GIS的发展过程及其与测绘的关系

　　摘要：地理信息系统是一门多技术交叉的空间信息科学，它依赖于地理学、测绘学、统计学等基础性学科，又取决于计算机硬件与软件技术、航天技术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进步与成就。此外地理信息系统又是一门以应用为目的的信息产业，它的应用可深入到各行各业。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。
　　关键词：GIS；发展过程；测绘
　　一、GIS的概念
　　地理信息系统（GeographicalInformationSystem，GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其它信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理代码，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置几何参考信息和非位置属性信息两个组成部分。
　　通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念：
　　1．GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
　　2．GIS的操作对象是，地理实体数据，即空间数据和属性数据。地理实体数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量的描述、即空间特征数据和属性特征数据统称为地理数据。这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。
　　3．GIS的技术优势在于它的数据集成、地理空间分析评价能力、快速搜索定位及可视化表达方法，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。
　　4．GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用，可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展。地理学是GIS的基础理论依托。
　　有的学者断言，“地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。如果说GIS的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙，那么，信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门，必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。GIS被誉为地学的第三代语言——用数字形式来描述空间实体。
　　二、GIS的发展过程
　　地理信息系统最早应用在资源环境管理中。目前它已经广泛用于资源环境，如森林、矿产、水利及农牧业等的管理；自然资源，如林业、地质矿藏、水资源等的调查；自然灾害，如水旱在害、虫害、震灾等的监测、预报、评估；环境保护，如水土流失、荒漠化治理等方面。
　　1．国外地理信息系统的发展历史
　　国际上地理信息系统的发展始于20世纪60年代，地理信息系统起源于北美。世界第一个运行性地理信息系统是在1963年加拿大土地调查局为了处理大量的土地调查资料，由测量学家R.F.Tominson提出并建立的。同一时期美国哈佛大学的计算机图形与空间分析实验室，建立了SYMAP系统软件，竭力发展空间分析模型和制图软件。但由于当时计算机技术水平不高，存贮量小，磁带存取速度较慢，使得GIS带有更多的机助制图色彩，地学分析功能极简单。20世纪70年代以后，由于计算机软硬件迅速发展，特别是大容量存贮功能磁盘的使用，为地理空间数据的录入、存贮、检索、输出提供了强有力的手段，使GIS朝实用方向迅速发展。美国、加拿大、英国、西德、瑞典、日本等发达国家先后建立了许多不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。
　　2．中国地理信息系统的发展历史
　　我国地理信息系统的起步稍晚，但发展势头相当迅猛，大致可分为以下三个阶段。
　　第一是起步阶段。20世纪70年代初期，我国开始推广电子计算机在测量、制图和遥感领域中的应用。随着国际遥感技术的发展，我国在1974年开始引进美国地球资源卫星图像，开展了遥感图像处理和解译工作。1976年召开了第一次遥感技术规划会议，形成了遥感技术试验和应用蓬勃发展的新局面，先后开展了京津唐地区红外遥感试验。新疆哈密地区航空遥感试验、天津渤海湾地区的环境遥感研究、天津地区的农业土地资源遥感清查工作。长期以来，国家测绘局系统开展了一系列航空摄影测量和地形测图，为建立地理信息系统数据库打下了坚实的基础。解析和数字测图、机助制图、数字高程模型的研究和使用也同步进行。1977年诞生了第一张由计算机输出的全要素地图。1978年，国家计委在黄山召开了全国第一届数据库学术讨论会。所有这些为GIS的研制和应用作了技术上的准备。
