GIS技术在水工环中应用的发展趋势

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地理信息处理系统经过近30年的发展，GIS已经从信息存储、建立数据库、查询检索、统计分析和自动绘图等基本功能的实现，转向建立多功能、多目标、多层次的专业化评价分析模型实现智能化的专家系统和空间决策支持系统。作为建立在信息技术之上的多学科集成的基础平台和综合环境，GIS已经成为协调不同领域信息和不同信息源的理想工具（宫辉力等，1996）。

一、传统制图方法将被计算机辅助制图所取代

地质图件机助编图的发展方向，一是与三维图示技术结合，实现地质数据资料的立体表现，二是把人机交互方式和人工智能方式结合起来，其中的人工智能式编图是当前欧美地图制图专家和地学图件制图专家研究的重要课题。

传统的制图方法，即在纸上绘制图件已经处于逐渐被淘汰的地位，尤其是在计算机技术越来越发达的今天。其一，人工绘制图件是一个繁杂缓慢的作业过程，它不但消耗大量人工于绘制，而且绘制成的图件不宜保存。其二，传统方法形成的成果图件难于更改，一旦有所变动或有新资料注入，修改原图几乎是不可能的，只能花费更大量的人工重新绘制。其三，信息时代的数据共享需要大量的数字产品。

利用GIS技术不仅能轻而易举的选取所需要的资料编绘各类图件，而且可以在任何时候根据新的资料修改或重新编绘。原始资料与编辑的图件保存在同一系统内，可统一编目，便于查询，根据需要可以输出不同比例尺的高质量彩色图件，使其成为现代绘图的主要手段和工具之一。

二、空间决策支持系统（SDSS）是GIS技术应用的重要分支

空间决策支持系统（SDSS）是近年来在常规决策支持系统和GIS相结合的基础上，发展起来的一种新型的信息系统。目前大多数GIS的定义和功能局限在空间数据获取、存储、更新、运算、显示及制图制表等方面，缺乏复杂对象的空间问题，如区域规划、生产力布局等问题决策的有效支持能力，难于满足各级决策者的需要（阎守邑等，1996）。SDSS正是针对这种情况，在已有的多用于商务的决策系统和GIS的基础上构思，逐步发展和兴起的。

三、GIS的应用将是数值模拟技术发展的重要手段

空间信息的综合分析方法也就是常说的应用模型，是在对专业领域的具体对象与作用过程进行大量研究的基础上总结出来的规律的表示，GIS就是利用这种模型对系统中所包含的大量空间数据进行分析综合来解决实际问题的。因而这种模型在GIS中具有举足轻重的地位，模型的建立不仅是实施一个应用系统的主要内容，也是决定GIS解决应用系统所面临的问题、效率和最终取得实际效益的关键（姜作勤等，1998）。

随着应用的深入及GIS向产业化方向发展，为了使GIS能在包括地下水在内的多个具体应用领域中大显身手，GIS应进一步吸收融合多种新技术。目前存在的GIS软件大多数以数据库为核心。应用模型在GIS中尚处于一种从属地位，而且GIS与大部分专业应用模型之间缺乏连接的桥梁，偶合集成的技术几乎还是空白，这大大降低了应用GIS解决包括地下水在内的具体实际问题的能力和效率，因此今后应特别加强对于应用模型、模型管理技术及应用模型与GIS之间集成技术的研究，形成以模型库为中心的GIS。这些众多的应用模型（包括预测模型和决策模型）可以为改造世界提供直接有用的信息，使GIS升华为一个强有力的决策支持系统，成为改造世界的一种动力，促进资源、环境、经济和社会的协调发展，实现人类社会系统和自然物质系统的协同演进和可持续发展。这既是研究和应用GIS的出发点，也是研究和应用GIS的最终归宿（卢文喜，1997）。

GIS在地下水研究领域中的具体应用主要在于以下两个方面。第一，对GIS通用功能的开发，既利用其特有的对空间数据的处理和管理能力，包括数据采集和编辑、空间数据库、图形分析和绘图及空间分析功能。第二，也是更为重要的方面，需要研究如何将地下水应用模型与GIS偶合连接起来，实现二者的集成。这需要地下水应用模型研制人员和GIS研究人员双方都考虑连接桥梁问题。对于众多的专业应用研究模型，要研究和发展模型管理技术，形成专业应用模型库，使之便于连接并在应用中发挥关键作用（卢文喜，1997）。

