地理信息系統(tǒng)應(yīng)用特點分析

　　當(dāng)今社會的發(fā)展,以信息技術(shù)和空間應(yīng)用為特征。展望21世紀,我們將進入一個新型的信息社會和空間時代。地理信息系統(tǒng)正是迎合這一時代特征的產(chǎn)物。大量事實表明,GIS應(yīng)用在許多國家正處于一個急速上升的時期,其發(fā)展速度之快,可以用“爆發(fā)性”一詞來加以形容。特別是近三年來,GIS已成為計算機應(yīng)用中最為活躍的領(lǐng)域,同時也是地學(xué)中最富有生氣的分支。今天GIS應(yīng)用具有鮮明的特征,尤其是大型系統(tǒng)的建立和在商業(yè)中的應(yīng)用,進一步推動了技術(shù)和市場發(fā)展。

　　一、產(chǎn)業(yè)化

　　七十年代末期已有GIS成功應(yīng)用的例子,如加拿大GIS等。然而在當(dāng)時以及后來的十多年中,GIS主要處于技術(shù)的發(fā)展階段,應(yīng)用面相對狹窄,多數(shù)系統(tǒng)以自動制圖為背景,很少稱得上真正的GIS。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,最近十年來,GIS發(fā)生了一個飛躍,最重要的是技術(shù)的完善、應(yīng)用環(huán)境的成熟和社會需求的大幅度增加。/又十年代末期,GIS一躍成為一門新興的信息產(chǎn)業(yè),它主要包括軟件、硬件、數(shù)據(jù)、咨詢與系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)交換、遙感與航空攝影、制圖與野外數(shù)據(jù)采集等七大組成部分。在各個部分中,軟件是GIS的技術(shù)核心,而從事軟件開發(fā)和系統(tǒng)集成的公司構(gòu)成了GIS產(chǎn)業(yè)的主體,像美國的Intergraph、ESRI、IBM,德國的Siemens/Nixdorf、英國的Laserscan等公司在GIS的產(chǎn)業(yè)化進程中發(fā)揮了重要作用。

　　產(chǎn)業(yè)形成和發(fā)展的重要標志是GIS數(shù)量的大幅度增加。雖然要對全世界GIS數(shù)量進行統(tǒng)計是一件非常困難的事情,根據(jù)《GIS World》提供的資料和作者的統(tǒng)計,迄今,世界各種商業(yè)GIS軟件銷售總數(shù)達38.8萬套,加之公眾化軟件(Public。Domain)和軍事化軟件,GIS軟件總的裝機數(shù)在45萬套左右。若按每個系統(tǒng)平均3—5套軟件計,估計目前世界上各類GIS系統(tǒng)在10萬個左右。另外,近期許多自動制圖系統(tǒng)逐漸升級為GIS,在設(shè)施管理上大顯身手。如美國的Autodesk公司的Auto CAD擁有7.5萬個正式注冊用戶,最近該公司推出了Auto CAD數(shù)據(jù)擴展軟件(ADE),極大地增加了對空間信息的處理、查詢和顯示能力,從而使許多自動制圖系統(tǒng)具有GIS類似的功能。若把這種系統(tǒng)納入之內(nèi),GIS系統(tǒng)的數(shù)量則更多。

　　從整個信息產(chǎn)業(yè)看,GIS所占的份額雖然很小,但已經(jīng)成為一支重要的力量,并具有一定的規(guī)模,而且保持著良好的增長勢頭。美國專家Parker認為,1990年全球G IS銷售額為24億美元。著名英國GIS專家Rhind認為GIS年銷售額為10億美元左右。一些非正式的估計顯示,GIS年銷售額則達250億美元。而根據(jù)國際信息產(chǎn)業(yè)權(quán)威咨詢機構(gòu)Dataquest公司的調(diào)查,GIS年產(chǎn)值為30億美元。近年來GIS的年增長速度都保持在16—40%之間。有人預(yù)測,按此速度發(fā)展,到2000年GIS軟件系統(tǒng)將達200—500萬個用戶。GIS產(chǎn)業(yè)的形成,為改造舊產(chǎn)業(yè)提供了良機。傳統(tǒng)的測繪制圖業(yè),被自動化技術(shù)和數(shù)字產(chǎn)品所取代,舊的城市與土地管理模式被更新。如英國軍械測量局,全部采用數(shù)字地圖,并以CD一ROM存儲,原來需要一棟大樓作圖庫,而今奇跡般地把全部地圖裝入一只皮箱。GIS與遙感和全球定位系統(tǒng)(G PS)等技術(shù)結(jié)合,可以大大減少野外考察,提高了地質(zhì)、石油勘探和環(huán)境監(jiān)測效益。

