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摘 要： 介绍了GIS产业发展和基础软件研制的历程和现状，提出目前地理信息科学发展的阶段性成果、技术体系、目前学术研究和发展的趋势，以实现地理空间信息在自动化、时效性、可靠性方面满足社会的需要。
关键词： GIS；产业；技术体系；研究方向
如前所述，我国GIS发展到20世纪90年代中期，特别是进入21世纪以来，随着信息技术本身的发展和社会信息化的深入，社会对地理信息的需求不断增加，特别是在解决资源环境、人口、灾害等全球和区域关心的重大问题中，迫切需要国家的、区域的和局部的地理信息系统作为规划、监测、管理和决策的依据，并且通过应用和实践，GIS技术已逐步被市场所认识和接受，已在我国拓展到许多行业和领域，形成一门新兴的独立产业。
GIS作为一门独立的产业，根据国际权威信息评估机构的认定，其产业对象主要包括软件、硬件与网络、数据采集与处理、电子数据、遥感信息获取与处理、系统开发与集成、培训与咨询服务七大部分。其中，软件是GIS产业的核心，是各种系统建设的技术支撑，对产业发展具有很大的带动作用；数据，特别是关于地球表面的地理数据，具有区域性、多维性和时序性，是连接各种信息形成一个时空连续分布的综合信息的基础框架。在GIS产业中，对于系统建设所广泛涉及的基础性空间数据和属性数据，如数字正射影像、数字高程模型、行政边界、地名、道路、水系以及大地控制点数据等，它们是构成GIS产业稳步发展的基础；培训与咨询服务，它贯穿于系统建设和系统应用的整个过程，是保证GIS产业可持续发展的重要组成部分，特别是当GIS产业进入一个以服务为主体的阶段时，服务在GIS产业中的作用就更加突出和重要。
我国GIS产业的形成与发展是市场需求的必然结果。然而，政府有关部门对GIS产业的高度重视，以及出台一系列鼓励高新技术的政策，对于发展我国GIS产业起到了至关重要的作用。早在20世纪90年代初期，国家测绘局将GIS列为行业的支柱性技术，全面推动传统测绘的数字化。20世纪90年代中期，国家计委和国家科委等有关部门启动了数项大型信息工程建设“国家环境保护网络和信息系统”等，GIS的投入高达数百万美元。同期，国家计委、国家科委和国家测绘局联合召开了“地理信息产业发展战略国际研讨会”，会后几个部门联合向国务院提交了有关的建议报告。1997年12月，国家科技部在北京召开了全国GIS产业化工作会议，来自全国科技、测绘部门和产业部门的代表数百人参加了会议，探讨我国GIS产业的发展战略、相关政策和具体措施。这次会议是我国GIS产业真正形成的重要标志，并对进一步推动我国GIS产业的健康和快速发展具有重要的意义。这里特别值得提出的是，1995年科技部决定，通过从1996年开始的国家“九五”科技攻关计划，推动我国GIS技术的研究与产品开发，进而形成和发展我国的GIS软件产业。其中，“九五”期间，在科技攻关计划中安排了近2 000万元的项目经费，在“十五”的头两年，科技部在“863”计划和科技攻关计划中又安排支持GIS有关的技术创新研究和产品开发经费超过了4 000万元，为推进我国GIS产业和软件开发创造了良好的环境和条件。
目前，我国GIS市场与产业现状。首先，在GIS技术的应用方面，据不完全统计，已经在城市、土地、交通、国防、设施管理、电力、水利、农业、林业等众多行业得到成功的应用，并已进入电信、商业旅游以及大众信息服务业等领域。其中，城市方面的GIS应用系统约占全国的70％，全国约有100个以上的城市已经或正在建立各种类型的GIS应用系统。在GIS产业的三大市场主体中，政府部门（包括军事和安全部门）是GIS的重要用户，企业是正在发展的GIS用户（如商业、设施管理、交通、电力、电信等行业），大众信息服务是目前刚刚启动的具有应用前景的用户（如教育、娱乐、咨询等）。其次，在GIS软件产业方面，我国的GIS软件产业已经初步形成，国产GIS软件的市场业已初具规模。自20世纪80年代初开始，国内有相当多的大学和研究所着手进行GIS软件的开发，但是早期开发的GIS软件比较注重其基本功能。20世纪80年代末掌握了GIS核心以后，开始注重软件的基本性能，力求软件功能通用、性能稳定、操作简单，并开始逐步进入商品化阶段。从我国完成的4次GIS软件测评中，可以大致看出我国的GIS发展水平（测评结果略）。
