地理信息系统技术开发、应用与产品化

钟耳顺
（中国科学院地理信息产业发展中心）

　　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

　　（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

　　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:
　　1. 硬件；
　　2. 软件；
　　3. 数据采集与数据转换；
　　4. 电子数据；
　　5. 遥感信息获取与处理；
　　6. 系统开发与集成；
　　7. 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。
　　1.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。
　　2.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。
　　3.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。
　　4.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。
　　5.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。
　　6.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。