GIS技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

GIS在資源環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用方興未艾，從技術(shù)、地理信息、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的需求等方面分析，在該領(lǐng)域有以下趨勢(shì)及建議：

從事服務(wù)器托管，服務(wù)器租用，云主機(jī)，網(wǎng)絡(luò)空間，空間域名，CDN，網(wǎng)絡(luò)代維等服務(wù)。

應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)端口應(yīng)有專(zhuān)門(mén)化，專(zhuān)業(yè)化方向發(fā)展，在同類(lèi)型同方向的GIS數(shù)據(jù)交流共享方向提供適當(dāng)?shù)姆奖悖越鉀QGIS數(shù)據(jù)來(lái)源和數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證的問(wèn)題。

結(jié)合國(guó)家信息化推進(jìn)工作，以電子政務(wù)相關(guān)工程為基礎(chǔ)，推動(dòng)GIS在資源環(huán)境管理中的推廣應(yīng)用。

信息化建設(shè)已成為我國(guó)各級(jí) *** 及企業(yè)的重要任務(wù)，GIS在以資源、能源、生產(chǎn)、資金等空間綜合配置、優(yōu)化組合為目的的信息化建設(shè)中，可以發(fā)揮應(yīng)有的作用；結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)用工程，推動(dòng)GIS的發(fā)展；

應(yīng)用往專(zhuān)業(yè)化方向發(fā)展，功能由通用管理功能轉(zhuǎn)向資源評(píng)估、監(jiān)督、跟蹤分析等專(zhuān)業(yè)功能方向發(fā)展。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)社會(huì)與資源環(huán)境之間的各方面的矛盾及問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，這些問(wèn)題在時(shí)間和空間上具有諸多的關(guān)聯(lián)性，分析這些問(wèn)題、提出合理的解決方案建議，需要功能更專(zhuān)業(yè)化的GIS軟件系統(tǒng)支持；

支持多源、多尺度、多類(lèi)型集成應(yīng)用的軟件平臺(tái)工具的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

信息獲取技術(shù)的快速發(fā)展和多源化趨勢(shì)，要求資源環(huán)境方面的GIS應(yīng)能夠接收、處理及分析多種來(lái)源、多尺度的地理信息；

促進(jìn)3S技術(shù)集成應(yīng)用，推動(dòng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)及軟件的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)與GIS的集成應(yīng)用已成為GIS軟件發(fā)展的趨勢(shì)之一，而這種應(yīng)用的發(fā)展是在應(yīng)用推動(dòng)的基礎(chǔ)上建立的，針對(duì)特定的應(yīng)用領(lǐng)域的集成化的GIS將成為資源環(huán)境領(lǐng)域GIS的發(fā)展方向，也是系統(tǒng)與業(yè)務(wù)結(jié)合的需要；

開(kāi)展專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)建設(shè)，結(jié)合資源環(huán)境各領(lǐng)域的需求，開(kāi)發(fā)多種專(zhuān)業(yè)化的GIS，如針對(duì)性生態(tài)保護(hù)區(qū)、生態(tài)功能區(qū)、地下水、生物資源等領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)性GIS軟件與管理系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)GIS現(xiàn)狀和對(duì)策

地理信息系統(tǒng)技術(shù)是一門(mén)綜合性的技術(shù)，它的發(fā)展是與地理學(xué)、地圖學(xué)、攝影測(cè)量學(xué)、遙感技術(shù)、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)科學(xué)、信息技術(shù)等有關(guān)學(xué)科的發(fā)展分不開(kāi)的。

GIS的發(fā)展可分為四個(gè)階段：第一個(gè)階段是初始發(fā)展階段，20世紀(jì)60年代世界上第一個(gè)GIS系統(tǒng)由加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlison提出并建立，主要用于自然資源的管理和規(guī)劃；第二個(gè)階段是發(fā)展鞏固階段，20世紀(jì)70年代由于計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是大容量存儲(chǔ)設(shè)備的使用，促進(jìn)了GIS朝實(shí)用的方向發(fā)展，不同專(zhuān)題、不同規(guī)模、不同類(lèi)型的各具特色的地理信息系統(tǒng)在世界各地紛紛付諸研制，如美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、瑞典和日本等國(guó)對(duì)GIS的研究都投入了大量的人力、物力和財(cái)力；第三個(gè)階段是推廣應(yīng)用階段，20世紀(jì)80年代，GIS逐步走向成熟，并在全世界范圍內(nèi)全面推廣，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，并與衛(wèi)星遙感技術(shù)結(jié)合，開(kāi)始應(yīng)用于全球性的問(wèn)題，這個(gè)階段涌現(xiàn)出一大批GIS軟件，如ARC/INFO，GENAMAP，SPANS，MAPINFO，ERDAS，Microstation等；第四個(gè)階段是蓬勃發(fā)展階段，20世紀(jì)90年代，隨著地理信息產(chǎn)品的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，GIS成為確定性的產(chǎn)業(yè)，并逐漸滲透到各行各業(yè)，成為人們生活、學(xué)習(xí)和工作不可缺少的工具和助手。

地理信息系統(tǒng)的研制與應(yīng)用在我國(guó)起步較晚，雖然歷史較短，但發(fā)展勢(shì)頭迅猛。

我國(guó)GIS的發(fā)展可分為三個(gè)階段。

第一階段從1970年到1980年，為準(zhǔn)備階段，主要經(jīng)歷了提出倡議、組建隊(duì)伍、培訓(xùn)人才、組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究等階段。

機(jī)械制圖和遙感應(yīng)用，為GIS的研制和應(yīng)用做了技術(shù)和理論上的準(zhǔn)備。

第二階段從1981年到1985年，為起步階段，完成了技術(shù)引進(jìn)、數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、數(shù)據(jù)處理和分析算法及應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)等環(huán)節(jié)，對(duì)GIS進(jìn)行了理論探索和區(qū)域性的實(shí)驗(yàn)研究。

第三個(gè)階段從1986年到2013年，為初步發(fā)展階段，我國(guó)GIS的研究和應(yīng)用進(jìn)入有組織、有計(jì)劃、有目標(biāo)的階段，逐步建立了不同層次、不同規(guī)模的組織機(jī)構(gòu)、研究中心和實(shí)驗(yàn)室。

GIS研究逐步與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活需求相結(jié)合，并取得了重要進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用效益。

主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：（1）制定了國(guó)家地理信息系統(tǒng)規(guī)范，解決信息共享和系統(tǒng)兼容問(wèn)題，為全國(guó)地理信息系統(tǒng)的建立做準(zhǔn)備。

（2）應(yīng)用型GIS發(fā)展迅速。

（3）在引進(jìn)的基礎(chǔ)上擴(kuò)充和研制了一批軟件。

（4）開(kāi)始出版有關(guān)地理信息系統(tǒng)理論、技術(shù)和應(yīng)用等方面的書(shū)籍，設(shè)立了地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)，培養(yǎng)了大批人才，并積極開(kāi)展國(guó)際合作，參與全球性地理信息系統(tǒng)的討論和實(shí)驗(yàn)。