中国GIS软件测评从1996年开始走过了7年的历程，每次测评都是对我国GIS软件产业发展的有力推动，已经形成我国国产中小型GIS平台软件产品的技术水平与国外同类软件基本相当的发展格局，这些具有相当实力的平台及GIS软件产品有MAPGIS、GeoStar、Supermap、GROWS－BASE等。与此同时，国内也出现了一批高水平的GIS专项软件，例如GeoWay、FiberStar、Miragepro、MapCAD、SuperMap IS、Geo－Beens、GeoSurf、灵图GPS等，国家科技部遥感中心曾经对我国GIS产业进行评估，认为我国主要国产GIS软件销售和技术服务产值在2000年为2.5亿元，带动产业达13亿元，更加可喜的是，国产GIS软件正在走出国门、走向世界。根据中国软件行业协会2000年资料，我国GIS软件市场占整个软件业的 2.2％，GIS软件服务业为2.7％，大体反映了我国GIS软件市场的总体规模。在从事GIS的企业方面，我国GIS公司发展迅速，根据中国科学院地理信息产业发展中心的调查和分析，估计我国提供GIS开发服务的单位有数千家之多，以GIS为主业的公司不少于1 000家。我国早期GIS软件的研发主要是以科研院所和高等学校为主体，如中国科学院遥感应用研究所开发的GIS软件系统，中国林业科学院资源信息研究所开发的ViewGIS，中国科学院地理研究所重点实验室的GIS软件系统，北京大学研制的Spaceman，南京大学研制的统计制图系统，武汉测绘科技大学研制的Mapkey，中国地质大学的MAPCAD等。20世纪90年代末期，我国GIS软件开发开始走向市场化，以公司为主体进行组织与运作。在GIS软件国际化方面，随着我国加入WTO，我国的GIS软件国际化也已起步，如武汉适普公司的VirtuoZo等产品已推向日本和美国等国际市场，北京超图公司的SuperMap系列产品已进入日本和中国香港及中国台湾等地区，为我国GIS软件走向国际市场奠定了初步的基础。
但是，必须看到，我国GIS产业虽然取得了突破性的进展，但如果与世界上GIS产业发达的国家相比较，无论产业规模或软件业的比重，我们还有很大的差距。现有的GIS产业也还存在着诸如数据资源不足、标准不全、专业应用模型缺乏和市场不规范等问题。因此，全面规范市场、加快GIS标准和地理信息共享法的制定，推动以市场为主导的GIS技术的开发，进一步拓展新的GIS应用领域（例如LBS－Location Based Services），积极参与国际GIS市场的竞争等，是加快我国今后GIS产业发展、缩短与世界发达国家GIS产业差距的重要举措。
以上介绍了GIS各个分支在我国所取得的进展，这些进展体现了在GIS这一现代空间信息技术领域所开展的一系列实际工作和所取得的成果，这些实际工作和成果同时促进了GIS基础理论的研究和地理信息科学的发展，具体表现在：地理信息科学的理论框架初步形成、技术体系逐步完善、研究方向进一步明确以及GIS学术研究和学术活动日益活跃等，以下分别作介绍。
GIS是管理和分析空间数据的科学技术，是集地理学、计算机科学、测绘学、空间科学、信息科学和管理科学等学科为一体的新兴边缘学科，因此，它的发展和应用具有多学科交叉的显著特征，也体现当代科学发展的一个明显特点。
李德仁院士指出，由于GIS带有十分明显的面向应用和技术导引的特点，实际上在没有形成地理信息理论之前就广为应用和蓬勃发展起来。国际GIS知名学者、美国加州大学（Santa Barbara分校）教授Goodchild在谈“地理信息科学发展”一文中也曾指出，GIS的技术导引（Technology－Driven）和应用导引（Application－Driven）两大特点丝毫不影响GIS的研究特性和逐步形成它作为一门科学的作用。实际上，正是由于GIS的广泛应用和大量实践的结果，才逐步导致GIS理论框架的形成。
