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GIS的發展過程及其與測繪的關系

來源:搜論文知識網位置:電子技術論文時間:2012-07-30 09:22

  摘要:地理信息系統是一門多技術交叉的空間信息科學,它依賴于地理學、測繪學、統計學等基礎性學科,又取決于計算機硬件與軟件技術、航天技術、遙感技術和人工智能與專家系統技術的進步與成就。此外地理信息系統又是一門以應用為目的的信息產業,它的應用可深入到各行各業。地理信息系統處理、管理的對象是多種地理空間實體數據及其關系,包括空間定位數據、圖形數據、遙感圖像數據、屬性數據等,用于分析和處理在一定地理區域內分布的各種現象和過程,解決復雜的規劃、決策和管理問題。
  關鍵詞:GIS;發展過程;測繪
  一、GIS的概念
  地理信息系統(GeographicalInformationSystem,GIS)是一種決策支持系統,它具有信息系統的各種特點。地理信息系統與其它信息系統的主要區別在于其存儲和處理的信息是經過地理代碼,地理位置及與該位置有關的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。在地理信息系統中,現實世界被表達成一系列的地理要素和地理現象,這些地理特征至少由空間位置幾何參考信息和非位置屬性信息兩個組成部分。
  通過上述的分析和定義可提出GIS的如下基本概念:
  1.GIS的物理外殼是計算機化的技術系統,它又由若干個相互關聯的子系統構成,如數據采集子系統、數據管理子系統、數據處理和分析子系統、圖像處理子系統、數據產品輸出子系統等,這些子系統的優劣、結構直接影響著GIS的硬件平臺、功能、效率、數據處理的方式和產品輸出的類型。
  2.GIS的操作對象是,地理實體數據,即空間數據和屬性數據。地理實體數據的最根本特點是每一個數據都按統一的地理坐標進行編碼,實現對其定位、定性和定量的描述、即空間特征數據和屬性特征數據統稱為地理數據。這是GIS區別于其它類型信息系統的根本標志,也是其技術難點之所在。
  3.GIS的技術優勢在于它的數據集成、地理空間分析評價能力、快速搜索定位及可視化表達方法,可以得到常規方法或普通信息系統難以得到的重要信息,實現地理空間過程演化的模擬和預測。
  4.GIS與測繪學和地理學有著密切的關系。大地測量、工程測量、礦山測量、地籍測量、航空攝影測量和遙感技術為GIS中的空間實體提供各種不同比例尺和精度的定位數;電子速測儀、GPS全球定位技術、解析或數字攝影測量工作站、遙感圖像處理系統等現代測繪技術的使用,可直接、快速和自動地獲取空間目標的數字信息產品,為GIS提供豐富和更為實時的信息源,并促使GIS向更高層次發展。地理學是GIS的基礎理論依托。
  有的學者斷言,“地理信息系統和信息地理學是地理科學第二次革命的主要工具和手段。如果說GIS的興起和發展是地理科學信息革命的一把鑰匙,那么,信息地理學的興起和發展將是打開地理科學信息革命的一扇大門,必將為地理科學的發展和提高開辟一個嶄新的天地”。GIS被譽為地學的第三代語言——用數字形式來描述空間實體。
  二、GIS的發展過程
  地理信息系統最早應用在資源環境管理中。目前它已經廣泛用于資源環境,如森林、礦產、水利及農牧業等的管理;自然資源,如林業、地質礦藏、水資源等的調查;自然災害,如水旱在害、蟲害、震災等的監測、預報、評估;環境保護,如水土流失、荒漠化治理等方面。
  1.國外地理信息系統的發展歷史
  國際上地理信息系統的發展始于20世紀60年代,地理信息系統起源于北美。世界第一個運行性地理信息系統是在1963年加拿大土地調查局為了處理大量的土地調查資料,由測量學家R.F.Tominson提出并建立的。同一時期美國哈佛大學的計算機圖形與空間分析實驗室,建立了SYMAP系統軟件,竭力發展空間分析模型和制圖軟件。但由于當時計算機技術水平不高,存貯量小,磁帶存取速度較慢,使得GIS帶有更多的機助制圖色彩,地學分析功能極簡單。20世紀70年代以后,由于計算機軟硬件迅速發展,特別是大容量存貯功能磁盤的使用,為地理空間數據的錄入、存貯、檢索、輸出提供了強有力的手段,使GIS朝實用方向迅速發展。美國、加拿大、英國、西德、瑞典、日本等發達國家先后建立了許多不同專題、不同規模、不同類型的各具特色的地理信息系統。
  2.中國地理信息系統的發展歷史
  我國地理信息系統的起步稍晚,但發展勢頭相當迅猛,大致可分為以下三個階段。
  第一是起步階段。20世紀70年代初期,我國開始推廣電子計算機在測量、制圖和遙感領域中的應用。隨著國際遙感技術的發展,我國在1974年開始引進美國地球資源衛星圖像,開展了遙感圖像處理和解譯工作。1976年召開了第一次遙感技術規劃會議,形成了遙感技術試驗和應用蓬勃發展的新局面,先后開展了京津唐地區紅外遙感試驗。新疆哈密地區航空遙感試驗、天津渤海灣地區的環境遙感研究、天津地區的農業土地資源遙感清查工作。長期以來,國家測繪局系統開展了一系列航空攝影測量和地形測圖,為建立地理信息系統數據庫打下了堅實的基礎。解析和數字測圖、機助制圖、數字高程模型的研究和使用也同步進行。1977年誕生了第一張由計算機輸出的全要素地圖。1978年,國家計委在黃山召開了全國第一屆數據庫學術討論會。所有這些為GIS的研制和應用作了技術上的準備。
