摘要︰GIS是隨著計算機技術發展而形成的一門新興技術，其應用程度和範圍也隨之滲透、延伸，得到了人們的廣泛關注。該文綜述了地理信息的發展現狀，從多個角度分析當前GIS技術發展存在的不足，並在此基礎上研究分析了GIS技術的未來發展趨勢。

引言

　　隨著計算機技術的飛速發展、空間技術的日新月異及計算機圖形學理論的日漸完善，GIS(GeographicInformationSystem）技術也日趨成熟，並且逐漸被人們所認識和接受。近年來，GIS被世界各國普遍重視，尤其是“數字地球”概念的提出，使其核心技術GIS更為各國政府所關注。目前，以管理空間數據見長的GIS已經在全球變化與監測、軍事、資源管理、城市規劃、土地管理、環境研究、農作物估產、災害預測、交通管理、礦產資源評價、文物保護、濕地制圖以及政府部門等許多領域發揮著越來越重要的作用。當前GIS正處于急劇發展和變化之中，研究和總結GIS技術發展，對進一步開展GIS研究工作具有重要的指導意義。因此，本文就目前GIS技術的研究現狀及未來發展趨勢進行總結和分析。

1、GIS研究現狀及其分析

　　1.1GIS研究現狀

　　世紀90年代以來，由于計算機技術的不斷突破以及其它相關理論和技術的完善，GIS在全球得到了迅速的發展。在海量數據存儲、處理、表達、顯示及數據共享技術等方面都取得了顯著的成效，其概括起來有以下幾個方面[1]︰
　　?硬件系統采用服務器/客戶機結構，初步形成了網絡化、分布式、多媒體GIS；
　　?在GIS的設計中，提出了采用“開放的CIS環境”的概念，最終以實現資源共享、數據共享為目標；
　　?高度重視數據標準化與數據質量的問題，並已形成一些較為可行的數據標準；
　　?面向對象的數據庫管理系統已經問世，正在發展稱之為“對象--關系DBMS（數據庫管理系統）”；
　　?以CIS為核心的“3S”技術的逐漸成熟，為資源與環境工作提供了空間數據新的工具和方法；
　　?新的數學理論和工具采用CIS，使其信息識別功能、空間分析功能得以增強等等。

　　在GIS技術不斷發展下，目前GIS的應用已從基礎信息管理與規劃轉向更復雜的區域開發、預測預報，與衛星遙感技術相結合用于全球監測，成為重要的輔助決策工具。據有關部門估計，目前世界上常用的GIS軟件己達400多種[2]。國外較著名的GIS軟件產品有[3]︰Auotodesk系列產品、Arc/Info、MapInfo及其構件產品、Intergraph、Microstation等，還有Web環境下矢量地圖發布的標準和規範，如XML、GML、SVG等等。我國GIS軟件研制起步較晚，比較成熟的測繪軟件主要有南方CASS,MapGIS,GeoStar,SuperMap等。盡管現存的GIS軟件很多，但對于它的研究應用，歸納概括起來有二種情況︰一是利用GIS系統處理用戶的數據；二是在GIS的基礎上，利用它的開發函數庫二次開發用戶專用的GIS軟件。目前已成功應用包括資源管理、自動制圖、設施管理、城市和區域規劃、人口和商業管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領域。在美國及發達國家，GIS的應用遍及環境保護、災害預測、城市規劃建設、政府管理等眾多領域。近年來，隨著我國經濟建設的迅速發展，加速了GIS應用的進程，在城市規劃管理、交通運輸、測繪、環保、農業等領域發揮r重要的作用，取得了良好的經濟效益和社會效益。

　　1.2當前GIS發展存在的主要問題

　　基于以上GIS技術現狀研究，本文分析認為GIS技術在模型、數據結構等方面存在著不足，一定程度上制約了GIS技術的發展。

　　(1) 數據結構方面存在的問題
　　目前通用的GIS主要有矢量、柵格或兩者相加的混合系統，即使是混合系統實際上也是將兩類數據分開存儲，當需要執行不同的任務時采用不同的數據形式。在矢量結構方面，其缺點是處理位置關系（包括相交、通過、包含等）相當費時，且缺乏與DEM和RS直接結合的能力。在柵格結構方面，存在著柵格數據分辨率低，精度差；難以建立地物間的拓撲關系；難以操作單個目標及柵格數據存貯量大等問題[4]。

