王占宏(上海众恒信息产业有限公司)

  地理信息系统(GIS)从1960年代计算机辅助绘制地图起步,到现在仅仅经历了半个多世纪,从实验室软件工具到现在无所不在的地理信息服务,从单纯的计算机软件技术到现在形成地理信息科学研究体系,不管其内涵还是表现形式,都发生了深刻的变化。

  GIS的发展轨迹

  GIS最初是脱胎于绘图工具的革新。1950年,麻省理工学院制造了第一台图形显示器;1958年美国一家公司研制成第一架滚筒式绘图仪。经过多年的发展,1962年麻省理工学院一名博士研究生首次提出了计算机图形学,并论证了交互式计算机图形学是一个可行的、有用的研究领域,从而为GIS的发展奠定了最初的理论基础。

  随着计算机图形学理论的建立以及相应的技术的发展,出现数字地图的雏形——把传统的纸质线画地图转变成数字形式的地图。数字地图的出现,为用计算机处理、分析和管理地理数据带来了可能。1963年加拿大著名地理学家R•F•Tomlinson博士首先提出了GIS这一术语和理论,并为此进行了实施,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。

  伴随着这一时期计算机软硬件技术的发展,GIS技术和工具进入一个大发展的时期,为土地利用、资源评价与管理、环境监测、经济建设、城市规划等行业提供了分析问题的新方法和新视野。到了1992,Goochild在IJGISystem杂志上发表了“Geographicalinformationscience”,从而标志着地理信息科学作为一个学科正式成立。自此,关于地理信息科学的理论、方法等相关研究,在国际上逐渐展开。

  地理信息科学理论的建立,将GIS的发展提升到了一个新的高度。随着网络的发展,针对系统相对独立、内部耦合度强、互操作性差、集成能力匮乏等不足,2000前后年出现了“地理信息服务”这一新技术,以实现网络环境下地理信息的集成应用,满足普通民众对地理信息的需求,从真正意义上实现GIS从“专业化”向“大众化”的转变。

  GIS变迁的源动力分析

  社会生产是科学技术发展的前提和基础。在人类生产实践中,为了解决资源管理,获得规划、辅助决策等信息的需要,出现了GIS。

  1950年代末~60年代,随着计算机技术在工业应用中的推广,地学工作者尝试将不同内容的地图信息转化为数字形式。利用计算机分析、处理地图内容的应用,首先是从建立土地规划等自然资源管理信息系统开始的。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也逐步开始将土地信息系统用于地籍管理,这便是GIS的萌芽。

  现代技术推动了GIS的发展

  技术作为改造客观世界的手段和方法,从来就是一种革命性的力量。首先,技术方法为学科发展提供了强有力的工具,依靠技术手段的进步,大大拓宽了研究的深度和广度,成为学科发展的主要推进因素。其次,新技术的应用还促进了新学科理论的构架和形成。再次,新技术手段的应用,为学科之间的交叉和渗透铺平了道路。

  GIS作为一门综合性的边缘学科,它的发展汲取了地理学、测量学、制图学、电子学和计算机科学等学科的养份,特别是计算机制图、数据库管理、计算机辅助设计、遥感和计量地理学等学科的进展,为GIS的发展创造了有利的条件。

  1950年代,随着计算机科学在航空测量学与地图制图学中的应用,以及政府对土地规划与资源管理的要求,人们开始利用计算机收集、存贮、处理各种与空间和地理分布有关的图形和数据,直接为管理和决策服务,这导致了现代意义上的GIS问世。

  1980年代,由于大规模和超大规模集成电路的问世,尤其是第四代计算机的出现,为GIS的推广应用创造了条件。在数据输入方面,栅格扫描技术得到了很大的发展;在数据存储和运算方面,高密度海量存储技术得到很大发展;在地理信息管理系统方面,随着大型数字地图数据库的发展,管理和应用这些数据的系统技术也在的平行地发展;在数据输出方面,系统数据的处理结果可以用不同方式显示。

