论文——GIS软件的应用和发展

1、gis 软件的应用和发展吴碧茜 软件学院 10301109关键字gis、gis软件、应用、发展、对策摘要物质世界中的任何事物都被牢牢地打上了时空的烙印。人们的生产和生活中百分之八十以上的信息和地理空间位置有关。近n年来，计算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段，许多计算机领域的新技术，如面向对象技术、三维技术、图象处理和人工智能技术都可直接应用到地理信息系统中，地理信息系统技术发展迅速。地理信息系统软件是一类特殊的计算机信息系统软件，它是以各类空间数据及其属性为基础，为各种应用目的服务的一类计算机信息系统。gis 软件的应用几乎涉及人类生活的各个方面，这一认知使得gis 软件不

2、断发展，应用领域不断扩大，我国gis 技术也取得不错成绩。gis地理信息系统是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。这是gis的本质，也是核心。有的学者断言，“地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。如果说gis的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙，那么，信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门，必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。gis被誉为地学的第三代语言用数字形式来描述空间实体。人口、资源、环境、灾害是影响人类生存与发展的四大基本问题。为了解决这些问题，必须要自然科学、工程技术

3、、社会科学等多学科、多手段联合攻关。于是，许多不同的学科，包括地理学、测量学、地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科，都在寻找一种能采集、存储、检索、变换、处理和显示输出从自然界和人类社会获取的各式各样数据、信息的强有力工具，其归宿就是地理信息系统，或称空间信息系统，资源与环境信息系统。因此，gis明显地具有多学科交叉的特征，它既要吸取诸多相关学科的精华和营养，并逐步形成独立的边缘学科，又将被多个相关学科所运用，并推动它们的发展。软件是地理信息系统的重要组成部分，主要包括以下几类：操作系统软件 、数据库管理软件 、系统开发软件 、gis 软

4、件，等等。 gis软件的选型，直接影响其它软件的选择，影响系统解决方案，也影响着系统建设周期和效益。gis软件gis软件是有提供存储，显示，分析地理数据功能的软件。主要包括数据输入与编辑，数据管理，数据操作以及数据显示和输出等。世界上第一个 gis 软件诞生于 60 年代，中国以 1980 年中科院遥感所成立全国第一个 gis 研究室为标志开始起步，93 年北京大学成立了以 gis 为主要经营业务的北大集软计算机应用工程公司，1996 年国家第一次对国产空间信息系统软件开展测评工作，在九五期间，发展国产 gis 软件首次被列为国家科技攻关重点项目。至此, 国产 gis 软件的发展进入了快车道。

5、2006 年度国产空间信息系统软件测评（第 11 次测评）结果显示，参加该年度测评的软件共 57 个，全是具有国产自主知识产权的空间信息系统软件，其中地理信息系统（gis）类软件 42 个，占总数的 73.68%，包括 gis 基础软件 4 个、桌面 gis 软件 1 个、gis 专业软件 18 个、gis 应用软件 19 个。目前，国产中小型地理信息系统平台软件产品的技术水平已经赶上国外同类软件。们已经完成了组件化的体系结构改造，实现了空间数据、属性数据一体化存储与管理，建立了初步的分布式网络计算模式，形成了初步的元数据支持机制，完整地实现了平台软件的支持功能。实践证明，它们完全可以满足各类

6、中小型地理信息系统应用工程的要求。我国涌现出来的优秀基础软件平台有：武汉吉奥信息工程公司开发的 gis 软geostar，该系列软件最独特的特征在于矢量数据、属性数据、影像数据，dem数据高度集成；武汉中地信息工程有限公司开发的大型工具型 gis 软件 mapgis，mapgis 是一个面向服务分布式超大型 gis 软件，它充分展现了国际最新第四代 gis 技术；北京超图公司开发的 supermap，该软件是在科技部“863”课题和中国科学院知识创新工程支持下，形成的完全自主知识产权的大型地理信息系统平台，supermap 软件已经在国土、规划、房产、城建、环保、水利、林业、电力、电信、公安、

7、国防军事等多个行业中广泛应用，且成功进入了日本、韩国、新加坡、美国、意大利和我国台湾、香港和澳门等国家和地区，开创了中国 gis 软件国际化的先河，成为在国际市场上最成功的中国 gis 品牌，为发展我国 gis软件事业做出了突出贡献。上述的 gis 软件在多个应用领域占有明显的优势，均在第 11 次国产空间信息系统软件测评中受到表彰。gis软件的应用伴随着国产自主知识产权 gis 软件的诞生，一批有实力的 gis 软件企业也发展起来。1994 年中国 gis 协会在北京成立，标志中国gis 行业已形成一定规模。据不完全统计，我国现有从事以地理信息系统业务为主的企业和单位超过 400 家，连同数

