gis技术总结 gis技术介绍

GIS中坐标系与偏移算法总结

一 大地坐标系

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1.1 概念

大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。

大地坐标系根据其原点的位置不同，分为地心坐标系和参心坐标系。地心坐标系的原点与地球质心重合，参心坐标系的原点与某一地区或国家所采用的参考椭球中心重合，通常与地球质心不重合。

1.2 常用的参心坐标系与地心坐标系

北京54 参心坐标系（参心坐标系）

西安80 参心坐标系（参心坐标系）

cgcs2000 地心坐标系（地心坐标系）

wgs84 地心坐标系（地心坐标系）

我国先后建立的1954年北京坐标系、1980西安坐标系和新1954年北京坐标系，都是参心坐标系。这些坐标系为我国经济社会发展和国防建设作出了重要贡献。

但是，随着现代科技的发展，特别是全球卫星定位技术的发展和应用，世界上许多发达国家和中等发达国家都已在多年前就开始使用地心坐标系。

国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系——2000国家大地坐标系（CGCS-2000），同时要求用8-10年的时间，完成现行国家大地坐标系向20000国家大地坐标系的过渡和转换。过渡期结束，将停止提供现行国家大地坐标系下的测绘成果。

参考：

2018年7月1日起全面使用2000国家大地坐标系，西安80和北京54坐标系正式退出历史舞台

wgs84是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统；gps设备采集的数据均为wgs84坐标系。

1.3 不同坐标系之间的转换

arcgis 软件中计算完成，参考:[arcgis坐标转换与投影]( ）

二 坐标投影

2.1 投影后的坐标形式

原始经纬度:120.0397529296875,30.229220825195313

墨卡托投影后:13362764.171082955,3533048.2025558753

参考： arcgis js api：web墨卡托(3857)转经纬度坐标(4326)

2.2 投影的目的

方便工程测量、二维图展示便于理解。

2.3 根据不同需求使用不同的投影算法

例如： 墨卡托投影后的二维图导致了地球两极被拉宽，不适用于工程测量，但适合用作普通二维图的展示。而大比例尺的工程测量图对局部区域内精度要求高，而采用高斯克里格投影。

三 gcj02偏移算法（国家测绘局，被戏称为火星坐标）

注意 这是偏移算法，而不是单独的一个坐标系。习惯上人们将加了偏移算法的坐标称为gcj02坐标。经偏移算法处理的地图数据偏差一般为 300~500 米。

3.1 在我们国家发布的互联网地图按法律规定需要经过偏移算法加偏移。

例如高德地图、腾讯地图。

3.2 百度地图在gcj02基础上进行了二次加偏移，称为bd09坐标

3.3 天地图是否加偏移？

天地图采用cgcs2000坐标。

发布在互联网上的天地图并不一定都是加偏移，未加偏移的地图做了特殊处理，很多涉密地理信息在地图上找不到。

3.4 使用了加偏移的地图如何进行gis开发

对叠加到地图上的数据同样加偏移，实现与底图吻合。

参考： WGS84坐标与不同加密算法之间转换

更多参考：

你必须知道的地理坐标系和投影坐标系

arcgis坐标转换与投影变换

帮忙找下关于GIS的

【现状】

中国GIS行业发展探讨与分析（转自）

学者们都说中国GIS市场巨大，GIS产业发展迅猛，但是我认为，中国的GIS是彷徨的。那么，读者一定会问为什么？

正文之前，我们先解释什么是彷徨。彷徨指徘徊,走来走去,不知道往哪里走好；犹豫不决；没有方向。

好，明白了什么事彷徨，读者应该已经明白中国GIS事业所处的状态了。那么开始正文部分：

首先，我们几乎没有前沿的自主技术（我说这话很多所谓的自主研发的GIS厂商会生气，在此表示抱歉，良药苦口啊！）。国内的开发市场主要分为两股力量：1、商业二次开发；2、开源GIS的商业开发。

前一个大部分使用的是ESRI、GeoMedia、MapX，超图（superMap，中国少有的自主研发公司）也占有一定的份额，中地（MapGIS，个人认为中地并不是企业，而是政府机构）、GeoBean（地网开发方面资料太少了，不过功能还行）等的开发集中在政府外包的项目和学校科研。

后一个是雨后春笋一样的开源掘金队伍，发现了国外的开源GIS是免费的，便用来做商业开发，成为了国内发展较快的GIS队伍的生力军。的确，我就是后一个队伍的一员，但是我心中存在淡淡的隐忧，我们不论是用人家的API还是OGC的开发标准，都是在追着洋人的屁股跑。

其次，国内的GIS以开发为主的情况下，并没有出现能够真正的提供GIS服务的供应商和研发商，没有形成产业循环，而只是企业内行为，无法形成外部循环经济效益。就其原因，主要是商业项目太少并且政府项目招标环节存在一定的“关系因素”，即招标部门养着一个专门用来投标开发的GIS开发企业，不论这样是经济的还是不经济的，都能够为招标的部门谋取一定的“利润”。总的来说，GIS还是处于事业单位的发展模式下，真正的GIS市场秩序并没有建立起来。市场上存在大量的没有断奶的所谓企业，这样企业的竞争力严重不足，开发创新精神严重缺乏！

第三，中国GIS应用的民用度不高，GIS到底是发展大众方向还是主要以承包地理信息系统工程项目为主业内还存在一定的争议。到现在，我们国内也没有出现真正的GIS大众商业运作模式，这种模式还需要继续探索。一旦GIS产业发展走向大众化，就存在产业泡沫的问题，例如我们年初所看到的GIS与GDP发展的互动关系。我们急需一种比较完整的商业模式来运作GIS产业，而不是像“小作坊”一样的包项目生产，这样的项目不可能永远存在。

