GIS前沿研究綜述
2013-12-09 22:55:41 來源: 作者：
GIS以測繪測量為基礎，以數據庫作為數據儲存和使用的數據源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時技術。GIS即地理信息系統，經過了40年的發展，到今天已經逐漸成為一門相當成熟的技術，并且得到了極廣泛的應用。尤其是近些年，GIS更以其強大的地理信息空間分析功能，在GPS及路徑優化中發揮著越來越重要的作用。關于GIS前沿技術的研究是科學研究中的一個熱點。
從系統角度來看，在未來幾十年內，地理信息系統將向著數據標準化（interoperableGIS）、數據多維化（3D）、系統集成化（comGIS）、平臺網絡化（WebGIS）和應用社會化（數字地球）的方向發展。
1. interoperableGIS
在今后5~10年是GIS界的主要標準化制定時期。GIS發展到今天這樣能夠在各個領域得到使用的盛況，人們不斷意識到軟件、硬件、數據等要素進行必要的標準化才能實現更有效、更廣泛地堆GIS得使用。1996年，美國成立了開放地理信息系統聯合會旨在利用其提出的開放地理數據互操作規范（OGIS）給出一個分布式訪問地理數據和獲得地理數據處理能力地軟件框架，各種開發商可以通過實現和使用規范所描述的公共接口模板進行互操作。OGIS規范是互操作GIS領域中的重大進展，它在傳統地理信息系統軟件和未來的高寬帶網絡環境下的異構滴血處理環境之間架起一座橋梁。目前，OGIS規范初具規模，很多GIS軟件開發商也先后生命支持該規范。
2.3DGIS
3DGIS的研究 ,一直是國際前沿的研究熱點。在20世紀60年代以來， GIS一直都是用二維平面加上一定的高程屬性來表示，它在表達上通常是將Z值投影到二維平面上進行處理，這對于同一（x, y）位置的多個Z值不能有效表達。事實上就是我們常說2.5維GIS。在實際的應用中，它不能滿足我們工作的需要，如在礦山測量等應用中，需要用真三維GIS來進行分析礦藏的分布狀態。地形面三維的表達將Z值投影到一個模型上，顯示時X、Y、Z三個軸均被顯示，使三維對象看起來象真正三維一樣。但是面三維技術有兩個明顯的缺點：首先，它表達的對象內部是空的，不具備應有的信息；其次，雖然表現鄰近的多個表面，但對表面交叉情況，就難以進行交叉表達和管理。只有將這類現象置于真正的三維空間中考慮，才能靈活高效地處理各種三維問題，如三維內部屬性和拓撲關系，三維空間索引和查詢（空間關系查詢和屬性查詢，位置和空間關系是空間數據庫特有的查詢，它包含點、線，面之間的倆倆查詢）管理等。這是三維空間表達與二維GIS、地形面三維表達的本質區別之一。
3 .ComGIS
ComGIS是面向對象技術和構件式軟件技術在GIS軟件開發中的應用。ComGIS的基本思想是吧GIS的各大功能模塊劃分為幾個控件，每個控件完成不同的功能。各個GIS控件之間，以及其一其他非GIS控件之間，可以方便的通過可視化的軟件開發工具集成起來，形成最終的GIS應用。組件軟件的可編程和可重用的特點在為系統開發商提供有效地維護方法的同時，也為GIS最終用戶提供了方便的二次開發手段。因此，ComGIS會在很大程度上推動GIS 軟件的系統集成化和應用大眾化。
4. WebGIS
WebGIS是Web和GIS相結合的產物，是利用Web技術來擴展和完善地理信息系統的一項新技術。它是以網絡為中心的地理信息系統，它使用互聯環境，為各種地理信息系統應用提供GIS功能和空間數據及其數據獲取能力。WebGIS具有更廣泛的訪問范圍和平臺獨立性，可以大規模減低系統成本和減少重復勞動。目前，國外ESRI、MapInfo、AutoDesk等公司已經提供了他們各自的WebGIS解決方案，國內的武漢測繪科技大實現了InternetGeoStar,北京大學徐卓群教授和中科院要按應用研究所陽素俊研究員各自領導的課題組在從事WebGIS開發，需要多其他的公司也在WebGIS方面在做了很多工作。
WebGIS是GIS走向社會化和大眾化的有效途徑，也是GIS發展的必由之路。
5.數字地球
數字地球是全球范圍內建立的一個以空間位置為主線，將信息組織起來的復雜系統，也就是全球范圍的、以地理位置及其基礎而組成的信息框架，并在該框架中嵌入我們所獲得的信息的總稱。數字地球在各個領域能產生巨大的經濟效益，它將對人類與自然的協調和平衡帶來不可估量的推進作用。GIS的發展首先面臨著內容和結構的完善，然后在相關技術的發展下得以實現，數字地球作為“集大成者”，無疑是GIS的最終發展目標。