  第二是試驗階段。進入80年代之后,我國執行“六五”、“七五”計劃,國民經濟全面發展,很快對“信息革命”作出熱烈響應。在大力開展遙感應用的同時,GIS也全面進入試驗階段。在典型試驗中主要研究數據規范和標準、空間數據庫建設、數據處理和分析算法及應用軟件的開發等。以農業為對象,研究有關質量評價和動態分析預報的模式與軟件,并用于水庫淹沒損失、水資源估算、土地資源清查、環境質量評價與人口趨勢分析等多項專題的試驗研究。在專題試驗和應用方面,在全國大地測量和數字地面模型建立的基礎上,建成了全國1:100萬地留數據庫系統和全國土地信息系統、1:400萬全國資源和環境信息系統及1:250萬水土保持信息系統,并開展了黃土高原信息系統以及洪水災情預報與分析系統等專題研究試驗。用于輔助城市規劃的各種小型信息系統在城市建設和規劃部門也獲得了認可。
  在學術交流和人才培養方面得到很大發展。在國內召開了多次關于GIS的國際學術討論會。1985年,中國科學院建立了“資源與環境信息系統國家級重點開放實驗室”,1988年和1990年武漢測繪科技大學先后建立了“信息工程專業”和“測繪遙感信息工程國家級重點開放實驗室”。我國許多大學中開設了RS方面的課程和不同層次的講習班,已培養出了一大批從事GIS研究與應用的博士和碩土。
  第三是GIS全面發展階段。80年代末到90年代以來,我國的GIS隨著社會主義市場經濟的發展走上了全面發展階段。國家測繪局正在全國范圍內建立數字化測繪信息產業。1:100萬地圖數據庫已公開發售,1:25萬地圖數據庫也已完成建庫,并開始了全國1:10萬地圖數據庫生產與建庫工作,各省測繪局正在抓緊建立省級1:1萬基礎地理信息系統。數字攝影測量和遙感應用從典型試驗逐步走向運行系統,這樣就可保證向GIS源源不斷地提供地形和專題信息。進入90年代以來,沿海、沿江經濟開發區的發展,土地的有償使用和外資的引進,急需GIS為之服務,有力地促進了城市地理信息系統的發展。用于城市規劃、土地管理、交通、電力及各種基礎設施管理的城市地理信息系統在我國許多城市相繼建立。
  三、GIS與測繪的關系
  今天,經濟增長對國民經濟各領域發展的先行官——測繪提出了更高、更迫切的要求。測繪作為一個基礎項目,與交通、環保、土地、城市規劃、市政建設等息息相關。基礎地理數據是一個國家/城市最重要的測繪數據,長期以來由于基礎地理信息獲取和更新緩慢,基礎測繪嚴重滯后于國民經濟和社會發展,盡快改變這種局面,建成具備多源數據采集、加工處理、存儲管理、數據分發等完整功能的新型基礎測繪系統已成當務之急。采用GIS技術可以逐步改變傳統的手工作業方式和紙介質的數據保存方式,實現數據的動態更新維護,提高工作效率和數據的現勢性,建立整個地區或國家級的基礎地理空間數據庫,更好地服務于經濟建設。
  測繪是研究測定和推算地面的幾何位置、地球形狀及地球重力場,據此測量地球表面自然形態和人工設施的幾何分布,并結合某些社會信息和自然信息的地球分布,編制全球和局部地區各種比例尺的地圖和專題地圖的理論和技術的學科。一般可分為:大地測量學、攝影測量學、地圖學、工程測量學、海洋測量學等。隨著科技的發展,測繪領域已從地球擴展到宇宙空間。
  測繪與GIS有著密切的關系,測繪不但為GIS提供各種不同比例尺和精度的地理定位數據,而且其理論和算法可直接用于空間數據的變換和處理;而GIS引入測繪,則可以以一種全新的思想和手段來解決復雜的分析和管理問題。
  一個測量項目的步驟包括:
  (1)調研:在一個測量項目開始前,一些文件,如:測量圖,地籍圖等都需要進行研究。
  (2)勘測:樁、樹、標竿等標志物被放在野外的某些位置,做為今后測量工作的控制點。
  (3)野外測量:為了得到所需要的數據,外業人員利用全站儀、精密水準儀、GPS、鋼尺等工具進行測量。
  (4)計算:測量值必須校正以滿足幾何條件.要做到這一點,測量人員對誤差進行分析,并平差到一個可接受的限差范圍。
  (5)GIS制圖:測量方法、測量點信息和計算結果都需要在一個GIS系統中進行存儲和管理。沒有加工過的測量數據,坐標幾何測量,和野外的草圖都可以直接進入GIS系統。
  測繪工作以及測繪數據的重要性,已經被越來越多的人所重視,這不僅僅包括測繪專業人員,還包括非測繪人員,如:政府官員、規劃師乃至公眾。無論是地籍管理還是建筑工程規劃,都需要使用測繪人員所提供的地理數據進行計算。
  四、結束語
  GIS現在已被許多學科廣泛接受。GIS當前的發展形勢很好,但由于其發展歷史較短,存在著許多不足之處,因此仍需要專業人員不斷的努力,推動新的產品、新的軟件來促進地理信息系統科學的發展。
  
  參考文獻:
  [1]郭曉虹淺談地理信息系統及其應用內蒙古科技與經濟2001年第2期:42-43。
  [2]陳軍.論加強對我國GIS發展的宏觀協調與管理[J].地理信息世界,1996,11-14.
  [3]李德仁.關于地理信息系統理論的若干思考[J].武漢測繪科技大學學報,1997,22(2):93-95.
  [4]李志林.地理信息集成與更新中的尺度問題[A].北京:中國科協青年科學家論壇第65次活動-“數字中國地理空間基礎平臺(框架)”論文集[C].2001,27-28.

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