GIS前沿研究综述
2013-12-09 22:55:41 来源: 作者：
GIS以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。GIS即地理信息系统，经过了40年的发展，到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术，并且得到了极广泛的应用。尤其是近些年，GIS更以其强大的地理信息空间分析功能，在GPS及路径优化中发挥着越来越重要的作用。关于GIS前沿技术的研究是科学研究中的一个热点。
从系统角度来看，在未来几十年内，地理信息系统将向着数据标准化（interoperableGIS）、数据多维化（3D）、系统集成化（comGIS）、平台网络化（WebGIS）和应用社会化（数字地球）的方向发展。
1. interoperableGIS
在今后5~10年是GIS界的主要标准化制定时期。GIS发展到今天这样能够在各个领域得到使用的盛况，人们不断意识到软件、硬件、数据等要素进行必要的标准化才能实现更有效、更广泛地堆GIS得使用。1996年，美国成立了开放地理信息系统联合会旨在利用其提出的开放地理数据互操作规范（OGIS）给出一个分布式访问地理数据和获得地理数据处理能力地软件框架，各种开发商可以通过实现和使用规范所描述的公共接口模板进行互操作。OGIS规范是互操作GIS领域中的重大进展，它在传统地理信息系统软件和未来的高宽带网络环境下的异构滴血处理环境之间架起一座桥梁。目前，OGIS规范初具规模，很多GIS软件开发商也先后生命支持该规范。
2.3DGIS
3DGIS的研究 ,一直是国际前沿的研究热点。在20世纪60年代以来， GIS一直都是用二维平面加上一定的高程属性来表示，它在表达上通常是将Z值投影到二维平面上进行处理，这对于同一（x, y）位置的多个Z值不能有效表达。事实上就是我们常说2.5维GIS。在实际的应用中，它不能满足我们工作的需要，如在矿山测量等应用中，需要用真三维GIS来进行分析矿藏的分布状态。地形面三维的表达将Z值投影到一个模型上，显示时X、Y、Z三个轴均被显示，使三维对象看起来象真正三维一样。但是面三维技术有两个明显的缺点：首先，它表达的对象内部是空的，不具备应有的信息；其次，虽然表现邻近的多个表面，但对表面交叉情况，就难以进行交叉表达和管理。只有将这类现象置于真正的三维空间中考虑，才能灵活高效地处理各种三维问题，如三维内部属性和拓扑关系，三维空间索引和查询（空间关系查询和属性查询，位置和空间关系是空间数据库特有的查询，它包含点、线，面之间的俩俩查询）管理等。这是三维空间表达与二维GIS、地形面三维表达的本质区别之一。
3 .ComGIS
ComGIS是面向对象技术和构件式软件技术在GIS软件开发中的应用。ComGIS的基本思想是吧GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS控件之间，以及其一其他非GIS控件之间，可以方便的通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。组件软件的可编程和可重用的特点在为系统开发商提供有效地维护方法的同时，也为GIS最终用户提供了方便的二次开发手段。因此，ComGIS会在很大程度上推动GIS 软件的系统集成化和应用大众化。
4. WebGIS
WebGIS是Web和GIS相结合的产物，是利用Web技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术。它是以网络为中心的地理信息系统，它使用互联环境，为各种地理信息系统应用提供GIS功能和空间数据及其数据获取能力。WebGIS具有更广泛的访问范围和平台独立性，可以大规模减低系统成本和减少重复劳动。目前，国外ESRI、MapInfo、AutoDesk等公司已经提供了他们各自的WebGIS解决方案，国内的武汉测绘科技大实现了InternetGeoStar,北京大学徐卓群教授和中科院要按应用研究所阳素俊研究员各自领导的课题组在从事WebGIS开发，需要多其他的公司也在WebGIS方面在做了很多工作。
WebGIS是GIS走向社会化和大众化的有效途径，也是GIS发展的必由之路。
5.数字地球
数字地球是全球范围内建立的一个以空间位置为主线，将信息组织起来的复杂系统，也就是全球范围的、以地理位置及其基础而组成的信息框架，并在该框架中嵌入我们所获得的信息的总称。数字地球在各个领域能产生巨大的经济效益，它将对人类与自然的协调和平衡带来不可估量的推进作用。GIS的发展首先面临着内容和结构的完善，然后在相关技术的发展下得以实现，数字地球作为“集大成者”，无疑是GIS的最终发展目标。