近年來，GIS得到了迅速發展，其未來的發展前景更是十分廣闊，地理信息系統將深入到各行各業乃至各家各戶，成為人們生產、生活、學習和工作不可缺少的工具和助手。
這里是美國GIS研究的19個方向：
1.空間數據庫的準確性研究。地理信息數據中誤差處理和不確定性錯誤處理的方法和技術,包括:不確定性誤差；誤差跟蹤并對誤差進行編碼的方法；計算和表達在 GIS應用中的誤差；數據精度的評估；數據質量、元數據、數據標準等問題研究。
2.空間關系語言研究。以地理空間概念的規范化形式為基礎,利用自然語言和數學方法,形成空間關系表達的理論；關于定位表達的計算模型；間概念的獲取和表達；撲關系的定義；空間信息的可視化；IS的用戶接口。
3.空間數據的多種表達方式研究。為高效數據提取而組織的不同版本的數據及相應的拓撲關系,以及空間數據的多種表達方式；滿足數據一致性和精度要求的地圖制圖規模；數據模型、鏈接、多機構、多尺度等對數據的需求。
4.地理信息的使用和價值研究。對 GIS獲取、實現和使用起關鍵作用的因素和過程的理解；GIS傳播模型建立方法；確定 GIS的經濟價值。
5.海量空間數據庫的結構體系研究。海量數據庫中數據模型、結構、算法、用戶接口等問題的實現方法；空間代數學；基于邏輯的計算機查詢語言；元數據的具體內容和組織；數據壓縮和加密方法。
6.空間決策支持系統。GIS及其相關學科在決策形成中的作用；區域災害問題解決的空間決策支持方法；空間決策支持系統的模型和數據；空間決策支持系統技術和實現；用戶需求和組織等問題研究。
7.空間信息的可視化研究。數據質量的管理和可視化表達構成研究 ;誤差模型和數據質量指標；數據庫中數據的質量管理；使內在表達和地圖顯示更容易的可視化工具；對數據質量信息的用戶需求評估。
8.地圖制圖的規范化研究。研究相應的方法和準則 ,以提高空間數據的一致性 , 以及空間數據在表達方式和空間分析方面的效率和準確性；地圖制圖語言規范化研究；規范化設計評估體系；將知識推理嵌入數據模型。
9.地理信息數據共享的研究。由地理信息和技術共享到空間數據共享；空間數據共享的理論研究；空間數據共享的場所；空間數據共享的處理方法。
10.GIS中時空關系的研究。 地理空間中空間、時間以及和變化相關聯的對象研究；不同時間概念的劃分,如 :離散的、連續的、單調的等 ;具體應用中,笛卡兒坐標和歐幾里得坐標的選擇；將人類對時間和空間的認知過程具體化、形式化；空間現象的模擬計算模式。
11.遙感和 GIS的集成研究。解決遙感和 GIS集成方面的關鍵問題,主要包括：據結構和存取問題；據處理流程；誤差分析；機構問題。
12. GIS的用戶接口研究。人機交互的用戶接口設計和實現；在 GIS環境中,人和計算機相互作用的研究；不同背景、語言、文化對人機交互的影響；GIS軟件用戶接口設計的準則和方法。
13.GIS和空間分析研究。空間統計學地理數據的空間統計分析；地理邊界和地圖比例尺在空間數據體系中的作用；空間數據的采樣和內插；GIS數據結構和空間統計計算之間的關系。
14. GIS在全球變化中的作用研究。全面、定量地理解 GIS應用對全球變化所起的作用；從小尺度的研究出發 ,建立理論基礎和計算結構；全球數據質量的評估。
15. 法律、信息政策和空間數據庫關系研究。GIS數據適用范圍；科學地理解空間數據庫環境中的法律和政策；如何完善IS方面法律的內容和質量；空間數據庫在公眾政策和法律建設方面的作用。GIS在公眾政策和法律方面的有用性嘗試。
16. 通過協作形成空間決策系統的研究 。提供開發和評估工具 ,以解決復雜空間問題；建立知識獲取方；建立評估方案；確定協作方的相互聯系方式；在相互作用的環境中解決沖突的方法。
17. 在社會背景中 ,如何在 GIS中表達人、空間與環境的研究。人口的管理和控制 ;確定沖突影響的人口范圍；政治經濟關心的自然資源的開采和使用。
18. 地理信息系統的互操作研究。開放的、分布式存儲的 GIS結構；地理數據語義特性獲取方法；數據抽象和處理模型研究；地理空間數據的粒度 (Granularity)。
19.地理世界的規范化模式研究。地理世界的規范化表達；用空間數據結構表達現實世界時 ,基本的描述元素；GIS用戶對地理世界的直覺看法。
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