高的温度或者不适合的湿度都会给这些储存资料带来不同程度的损害。除此之外,这些储存的数据搬运时需要消耗大量的人力和时间,不利于其他部门或者人员对数据进行共享,阻碍了地理研究的发展进程。利用GIS技术可以很好地解决这些难题,利用GIS技术和网络的力量可以将纸质数据转化为电子数据,并将这些数据上传至网络,每个部门的研究人员都可以查阅到相关数据,很好地实现了多地区同时储存。
3 计算机技术对GIS技术发展的影响
3.1 使GIS技术更加网络化
随着互联网技术的不断发展,网络已经影响到人们生活的方方面面,各行各业的发展都已经离不开网络,当然也影响了GIS技术的使用。利用网络的力量可以迅速地查找到很多不同来源的地理信息,可以节省很多收集信息的时间。除此之外,计算机技术拥有强大的数据处理能力,可以大大减少数据处理过程中的失误。网络力量赋予了GIS技术一些新的使用特点:(1)适应性强,即可以在不同领域畅通运行;(2)现实性强,即信息在网上可以得到及时更新,最新的研究结果和动态资源都可以被及时地共享,方便了人们的学习。
3.2 使GIS技术更加开放化
不同国家,甚至是不同地区的工作人员都对GIS技术有着不同的了解和认知。所以在使用GIS技术时,不同的工作人员对GIS的使用习惯也会不同,最后可能会导致产生不同的分析结果。计算机技术的日益普及可以使不同地区的人员在网络上互相交流使用经验和自己对GIS技术的理解,在使用GIS技术的过程中有疑惑时也可以及时地在网络上求助其他专业人员的帮忙。计算机技术的发展使得GIS技术更加开放,也使GIS技术更加规范化。
3.3 赋予GIS技术虚拟性的特点
计算机技术的发展对GIS技术的另一个影响就是赋予了其虚拟性的特点。虚拟现实技术在当今信息技术发展中很迅速,其可以模拟人或者其他动物在自然环境中的听、说等各种高级动作。我国的这种技术发展还不是很完善,GIS技术只能适用于部分立体三维的模拟活动,但是借助于计算机技术可以使GIS技术在计算机上方便快捷处理真三维客观世界的虚拟环境中的分析空间数据,以及使用管理。
4 结语
计算机技术发展程度的不断提高有效地促进了GIS技术的发展,要想GIS技术发挥出最大的作用,不但需要相关部门工作人员的努力,而且还需要充足的研究资金和其他部门工作人员的配合。只有在主观因素和客观因素同时具备的情况下,我国的GIS技术研究视野才能越来越好,GIS技术才能发挥出越来越大的作用。
参考文献
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[2]董浩然,谢欢,陈鹏,等.基于GIS主题爬虫的在线房产估价系统与优化[J].地理信息世界,2016(2).