　　在我國,GIS產(chǎn)業(yè)正在形成之中。在第七個五年計劃中,在國家計劃的指導(dǎo)下,采取引進、試驗和開發(fā)的方針,為我國GIS的應(yīng)用積蓄了力量和經(jīng)驗。進入“八·五”后,GIS技術(shù)已進入實際應(yīng)用階段,特別是最近兩年來,GIS在城市、土地和環(huán)境保護等部門的應(yīng)用發(fā)展非常之快。據(jù)國家科委向聯(lián)合國亞太經(jīng)社會的報告材料,我國目前從事GIS的專業(yè)單位間接已超過一百個,從事GIS的專業(yè)公司已超過三十個,GIS應(yīng)用已進入許多行業(yè)和部門,逐步形成一個多層和不同規(guī)模的應(yīng)用格局,特別是在測繪行業(yè),大多數(shù)部門已開展了GIS的應(yīng)用和數(shù)據(jù)準備工作。有關(guān)部門正在對我國GIS市場和應(yīng)用情況作調(diào)研,從現(xiàn)有的材料分析表明,我國GIS產(chǎn)業(yè)正在形成之中,GIS應(yīng)用在今后數(shù)年內(nèi)將有一個較大的發(fā)展。

　　二、應(yīng)用擴大與深化

　　傳統(tǒng)的GIS主要是自動制圖和設(shè)施管理(AM/FM)和土地信息系統(tǒng)(LIS),后來在資源與環(huán)境管理、森林清查、城市規(guī)劃和軍事戰(zhàn)略等方面應(yīng)用取得成功。隨著GIS技術(shù)的成熟,數(shù)據(jù)的積累和應(yīng)用環(huán)境的改善,GIS應(yīng)用范圍不斷擴大,應(yīng)用程度深化。今天的GIS已進入政治分析、經(jīng)濟規(guī)劃、農(nóng)業(yè)耕作、商業(yè)布局、金融.戰(zhàn)略、交通運輸、體育競賽、工程設(shè)計與管理、衛(wèi)生防疫等幾乎所有涉及空間信息的行業(yè)。GIS市場也由過去的技術(shù)驅(qū)動變?yōu)閼?yīng)用驅(qū)動,應(yīng)用已成為GIS市場發(fā)展的動力。從數(shù)千美元到千萬美元級的系統(tǒng)層出不窮,形成了多層次,不同尺度的GIS應(yīng)用格局。表1為一些新出現(xiàn)的G ls應(yīng)用領(lǐng)域和實例。

　　GIS不僅是管理部門的輔助決策和管理工具,而且為科學(xué)研究提供了一種重要的手段,其數(shù)據(jù)處理與空間分析能力,被地學(xué)、生態(tài)學(xué)、考古學(xué)和社會學(xué)等許多學(xué)科的專家所采用。有趣的例子是,今年進入美國亞利桑那州“生物圈2號”的第二批科學(xué)家,也采用了GIS,他們通過2000多個傳感器,對3.1公頃大小的“生物圈”中的氣溫、二氧化碳、氧氣、光、空氣溫度和土壤溫度等環(huán)境要素每隔15分鐘進行采樣,在美國環(huán)境信息系統(tǒng)研究所的ARC/INFO支持下,進行綜合分析并作圖,為完成“生物圈二號”的使命提供了數(shù)據(jù)記錄和綜合分析的有力工具。另外,GIS也為教學(xué)提供了一種有效的輔助工具,在一些發(fā)達國家,GIS已成為大學(xué)中普遍受歡迎的課程。特別是在即將興起的全球環(huán)境教育與可持續(xù)發(fā)展能力教育上,可以發(fā)揮重要作用。

