地理信息系统的发展历程

1、地理信息系统的发展历程测绘1301张旭地理信息系统的概念地理信息系统这一术语是从英文GeographicInformationSystem或Geo-InformationSystem（简称GIS）翻译过来的，在国外有许多与之含义相同或相近的名词，如“Geo-ScienceInformationSystem（地学信息系统）”、“GlobeInformationSystem（地球信息系统）”、“Geo-baseInformationSystem（地基信息系统）”、“NaturalResourcesInformationSystem自然资源信息系统）”、“LandInformationSystem（

2、土地信息系统）”、“SpatialInformationSystem（空间信息系统）”、“GeographicDataSystem（地理数据系统）”、“Geo-CodedInformationSystem（地理编码信息系统）”等。我国则称之为“资源与环境信息系统（ResourcesandEnvironmentInformationSystem）”。关于地理信息系统的概念，目前还没有形成完全统一的认识。用英国著名地理信息系统与自动制图学家D.Rhind的话来说：“如果问一百个人，什么叫地理信息系统，也许会有九十九种答案，不过地理信息系统是一种技术”。R.F.Tomlinson认为“地理信息系统本

3、身并不是一个单独的领域，而是信息处理和许多涉及空间分析技术的领域之间的一个共同基础”。D.F.Marble等认为地理信息系统是“一种处理空间数据的系统”。J.K.Berry认为“地理信息系统是内部关联的、自动化的空间信息系统”。K.C.Clark则把地理信息系统定义为“一种对空间数据进行采集、存储、提取、分析和显示的工具”。俄罗斯学者Trofimov将地理信息系统定义为“一种解决各种复杂的地理相关问题，具有内部联系的，一组方法上、数学上、软件、硬件上和组织上的工具集合”。国际测量师联合会（FIG）对地理信息系统的定义则是“一个协助发展与规划及作出决定的工具”。我国学者李德仁院士认为：“地理信息

4、系统（GIS）是一种十分特别而重要的空间信息系统，它是以采集、存贮、管理、分析和描述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空间信息系统。”陈述彭院士主篇的遥感大辞典给地理信息系统下的定义则是“地理信息系统是在计算机软、硬件支持下，把各种地理信息按空间分布或地理坐标，以一定格式输入、存储、查询检索、显示和综合分析应用的技术系统”。上述概念虽然各不相同，但都将地理信息定义为一种基础手段、一种（组）工具、一种技术或技术系统，反映了20世纪90年代中期以前人们对地理信息系统的认识。最近五年来，随着地理信息系统研究的进一步深入，国际上，尤其在美国引起了一场关于“GISisato

5、olorascience”的大讨论，整个讨论以多种杂志作为论坛，近来已经作了终结，结论是：“GISisascience”。于是，GeographicInformationScience（GeoInformatics），即地理信息学（一般译作“地理信息科学”）也就正式产生。地理信息系统的起源（一）模拟的“地理信息系统”国外不少人认为，19世纪以来就得到普遍应用的地图（包括地形图和专题图）和描述地理信息的文献著作的结合（图形数据库和属性数据库的结合）就是一种模拟的地理信息系统。照此定义，我国地理信息系统的产生更加源远流长。苏州文庙保存下来的宋代天文图碑、地理图碑、平江图碑等就是有力的证明。天文图碑

6、是根据宋代天文学家在元丰年间（AD1078-1085）对天体实际观察的结果绘制而成，分天体、地体、北极、南极、赤道、日、黄道、月、白道、经星、天汉、十二次、十二分野记载了1440颗星的位置。平江图采用了平面与立体结合的传统画法，刻绘了苏州府城的地理状况，不仅有城墙、街坊、寺观、桥梁、园林、古迹等，还用“缩写法”绘制了城外的一些重要山水。地理图碑是宋代的中国地图，刻绘了山脉、长江、黄河、长城及全国各级行政机构路、府、州的位置。这些碑刻图表现了不同比例尺、不同区域空间内各种地理要素之间的空间位置，隐含地表示了这些要素之间的拓扑关系，并以平面和立体结合的绘画方法将空间地理要素进行复合分解为多维显示。

