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地理信息系统应用特点分析

钟耳顺

论文来源:《遥感信息》 1994年第04期

摘要:当今社会的发展,以信息技术和空间应用为特征。展望21世纪,我们将进入一个新型的信息社会和空间时代。
关键词: GIS,地理信息系统

  当今社会的发展,以信息技术和空间应用为特征。展望21世纪,我们将进入一个新型的信息社会和空间时代。地理信息系统正是迎合这一时代特征的产物。大量事实表明,GIS应用在许多国家正处于一个急速上升的时期,其发展速度之快,可以用“爆发性”一词来加以形容。特别是近三年来,GIS已成为计算机应用中最为活跃的领域,同时也是地学中最富有生气的分支。今天GIS应用具有鲜明的特征,尤其是大型系统的建立和在商业中的应用,进一步推动了技术和市场发展。

  一、产业化

  七十年代末期已有GIS成功应用的例子,如加拿大GIS等。然而在当时以及后来的十多年中,GIS主要处于技术的发展阶段,应用面相对狭窄,多数系统以自动制图为背景,很少称得上真正的GIS。随着计算机技术的发展,最近十年来,GIS发生了一个飞跃,最重要的是技术的完善、应用环境的成熟和社会需求的大幅度增加。/又十年代末期,GIS一跃成为一门新兴的信息产业,它主要包括软件、硬件、数据、咨询与系统集成、数据交换、遥感与航空摄影、制图与野外数据采集等七大组成部分。在各个部分中,软件是GIS的技术核心,而从事软件开发和系统集成的公司构成了GIS产业的主体,像美国的Intergraph、ESRI、IBM,德国的Siemens/Nixdorf、英国的Laserscan等公司在GIS的产业化进程中发挥了重要作用。

  产业形成和发展的重要标志是GIS数量的大幅度增加。虽然要对全世界GIS数量进行统计是一件非常困难的事情,根据《GIS World》提供的资料和作者的统计,迄今,世界各种商业GIS软件销售总数达38.8万套,加之公众化软件(Public。Domain)和军事化软件,GIS软件总的装机数在45万套左右。若按每个系统平均3—5套软件计,估计目前世界上各类GIS系统在10万个左右。另外,近期许多自动制图系统逐渐升级为GIS,在设施管理上大显身手。如美国的Autodesk公司的Auto CAD拥有7.5万个正式注册用户,最近该公司推出了Auto CAD数据扩展软件(ADE),极大地增加了对空间信息的处理、查询和显示能力,从而使许多自动制图系统具有GIS类似的功能。若把这种系统纳入之内,GIS系统的数量则更多。

  从整个信息产业看,GIS所占的份额虽然很小,但已经成为一支重要的力量,并具有一定的规模,而且保持着良好的增长势头。美国专家Parker认为,1990年全球G IS销售额为24亿美元。著名英国GIS专家Rhind认为GIS年销售额为10亿美元左右。一些非正式的估计显示,GIS年销售额则达250亿美元。而根据国际信息产业权威咨询机构Dataquest公司的调查,GIS年产值为30亿美元。近年来GIS的年增长速度都保持在16—40%之间。有人预测,按此速度发展,到2000年GIS软件系统将达200—500万个用户。GIS产业的形成,为改造旧产业提供了良机。传统的测绘制图业,被自动化技术和数字产品所取代,旧的城市与土地管理模式被更新。如英国军械测量局,全部采用数字地图,并以CD一ROM存储,原来需要一栋大楼作图库,而今奇迹般地把全部地图装入一只皮箱。GIS与遥感和全球定位系统(G PS)等技术结合,可以大大减少野外考察,提高了地质、石油勘探和环境监测效益。