　　在各類應(yīng)用部門中,政府是GIS最主要的應(yīng)用部門。據(jù)《GIS戰(zhàn)略》雜志統(tǒng)計,政府部門占G IS應(yīng)用的36%。許多國家極為重視GIS應(yīng)用,相繼制訂了GIS應(yīng)用與數(shù)據(jù)共享政策。美國自今年起,政府部門應(yīng)用的GIS必須采用稱為SDTS的統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換標準。在英國,GIS應(yīng)用已普及至縣級,GIS已成為城市規(guī)劃、土地管理的規(guī)范性工具。而在GIS發(fā)源地加拿大,GIS技術(shù)與應(yīng)用引起了加拿大議會的興趣,該國還開展GIS外交,1994年4月加拿大駐華使館在北京專門舉行了GIS發(fā)布會和介紹該國地理信息系統(tǒng)進展,積極開展與我國這一領(lǐng)域的合作。同時,G IS已成為一些國際組織的重要內(nèi)容,在聯(lián)合國的機構(gòu)范圍內(nèi),如聯(lián)合國發(fā)展署(UNDP)、聯(lián)合國環(huán)境署(UNEP)、聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)、國際開發(fā)研究中心(IDRC)、亞太經(jīng)社會(ESCAP)等專門設(shè)有G IS和遙感計劃和設(shè)有GIS培公11項目。近年來,聯(lián)合國和平利用太空委員會也把GIS作為每年年會的重要內(nèi)容,并積極推動各國GIS的應(yīng)用。世界銀行(WB)、亞洲開發(fā)銀行(ADB)等也采用GIS對其項目進行管理,如A D B的中國項目管理就采用了由中科院資源與環(huán)境信息系統(tǒng)重點實驗室所提供的縣級數(shù)據(jù)庫。

　　從應(yīng)用程度上看,GIS已經(jīng)邁上了一個新的層次。從過去簡單的提供數(shù)據(jù)到現(xiàn)在的提供分析模型和提供解決問題的辦法。即從數(shù)據(jù)入和數(shù)據(jù)出的地理數(shù)據(jù)系統(tǒng)到具有分析功能的地理信息系統(tǒng)。

　　當(dāng)然在各個應(yīng)用領(lǐng)域中,土地信息系統(tǒng)(LIS)、自動制圖與設(shè)施管理(AM/FM)、森林信息系統(tǒng)(FIS)、環(huán)境信息系統(tǒng)(EIS)和城市信息系統(tǒng)(UIS)仍占主導(dǎo)地位。但近年來,GIS在智能化汽車與公路系統(tǒng)(IHVS)和商業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展極快。特別引人注目。

　　三、大型系統(tǒng)的建立

　　大型系統(tǒng)的建立和大規(guī)模應(yīng)用是今天GIS應(yīng)用的另一個特點。為了滿足管理部門運作的需要,發(fā)達國家紛紛建立各種大型GIS系統(tǒng),千萬美元級的系統(tǒng)累見不鮮,甚至上億美元的系統(tǒng)已有出現(xiàn)。如美國海圖系統(tǒng)耗資達一億美元,英國的Domesday計劃,歐洲數(shù)字街道圖數(shù)據(jù)庫(DESMB)等大型GIS都在數(shù)百萬美元以上。由我國深圳達深公司部分承擔(dān)的日本全國公路與街道數(shù)據(jù)庫,耗資都在千萬美元以上。被稱為發(fā)展中國家自動制圖典范的墨西哥國家統(tǒng)計、地理與信息研究院,投資770萬美元建立大型GIS系統(tǒng),實現(xiàn)對舊行業(yè)的全面改造。

　　目前國際上影響較大的系統(tǒng),如美國內(nèi)務(wù)部土地管理局的自動土地與礦產(chǎn)資源系統(tǒng)(ALMRS)森林局615項目GIS硬件與軟件投資達12億美元。ALMRS是目前國際上頗有影響的GIS,己在三個州進行了實驗研究,總項目預(yù)計十年內(nèi)完成,其目的是使美國土地管理局(BLM)分布在156地區(qū)的221個辦公室,全部裝配系統(tǒng),實現(xiàn)對該局所管轄的2.72億公頃土地和3億公頃礦產(chǎn)資源的自動化管理。該系統(tǒng)已定購2000臺IBM RS/6000工作站和200多套外部設(shè)備。

