簡(jiǎn)介： 地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）已經(jīng)廣泛滲透到了多種學(xué)科領(lǐng)域，從比較簡(jiǎn)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(shí)及網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展，新興的地理信息系統(tǒng)將運(yùn)用專家系統(tǒng)知識(shí)，進(jìn)行分析、預(yù)報(bào)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(jié)構(gòu)上，可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網(wǎng)絡(luò)GIS等幾個(gè)主要類別；總結(jié)了地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用及其在地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)和管理、地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)度區(qū)劃評(píng)價(jià)和GIS與專家系統(tǒng)的集成應(yīng)用的進(jìn)展態(tài)勢(shì)。
關(guān)鍵字：地理信息系統(tǒng) 集成式GIS 模塊化GIS 組件式GIS 網(wǎng)絡(luò)GIS 地質(zhì)災(zāi)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(xué)、空間科學(xué)和地球科學(xué)之間的交叉科學(xué)與新技術(shù)學(xué)科，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)、遙感技術(shù)、信息工程與現(xiàn)代地學(xué)理論和方法的有機(jī)結(jié)合。地理信息系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、地圖的可視化和地理信息的空間分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，處理的數(shù)據(jù)是具有地理特征和表征地學(xué)現(xiàn)象之間空間關(guān)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(chǔ)、管理、檢索、查詢、分析、顯示和輸出多種數(shù)據(jù)［1，2］，進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)與更新、區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)［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(biāo)和專業(yè)特點(diǎn)的地理信息系統(tǒng)，為特定的專門目的服務(wù)，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(wù)為目標(biāo)，可以有不同的規(guī)模，如加拿大國(guó)家地理信息系統(tǒng)和我國(guó)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(chǔ)管理、查詢檢索、分析運(yùn)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(wù)，就是對(duì)地球表層人文經(jīng)濟(jì)(包括人類工程活動(dòng))和自然資源及環(huán)境多種信息進(jìn)行綜合管理與分析。

2 地理信息系統(tǒng)的開發(fā)工具

近年來(lái)GIS應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展迅猛，GIS工具軟件版本也不斷更新升級(jí)，比較鮮明的發(fā)展動(dòng)向有[5]：(1)各GIS軟件工具廠商在優(yōu)化性能的同時(shí)，重視發(fā)展Internet 上的GIS；(2)更換開發(fā)語(yǔ)言和開發(fā)模式，更換或擴(kuò)展到Windows NT 平臺(tái)；(3)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理方面，客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)仍是GIS 軟件追求的目標(biāo)；(4)除了屬性數(shù)據(jù)外，人們也希望圖形數(shù)據(jù)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)或面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)；(5)理論研究方面，時(shí)空數(shù)據(jù)的處理及其三維或四維GIS仍然是一個(gè)研究熱點(diǎn)；(6)為了進(jìn)行空間數(shù)據(jù)共享和交換，各國(guó)都制定了空間數(shù)據(jù)的交換格式；(7)元數(shù)據(jù)(Metadata)的記錄、處理與標(biāo)準(zhǔn)也是GIS技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)重要內(nèi)容；(8)對(duì)GIS軟件影響較為深刻的技術(shù)還有組件對(duì)象模型(COM)，軟件廠商已由原來(lái)向用戶提供系統(tǒng)轉(zhuǎn)為提供對(duì)象類型庫(kù)或ActiveX控件。

在地理信息系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)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(jié)構(gòu)上，可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網(wǎng)絡(luò)GIS等幾個(gè)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，AutoDesk公司的AutoMap，Maptitude[7], MapGIS, MapEngine［8］, 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(shì)是各項(xiàng)功能已形成獨(dú)立的完整系統(tǒng)，提供了強(qiáng)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(tái)和可靠性能，缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜、龐大和成本較高，并且難于與其它應(yīng)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(yùn)行于統(tǒng)一的基礎(chǔ)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(qiáng)的工程針對(duì)性，便于開發(fā)和應(yīng)用。

（3）       組件式GIS

組件式GIS是隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)的組件式平臺(tái)，各個(gè)組件不但可以進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)接口。組件式GIS平臺(tái)的核心技術(shù)是Microsoft的組件對(duì)象模型（Component Object Model，簡(jiǎn)稱COM）技術(shù)[9]，新一代組件式GIS大都是采用ActiveX控件技術(shù)來(lái)實(shí)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(shí)地理信息系統(tǒng)VRMap等。這類GIS系統(tǒng)提供的是為完成GIS系統(tǒng)而推出的各種標(biāo)準(zhǔn)ActiveX控件和類型庫(kù)（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(yǔ)言，只需熟悉基于Windows平臺(tái)并且支持ActiveX控件技術(shù)的通用集成開發(fā)環(huán)境，了解組件式GIS各個(gè)控件（包括對(duì)象）的屬性、方法和事件，就可以實(shí)現(xiàn)GIS系統(tǒng)。所以，組件式GIS在系統(tǒng)的無(wú)縫集成和靈活方面具有優(yōu)勢(shì)，從一定意義上講，它代表了GIS系統(tǒng)的發(fā)展方向。