  在我国,GIS产业正在形成之中。在第七个五年计划中,在国家计划的指导下,采取引进、试验和开发的方针,为我国GIS的应用积蓄了力量和经验。进入“八·五”后,GIS技术已进入实际应用阶段,特别是最近两年来,GIS在城市、土地和环境保护等部门的应用发展非常之快。据国家科委向联合国亚太经社会的报告材料,我国目前从事GIS的专业单位间接已超过一百个,从事GIS的专业公司已超过三十个,GIS应用已进入许多行业和部门,逐步形成一个多层和不同规模的应用格局,特别是在测绘行业,大多数部门已开展了GIS的应用和数据准备工作。有关部门正在对我国GIS市场和应用情况作调研,从现有的材料分析表明,我国GIS产业正在形成之中,GIS应用在今后数年内将有一个较大的发展。

  二、应用扩大与深化

  传统的GIS主要是自动制图和设施管理(AM/FM)和土地信息系统(LIS),后来在资源与环境管理、森林清查、城市规划和军事战略等方面应用取得成功。随着GIS技术的成熟,数据的积累和应用环境的改善,GIS应用范围不断扩大,应用程度深化。今天的GIS已进入政治分析、经济规划、农业耕作、商业布局、金融.战略、交通运输、体育竞赛、工程设计与管理、卫生防疫等几乎所有涉及空间信息的行业。GIS市场也由过去的技术驱动变为应用驱动,应用已成为GIS市场发展的动力。从数千美元到千万美元级的系统层出不穷,形成了多层次,不同尺度的GIS应用格局。表1为一些新出现的G ls应用领域和实例。

  GIS不仅是管理部门的辅助决策和管理工具,而且为科学研究提供了一种重要的手段,其数据处理与空间分析能力,被地学、生态学、考古学和社会学等许多学科的专家所采用。有趣的例子是,今年进入美国亚利桑那州“生物圈2号”的第二批科学家,也采用了GIS,他们通过2000多个传感器,对3.1公顷大小的“生物圈”中的气温、二氧化碳、氧气、光、空气温度和土壤温度等环境要素每隔15分钟进行采样,在美国环境信息系统研究所的ARC/INFO支持下,进行综合分析并作图,为完成“生物圈二号”的使命提供了数据记录和综合分析的有力工具。另外,GIS也为教学提供了一种有效的辅助工具,在一些发达国家,GIS已成为大学中普遍受欢迎的课程。特别是在即将兴起的全球环境教育与可持续发展能力教育上,可以发挥重要作用。

  在各类应用部门中,政府是GIS最主要的应用部门。据《GIS战略》杂志统计,政府部门占G IS应用的36%。许多国家极为重视GIS应用,相继制订了GIS应用与数据共享政策。美国自今年起,政府部门应用的GIS必须采用称为SDTS的统一数据交换标准。在英国,GIS应用已普及至县级,GIS已成为城市规划、土地管理的规范性工具。而在GIS发源地加拿大,GIS技术与应用引起了加拿大议会的兴趣,该国还开展GIS外交,1994年4月加拿大驻华使馆在北京专门举行了GIS发布会和介绍该国地理信息系统进展,积极开展与我国这一领域的合作。同时,G IS已成为一些国际组织的重要内容,在联合国的机构范围内,如联合国发展署(UNDP)、联合国环境署(UNEP)、联合国教科文组织(UNESCO)、国际开发研究中心(IDRC)、亚太经社会(ESCAP)等专门设有G IS和遥感计划和设有GIS培公11项目。近年来,联合国和平利用太空委员会也把GIS作为每年年会的重要内容,并积极推动各国GIS的应用。世界银行(WB)、亚洲开发银行(ADB)等也采用GIS对其项目进行管理,如A D B的中国项目管理就采用了由中科院资源与环境信息系统重点实验室所提供的县级数据库。

  从应用程度上看,GIS已经迈上了一个新的层次。从过去简单的提供数据到现在的提供分析模型和提供解决问题的办法。即从数据入和数据出的地理数据系统到具有分析功能的地理信息系统。