7、因此，以计算机为平台的现代地理信息系统在一定程度上可以看成是古代这些模拟的“地理信息系统”的继承和延伸。但是，上述模拟式的、基于地图的地理信息系统很复杂，而且使用起来很不方便。首先，要经过专门的学习和培训，才能看懂和用好地图，地图的阅读和使用主要依赖于用户的水平。其次，模拟形式的、表示在图面上的空间数据不便于作多层叠置分析，不便于作精确和快速的量算，不便于经常和及时地更新。此外，图形数据和属性数据不便于相互作用和共同分析。因此，末级用户，包括非地理、测绘等专业的各级领导和管理人员，以及广大老百姓不可能充分利用这种模拟式的地理信息系统。（二）地理信息系统的提出20世纪50年代，由于电子计算机科学

8、的兴起和发展，使人们有可能用计算机来收集、存贮和处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据，并希望通过计算机对数据的分析来直接为管理和决策服务，这就导致了地理信息系统的问世。1956年，奥地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库，随后各国的土地测绘和管理部门开始逐步发展自己的土地信息系统用于地籍管理。1960年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson提出了地图数字化管理分析的构想，并于1962年利用计算机进行森林分类和统计取得了成功，1963年在联邦科学与工业研究组织（CSIRO）一次学术会议上提交的一篇题为“区域规划中的地理信息系统”论文中正式提出了地理信息系统（Geographi

9、cInformationSystem）这一术语，1968年在加拿大建成了世界上第一个地理信息系统加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理和规划。地理信息系统的发展过程 国际上地理信息系统的发展过程，已经有30多年的历史，经历了发展阶段、巩固阶段、突破阶段和用户阶段等四个阶段。发展阶段世界上第一个地理信息系统世界上第一个地理信息系统CGIS诞生之后不久，美国哈佛大学即研制出了一套地诞生之后不久，美国哈佛大学即研制出了一套地理信息系统系统软件理信息系统系统软件SYMAP，地理信息系统在国际上迅速兴起和发展。，地理信息系统在国际上迅速兴起和发展。60年代中年代中后期，后期，涌现出了一大批处

10、理城市数据的及地区性的地理信息系统。例如，美国涌现出了一大批处理城市数据的及地区性的地理信息系统。例如，美国人口调查局的人口调查局的GRDSR系统，华盛顿州的系统，华盛顿州的MAP/MODEL，圣地亚哥县，圣地亚哥县PIOS，瑞典房，瑞典房地产局的地产局的FRIS，以及，以及MLMIS、GRID、MIADS、GEOMAP、MANS、LUNR、LINMAP、COLMAP、ERIE和和BRADMAP等系统。等系统。但是，由于当时计算机技术水平不高，存储容量小，运行速度慢，早期的地理信但是，由于当时计算机技术水平不高，存储容量小，运行速度慢，早期的地理信息系统带有更多的机助制图的色彩，地学分析功能极

11、为简单。当时的系统能实现息系统带有更多的机助制图的色彩，地学分析功能极为简单。当时的系统能实现手扶跟踪数字化地图，进行地图数据的拓扑编辑，分幅数据的拼接，并发展了基手扶跟踪数字化地图，进行地图数据的拓扑编辑，分幅数据的拼接，并发展了基于栅格的操作方法。于栅格的操作方法。早期地理信息系统的另一显著特点是许多与地理信息系统有关的组织和机构纷纷早期地理信息系统的另一显著特点是许多与地理信息系统有关的组织和机构纷纷建立。例如，美国于建立。例如，美国于1966成立城市和区域信息系统协会（成立城市和区域信息系统协会（URISA），），城市信息系城市信息系统管理机构委员会（统管理机构委员会（USAC），），

12、1969年又建立州信息系统全国协会（年又建立州信息系统全国协会（NASIS）。）。国国际地理联合会（际地理联合会（IGU）于）于1968年设立了地理数据遥测和处理委员会（年设立了地理数据遥测和处理委员会（CGDSP）。）。这些组织和机构的建立，为传播地理信息系统知识和推动地理信息系统技术的发这些组织和机构的建立，为传播地理信息系统知识和推动地理信息系统技术的发展，起到了重要的指导作用。展，起到了重要的指导作用。巩固阶段进入70年代以后，由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存取设备的使用、运算速度的提高和外围设备价格的下降，促使地理信息系统朝着实用的方向迅速发展。一些发达国家先后建立

