地理信息系统技术开发、应用与产品化
作者:钟耳顺
地理信息系统技术(GIS)在我国已经广泛应用,在资源环境及设施的管理和规划中发挥着日益重要的作用,并且逐步形成为一门新兴的信息产业。随着21世纪的来临,一个新型的信息社会和空间时代即将展现在人们面前,
地理信息技术将在国民经济建设中将发挥更加重要、更加积极的作用。
信息经济已经成为当今世界经济发展的重要特征之一,信息技术和信息产业的国际竞争日益激烈,我国GIS产业正面临着严峻挑战。 正确认识GIS技术的发展动向,开发产品,推广应用,发展产业,增加国际竞争能力,才能立足于世界信息技术发展的潮流之中。
一、
地理信息技术的发展与开发对策
GIS技术已经进入一个新的发展时期,从技术上和应用上,都已经达到了一个新的阶段,它的社会作用和影响,以及所涉及的法律规章,不断扩大。正确认识GIS的作用和掌握这一技术的发展动向,是我们制定技术和产业政策,以及组织技术开发和产品化的重要前提。
1、GIS是信息技术(IT)的重要组成部分
过去,GIS往往被认为是一项专门技术,其应用主要限于测绘、制图、资源和环境管理等领域。随着技术的发展和社会需求的增大,GIS应用日趋广泛,它不但在资源和环境管理与规划中成功应用,而且是设施管理和工程建设的重要工具,同时,还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育,乃至人们的日常生活领域之中。GIS的社会地位也发生了明显的变化,它和数据库、信息处理、通信等技术一样,已经成为信息技术(IT)的重要组成部分。
GIS是一门综合性技术,它已经与其他技术相互融合。GIS的应用需要利用和集成其他技术,同时,其它信息技术的应用也需要GIS。
在北美和西欧一些国家,GIS已经被纳入IT之中,在政府的统计和法律文件中,给予了GIS明确的地位。甚至一项
地理信息标准,需要由国家首脑颁布法令加以实施。在联合国,也设立了专门机构和召开了专门会议讨论GIS的应用。
我们在探讨GIS产品化途径和制定产业政策时,必须把GIS与IT结合起来加以考虑,把发展GIS视为与数据库等技术一样重要。同时,在技术上,发展GIS必须符合信息技术潮流。
2、GIS的技术走向与产品化对策
发展我国GIS技术,开发我们的GIS产品,需要了解和预测国际GIS的发展趋势。了解和预测技术的发展,就必须了解和掌握国际大型GIS公司的发展动向,看看它们在做什么,在想什么。当然,“预测未来的最好办法是把它创造出来” 。也就是说,在跟踪的同时,开发自己的产品,使自己产品有一个高的起点。
近年来,计算机技术飞速发展,特别是软件技术的发展,促使GIS技术发生了很大的变化。国际GIS技术的发展趋势,主要体现在两个方面,一是技术的综合(Integration),二是软件技术的分化(Fractionation)。
(1)综合(Integration):GIS技术的综合,主要体现在GIS与其他信息技术的结合之上,我们常常所说的“3S”,或GIS、遥感和
GPS的一体化,就是技术综合的体现。然而,现在的GIS已经远远超出了这些,它已经与CAD、多媒体、通信、Internet、办公自动化、虚拟现实等多种技术结合,形成了综合的信息技术。这一点,已经被许多从事不同业务的公司所重视。综合是GIS技术开发和应用值得注意的重要方向。GIS与有关信息技术结合见表1
表1 GIS与几种信息技术结合简要
GIS- CAD
CAD为计算机辅助制图和设计,是一门空间设计技术,用以设计地球;GIS是一门空间管理技术,用以管理地球。二者结合将为我们提供一个设计和管理地球的工具。
GIS-遥感
早期的体, MS Song" size=3>GIS往往与遥感是联系在一起的。广义地讲,遥感是GIS的重要组成部分,作为GIS的一种重要信息源。同时,GIS的应用也提高了遥感的数据提取和分析能力。随着高精度遥感的发展和遥感动态网络的出现,GIS与遥感的结合会更加密切。
