摘要: 现在的GIS行业是一个快速发展的动态行业。很难想象，仅在5年前GIS就有了更新的、更加完善的发展，更不用提10年以前了。然而，我们只是刚开始认识到这一强大工具的巨大潜能。 1.绘图 GIS和科学与工程的技术领域一样，经历了使用绘图来展示项目成果的一个上升的发展...
现在的GIS行业是一个快速发展的动态行业。很难想象，仅在5年前GIS就有了更新的、更加完善的发展，更不用提10年以前了。然而，我们只是刚开始认识到这一强大工具的巨大潜能。
1.绘图
GIS和科学与工程的技术领域一样，经历了使用绘图来展示项目成果的一个上升的发展阶段。科学家绘制人体的DNA基因图，商业家绘制公司的战略规划，普通人绘制家庭未来的财务计划图。引用绘制这一术语时，大多数情况下它对具体执行的任务给出了一个赋有深度的隐喻，如一个战略规划或个人的财务计划。
在一个地址分级计划或街道改造计划中，绘制这一术语，常常被表示成某一区域特定要素和属性的一张可视图像。一般来说，地图分为两类，即平面图和关系或空间图。平面地图通常是通过CAD绘图来表示一个选址计划或 是一个污水管道的规划和配置。这些地图是简单的几何符号表示，不具备任何关系信息。例如，一个污水管线CAD图，用直径0.3m（12英寸）的一条线，表示检修孔之间一个长度为90m（300英尺）的管线。然而，有关管道长度和直径的信息不是存储在数据库中，只是一个绘图符号。
相比之下，一个GIS或空间地图在一个数据库中存储着同样管道的属性信息，并与绘制的图形相联系，给所绘制图形一个空间元素。CAD图和空间地图的最大差别是，CAD图是绘图的修饰图，它所存储的内容如同屏幕显示。相比之下，一个空间地图不是传统概念上的存储地图，而是让用户感到使用的灵活性和可选择性，通过数据库中储存属性信息来生成不同形式的地图。
2.自动绘图/设施管理
自动绘图/设施管理（AM/FM）是一个包含软件、程序和政策法规的集合，协助地理分布设施的管理。AM/FM在20世纪80〜90年代早期开始受到用户欢迎，在这个时期界面友好的、用户自定义的应用程序得到了开发，并根据市场需要而进行变化，如公用事业、交通和地方政府。
起初，AM/FM系统被用来记录资产位置，然后通过建模来模拟现实世界的网络，通过存储属性数据对资产组分进行分析和规划。在今天的环境中，机构分支超出了资产和设备的地图位置。他们需要信息的附加层，如客户和他们网络的运行性能，以图形的呈现方式在决策过程中提供帮助。
当GIS被添加到一个基础设施的信息实用程序中时，它增强了AM/FM的决策过程和其他诸多实用功能。空间数据引擎处于一个标准的关系型数据库管理系统的顶层，来帮助管理实用程序数据，其中大部分具有空间方位。AM/FM/GIS的当前和未来的发展趋势是跨部门发展，并将互联网使用作为骨架，具有Web功能的企业级系统。
3.计算机化维护管理系统
计算机化维护管理系统(CMMS)用于跟踪和解决计划外维修或紧急维修，集合或分布式系统的预防性维护。这就是为什么一个良好CMMS的核心是一个巨大的工单管理系统。CMMS被当作一个数据库，用来存储有关正在进行操作和 维护的基础设施系统，如废水、水和暴雨管道的所有时间信息。它也可以被用来跟踪泵站、净水厂，以及污水处理厂的操作和维护过程。CMMS具有各种形式和种类，但一般可分为以下两大类：
(1)CMMS可以作为一个功能独立的，具有非图形数据库系统的特征、属性和工单记录。
(2)CMMS更多的应用是通过与GIS的无缝集成，可以查看、访问，并轻松地分析数据，毫不费力地结合了CMMS强大的数据库功能与GIS的图形和空间应用能力。
CMMS的有效利用主要是由一个数据转换项目发展来的，它涉及数据收集和基础设施系统的属性所需人口数据。