第四，政府对于GIS产业的政策不明朗，中央政府对于GIS的立场是支持的，但是迫于GIS项目的敏感性，所以很多的项目无法推行。地方上，各个政府机关的小利益矛盾比较尖锐，项目推行受到多方面非技术因素的影响，直接导致了很多的项目“流产”或“空壳”。从而影响了中国GIS的走向。

第五，GIS教育多而不精，缺乏实践教育，学生毕业后就业压力巨大，GIS市场的容量并不能消化这些毕业生，导致人才流失。大量的毕业生考研后继续失业，毕业生转行成为风尚，甚至出现了学校GIS专业没有人做GIS的尴尬情况。这导致了中国GIS人才的缺口增大，GIS从业者创新能力下降。当然，这个问题是应试教育引起的，也普遍的存在于其他专业！

第六，也是最关键的一条，就是我们正在逐渐的丧失创新能力，并且缺乏有效的风险投资作为GIS产业发展的支持，相比于GIS来说，房地产、道路建设、贸易等产业更加实际，更加的赚钱。因此，GIS人必须寻找一种适合我们自己的融资方式和商业模式来改变这种问题。

其实不管是业界还是技术的前沿 都把gis的软件开发策略作为一段时间或者是长期的规划来处理 这样基本上覆盖了gis核心服务的模型构架 使得服务的方向较为单一 不能很好的实行大众化的服务 这个固然跟眼前的政府政策有很大的关系 但是业界自己的发展探寻是不是也应该重新审视一下自己的阶段成果呢！

gid在中国的发展已有二三十年了吧 不论是早期的技术引进还是目前的自主研发（当然研发力度还远远不及国外的同行 这方面esri就是好的榜样）都还有很大的提升空间 而有些业内人士由于正好看好了这个态势 也大胆猜想GIS将会渗透各个领域各个行业 也将是IT的另一大主流方向 这话有一定的道理 在某种程度上也能很好的体现GIS发展的前景