  1990年代,GIS与相关学科、技术不断集成,形成了一些具有良好发展前景的GIS平台,主要有GIS与网络技术集成的网络GIS、与多媒体技术集成的多媒体GIS、与人工智能专家系统技术集成的智能空间决策支持系统、与虚拟现实技术集成的虚拟GIS等,极大地促进了GIS的发展。

  回顾地理信息系统发展史,可以说,现代科学技术在推进GIS的发展中起着关键作用。特别是计算机技术,几乎每一次计算机技术的重要进展都在助推着GIS技术的发展,为GIS的发展提供了强有力的支撑,拓宽了GIS研究的深度和广度。

  社会需求是GIS发展的动力

  社会实践的需要始终是人类认识发展的强大动力。正如恩格斯所说:“社会一旦有技术上的需要,这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”

  随着社会的发展,各种信息与日俱增,这就需要对信息及时进行分析和处理,以便实时做出响应,并为领导者提供辅助决策信息。同时,随着资源、环境、人口和灾害等问题的出现,社会对地理信息的需求则大幅度增加,也为地理信息产业创造了巨大的市场潜力。

  自从美国实施“信息高速公路”计划以来,在其影响下,世界范围内出现了前所未有的信息化浪潮,而GIS正是迎合了这一社会需求,顺势推动了GIS的迅猛发展。可以预见,一个新的GIS应用高潮即将到来,地理信息产业将成为信息时代的先驱产业。

  总之,随着GIS应用环境日趋成熟,社会信息化进程的加快,广泛的社会需求为GIS的发展与应用提供了新的动力。

  地理信息系统展望

  当前,GIS的研究和应用都处在一个高速发展的阶段。在国外,GIS技术已被各级政府部门和企业界广泛认知和采用。尤其在北美、欧洲、日本和澳大利亚等国家,GIS市场已经基本形成。在我国,GIS技术也正被越来越多的政府部门和大型企业所采用。虽然起步较晚,但后发优势可以少走弯路,可以在较高的起点上开展GIS的理论研究和开发应用工作。

  GIS应用领域将不断深入

  据统计,在人类接触到的信息中,有80%与地理位置和空间分布有关。因此,GIS具有其非常广泛的应用背景。过去,GIS往往被认为是一项专门技术,仅仅应用于政府决策、灾害评估、资源调查、城市规划、土地管理等方面。随着GIS技术的发展和市场的需求,其应用范围愈加广泛,将深入到人们的日常生活、学习和工作的各个角落。可以这样想象,在不远的将来,人们每时每刻都离不开GIS,人们的日常行为(比如购物、娱乐休闲、旅游路线的选择等)可以轻而易举地通过GIS得到满足。

  GIS网络化趋势锐不可挡

  计算机网络技术的飞速发展也在推动着GIS技术的快速更新和发展,使得在因特网上实现GIS已成为一个热点。基于WWW的地理信息系统(WebGIS)成为近年来GIS研究领域的一个热门话题。WebGIS或互联网地理信息系统(InternetGIS)是当前GIS的一个重要发展方向。随着GIS网络化技术的发展,人们通过互联网可以很方便地查询和获取不同地域、不同时段的地理数据,也可以进行数据的实时发布和修改,真正实现数据共享。

  GIS全球化发展势在必行

  继美国宣布了在信息领域的发展规划和蓝图之后,目前世界各国都在积极地发展和使用GIS,制定有关GIS的政策,开展国家级的GIS项目。在美国、西欧和日本等发达国家,已建立了国家间、洲际间的GIS,GIS应用的国际化、全球化已成为一种必然趋势。

  GIS技术日趋成熟

  随着计算机技术和网络技术发展的同时,也为GIS提供了先进的工具和手段。比如,在计算机领域应用的三维技术、图像处理和人工智能技术,以及网络技术等都可直接应用到GIS系统中。GIS已从原来的“3S(GIS、RS、GPS)”技术的综合,逐渐实现了与CAD、多媒体、办公自动化、虚拟现实等多种技术结合,形成了综合的信息技术,GIS技术正在走向成熟。