GIS的技术瓶颈 gis技术特点

GIS有什么缺点？

基于以上GIS技术现状研究，本文分析认为GIS技术在模型、数据结构等方面存在着不足，这在一定程度上制约了GIS技术的发展。

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首先是数据结构方面存在的问题。目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储，当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差，难以建立地物间的拓扑关系，难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题[2]。

其次是GIS模型存在的问题。传统的GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象，使得人们对地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系，难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。目前，面向对象的数据模型在一定程度上解决了传统GIS数据模型的某些不足，但是还未在市场以及关键任务应用方面被广泛接受，因为它作为一个DBS还不太成熟，缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更新和参数化性能协调等。

还有一些其他方面的问题。当前，GIS正处在一个大变革时期，GIS的进一步发展还面临不少问题，主要表现在以下几个方面：①GIS设计与实现的方法学问题。在GIS设计与实现过程中缺乏面向对象的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致GIS软件系统的可靠性和可维护性差；②GIS的功能问题。当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，不能满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到GIS的应用效益和生命力；③三维GIS模型及可视化问题。目前大多数GIS软件的图形显示是基于二维平面的，即使是三维效果显示也是采用DEM的方法来处理表达地形的起伏，涉及到地底下真三维的自然和人工现象则显得无能为力。

生态环境遥感监测系统存在的问题

我国正处在经济发展的高速增长期，对自然资源的掠夺性开采和不合理利用，使资源、生态和环境问题日益严重，土壤侵蚀，土地退化、沙化，湿地、绿地减少或消失，草场承载力下降等问题已在我国西北、华北、东北大部分地区广泛出现，成为影响我国可持续发展的主要障碍之一。尽管遥感和GIS在生态环境领域已有了大量应用，做了很多工作，但研究的手段还很不完善。前生态遥感监测系统存在的主要问题有:

(1)遥感和GIS不能有机集成。无论使用哪一种图像处理软件进行分类获得专题信息，在图像处理平台下编辑都是很困难的事情。自然界普遍存在同物异谱和同谱异物现象，即使分类精度再高的软件也不可能达到100%的准确，也需要人为编辑修改。其次，图像处理软件仅仅是获取信息的工具，大多数都不具有分析功能，需要到GIS平台下才能进行空间分析，而GIS系统又缺乏遥感影像处理能力，因此给实际工作带来很多困难。如何把遥感和GIS有机结合在一起，成为一个完整的系统，是当前遥感和GIS界一项极富挑战性的任务，是有待进一步研究的领域。

(2)影像信息提取技术是利用海量遥感数据来更新和生成GIS的瓶颈。目前目视解译仍是遥感图像信息提取的主要手段，需要耗费大量的人力操作和长时间的工作周期。新型影像数据的产生也对自动分类技术有着极大的需求。因此，发展自动化提取技术和专家系统技术，将成为未来几年内遥感信息提取研究重要的目标。

(3)生态环境研究多学科、多时空尺度的特点和遥感、GIS技术的引入，使生态环境数据来源复杂多样和巨量化。如果建立大尺度、大比例尺的数字流域系统则更是海量数据，如何组织海量的数据是系统成败的关键。从目前的应用来看，在系统中对数据之间的逻辑关系分析、流程关系分析和数据的图层关系分析还有待进一步研究。

(4)在网络应用环境下，各种软件、工具和数据库不能很好地集成，需要在应用系统框架下取得各项技术及系统集成的整体性突破，而在这一方面研究还比较少。

(5)现有的图像处理和GIS商业软件都是面向专业人员，普通用户很难方便运用。另一方面，研究开发的系统和实际需求差别较大，应用模型开发少，导致建设的系统多，实际运行的少(郁文贤等，2004)。如何构建面向用户，完成从RS到GIS一体化的，操作简单、使用方便的业务化运行系统，推动遥感与地理信息系统的平民化使用，具有强烈的社会需求。

(6)如果没有比较完善的数据和信息共享政策，容易导致盲目的数据壁垒，造成许多数据不能充分利用，或者导致数据采集的低水平重复工作。现在，虽然也开发了许多生态环境数据的Internet网上查询工作，但是并不是所有生态环境数据和信息都可以自由共享，这其中涉及了许多数据和信息所有权和使用权的问题。将生态环境数据和信息进行分类和用户分级，采用合理的数据发布方式，进行多层次数据共享，对于系统的开发和发展都是非常重要的。

地理信息系统发展动态

GIS的兴起得益于计算机辅助地图制图的研究和应用。1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出“地理信息系统”这一术语，并建立了世界上第一个地理信息系统。如今，地理信息系统已进入全面应用与产业化阶段，随着产业的形成和数字化信息产品在全世界的普及，GIS深入到各行各业、千家万户，成为人们不可缺少的工具和助手。据不完全统计，目前能够提供市场的商业化GIS相关软件产品已达200多种，在我国用户众多、知名度较高的主要软件有:ESRI公司的ArcInfo、ArcView，Intergraph公司的MGE、GeoMedia，Maplnfo公司的Maplnfo，Genasys公司的GENAMAP，中国地质大学的MAPGIS、武汉大学的Geostar、中国科学院资源与地理研究所的Supermap等，而其中又以ArcInfo软件功能最为强大。ARCGIS是应用最广泛的一种大型GIS软件，我国早期开发的GIS几乎都是以ArcInfo作为平台。其主要特点为:采用地理关系数据模型，提供极强制图功能、空间操作功能和分析功能;采用模块式结构，提高灵活度并易于扩充;提供宏命令语言AML实现快速编程;提供38种地图投影方式，可在不同投影之间实现坐标转换;开放式的结构，提供直接与多种数据库的接口;兼容性很好，能与25种不同系统的数据格式之间相互转换;独立于硬件，运行于不同的平台;广泛支持当今各种工业标准。但它没有DEM和插值计算，TABLES属性数据处理功能有限，且不具备统计图表分析功能(邹月，2000)。