在科技部等國(guó)家有關(guān)部門(mén)的大力組織和支持下，國(guó)產(chǎn)GIS基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)工作取得了重要進(jìn)展，出現(xiàn)了一批GIS高技術(shù)企業(yè)，開(kāi)發(fā)出了較為成熟的國(guó)產(chǎn)GIS軟件，如MapGIS、GeoStar、CityStar、SuperMap、MapEngine、GROW等，并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

這些國(guó)產(chǎn)GIS軟件以較高的性?xún)r(jià)比，打破了國(guó)外GIS軟件對(duì)我國(guó)市場(chǎng)的壟斷，有力促進(jìn)了我國(guó)地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。

這些年，GIS技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用面從傳統(tǒng)的城市規(guī)劃、土地利用、測(cè)繪、環(huán)境保護(hù)、電力、電信、減災(zāi)防災(zāi)等領(lǐng)域滲透到礦產(chǎn)資源調(diào)查、海洋資源調(diào)查與管理等各方面，取得了豐碩的成果和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)前，國(guó)家有關(guān)部門(mén)正逐步將GIS嵌入到電子政務(wù)系統(tǒng)中。

隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，GIS技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。

GIS系統(tǒng)正朝著專(zhuān)業(yè)或大型化、社會(huì)化方向不斷發(fā)展著。

“大型化”體現(xiàn)在系統(tǒng)和數(shù)據(jù)規(guī)模兩個(gè)方面；“社會(huì)化”則要求GIS要面向整個(gè)社會(huì)，滿(mǎn)足社會(huì)各界對(duì)有關(guān)地理信息的需求，簡(jiǎn)言之就是“開(kāi)放數(shù)據(jù)”、“簡(jiǎn)化操作”，“面向服務(wù)”，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)乃至系統(tǒng)之間的完全共享和互動(dòng)。

下面我們從地理信息系統(tǒng)技術(shù)角度來(lái)討論和分析當(dāng)前GIS的相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)。

1.1 空間信息的獲取、處理與交換地理空間數(shù)據(jù)是GIS的血液，構(gòu)建和維護(hù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)是一項(xiàng)復(fù)雜、工作量巨大的工程，它包括：數(shù)據(jù)的獲取、校驗(yàn)和規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化處理、數(shù)據(jù)維護(hù)等過(guò)程。

GIS處理的數(shù)據(jù)對(duì)象是空間對(duì)象，有很強(qiáng)的時(shí)空特性，獲取數(shù)據(jù)的手段及數(shù)據(jù)的形式也復(fù)雜多樣。

獲取數(shù)據(jù)的基本方式有：野外全站儀平板測(cè)量、GPS測(cè)量、室內(nèi)地圖掃描數(shù)字化、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、從遙感影像進(jìn)行目標(biāo)測(cè)量和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。

這些獲取技術(shù)已基本成熟。

同時(shí)，空間數(shù)據(jù)也具有很強(qiáng)的時(shí)效性，不同的空間數(shù)據(jù)必須進(jìn)行周期不等的數(shù)據(jù)更新維護(hù)，空間數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時(shí)、完整是實(shí)現(xiàn)GIS應(yīng)用系統(tǒng)價(jià)值的前提基礎(chǔ)。

空間數(shù)據(jù)維護(hù)往往涉及跨部門(mén)、跨行業(yè)的多種數(shù)據(jù)格式和多種數(shù)據(jù)類(lèi)型的大量數(shù)據(jù)，提供有效的空間數(shù)據(jù)編輯更新手段是當(dāng)前亟待解決的一個(gè)重要課題。

基于上述信息獲取技術(shù)，在過(guò)去的二十年間，國(guó)家有關(guān)部委和行業(yè)部門(mén)已經(jīng)積累了大量原始數(shù)字化數(shù)據(jù)和相應(yīng)資料，建立了1100多個(gè)大、中型數(shù)據(jù)庫(kù)以及大量的各類(lèi)數(shù)字化地理基礎(chǔ)圖、專(zhuān)題圖、城市地籍圖等。

國(guó)家測(cè)繪局已經(jīng)完成了全國(guó)l：100萬(wàn)、 1：25萬(wàn)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)以及全國(guó)七大江河數(shù)字地形模型的建設(shè)，并啟動(dòng)了全國(guó)l：5萬(wàn)，部分省份1：1萬(wàn)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。

這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有力促進(jìn)了GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，進(jìn)而產(chǎn)生了大量的GIS數(shù)據(jù)。

但由于地理信息系統(tǒng)軟件大多采用不同的空間數(shù)據(jù)模型，以及它們?cè)诘乩韺?shí)體上的認(rèn)識(shí)差異，使得所積累的數(shù)據(jù)難以轉(zhuǎn)換和共享（即使能夠數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，也會(huì)產(chǎn)生信息的丟失），從而形成一個(gè)個(gè)新的數(shù)據(jù)孤島。

制訂數(shù)據(jù)交換的格式標(biāo)準(zhǔn)已成為大家的共識(shí)。

一些國(guó)家和組織已經(jīng)在進(jìn)行這方面的工作，并定義了一些數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如SDTS，OpenGIS聯(lián)盟制訂的GML，另外一些公認(rèn)的數(shù)據(jù)格式如DXF，Shapefile和MIF文件格式等正逐漸成為數(shù)據(jù)交換的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

我國(guó)也在“九五”期間制定了地球空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。

但是由于人們對(duì)空間信息認(rèn)識(shí)和研究成果的制約，還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的地理數(shù)據(jù)模型，因此建立實(shí)用的數(shù)據(jù)交換格式和信息標(biāo)準(zhǔn)將是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜過(guò)程。

1.2 空間數(shù)據(jù)的管理空間數(shù)據(jù)的管理涉及到二個(gè)方面的內(nèi)容：空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

空間數(shù)據(jù)模型刻畫(huà)了現(xiàn)實(shí)世界中空間實(shí)體及其相互間的聯(lián)系，它為空間數(shù)據(jù)的組織和空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)提供了基本的方法。

因此，空間數(shù)據(jù)模型的研究對(duì)設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和發(fā)展新一代GIS系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。

在GIS中與空間信息有關(guān)的信息模型有三個(gè)，即基于對(duì)象(要素)(Feature)的模型、場(chǎng)(Field)模型以及網(wǎng)絡(luò)(Network)模型。

GIS基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的研制和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一直沿用這三種空間數(shù)據(jù)模型，但這些模型在空間實(shí)體間的相互關(guān)系及其時(shí)空變化的描述與表達(dá)、數(shù)據(jù)組織、空間分析等方面均有較大的局限性，難以滿(mǎn)足新一代GIS基礎(chǔ)軟件平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展的要求。