GIS发展趋势 篇8
随着城市工业化的发展, 二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物大量排入到城市空气中, 大气污染正在以各种方式危害人类的健康、破坏环境。而大气模型是评估新建和改扩建项目对大气环境影响的有效方法, 更是评价假定大气污染源对环境影响的最好方法。大气污染扩散的模拟离不开环境信息的采集和处理, 而85%的环境信息与空间位置有关。它通过对多种地理空间实体数据及其关系的处理和管理, 用于分析和处理一定地理区域内分布的各种现象和过程, 为用户进行预测、监测、规划管理和决策提供科学依据。
2 大气污染扩散的主要模型
2.1城市空气污染预报系统 (CAPPS)
CAPPS系统是用有限体积法对大气平流扩散方程积分得到的多尺度箱格预报模型与MM5[1]或MM4中尺度数值预报模式嵌套形成的城市空气污染数值预报系统。CAPPS系统由M0MS中尺度气象模式提供气象背景场。再用大气平流扩散箱格模式预报污染潜势指数和污染指数CAPPS系统气象模式的水平网格为46×61, 格距60km, 模式网格中心点可以移动垂直方向分为10层, 采用气压坐标系。箱格模式的顶层为大气边界层顶, 水平分辨率由箱体底面积输入参数自动确定。
2.2 ISCST
ISCST (Industrial Sources Complex短期模型) 和CLT (ISC长期模型) 建立了各种气象条件下的扩散参数曲线, 将气象和排放数据参数化, 形成输入文件, 进行模式验证与参数修正, 使之适合城市的实际条件, 通过模式模拟污染物浓度的分布特征, 分析气象、排放等条件对污染物浓度的影响, 各时段的浓度仅由该时段的排放源清单和气象参数确定。
2.3 ADMS
ADMS大气扩散模型是由英国剑桥环境研究中心 (CERC) [2]开发的一套先进的大气扩散模型, 属新一代模型。本模型应用了现有的基于Monin-Obukhov长度和边界层高度描述边界层结构的参数的最新物理知识, 边界层结构被可直接测量的物理参数定义。ADMS是一个三维高斯模型, 以高斯分布公式为主计算污染物浓度, 但在非稳定条件下的垂直扩散使用了倾斜式的高斯模型。
2.4 GASTAR
烟羽扩散模型可以考虑复杂的地形条件, 学模块中使用了远处传输的轨迹模型和箱式模型。GASTAR[3]属于箱体积分模型, 用于完整描述重气体的阶段运移过程。它包括一个用于计算浓度和热动力学特征的主模型及一系列用于分析污染云团和环境特征的子模型。
2.5 Models-3
美国环保局研制的第3代空气质量预报和评估系统 (Models-3) [4]是由美国环保局野外研究实验室大气模式研制组研制的。该模式系统由三部分组成:中尺度气象模式MM5、排放模式系统SMOKE和通用多尺度空气质量模型系统CMAQ (Community Multiscale Air Quality Modeling System) 。CMAQ模式中最核心的部分是化学输送模块, 其化学反应机制CB4包括36种化学反应物、93种化学反应和11种光分解率。
3 主要技术问题
通常大气模型的空间显示和空间分析功能都比较薄弱, 而这正是GIS的优势所在, 因此两者具有很强的互补性。随着大气模型的发展, GIS技术主要用于大气模型的空间数据管理、可视化、影像分析等工作中, 并且呈现出两者逐渐融合的趋势。不同大气扩散模型的输入、输出和分析的复杂程度各不相同。很多情况下, 将模型的输出结果输入到GIS系统中, 来分析大气污染的影响是非常必要的。例如影响区域的缓冲区分析、基础设施分布、各种叠加分析、各种查询功能以及三维显示等。
烟羽扩散模型 (GASTAR) 中考虑复杂的地形条件要素, 对于烟羽模型的输入数据, 往往是从GIS中获取的, 但是这种模型的输入格式通常是固定的, 因此, 将GIS的数据导入到模型中, 这一项工作需要专门的软件来实现。城市大气扩散模型 (ADMS) 的计算结果包括坐标和浓度数据, 这些数据可以转化成GIS可以识别的数据格式, 然后便可以通过GIS进行数据的显示, 这样可以更加直观的显示分析的结果。现以 (GASTAR) 与GIS空间插值理论为基础, 采用将烟羽模型中的风向坐标转化为GIS投影坐标建立网格图层的方法, 得到烟羽模型在GIS环境中完全模拟量的栅格图层。该图层可以方便地转化为矢量图层并计算出相关的污染指数, 完成烟羽模型与GIS的集成。