对我国科学家和美国UCGIS所提出的地理信息科学理论框架的方案比较可以看出，这些基础理论问题的提出是地理信息系统技术及应用发展到一定阶段的实际经验的总结，将有力支持地理信息技术的开发和进一步推动地理信息科学的发展。
地理信息科学的技术体系是指贯穿于GIS空间信息采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的一组相关技术方法的总和。它是实现地理空间信息从采集到应用的技术保证，并能在自动化、时效性、详细程度、可靠性等方面满足人们的需要。地理信息科学的技术体系是其学科的重要组成部分，它的建立又依赖于其学科的基础理论及其相关科学技术的发展。我国科学家开展了以下相关技术领域的研究。
（1）软硬件技术。软件和硬件是GIS的核心组成部分。近年来，计算机及其各种输入和输出设备飞速发展，特别是软件技术的发展，促使GIS技术发生了很大的变化。从20世纪60年代中期开始的第一代GIS软件，目前我国科学家正在研讨和设计第四代GIS软件，旨在解决以数据为中心、面向空间实体及其时空关系处理、多维处理和分析决策型的新的设计技术。
（2）空间数据库技术。GIS的操作对象是空间数据，因此空间数据的组织、管理和数据库的建立，不但关系到现实世界的表达，而且关系到系统的功能和效率。空间数据库技术包括数据模型的设计、数据结构的确定和空间数据管理系统实现方法的研究等。空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间关系的描述，它为空间数据组织和空间数据库模式设计提供基本的方法。我国先后采用的空间数据模型有拓扑数据模型、空间实体数据模型和面向对象数据模型等。目前正在研讨和设计基于地球（即使是一部分）的空间与非空间数据一体化存储和处理的新的数据模型，包括真三维空间数据模型组织方案等。
（3）航空航天遥感技术。当代遥感的发展主要表现在它的多传感器、高分倍率和多时相特征，是GIS的一种重要数据源和数据更新手段。同时，GIS的应用也提高了遥感的数据提取和分析能力，进一步拓展了GIS的应用领域。
（4）空间定位（GPS）的技术。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从静态扩展到动态，为GIS的路政巡查管理、车辆全程定位监控、智能交通系统建设和基于定位的服务（Location－Based Service）等，提供了巨大的商机，成为当前GIS应用的新热点。
（5）数据融合技术。包括多源空间数据融合和多尺度空间数据融合。前者是利用计算机技术及不同来源、不同表达方式、不同内容主题的多源信息和数据在一定准则下加以自动综合、处理、分析，从而获取所需信息；后者是针对不同的地学问题，按照一定的标准进行时间优化与空间尺度的结合，即对空间多尺度和时间多尺度的地理空间数据进行融合处理，可以更好地反映地学规律。
（6）数据挖掘技术。空间数据挖掘（Spatial Data Mining，SDM），或称从空间数据库中发现知识（Knowledge Discovery from Spatial Databases），是指从空间数据库中提取用户感兴趣的空间模式与特征、空间与非空间数据的普遍关系及其他一些隐含在数据库中的普遍的数据特征。这些关系和特征可提供GIS的智能化分析，也是构成GIS专家系统和决策支持系统的重要工具，以及促进遥感与GIS的智能化集成。
（7）数据仓库技术。数据仓库概念始于20世纪80年代中期，它存储供查询和知识分析用的集成信息仓库，其信息源具有分布和异构的特点。它具有两个主要功能：一是从各信息源提取出所需要的数据，经加工处理后存储起来；二是能直接在数据仓库上处理用户的查询和决策分析请求，为GIS的联机分析和决策支持应用服务。