【GIS对经济、社会作用】

一、GIS技术的兴起 为了解决人类所面临的人口、资源、环境和可持续发展等问题，协调自然与社会间的矛盾，以保障社会经济的可持续发展，必须采用现代的各种信息技术。GIS在其中发挥重要作用，而得到了各国政府和社会团体的广泛关注。很多国家都建立起国家性和地区性地理信息研究中心，发布有关行政法令，进行地理信息系统研究，培养人才，以满足地理信息系统迅速发展的需要。 以美国为例，1988年统计，84%的联邦机构已使用和计划使用地理信息系统，7万多个地方政府机构已建立了GIS服务系统。政府对地理信息产业的投入每年约为16.5亿美元。1992年，仅美国地质调查局的空间数据库投入就达7.54亿美元。随着美国地理信息产业的发展，每年的应用项目多达一万个以上，降低成本5—10亿美元，并新创产值在10亿美元，并新创产值在10亿美元以上。 美国总统克林顿于1994年4月11日签发了“协调地理数据的获取和使用：国家空间数据基础设施（NSDI）”的行政命令。该行政令要求成立联邦地理数据委员会（FGDC），发展国家地理空间数据交换网络（NGDC），在FGDC组织下制定数据标准，并在2000年1月完成美国的国家数字地理空间数据框架（NDGDF），以支持在2000年将展开的十年一度的人口普查。 近年来，地理信息系统技术发展极为迅速，并向着集成化和商品化发展，开始形成比较完整的地理信息产业。1994年，全球地理信息系统及其相关产业的年产值已达31亿美元，年增长率在35%以上。 我国是一个发展中大国，人口基数大，经济基础差，人均资源占有量少且地区分布不平衡，环境污染严重，生态系统脆弱，长期以来对粗放型经济增长的追求使得我国的资源与环境问题更加恶化。中国政府充分的认识到这种局面，于1994年出台了《中国21世纪议程—中国21世纪人口、环境和发展白皮书》，在中国共产党十四届五中全会上把可持续发展列为基本国策之一。地理信息系统，作为一种空间技术，与人类的生存、地区的发展和进步关系密切。地理信息系统将为人类解决全球与地区环境与发展问题，实现社会经济可持续发展目标做出重要贡献。 经过15年的发展，地理信息系统在我国得到了很大的发展，其应用前景与价值已得到有关部门的认识与重视，目前开展地理信息系统工作的部门已超过20个。我国已建成2个地理信息系统国家重点实验室，建成2个地理信息系统国家重点实验室，建成国土基础地理信息系统1：100万数据库和十多个较大规模的信息系统。通过“八五”国家科技攻关，地理信息系统技术逐渐从实验、局部走向实用化、集成化和产业化，在重大自然灾害的监测与评估、重要产粮区主要农作物估产、城市交通管理等方面取得突破性进展，产生了明显的社会、经济效益。 地理信息系统的在我国的应用虽然取得了很大成就，但与美国等先进国家相比，在应用的规模和深度上还存在较大的差距。中国的国民生产总值为4300亿美元，据外商估算，1993年的GIS投入为2000万美元，占国民生产总值的0.47/1000，与美国的3.3/10000相比差一个数量级。目前建立的GIS专业应用系统大多属面向具体项目的GIS，研究成果多，实用系统少，普遍存在利用绿低，效益不高，重开发轻应用的状况。在国产GIS基础软件开发方面，也存在投资和开发力量分散、低水平重复开发普遍，开发周期长，效率低，产品功能雷同，商品化程度低等问题。同时在地理信息获取方面也存在着重复投资多，信息的质量问题也比较严重，信息的标准化还需进一步加强等问题。 地理信息系统有着广泛的社会需求和广阔的应用领域。近年来，国民经济建设、国民经济管理和人民生活与社会发展对地理信息产品和服务的需求逐步增加。一方面各级政府部门或国民经济管理机构、业务部门要求及时地了解和掌握国民经济建设和社会发展在地域空间上的运行状态、分布特征、资源环境条件和社会经济基础等方面的地理信息。另一方面，在商业、运输等部门，为了更好的管理日常业务，并进行各种分析评价工作，也开始使用地理信息系统。随着世界性高速信息网络的建设，地理信息系统开始进入家庭和日常办公场所。 今后五年以至到2000年是我国改革和发展的关键时期。我国经济将持续快速发展，基础工业、基础设施建设大规模展开，城市化发展加快，而人口、资源、环境压力很大。这段时间内，我国将实现经济体制和经济增长方式的重要转型和转变。坚持可持续发展，逐步缩小地区发展差距，基本消除绝对贫困是这一时期的基本方针和任务。与此同时，面向21世纪信息时代的来临，我们必须抓住机遇，加速国民经济信息化进程，在信息基础设施的建设方面迈出较大步伐。 这一时期也是我国GIS发展十分关键的时期。必须从国内外GIS发展的现状和趋势出发，根据这一时期国家经济和社会发展的要求和国情、国力，考虑这一时期我国GIS发展的规划、战略、政策和措施。遵循我国信息化建设“统筹规划、联合建设、统一标准、专通结合”的总方针，大力推进我国GIS的实用化和产业化。 二、GIS在当代学科体系中的地位 地理信息系统是一种特定的处理地理信息的信息系统，它的定义多种多样，是一种覆盖领域十分广泛的高新技术。 地理信息，由于它具有区域性、多维性和时序性，是人类生存和社会活动中连接各种信息，形成在空间和时间上连续分布的综合信息的基础。它是解决人口、资源与环境和社会可持续发展所面临的各种问题和促进国民经济持续、快速和健康发展的基本信息手段。 地理信息系统所依托的学科称为“地理信息学”（Geomatics)，它是一个现代的科学术语，代表了用各种现代化方法来采集、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关的数据的一门综合和集成的信息科学，是当前的测绘学、摄影测量与遥感、地图学、地理信息系统、计算机图像图形学、卫星定位技术与现代通讯技术的有机结合。 地理信息系统是以上多学科集成的基础平台，用作搜集、存贮、管理和分析空间信息和数据。卫星定位、遥感和摄影测量是是快速获取和更新地理信息的主要手段，目前正走向全数字化道路。地图学与图像图形学既用作地理信息的分析和处理，也用于地理信息成果的显示与表达。专家系统的引入将力求使数据采集、更新、分析和应用更加自动化和智能化。现代通讯技术，尤其是正在兴建的信息高速公路将为地理信息在各部门的传播和应用提供保证。因此，地理信息学的形成和发展是整个信息科学和技术发展的一个重要组成部分，将会给相关学科的发展带来机遇和挑战。 近年来，国外一些高校开始将原来的测绘专业改为地理信息学专业，如荷兰的ITC和香港理工学院称Geoinformatics，加拿大的拉瓦尔大学和卡尔加里大学称Geomatics，澳大利亚的新南威尔士大学称为Geomatic Engineering。