13、了许多专业性的土地信息系统和地理信息系统。例如，从1970年到1976年，美国地质调查局（USGS）就建成50多个信息系统。加拿大、联邦德国、瑞典和日本等国也先后发展了自己的地理信息系统。许多大学和研究机构也开始重视地理信息系统软件设计及应用的研究，一些商业公司开始活跃起来，GIS软件在市场上受到欢迎。根据国际地理联合会（IGU）地理数据遥测和处理小组委员会1976年的调查，处理空间数据的软件已有600多个，完整的地理信息系统有80多个。1980年，USGS出版的空间数据处理计算机软件报告，总结了1979年以前世界各国空间信息系统的发展情况。这一时期，地理信息系统组织和机构进一步发展和完善，地

14、理信息系统基础研究加强。美国纽约州立大学布法罗分校创建了地理信息系统实验室，后来在1988年发展成为包括加州大学和缅因州大学在内的由美国国家科学基金会支持的国家地理信息和分析中心（NCGIA）。与此同时，地理信息系统的学术交流活动频繁。IGU先后于1970年和1972年两次召开关于地理信息系统学术讨论会，1971年在法国召开了关于数据库的国际专家会议，1978年国际测量师联合会（FIG）规定第三委员会的主要任务是研究地理信息系统，同年在联邦德国达姻斯塔特工业大学召开了第一次地理信息系统讨论会。地理信息系统成为一个引人注目的领域。70年代，地理信息系统技术上的发展主要有三个特点：系统人机交互能力

15、的发展。可通过屏幕直接监视数字化操作，制图分析结果可很快显示，并进行实时的编辑。数据输入速度有所提高，但仍需进一步发展。系统图形功能略有改善，但没有很大扩充。突破阶段国际著名的地理信息系统专家R.F.Tomlinson认为：“如果70年代是地理信息系统发展的巩固时期，那么80年代则是国际上地理信息系统发展具有突破性的年代”。由于计算机性能价格比大为提高，计算机网络的建立，GIS系统软件与应用软件的发展，以及地方、国家乃至全球对地理信息系统的需求日益广泛和强烈，地理信息系统技术在80年代取得了突破性的进展，进入逐步普及和推广应用阶段。地理信息系统的应用从解决基础设施的规划（如道路、输电线）转向更

16、复杂的区域开发，例如土地的农业利用、城市化的发展、人口规划与安置等。地理因素成为投资决策中不可缺少的依据，在许多工业国家，土地信息系统作为有关部门的必备工具投入正常运转。与卫星遥感技术结合，地理信息系统开始用于全球性问题，如全球沙漠化、全球可居住区的评价、厄尔尼诺现象及酸雨、核扩散、核废料、全球变化与全球监测等。美国家科学基金委员会决定以八年为期，每年用100万美元支持NCGIA，开展地理信息系统基础研究、技术开发和人员培训。英国、法国、德国、挪威、瑞典、荷兰、以色列、澳大利亚、前苏联等国都积极地解决地理信息系统的发展和应用。地理信息系统软件的研制和开发取得了很大的成绩，仅1989年市场上有报

17、价的软件就达70多种，涌现出一批有代表性的地理信息系统软件。如美国环境系统研究所（ERSI）开发的ARC/INFO、Intergraph公司的Microstation、ERDAS公司的ERDAS、McroImages公司的MIPS、荷兰ITC公司的ILWIS、以及EGDS/MRS、TIGRIS、SICAD、GENAMAP、SYSTEM9等。以地理信息系统为主题的学术讨论会越来越多。1987年10月在美国旧金山，由美国摄影测量和遥感学会、测量和制图学会、加州大学伯克利分校联合召开了第2届地理信息系统国际年会。地理信息系统的学术文章频繁出现，形成了一支开发和应用地理信息系统的综合力量。用户阶段进入

18、90年代，随着计算机硬、软件突飞猛进的发展，地理信息系统技术的不断完善，地理信息系统产业逐渐趋于成熟，数字化信息产品正在全世界普及，地理信息系统逐步深入到各行各业乃至各家各户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。1992年初，美Geovision公司推出了全关系型地理信息系统（AllRelationalGIS），它采用标准的商用关系数据库系统管理地理空间信息，实现了将空间数据和属性数据全部装入一个商用关系数据库，使系统效率大大提高。到1995年，市场上有报价的GIS软件已达上千种。根据GISWorld提供资料分析，世界各种商用GIS软件销售总数达38.8万套，总装机数在45万套左右，估计世界上各类地理信息系统达10万个。各工业化国家均投入了巨大的人力和财力在各行各业广泛开展地理信息系统的研究与应用，投资数千万美元以上的大型系统如美国海图系统、英国的Domesday计划、美内务部土地管理局的自动土地与矿产资源系统（ALMRS）、森林局615项目等纷