根据系统和供应商的类型，CMMS还可以包括这些功能，如库存控制、资本改善规划和预防性维护的自动化调度。
4.综合信息管理系统
一个以GIS为中心的综合信息管理系统(IIMS)，以各部门的职能，以及与不同软件的接口来整合产生一个有效的nMS。许多HMS利用一个组织内现有的记录管理系统，通过地图驱动程序来集成访问其中的记录。这样既扩展了两个系统内记录管理的功能也扩展了AM/FM系统的功能。这方面的例子就是一个记录管理系统中进行文档定位的应用程序，通过GIS前端应用程序来选择的管道或孔的记录。
互联网、先进的计算机技术，以及数字信息改变了信息的格局。随着数据访问的不断改进，信息和知识不再与时间和地点相关，提高工程和基础设施管理中的所有要素的新机会也不断涌现。若要从这些进步中获益，市政和公共组织必须做到： ①无缝地将自己的数字信息资源与来自外部的相关信息整合；②将数字信息给予支持合理决策和有效行动中起作用组织、团体以及普通大众。
一个有效的HMS可以将集成数据、信息和知识资源的系统和技术，规划、设计、测试以及配置成全面的网络化信息管理系统。
有许多不同类型的HMS,例如风险管理、医疗和安全系统。无论应用何种HMS系统，但所有HMS系统都有以下共同的特点：
(1)一个管理框架。
(2)政策和数据标准。
(3)空间数据和表格数据。
(4)对数据的访问和使用的自定义用户程序。
(5)适当的硬件和软件。
(6)有知识和训练的人。
5.企业GIS
有多少人在公共部门都遇到过一个情况，一个组织内部的不同部门似乎有不同的目标和目的，第一眼看上去几乎是互相冲突？当不同部门使用不同的软件和顾问，以实现各自的GIS需求和目标时，这种情况下变得更加扑朔迷离。有多少人希望，一个组织内的各部门能突破部门的线条和边界，并实施一系列清晰、简明的目的和目标，来解决组织内的首要需求而一起共同工作？此外，如果这可以通过实施一个统一的，无缝的GIS来实现，岂不更是美好？第一个问题，在本质上表明了目前许多公共机构所面临的问题；第二个问题，说明了开发一个企业级GIS的主要原因。
越来越多的公共机构将寻找简化其个性化的GIS操作，转向寻找一个企业级的GIS。在当今世界上，由于预算缩减和紧张的就业市场，一个组织内的单独实体来进行独立的、不同的GIS操作，变得不再可行。这也使得通过对整个组织或多部门和 多组团的共同努力达到主要目标，追求高效率和最大限度地实现投资价值变得非常有意义。
通常情况下，一个企业系统注重所有部门和单位的需求、目标和预算，以及如何将个性化需求和目标融入到整个组织全局当中去。这是通过一系列与来自不同实体的主要利益相关者，进行会议、访谈和讨论来实现的。该企业级GIS还着眼于提供给不同的部门背景数据，研究总体规划等。
接下来，协同企业级计划的制定是为了达到一定的规模经济，而实现共同的需求，如硬件、软件、数据转换服务、GIS应用、元数据标准，如果需要的话,还有咨询服务等。
6.项目可视化
任何GIS的本质都是建立我们周围世界的模型，通过数据库中记录描述这个世界，直观地表示成地图上的点、节点和多边形。随着当今可用的空间信息大量增加，组装二维和三维(3D)地图来准确地反映我们这个世界，成为一个试验性工作。当GIS完全能够提供操纵、提出问题、分析，并通过这种视觉媒介来表示信息的时候，这项工作就不再是试验性质的。有关项目的一些问题是简单地通过可视化来表示，而不是通过几个列和行数据来进行翻译。
7.遥感
遥感是测量远处物体特征的科学。通常是通过航空摄影和卫星图像来完成。遥感装置可以通过接收和发射电磁能量来扫描地球表面的物体。利用卫星影像系统，例如陆地卫星LANDSAT和法国SPOT卫星系统，其优点是，它们可以覆盖较大范围的区域并在一个短的时间周期内获取数据。由于这些系统可以测量从地面上的不同实体发射出的能量或辐射，它们是用于获取像是植物、土壤、水的数据的一种理想来源。