  当然在各个应用领域中,土地信息系统(LIS)、自动制图与设施管理(AM/FM)、森林信息系统(FIS)、环境信息系统(EIS)和城市信息系统(UIS)仍占主导地位。但近年来,GIS在智能化汽车与公路系统(IHVS)和商业中的应用发展极快。特别引人注目。

  三、大型系统的建立

  大型系统的建立和大规模应用是今天GIS应用的另一个特点。为了满足管理部门运作的需要,发达国家纷纷建立各种大型GIS系统,千万美元级的系统累见不鲜,甚至上亿美元的系统已有出现。如美国海图系统耗资达一亿美元,英国的Domesday计划,欧洲数字街道图数据库(DESMB)等大型GIS都在数百万美元以上。由我国深圳达深公司部分承担的日本全国公路与街道数据库,耗资都在千万美元以上。被称为发展中国家自动制图典范的墨西哥国家统计、地理与信息研究院,投资770万美元建立大型GIS系统,实现对旧行业的全面改造。

  目前国际上影响较大的系统,如美国内务部土地管理局的自动土地与矿产资源系统(ALMRS)森林局615项目GIS硬件与软件投资达12亿美元。ALMRS是目前国际上颇有影响的GIS,己在三个州进行了实验研究,总项目预计十年内完成,其目的是使美国土地管理局(BLM)分布在156地区的221个办公室,全部装配系统,实现对该局所管辖的2.72亿公顷土地和3亿公顷矿产资源的自动化管理。该系统已定购2000台IBM RS/6000工作站和200多套外部设备。

  大型系统所需要的投资大、系统设计复杂、软件和硬件要求高、数据量大、涉及面广,它对应用机构的运作和组织形式都产生巨大的影响,形成对旧产业和管理体系的改造,是GIS技术成熟和产业化发展的重要标志。

  在我国,GIS也走出了试验阶段,大型系统正在兴建之中,如中国科学院的生态网络系统,北京、深圳、海口、中山、北海等地的城市信息系统耗资均在数百万元以上。这些大型系统的建立和成功运行,无疑将极大地推动我国GIS的应用。多次商业地理分析技术国际会议,并出版了“商业地理分析技术”杂志,1990年,美国商业地理分析技术的销售额达1000万美元,据估计到1997年将达到2亿美元的市场。政府部门历来是GIS的主要用户,商业地理分析技术的兴起,反映了GIS应用从政府走向企业的一种新趋势。

  四、商业地理分析技术

  GIS应用的另一个新热点要算是商业上的应用。GIS在商业上应用存在着巨大的潜力,特别是在西方发达国家,商业竞争十分激烈,每一个商业决策对于公司的成败都至关重要,GIS为商业战略提供了有力的地理分析工具。现在形成为一门新的GIS分支一商业地理分析技术(business geographies)。商业地理分析技术具有广泛的应用前景(表2)。

  商业地理分析技术主要应用于各商业机构。与普通GIS比较,商业地理分析技术的特点是功能简单,仅需要GIS的叠加分析等部分功能,系统往往小而灵活,反应快,而且多采用现有数据(如美国的TIGER文件等)。近年来这一技术发展非常之快,国际上每年召开多次商业地理分析技术国际会议,并出版了“商业地理分析技术”杂志,1990年,美国商业地理分析技术的销售额达1000万美元,据估计到1997年将达到2亿美元的市场。政府部门历来是GIS的主要用户,商业地理分析技术的兴起,反映了GIS应用从政府走向企业的一种新趋势。

  五、地域特点

  政治和文化背景的不同,社会经济发展水平不一,世界各国GIS应用的情况也不尽相同,应用的程度亦有很大差别。

  在发达国家,特别是在北美,GIS已经成为科学家、规划人员、行政管理人员日常工作的一种基本工具。虽然发展中国家对GIS的兴趣与日俱增,但较之发达国家仍有很大的距离。现阶段的GIS应用,发达国家的应用面非常广泛,以城市和设施管理为特征,而发展中国家则主要侧重于资源管理。美国和加拿大在GIS技术与应用上占主导地位,欧洲次之,亚太地区是GIS应用的潜在地。