大气污染扩散模型的输入参数是很复杂的, 主要的参数有风向、风速、温度、大气稳定度等级、盖度、经纬度、源的位置、源的强度等, 复杂的模型还需要输入地形、湿度、源的性质、喷射角度、喷射速度、地表类型等、Monin-Obukhov长度、混合层高度、风速廓线指数、地表摩擦系数、地表粗糙度、降水速率等参数。使用商业的GIS软件来获取这些参数数据, 并将其传递到大气模型中是很困难的, 商业的GIS软件也不可能针对不同的模型开发专用的功能, 这也是不太实际的。虽然目前大部分的GIS软件都提供了二次开发功能, 但是所有的底层开发语言, 往往只能实现简单的功能, 因此要将GIS与大气扩散模型以及实际的工作结合到一起, 其难度是很大的。
4 GIS与大气污染扩散模型整合的发展趋势
目前, 针对GIS与大气扩散模型结合存在的主要技术问题, 本文提出两个主要的解决途径:一是加强大气扩散模型本身的GIS开发;二是利用Active X控件等形式的GIS二次开发工具, 根据具体工作进行系统地的开发。前者的主要问题是由模型入手来进行GIS的开发难度大、成本高、数据格式的通用性差等缺点。相比较而言, 利用GIS的二次开发组件来进行开发的自由度很大, 而且可以根据具体研究内容的需要进行深入的结合, 但是仍然具有一定的技术难度。
结束语
随着大气模型的不断发展, 与GIS整合是大气扩散模型的重要发展趋势。本文分析回顾了大气模型的发展历程, 重点介绍了典型的大气扩散模型, 指出了GIS与大气模型整合的存在的主要技术问题, 并且分析了该技术的主要发展方向。一是商业化与GIS软件结合的大气扩散模型正在不断发展;二是利用通用的开发语言和GIS开发工具由模型应用者进行不断深入地开发, 从而实现GIS、大气模型和具体工作的深入结合, 并对两种趋势进行了分析比较。
参考文献
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GIS发展趋势 篇9
地理信息系统(geographic information system,GIS)是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间地理分布有关的数据信息的计算机系统。GIS的巨大应用潜力在于它可以通过地图清晰地显示复杂的分析结果。目前,GIS已广泛应用于农业、林业、牧业、国土资源、地矿、测绘、水利、电力、教育等100多个领域。
在公共卫生领域,GIS主要用于分析疾病的空间分布、空间和时间发展趋势、潜在高危人群分布、疾病及突发公共卫生事件的监测预警、病因及危险因素分析、环境健康分析、资源分配辅助决策等。当前,有些学者对GIS在公共卫生领域的应用进行了一些综述[1],但是未能全面反映近年来GIS在国内外公共卫生领域的应用技术、现状及其发展趋势,本文将针对这些问题开展综述研究。
2 疾病监测与预防
2.1 疾病监测
将GIS应用于疾病监测研究是GIS在公共卫生领域最常见的应用。GIS具有强大的数据库功能,可以便利和快速地收集、输入疾病及其危险因素的数据;可将各种疾病情况直观地展示出来,还可以叠加经济、社会等各种信息,分析疾病的时间、空间和人群分布情况;结合遥感(remote sensing,RS)技术和全球定位系统(global position system,GPS),它还以可实时、动态地显示发病情况的变化。
