摘要　從GIS的定義與特點等方面描述了GIS的基本概念，通過回顧GIS的國內外發展歷程，對GIS技術的今后發展進行了展望，同時也提出了GIS應用發展所面臨的問題。 
關鍵詞　GIS　網絡　Web GIS　歷程　趨勢 
1 GIS的概念 
(1)　GIS的定義 
GIS即地理信息系統，是在計算機硬、軟件系統支持下，對現實世界(資源與環境)各類空間數據及描述這些空間數據特性的屬性進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統，它作為集計算機科學、地理學、測繪遙感學、環境科學、城市科學、空間科學、信息科學和管理科學為一體的新興邊緣學科而迅速地興起和發展起來。地理信息系統中“地理”的概念并非指地理學，而是廣義地指地理坐標參照系統中的坐標數據、屬性數據以及以此為基礎而演義出來的知識。 
(2)GIS的特點 
為了滿足GIS對地球表面、空中和地下若干要素空間分布和相互關系的研究，GIS必須具備以下基本特點。 
①公共的地理定位基礎 
所有的地理要素，要按經緯度或者特有的坐標系統進行嚴格的空間定位,才能使具有時序性、多維性、區域性特征的空間要素進行復合和分解，將隱含其中的信息變為顯示表達，形成空間和時間上連續分布的綜合信息基礎,支持空間問題的處理與決策。 
②標準化和數字化 
將多信息源的空間數據和統計數據進行分級、分類、規格化和標準化，使其適應于計算機輸入和輸出的要求，便于進行社會經濟和自然資源、環境要素之間的對比和相關分析。 
③多維結構 
在二維空間編碼基礎上，實現多專題的第三維信息結構的組合，并按時間序列延續，從而使它具有信息存貯、更新和轉換能力，為決策部門提供實時顯示和多層次分析的方便。這顯然是常規二維或二維半的地形圖所不具備的。 
④具有豐富的信息 
GIS數據庫中不僅包含豐富的地理信息，還包含與地理信息有關的其它信息，如人口分布、環境污染、區域經濟情況、交通情況等。紐約市曾經對其數據庫進行了調查，發現有80%以上的信息為地理信息或與地理信息有關。 
(3)GIS與其它系統的區別 
GIS有別于DBMS(數據庫管理系統)。GIS具有以某種選定的方式對空間數據進行解釋和判斷的能力，而不是簡單的數據管理，這種能力使用戶能得到關于數據的知識，GIS是能對空間數據進行分析的DBMS,GIS必須包含DBMS。 
GIS有別于MIS(管理信息系統)。GIS要對圖形數據和屬性數據庫共同管理、分析和應用。MIS則只有屬性數據庫的管理，即使存貯了圖形，也是以文件形式管理，圖形要素不能分解、查詢，沒有拓撲關系。管理地圖和地理信息的MIS不一定就是GIS,MIS在概念上更接近DBMS。 
GIS有別于地圖數據庫。地圖數據庫僅僅是將數字地圖有組織地存放起來，不注重分析和查詢，不可能去綜合圖形數據和屬性數據進行深層次的空間分析和提供輔助決策的信息，它只是GIS的一個數據源。 
GIS有別于CAD系統。二者雖然都有參考系統，都能描述圖形，但CAD系統只處理規則的幾何圖形，屬性庫功能弱，更缺乏分析和判斷能力。 
(4)GIS的應用 
GIS是一門以應用為目的的信息產業，其應用可以深入到各行各業、千家萬戶，形成諸如資源與環境GIS,災害監測與防治GIS,農林牧副漁GIS,工商經營管理GIS,國民經濟運營、交通管理和規劃GIS,城市管理、運行和規劃GIS,工礦生產管理GIS及各部門辦公GIS等。據調查統計，美國有84%的聯邦政府機構在辦公室中正在使用和將要使用GIS技術，有7萬個以上的地方和州政府部門使用GIS技術。是否具備和使用先進的城市地理信息系統,已成為衡量一個城市管理水平和投資環境的重要標志。在我國，沙市、常州、海口、深圳、北京、上海、天津、廈門等城市已建立具有一定規模的城市信息系統，一些GIS技術開發公司在一些城市的大街上設置了旅游線路查詢信息系統，并己成為市政建設的一個內容。 
進入90年代，隨著GIS產業的建立和數字化信息產品在全世界的普及,GIS將逐漸成為信息產業的主流。 
2 GIS發展歷程 
(1)GIS的產生 
國外不少人認為，19世紀以來普遍應用的地圖和專題圖就是一種模擬式的地理信息系統。照此定義，我國地理信息系統的產生可追溯到宋代的地理圖碑，它刻繪了山脈、長江、黃河、長城以及全國各級行政機構，是宋代的中國地圖。 
