地理信息系統(tǒng)的開發(fā)工具及其在地質災害研究中的應用進展 (一)

1、地理信息系統(tǒng)的開發(fā)工具及其在地質災害研究中的應用進展 (一)摘要： 地理信息系統(tǒng)技術（GIS）已經(jīng)廣泛滲透到了多種學科領域，從比較簡單的、單一功能的、分散的系統(tǒng) 發(fā)展 到多功能的、共享的綜合性信息系統(tǒng)，并向多媒體GIS、智能化、三維、虛擬現(xiàn)實及 網(wǎng)絡 方向發(fā)展，新興的地理信息系統(tǒng)將運用專家系統(tǒng)知識，進行 分析 、預報和輔助決策。本文介紹了地理信息系統(tǒng)的開發(fā)工具，從專業(yè)開發(fā)工具的組成結構上，可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網(wǎng)絡GIS等幾個主要類別； 總論文結 了地理信息系統(tǒng)在地質災害 研究 中的 應用 及其在地質災害評價和管理、地質災害的危險度區(qū)劃評價和GIS與專家系統(tǒng)的集成

2、應用的進展態(tài)勢。 關鍵詞： 地理信息系統(tǒng) 集成式GIS 模塊化GIS 組件式GIS 網(wǎng)絡GIS 地質災害 1地理信息系統(tǒng)的基本概念 地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System，GIS) 是介于信息 科學 、空間科學和地球科學之間的交叉科學與新技術學科，它是 計算 機科學、遙感技術、信息工程與 現(xiàn)代 地學 理論 和 方法 的有機結合。地理信息系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、地圖的可視化和地理信息的空間分析的計算機系統(tǒng)，處理的數(shù)據(jù)是具有地理特征和表征地學現(xiàn)象之間空間關系的屬性數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)的主要功能有：采集、存儲、管理、檢索、查詢、分析、顯示和輸出多種數(shù)據(jù)1，2，進行數(shù)據(jù)

3、維護與更新、區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預測3等。地理信息系統(tǒng)，按其 內(nèi)容 可以分為三大類 4 ： (1)專題信息系統(tǒng)，它是具有有限目標和專業(yè)特點的地理信息系統(tǒng)，為特定的專門目的服務，如水資源管理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)和水土流失信息系統(tǒng)等。(2)區(qū)域信息系統(tǒng)，主要以區(qū)域綜合研究和區(qū)域的信息服務為目標，可以有不同的規(guī)模，如加拿大國家地理信息系統(tǒng)和我國黃河流域信息系統(tǒng)等。(3)地理信息系統(tǒng)工具，它是一組具有圖形圖像數(shù)字化、存儲管理、查詢檢索、分析運算和多種輸出等地理信息系統(tǒng)基本功能的軟件包。地理信息系統(tǒng)的任務，就是對地球表層人文 經(jīng)濟 (包括人類工程活動)和 自然 資源及環(huán)境多種信息進行

4、綜合管理與分析。2 地理信息系統(tǒng)的開發(fā)工具 近年來 GIS應用系統(tǒng)發(fā)展迅猛，GIS工具軟件版本也不斷更新升級，比較鮮明的發(fā)展動向有5：(1)各GIS軟件工具廠商在優(yōu)化性能的同時，重視發(fā)展Internet 上的GIS；(2)更換開發(fā)語言和開發(fā)模式，更換或擴展到Windows NT 平臺；(3)在空間數(shù)據(jù)庫管理方面，客戶/服務器體系結構仍是GIS 軟件追求的目標；(4)除了屬性數(shù)據(jù)外，人們也希望圖形數(shù)據(jù)采用關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或面向對象的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；(5)理論研究方面，時空數(shù)據(jù)的處理及其三維或四維GIS仍然是一個研究熱點；(6)為了進行空間數(shù)據(jù)共享和交換，各國都制定了空間數(shù)據(jù)的交換格式；(7)元

5、數(shù)據(jù)(Metadata)的記錄、處理與標準也是GIS技術發(fā)展的一項重要內(nèi)容；(8)對GIS軟件 影響 較為深刻的技術還有組件對象模型(COM)，軟件廠商已由原來向用戶提供系統(tǒng)轉為提供對象類型庫或ActiveX控件。在地理信息系統(tǒng)的發(fā)展過程中， 目前 已出現(xiàn)了大量的 GIS系統(tǒng)專業(yè)開發(fā)工具。從這些專業(yè)開發(fā)工具的組成結構上，可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網(wǎng)絡GIS等幾個主要類別6。（1） 集成式 GIS集成式 GIS指集合各種功能模塊的大型GIS系統(tǒng)軟件包。ESRI公司推出的Arc/Info，Genasys公司的GenaMap, MapInfo 公司的MapInfo，Auto