主要表現(xiàn)為：（1） 僅能表達(dá)空間點(diǎn)、線(xiàn)、面目標(biāo)間極為有限的簡(jiǎn)單拓?fù)潢P(guān)系，且這些拓?fù)潢P(guān)系的生成與維護(hù)耗時(shí)費(fèi)力；（2） 難以有效地表達(dá)現(xiàn)實(shí)三維空間實(shí)體及其相互關(guān)系；（3） 適于記錄和表達(dá)某一時(shí)刻空間實(shí)體性狀及相互間關(guān)系靜態(tài)分布，難以有效地描述和表達(dá)空間實(shí)體及其相互間關(guān)系的時(shí)空變化；（4） 沒(méi)有考慮異地、異構(gòu)、異質(zhì)空間數(shù)據(jù)的互操作和分布式“對(duì)象”處理等問(wèn)題。

針對(duì)上述不足，時(shí)空數(shù)據(jù)模型、三維數(shù)據(jù)模型、分布式空間數(shù)據(jù)管理、GIS設(shè)計(jì)的CASE工具等研究已成為當(dāng)前國(guó)際上GIS空間數(shù)據(jù)模型研究的學(xué)術(shù)前沿。

基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

基金項(xiàng)目：國(guó)家杰出青年基金項(xiàng)目（40225006），國(guó)家教育部重點(diǎn)項(xiàng)目（010886），南京大學(xué)985工程項(xiàng)目。

索文斌　王寶軍　施斌　劉杰

（南京大學(xué)地球科學(xué)系地球環(huán)境計(jì)算工程研究所，南京，210093）

【摘要】BOTDR是一種新型的分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)，其分布式、高精度、長(zhǎng)距離、實(shí)時(shí)性、遠(yuǎn)程控制等特點(diǎn)，已逐漸受到工程界的廣泛關(guān)注。由于監(jiān)測(cè)是分布式的，所以得到的數(shù)據(jù)與地理位置具有重要的相關(guān)性。結(jié)合工程實(shí)踐中遇到的具體問(wèn)題，研發(fā)了一套基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文重點(diǎn)論述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，包括設(shè)計(jì)目標(biāo)、技術(shù)框架和特色功能。結(jié)合某隧道 BOTDR監(jiān)測(cè)工程開(kāi)發(fā)的一套相應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測(cè)結(jié)果的可視化、監(jiān)測(cè)信息的對(duì)比查詢(xún)等功能，是一套集智能化分析與決策化管理為一體的多功能管理系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】BOTDR　GIS　分布式光纖傳感器　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1　引言

光纖傳感技術(shù)以其良好的耐久性、抗腐蝕、抗電磁干擾，適合于在惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期工作等優(yōu)點(diǎn)受到越來(lái)越多的工程建設(shè)者和科研人員的重視[～3]。BOTDR(Brillouin Optic Time-Domain Reflectometer）布理淵光時(shí)域反射計(jì)，作為新型的分布式傳感技術(shù)，逐漸得到工程界的認(rèn)可。日本、加拿大、瑞士等國(guó)已成功地將該技術(shù)應(yīng)用到水壩、樁基、邊坡、堤岸等工程的監(jiān)測(cè)中[～3]。我國(guó)自2001年由南京大學(xué)地球環(huán)境計(jì)算工程研究所率先從日本引進(jìn)該技術(shù)以來(lái)，開(kāi)展了大量的室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究，并成功地完成了多個(gè)工程項(xiàng)目，取得了一系列重要的研究成果[4-7]。

在具體應(yīng)用中，BOTDR所提供的監(jiān)測(cè)結(jié)果存在諸如直觀(guān)表現(xiàn)差、數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和空間定位困難、綜合管理功能弱等方面的缺陷，未經(jīng)過(guò)系統(tǒng)培訓(xùn)的工程技術(shù)人員，很難讀懂 BOTDR的監(jiān)測(cè)結(jié)果，后期成果處理也非常繁瑣。本文針對(duì)大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)領(lǐng)域存在的數(shù)據(jù)分析與管理中存在的不足，提出了一套比較切合工程實(shí)際的解決方案，并結(jié)合具體工程實(shí)例設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一套應(yīng)用系統(tǒng)。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測(cè)結(jié)果的可視化顯示以及監(jiān)測(cè)信息的對(duì)比查詢(xún)等功能。

2　問(wèn)題的提出

2.1 BOTDR的監(jiān)測(cè)原理[1]

激光在光纖中傳播時(shí)，光波與光聲子相互作用即會(huì)產(chǎn)生布理淵散射光。當(dāng)環(huán)境溫度的變化量不大（T≤5°）時(shí)，布理淵光頻率漂移量（vB）與光纖所受的應(yīng)變量（ε）成正比，其關(guān)系式如下式所示：式中：υB（ε）表示光纖受到ε應(yīng)變時(shí)的布理淵頻率漂移量；υB(0）表示光纖不受應(yīng)變時(shí)的布理淵頻率漂移量；

為比例系數(shù)，約為0.5GHz；ε為光纖的實(shí)際應(yīng)變量。

地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測(cè)技術(shù)方法論文集

為了得到沿光纖分布的應(yīng)變信息，只需測(cè)量沿光纖分布的布理淵頻率漂移量的變化情況，沿光纖距離光源為Z長(zhǎng)度的點(diǎn)可由下式求得：

地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測(cè)技術(shù)方法論文集

式中：c為光速，n為光纖折射率，T為自激光發(fā)射與接收到布理淵散射光所經(jīng)歷的時(shí)間。

監(jiān)測(cè)原理如圖1所示。

圖1　BOTDR的應(yīng)變監(jiān)測(cè)原理圖

2.2 BOTDR在結(jié)果表現(xiàn)上存在的問(wèn)題

在實(shí)際工程應(yīng)用中，根據(jù)工程實(shí)際情況的不同，可按照不同的黏著方式將傳感光纖粘貼在所需監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)（或材料）的表面，從而獲得被粘貼結(jié)構(gòu)（或材料的）沿光纖的徑向應(yīng)變分布信息。但 BOTDR所提供的監(jiān)測(cè)結(jié)果存在以下幾個(gè)方面的缺陷：

（1）海量數(shù)據(jù)的綜合管理缺陷。BOTDR提供的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是沿光纖徑向的每一點(diǎn)的應(yīng)變信息（點(diǎn)之間的間距和儀器的距離分解度相關(guān)），而這些點(diǎn)的應(yīng)變信息是以數(shù)據(jù)點(diǎn)的形式給出的，造成原始數(shù)據(jù)繁多復(fù)雜。

（2）實(shí)際里程與監(jiān)測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)問(wèn)題。分布式光纖傳感器在實(shí)際鋪設(shè)過(guò)程中，出于定位需要，經(jīng)常預(yù)留一些冗余光纖，為了將所測(cè)得的應(yīng)變量和實(shí)際的光纖里程對(duì)應(yīng)起來(lái)，必須獲得發(fā)生應(yīng)變部位距離光纖光源的實(shí)際里程，而 BOTRD提供的監(jiān)測(cè)里程是光纖的實(shí)際長(zhǎng)度（包括冗余部分），并不是工程實(shí)際里程，也就是說(shuō)監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)際里程之間存在數(shù)據(jù)配準(zhǔn)問(wèn)題。