GIS -
GPSGPS被认为是21世纪影响人类社会12大技术之一。然而,
GPS离不开GIS,必须与GIS结合。特别是智能化汽车和道路系统(IVHS)的建设,将为GIS和
GPS应用开辟新的途径。
GIS-Internet技术
基于Internet技术的GIS,即WebGIS已经成为GIS技术发展的重要动向,利用WWW发布空间信息和提供各种应用,是GIS进入千家万户的重要途径。
GIS - 多媒体技术
GIS也是一种重要的媒体。GIS与多媒体结合已经成为现实,在多媒体系统中嵌入GIS功能,或在GIS系统增加多媒体功能,极大地增强了二者的功能。
GIS - 虚拟现实技术
GIS与虚拟现实技术结合,提高了GIS图形显示的真实感和对图形的操作性。
(2)分化(Fractionation):GIS软件的发展经历了从早期的功能处理模块,发展到组件式GIS和Web GIS的过程(见表2)。目前,组件式GIS和Web GIS已经成为许多大型GIS公司产品的开发方向。组件式GIS的最大好处是能够使GIS功能嵌入其它软件,或将其它软件功能引入到GIS中来。Intergraph称该公司已经进入组件式GIS的时代,其Jupiter计划,正在移植和开发多种组件式GIS。ESRI在组件式GIS方面也作了新的探索,推出了以MapObjects为代表的新一代GIS。MapInfo公司也不示弱,投入巨资开发MapX,具有很好的发展前景。
我国近期也有类似软件推出,如MapEngine和我们开发的ActiveMap等都是很好的例子。在软件开发方面,我们认为组件式GIS是一个重要发展方向,它将对套装软件形成极大的冲击。同时采用组件式GIS,对于更好地组织软件开发,发挥各单位的优势,根据分工开发不同的功能组件,对于尽快推出我国的GIS软件,也是一种好的技术途径。
表2 GIS软件发展模式
(1)
模块式GIS
Module
(2)
包式GIS
Package GIS
(3)
核心式GIS
Core GIS
(4)
组件式GIS
Components GIS
(5)
网络式GIS
Web GIS
(6)
GIS语言
GIML
Web GIS已经是当今GIS技术发展的重要方向,成为GIS竞争焦点。世界各大GIS专业公司相继推出了各自的产品,如Autodesk公司的MapGuide,ESRI公司的Internet Map Server,Intergraph公司的GeoMedia Web Map,MapInfo公司的ProServer以及Bentley公司的Model Server/Discovery 等,都希望抢占市场。然而,这些软件还不完善,留给人们的机会很多。我国许多GIS专家和单位都注意到这一新的发展,也在致力于发展自己的WebGIS,我们应该抓住这一时机。
GIS发展的下一阶段也许是GIS造型语言(Geographic Information Modeling Language)。超文本语言(html)和虚拟现实造型语言(VRML),能够在Internet上很好的描述和表达文字、多媒体和图形。预计很快发展类似的语言,将对GIS产生巨大的影响。
在跟踪国际GIS发展动向的同时,我们结合研究任务,利用Visual C++(5.0),在Windows NT/95平台上开发了一套组件式GIS—ActiveMap。这套系统已经在“香港综合
地理信息系统”和“南宁市土地信息系统”等项目中成功应用。组件式GIS与传统GIS比较具有很多优点。首先它能够嵌入到其它软件和其它任务之中,可以利用Visual C++,Visual Basic和Delphi等软件进行集成,无须专门的开发语言,系统集成和开发非常便利。同时,ActiveMap还具有显示速度快和功能灵活等特点,可以将遥感、多媒体等功能加入系统,并具有
GPS接口。我们正在着手开发基于Internet的GIS系统,力争尽快形成产品。
二、
地理信息系统技术的产品化