这标志着地理信息学（Geomatics）作为一门科学、技术和产业已经形成。 对于地理信息系统和地理信息学在当代学科体系中的地位还没有统一的认识，一般将它看做是一门跨学科的边缘学科。 钱学森教授从八十年代出以来，一直提倡建立一门地理科学，它是自然科学与社会科学的汇合，是一门以理解和协调人地关系为最高目标的研究作为人地系统的地球表层的科学，它与自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、思维科学、人体科学、美学、军事科学、行为科学并列的一大现代科学技术门类，它不是单一学科，而是一个学科体系。地理科学就是研究人口、资源、环境与发展的，不言而喻，地理科学将发挥主要作用。 杨开忠教授将地理科学分为四个层次：地理科学哲学、基础地理科学、应用地理科学和技术地理科学，我们略加修改，如图1所示。 图 1 地理科学体系图解 地理信息学同地图学、GPS、遥感、测绘、数量地理学同属于技术地理学。近年来人们所关注的GIS、RS与GPS的集成的理论基础也在于此，它们都是地理科学的技术支持学科，有着共同的研究对象，只有彼此结合起来，才能将研究推向深入，这是地理科学研究方法的一次质的飞跃。地理信息系统为地理科学研究提供了一个现代化工具，使地理科学的研究从传统的定性描述走向定量分析和空间分析，从简单系统走向复杂系统，具有了更好的技术手段。 三、GIS发展的不同阶段 GIS对社会发展所起的作用，与它所处的发展阶段紧密相关的。一项新技术的推广应用都要经过一个研究、推广、普及的过程，其中还需多次反复，才能成功，GIS也不例外。目前来说，它仍然出于发展阶段，特征在于它的基本理论及方法还出于不断探索完善之中，有关其数据模型、数据处理方法的论文也不断出现。但它的应用早已提上日程，有关管理、教育的研究已引起人们的关注。 关于我国GIS事业的发展历程，何建邦和蒋景瞳研究员对此做了回顾，他们认为国际地理信息系统的发展开始于本世纪60年代。中国地理信息系统研究与应用起步较晚，从80年代初开始，已有15年的历史。 中国科学院院士陈述彭教授在1978年杭州遥感学术讨论会上，把地理信息系统作为一个学科和技术领域分支提出，但当时并未引起重视和讨论。以它作为中国GIS事业准备工作开始。根据实际发展历程，他们建议把我国GIS发展划分为如下阶段： 1978—1980 为准备阶段，在我国正式提出地理信息系统领域； 1980—1985 为起步阶段，经过两年的准备和辩论，终于在1980年1月19日在中国科学院遥感应用研究所建立了全国第一个GIS研究室。GIS正式走上研究和实验的舞台，在中国开始了它的发展。 1986—1995 为发展阶段，从第七个五年计划（1986—1990）开始，GIS作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设的工作。在这个发展阶段内又可划分为两个时期，即前五年（1986—1990）的初步发展时期和后五年（1991—1995，即第八个五年计划期间）的加快发展时期。GIS从研究、实验和局部应用走向实用化、集成化和工程化，在国民经济和社会保障上开始发挥重大作用，技术渐趋成熟。 1996年以后为走向产业化的阶段。目前，中国GIS已具备产业化的条件，已经造就了一批GIS专家和产业队伍，形成了多个GIS研究、培训和数字化基地。在本世纪最后五年，GIS在中国将会正式成为一种产业，进入市场，在国民经济和公众生活中得到广泛的应用。 我国GIS正处在向产业化转变的时期，叶嘉安教授对我国GIS产业化过程中所面临的重要转变进行了总结，主要有以下几点： 1、项目（资金）来源的转变 近年来，我国GIS系统开发资金逐渐由以科研经费（国家投资）为主转向商业投资为主转变，投资的回报需要直接来自所开发系统的运行过程中，这是GIS商品化的标志，这说明GIS的技术日趋成熟，GIS进入实际应用阶段。实际应用部门对GIS的需求日益高涨，成了项目和资金的主要来源。 2、开发者的转变 随着项目性质的变化，系统开发者由单纯的科研人员开始向工程技术人员转变。开发者头脑中的工程观念和市场观念、用户观念开始加强。 3、开发模式的转变 由国家投资、科研人员设计开发，以科研机构为主实施系统建设的“建设—移交”式的开发模式，转向开发部门与用户共同开发或用户自行开发，而由科研技术部门提供技术支持的开发模式。 4、技术重点的转变 系统功能开发由技术驱动转变为需求驱动，由注重软、硬件技术向注重管理技术和实用效益方面转变。 5、区域尺度的转变 受需求和资金来源引导，系统建设开始转向国家、区域、城市和工程项目等多种尺度，其中城市地理信息系统在近期蓬勃发展。 6、目标的转变 随着信息的社会化和产业化，GIS将由以面向管理决策部门的决策支持为主要目标，转向满足多层次、多领域的广泛的社会需求。 7、系统类型的转变 GIS由面向项目的系统向面向管理的系统发展成为必然的趋势。 陈子坦博士从应用的角度将GIS分为四个层次：项目水平、部门水平、企业化水平和社团水平。 项目GIS是GIS应用的初级阶段，用户的目标是完成一个特定的项目。用户主要关心的是获得这一项目的结论，其他与GIS相关的操作只是工具性的或中间过程。它们不能定期维护数据和应用程序的更新，在一个项目结束后，这个系统的周期也就结束了，大多数的科研机构、大学和科学家的GIS应用正处于这一阶段。 部门GIS的特点是具有一个维护良好的GIS数据库。这一数据库是定期更新的，并被很好的管理。从而可以用来完成一个部门、一个政府机构和合作双方中某一方的某些日常工作。这一部门中的用户随时利用最新的数据来分析和决策。目前已有数千的机构建立了部门GIS系统。 企业化GIS运行于多部门环境中，这些部门具有各自的职责和功能，他们之间共享共同的地理基础数据，分享硬件、软件系统资源，分享应用模型、专家经验和知识。他们还要分享维护和管理这一GIS系统的责任。网络通讯和分布式计算是支持企业化GIS的技术，所有数据和系统资源分布于一个网络上，在网络上流动，供多用户共享。企业化GIS可以帮助包括环境单位在内的企业更有效、更有目的性的完成决策制定过程。目前大约有数百个企业化层次上的GIS运行于政府和大公司中。 社会化GIS是GIS发展的未来层次。GIS不只是用于政府和科研机构，而且会被社会一般公众和团体所接触。人们可以通过Internet网络方便地获取所需的地理信息数据，象使用字处理软件那样方便地使用GIS软件。信息高速公路向社会化GIS提供技术支持。GIS系统将成为各种信息系统的一部分。