　　(2) GIS模型存在的問題
　　傳統GIS模型是按照計算機的方法對客觀世界地理空間不自然的分割和抽象，使得人們認知地理空間的認知模型與計算機中的數據模型不能形成良好的對應關系，難以表達復雜的地理實體，更難滿足客觀世界的整體特征要求。在GIS軟件開發中，如果語義分割不合理，將難以有效表達地理空間實體間的關系，這就導致較深層次的分析、處理操作難以實現。隨著GIS應用需求領域的不斷開拓及計算機技術的迅速發展，對空間數據模型和空間數據結構提出了更高的要求，使得傳統的地理空間數據模型力不從心，逐漸暴露其弊端。
　　目前，面向對象的數據模型一定程度上解決了傳統GIS數據模型的某些不足，但是OODB（面向對象數據庫）目前仍未在市場以及關鍵任務應用方面被廣泛接受，因為OODB作為一個DBS還不太成熟，如缺少完全非過程性的查詢語言以及視圖、授權、動態模式更新和參數化性能協調等；且OODB與RDB之間缺少應有的兼容性，因而使得大量的已建立起來的龐大的RDB客戶不敢輕易地去選擇OODB。

　　(3) 其他方面亟待解決的問題
　　當前，GIS正處在一個大變革時期，GIS的進一步發展還面臨不少問題，主要表現在以下幾個方面[5]︰
　　?GIS設計與實現的方法學問題。在GIS設計與實現過程中缺乏面向對象的認知方法學和面向對象的程序設計方法學的指導，導致GIS軟件系統的可靠性和可維護性差；
　　?GIS的功能問題。當前以數據采集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS,不能滿足社會和區域可持續發展在空間分析、預測預報、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應用效益和生命力；
　　?三維GIS模型及可視化問題。目前大多數GIS軟件的圖形顯示是基于二維平面的，即使是三維效果顯示也是采用DEM的方法來處理表達地形的起伏，涉及到地底下真三維的自然和人工現象顯得無能為力。

2、GIS未來發展趨勢

　　2.1數據管理方面

　　(1) 多比例尺、多尺度和多維空間數據的表達[6]
　　對于多比例尺數據的顯示，將運用影像金字塔技術、細節分層技術和地圖綜合等技術；而為了實現GIS的動態、實時和三維可視化，出現存儲真三維坐標數據的3DGIS和真四維時空GIS,這其中涉及了空間數據的海量存儲、時空數據處理與分析以及快速廣域三維計算與顯示等多項理論與技術[7]。

　　(2) 三庫一體化的數據結構方向
　　空間數據庫向著真正面向對象的數據模型和圖形矢量庫、影像柵格庫和DEM格網庫三庫一體化數據結構的方向發展[8]。這種三庫一體化的數據結構改變了以圖層為處理基礎的組織方式，實現了直接面向空間實體的數據組織，使多源空間數據的錄入與融合成為了可能，從而為GIS與遙感技術的集成創造了條件。

　　(3) 基于空間數據倉庫（SpatialDatawarehouse）的海量空間數據管理的研究
　　空間數據量非常大，而且數據大都分散在政府、私人機構、公司的各個部門，數據的管理與使用就變得非常復雜，但這些空間數據又具有極大的科學價值和經濟價值，因此大多數發達國家都比較重視空間數據倉庫的建立工作，許多研究機構和政府部門都參與到空間數據倉庫建立的研究工作。

　　(4) 利用數據挖掘技術進行知識發現
　　空間數據挖掘是從空間數據庫中抽取隱含的知識、空間關系以及其他非顯式的包含在空間數據庫中但以別的模式存在的信息供用戶使用，這是GIS應用的較高層次。由于目前空間數據的組織與管理仍局限于二維、靜態、單時相，且仍以圖層為處理基礎，因此，當前的GIS軟件和空間數據庫還不能有效地支持數據挖掘。

　　2.2技術集成方面

　　(1) “3S”集成
　　“3S”是GPS（全球定位系統）、RS（遙感）和GIS的簡稱，“3S”集成是指將遙感、空間定位系統和地理信息系統這三種對地觀測技術有機地集成在一起。地理信息是一種信息流，RS、GPS和GIS中任何一個系統都只側重于信息流特征中的一個方面，而不能滿足準確、全面地描述地理信息流的要求。因此，無論從物質運動形式、地學信息的本質特征還是“3S”各自的技術特征來說