摘要：本文从功能上分析了地理信息系统的内涵及其研究内容，并且对最近几年地理信息系统技术发展方面做了简要介绍，如WebGIS、BIM与GIS融合、云计算与GIS的融合等。
关键词：测绘；地理信息系统；建设
1 引言
地理信息系统通过使用计算机建立数据库，将地理环境的属性数据、空间分布情况等信息进行储存、管理和分析。在综合分析各种要素后，通过运用图形学、图像处理、多媒体等技术，形象、直观地将地理空间信息以图形的方式显示出来，并进行交互处理[1]。当前，地理信息系统在测绘、城市规划、资源调查、军事公安、环境保护、灾害预测、水利电力、商业金融等多个领域均得到了广泛应用。本文将重点对地理信息系统技术及其应用方面的发展现状和趋势进行讨论。
2 地理信息系统的功能分析
2.1 数据采集与编辑
数据采集与编辑是建立地理信息系统的基础性工作，如果没有数据的采集与编辑，就不可能创建一个地理实体，更加不可能进行后续的数据存储管理、处理分析以及显示输出。随着相关理论、软硬件环境、通信技术的不断发展，数据采集方式也在不断进步[2]。传统的数据采集方式有手工方式、手扶跟踪数字化方式、纸质地图扫描方式、遥感影像提取方式、野外测量方式（全站仪、GPS）等。从数据采集的发展需求来看，数据采集方式正在想着更加准确和快速两个方向发展。传统的数据采集方式满足了对数据准确性的需求，但是还无法解决快速的问题。随着技术的快速变革，近年来出现了移动测量车、手持采集设备等便携性的采集工具，使得数据采集的速度得到了大幅度的提升。数据编辑功能包括对输入数据进行质量检查纠正以及整饰处理，以使录入的数据满足地理信息系统的各种要求。
2.2 数据存储与管理
地理信息系统使用空间数据库对空间数据和属性数据进行存储和管理。空间数据库是存储在文件系统、关系型数据库管理系统（如PostgreSQL、Microsoft SQL Server、Oracle等）中的各类地理数据（包含矢量数据集、栅格数据集和属性数据等）的集合。在数据组织上，采用分层的方法进行组织管理，空间数据分层原则为：同一图层的图元空间几何特征一致，它们组成共同空间拓扑结构，同一图层的空间实体反映的是同一专题属性信息；图层中图元实体之间没有交叉重叠部分。
2.3 数据空间分析
空间分析是地理信息系统区别于其他信息系统、计算机制图软件的主要特征，体现了地理信息系统的本质。空间分析的对象是一系列跟空间位置有关的数据，包括空间位置数据及相关的属性数据。通过对数据进行空间分析，可以获取到有关地理现象的空间分布、空间演变等新的信息。常见的空间分析有叠置分析、邻域分析、网络分析、空间统计、3D分析、影像分析等。随着人工智能时代的来临，机器学习（包括传统的机器学习以及深度学习）为地理空间分析提供了极其重要的工具，它可以从空间位置、属性值中寻找隐藏的模式，提高影像分类与信息提取的精度。
2.4 数据显示与输出
地理信息数据以及空间分析的结果可以借助计算机屏幕、打印机、绘图仪等设备进行显示和输出。屏幕显示的地图，即电子地图，具有模拟地图所不具有的很多优点，如地图无极缩放、任意形式的要素组合、快速的信息查询检索等。随着计算机技术、信息技术和网络技术的发展，空间数据显示技术也在发生着巨大的变化，目前除了二维地图之外，已经出现了动态三维（地下、地下）表现技术， 也出现了BIM技术、虚拟现实技术与GIS技术的结合。
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3 地理信息系统的发展趋势
地理信息系统是一门交叉学科，它的发展与计算机技术（网络技术、软件工程、数据库技术、多媒体技术）、数学、地理学、测绘学、统计学的发展密切相关。现阶段，地理信息系统与很多新兴技术进行了不同程度的结合与集成，包括位置定位、BIM、大数据、物联网、云计算、人工智能等。这些技术的结合，促成了WebGIS、BIM与GIS的融合、云GIS的快速发展与广泛应用。
