论GIS应用软件的发展与应用

计算机光盘软件与应用　工程技术　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　２０１１年第１４期　论ＧＩＳ应用软件的发展与应用　吴哲宁　（厦门银据空间地理信息有限公司，福建厦门　３６１００８）　摘要：地理信息系统（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ）是用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数　据的计算机信息系统。作为一种通用技术，ＧＩＳ针对特定的应用任务，存储事物的空间数据和属性数据，记录事物之间的关系　和演变过程。它可根据事物的地理坐标对其进行管理、检索、评价、分析、结果输出等处理，提供决策支持、动态模拟、统　计分析、预测预报等服务。其应用覆盖工业、农业、交通运输、环保、国防、公安等诸多领域，其应用几乎涉及人类生活的　各个方面。　关键词：地理信息系统；发展过程；基本功能；研发；应用价值　中图分类号：ＴＰ３１　１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—９５９９（２０１１）１４—００５２—０２　Ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＩＳ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｗｕ　Ｚｈｅｎｉｎｇ　（Ｘｉａｍｅｎ　Ｓｉｌｖｅｒｄａｔａ　Ｓｐａｔｉａｌ　ＧＩＳ　Ｃｏ．，Ｌｌｄ．，Ｘｉａｍｅｎ　３６１　００８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ）ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃａｐｔｕｒｅ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｒｅｔｒｉｅｖａｌ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｅｏｓｐａｔｉａｌ　ｄａｔａ　ｉｎ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ．Ａｓ　ａ　ｃｏｍｍｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧＩＳ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｓｐｅｃｉｉｃ　ｔｆａｓｋｓ，ｓｔｏｒｅ　ｔｈｉｎｇｓ，ｓｐａｔｉａｌ　ａｔｄａ　ａｎｄ　ａｔｔｒｉｂｕｔｅ　ｄａｔａ．ｒｅｃｏｒｄｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ　ｏｆ　ｈｉｎｇｓ　ｔｏ　ｍａｎａｇｅ，ｔｓｅａｒｃｈ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ，ｏｕｔｐｕｔ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔ，ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔａｔｉｓｆｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｃｏｖｅｒｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，￣ａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａ１　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｎａｔｉｏｎａｌ　ｄｅｆｅｎｓｅ．ｐｕｂｌｉｃ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｎｄ　ｍａｎｙ　ｏｔｈｅｒ　ｉｅｌｄｓ。ｆｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａｌｍｏｓｔ　ａｌ１　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｌｉｆｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；Ｂａｓｉｃ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ；Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　一、ＧｌＳ研￥１５ｎ应用的过程　（一）１９６３年加拿大测量学家Ｒｏｇｅｒ　Ｆ．Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ在世界　上第一个提出了地理信息系统，主要用于自然资源的管理和规　划。７０年代，由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是　大容量存储设备的使用，促进了ＧＩＳ朝实用方向发展，不同专　过程中，从数据准备到系统完成，内部必须经过各种数据转换，　每个转换都有可能改变原有的信息。地理信息系统的功能主要是　完成流程中不同阶段的数据转换工作。一般的ＧＩＳ包括以下几项　基本功ＩＩ：（１）数据采集与输入：在数据处理系统中将系统外部　原始数据传输给系统内部，并转变为内部格式。（２）数据编辑与　更新：主要包括图形编辑和属性编辑。（３）数据存储与管理：即　将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。（４）空　间查询与分析：是ＧＩＳ的核心，主要包括数据操作运算、数据查　询检索与数据综合分析（５）数据显示与输出：以人机交互方式来　题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统在世界各　地纷纷研制，美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对　ＧＩＳ的研究均投入了大量人力、物力财力。８０年代，ＧＩＳ逐步走　向成熟，并在全世界范围内全面推广应用，ＧＩＳ与卫星遥感技术　结合，开始用于全球性的问题，如全球变化和全球监测、全球　沙漠化、全球可居住区评价及酸雨、核扩散及核废料等。９Ｏ年　代，随着地理信息产生的建立和数字化信息产品在全世界的普　及，ＧＩＳ已成为确定性的产业，市场的年增长率为３５％以上，ＧＩＳ　已渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生产、生活、学　习和工作中不可缺少的工具和帮手。地理信息系统的发展是与　地理学、地图学、摄影测量学、遥感技术、数学和统计科学、　选择显示对象与形式，对图形数据可选择放大或缩小显示　二、ＧｌＳ的应用价值　ＧＩＳ不仅被广泛应用于资源环境、交通、电信、城市建设、　能源、农业、测绘、电力等国民经济各个部门，而且在军事、公　安等方面也有着十分重要的应用价值。作为例子，全世界８０％以　上的信息都与地理空间位置有关。以下介绍ＧＩＳ在几个领域的应　用：　计算机科学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科发展分　不开。　（一）国土资源管理：大到全国的土地利用、耕地面积控制　及土地荒漠化治理，小到具体城市的用地管理、地价评估、地籍　管理等等，都是国民经济的重要主撑体及经济决策因素。如何高　效、合理地开发利用我们并不充裕的土地资源，事关国民经济和　社会可持续发展战略的顺利实现。将ＧＩＳ技术应用于土地管理与　土地利用不仅可以提高工作效率，更重要的是可以提高决策的科　学性、准确性和时效性，减少工作中的失误，提高土地的利用率。　（二）地理信息系统在我国的发展。地理信息系统的研制与　应用在我国起步较晚，但是发展势头迅猛。ＧＩＳ在中国的发展可　分为三个阶段：准备阶段：主要进行舆论准备，正式提出倡议，　开始组建队伍，培训人才，组织个别实验研究。机助制图和遥感　应用，为ＧＩＳ的研制和应用作了技术上和理论上的准备。起步阶　段：完成了技术引进，研究数据规范和标准，空间数据库建立，　数据处理和分析算法及应用软件的开发等，对ＧＩＳ进行理论探索　和区域性实验研究。初步发展阶段：在这一阶段我国ＧＩＳ的研究　和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段，逐步建立了不同层　次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室。　