（8）宽带网络技术。宽带网络技术是信息基础设施最重要的组成部分。GIS研究者利用该技术可以实施空间数据的发布、GIS软件的下载、网络远程教育和提供公共信息服务平台等，使GIS进入千家万户和实现社会信息化成为可能。
（9）虚拟现实技术。又称灵境技术，是指通过头盔式的三维立体显示器、数据手套、三维鼠标、立体声耳机等，能使人完全沉浸于某种计算机三维场景中，并且人可以操作控制三维图形环境，实现对虚拟世界的体验和交互作用，对地学研究、模拟实验、GIS空间分析和可视化等具有重要的意义。目前这项研究和应用正在我国全面展开。
根据我国科学家和国际GIS科学家提出的地理信息科学理论框架清楚地看出，地理信息科学主要研究在地理学和地球系统科学理论支持下，应用计算机技术对空间数据进行处理、存储、提取以及分析和应用过程中提出的一系列基本问题，如空间实体的表达和建模、空间数据的获取和管理、空间数据的处理和转换、空间信息的查询和分析、GIS应用模型的建构、GIS的系统设计与评价、地理信息标准化研究、空间信息设施基础建设、GIS产品的可视化方法以及地学信息传输机理与空间数据不确定性的研究等。当前的几个热门研究领域如下：
（1）真三维GIS研究。传统的GIS只能处理二维或2.5维的数据，但是许多地学问题或空间实体是三维的，例如建筑物、采矿区、海洋资源、地质构造等，因此如何表达、描述和分析这些三维实体的几何特征和属性特征，成为当前的研究热点之一。真三维GIS的研究内容包括三维数据结构、三维数据的拓扑描述、三维数据的空间操作和分析、可视化表达等。
（2）时空数据模型的设计。GIS中的空间、时间和属性是公认的地理数据和空间分析的三个基本要素，但传统GIS只考虑地理实体的空间特性和属性特性，而将时态特性作为属性信息的一部分而不是作为一个独立的维来表示，难以解决与时态跟踪有关的应用领域，例如资源动态管理、环境监测研究、灾情预报分析等。在现有时空数据模型的基础上，需要进一步进行时空数据模型的形式化定义、时空数据库管理系统和时空数据的可视化研究等。
（3）GIS的网络化与组件化。近年来，随着网络技术的发展以及为了减少网络传输的负担，提高GIS应用软件开发的效率，形成了GIS的网络化（WebGIS）和组件化（COM GIS）的发展趋势。WebGIS是GIS在万维网（WWW）上的实现，由Web服务器、浏览器、页面描述语言（HTML＼VRML）、Web交互程序（Java＼CGI＼ActiveX）和GIS数据库管理器组成。它的出现和发展，将为GIS走进全社会、将空间等重要信息通过网络传至千家万户、为人类造福提供机会。COM GIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能，各个GIS控件之间以及GIS控件与其他非GIS控件之间，可以方便地通过可视化软件开发工具集成起来，形成新的应用系统。它与传统的GIS相比较，具有高效无缝的系统集成、跨语言、跨平台、系统容易维护、成本低和大众化等特点。
（4）开放式地理信息系统的建立。开放式地理信息系统（Open GIS），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，开放式地理信息系统的实现技术是将GIS技术、分布式处理技术、面向对象方法、数据库设计等有效地结合起来，这是当前GIS发展的一个重要任务。
（5）GIS与虚拟现实的结合。如前所述，虚拟现实是地理信息科学技术体系的重要组成之一。有人预测虚拟现实可能成为未来最重要的技术之一，其最终目的是让人们超越真实世界的约束，发挥最大的想象力，创造更加美好的新天地、新境界。因此，美国总统信息技术顾问委员会于1998年8月建议建立“迈向21世纪的虚拟中心”。这里，将虚拟现实技术引入GIS，使GIS用户在客观世界的虚拟环境下将更有效地观察和分析地理实体，进行虚拟地理环境演进中的现象与规律的研究，以及建立虚拟地理信息系统等。
GIS的发展离不开对自身理论和技术问题的不断研究和探索，以及GIS与相关学科专家之间经常的学术交流。在过去的30多年中，我们的GIS专家和科技人员不但在GIS的系统建设、产品开发和应用上取得了丰硕成果，而且在GIS学术研究和学术活动上同样为我国地理信息科学的发展做出了重要的贡献。