3.1 WebGIS
区别于传统的基于C/S架构的桌面GIS，WebGIS是基于网络的GIS，用户只需要一个浏览器即可访问和使用GIS功能。与所有的Web项目一样，WebGIS的前端由HTML、CSS、JavaScript等语言组成，后端一般由地图服务器、业务服务器、数据库等组成。目前主流的前端WebGIS二次开发包有ArcGIS API For JavaScript、OpenLayers、Leaflet等，后端二次开发包提供平台有ArcGIS、MapGIS、SuperMap等。WebGIS由于其跨平台、易用性等天然优点，逐渐成为目前主流的地理信息系统使用方式，为越来越多的用户提供地理信息服务[3]。
3.2 BIM与GIS的融合
BIM（Building Information Modeling），建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息为基础，建立三维的建筑模型并模拟建筑物所具有的真实信息[4]。BIM通过精细化的模型连接了建筑生命周期的全过程，从设计、施工到运维都是围绕BIM来进行的，BIM侧重于建筑物内部的设计与实现。GIS主要研究宏观地理环境，具备挖掘地理信息空间关联、分布规律的能力。GIS为BIM数据提供了强大的空间查询和分析功能，BIM数据则可以成为三维GIS的重要数据来源，能够使GIS的能力从宏观扩展到微观。BIM和GIS技术融合有这广泛的应用领域，包括建筑设计、城市景观规划、室内导航、地热资源传导模拟等。
3.3云计算与GIS的结合
海量数据的存储和处理一直是GIS领域研究的一个重要问题，随着大数据时代的到来，这个问题变得更加突出。云计算的出现为这个问题带来了解决方案。在海量数据存储方面，云计算可以高可靠、高吞吐、可伸缩的数据存储服务；在海量数据处理方面，云计算通过提供可伸缩的计算能力，使得海量空间数据的高性能处理分析成为现实[5]。目前，很多厂商，包括地理数据生产商、GIS平台软件厂商、应用系统集成商都在加紧推出自己的云GIS产品。国外的ESRI公司，早在2012就发布了架构上完全支持云计算部署的ArcGIS Server10.1，目前ArcGIS Server支持的云计算平台包括私有云、亚马逊EC2云平台、微软Azure云平台。国内的GIS软件厂商，如超图公司、中地数码也都推出了各自的支持云计算的GIS平台产品。
4 结束语
地理信息系统近年来快速发展，其技术和应用也在不断变化。计算机科学技术的飞速发展，客观上带动了地理信息系统的发展，为地理信息系统提供了许多先进的技术和手段，比如大数据、云计算、人工智能等技术都可以与地理信息系统技术进行结合并应用到实际中。地理信息系统应用的领域在不断延伸，目前几乎所有行业都可以看到地理信息系统的身影，典型的应用领域有区域规划、灾害监测、土地调查、城市管理、辅助决策等。可以预见的是，地理信息系统在未来几十年中将继续发挥着基础性的重要作用，更好地服务人民生活和经济发展。
参考文献：
[1] 李德仁，邵振峰. 论新地理信息时代[J]. 中国科学（F辑：信息科学）.2013(06):36-38.
[2] 郭宏慧. 地理信息系统的应用现状和发展趋势分析[J].河北农业科学,2014.
[3] 岳隽. 基于Web GIS的铜川区域环境管理信息系统的研究与开发[D].西安理工大学,2002.
[4] 彭雷. BIM与GIS集成的城市建筑规划审批系统设计与实现[D]. 西南交通大学, 2016.
[5] 张建勋，古志民，郑超.云计算研究进展综述.计算机应用研究，2010(2):429-433
论文作者:李逸
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：数据论文; 地理信息系统论文; 空间论文; 技术论文; 方式论文; 数据采集论文; 地理论文; 《基层建设》2018年第28期论文;