（三）地理信息系统的组成和基本功能。地理信息系统主要　由四部分组成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间　数据和系统开发管理使用人员。在建立一个实用的地理信息系统　土地资源是国家最重要的资源，是一切生产和存在的源泉。ＧＩＳ　国土资源管理领域中典型的应用有：土地资源详查成果管理；土　地利用状况的动态监测；土地地籍的信息化管理；土地的评估分　析与辅助决策。　（二）地质矿产资源管理：我国在地质调查和矿产评价工作　中推广使用ＧＩＳ技术，应用矿产资源评价方法技术和ＧＩＳ软件的　空间分析功能对全国及重要成矿带进行矿产资源潜力评价，特别　是将对西北大开发中的资源开发、生态环境整治、基础设施建设　５２—　计算机光盘软件与应用　２０１１年第１４期　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　工程技术　提供大量的基础信息。利用ＧＩＳ，可以分析研究全国矿产资源态　势及发展趋势，为政府矿产资源规划、管理、保护和合理利用提　需求。也就是说，ＧＩＳ平台软件具有通用性、完备性、灵活性和　可开发性。从数据处理来看，ＧＩＳ平台的可以有以下功能划分：（１）　数据输入子系统。数据采集、预处理和数据转换等。（２）数据存　储与检索子系统。组织和管理数据库中的数据，以便于数据查询、　更新和编辑处理。（３）数据处理与分析子系统。对系统中所存储　供科学依据，从而直接为国家经济的宏观规划和战略布局服务。　地质调查工作十分复杂，具有涉及专业面广、图层信息量大、空　间覆盖全球、标准化程度高、海量数据存储等特点。目前ＧＩＳ技　术已经成为现代矿产资源评价的重要手段。基于ＧＩＳ的矿产资源　评价是矿产勘查前期的一项综合研究工作，对浓缩找矿信息、缩　小找矿靶区、优选找矿布局具有重要意义。　（三）交通管理：交通是一个复杂的城市人文要素，其发展　和建设需与经济、环境。入日等诸多因素有关，只有将这些信息　要素与道路规划和设计以及日常管理和维护工作紧密结合，并利　用计算机信息技术才能建设满足需要的道路交通网。所有这些信　息都有赖于其地理位置。因此ＧＩＳ作为信息系统的一部分是必不　的数据进行各种分析计算，如数据的集成与分析、参数估计、空　间拓扑叠加、网络分析等。（４）输出子系统。以表格、图形或地　图的形式将数据库内容或系统分析的结果以屏幕显示或硬件拷贝　方式输出。　对于某些简单的应用需求（如数字化、出图、简单查询分析），　使用者可以直接使用ＧＩＳ平台来获取结果；对稍复杂一点的需求，　可以综合应用平台的多项功能，通过比较复杂的步骤逐步求解答　案，这种情况下，要求使用者对ＧＩＳ和应用领域本身都具有较深　可少的。它不仅可以提供直观的可视化效果将各种信息以地理位　置为基础进行显示、查询和统计，更重要的是它还能够为决策者　提供辅助决策的手段和依据。　（四）城市规划管理：ＧＩＳ在城市规划及其管理中有十分广　泛的应用，为解决城市规划及管理中存在的质量、效率和透明度　等方面的问题提供了可行的方法和手段。以空间数据库为纽带，　采用目前的二级和三级体系结构，把勘测、设计、报建、项目管　理、档案及信息发布等部门连成有机整体，建立以空间数据管理　为中心、以“一书两证”审批管理为线索、集设计、管理、监督　和数据更新维护于一体的规划管理信息系统，不失为同步提高规　划设计和管理质量及效率的有效途径。主要包括：数字化基础地　形数据的采集、建库及管理；规划、用地、选址、市政管理、管　线等专题数据的建库及管理；规划方案设计辅助决策；规划选址　分析；市政道路现划与管理；市政管线规划与管理；建筑规划管　理；城市设计辅助方案。　（五）市政设施管理：ＧＩＳ在市政设施管理领域的应用由来　已久。根据在设施管理部门的调查结果表明，这些部门有大约八　成的工作与设备及用户分布的地理位置有关。因此将设备的状态　等信息与其地理位置有机结合，并结合用户的分布信息等，以数　据库为核心，开放的开发环境为基础，在设施管理企业内部建立　集ＧＩＳ、ＭＩＳ、设备监控、状态分析、野外施工、规划设计等于一　体的信息管理系统，可以为决策者提供及时有效的辅助决策方案，　解决当前设施管理部门存在的诸如管网信息管理困难、经营成本　过高、数据冗余、利用效率低下等问题，提高数据可靠性和集成　度、提高运行质量，可以提供自动化分析、设备查询等。