遥感系统的一个主要优点是，包括GIS中的航空摄影，数据已经是数字化格式，并且可以很容易地应用在不同的GIS的应用程序中。它们提供高品质的立体影像，可以在开发地形和数字高程模型时创建出三维模型。这些图像还可以提供覆盖范围内的数据，应用传统采集方法可能很难或不可能到达的地方。遥感的另一个优点是可以邻位纠正地图。
8.模型
有些第一代计算机的开发是用于建立模型，这比GIS开发历史更长久。因为这一点，一种大型的、与大多数GIS操作不相关的，应用程序已经开发出来了。然而，人们经过很长一段时期逐渐认识到，GIS可以从这些模型模拟中提取大量的丰富信息。此外，GIS可以完美地呈现模拟结果的可视化。许多在水和污水处理行业中使用的传统的水力模型已经集成到GIS中，来充分发挥这种优势。尽管GIS技术是一种逻辑数据仓库和用户前端模型，但更重要的是，GIS将模型模拟结果组织成各种不同的数据层来增强决策能力。模型与GIS的集成正处于起步阶段。然而，一个模型所需要的许多数据，都可以由GIS采集和存储成地理空间数据。因此，随着未来水和污水处理工业系统的成熟发展，模型开发与GIS软件会更加无缝地集成。
9.设施规划
为了满足未来需求，需要对现有设施的调整、扩展和更新进行规划，包括关联必要设施的大量不相关信息。将GIS技术作为一种管理设施升级的工具，并创建一个更加动态化的设施规划过程。人口增长、土地利用，以及建议发展的位置点等几个空间数据层，可以合成一个服务区的单一图片，对预期发展进行统一评估。此外，其他的拓扑特征，如河流、道路、山脊线、政治界线，可用于划定排水和地下排水边界。GIS技术综合了这些相关的独立图层信息，提供了相关的信息，这些单独的层共同确定现有的交通工具，从而决定何时需要运输设施、分流设施或需要建设污水处理设施。借助GIS和水动力学模型，通过整合基础数据、地形和水流流量，提高现有系统的校准和容量。
GIS是确定新建公共基础设施进行选址的强大工具。将数个GIS数据层信息进行合并，可以为新的工厂和管道选取最佳位置。在这个例子中，GIS是通过几个重叠的数据层，确定哪些区域是共同所有的，以确定理想的选址点。与一个现有输送管线系统的距离，是借助周围的土地利用类型、宗地信息、敏感栖息地、公用设施、可用土地和土地价值来缩小的可能性范围。以这种方式确定新设施的最佳位置，通过许多互不相关的信息层，而且每个信息层都包含了一个理想的选址点。
10.资产管理
大部分供水和废水机构必须获得并保持大量的不动产。不动产包括许可证、弃权说明、租赁和地役权，反映了各个级别的权利需求，用于建造、运行和维护供水和废水输送、分配和处理设施。此外，供水和污水处理机构可租赁附加财产，以满足公共或私人利益。这些租约履行的条款和限制条件，控制被管理财产的使用。GIS是一项地图驱动的、直观的应用程序，可以用于管理资产的属性信息。通过GIS,不动产文档与表示财产的线和多边形相关联，从而准确地描绘实际财产的边界。此外，与租赁资产相关的业务交易可以直接与资产多边形连接。GIS技术通过对周围居民的市场分析，识别社区内的潜在市场，可以最大限度地获取附加财产的价值。
资产收购是GIS资产管理中的最普遍应用之一。在这种情况下，GIS在可比销售、物业规模，或者其他约束条件的基础上，可以用于评估资产的潜在性能。这项技术在许可需求的基础上获取土地也被证明是有用的。举例来说，一个普通许可证限制环境敏感区域内的业务，需要购买和无偿开放同等的或更高价值的栖息地，以换取土地扩展。栖息地价值可以在GIS中空间信息化，并用来识别确定理想地点。可用地块可以与栖息地的数据进行交互，以确定符合许可证要求的地点。应当使用一些来自许可机构自身、可获得的环境栖息地数据，它提高了购买选择地块的可信度。