到本世紀50年代，隨著電子計算機科學的興起和它在航空攝影測量學與地圖制圖學中的應用以及政府部門對土地利用規劃與資源管理的要求，使人們開始有可能用電子計算機來收集、存貯、處理各種與空間和地理分布有關的圖形和有屬性的數據，并通過計算機對數據的分析來直接為管理和決策服務，這才導致了現代意義上的地理信息系統的問世。 
1956年，奧地利測繪部門首先利用電子計算機建立了地籍數據庫，隨后各國的土地測繪和管理部門都逐步發展土地信息系統(LIS)用于地籍管理。1963年，加拿大測量學家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息這一術語，并于1971年建立了世界上第一個GIS——加拿大地理信息系統(CGIS),用于自然資源的管理和規劃。稍后，美國哈佛大學研究出SYMAP系統軟件。由于當時計算機水平的限制，使得GIS帶有更多的機助制圖色彩，地學分析功能極為簡單。與此同時，國外許多與GIS有關的組織和機構紛紛建立。例如，美國1966年成立了城市和區域信息系統協會(URISA),1969年又建立起州信息系統全國協會(NASIS):國際地理聯合會(IGU)于1968年設立了地理數據收集和處理委員會(CGDSP)。這些組織和機構的建立為傳播GIS知識、發展GIS技術起了重要的推動作用。 
(2)GIS的發展 
進入本世紀70年代以后，由于計算機硬件和軟件技術的飛速發展，促使GIS朝著實用方向迅速發展，一些發達國家先后建立了許多專業性的土地信息系統和地理信息系統。例如，從1970年至1976年，美國地質調查局就建成50多個GIS,加拿大、聯邦德國、瑞典和日本等國也相繼發展了自己的GIS。與此同時，一些商業公司開始活躍起來，軟件在市場上受到歡迎，許多大學和研究機構開始重視GIS軟件設計及應用的研究。 
80年代，由于計算機行業推出了圖形工作站和PC機等性能價格比大為提高的新一代計算機，為GIS普及和推廣應用提供了硬件基礎。GIS軟件的研制和開發也取得了很大成績，涌現出一些有代表性的GIS軟件，如Arc/Info、Genamap、MGE、Cicad、System9等。GIS的普及和推廣應用又使得其理論研究不斷完善，使GIS理論、方法和技術趨于成熟，開始有效地解決全球性的難題，例如全球沙漠化、全球可居住區的評價、厄爾尼諾現象、酸雨、核擴散及核廢料等問題。 
我國GIS的起步較晚，到70年代末才提出開展GIS研究的倡議。進入80年代后迅速發展，在理論探索、規范探討、實驗技術、軟件開發、系統建立、人才培養和區域性試驗等方面都取得了突破和進展。一些有遠見的地方政府也開始投資建立本地的G1S,在GIS應用日益活躍的今天，諸如沙市這樣名不見經傳的中小城市，由于GIS起步早而譽冠全國。80年代末，武漢測繪科技大學在攝影測量與遙感專業的基礎上建立了信息工程專業，使我國GIS基本人才的培養納入了正軌。1994年4月，我國專門成立了“中國GIS協會”,此后又成立了“中國GIS技術應用協會”,加強了國內各種GIS學術交流，研制推出了Geostar、Citystar、MapGIS等具有自主版權的GIS軟件。 
3 GIS的發展趨勢 
GIS正朝著一個可運行的、分布式的、開放的、網絡化的全球GIS發展。 
(1)GIS與其它學科結合更加緊密，應用更加廣泛3S(地理信息系統GIS、遙感RS、全球定位系統GPS)或5S(前面3S加上數字攝影測量系統DPS、專家系統ES)的集成，使得測繪、遙感、制圖、地理、管理和決策科學相互融合，成為快速而實時的空間信息分析和決策支持工具，使GIS廣泛用于交通、環保規劃、公安偵破、車船自動駕駛、大田農作物因地施肥、科學耕種和海上捕魚等。不管是在3S還是5S的集成概念中，“3”和“5”己不是一個確切的數字概念，它們是泛指多個系統。3S和5S強調的是“l+l>2”,有了這個觀念，我們就可以將GIS與其它可以結合的任何學科進行集成研究，輸出方式更直觀，以滿足人們生產、生活的各種需求，使人們可以合理利用資源、保護環境，實現人類可持續性發展。事實上，GIS己涉及到社會科學、自然科學的許多領域，因此，我們還可以得出這樣的結論，GIS必將發展成為集社會科學、自然科學于一體的全球性、綜合性巨型軟科學。 