GIS通过提供空间检索功能，在帮助人们操纵大量信息方面起着重要的作用。 从上述分析可以看出：我国目前所建立的GIS系统大部分属于项目GIS，只有少数的几个系统属于部门GIS，正逐渐向企业化GIS发展中。这就决定了GIS在我国社会发展中所起的作用并不是广泛的，GIS的建立和使用，基本上是政府行为，主要是为政府部门决策服务。 四、GIS在我国社会发展中的作用 我国GIS的应用水平，虽然与美国等发达国家相比存在较大的差距，但已经在国民经济各部门中发挥了重要作用。这里，我们仅就GIS在我国应用的几个主要领域作一简单介绍。 1、综合减灾 我国是在世界上自然灾害类型多，发生频繁，灾害损失最严重的少数国家之一，在以往的40年中，每年灾害经济损失约占国家财政收入的六分之一。近年来灾害直接经济损失每年约1000亿元，其增长速度明显超过全国经济增长，因灾人口伤亡也很严重。减轻自然灾害是我国社会经济持续发展的一项必不可少的工作。 减轻自然灾害是一项系统工程，它包括对自然灾害的监测、预报、评估、防灾、抗灾、救灾、恢复、教育、保险与综合管理，减灾的每一过程和环节都与空间的地理要素密切相关，如灾害发生的时空分布、强度与频度、灾害发生地社会经济易损性及抗灾能力、灾害评估、灾害应及救助措施及预案等，因而地理信息系统是减轻自然灾害的重要工具和手段，建立在具有庞大空间分析功能的地理信息系统上的减灾系统，才能在减灾中发挥快速、准确的决策作用。 GIS在减灾中的应用主要包括以下几个方面：1、灾害的监测和预报；2、自然灾害评估，包括灾前的历史灾害影响评价及灾情预测，实时的灾害应急评估和灾后的灾情评定；3、救灾和抗灾；4、灾害应急救助与救援；5、灾害保险与灾后恢复；6、灾害教育与宣传；7、灾害管理和灾害区划；地理信息系统在减灾中的应用会越来越广泛，尽管目前的应用还不完善，但随着综合减灾研究山进行，地理信息系统在该领域必将发挥出举足轻重的技术支持作用。 近年来，地理信息系统已经在减轻自然灾害的各个环节和领域得到或将得到应用。在我国的各单灾种灾害研究与管理部门，已建立了若干个用于单灾种研究的灾害信息管理系统，国家“八五”科技攻关项目中已开展了系列的自然灾害应急监测与评估研究及相应技术的研制，如水利部与科学院建立的实时洪水监测及水灾风险评估系统，中国科学院与国家气象局初步建立了实时台风、暴雨、洪涝灾害信息及减灾系统，中国科学院、国家教委所属有关科研、教学部门研制的应急气象卫星对小区域自然灾害进行应急评估的技术系统；国家地震局对一些城市进行震害预测的地理信息系统等。此外，GIS在人为事故的处理中也发挥了重要作用。 以重大自然灾害的监测与评价系统为例，该系统由7个子系统构成，以监测和评价洪水、干旱、林火、地震、雪灾、沙害和松毛虫害等7种灾害为目标，分别建成了相应的数据库、分析评价模型和试运行系统，从而构成了一个以GIS和RS技术为支撑的重大自然灾害监测评估的集成系统。该系统在监测评估近年来发生的重大自然灾害方面发挥了重大作用。 2、政府决策 GIS对社会发展的重要意义体现在其可以提高管理决策的科学性及合理性，无论是中央政府，还是地方政府，其管理水平的提高与GIS等信息技术的发展密切相关，特别是在现在信息社会中。 国情信息采集及管理、宏观经济、社会及环境规划、重大灾害防治等行政管理工作，在信息时代离不开GIS技术的支持，国务院综合国情地理信息系统的成功运行充分说明了这一点。它是一个融GIS与与办公自动化为一体的空间型信息系统，它以国家基础地理信息系统数据、政务数据和国民经济统计数据为基础，旨在为国务院领导机关研建一个以高新技术为支撑的宏观分析决策系统。该系统在国务院办公厅运行后，使得中央各部门的决策者门十分方便的查询所感兴趣的信息，方便了管理工作，一期工程的应用推动了省级GIS的建设。另一方面，GIS技术的发展还将成为未来国家级信息高速公路的一个重要组成部分，在信息高速公路的支持下，GIS对国家级的管理工作将具有更大的作用。 辽宁省国土资源信息系统是一个多要素多层次的空间型地理信息系统，是全国第一个省级地理信息系统，旨在为辽宁省政府机关提供一个用于对国土资源进行分析评价和规划应用的辅助工具。该系统在运行中，管理国土工作常用的数据，向有关部门提供信息服务，进行了沈阳市土地利用潜力评价和土地利用适宜性评价、辽宁省钢铁工业布局分析、本溪县水库淹没区分析等，为辽宁省的国土规划研究和编制提供了有力的科学依据。 中科院遥感所进行了“区域可持续发展决策支持系统的研究，建立了水资源、社会、经济决策支持模型和土地利用动态监测模型、土地人口承载力模型、人口预测评价模型、可持续发展动态规划模型等。以农业可持续发展为中心建立了遥感动态监测、分析评价、预测预警、管理规划与决策的完整体系，并进行了宏观规划、中观管理、微观工程决策三个层次的实验。随着研究的进一步深入和完善，类似的系统将在政府部门决策中发挥重要作用。 3、市政管理 城市历来是政治、经济、文化活动的中心，随着城市化进程的不断深入，城市在我国国民经济生活中发挥着越来越重要的作用，城市化所引起的一系列环境、生态、建设、管理等问题日益突出。城市是一个复杂的开放的空间系统，如果没有地理信息系统的支持，很难对城市进行有效的管理。 最近几年，城市地理信息系统在我国得到了蓬勃发展。深圳、北京、上海、厦门、海口、北海等大城市和沿海经济开放城市先后建立了城市地理信息系统。应用于城市资源、环境、交通、人口、土地管理、公共事业、基础设施、商业、旅游等领域，是发展最快的地理信息系统。 4、科学研究与教育 目前我国建立的地理信息系统，大部分是由科研单位和大学研究机构建立的，与科研和教育关系密切。通过这些系统的建立，使我们对GIS的认识逐渐深入，技术日趋成熟，培养了大批的不同层次的GIS研究开发人员，普及了GIS的知识，为我国GIS事业的产业化奠定了良好的基础。同时建立的一些GIS系统对后续系统的完善提供了技术规范，并为后续系统和其它科学研究提供了基础地理数据。特别是国家测绘局建立的国家基础地理信息系统，发挥了重要的示范作用。 5、其它 地理信息系统在其他领域的应用也不断深入，如农作物估产、军事指挥、投资环境评价等。如重点产粮区主要农作物估产系统，该系统以估算松辽平原、黄淮海平原、江汉平原和太湖流域的玉米、小麦和稻米的产量为目标，综合利用GIS和RS技术与野外调查相结合，提出了上述农作物播种面积的估算方法，建立了各自的单产模型，经过多次完善和多级集成，建成的重点产粮区农作物估产的信息系统。 地理信息系统在我国经过15年的发展已经在国民经济各部门中发挥着越来越重要的作用，从它的应用领域来看，几乎是无所不包的。