很多研究者探讨了GIS在疾病监测方面的应用,这些疾病涉及由媒介传染的疾病,如疟疾、蠕虫感染病、蛔虫感染病、盘尾丝虫病、病毒性脑炎等;接触式传染病,如淋病、艾滋病、丙型肝炎等;感染性传染病,如霍乱、结核病、血吸虫病、球孢子菌病等,还包括癌症。很多地区建立了基于GIS的疾病监测系统。加拿大构建了基于GIS的公共卫生西尼罗河病毒监测系统(integrated system for public health monitoring of west nile virus,ISPHM-WNV),可实时监测西尼罗河病毒信息,还包括与之相关的鸦科鸟类、蚊子、人群、马、气候以及预防性杀虫干预措施等信息[2]。四川省寄生虫病防治研究所与美国加州大学合作建立了“西昌试区血吸虫病流行地理信息系统”,用于研究和监测血吸虫及钉螺的分布,以及各种影响血吸虫病流行的环境因素,如日照、温度、降雨等。
2.2 疾病病因与危险因素分析
利用GIS并通过一系列空间操作(如空间插值、地理编码等)可以形成包括环境和健康数据的层(coverage),还可以将模型化的数据进行统计分析,将确定疾病与因子关联程度的流行病学方法和确定因子将在哪些地方发生的GIS技术相结合,有利于寻找病因,分析疾病危险因素。
常应用于GIS分析的典型危险因素包括暴露的危险废弃物和污染物、邻近的工厂和交通情况、易诱发某种疾病的居住环境等。Zemek等[3]利用GIS分析了捷克北部山区的氟斑牙病情及相关因素,发现此地的氟斑牙发病是由周围火电厂燃煤造成的空气污染所致;Joyce Fan Z等[4]利用GIS分析了导致美国南卡罗来纳州城乡终末期肾病区域差异的危险因素,发现发病率与医生密度、文化程度、收入、糖尿病及高血压患者的住院率等因素有关。
2.3 疾病及其发展趋势预测
利用GIS的统计功能和空间分析技术,可以将某地区疾病的发病率/患病率作为因变量,影响疾病发病的危险因素作为自变量,建立预测模型;通过分析区域内患者数量的时间变化规律和空间分布趋势,预测疾病的扩散趋势。如果结合卫星遥感数据,将会大大加强GIS的疾病预测功能。
Ezekiel Kalipeni等[5]利用GIS从研究区内抽取了HIV AIDS的年患病率,利用联合国艾滋病规划署的预测软件(基于GIS的软件)模拟和预测了非洲近期(2004—2010年)HIV AIDS的发病率;陆应昶等[6]利用GIS对江苏省各地区脑卒中患者进行了反距离插值分析,建立了江苏省脑卒中空间预测模型。
3 环境健康研究
GIS还广泛地应用于环境健康研究。通过GIS将环境监测和流行病调查的结果存储到数据库中,采用空间自相关技术分析人类健康的空间聚集程度和疾病热点分布地区,探讨典型居住环境污染物对人体健康的作用机理和危害程度;在可获得各污染源污染物测定值的同时,GIS还能够根据具体的扩散过程和地形、气候等因素,建立扩散模型并估计暴露水平。
研究者利用GIS进行的环境健康研究一般包括对当地水环境、空气环境、土壤环境健康研究,以及突发事件带来的有毒物质对环境的影响研究。Fordyce等[7]开发了GIS工具,用于监测欧洲中部水域的氟化物浓度,研究结果可以用来确定需要净化的水域;还有学者利用GIS分析了切尔诺贝利核泄漏后放射性污染对人群造成的近期、远期影响及造成该影响的原因。
4 卫生服务与利用
4.1 医疗保健空间可及性评价
GIS可将各种医疗卫生服务机构的地点、覆盖范围及其利用情况与人口、环境等信息进行整合,形成空间可及性和公平性评价,还可产生一个当地的可精确到社区水平的医疗卫生服务利用图。
研究者利用GIS进行的医疗保健空间可及性评价常包括对某一特定医疗服务的可及性评价,对处于社会经济底层人群的医疗服务可及性评价,以及总人口对卫生服务分配情况的公平性评价。Luis Rosero-Bixby[8]应用GIS评价了哥斯达黎加市医疗保健的可及性,证实了GIS可以精确地寻找到那些医疗保健空间可及性差的社区。桑海云等[9]利用GIS分析了山东省卫生资源配置的空间公平性,得出的图谱表明该省卫生人员和床位的人均配置情况、卫生机构的地理配置情况都不理想。
4.2 卫生干预措施和效果的评价
考虑到地理分布原则,利用GIS可以方便地标注地点,对研究区采取一定的卫生干预措施,然后利用GIS对卫生干预前后的情况进行比较,得出对该措施和效果的评价情况。