(2)基于因特網的WebGIS是下階段GIS發展的一個主流 
從GIS發展的歷程來看，GIS每一次大的發展都與計算機發展水平有關,今后仍將是這樣。如今計算機網絡的興起和迅速發展，信息高速公路的建設，為GIS的新發展鋪設了通行無阻的金光大道。由于地理信息和大量的空間數據都是以文字、數字、圖形和影像方式表示的，將它們數字化，送入電子計算機，便可方便、快速和及時地將地理信息傳送到需要的地方去，以發揮地理信息在國民經濟建設、國防建設和文化教育等行業中的應用價值。而GIS工作者則需研制一個萬維網上的GIS和GIS瀏覽器(即視窗GIS),使億萬網民隨時根據需要來查詢GIS。 
(3)空間數據基礎設施建設 
“數字地球”一詞已在世界廣為提及，但很多人并不理解它的真正含義,僅僅把它理解成全球各零散的數字信息在因特網上的流通。按照美國副總統戈爾在闡述“數字地球”概念時所舉的例子不難理解，它實際上就是一個GIS。要實現地球數字化必須有數據基礎，數字地球的基礎是空間數據基礎設施。空間數據基礎設施建設包括空間數據服務體系、空間數據交換網站、數字地球空間數據框架和空間數據標準體系的建立。要在今后做到“秀才不出門，便知天下事”,做到網上“逛商場”,空間數據基礎設施 
建設必須要搞好。 
(4)組件式GIS的研究 
建立一個小型的GIS己不是一兩個人所能完成的，數字地球的建立更是一個極為龐大的工程，需要全世界各地的人們參與。因此，把龐大的GIS軟件系統分解成可按應用需要組裝成“定做系統”的GIS“元件”,怎樣將這些GIS“元件”通過標準的系統環境(如OLE和OpenDOC)與其它非GIS的“元件”嵌接，有效地實現系統合成，自然就成了GIS的研究方向。一旦實現了這一步，全世界的人都可以參與GIS的建設，完善數據庫，建立豐富的元件庫，用戶可根據需要拼裝調用。這種組件式的GIS的各元件或數據應該是分布式的存貯，通過分布式對象管理系統進行管理。 
(5)與多媒體技術的結合 
多媒體技術正在進入GIS中，以改善GIS的數據采集、數據處理以及成果表達與輸出的效能，發揮聲、像等多媒體的應用。目前，圖形圖像的立體顯示己成功地融入數字攝影測量系統(DPS)中，DPS與GIS的集成和多媒體技術的應用將把我們感興趣的東西變成一個虛擬實體，我們可以通過GIS的輸出系統用視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等來感知它。 
4 GIS面臨的問題 
(1)認識問題 
國家和地方政府對GIS建設的基礎投資太少，沒有從戰略上提出一個GIS發展構想，沒有把GIS建設提到一個應有的高度。而在美國，信息高速公路、數字地球卻是總統、副總統提出，并以政府文件形式下達。科索沃戰爭給我們一個警示，必須高度重視GIS的作用。 
(2)人才問題 
GIS產業對人才不僅有一個量的要求，還要有一個質的要求，這種人才不僅要有過硬的專業知識，還要有廣博的知識面，不僅要懂得自然科學知識,還要懂得相當的社會科學、軟科學知識。政府部門要擁有高素質的GIS人才,才能有效地利用GIS進行管理和決策。 
(3)數據質量問題 
影響GIS數據質量的因素千頭萬緒，名目繁多，存在許多不確定性，導致數據質量不好控制，給建庫帶來很多不便。進入數據庫的數據質量過高,則是浪費;反之，質量偏低，則達不到要求，可能造成嚴重的后果，把握適度質量有一定難度。 
(4)安全問題 
特別是基于因特網的GIS,要非常注意數據的保密性。而GIS中龐大的數據要逐一核實其對外發布是否符合國家安全是一件很困難的事，一旦出了問題，可能造成嚴重后果。 
(5)網絡通訊建設不同步 
低帶寬的網絡通訊是制約GIS普及應用的一個瓶頸。另外，網絡產品的質量和價格將影響GIS的網上應用，更重要的是由于電信壟斷使得網絡服務質量跟不上，上網費用過高，嚴重影響了網絡通信的發展。 
參考文獻 
1　李德仁當前國際GIS的研究和應用現狀.見:RS、GIS、GPS的集成與應用.北京:測繪出版社,1995 
2　李斌我國GIS軟件工業面臨的機遇和挑戰.見:當代GIS的若干理論與技術.武漢:武漢測繪科技大學出版社,1999 
3　邊馥苓地理信息系統原理和方法.北京:測繪出版社,1996