如在自　来水领域，通过将水源、管道、用户等信息以地理位置为基础与　属性数据库相结合，ＧＩＳ可以随时提供图形的显示、查询及分析　等功能；还可以利用ＧＩＳ提供的完善的网络分析模型，结合自来　水网中的阀门、开关等设备的状态及水压等各种信息，实现网络　压力和流向分析、渗透监测和水流量分析、工作流程处理、野外　施工检测、故障分析及提供抢修方案等，使得自来水公司的工作　规划、设备管理等实现自动化。应用ＧＩＳ可以实现：紧急事故处　理，发生事故时利用网络分析找到最优的关阀方案，打印抢修单　及闸阀卡片；消防供水调度方案，火点消防栓布置；管网运行调　度，根据用水量和测压点水压等数据，实施节点平差，计算管网　中各处的水压、流量，绘制管网等压线图。通过对加压泵站及各　水泵的特性曲线的管理根据管网平差的计算成果得到水泵高度方　案；绘制供水变化曲线、清水池水位变化曲线等、编制打印各类　报表；管道工程设计。　三、ＧＩｓ平台软件和ＧＩｓ应用软件　（一）ＧＩＳ软件有平台软件和应用软件的区别：ＧＩＳ平台软件　是依据ＧＩＳ数据模型，提供采集、模拟、处理、检索、分析和表　达地理空间数据等完备功能的通用型工具软件，它不面向具体的　专业应用，而是提供足够的灵活性和开发手段，来满足各种应用　一５３一　入的了解，一般出现在科学研究中；对于更为复杂的应用需求，　在最终使用者对ＧＩＳ技术不具备深入的研究的情况下，只能由专　门的开发人员利用ＧＩＳ平台提供的开发手段作二次开发，构筑面　向专门应用领域的易学易用的ＧＩＳ应用系统。　（二）ＧＩＳ平台软件和应用软件的特点：把地理信息系统开　发划分为平台开发和应用开发两个层次，研究分析各自的特点和　技术方案，是很有必要的。一方面地理信息系统已成为许多机构　必备的工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上由于受地理　信息系统影响而改变了现有机构的运行方式、设置与工作计划等；　另一方面，社会对地理信息系统认识普遍提高，需求大幅度增加，　从而导致地理信息应用的扩大与深化。从软件开发的角度来看，　ＧＩＳ平台软件和ＧＩＳ应用软件在面向的用户、使用的模型、实现　的功能等方面都存在明显的差异。平台软件面向专家和科研单位，　或对ＧＩＳ概念方法有深入了解的技术人员，使用通用抽象的数据　模型，实现具有普遍意义的功能，如空间查询、属性查询、多边　形叠置、网络分析等；ＧＩＳ应用软件往往直接面对企事业单位办　公人员或社会大众，使用专业应用模型，利用平台软件提供的功　能实现特定查询和专业分析如停电分析、爆管分析等功能，特别　强调度身定做，特别强调易用性和专业性。理解平台软件和应用　软件功能特点的不同，对于地理信息系统的开发者和建立和使用　地理信息系统的用户都是必要的。在面向一个行业建立地理信息　系统时，是一切从头开发，还是采用现成的ＧＩＳ平台进行二次开　发，是项目实施者必须首先权衡的问题。　（三）ＧＩＳ平台软件的选择。以上介绍了ＧＩＳ平台软件和ＧＩＳ　应用软件的区别与联系，评介了ＧＩＳ平台软件提供的开发手段，　还探讨了ＧＩＳ应用系统的开发模式，上述几个方面都是ＧＩＳ应用　软件开发人员在确定技术方案时要考虑的重要技术内容，其中最　为重要的问题ＧＩＳ平台的选择。首先要考虑的当然是ＧＩＳ平台的　功能；其次，数据模型也是考察的重要内容；另外，ＧＩＳ平台的　运行环境也是要考察的因素。对于ＧＩＳ软件的开发者而言，自然　还会十分关心ＧＩＳ平台提供的开发手段，开发者要研究平台是否　为自己的应用需求提供足够的可借用功能和灵活度，还要考虑平　台提供的开发手段是否与二次开发小组自身的技术准备和学习能　力相匹配。总之，ＧＩＳ应用系统建立者在选择ＧＩＳ平台时，要认　真调研，结合自身的应用需求、数据特点、人员素质、经济能力　等因素，综合考虑ＧＩＳ平台功能、数据模型、软硬件配置、网络　配置、二次开发手段以及性能价格比等诸多方面。　四、结束语　ＧＩＳ在实际运用中将越来越广泛，实用化已经成了必然的趋　势，许多以前属于专有领域的应用项目也逐渐可以发展为满足普　通用户需要的产品。如今ＧＩＳ信息技术已经具备渗入到日常生活　中的条件，通过个人Ｐｃ机，移动电话，个人手持助理来获取当地　的地理信息以及结合ＧＰＳ为用户提供导航、位置查询服务。相信　ＧＩＳ将会很快和人们的日常生活紧密地联系在一起。