1.2. 地理信息系统发展过程

1.2.1. 地理信息系统的发展阶段

地理信息系统的发展是与地理学、地图学、摄影测量学、遥感技术、数学和统计科学、计算机科学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科发展分不开的。 以时间发展为序列,可分为二十世纪60年代起始发展阶段、二十世纪70年代发展巩固阶段、二十世纪80年代推广应用阶段和二十世纪90年代蓬勃发展阶段。

地理信息系统起源于北美。 世界上第一个地理信息系统是1963年由加拿大测量学家R.F.Tomlinson提出并建立的,称为加拿大地理信息系统(CGIS),主要用于自然资源的管理和规划,稍后美国哈佛大学研究生部主任Howard T.Fisher设计和建立了SYMAP系统软件,由于当时计算机技术水平的限制,使得GIS带有更多的机助制图色彩。 这一阶段很多GIS研究组织和机构纷纷成立:1966年美国成立了城市和区域信息系统协会(URISA),1968年国际地理联合会(IGU)设立了地理数据收集委员会(CGDSP)。 这些组织和机构的建立对传播GIS知识和发展GIS技术起着重要的指导作用。

二十世纪70年代,由于计算机硬件和软件技术的飞速发展,尤其是大容量存储设备的使用, 促进了GIS朝实用的方向发展,不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统在世界各地纷纷研制, 美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对GIS的研究均投入了大量人力、物力、财力。 从1970年到1976年,美国地质调查局发展了50多个地理信息系统,用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息; 1974年日本国土地理院开始建立数字国土信息系统,存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息; 瑞典在中央、区域和城市三级建立了许多信息系统,如土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等。 这一阶段GIS受到政府、商业和学校的普遍重视,一些商业公司开始活跃起来,软件在市场上受到欢迎,据统计大约有300多个系统投入使用, 许多大学和机构开始重视GIS软件设计及应用研究,如纽约州立大学布法罗校区创建了GIS实验室, 1988年发展成为包括加州大学和缅因州大学在内的由美国国家科学基金会支持的国家地理信息和分析中心(NCGIA)。

二十世纪80年代,由于计算机迅速发展,GIS逐步走向成熟,并在全世界范围内全面推广应用,应用领域不断扩大, GIS与卫星遥感技术结合,开始用于全球性的问题,如全球变化和全球监测、全球沙漠化、全球可居住区评价、厄尔尼诺现象、酸雨、核扩散及核废料等。 美国地质调查局应用地理信息系统对美国三里岛核泄漏事件在24小时内就做出了反应,并迅速地对核扩散进行了影响评价。 80年代是GIS发展具有突破性的年代,仅1989年市场上有报价的软件就达70多个,并涌现出一些有代表性的GIS软件, 如ARC/INFO、GENAMAP、SPANS、MAPINFO、ERDAS、Microstation、SICAD、IGDS/MRS等。 其中ARC/INFO已经愈来愈多地为世界各国地质调查部门所采用, 并在区域地质调查、区域矿产资源与环境评价、矿产资源与矿权管理中发挥越来越重要作用。

二十世纪90年代,随着地理信息产品的建立和数字化信息产品在全世界的普及,GIS已成为确定性的产业,投入使用的GIS系统, 每2~3年就翻一番,GIS市场的年增长率为35%以上,从事GIS的厂家已超过一千家。 GIS已渗透到各行各业,涉及千家万户,成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。

目前,随着计算机软硬件技术、数据库技术、网络技术、多媒体技术等计算机技术的迅速发展,GIS的应用领域也迅速进一步扩大。 GIS的信息处理模式由以前的集中式转向客户/服务器模式。 GIS与虚拟环境技术的结合的虚拟GIS,GIS与Internet结合的WebGIS,GIS与专家系统、神经网络技术结合的智能GIS, 在网络支持下及分布式环境下实现跨地域的空间数据和地理信息处理资源的共享的开放式GIS都得到了长足的发展。 另外,GIS与各种应用模型(如环境模型、降雨模型)的结合,GIS与GPS、RS的进一步集成,并行处理技术在GIS中的应用等都有了一定的发展。 并且,GIS的以上这些发展并不是孤立的,而是相互影响、相互促进,其目的就是促进地理信息产业的建设与发展,更好地为人类了解和保护人类赖以生存的环境服务。

1.2.2. 地理信息系统在我国的发展

地理信息系统的研制与应用在我国起步较晚,虽然历史较短,但发展势头迅猛。 GIS在中国的发展可分为四个阶段。 第一阶段从1970年到1980年,为准备阶段,主要进行舆论准备,正式提出倡仪,开始组建队伍,培训人才,组织个别实验研究。 机助制图和遥感应用,为GIS的研制和应用作了技术上和理论上的准备。 第二阶段从1981年到1985年,为起步阶段,完成了技术引进,研究数据规范和标准,空间数据库建立,数据处理和分析算法及应用软件的开发等,对GIS进行理论探索和区域性实验研究。 在全国大地测量和数字地面模型建立的基础上,建成了1:100万国土基础信息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,1:250万水土保持信息系统。 第三个阶段从1986年到1995年前后,为初步发展阶段,我国GIS的研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段,逐步建立了不同层次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室,中国科学院于1985年开始筹建国家资源与环境系统实验室,是一个新型的开放性研究实验室,1994年中国GIS协会在北京成立。 GIS研究逐步与国民经济建设和社会生活需求相结合,并取得了重要进展和实际应用效益。

主要表现在四个方面:

  1. 制定了国家地理信息系统规范,解决信息共享和系统兼容问题,为全国地理信息系统的建立作准备。
  2. 应用型GIS发展迅速。
  3. 在引进的基础上扩充和研制了一批软件。
  4. 开始出版有关地理信息系统理论技术和应用等方面的著作,并积极开展国际合作,参与全球性地理信息系统的讨论和实验。

1992年10月联合国经济发展部(UNDESD)在北京召开了城市GIS学术讨论会,对指导、协调和推动我国GIS发展起着重要的作用。 第四阶段从1996年至现在,我国GIS技术在技术研究、成果应用、人才培养、软件开发等方面进展迅速, 并力图将GIS从初步发展时期的研究实验、局部应用推向实用化、集成化、工程化,为国民经济发展提供辅助分析和决策依据。 GIS在研究和应用过程中走向产业化道路,成为国民经济建设普遍使用的工具,并在各行各业发挥重大作用。 另外,从应用方面看,地理信息系统已在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、交通,能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发、 自然灾害的监测与评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、110报警系统、公共汽车调度等方面都得到了具体应用。