（3）監(jiān)測(cè)結(jié)果的直觀(guān)表現(xiàn)不佳。BOTDR原始監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并不提供閾值設(shè)定功能，即對(duì)于特定的工程而言，我們必須人為地設(shè)定閾值尋找應(yīng)變異常信息。

（4）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)影響因子多。BDTOR監(jiān)測(cè)結(jié)果是在諸如溫度影響在內(nèi)的多種因子的影響下測(cè)得的數(shù)據(jù)，未經(jīng)處理的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可信度差。

（5）缺乏面向最終用戶(hù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。BOTDR監(jiān)測(cè)結(jié)果是未經(jīng)配準(zhǔn)和處理的純文本文件，這些數(shù)據(jù)并不是面向最終用戶(hù)，而是面向具有 BOTDR操作經(jīng)驗(yàn)的科研人士，也就是說(shuō)未經(jīng)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的工程技術(shù)人員很難讀懂 BOTDR的原始成果。

3　基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

針對(duì)上述所存在的問(wèn)題，基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該遵循以下的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)：

（1）完成對(duì)所監(jiān)測(cè)工程的日常健康診斷，分析工程安全性。以應(yīng)變分析為核心，建立工程安全評(píng)價(jià)體系，完成對(duì)影響規(guī)劃、管理、決策及科學(xué)研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存更新、查詢(xún)檢索、智能評(píng)價(jià)、統(tǒng)計(jì)分析、類(lèi)比判別和制圖制表等任務(wù)，提高工程管理質(zhì)量和效率。

（2）利用BOTDR提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)系統(tǒng)處理后再配合工程實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，完成以工程質(zhì)量為目標(biāo)的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作。應(yīng)用橫向縱向兩方面類(lèi)比模式監(jiān)測(cè)工程安全性，即利用不同光纖反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)，以及同一根光纖不同時(shí)間測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行類(lèi)比分析，得出工程可信的結(jié)果。

3.2　系統(tǒng)技術(shù)框架

結(jié)合目前GIS的發(fā)展趨勢(shì)，并考慮工程實(shí)際的可操作性，系統(tǒng)應(yīng)用ESRI公司提供的MapOb-jects組件，在Visual Basic 6.0環(huán)境下開(kāi)發(fā)了以組件式GIS為核心的管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的技術(shù)框架如圖2所示：

圖2　系統(tǒng)技術(shù)框架圖

從圖2的技術(shù)框架圖中可以直觀(guān)地看出，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以各種不同用戶(hù)的需求作為指導(dǎo)，并在開(kāi)發(fā)中通過(guò)信息反饋不斷更新和完善系統(tǒng)功能及工作模式。系統(tǒng)以基礎(chǔ)地理及屬性數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)利用GIS的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的提取，結(jié)合光纖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)以及可視化表示，以不斷更新和完善的管理與決策數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策，構(gòu)建集基礎(chǔ)功能、智能分析、決策管理于一體的多功能系統(tǒng)。

3.3　系統(tǒng)的功能與特色

基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了如圖3所示功能。

從圖3可以看出，該系統(tǒng)基本上可以解決工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測(cè)結(jié)果的可視化顯示、監(jiān)測(cè)結(jié)果的智能化分析，是一個(gè)以工程應(yīng)用為目標(biāo)，以監(jiān)測(cè)結(jié)果為核心的多功能管理與智能化分析系統(tǒng)。

（1）圖層控制：系統(tǒng)加載多個(gè)圖層（ESRI的Shape文件、AutoCAD的DXF文件或圖像文件JPG、BMP、GIF、TIF等）。在使用中用戶(hù)可以通過(guò)圖層控制圖層是否可見(jiàn)、圖元顏色、可視化范圍、圖層順序等，以便于對(duì)特定圖層進(jìn)行瀏覽。

圖3　系統(tǒng)的功能與特色

（2）視圖控制：系統(tǒng)提供圖像的放大、縮小，全局顯示、局部顯示，漫游等基本功能。

（3）動(dòng)態(tài)標(biāo)注：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空間任意位置的動(dòng)態(tài)跟蹤標(biāo)注。用戶(hù)點(diǎn)擊鼠標(biāo)后可隨時(shí)獲得鼠標(biāo)所在位置的屬性信息。

（4）數(shù)據(jù)維護(hù)：用戶(hù)可以選擇兩種不同方式查詢(xún)、檢索、更改數(shù)據(jù)，提供完善的從圖到屬性和從屬性到圖的數(shù)據(jù)查詢(xún)、檢索、更改方式。

（5）繪圖功能：系統(tǒng)提供自助的繪圖方式，用戶(hù)可按照自己的想法和要求新建圖層或者在原圖上自行繪制圖形，并根據(jù)程序提供的屬性表為數(shù)據(jù)添加屬性。

（6）元素選?。合到y(tǒng)能夠識(shí)別圖中選取的元素，通過(guò)線(xiàn)、矩形、區(qū)域、多邊形、圓來(lái)拾取物體，并顯示拾取元素的屬性數(shù)據(jù)。當(dāng)選中特定位置的光纖時(shí)，光纖以閃爍3次來(lái)回應(yīng)用戶(hù)選中的光纖。

除上述功能之外，鑒于分布式光纖監(jiān)測(cè)的工程特點(diǎn)，本系統(tǒng)還具備以下幾個(gè)特色功能：

（1）數(shù)據(jù)分析：系統(tǒng)以繪制專(zhuān)題應(yīng)變曲線(xiàn)圖的方式提供數(shù)據(jù)分析功能。通過(guò) BOTDR實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制光纖應(yīng)變曲線(xiàn)專(zhuān)題圖，根據(jù)不同的閾值設(shè)置不同顏色的應(yīng)變曲線(xiàn)圖。

（2）數(shù)據(jù)配準(zhǔn)：在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與工程實(shí)際里程之間，根據(jù)實(shí)際工程光纖鋪設(shè)的特征數(shù)據(jù)信息（光纖定位信息），系統(tǒng)提供一個(gè)精確的配準(zhǔn)模塊，誤差小，應(yīng)用性強(qiáng)。

（3）圖例顯示：系統(tǒng)提供獨(dú)特的圖例，便于工程管理。如，實(shí)際工程若鋪設(shè)5根光纖，并且光纖鋪設(shè)在不同墻面，采取二維示意圖顯示，可以繪制不同的圖例顯示，用以區(qū)別不同墻面鋪設(shè)的不同光纖。

（4）對(duì)比查詢(xún)：系統(tǒng)提供了由系統(tǒng)操作主界面至應(yīng)變曲線(xiàn)繪制界面的對(duì)比查詢(xún)方式，用戶(hù)可選則從圖到曲線(xiàn)或從曲線(xiàn)到圖的兩種方式進(jìn)行結(jié)果查詢(xún)，這樣，工程監(jiān)測(cè)的質(zhì)量和效率就大大提高了。