11.应急响应
自从2001年在美国出现反恐怖主义法例之后，GIS成为应急准备和响应方面的首选工具之一。应急响应工作组将GIS软件用于协调搜索和救援行动中。后来，GIS软件用于后勤管理，通过地图制作与分析进行杂物清运的物流管理(Harwood,2001)。分析大量数据，快速而准确地描述地球，在危机形势下使得GIS成为了一种宝贵资产。GIS可以为决策者提供突发事件的位置、大小，以及严重性，使决策者在紧急情况下及时获得直接资源。GIS是一个强大工具，可以通过设置“假设”场景测试应急准备的情况。GIS还可以从不同的美国联邦、州和地方政府机构协调相关的应急信息。例如，美国联邦和各州救灾办公室正在开发基于Web的服务，以空间的格式提供实时的灾害信息。在紧急情况下，一个机构可以利用自己的设施通过GIS技术，在空间上提供灾难位置和严重程度的数据，以获取最需要的直接资源。以这种方式，像地震或飓风这样灾难事件的影响，可以制图并与基础设施相结合，实时地评估灾难损失。
GIS技术已成功地应用于分析危险情况或工作环境内危险化学品的储存。有害材料目录可以在空间上呈现并用于评估对工作人员的风险。此外，化学物质释放的影响可以在GIS中进行建模，确定对工厂操作人员和周边社区的潜在影响。
12.泄漏控制
在供水和污水设施中已经开发了运输或分配系统数据，可以利用GIS作为监测泄漏转移或污染的工具。GIS具有识别管网内流量辨别方向的能力。通过此功能，GIS可以准确地在一个预定位置上从上游到下游追踪流向。这项技术的应用是建立一个应用程序，追溯引入输送系统中的污染物传播路径。在独立的污水和雨水排放系统中，GIS可以通过污水溢流隔离引入到雨水系统的污染物。这项技术的其他用途，包括更改供水和污水路径服务的能力。当有必要停止一部分收集系统的工作时，或者进行维护与修理，同样的技术用于确定管道水流改变流向的最佳方法。
13.源控制
污水收集和处理系统所面临的一个显著挑战就是管理工业废物排放的能力。GIS技术可以被用来阻止系统中危险化学品的非法排放。在管网系统，应用下水道跟踪功能，并与工业污水允许排放量的空间数据库联合运用，可以对非法排放物进行有效追踪。当污染物被系统监测出来，GIS应用程序会通过识别出向某一点汇集污水的排水管线，从而隔离非法排放源。将这个信息与工业过程中各化合物的属性数据相关联，有助于将搜索范围缩小到很小的几个候选项。一旦搜索项被确定下来，同一系统可以通过评估污水收集系统来进一步缩小搜索范围，在上游监测点中排查出可能的非法排放源。
14.开发监测系统
GIS技术已经被应用于拓展一个开发监测系统（DMS）的功能。根据目前的环境许可法，水和废水处理机构必须对收集、处理或分配设施的可能发展，确定其单一的和累积的效应。一个DMS程序为GIS的开发信息，提供了一个进行系统性编目的工具。当目录建立好后，通过与收集或服务系统边界的 交互可以很容易地识别出设施的单个和累积效应。管网追踪通过比较一个汇集或分配系统中的附加流，对该系统可用容量影响的潜在效应进行判断。
用GIS系统开发监测系统数据，也为公共工程事业的未来需求提供了有价值的参考。通过DMS过程进行大规模目录的建立通常需要2~5年的时间。因此，DMS数据提供了一个短期的规划周期，这比其他增长指标因子更为切实。这些发展的过程可以在GIS使用连接许可数据和航空摄影进行跟踪。这种类型的应用在快速增长的地区显得特别有用，这些地区的传统增长信息源往往不可依靠。