GIS技术在国内的研究现状及其发展趋势

0 引言

随着计算机技术的飞速发展、空间技术的日新月异及计算机图形学理论的日渐完善，GIS（Geographic Information System）技术也日趋成熟，并且逐渐被人们所认识和接受。近年来，GIS被世界各国普遍重视，尤其是“数字地球”概念的提出，使其核心技术GIS更为各国政府所关注。目前，以管理空间数据见长的GIS已经在全球变化与监测、军事、资源管理、城市规划、土地管理、环境研究、农作物估产、灾害预测、交通管理、矿产资源评价、文物保护、湿地制图以及政府部门等许多领域发挥着越来越重要的作用。当前GIS正处于急剧发展和变化之中，研究和总结GIS技术发展，对进一步开展GIS研究工作具有重要的指导意义。因此，本文就目前GIS技术的研究现状及未来发展趋势进行总结和分析。

1 GIS研究现状及其分析

1.1 GIS研究现状

世纪90年代以来，由于计算机技术的不断突破以及其它相关理论和技术的完善，GIS在全球得到了迅速的发展。在海量数据存储、处理、表达、显示及数据共享技术等方面都取得了显著的成效，其概括起来有以下几个方面[1]：①硬件系统采用服务器/客户机结构，初步形成了网络化、分布式、多媒体GIS；②在GIS的设计中，提出了采用“开放的CIS环境”的概念，最终以实现资源共享、数据共享为目标；③高度重视数据标准化与数据质量的问题，并已形成一些较为可行的数据标准；④面向对象的数据库管理系统已经问世，正在发展称之为“对象——关系DBMS（数据库管理系统）”；⑤以CIS为核心的“3S”技术的逐渐成熟，为资源与环境工作提供了空间数据新的工具和方法；⑥新的数学理论和工具采用CIS，使其信息识别功能、空间分析功能得以增强等等。

在GIS技术不断发展下，目前GIS的应用已从基础信息管理与规划转向更复杂的区域开发、预测预报，与卫星遥感技术相结合用于全球监测，成为重要的辅助决策工具。据有关部门估计，目前世界上常用的GIS软件己达400多种[2].国外较著名的GIS软件产品有[3]：Auotodesk系列产品、Arc/Info、MapInfo及其构件产品、Intergraph、Microstation等，还有Web环境下矢量地图发布的标准和规范，如XML、GML、SVG等等。我国GIS软件研制起步较晚，比较成熟的测绘软件主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。尽管现存的GIS软件很多，但对于它的研究应用，归纳概括起来有二种情况：一是利用GIS系统处理用户的数据；二是在GIS的基础上，利用它的开发函数库二次开发用户专用的GIS软件。目前已成功应用包括资源管理、自动制图、设施管理、城市和区域规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域。在美国及发达国家，GIS的应用遍及环境保护、灾害预测、城市规划建设、政府管理等众多领域。近年来，随着我国经济建设的迅速发展，加速了GIS应用的进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业等领域发挥r重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。

1.2 当前GIS发展存在的主要问题

基于以上GIS技术现状研究，本文分析认为GIS技术在模型、数据结构等方面存在着不足，一定程度上制约了GIS技术的发展。

（1）数据结构方面存在的问题

目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储，当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系（包括相交、通过、包含等）相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差；难以建立地物间的拓扑关系；难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题[4].

（2）GIS模型存在的问题

传统GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象，使得人们认知地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系，难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。在GIS软件开发中，如果语义分割不合理，将难以有效表达地理空间实体间的关系，这就导致较深层次的分析、处理操作难以实现。随着GIS应用需求领域的不断开拓及计算机技术的迅速发展，对空间数据模型和空间数据结构提出了更高的要求，使得传统的地理空间数据模型力不从心，逐渐暴露其弊端。

目前，面向对象的数据模型一定程度上解决了传统GIS数据模型的某些不足，但是OODB（面向对象数据库）目前仍未在市场以及关键任务应用方面被广泛接受，因为OODB作为一个DBS还不太成熟，如缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更新和参数化性能协调等；且OODB与RDB之间缺少应有的兼容性，因而使得大量的已建立起来的庞大的RDB客户不敢轻易地去选择OODB.

（3）其他方面亟待解决的问题

当前，GIS正处在一个大变革时期，GIS的进一步发展还面临不少问题，主要表现在以下几个方面[5]：①GIS设计与实现的方法学问题。在GIS设计与实现过程中缺乏面向对象的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致GIS软件系统的可靠性和可维护性差；②GIS的功能问题。当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，不能满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到GIS的应用效益和生命力；③三维GIS模型及可视化问题。目前大多数GIS软件的图形显示是基于二维平面的，即使是三维效果显示也是采用DEM的方法来处理表达地形的起伏，涉及到地底下真三维的自然和人工现象显得无能为力。

2 GIS未来发展趋势

2.1数据管理方面

（1）多比例尺、多尺度和多维空间数据的表达[6]

对于多比例尺数据的显示，将运用影像金字塔技术、细节分层技术和地图综合等技术；而为了实现GIS的动态、实时和三维可视化，出现存储真三维坐标数据的3D GIS和真四维时空GIS，这其中涉及了空间数据的海量存储、时空数据处理与分析以及快速广域三维计算与显示等多项理论与技术[7].