4　工程應(yīng)用實(shí)例

4.1　工程概況

某隧道工程是一湖底隧道，全長(zhǎng)約2.56km，其中湖底隧道長(zhǎng)約1.66km，為雙向六車(chē)道，三箱室結(jié)構(gòu)形式，其中左右兩個(gè)箱式為車(chē)行道，中間箱室為凈寬3m的管廊與檢修通道。隧道設(shè)計(jì)寬約32m，凈空高度4.5m，設(shè)計(jì)車(chē)速為60km/h。

2002年7月，隧道項(xiàng)目指揮部經(jīng)反復(fù)調(diào)研和論證后，決定采用BOTDR技術(shù)進(jìn)行隧道整體變形監(jiān)測(cè)。2002年11月～12月，項(xiàng)目組完成了傳感光纖鋪設(shè)，鋪設(shè)情況如圖4所示，并分階段對(duì)隧道變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2003年1月～4月，為施工監(jiān)測(cè)階段，2003年5月通車(chē)后至9月為常規(guī)監(jiān)測(cè)階段。施工監(jiān)測(cè)階段主要進(jìn)行由于后期施工對(duì)隧道變形的影響以及隧道箱體接縫變形監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為2天/次。常規(guī)監(jiān)測(cè)階段主要進(jìn)行通車(chē)條件下隧道穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率3～5次/周。

圖4　某隧道光纖總體平面布置圖

4.2　隧道工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.2.1　數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)包括施工區(qū)域圖、隧道信息、光纖鋪設(shè)信息、光纖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等四大類(lèi)。這四類(lèi)數(shù)據(jù)既包含了空間信息數(shù)據(jù)又包含了屬性數(shù)據(jù)，是構(gòu)成系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，又是系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析和管理的前提。

（1）施工區(qū)域圖。主要提供隧道基本信息與周邊環(huán)境狀況，用以確定施工地理信息、施工線(xiàn)路等，為繪制隧道二維示意圖提供標(biāo)準(zhǔn)。

（2）隧道信息。主要提供隧道縱剖面、橫剖面信息。橫剖面信息用于了解光纖鋪設(shè)里程和方位，縱剖面信息主要用于掌握具體施工操作面，為準(zhǔn)確繪制隧道二維示意圖做數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）光纖鋪設(shè)信息。主要提供傳感光纖鋪設(shè)信息。擬鋪設(shè)的5條傳感光纖處在隧道南洞、北洞不同的墻面上，每條光纖的實(shí)際鋪設(shè)長(zhǎng)度與工程里程必有誤差，通過(guò)在鋪設(shè)過(guò)程中了解光纖定位信息，為數(shù)據(jù)配準(zhǔn)模塊提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（4）光纖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。主要指 BOTDR實(shí)測(cè)應(yīng)變數(shù)據(jù)，這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、閾值設(shè)定等系統(tǒng)轉(zhuǎn)換處理后，將得到精確的隧道不同位置的應(yīng)變信息。

4.2.2　系統(tǒng)工作流程

數(shù)據(jù)管理與分析是該系統(tǒng)的核心組成部分，是得到精確工程監(jiān)測(cè)信息的重要組成部分。數(shù)據(jù)管理與分析主要靠以下流程來(lái)實(shí)現(xiàn)：

步驟一：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

將BOTDR實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以＊.txt文件存放到指定位置，以備數(shù)據(jù)處理調(diào)用。

步驟二：選擇光纖

在5根鋪設(shè)的光纖中，在主操作界面中點(diǎn)擊所需監(jiān)測(cè)光纖，即完成所需光纖的選擇，點(diǎn)擊所選光纖時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的系列在后臺(tái)被調(diào)入。

步驟三：選擇系列

所謂系列，就是不同時(shí)間監(jiān)測(cè)的不同光纖的應(yīng)變信息和數(shù)據(jù)配準(zhǔn)信息。選擇系列操作包括調(diào)入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選擇數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，設(shè)置隧道變形閾值等。

步驟四：應(yīng)變分析

進(jìn)行系列選擇之后，選擇繪制曲線(xiàn)，系統(tǒng)即在新窗口繪制出經(jīng)數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的隧道整體應(yīng)變分析圖。

除上述主要數(shù)據(jù)管理與分析功能之外，系統(tǒng)還設(shè)置了分段管理與分析的功能，即通過(guò)對(duì)所需監(jiān)測(cè)段進(jìn)行設(shè)置起點(diǎn)、設(shè)置終點(diǎn)操作，進(jìn)行局部數(shù)據(jù)的管理與分析。另外，系統(tǒng)還提供了由圖到曲線(xiàn)（或曲線(xiàn)到圖）的對(duì)比查詢(xún)方式，選擇圖到曲線(xiàn)（或曲線(xiàn)到圖）的菜單項(xiàng)之后，圖和曲線(xiàn)完美地對(duì)應(yīng)起來(lái)，并提供了閾值設(shè)定功能，做到自動(dòng)預(yù)警，避免人為干擾。圖5至圖7顯示了系統(tǒng)數(shù)據(jù)與管理功能的操作界面，其中，圖5為數(shù)據(jù)分析界面，圖6為選擇系列界面，圖7為隧道應(yīng)變分析曲線(xiàn)界面。

圖5　數(shù)據(jù)分析界面圖

圖6　選擇系列界面

圖7　隧道應(yīng)變分析曲線(xiàn)界面

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，應(yīng)用GIS管理分布式光纖監(jiān)測(cè)工程可實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效管理。GIS以其獨(dú)特的數(shù)據(jù)管理、查詢(xún)、檢索、分析模式成為工程管理的首選。它的海量數(shù)據(jù)分層管理、數(shù)據(jù)結(jié)果的可視化表現(xiàn)、實(shí)現(xiàn)雙向查詢(xún)、面向最終用戶(hù)的特點(diǎn)更顯示其理想的工程管理能力。具體的說(shuō)，系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)改善了BOTDR原系統(tǒng)中海量數(shù)據(jù)的綜合管理模式，結(jié)果顯示更加清晰直觀(guān)。

（2）系統(tǒng)設(shè)置了數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、閾值管理等模塊，監(jiān)測(cè)結(jié)果可直接應(yīng)用，避免了人為判別的誤差，提高了工作效率。

（3）系統(tǒng)采用可視化顯示，面向最終用戶(hù)，無(wú)須對(duì)具體工程監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)。

（4）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測(cè)結(jié)果的可視化顯示、監(jiān)測(cè)信息的對(duì)比查詢(xún)等功能，是一個(gè)集智能化分析與決策化管理為一體的多功能管理系統(tǒng)。

本系統(tǒng)以具體工程為實(shí)例，具有更加科學(xué)、高效、直觀(guān)、方便等優(yōu)點(diǎn)，并減少了BOTDR監(jiān)測(cè)結(jié)果的后期人為干擾，使得測(cè)試結(jié)果更加客觀(guān)、準(zhǔn)確，有利于科學(xué)管理和提高效率。