6、Desk公司的AutoMap，Maptitude7, MapGIS, MapEngine8, TitanGIS等都是集成式的GIS開發(fā)工具。集成式GIS系統(tǒng)的優(yōu)勢是各項功能已形成獨立的完整系統(tǒng)，提供了強大的數(shù)據(jù)輸入輸出功能、空間分析功能、良好的圖形平臺和可靠性能，缺點是系統(tǒng)復雜、龐大和成本較高，并且難于與其它應用系統(tǒng)集成。（2） 模塊化 GIS模塊化 GIS系統(tǒng)是把GIS系統(tǒng)按功能劃分成一系列模塊，運行于統(tǒng)一的基礎環(huán)境中。Intergraph公司的MGE是具有代表性的模塊化GIS系統(tǒng)。模塊化GIS系統(tǒng)具有較強的工程針對性，便于開發(fā)和應用。（3） 組件式 GIS組件式 GIS是隨著近年來計算機軟

7、件技術的發(fā)展而產(chǎn)生的，代表了GIS系統(tǒng)的發(fā)展潮流。組件式GIS具有標準的組件式平臺，各個組件不但可以進行自由、靈活的重組，而且具有可視化的界面和使用方便的標準接口。組件式GIS平臺的核心技術是Microsoft的組件對象模型（Component Object Model，簡稱COM）技術9，新一代組件式GIS大都是采用ActiveX控件技術來實現(xiàn)的，如Intergraph 公司推出的Geomedia，ESRI公司推出的MapObjects, MapInfo公司推出的MapX，中科院地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心開發(fā)的ActiveMap, 北京靈圖公司開發(fā)的三維虛擬現(xiàn)實地理信息系統(tǒng)VRMap等。這類GIS

8、系統(tǒng)提供的是為完成GIS系統(tǒng)而推出的各種標準ActiveX控件和類型庫（Type Library）,使GIS系統(tǒng)開發(fā)者不必掌握專門的GIS系統(tǒng)開發(fā)語言，只需熟悉基于Windows平臺并且支持ActiveX控件技術的通用集成開發(fā)環(huán)境，了解組件式GIS各個控件（包括對象）的屬性、方法和事件，就可以實現(xiàn)GIS系統(tǒng)。所以，組件式GIS在系統(tǒng)的無縫集成和靈活方面具有優(yōu)勢，從一定意義上講，它代表了GIS系統(tǒng)的發(fā)展方向。（4） （ 4）網(wǎng)絡GIS（Web GIS）進入上世紀 90年代后期，信息技術迅猛發(fā)展，新的信息技術層出不窮。隨著電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、Internet三網(wǎng)融合步伐的加快和第二代Interne

9、t技術的日趨成熟，Internet正日益成為信息化 社會 人們聯(lián)系、交流、獲取信息的重要工具。Internet技術改變著世界。戈爾所倡導的“數(shù)字地球”概念引起了人們廣泛的關注，Internet環(huán)境下的空間信息處理技術也愈來愈受到重視，它把多維虛擬現(xiàn)實技術(Virtual Reality)、計算技術、遙感技術(Remote Sensing)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)(Global Position System)、網(wǎng)絡技術等作為主要的技術支撐系統(tǒng)。GIS的網(wǎng)絡化應用趨勢已成為必然。Web GIS 是指基于Internet平臺的地理信息系統(tǒng)，又稱為因特網(wǎng)GIS（Internet GIS）。Int

10、ernet技術的發(fā)展，使地理信息系統(tǒng)發(fā)生了質的飛躍，對傳統(tǒng)意義上的GIS帶來了極大的沖擊，導致了Web GIS 時代 的開始。以單機或局域網(wǎng)為操作平臺的工作模式終將被Internet 操作平臺所取代。利用這種新方法，從 WWW的任意一個節(jié)點，Internet的用戶都可以瀏覽到Web GIS站點上的地理數(shù)據(jù)，制作專題圖件，進行空間查詢檢索以及空間分析，地理數(shù)據(jù)的概念已經(jīng)擴展為分布式、超媒體特點的、相互關聯(lián)的數(shù)據(jù)，使GIS進入千家萬戶。終端用戶可以在任何時候、任何地點共享、使用各GIS服務商或政府機構提供的空間信息、應用服務。通過一個簡單的瀏覽器就可以訪問經(jīng)過復雜的專業(yè)GIS分析產(chǎn)生的簡潔、直觀的

11、結果。可以交互式訪問動態(tài)更新的地圖網(wǎng)址，在Internet網(wǎng)上完成單機系統(tǒng)常見的各種基于地圖的GIS信息查詢功能。另外，Internet與組件對象模型技術相結合，進一步發(fā)展了基于分布式組件模型的Web GIS。空間數(shù)據(jù)庫供應商在服務器上存儲數(shù)據(jù)的同時，根據(jù)數(shù)據(jù)元的格式安裝操縱該數(shù)據(jù)的控制，用戶在網(wǎng)上可調用不同的控件和數(shù)據(jù)，在本機或某個服務器上進行分布式組件的動態(tài)組合和空間數(shù)據(jù)的協(xié)同處理與分析，完全實現(xiàn)遠程異構數(shù)據(jù)的共享。已經(jīng)有一些公司推出了 Web GIS，如AutoDesk公司的MapGuide，MapInfo公司的MapInfo ProSever，Intergraph公司的GeoMedia Web Map，ESR