8、据加工与生产，总销售额超过 20 亿元。其中，以国产地理信息系统软件为基础的地理信息系统企业销售总量占 50%以上。另外值得一提的是，在全国范围内，近几年建立起来了近 1000 余家民营 gis 企业，他们也生机勃勃的投入到地理信息产业发展的洪流之中。与此同时，gis软件的应用已经深入到各行各业，形成了诸如资源与环境 gis, 国土管理 gis，城市规划 gis，煤矿瓦斯管理 gis，旅游管理 gis，时空分布研究 gis，灾害监测与防治 gis, 农林牧副渔 gis, 工商经营管理 gis, 国民经济运营运行和规划 gis、交通管理 gis、城市管理、工矿生产管理gis 及各部门办公 gis

9、 等；其应用还可以深入到千家万户，形成诸如掌上电脑 pda-gis，电子地图查询等。这些软件主要应用到了gis的一下功能：1. 数据采集与编辑功能 gis的核心是一个地理数据库,所以建立gis的第一步是将地面的实体图形数据和描述它的属性数据输入到数据中,即数据采集.为了消除数据采集的错误,需要对图形及文本数据进行编辑和修改. 2. 属性数据编辑与分析 属性数据比较规范,适应于表格表示,所以许多地理信息系统都采用关系数据库管理系统管理. 通常的关系数据库管理系统（rdbms）都为用户提供了一套功能很强的数据编辑和数据库查询语言,即sql,系统设计人员可据此建立友好的用户见界面,以方便用户对属性数

10、据的输入、编辑与查询. 除文件管理功能外, 属性数据库管理模块的主要功能之一是用户定义各类地物的属性数据结构. 由于gis中各类地物的属性不同, 描述他们的属性项及值域亦不同, 所以系统应提供用户自定义数据结构的功能,系统还应提供修改结构的功能,以及提供拷贝结构、删除结构、合并结构等功能. 3. 制图功能 gis的核心是一个地理数据库。建立gis首先是将地面上的实体图形数据和描述它的属性数据输出到数据库中并能编制用户所需要的各种图件。因为大多数用户目前最关心的是制图。从测绘角度来看，gis是一个功能极强的数字化制图系统。然而计算机制图需要涉及计算机的外围设备,各种绘图仪的接口软件和绘图指令不尽

11、相同,所以gis中计算机绘图的功能软件并不简单,arc/info的制图软件包具有上百条命令,它需要设置绘图仪的种类,绘图比例尺,确定绘图原点和绘图大小等. 一个功能强的制图软件包还具有地图综合,分色排版的功能. 根据gis的数据结构及绘图仪的类型,用户可获得矢量地图或栅格地图. 地理信息系统不仅可以为用户输出全要素地图, 而且可以根据用户需要分层输出各种专题地图,如行区划图、土壤利用图、道路交通图、等高线图等等. 还可以通过空间分析得到一些特殊的地学分析用图,如坡度图、坡向图剖面图等待. 4. 空间数据库管理功能 地理对象通过数据采集与编辑后，形成庞大的地理数据集。对此需要利用数据库管理系统来

12、进行管理。gis一般都装配有地理数据库，其功效类似对图书馆的图书进行编目，分类存放，以便于管理人员或读者快速查找所需的图书。其基本功能包括：1.数据库定义 2.数据库的建立与维护 3.数据库操作 4.通讯功能 5. 空间分析功能 通过空间查询与空间分析得出决策结论，是gis的出发点和归宿。在gis中这属于专业性，高层次的功能。与制图和数据库组织不同，空间分析很少能够规范化，这是一个复杂的处理过程，需要懂得如何应用gis目标之间的内在空间联系并结合各自的数学模型和理论来制定规划和决策。由于它的复杂性，目前的gis在这方面的功能总的来说是比较低下的。典型的空间分析有： 6. 拓扑空间查询 空间目标

13、之间的拓扑关系有两类,一种是几何元素的节点、弧段和面块之间的关联关系,用以描述和表达几何要素间的拓扑数据结构,另一种是gis中地物之间的空间拓扑关系,这种关系可以通过关联关系和位置关系隐含表达,用户需通过特殊的方法进行查询. 7. 缓冲区分析 缓冲区分析是根据数据库的点、线、面实体,自动建立其周围一定宽度范围的缓冲区多边形,它是地理信息系统重要的和基本的空间分析功能之一. 8. 叠置分析 将同一地区,同一比例尺的两组或更多的多边形要素的数据文件进行叠置,根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形或进行多边形范围的属性特征的统计分析. 9. 空间集合分析 空间集合分析是按照两个逻辑子集给

14、定的条件进行逻辑交运算、逻辑并运算、逻辑差运算。 10. 数字高程模型的建立 数字高程模型有三种主要的形式，包括格网dem、不规则三角网（tin），以及由两者混合组成的dem。格网dem数据简单，便于管理，但因格网高程是原始采样点的派生值，内插过程将损失高程精度，仅适合于中小比例尺dem的构建。tin直接利用原始高程取样点重建表面，它能充分利用地貌特征点、线，较好地表达复杂的地形，但tin存储量大，不便于大规模规范管理，并难以与gis的图形矢量数据或栅格数据以及遥感影像数据进行联合分析应用。所以一般的gis都提供了两种数字高程模型的软件包，用户可以根据需要进行选择。gis软件的发展我国在这方面