　　大型系統(tǒng)所需要的投資大、系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜、軟件和硬件要求高、數(shù)據(jù)量大、涉及面廣,它對應(yīng)用機構(gòu)的運作和組織形式都產(chǎn)生巨大的影響,形成對舊產(chǎn)業(yè)和管理體系的改造,是GIS技術(shù)成熟和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要標志。

　　在我國,GIS也走出了試驗階段,大型系統(tǒng)正在興建之中,如中國科學(xué)院的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),北京、深圳、?？?、中山、北海等地的城市信息系統(tǒng)耗資均在數(shù)百萬元以上。這些大型系統(tǒng)的建立和成功運行,無疑將極大地推動我國GIS的應(yīng)用。多次商業(yè)地理分析技術(shù)國際會議,并出版了“商業(yè)地理分析技術(shù)”雜志,1990年,美國商業(yè)地理分析技術(shù)的銷售額達1000萬美元,據(jù)估計到1997年將達到2億美元的市場。政府部門歷來是GIS的主要用戶,商業(yè)地理分析技術(shù)的興起,反映了GIS應(yīng)用從政府走向企業(yè)的一種新趨勢。

　　四、商業(yè)地理分析技術(shù)

　　GIS應(yīng)用的另一個新熱點要算是商業(yè)上的應(yīng)用。GIS在商業(yè)上應(yīng)用存在著巨大的潛力,特別是在西方發(fā)達國家,商業(yè)競爭十分激烈,每一個商業(yè)決策對于公司的成敗都至關(guān)重要,GIS為商業(yè)戰(zhàn)略提供了有力的地理分析工具?，F(xiàn)在形成為一門新的GIS分支一商業(yè)地理分析技術(shù)(business geographies)。商業(yè)地理分析技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景(表2)。

　　商業(yè)地理分析技術(shù)主要應(yīng)用于各商業(yè)機構(gòu)。與普通GIS比較,商業(yè)地理分析技術(shù)的特點是功能簡單,僅需要GIS的疊加分析等部分功能,系統(tǒng)往往小而靈活,反應(yīng)快,而且多采用現(xiàn)有數(shù)據(jù)(如美國的TIGER文件等)。近年來這一技術(shù)發(fā)展非常之快,國際上每年召開多次商業(yè)地理分析技術(shù)國際會議,并出版了“商業(yè)地理分析技術(shù)”雜志,1990年,美國商業(yè)地理分析技術(shù)的銷售額達1000萬美元,據(jù)估計到1997年將達到2億美元的市場。政府部門歷來是GIS的主要用戶,商業(yè)地理分析技術(shù)的興起,反映了GIS應(yīng)用從政府走向企業(yè)的一種新趨勢。

　　五、地域特點

　　政治和文化背景的不同,社會經(jīng)濟發(fā)展水平不一,世界各國GIS應(yīng)用的情況也不盡相同,應(yīng)用的程度亦有很大差別。

　　在發(fā)達國家,特別是在北美,GIS已經(jīng)成為科學(xué)家、規(guī)劃人員、行政管理人員日常工作的一種基本工具。雖然發(fā)展中國家對GIS的興趣與日俱增,但較之發(fā)達國家仍有很大的距離?，F(xiàn)階段的GIS應(yīng)用,發(fā)達國家的應(yīng)用面非常廣泛,以城市和設(shè)施管理為特征,而發(fā)展中國家則主要側(cè)重于資源管理。美國和加拿大在GIS技術(shù)與應(yīng)用上占主導(dǎo)地位,歐洲次之,亞太地區(qū)是GIS應(yīng)用的潛在地。

　　美國和加拿大是GIS的發(fā)源地,也是目前世界GIS技術(shù)與應(yīng)用的中心。不論從技術(shù)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)、標準、培訓(xùn)教育、政策與法律,基本形成了一套完整的體系。早期的GIS軟件公司主要集中在北美,GIS公司占全世界的三分之二強,應(yīng)用面也極為廣泛,普及面廣,其應(yīng)用往往代表了GIS應(yīng)用的新潮流。美國和加拿大兩國都非常重視GIS的標準化問題,并有較好的數(shù)據(jù)政策。經(jīng)過多年的發(fā)展與積累,它們都有比較完善的電子數(shù)據(jù)文件,如美國的DLG、TIGER文件等,而且制定了統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)交換標準—STDS。另一個值得一提的是,這兩個國家都有較好的數(shù)據(jù)使用政策,加拿大和美國的大部分州都采用了納稅人可以共享公用數(shù)據(jù)的政策.以CD—ROM提供的一份全美的數(shù)字線狀圖(DLG文件)僅為39美元,而在英國或其它國家,類似的電子地圖需要約十萬美元。