（2）三库一体化的数据结构方向

空间数据库向着真正面向对象的数据模型和图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库三库一体化数据结构的方向发展[8].这种三库一体化的数据结构改变了以图层为处理基础的组织方式，实现了直接面向空间实体的数据组织，使多源空间数据的录入与融合成为了可能，从而为GIS与遥感技术的集成创造了条件。

（3）基于空间数据仓库（Spatial Data warehouse）的海量空间数据管理的研究

空间数据量非常大，而且数据大都分散在政府、私人机构、公司的各个部门，数据的管理与使用就变得非常复杂，但这些空间数据又具有极大的科学价值和经济价值，因此大多数发达国家都比较重视空间数据仓库的建立工作，许多研究机构和政府部门都参与到空间数据仓库建立的研究工作。

（4）利用数据挖掘技术进行知识发现

空间数据挖掘是从空间数据库中抽取隐含的知识、空间关系以及其他非显式的包含在空间数据库中但以别的模式存在的信息供用户使用，这是GIS应用的较高层次。由于目前空间数据的组织与管理仍局限于二维、静态、单时相，且仍以图层为处理基础，因此，当前的GIS软件和空间数据库还不能有效地支持数据挖掘。

2.2技术集成方面

（1）“3S”集成

“3S”是GPS（全球定位系统）、RS（遥感）和GIS的简称，“3S”集成是指将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测技术有机地集成在一起。地理信息是一种信息流，RS、GPS和GIS中任何一个系统都只侧重于信息流特征中的一个方面，而不能满足准确、全面地描述地理信息流的要求。因此，无论从物质运动形式、地学信息的本质特征还是“3S”各自的技术特征来说，“3S”集成都是科技发展的必然结果。

目前，“3S”集成还仅限于两两结合方式，这是“3S”集成的初级和基础起步阶段，其核心是GIS与RS的结合。这种两两结合虽然优于单一系统，但是仍然存在以下缺陷。将“3S”进行集成从而形成一体化的信息技术体系是非常迫切的。这种集成包括空基“3S”集成和地基“3S”集成，即在硬件方面建立具有同步获取涉谱数据和空间数据的高重复观测能力的平台，而在软件方面使GIS支持数据封装，同时解决图形和图像数据的统一处理问题。

（2）GIS与虚拟现实技术的结合

虚拟现实（Virtual Reality）是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，是当代信息技术高速发展和集成的产物。从本质上说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，通过计算机建立一种仿真数字环境，将数据转换成图形、声音和接触感受，利用多种传感设备使用户“投入”到该环境中，用户可以如同在真实世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。将虚拟和重建逼真的、可操作的地理三维实体，GIS用户在客观世界的虚拟环境中能更有效的管理、分析空间实体数据。因此，开发虚拟GIS已成为GIS发展的一大趋势。

（3）分布式技术、万维网与GIS的结合[9]

目前，随着Internet技术的迅猛发展，其应用已经深人到各行各业，作为与我们日常生活息息相关的GIS也不例外，它们的结合产生了web GIS.当前Web GIS系统已经得到迅速的发展，到1999年1月，仅在美国出现的这类系统就有23种之多。又由于客户端可能会采用新的应用协议，因此也被认为是Internet GIS.

计算机网络技术的飞速发展，分布式计算的优势日益凸显，GIS与分布式技术结合也就成为必然，它们的结合即构成了分布式CIS.它就是指利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台上的空间服务，构建一个物理上分布，逻辑上统一的GIS.它与传统GIS最大的区别在于它不是按照系统的应用类别、运行环境划分的，而是按照系统中的数据分布特征和针对其中数据处理的计算特征而分类的。

（4）移动通信技术与CIS的结合发展[10]

WAP/WML技术作为无线互联网领域的一个热点，已经显示了其巨大的应用前景和市场价值。WAP柳ML技术与GIS技术的结合产生了移动GIS（Mobile GIS）应用和无线定位服务LBS（Location一basedServices）。通过WAR/WML技术，移动用户几乎可以在任何地方、时间获得网络提供的各种服务。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里。大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

当前用于地理信息交互的语言还不足以完成真正的“设备无关接口”的互操作。各种移动设备对于从地理信息服务器所获得的信息，其表现方式是各不相同的，用户输人方式也不相同。因此，对于不同的移动设备需要一种统一的标记语言。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里：大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

（5）GIS与决策支持系统（DSS）的集成[11]

决策支持系统（Decision Support System，简称DSS）是以管理学、运筹学、控制论、行为科学和人下智能为基础，运用信息仿真和计算手段为基础，综合利用现有的各种数据库、信息和模型来辅助决策者或决策分析人员解决结构化和半结构化问题，甚至非结构化问题的人机交互系统。

目前，绝大多数的GIS还仅限于图形的分析处理，缺乏对复杂空间问题的决策支持，而目前绝大多数的DSS则无法向决策者提供一个友好的可视化的决策环境。因此，将GIS与DSS相集成，最终形成空间决策支持系统（SDSS），借助GIS强大的空间数据处理分析功能，并在DSS中嵌入空间分析模块，从而辅助决策者求解复杂的空间问题，这是GIS应用向较高层次的发展。其中SDSS中知识的表达、获取和知识推理以及模型库、知识库、数据库三库接口的设计是哑待解决的关键问题。