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為什么分布式gis是gis發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì) 在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中 如何建立定性關(guān)系 定位關(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系

所謂分布式就是指數(shù)據(jù)和程序可以不位于一個(gè)服務(wù)器上，而是分散到多個(gè)服務(wù)器，以網(wǎng)絡(luò)上分散分布的地理信息數(shù)據(jù)及受其影響的數(shù)據(jù)庫(kù)操作為研究對(duì)象的一種理論計(jì)算模型。分布式有利于任務(wù)在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行分配與優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)集中式系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致中心主機(jī)資源緊張與響應(yīng)瓶頸的缺陷，解決了網(wǎng)絡(luò)GIS 中存在的數(shù)據(jù)異構(gòu)、數(shù)據(jù)共享、運(yùn)算復(fù)雜等問(wèn)題，是地理信息系統(tǒng)技術(shù)的一大進(jìn)步。

GIS技術(shù)在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展、空間技術(shù)的日新月異及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論的日漸完善，GIS（Geographic Information System）技術(shù)也日趨成熟，并且逐漸被人們所認(rèn)識(shí)和接受。近年來(lái)，GIS被世界各國(guó)普遍重視，尤其是“數(shù)字地球”概念的提出，使其核心技術(shù)GIS更為各國(guó)政府所關(guān)注。目前，以管理空間數(shù)據(jù)見(jiàn)長(zhǎng)的GIS已經(jīng)在全球變化與監(jiān)測(cè)、軍事、資源管理、城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境研究、農(nóng)作物估產(chǎn)、災(zāi)害預(yù)測(cè)、交通管理、礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)、文物保護(hù)、濕地制圖以及政府部門(mén)等許多領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。當(dāng)前GIS正處于急劇發(fā)展和變化之中，研究和總結(jié)GIS技術(shù)發(fā)展，對(duì)進(jìn)一步開(kāi)展GIS研究工作具有重要的指導(dǎo)意義。因此，本文就目前GIS技術(shù)的研究現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)和分析。

1 GIS研究現(xiàn)狀及其分析

1.1 GIS研究現(xiàn)狀

世紀(jì)90年代以來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷突破以及其它相關(guān)理論和技術(shù)的完善，GIS在全球得到了迅速的發(fā)展。在海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、表達(dá)、顯示及數(shù)據(jù)共享技術(shù)等方面都取得了顯著的成效，其概括起來(lái)有以下幾個(gè)方面[1]：①硬件系統(tǒng)采用服務(wù)器/客戶(hù)機(jī)結(jié)構(gòu)，初步形成了網(wǎng)絡(luò)化、分布式、多媒體GIS；②在GIS的設(shè)計(jì)中，提出了采用“開(kāi)放的CIS環(huán)境”的概念，最終以實(shí)現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)共享為目標(biāo)；③高度重視數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)據(jù)質(zhì)量的問(wèn)題，并已形成一些較為可行的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；④面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)已經(jīng)問(wèn)世，正在發(fā)展稱(chēng)之為“對(duì)象——關(guān)系DBMS（數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）”；⑤以CIS為核心的“3S”技術(shù)的逐漸成熟，為資源與環(huán)境工作提供了空間數(shù)據(jù)新的工具和方法；⑥新的數(shù)學(xué)理論和工具采用CIS，使其信息識(shí)別功能、空間分析功能得以增強(qiáng)等等。

在GIS技術(shù)不斷發(fā)展下，目前GIS的應(yīng)用已從基礎(chǔ)信息管理與規(guī)劃轉(zhuǎn)向更復(fù)雜的區(qū)域開(kāi)發(fā)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，與衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合用于全球監(jiān)測(cè)，成為重要的輔助決策工具。據(jù)有關(guān)部門(mén)估計(jì)，目前世界上常用的GIS軟件己達(dá)400多種[2].國(guó)外較著名的GIS軟件產(chǎn)品有[3]：Auotodesk系列產(chǎn)品、Arc/Info、MapInfo及其構(gòu)件產(chǎn)品、Intergraph、Microstation等，還有Web環(huán)境下矢量地圖發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如XML、GML、SVG等等。我國(guó)GIS軟件研制起步較晚，比較成熟的測(cè)繪軟件主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。盡管現(xiàn)存的GIS軟件很多，但對(duì)于它的研究應(yīng)用，歸納概括起來(lái)有二種情況：一是利用GIS系統(tǒng)處理用戶(hù)的數(shù)據(jù)；二是在GIS的基礎(chǔ)上，利用它的開(kāi)發(fā)函數(shù)庫(kù)二次開(kāi)發(fā)用戶(hù)專(zhuān)用的GIS軟件。目前已成功應(yīng)用包括資源管理、自動(dòng)制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運(yùn)輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類(lèi)別的一百多個(gè)領(lǐng)域。在美國(guó)及發(fā)達(dá)國(guó)家，GIS的應(yīng)用遍及環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)測(cè)、城市規(guī)劃建設(shè)、政府管理等眾多領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，加速了GIS應(yīng)用的進(jìn)程，在城市規(guī)劃管理、交通運(yùn)輸、測(cè)繪、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮r重要的作用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.2 當(dāng)前GIS發(fā)展存在的主要問(wèn)題

基于以上GIS技術(shù)現(xiàn)狀研究，本文分析認(rèn)為GIS技術(shù)在模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面存在著不足，一定程度上制約了GIS技術(shù)的發(fā)展。

（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面存在的問(wèn)題

目前通用的GIS主要有矢量、柵格或兩者相加的混合系統(tǒng)，即使是混合系統(tǒng)實(shí)際上也是將兩類(lèi)數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ)，當(dāng)需要執(zhí)行不同的任務(wù)時(shí)采用不同的數(shù)據(jù)形式。在矢量結(jié)構(gòu)方面，其缺點(diǎn)是處理位置關(guān)系（包括相交、通過(guò)、包含等）相當(dāng)費(fèi)時(shí)，且缺乏與DEM和RS直接結(jié)合的能力。在柵格結(jié)構(gòu)方面，存在著柵格數(shù)據(jù)分辨率低，精度差；難以建立地物間的拓?fù)潢P(guān)系；難以操作單個(gè)目標(biāo)及柵格數(shù)據(jù)存貯量大等問(wèn)題[4].