　　歐洲GIS技術(shù)發(fā)展較早,具有自己的技術(shù)和獨特的市場并已形成了產(chǎn)業(yè)。歐洲GIS發(fā)展不平衡,西歐一直是全洲GIS技術(shù)的中心,應(yīng)用范圍最廣,程度較深,特別是在歐共體中。歐洲GIS產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用起步于70年代末期和80年代早期,與北美比較,無論從技術(shù)和應(yīng)用規(guī)模上均有一定的差距,仍無法取代北美在世界G IS上的領(lǐng)先地位。歐洲也是一個相對活躍的GIS市場,預(yù)示著巨大的潛力。據(jù)位于美國麻省的Datatech公司調(diào)查,1993年全歐洲GIS收入達7億美元,比1992年增長13.8%。歐洲G IS應(yīng)用最熱門的領(lǐng)域是地籍管理和公用設(shè)施管理,幾乎所有歐洲國家的大型GIS項目均與這兩個方面有關(guān)。特別是德國,它有完善的地籍歷史記錄,而且建立了多級地籍信息系統(tǒng).近年來,歐洲經(jīng)濟衰退,對G IS技術(shù)與應(yīng)用產(chǎn)生很大的影響,特別是一些小國家,其影響程度更大,一些項目被擱置。但是在另一方面,由于經(jīng)濟的壓力以及技術(shù)的影響,又使政府部門意識到必須采用GIS這類技術(shù)來規(guī)劃和管理其環(huán)境資源,在某種程度上提高了政府部門對GIS的認識。由于歐洲政治和經(jīng)濟地位的特殊性,歐洲GIS具有明顯的國際性特點.在歐洲共同體(EC)和歐空局(ESA)中專門設(shè)立了GIS項目,成員國中涉及政府的大型GIS項目往往需要考慮面向全歐洲,所以國際合作非常頻繁?，F(xiàn)有一些大型洲際系統(tǒng)正在進行之中,如全歐數(shù)字地圖計劃(CORINE)和“歐洲數(shù)字道路地圖”計劃等,都將于近期完成。而東歐地區(qū),由于經(jīng)濟和政治上的原因,GIS應(yīng)用仍處于起步階段。

　　亞洲和大洋洲地區(qū)的GIS發(fā)展非常之快,目前幾乎所有的亞太國家和地區(qū)都在不同程度上開展了G IS研究與應(yīng)用,但是在亞太地區(qū),除了澳大利亞、日本和中國外,很少建立大型系統(tǒng)。另一方面,GIS技術(shù)在亞洲仍處于發(fā)展階段,商業(yè)化軟件較少,而且由于文化背景的不同,特別是由于大多數(shù)國家都是拉西語系文化,管理模式也有差異,普遍缺乏完整的電子數(shù)據(jù),GIS應(yīng)用和普及仍需要具有一段相當(dāng)長的時間,仍存在許多困難,如GIS技術(shù)和流行軟件的“本地化”間題等。特別是對于發(fā)展中國家來說,觀念的更新和社會的理解對發(fā)展GIS格外重要。在1994年3月在香港召開的亞洲GIS/AM/FM/會議上,我國著名專家陳述彭院士和香港大學(xué)Lai博士等就亞洲GIS的文化背景和發(fā)展趨勢作了分析,引起了與會者的極大興趣。亞太地區(qū)是目前世界上經(jīng)濟發(fā)展最快的地區(qū),GIS應(yīng)用存在巨大潛力。特別是對我國GIS應(yīng)用,許多學(xué)者和公司都懷著極大興趣,如Parker等參加此次會議后,立即發(fā)表文章,認為中國是將來GIS應(yīng)用的大“腹地”,存在著巨大的市場,預(yù)示著良好的前景。