近年来，随着计算机技术的快速发展，以及遥感技术、数字测绘技术、数据仓库技术、虚拟实景、多媒体技术、三维图形芯片及宽频光纤通讯技术的突破性进展，地理信息系统技术总体上呈现网络化、组件化、集成化、开放性等发展趋势(龚健雅，2004)。

1.基于数据库技术的海量空间数据管理

GIS技术的瓶颈之一就是如何解决海量空间数据管理问题。对于一个区域的GIS系统，其数据量极其巨大，一般达到GB或TB的数据量级。和传统的基于文档的管理方式相比，利用面向对象的大型数据库技术能够有效地解决这一问题。

在面向对象的空间数据库中，海量地图数据的使用变得更加简单，只需建立单一图层，不必再进行分幅处理。如果用户原来的数据源是分幅的，可将其全部存储到一个图层中，数据库将自动对其进行拼接和索引处理，可形成一个完整的图层。应用时，在客户端只需极少量的编程(实际上只是指定数据源)，就可实现对数据库里数据的动态显示。数据库会根据当前地图客户端的显示视野，自动将此范围内的图形检索出来，送到客户端显示。因此，即使在服务器端的数据是GB级的，在客户端的数据量却仅是几十到上百K的数量级，大大减轻了客户端系统的配置需求，并减轻了网络流量，可通过一般的网络(甚至远程)客户端进行访问。

2.网络GIS

信息高速公路的建立极大地方便了世界各地用户之间的信息交换与信息查询。由于GIS系统具有丰富的空间查询、空间分析及属性管理功能，而人们对Internet和GIS系统的需求不断深入，因此把GIS系统与网络技术相融合，利用Internet在Web上发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，形成一种网络化的地理空间集成平台，就成为当前GIS系统发展的必然趋势。与传统的GIS相比，WebGIS具有以下特点:

适应性强:WebGIS是基于互联网的，因而也是全球的，能够在不同的平台上运行。

应用面广:网络功能将使WebGIS应用到整个社会，真正实现GIS的无所不能，无处不在。

现实性强:地理信息的实时更新在网上进行，人们能得到最新信息和最新动态。

维护社会化:数据的采集、输入，空间信息的分析与发布将是在社会协调下运作。

使用简单:用户可以直接从网上获取所需要的各种地理信息，直接进行各种地理信息的分析，而不用关心空间数据库的维护和管理。

目前，网络GIS正在逐步普及，但还处于空间数据查询、浏览、发布与下载阶段，缺少强大的空间分析功能，而且受网络带宽的限制，影响了网络GIS的应用(龚健雅，2004)。

3.组件GIS

GIS基础软件可以定性为应用基础软件，它一般不作直接应用，而是根据某一行业或某一部门的特定需求进行二次开发。目前，大多数地理信息系统都已经过渡到基于组件的体系结构，一般都采用COM/DCOM技术。组件化GIS基于标准的组件式GIS平台，各组件之间不仅可以自由、灵活地重组，而且具有可视化的界面和标准的接口(于向鸿，2005)。组件软件的可编程和可重用特点为系统开发商提供了方便的二次开发手段，在很大程度上推动了GIS软件的工程化开发和大众化应用。组件GIS的特征主要体现在:

(1)高效无缝的系统集成:允许将专业模型、GIS控件、其他控件紧密地结合在统一的界面下。

(2)无须专门的GIS开发语言:只要掌握基于Windows平面的通用环境以及组件式GIS各控件的属性、方法和事件，就能完成应用系统的开发。

(3)大众化GIS:用户可以像使用其他ActiveX控件一样使用GIS的控件，使非专业的GIS用户也能胜任GIS应用开发工作。

(4)开发成本低:非GIS功能可以利用非专业控件，降低了系统的成本。

4.集成化GIS

一方面，以GIS为核心的“3S”(RS，GIS，GPS)集成，使得人们能够实时地采集数据、处理信息、更新数据以及分析数据。遥感是实时获取、动态处理和分析空间信息的先进技术系统，是为GIS提供准确可靠信息源和实时更新数据的重要保证。全球定位系统(GPS)为遥感实时数据定位，提供空间坐标，建立实时数据库。另一方面，地理信息系统技术与其他主流商务应用的集成，并能集成多种空间数据基础，使各种计算机软件彼此沟通、集成应用。GIS已发展成为具有多媒体网络、虚拟现实技术以及数据可视化的强大空间数据综合处理技术系统。

5.开放式GIS

开放式地理信息系统(OpenGIS)，是指在计算机网络环境下，根据行业标准和接口所建立起来的GIS，是为了使不同的地理信息系统之间具有良好的互操作性，以及实现在异构分布式数据库中的信息共享，克服传统GIS软件之间的相互封闭性(黄杏元，2004)。

为了研究和开发OpenGIS技术，1996年在美国成立的开放地理信息联合会研究和建立了开放式地理数据交互操作规程(OGIS，Open Geodata Interoperable Specification)。OGIS是为了寻找一种方式，将地理信息系统技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法更有效地结合起来。基于OGIS规范制订的开放系统模型，是一种软件工程和系统设计方法，这种方法应用于GIS领域，侧重于改变当前GIS模型中特定的应用系统及其功能与它内部数据模型及数据格式紧密捆绑的现状。OpenGIS技术将使GIS始终处于一种组织开放式的状态，真正成为服务于整个社会的产业以及实现地理信息全球范围内的共享与互操作，是未来网络环境下GIS技术发展的必然趋势。