（2）GIS模型存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)GIS模型是按照計(jì)算機(jī)的方法對(duì)客觀(guān)世界地理空間不自然的分割和抽象，使得人們認(rèn)知地理空間的認(rèn)知模型與計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)模型不能形成良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，難以表達(dá)復(fù)雜的地理實(shí)體，更難滿(mǎn)足客觀(guān)世界的整體特征要求。在GIS軟件開(kāi)發(fā)中，如果語(yǔ)義分割不合理，將難以有效表達(dá)地理空間實(shí)體間的關(guān)系，這就導(dǎo)致較深層次的分析、處理操作難以實(shí)現(xiàn)。隨著GIS應(yīng)用需求領(lǐng)域的不斷開(kāi)拓及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，使得傳統(tǒng)的地理空間數(shù)據(jù)模型力不從心，逐漸暴露其弊端。

目前，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型一定程度上解決了傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)模型的某些不足，但是OODB（面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)）目前仍未在市場(chǎng)以及關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用方面被廣泛接受，因?yàn)镺ODB作為一個(gè)DBS還不太成熟，如缺少完全非過(guò)程性的查詢(xún)語(yǔ)言以及視圖、授權(quán)、動(dòng)態(tài)模式更新和參數(shù)化性能協(xié)調(diào)等；且OODB與RDB之間缺少應(yīng)有的兼容性，因而使得大量的已建立起來(lái)的龐大的RDB客戶(hù)不敢輕易地去選擇OODB.

（3）其他方面亟待解決的問(wèn)題

當(dāng)前，GIS正處在一個(gè)大變革時(shí)期，GIS的進(jìn)一步發(fā)展還面臨不少問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[5]：①GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法學(xué)問(wèn)題。在GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中缺乏面向?qū)ο蟮恼J(rèn)知方法學(xué)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法學(xué)的指導(dǎo)，導(dǎo)致GIS軟件系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性差；②GIS的功能問(wèn)題。當(dāng)前以數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理和查詢(xún)檢索功能為主的GIS，不能滿(mǎn)足社會(huì)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展在空間分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應(yīng)用效益和生命力；③三維GIS模型及可視化問(wèn)題。目前大多數(shù)GIS軟件的圖形顯示是基于二維平面的，即使是三維效果顯示也是采用DEM的方法來(lái)處理表達(dá)地形的起伏，涉及到地底下真三維的自然和人工現(xiàn)象顯得無(wú)能為力。

2 GIS未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

2.1數(shù)據(jù)管理方面

（1）多比例尺、多尺度和多維空間數(shù)據(jù)的表達(dá)[6]

對(duì)于多比例尺數(shù)據(jù)的顯示，將運(yùn)用影像金字塔技術(shù)、細(xì)節(jié)分層技術(shù)和地圖綜合等技術(shù)；而為了實(shí)現(xiàn)GIS的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)和三維可視化，出現(xiàn)存儲(chǔ)真三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的3D GIS和真四維時(shí)空GIS，這其中涉及了空間數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)、時(shí)空數(shù)據(jù)處理與分析以及快速?gòu)V域三維計(jì)算與顯示等多項(xiàng)理論與技術(shù)[7].

（2）三庫(kù)一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方向

空間數(shù)據(jù)庫(kù)向著真正面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和圖形矢量庫(kù)、影像柵格庫(kù)和DEM格網(wǎng)庫(kù)三庫(kù)一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展[8].這種三庫(kù)一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變了以圖層為處理基礎(chǔ)的組織方式，實(shí)現(xiàn)了直接面向空間實(shí)體的數(shù)據(jù)組織，使多源空間數(shù)據(jù)的錄入與融合成為了可能，從而為GIS與遙感技術(shù)的集成創(chuàng)造了條件。

（3）基于空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)（Spatial Data warehouse）的海量空間數(shù)據(jù)管理的研究

空間數(shù)據(jù)量非常大，而且數(shù)據(jù)大都分散在政府、私人機(jī)構(gòu)、公司的各個(gè)部門(mén)，數(shù)據(jù)的管理與使用就變得非常復(fù)雜，但這些空間數(shù)據(jù)又具有極大的科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家都比較重視空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建立工作，許多研究機(jī)構(gòu)和政府部門(mén)都參與到空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建立的研究工作。

（4）利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行知識(shí)發(fā)現(xiàn)

空間數(shù)據(jù)挖掘是從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中抽取隱含的知識(shí)、空間關(guān)系以及其他非顯式的包含在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中但以別的模式存在的信息供用戶(hù)使用，這是GIS應(yīng)用的較高層次。由于目前空間數(shù)據(jù)的組織與管理仍局限于二維、靜態(tài)、單時(shí)相，且仍以圖層為處理基礎(chǔ)，因此，當(dāng)前的GIS軟件和空間數(shù)據(jù)庫(kù)還不能有效地支持?jǐn)?shù)據(jù)挖掘。

2.2技術(shù)集成方面

（1）“3S”集成

“3S”是GPS（全球定位系統(tǒng)）、RS（遙感）和GIS的簡(jiǎn)稱(chēng)，“3S”集成是指將遙感、空間定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)這三種對(duì)地觀(guān)測(cè)技術(shù)有機(jī)地集成在一起。地理信息是一種信息流，RS、GPS和GIS中任何一個(gè)系統(tǒng)都只側(cè)重于信息流特征中的一個(gè)方面，而不能滿(mǎn)足準(zhǔn)確、全面地描述地理信息流的要求。因此，無(wú)論從物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式、地學(xué)信息的本質(zhì)特征還是“3S”各自的技術(shù)特征來(lái)說(shuō)，“3S”集成都是科技發(fā)展的必然結(jié)果。

目前，“3S”集成還僅限于兩兩結(jié)合方式，這是“3S”集成的初級(jí)和基礎(chǔ)起步階段，其核心是GIS與RS的結(jié)合。這種兩兩結(jié)合雖然優(yōu)于單一系統(tǒng)，但是仍然存在以下缺陷。將“3S”進(jìn)行集成從而形成一體化的信息技術(shù)體系是非常迫切的。這種集成包括空基“3S”集成和地基“3S”集成，即在硬件方面建立具有同步獲取涉譜數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的高重復(fù)觀(guān)測(cè)能力的平臺(tái)，而在軟件方面使GIS支持?jǐn)?shù)據(jù)封裝，同時(shí)解決圖形和圖像數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理問(wèn)題。

（2）GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）是一種最有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽(tīng)、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，是當(dāng)代信息技術(shù)高速發(fā)展和集成的產(chǎn)物。從本質(zhì)上說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)用戶(hù)接口，通過(guò)計(jì)算機(jī)建立一種仿真數(shù)字環(huán)境，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形、聲音和接觸感受，利用多種傳感設(shè)備使用戶(hù)“投入”到該環(huán)境中，用戶(hù)可以如同在真實(shí)世界那樣“處理”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所產(chǎn)生的虛擬物體。將虛擬和重建逼真的、可操作的地理三維實(shí)體，GIS用戶(hù)在客觀(guān)世界的虛擬環(huán)境中能更有效的管理、分析空間實(shí)體數(shù)據(jù)。因此，開(kāi)發(fā)虛擬GIS已成為GIS發(fā)展的一大趨勢(shì)。

（3）分布式技術(shù)、萬(wàn)維網(wǎng)與GIS的結(jié)合[9]

目前，隨著Internet技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)深人到各行各業(yè)，作為與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的GIS也不例外，它們的結(jié)合產(chǎn)生了web GIS.當(dāng)前Web GIS系統(tǒng)已經(jīng)得到迅速的發(fā)展，到1999年1月，僅在美國(guó)出現(xiàn)的這類(lèi)系統(tǒng)就有23種之多。又由于客戶(hù)端可能會(huì)采用新的應(yīng)用協(xié)議，因此也被認(rèn)為是Internet GIS.