GIS是一个非常大的市场,全球GIS的产值(包括软件、硬件、数据和服务)已经接近100亿美元。根据位于美国加州San Jose的Dataquest公司于97年11月份发布的统计数字,美国1996年GIS软、硬件和服务产值为28亿美元,数据产品未能统计在内。各公司所占份额,以Intergraph为第一位,共5.9亿美元,Sun Microsystems为第二位,2.3亿美元,Digital公司为2.2亿美元。ESRI仅提供软件,其产值已达1.9亿美元。
我国GIS的产值无法统计,据初步估计,每年市场规模已接近千万美元。随着我国信息产业化进程的加快,GIS的市场会不断增大。
根据国际权威信息评估机构的划分,GIS产业对象主要包括下列七个方面:
硬件;
软件;
数据采集与数据转换;
电子数据;
遥感信息获取与处理;
系统开发与集成;
咨询与技术服务。
从现阶段来说,我国GIS产品主要集中于软件和数据。GIS产品是产业的重要部分。GIS产品化包括市场调研、投资、技术开发、产品包装、技术文档、宣传广告、销售和服务体系的建立等过程。从技术的角度看,我国已经基本具备了研制GIS软件的能力。在软件开发方面,我们也已起步,如MapGIS等具有我国版权的产品已经取得了好的成绩。但是,总体上我国的GIS产品开发与市场需求有较大的差距,仍然处于研究式模式。在软件的市场化,包括产品包装、培训与维护,还没有形成体系,这方面的工作仍有待GIS界共同努力。
另一方面,我国GIS软件的开发应该参照国际上成功做法,如第三方厂商产品的开发,尽可能开展国际合作,使我们的产品进入国际市场,到国际市场去检验。同时,我国的GIS软件认证和标准也需要与国际接轨。
另外,发展自己的产品不应该仅仅局限在套装软件上。如印度,并没有开发象样的套装GIS软件,但是他们为西方,特别是美国开发了许多软件模块,同时还承接了大量数据库工程。如今,美国ESRI公司的大多地图数字化和数字录入工作都由印度人承揽。在印度,有“电子移民”的说法,即在国内干着国外的工作,通过Internet把结果传到对方,拿国外的工资。我们可以适当做一些这方面的工作,有利于提高人员素质和在工程管理上与国际接轨。
GIS技术的一类新型产品是以网络或者CD-ROM的方式,提供数据、软件和模型一体化的系统,这类系统在城市、资源环境等领域有很大的市场,是未来重要的一类GIS产品。
三、
地理信息技术的应用与推广
国际上GIS应用得到了非常高的重视,应用面不断扩大。国际上GIS应用有两个值得注意的方面,一是面向大型项目,二是面向公众。在大项目方面,如美国内务部土地管理局的自动土地与矿产资源系统(ALMRS)和森林局615项目,仅软件和硬件的耗资就高达12亿美元。美国海军的海图计划,建库的费用也在数亿美元以上。
另一方面,GIS的应用已经走向公众,通过网络将空间信息传至千家万户,如美国已有城市试验通过电视有线网向公众发布城市等空间信息。香港地政署与旅游协会(TA)也正在着手建立香港旅游信息系统,该系统的基础数据直接来源于地政处的大型数据库,旅游信息则由旅游协会(TA)所提供,计划首先在尖沙嘴等旅游热点安装触摸屏,游客可以通过它直接了解香港地理和旅游信息。
GIS应用最为值得注意的动向是GIS功能的变化。GIS的应用过去只是限于管理方面,随着信息技术的发展,GIS已经逐步进入控制阶段。如位于美国
西雅图波音公司附近的一家名为欧米嘎的小型飞机制造公司,主要生产小型无人驾驶飞机,它通过GIS、
GPS和通信等技术的集成应用,可以在地面由一个GIS系统直接控制飞机的飞行,达到全自动的环境监测、灾害跟踪和侦察等目的。
虽然,在北美和西欧等发达国家,GIS应用已经形成一定规模,但是,应用深度并没有达到理想的程度,大多GIS也只是停留于制图,其分析和辅助决策的功能并没有得到应有的发挥。如在洛山矶和南加州数十个城市的市政局中,几乎都设有制图部门,都采用了GIS技术和安装了GIS系统,这些系统往往只是满足于制图,并没有与自70年代起就建立起来的人口和户籍数据库连接起来,难于进行分析和辅助决策支持。