15、虽然起步稍晚，但经过20余年的努力，也有了相当的发展。主要表现在以下三方面： 1技术与队伍 从“六五”到“八五”期间，我国的gis技术得到了长足的发展。特别是“九五”期间，原国家科委将gis作为独立课题列入“重中之重”科技攻关计划，给予了充分的重视和支持，技术发展速度明显加快，gis基础软件技术支持得到了全面的加强，出现了一批有水平的技术成果和产品。如空间数据采集方面的扫描数字化技术、数字摄影测量技术等已达到与国外相当的水平；地图出版技术已经超过国外的gis软件；am/fm应用软件水平已经进入世界行列；小型gis基础软件的整体设计水平已经接近国外水平，gis软件产品化技术方面也有了很大的提高。

16、所有这一切都为发展我国gis产业奠定了技术基础。 与此同时，一大批中青年科学家和技术人员正在成为gis技术研究和产品开发的主力军，尤其是一批计算机软件技术人员进入gis领域，形成了多学科结合的局面。目前，国家已正式将gis列入高校学科专业目录，现已有50多所高校开设了gis课程，大量培养本科、硕士、博士毕业生。我国gis技术人才培养基地已经形成，为gis产业奠定了人力基础。 2产品和市场 近年来，国家科委采取了一系列措施，将gis软件产品开发正式列入国家“九五”重中之重科技攻关项目，提出了“引入竞争机制，坚持滚动发展，加强科技攻关，落实产业建设”的方针，并通过连续两年的全国gis软件测评，充分

17、发挥出导向作用。特别是去年12月的全国gis工作会议后，在全国范围内掀起了一个推广应用gis技术，促进科学管理、科学决策的热潮。gis软件产品化、商品化进展显著，市场开拓成绩喜人，应用效果明显。我国在微机平台上的gis 基础软件产品已经初具规模，近两年与国外软件产品的差距正迅速缩短，在不少方面与国外软件的水平相当，有些方面甚至超过了国外软件，出现了一批在国内有影响力的软件产品，如微机基础软件mapgis、am/fm专用开发平台grow、扫描数字化软件geoscan等。 在市场方面，国产软件由于价格和服务方面的优势，显示出了强大的生命力。例如，mapgis在国内拥有的用户已经超过了1400个;g

18、row在一些重要工程的竞争中击败了国外著名的gis软件;geoscana在数据产品生产方面得到了普遍的使用。抽样调查的数据表明，在已经建成的gis系统中，使用国产基础软件的系统约占26，与arc/info、mapinfo的市场占有率相当。特别应当指出的是，在已经使用国外gis软件的用户中，有相当一部分用户并不满意，计划在今后的投资中采用国产软件。在产品发展的同时，国内一批以gis软件和应用为主要方向的企业发展起来，出现了像深圳雅都信息系统公司和武汉中地信息公司这样产品有竞争力、企业有一定实力、发展势头良好的企业。还有一些企业虽然目前规模尚小，但在产品开发上有特色，具有发展前途。特别是北大方正集

19、团开始进军gis领域，将会为我国gis软件产业的发展增添新的活力。 3应用经验积累 从80年代开始，我国在一些行业和领域着手建设地理信息应用系统，经过10余年来的努力，建立了一批全国、省市和区域一级的数据库及大型应用系统。如全国1:100万基础地理信息库、重大自然灾害监测与评估系统、三北防护林系统、重点产粮区主要农作物估产系统等。通过实际构造gis应用系统，解决了应用领域知识的提炼、综合以及与 gis技术的结合问题，提高了大型gis应用工程的开发管理水平，积累了较为丰富的gis应用经验。 近年来，gis已经成为不少部门和单位日常工作的业务运行系统，涌现出一些在gis应用方面经验丰富、基础数据完

20、备、领域业务工作流程与信息技术成功结合并完成重组（bpr）过程的单位，如广州市城市规划局及其自动化中心。gis的概念和方法得到了相当程度的普及，越来越多的用户接受了利用gis技术来辅助业务工作的解决方案。抽样调查的结果显示，在测绘、环保、航天、矿产、建设、海洋、土地、气象等行业中，有将近（或超过）一半的单位在不同程度上使用gis技术来辅助进行业务处理。我国已经拥有很大的gis用户群，他们熟悉gis的方法和技术，并通过实践积累了较丰富的应用经验。发展我国gis软件产业是每一个从事gis技术学习、研究、产品开发和企业管理人员的责任，任务光荣而艰巨。我们相信，只要经过不懈的努力，我们的目标一定会达到。发展我国gis软件的对策1加快gis软件产业的集约化发展企业是产业的主要实体，产业的壮大首先要有一批有规模的企业。针对国内gis企业规模和实力相对较小、运行机制大多不够完善的现状，当务之急是要迅速健全运行机制，壮大国内gis企业的规模和实力，促进gis产业向集约化发展。从目前的竞争态势来看，联合是大势所趋。发展我国gis产业需要联合，需要优势互补、产品配套。坚持集约化和规模经济的方向，我国就可以在短时间内形成一定数量的大型骨干gis软件企业和企业集团，成为发展产业的中坚力量。同时也鼓励中小企业依靠特色和创新，争取超常规的发展，最终形成大、中、小相结合的较为完善的gis企