（1）在中国GIS学术论文方面，根据清华大学主办的《中国学术期刊》，使用“GIS”和“地理信息系统”检索1987年到1991年文献的题目和关键词，共获得779篇有效的文章记录。按文章的侧重点划分，171篇（21.9％）侧重于技术；411篇（52.8％）侧重于应用；163篇（20.9％）侧重于理论；34篇（4.4％）侧重于其他，如标准问题、法律问题、政策问题、产业问题等。这里统计的时段虽然很短，但是可以看出GIS学术研究内容的广泛性。
（2）在中国GIS学位论文方面，根据《中国学位论文库》，收集了从1987年至1998年中国自然科学领域的博士、博士后及重点高等院校的硕士研究生论文摘要21万多条，约占同期全国毕业研究生的50％。使用“GIS”和“地理信息系统”检索，自1988年至1998年共有564篇完成的学位论文，其中博士论文69篇，硕士论文495篇。按年份统计可以明显地看出，1994年以后，论文数量增长很快。如果按照空间上的分布统计，北京、湖北和江苏占有明显的数量优势，分别约占总数量的30.3％、16.8％和9.7％。如果按照研究主题划分，有165篇（29.2％）论文侧重于研究GIS技术问题，包括软件设计与开发、系统设计、数据库设计、系统集成等；306篇（54.3％）侧重GIS应用，即GIS技术与各个专业应用领域的结合；84篇（14.9％）属于GIS理论性的研究，包括各种空间数据模型和算法、空间误差传播、空间数据语言、人工智能等应用基础理论的研究。
（3）在GIS学术著作出版方面，GIS学术著作的出版与GIS学术论文的发表一样，也呈逐年增长的态势，不但数量大，而且种类多，大致可按类别分为规范研究报告类、标准化指南类、GIS应用工程类、GIS专题研究著作类、数字地球基础丛书、当代科学前沿丛书、地理信息系统科学基础丛书、3S丛书、高等学校各类教材、各大学地理教学丛书、研究生教学丛书、各类技术咨询与培训教程、国家重点实验室年报、中国地理信息系统协会论文集、中国海外地理信息系统协会论文集、各类研讨会论文集、各类工具书和词典等。
（4）在中国GIS学术活动方面，中国的GIS学术活动，正如王之卓教授1992年所指出的“如果谁想要参加研讨GIS的学术讨论会，那么每个星期总可以找到一个地方去参加”，这反映GIS不但是国际有关科技界研讨的热门话题，同时也是中国有关科技界研讨的热门话题。在中国开展GIS学术活动的主要主持单位有中国GIS协会及其7个专业委员会、中国海外GIS协会、中国地理学会地图学与GIS专业委员会、中国测绘学会地图学与GIS专业委员会及地籍信息系统专业委员会等。除了国内组织的各类GIS学术会议，还积极开展对外学术交流，以及专业科技期刊《地理信息世界》《地球信息科学》《地理与地理信息科学》的发行工作等，充分展示中国GIS学术活动的蓬勃生机和繁荣景象。
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Abstract： This paper introduced the development of GIS and the history and current situation of its basic software.The author showed current development results of geography information science and discussed its current research direction in order to make geography space information to meet the society needs of automatic，effective，and velialle aspects.
Key words： GIS；property；technical system；study direction