（4）       網(wǎng)絡(luò)GIS（Web GIS）

進(jìn)入上世紀(jì)90年代后期，信息技術(shù)迅猛發(fā)展，新的信息技術(shù)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Internet技術(shù)的日趨成熟，Internet正日益成為信息化社會(huì)人們聯(lián)系、交流、獲取信息的重要工具。Internet技術(shù)改變著世界。戈?duì)査�倡�?dǎo)的“數(shù)字地球”概念引起了人們廣泛的關(guān)注，Internet環(huán)境下的空間信息處理技術(shù)也愈來(lái)愈受到重視，它把多維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality)、計(jì)算技術(shù)、遙感技術(shù)(Remote Sensing)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)(Global Position System)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等作為主要的技術(shù)支撐系統(tǒng)。GIS的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用趨勢(shì)已成為必然。Web GIS 是指基于Internet平臺(tái)的地理信息系統(tǒng)，又稱為因特網(wǎng)GIS（Internet GIS）。Internet技術(shù)的發(fā)展，使地理信息系統(tǒng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，對(duì)傳統(tǒng)意義上的GIS帶來(lái)了極大的沖擊，導(dǎo)致了Web GIS時(shí)代的開始。以單機(jī)或局域網(wǎng)為操作平臺(tái)的工作模式終將被Internet 操作平臺(tái)所取代。

利用這種新方法，從WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet的用戶都可以瀏覽到Web GIS站點(diǎn)上的地理數(shù)據(jù)，制作專題圖件，進(jìn)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(kuò)展為分布式、超媒體特點(diǎn)的、相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，使GIS進(jìn)入千家萬(wàn)戶。終端用戶可以在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)共享、使用各GIS服務(wù)商或政府機(jī)構(gòu)提供的空間信息、應(yīng)用服務(wù)。通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的瀏覽器就可以訪問(wèn)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的專業(yè)GIS分析產(chǎn)生的簡(jiǎn)潔、直觀的結(jié)果�？梢越换ナ皆L問(wèn)動(dòng)態(tài)更新的地圖網(wǎng)址，在Internet網(wǎng)上完成單機(jī)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(duì)象模型技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步發(fā)展了基于分布式組件模型的Web GIS�？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)供應(yīng)商在服務(wù)器上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)，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(diào)用不同的控件和數(shù)據(jù)，在本機(jī)或某個(gè)服務(wù)器上進(jìn)行分布式組件的動(dòng)態(tài)組合和空間數(shù)據(jù)的協(xié)同處理與分析，完全實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異構(gòu)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，ESRI公司的MapObjects Internet Map Sever for AcrView等。已經(jīng)推出的Web GIS是利用現(xiàn)有的GIS軟件通過(guò)CGI或者Sever API構(gòu)造的過(guò)渡產(chǎn)品，隨著組件式GIS的發(fā)展和分布式對(duì)象Web技術(shù)的逐漸成熟，未來(lái)的Web GIS將是基于COM/ActiveX或CORBA/Java技術(shù)開發(fā)的分布式對(duì)象GIS系統(tǒng)。

3 地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用進(jìn)展

目前，國(guó)內(nèi)外利用地理信息系統(tǒng)，主要用于研究國(guó)土和城市規(guī)劃、地籍測(cè)量、農(nóng)作物估產(chǎn)、森林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、水土流失、地下水資源管理［4］和礦產(chǎn)資源勘查［10］、潛力評(píng)價(jià)及開發(fā)［11］等眾多領(lǐng)域。GIS在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用大致有以下幾個(gè)方面：

(1)  地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)和管理

利用地理信息系統(tǒng)的各種功能，建立地質(zhì)災(zāi)害空間信息管理系統(tǒng)[12，13，14]，管理地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查資料，顯示并查詢地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征信息，評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害的危害程度，分析地質(zhì)災(zāi)害和影響因素之間的關(guān)系，提出減輕和防治地質(zhì)災(zāi)害的措施，對(duì)將來(lái)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)［15，16］。戴福初等利用GIS對(duì)香港地區(qū)的滑坡災(zāi)害進(jìn)行歷史滑坡編錄，分析滑坡的時(shí)空分布特征與動(dòng)態(tài)和靜態(tài)環(huán)境因素之間的相關(guān)關(guān)系，對(duì)滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)和危險(xiǎn)區(qū)域劃分［17］。

(2)  地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)度區(qū)劃評(píng)價(jià)

由于各種地質(zhì)因素本身的不確定性，以及地質(zhì)因素之間相互作用的復(fù)雜性，在收集大量的基礎(chǔ)地質(zhì)環(huán)境資料前提下，利用GIS對(duì)這些基礎(chǔ)資料進(jìn)行有效地處理來(lái)提高數(shù)據(jù)的可靠性，通過(guò)選取合適的評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)指標(biāo)［18］，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)分析模型［19，20，21］，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)的劃分，從而為地質(zhì)災(zāi)害的管理及防治和預(yù)警決策提供依據(jù)。

(3)  GIS與專家系統(tǒng)的集成應(yīng)用

GIS與專家系統(tǒng)的集成應(yīng)用中，GIS所起的作用主要是管理時(shí)空數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間分析；專家系統(tǒng)所起的主要作用是利用專家知識(shí)和空間目標(biāo)的事實(shí)推理判定災(zāi)害的危險(xiǎn)度［22］。二者的結(jié)合將使專家經(jīng)驗(yàn)得到推廣，減少野外和室內(nèi)手工作業(yè)工作量，使區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)管理成為可能。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）地理信息系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)廣泛滲透到了多種學(xué)科領(lǐng)域，從比較簡(jiǎn)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(shí)及網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展，新興的地理信息系統(tǒng)將運(yùn)用專家系統(tǒng)知識(shí)，進(jìn)行分析、預(yù)報(bào)和輔助決策。

（2）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(jié)構(gòu)上，可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網(wǎng)絡(luò)GIS等幾個(gè)主要類別。其中組件式GIS在系統(tǒng)的無(wú)縫集成和靈活方面具有優(yōu)勢(shì)，代表了GIS系統(tǒng)的發(fā)展方向。

（3）地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用方興未艾，尤其在地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)和管理、地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)度區(qū)劃評(píng)價(jià)和GIS與專家系統(tǒng)的集成應(yīng)用方面進(jìn)展很快。