  美国和加拿大是GIS的发源地,也是目前世界GIS技术与应用的中心。不论从技术、应用、数据、标准、培训教育、政策与法律,基本形成了一套完整的体系。早期的GIS软件公司主要集中在北美,GIS公司占全世界的三分之二强,应用面也极为广泛,普及面广,其应用往往代表了GIS应用的新潮流。美国和加拿大两国都非常重视GIS的标准化问题,并有较好的数据政策。经过多年的发展与积累,它们都有比较完善的电子数据文件,如美国的DLG、TIGER文件等,而且制定了统一的空间数据交换标准—STDS。另一个值得一提的是,这两个国家都有较好的数据使用政策,加拿大和美国的大部分州都采用了纳税人可以共享公用数据的政策.以CD—ROM提供的一份全美的数字线状图(DLG文件)仅为39美元,而在英国或其它国家,类似的电子地图需要约十万美元。

  欧洲GIS技术发展较早,具有自己的技术和独特的市场并已形成了产业。欧洲GIS发展不平衡,西欧一直是全洲GIS技术的中心,应用范围最广,程度较深,特别是在欧共体中。欧洲GIS产业与应用起步于70年代末期和80年代早期,与北美比较,无论从技术和应用规模上均有一定的差距,仍无法取代北美在世界G IS上的领先地位。欧洲也是一个相对活跃的GIS市场,预示着巨大的潜力。据位于美国麻省的Datatech公司调查,1993年全欧洲GIS收入达7亿美元,比1992年增长13.8%。欧洲G IS应用最热门的领域是地籍管理和公用设施管理,几乎所有欧洲国家的大型GIS项目均与这两个方面有关。特别是德国,它有完善的地籍历史记录,而且建立了多级地籍信息系统.近年来,欧洲经济衰退,对G IS技术与应用产生很大的影响,特别是一些小国家,其影响程度更大,一些项目被搁置。但是在另一方面,由于经济的压力以及技术的影响,又使政府部门意识到必须采用GIS这类技术来规划和管理其环境资源,在某种程度上提高了政府部门对GIS的认识。由于欧洲政治和经济地位的特殊性,欧洲GIS具有明显的国际性特点.在欧洲共同体(EC)和欧空局(ESA)中专门设立了GIS项目,成员国中涉及政府的大型GIS项目往往需要考虑面向全欧洲,所以国际合作非常频繁。现有一些大型洲际系统正在进行之中,如全欧数字地图计划(CORINE)和“欧洲数字道路地图”计划等,都将于近期完成。而东欧地区,由于经济和政治上的原因,GIS应用仍处于起步阶段。

  亚洲和大洋洲地区的GIS发展非常之快,目前几乎所有的亚太国家和地区都在不同程度上开展了G IS研究与应用,但是在亚太地区,除了澳大利亚、日本和中国外,很少建立大型系统。另一方面,GIS技术在亚洲仍处于发展阶段,商业化软件较少,而且由于文化背景的不同,特别是由于大多数国家都是拉西语系文化,管理模式也有差异,普遍缺乏完整的电子数据,GIS应用和普及仍需要具有一段相当长的时间,仍存在许多困难,如GIS技术和流行软件的“本地化”间题等。特别是对于发展中国家来说,观念的更新和社会的理解对发展GIS格外重要。在1994年3月在香港召开的亚洲GIS/AM/FM/会议上,我国著名专家陈述彭院士和香港大学Lai博士等就亚洲GIS的文化背景和发展趋势作了分析,引起了与会者的极大兴趣。亚太地区是目前世界上经济发展最快的地区,GIS应用存在巨大潜力。特别是对我国GIS应用,许多学者和公司都怀着极大兴趣,如Parker等参加此次会议后,立即发表文章,认为中国是将来GIS应用的大“腹地”,存在着巨大的市场,预示着良好的前景。