　　第二是试验阶段。进入80年代之后，我国执行“六五”、“七五”计划，国民经济全面发展，很快对“信息革命”作出热烈响应。在大力开展遥感应用的同时，GIS也全面进入试验阶段。在典型试验中主要研究数据规范和标准、空间数据库建设、数据处理和分析算法及应用软件的开发等。以农业为对象，研究有关质量评价和动态分析预报的模式与软件，并用于水库淹没损失、水资源估算、土地资源清查、环境质量评价与人口趋势分析等多项专题的试验研究。在专题试验和应用方面，在全国大地测量和数字地面模型建立的基础上，建成了全国1：100万地留数据库系统和全国土地信息系统、1：400万全国资源和环境信息系统及1：250万水土保持信息系统，并开展了黄土高原信息系统以及洪水灾情预报与分析系统等专题研究试验。用于辅助城市规划的各种小型信息系统在城市建设和规划部门也获得了认可。
　　在学术交流和人才培养方面得到很大发展。在国内召开了多次关于GIS的国际学术讨论会。1985年，中国科学院建立了“资源与环境信息系统国家级重点开放实验室”，1988年和1990年武汉测绘科技大学先后建立了“信息工程专业”和“测绘遥感信息工程国家级重点开放实验室”。我国许多大学中开设了RS方面的课程和不同层次的讲习班，已培养出了一大批从事GIS研究与应用的博士和硕土。
　　第三是GIS全面发展阶段。80年代末到90年代以来，我国的GIS随着社会主义市场经济的发展走上了全面发展阶段。国家测绘局正在全国范围内建立数字化测绘信息产业。1：100万地图数据库已公开发售，1：25万地图数据库也已完成建库，并开始了全国1：10万地图数据库生产与建库工作，各省测绘局正在抓紧建立省级1：1万基础地理信息系统。数字摄影测量和遥感应用从典型试验逐步走向运行系统，这样就可保证向GIS源源不断地提供地形和专题信息。进入90年代以来，沿海、沿江经济开发区的发展，土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，有力地促进了城市地理信息系统的发展。用于城市规划、土地管理、交通、电力及各种基础设施管理的城市地理信息系统在我国许多城市相继建立。
　　三、GIS与测绘的关系
　　今天，经济增长对国民经济各领域发展的先行官——测绘提出了更高、更迫切的要求。测绘作为一个基础项目，与交通、环保、土地、城市规划、市政建设等息息相关。基础地理数据是一个国家/城市最重要的测绘数据，长期以来由于基础地理信息获取和更新缓慢，基础测绘严重滞后于国民经济和社会发展，尽快改变这种局面，建成具备多源数据采集、加工处理、存储管理、数据分发等完整功能的新型基础测绘系统已成当务之急。采用GIS技术可以逐步改变传统的手工作业方式和纸介质的数据保存方式，实现数据的动态更新维护，提高工作效率和数据的现势性，建立整个地区或国家级的基础地理空间数据库，更好地服务于经济建设。
　　测绘是研究测定和推算地面的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地球分布，编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术的学科。一般可分为：大地测量学、摄影测量学、地图学、工程测量学、海洋测量学等。随着科技的发展，测绘领域已从地球扩展到宇宙空间。
　　测绘与GIS有着密切的关系，测绘不但为GIS提供各种不同比例尺和精度的地理定位数据，而且其理论和算法可直接用于空间数据的变换和处理；而GIS引入测绘，则可以以一种全新的思想和手段来解决复杂的分析和管理问题。
　　一个测量项目的步骤包括：
　　（1）调研：在一个测量项目开始前，一些文件，如：测量图，地籍图等都需要进行研究。
　　（2）勘测：桩、树、标竿等标志物被放在野外的某些位置，做为今后测量工作的控制点。
　　（3）野外测量：为了得到所需要的数据，外业人员利用全站仪、精密水准仪、GPS、钢尺等工具进行测量。
　　（4）计算：测量值必须校正以满足几何条件.要做到这一点，测量人员对误差进行分析，并平差到一个可接受的限差范围。
　　（5）GIS制图：测量方法、测量点信息和计算结果都需要在一个GIS系统中进行存储和管理。没有加工过的测量数据，坐标几何测量，和野外的草图都可以直接进入GIS系统。
　　测绘工作以及测绘数据的重要性，已经被越来越多的人所重视，这不仅仅包括测绘专业人员，还包括非测绘人员，如：政府官员、规划师乃至公众。无论是地籍管理还是建筑工程规划，都需要使用测绘人员所提供的地理数据进行计算。
　　四、结束语
　　GIS现在已被许多学科广泛接受。GIS当前的发展形势很好，但由于其发展历史较短，存在着许多不足之处，因此仍需要专业人员不断的努力，推动新的产品、新的软件来促进地理信息系统科学的发展。
　　
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