四、发展多维GIS技术是地学领域应用的方向

多年来，地质学家一直采用二维地图产品表示三维地物，在很多领域人们需要分析具有三维坐标的地表面以下的状况，这种空间关系常为确定和评价地下水资源、矿产品资源、石油资源和污染状况提供重要的信息，因此，人们在原有的2D-GIS软件的基础上，又开发出了适合实际需要的3D-GIS产品（姜小轶等，1998）。

三维GIS是近几年来最热门的研究项目之一。目前，绝大多数商业化的GIS软件还只是在二维平面的基础上模拟并处理现实世界所遇到的现象和问题，只有少量的GIS软件能进行真三维的分析和显示，如：IVM系统、SGM系统和GRASS等，但它们在几何建模和分析功能上存在着不足。另外，现在决大多数的GIS软件都无法处理诸如地下水文、矿山等真三维现象，其中最主要的原因在于3D-GIS所面临的几何建模问题。大多数GIS在几何建模（数据结构模型）建立方面还存在着严重的不足，再加上地学领域的三维地质实体多为不规则体，而不规则体又是所有三维地理实体中最难描述的，因此，建立怎样的几何模型来描述不规则的三维地质实体，是3D-GIS理论本身及其在地学应用研究中急待解决的问题。目前能有效描述三维实体的几何模型有：三维边界表示法（BR）、3D栅格（Ar-ray）、八叉数（Octree）、实体结构几何法（CSG）和四面体格网（TEN）。每种几何模型都有其优缺点，任何一种单一的几何模型都无法解决地质三维现象的所有问题。解决问题的办法是设计一种混合几何模型，就是在综合考虑各种数据结构的优缺点的基础上，不同类型的地质体用不同的数据结构，甚至在同一实体内部的不同部位上，也用不同的集合模型，既考虑了数据量大的问题，又较好地解决了局部的精确描述问题（王磊等，1998）。

另外，目前许多地学部门对GIS的应用开发研究越来越关注，并取得了许多开发成果及应用效果，更多的地学部门也将被吸引到GIS的应用开发研究工作中来。在这一可喜局面的背后，我们应清醒的看到：大多地学行业和部门均按自己的要求、基于不同的软件平台建库，使许多数据难于实现共享，造成了极大的浪费。如果说我们在2D-GIS的应用研究中失去了数据共建与共享研究的时机，那么可以充分利用3D-GIS应用研究热潮，来做好三维数据共享这一艰巨而又意义深远的工作，但若将3D-GIS真正地运用于地学领域，并处理好数据共享这一重要问题，我们还要作大量的工作，可见3D-GIS在地学中所面临的挑战是十分严峻的（王磊等，1998）。

目前，真正的3D-GIS软件还很少，现有的软件也只能完成显示和进行简单的分析。GIS数据的分析和处理，随着存储器容量的增加，CPU功能的增强，显示设备的改进将有进一步的增强。各个国家都在强化数据标准，这将迫使GIS软件厂商支持这些国家标准，并开始增加空间数据描述信息（Metadata）的处理功能。随着3D-GIS的发展，将会出现4D-GIS，即在三维的基础上加上时间序列，例如地质学家想对某一时刻的所有地质条件或某一时间段内的平均地质条件进行评价，他们想获得“a时刻的值”或“从时间b到时间c这段时间内的值”，大部分地质特征和条件的变化是缓慢的，但并不都如此，如：水灾、地震、暴风雨以及滑坡等都会使局部地质条件发生快速而巨大的变化。为充分满足需要，这种时间数据获取能力应该与3D模型相结合，问题的彻底解决则需要在3D-GIS技术成熟之后，再发展成为四维GIS。随着计算机与空间技术的进步与发展，GIS将由各自分开独立的系统走向兼容与集成，从二维走向三维和四维，从单机走向网络（姜小轶等，1998）。