Michel J W等[10]利用GIS研究了对多米尼亚共和国某个城市的HIV/AIDS高危人群进行安全性行为、避孕套使用等方面的行为干预后对周边城市的影响情况,发现干预后高危人群的避孕套使用率有了明显提高,并且在相邻的城市也出现了相同的结果。
4.3 卫生资源的配置优化
利用GIS可以找到疾病暴露地点及高危人群,帮助卫生工作者采取有效的医学应对措施;对卫生服务可及性及疾病干预措施和效应的评价可以辅助卫生决策者做出正确的判断;还可将经济发展指标、人口分布状况、医疗资源的配置情况等全部转化到地理空间中,采用网络分析、空间分析及空间统计等方法,寻找出人口的密集分布特征、经济发展趋势以及最适合医疗机构设置的地区,从而为医疗服务机构的选址提供科学的依据。
Fulcher等[11]研究了基于网络GIS的美国卫生保健体系,网络GIS可帮助公众通过网络评价卫生信息,向公众、卫生保健提供者和政策制定者提供资料可视化工具,有助于实现资源的优化配置;目前国外比较流行的公共参与GIS是指使所有利益攸关方都参与到卫生资源的配置管理中。
5 公共卫生突发事件
GIS的地图展示功能可以使研究者对疫情或事件发展情况一目了然;可方便地计算任意一个或多个地区的面积、两点间的距离,从而分析事件区域的人口密度、病原体等有害物质的播散范围;应用缓冲区分析可查找到最优应急资源、最佳路径,确定需要隔离的区域和人口;应用网络分析、路径分析可提供人力和物力资源调配、紧急救援路径(最佳路径)分析;结合GPS、无线通信等技术可实现现场救援的实时监控、指挥和调度。
美国宾夕法尼亚洲开发了宾夕法尼亚公共突发事件应急响应系统(pennsylvania incident response system,PAIRS),提供了一种安全的基于Internet的网络解决方案,报告和追踪可能发生的流行病和其他突发事件,并支持事件的路线分析等[12]。2003年SARS爆发时,我国政府和有关疾病控制部门快速建立了一些基于GIS的SARS疫情监测系统,应用效果显著。
6 发展趋势
6.1 空间数据分析能力将进一步提高
GIS已经在公共卫生领域得到了初步成功的应用,显示出了良好的发展态势和应用前景。但是当前GIS软件的统计分析功能还非常薄弱,多数统计分析还需在常规统计软件中进行;另一方面,一些空间数据分析的模型、方法和技术本身也存在许多不完善之处,需要进一步的优化。
随着空间数据分析技术的进一步完善和GIS软件的升级换代,特别是针对公共卫生具体领域特点和需求的行业GIS软件的开发,GIS的空间数据分析能力必然会有很大提高。
6.2 与其他技术将进一步集成
“3S”技术集成是指将GIS、RS、GPS集成起来,形成“一个大脑,两只眼睛”的框架,即RS、GPS是GIS的“眼睛”,向GIS提供区域信息及空间定位,GIS是“大脑”,从RS和GPS提供的大量数据中提取信息,进行相应的空间分析。“3S”技术的集成与发展为GIS在公共卫生领域的应用提供了新的观测手段、描述语言和管理分析工具。还有学者提出进行“5S”的集成,即在“3S”的基础上再集成数据收集系统(data collected system,DCS)和专家系统(expert system,ES)。
如果把GIS和Web技术集成起来,即所谓的WWW GIS或Web GIS,卫生工作者便能够直接通过浏览器(Browser)对GIS数据进行访问,方便地记录、审查、统计所发生的业务信息,加强卫生安全监督与控制力度,提高工作效率。如果进一步把GIS、Internet和GPS结合起来,就可进一步增强GIS的功能,大大提高工作效率。
如果将GIS安装到PDA中,集成GPS、蓝牙及3G等移动通信和移动互联网技术,就可以构造出理想的移动信息平台(移动GIS),大大提高GIS应用的灵活性。卫生工作者可将地图、公共卫生信息、影像图等安装到PDA上并随时用有线或无线方式更新数据,并进行野外数据的采集。
参考文献
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