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，分布式計(jì)算的優(yōu)勢(shì)日益凸顯，GIS與分布式技術(shù)結(jié)合也就成為必然，它們的結(jié)合即構(gòu)成了分布式CIS.它就是指利用最先進(jìn)的分布式計(jì)算技術(shù)來(lái)處理分布在網(wǎng)絡(luò)上的異構(gòu)多源的地理信息，集成網(wǎng)絡(luò)上不同平臺(tái)上的空間服務(wù)，構(gòu)建一個(gè)物理上分布，邏輯上統(tǒng)一的GIS.它與傳統(tǒng)GIS最大的區(qū)別在于它不是按照系統(tǒng)的應(yīng)用類(lèi)別、運(yùn)行環(huán)境劃分的，而是按照系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分布特征和針對(duì)其中數(shù)據(jù)處理的計(jì)算特征而分類(lèi)的。

（4）移動(dòng)通信技術(shù)與CIS的結(jié)合發(fā)展[10]

WAP/WML技術(shù)作為無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，已經(jīng)顯示了其巨大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。WAP柳ML技術(shù)與GIS技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了移動(dòng)GIS（Mobile GIS）應(yīng)用和無(wú)線(xiàn)定位服務(wù)LBS（Location一basedServices）。通過(guò)WAR/WML技術(shù)，移動(dòng)用戶(hù)幾乎可以在任何地方、時(shí)間獲得網(wǎng)絡(luò)提供的各種服務(wù)。無(wú)線(xiàn)定位服務(wù)將提供一個(gè)機(jī)會(huì)使GIS突破其傳統(tǒng)行業(yè)的角色而進(jìn)人到主流的IT技術(shù)領(lǐng)域里。大多數(shù)的分析家都認(rèn)為，到2010年，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將成為全球數(shù)據(jù)傳送的主要途徑。GIS的未來(lái)將會(huì)由其機(jī)動(dòng)性所決定。

當(dāng)前用于地理信息交互的語(yǔ)言還不足以完成真正的“設(shè)備無(wú)關(guān)接口”的互操作。各種移動(dòng)設(shè)備對(duì)于從地理信息服務(wù)器所獲得的信息，其表現(xiàn)方式是各不相同的，用戶(hù)輸人方式也不相同。因此，對(duì)于不同的移動(dòng)設(shè)備需要一種統(tǒng)一的標(biāo)記語(yǔ)言。無(wú)線(xiàn)定位服務(wù)將提供一個(gè)機(jī)會(huì)使GIS突破其傳統(tǒng)行業(yè)的角色而進(jìn)人到主流的IT技術(shù)領(lǐng)域里：大多數(shù)的分析家都認(rèn)為，到2010年，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將成為全球數(shù)據(jù)傳送的主要途徑。GIS的未來(lái)將會(huì)由其機(jī)動(dòng)性所決定。

（5）GIS與決策支持系統(tǒng)（DSS）的集成[11]

決策支持系統(tǒng)（Decision Support System，簡(jiǎn)稱(chēng)DSS）是以管理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、控制論、行為科學(xué)和人下智能為基礎(chǔ)，運(yùn)用信息仿真和計(jì)算手段為基礎(chǔ)，綜合利用現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)庫(kù)、信息和模型來(lái)輔助決策者或決策分析人員解決結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化問(wèn)題，甚至非結(jié)構(gòu)化問(wèn)題的人機(jī)交互系統(tǒng)。

目前，絕大多數(shù)的GIS還僅限于圖形的分析處理，缺乏對(duì)復(fù)雜空間問(wèn)題的決策支持，而目前絕大多數(shù)的DSS則無(wú)法向決策者提供一個(gè)友好的可視化的決策環(huán)境。因此，將GIS與DSS相集成，最終形成空間決策支持系統(tǒng)（SDSS），借助GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理分析功能，并在DSS中嵌入空間分析模塊，從而輔助決策者求解復(fù)雜的空間問(wèn)題，這是GIS應(yīng)用向較高層次的發(fā)展。其中SDSS中知識(shí)的表達(dá)、獲取和知識(shí)推理以及模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)三庫(kù)接口的設(shè)計(jì)是啞待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2.3 發(fā)展歷程方面

自20世紀(jì)60年代世界上第一個(gè)GIS——加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，GIS經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā)展。目前，隨著第三代互聯(lián)網(wǎng)的提出與實(shí)施，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS即將步入第四代GIS發(fā)展階段。

第四代GIS軟件將在數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)、檢索和運(yùn)算等方面發(fā)生革命性的變革。數(shù)據(jù)組織應(yīng)該是面向空間實(shí)體的，空間位置只是實(shí)體眾多屬性中的一類(lèi)，它應(yīng)和其它屬性有機(jī)地組織在一起并統(tǒng)一存放：“關(guān)系”概念和“關(guān)系運(yùn)算”應(yīng)該加以擴(kuò)充，應(yīng)該包括空間關(guān)系及其運(yùn)算；傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言應(yīng)該擴(kuò)充，把空間關(guān)系及其查詢(xún)包括在里面；以倒排表為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)索引機(jī)制應(yīng)該擴(kuò)展，建立至少包括拓?fù)潢P(guān)系在內(nèi)的新的索引機(jī)制；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制應(yīng)該適應(yīng)空間數(shù)據(jù)提取和計(jì)算的要求等。只有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)真正的一體化存儲(chǔ)和處理，才能自由地、方便地、快速地實(shí)現(xiàn)人們所期望的處理功能。在功能上，第四代GIS軟件應(yīng)該具備支持?jǐn)?shù)字地球（區(qū)域、城市）的能力，成為OS、DBMS之上的主要應(yīng)用集成平臺(tái)，它具有統(tǒng)一的海量存儲(chǔ)、查詢(xún)和分析處理能力、一定的三維和時(shí)序處理能力、強(qiáng)大的應(yīng)用集成能力和靈活的操縱能力，且具有一定的虛擬現(xiàn)實(shí)表達(dá)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)GIS現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的分析，可以看出，GIS作為信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，正以前所未有的速度向前發(fā)展。把握當(dāng)前GIS的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及不足，有利于人們預(yù)見(jiàn)GIS的發(fā)展趨勢(shì)，站在更高更遠(yuǎn)的角度去揚(yáng)長(zhǎng)避短，較好地促進(jìn)GIS技術(shù)的快速發(fā)展。隨著地理信息系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的建立和數(shù)字化住處產(chǎn)品在全世界的普及，GIS將深人到各行各業(yè)以至千家萬(wàn)戶(hù)，成為人們生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)和生活中不可缺少的工具和助手。

網(wǎng)站名稱(chēng)：gis分布式技術(shù) 分布式gis主要表現(xiàn)為
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