2.3 发展历程方面

自20世纪60年代世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统（CGIS）问世以来，经过40年的发展，GIS经历了三个阶段的发展。目前，随着第三代互联网的提出与实施，以及计算机技术、数据库技术的飞速发展，GIS即将步入第四代GIS发展阶段。

第四代GIS软件将在数据组织、存储、检索和运算等方面发生革命性的变革。数据组织应该是面向空间实体的，空间位置只是实体众多属性中的一类，它应和其它属性有机地组织在一起并统一存放：“关系”概念和“关系运算”应该加以扩充，应该包括空间关系及其运算；传统的结构化查询语言应该扩充，把空间关系及其查询包括在里面；以倒排表为基础的数据库索引机制应该扩展，建立至少包括拓扑关系在内的新的索引机制；数据存储机制应该适应空间数据提取和计算的要求等。只有实现数据真正的一体化存储和处理，才能自由地、方便地、快速地实现人们所期望的处理功能。在功能上，第四代GIS软件应该具备支持数字地球（区域、城市）的能力，成为OS、DBMS之上的主要应用集成平台，它具有统一的海量存储、查询和分析处理能力、一定的三维和时序处理能力、强大的应用集成能力和灵活的操纵能力，且具有一定的虚拟现实表达。

3 结束语

通过以上对GIS现状及发展趋势的分析，可以看出，GIS作为信息产业的重要组成部分，正以前所未有的速度向前发展。把握当前GIS的技术发展现状及不足，有利于人们预见GIS的发展趋势，站在更高更远的角度去扬长避短，较好地促进GIS技术的快速发展。随着地理信息系统产业的建立和数字化住处产品在全世界的普及，GIS将深人到各行各业以至千家万户，成为人们生产、工作、学习和生活中不可缺少的工具和助手。

什么是GIS？

GIS系统即地理信息系统 (GIS, Geographic Information System) 是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使 GIS与其他信息系统相区别，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。

地理信息系统是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个学科。在计算机发展史上，在计算机发展史上，计算机辅助设计技术（CAD）的出现使人们可以用计算机处理象图形这样的数据，图形数据的标志之一就是图形元素有明确的位置坐标，不同图形之间有各种各样的拓扑关系。简单地说，拓扑关系指图形元素之间的空间位置和连接关系。简单的图形元素如点、线、多边形等；点有坐标（x, y）；线可以看成由无数点组成，线的位置就可以表示为一系列坐标对（x1, y1），（x2, y2），……（xn, yn）；平面上的多边形可以认为是由闭合曲线形成范围。图形元素之间有多种多样的相互关系，如一个点在一条线上或在一个多边形内，一条线穿过一个多边形等等。在实际应用中，一个地理信息系统要管理非常多、非常复杂的数据，可能有几万个多边形，几万条线，上万个点，还要计算和管理它们之间的各种复杂的空间关系……。

地理信息系统是将计算机硬件、软件、地理数据以及系统管理人员组织而成的对任一形式的地理信息进行高效获取、存储、更新、操作、分析及显示的集成。

地理信息系统技术广泛应用于农业、林业、国土资源、地矿、军事、交通、测绘、水利、广播电视、通讯、电力、公安、社区管理、教育、能源等几乎所有的行业，并正在走进人们日常的工作、学习和生活中。

地理信息系统的主要计算机硬件是工作站和微机。 地理信息系统的主要计算机操作系统软件是UNIX、Windows9X、Windows NT、Windows2000、Macintosh等。

地理信息系统的主要计算机应用软件是ARC/INFO、MGE、GeoMedia、GenaMap、MapInfo、AutoDesk Map、ArcView、MapObjects、MapX、Maptitude、MapGIS、GeoStar、MapEngine等。

地理信息系统的主要基础地理数据比例尺为1:400万、1:100万、1:25万、1:5万、1:1万、1:2000、1:1000和1:500等；基础地理数据种类为数字线划图（DLG）、数字栅格图（DRG）、数字正射影象图（DOQ）和数字高程模型（DEM）等。

GIS 地理信息系统相关技术

GIS与其他几种信息系统密切相关，但由于其处理和分析地理数据的能力使其与它们相区别。尽管没有什么硬性的和快速的规则来给这些信息系统分类，但下面的讨论可以帮助区分GIS和桌面制图、计算机辅助设计CAD、遥感、DBMS、以及GPS技术。

桌面制图

桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的主要目的是产生地图：地图就是数据库。大多数桌面制图系统只有及其有限的数据管理、空间分析以及个性化能力。桌面制图系统在桌面计算机上进行操作，例如PC机，Macintosh以及小型UNIX工作站。

计算机辅助设计CAD

计算机辅助设计(CAD)系统促进了产生建筑物和基本建设的设计和规划。这种设计需要装配固有特征的组件来产生整个结构。这些系统需要一些规则来指明如何装配这些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系统已经扩展可以支持地图设计，但管理和分析大型的地理数据库的工具很有限。

遥感和GPS

遥感是一门使用传感器对地球进行测量的科学和技术，例如，飞机上的照相机，全球定位系统（GPS）接收器，或其他设备。这些传感器以图象的格式收集数据，并为利用、分析和可视化这些图象提供专门的功能。由于它缺乏强大的地理数据管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。

DBMS数据库管理系统

数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其中包括地理数据。DBMS使存储和查找数据最优化，许多GIS为此而依靠它。相对于GIS而言，它们没有分析和可视化的工具。

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