近年来，GIS得到了迅速发展，其未来的发展前景更是十分广阔，地理信息系统将深入到各行各业乃至各家各户，成为人们生产、生活、学习和工作不可缺少的工具和助手。
这里是美国GIS研究的19个方向：
1.空间数据库的准确性研究。地理信息数据中误差处理和不确定性错误处理的方法和技术,包括:不确定性误差；误差跟踪并对误差进行编码的方法；计算和表达在 GIS应用中的误差；数据精度的评估；数据质量、元数据、数据标准等问题研究。
2.空间关系语言研究。以地理空间概念的规范化形式为基础,利用自然语言和数学方法,形成空间关系表达的理论；关于定位表达的计算模型；间概念的获取和表达；扑关系的定义；空间信息的可视化；IS的用户接口。
3.空间数据的多种表达方式研究。为高效数据提取而组织的不同版本的数据及相应的拓扑关系,以及空间数据的多种表达方式；满足数据一致性和精度要求的地图制图规模；数据模型、链接、多机构、多尺度等对数据的需求。
4.地理信息的使用和价值研究。对 GIS获取、实现和使用起关键作用的因素和过程的理解；GIS传播模型建立方法；确定 GIS的经济价值。
5.海量空间数据库的结构体系研究。海量数据库中数据模型、结构、算法、用户接口等问题的实现方法；空间代数学；基于逻辑的计算机查询语言；元数据的具体内容和组织；数据压缩和加密方法。
6.空间决策支持系统。GIS及其相关学科在决策形成中的作用；区域灾害问题解决的空间决策支持方法；空间决策支持系统的模型和数据；空间决策支持系统技术和实现；用户需求和组织等问题研究。
7.空间信息的可视化研究。数据质量的管理和可视化表达构成研究 ;误差模型和数据质量指标；数据库中数据的质量管理；使内在表达和地图显示更容易的可视化工具；对数据质量信息的用户需求评估。
8.地图制图的规范化研究。研究相应的方法和准则 ,以提高空间数据的一致性 , 以及空间数据在表达方式和空间分析方面的效率和准确性；地图制图语言规范化研究；规范化设计评估体系；将知识推理嵌入数据模型。
9.地理信息数据共享的研究。由地理信息和技术共享到空间数据共享；空间数据共享的理论研究；空间数据共享的场所；空间数据共享的处理方法。
10.GIS中时空关系的研究。 地理空间中空间、时间以及和变化相关联的对象研究；不同时间概念的划分,如 :离散的、连续的、单调的等 ;具体应用中,笛卡儿坐标和欧几里得坐标的选择；将人类对时间和空间的认知过程具体化、形式化；空间现象的模拟计算模式。
11.遥感和 GIS的集成研究。解决遥感和 GIS集成方面的关键问题,主要包括：据结构和存取问题；据处理流程；误差分析；机构问题。
12. GIS的用户接口研究。人机交互的用户接口设计和实现；在 GIS环境中,人和计算机相互作用的研究；不同背景、语言、文化对人机交互的影响；GIS软件用户接口设计的准则和方法。
13.GIS和空间分析研究。空间统计学地理数据的空间统计分析；地理边界和地图比例尺在空间数据体系中的作用；空间数据的采样和内插；GIS数据结构和空间统计计算之间的关系。
14. GIS在全球变化中的作用研究。全面、定量地理解 GIS应用对全球变化所起的作用；从小尺度的研究出发 ,建立理论基础和计算结构；全球数据质量的评估。
15. 法律、信息政策和空间数据库关系研究。GIS数据适用范围；科学地理解空间数据库环境中的法律和政策；如何完善IS方面法律的内容和质量；空间数据库在公众政策和法律建设方面的作用。GIS在公众政策和法律方面的有用性尝试。
16. 通过协作形成空间决策系统的研究 。提供开发和评估工具 ,以解决复杂空间问题；建立知识获取方；建立评估方案；确定协作方的相互联系方式；在相互作用的环境中解决冲突的方法。
17. 在社会背景中 ,如何在 GIS中表达人、空间与环境的研究。人口的管理和控制 ;确定冲突影响的人口范围；政治经济关心的自然资源的开采和使用。
18. 地理信息系统的互操作研究。开放的、分布式存储的 GIS结构；地理数据语义特性获取方法；数据抽象和处理模型研究；地理空间数据的粒度 (Granularity)。
19.地理世界的规范化模式研究。地理世界的规范化表达；用空间数据结构表达现实世界时 ,基本的描述元素；GIS用户对地理世界的直觉看法。
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