从我国目前GIS应用情况看,总体水平是比较高的,而且存在着巨大的应用潜力,对GIS的需求将不断增加。我国GIS的应用,首先是在科研部门和测绘与资源环境等领域,然后在城市规划等部门展开,在农林业方面也已开始,现在已经扩展到土地管理、设施管理、军事和商业等领域。可以说,土地管理和设施管理是近几年我国GIS应用的热点,随后,商业GIS将是一个新的热点。
我国GIS应用正在进入到一个需求旺盛期,早在市场发育的初期阶段,政府主管部门、研究部门和业界均已注意到,我国GIS应用需要加以引导。目前,我国已经建成的GIS应用系统估计在数百个,百万元至数千万元级的系统,也有数十个之多。我国GIS应用已经初步形成一个多层次、不同规模、不同尺度的应用局面。从我们的实际工作中体会到,我国工程级的大型系统的建设和应用,仍有一些问题需要加以注意。
应用部门的观念问题。尼葛洛庞帝在《数字化生存》一书中说过,比特总是要代替原子的,这是无法逆转的。但就目前我国的普遍水平说,大多数人仍然愿意停留于“原子水平”,停留于“纸”张上,不易接受数字化的计算机,发展GIS仍需要有一个阶段。此外,个别单位把GIS或新的东西,当成装门面的玩意,并不是从应用着想,系统建设常常出现一时的热度,未能使其发挥应有的作用和效益。所以,要建设好系统和要发挥系统的作用,很大程度上需要单位领导切实转变观念,跟上信息时代的步伐,需要对系统建设和应用给予高度重视。
规范性问题。标准和规范是GIS技术的重要内容,这里所说的规范性,是指系统建立过程的规范性。目前,从标书的制定、用户需求调查、系统方案的审定到系统开发和实际应用这一过程,仍没有规范可循。用户往往不知道自己所要达到的具体目标,开发者也不清楚具体业务要求,许多问题都处于不明确之中。往往一个系统的开发过程也是一个不断磨合的过程,造成很大的混乱和浪费。我们认为,各行业有必要尽快制定行业GIS工程规范。就GIS的用户分析、系统设计、数据库建设、系统开发、应用和效益分析,作出明确的规定,用以指导系统建设。
我国GIS系统建设的另一个问题是系统建设周期太长。一个系统从规划到启动,到系统建设和完成,往往需要2-3年以上的时间,在这个过程中,软件、硬件技术发生了很大变化,如果系统设计缺少一点前瞻性,往往系统刚建起来就过时了。系统建设是无形的,时间长了,难以得到单位领导和同事的认同与支持。从经济的角度讲,这也不利于发挥GIS的效益。
系统的综合应用和深化应用,也是系统建设的重要问题之一。在一些城市,一个部门建立了系统,建立了基础空间数据库,应该让其发挥作用,使更多的部门得以应用。但是,人们往往习惯于部门封锁状态,一些城市同时建立两套以上类似系统的情况,大有存在,这样既造成重复建设的浪费,也不利于提高系统应用的水平。如何使GIS发挥其最大作用,或者,将GIS建在什么部门,本来就是一个课题,国外早有研究。我们认为,香港地政署的LIS是一个很好的模式。它集中了城市各种比例尺的空间数据,尽可能地提供给政府和公司等各用户。这样做,能够既能保证数据质量和规范性,又体现了高时间效率和高经济效益。
目前,从研究和开发者的方面讲,需要提供尽可能完善的系统原型,使用户能够直观认识和体会到系统的功能和适应性。大多数研究和开发单位,在应用系统完成后,至多是做一个演示系统,并没有把它加以包装和完善,使其成为一个好的系统原型,提供给其他用户参考。建议有关部门支持一批系统原型的建立,这将对GIS的推广将起到很大的引导和检验对比作用。
发展我国GIS急需咨询业务。现在,用户建立系统往往比较盲目,缺少咨询,缺少比较、缺少参考系统和系统建设经验。用户需要建立系统时往往只是直接与开发单位打交道,如何设计系统和制定系统的建设目标,只能由双方商议确定。有必要尽快建立起我国的GIS咨询业务,为用户提供系统咨询和人员培训等服务。