GIS基础软件技术体系发展及展望

地理信息系统（GIS）是一门实践性很强的学科，它既有理论和方法研究的一面，又有技术和产品开发的一面。从产品的角度看，GIS主要包括数据产品和软件产品（或部分软硬件一体化的产品）。地理信息产业是信息产业的一个重要组成部分，地理信息技术是IT技术的一个重要分支，地理信息系统软件是一类特殊的计算机信息系统软件，它是以各类空间数据及其属性为基础，为各种应用目的服务的一类计算机信息系统。

　　GIS针对特定的应用任务，存储事物的空间数据和属性数据，记录事物之间的关系和演变过程。它可根据事物的地理坐标对其进行管理、检索、评价、分析、结果输出等处理，提供决策支持、动态模拟、统计分析、预测预报等服务。其应用覆盖工业、农业、交通运输、环保、国防、公安等诸多领域，特别是GIS与MIS相结合，其应用几乎涉及人类生活的各个方面。对于这样一个与国民经济发展关系极为密切、直接关系到国家的主权和安全、市场前景如此广阔的高新技术领域，不能想象长期依赖国外软件产品，我们理所当然应该大力发展拥有自主版权的GIS软件产品和产业。 一、我国已经具备发展GIS的基础 　　GIS的概念出现在60年代，当时国外从空间数据的地学处理入手，开始了对其技术与方法的研究。到了70年代，由于计算机处理能力的飞速发展和环境、资源等问题日益突出，GIS技术开始进入实用，出现了实际的GIS应用系统。80年代则是GIS大发展的时期，技术逐渐走向成熟，专业制造商开始出现，商业化的实用系统进入市场，应用领域迅速扩大。 　　我国在这方面虽然起步稍晚，但经过20余年的努力，也有了相当的发展。主要表现在以下三方面： 　　1．技术与队伍 　　从“六五”到“八五”期间，我国的GIS技术得到了长足的发展。特别是“九五”期间，原国家科委将GIS作为独立课题列入“重中之重”科技攻关计划，给予了充分的重视和支持，技术发展速度明显加快，GIS基础软件技术支持得到了全面的加强，出现了一批有水平的技术成果和产品。如空间数据采集方面的扫描数字化技术、数字摄影测量技术等已达到与国外相当的水平；地图出版技术已经超过国外的GIS软件；AM/FM应用软件水平已经进入世界行列；小型GIS基础软件的整体设计水平已经接近国外水平，GIS软件产品化技术方面也有了很大的提高。所有这一切都为发展我国GIS产业奠定了技术基础。 　　与此同时，一大批中青年科学家和技术人员正在成为GIS技术研究和产品开发的主力军，尤其是一批计算机软件技术人员进入GIS领域，形成了多学科结合的局面。目前，国家已正式将GIS列入高校学科专业目录，现已有50多所高校开设了GIS课程，大量培养本科、硕士、博士毕业生。我国GIS技术人才培养基地已经形成，为GIS产业奠定了人力基础。 　　2．产品和市场 　　近年来，国家科委采取了一系列措施，将GIS软件产品开发正式列入国家“九五”重中之重科技攻关项目，提出了“引入竞争机制，坚持滚动发展，加强科技攻关，落实产业建设”的方针，并通过连续两年的全国GIS软件测评，充分发挥出导向作用。特别是去年12月的全国GIS工作会议后，在全国范围内掀起了一个推广应用GIS技术，促进科学管理、科学决策的热潮。GIS软件产品化、商品化进展显著，市场开拓成绩喜人，应用效果明显。 　　我国在微机平台上的GIS 基础软件产品已经初具规模，近两年与国外软件产品的差距正迅速缩短，在不少方面与国外软件的水平相当，有些方面甚至超过了国外软件，出现了一批在国内有影响力的软件产品，如微机基础软件MAPGIS、AM/FM专用开发平台GROW、扫描数字化软件GeoScan等。 　　在市场方面，国产软件由于价格和服务方面的优势，显示出了强大的生命力。例如，MAPGIS在国内拥有的用户已经超过了1400个;GROW在一些重要工程的竞争中击败了国外著名的GIS软件;GeoScana在数据产品生产方面得到了普遍的使用。抽样调查的数据表明，在已经建成的GIS系统中，使用国产基础软件的系统约占26％，与ARC/INFO、MapInfo的市场占有率相当。特别应当指出的是，在已经使用国外GIS软件的用户中，有相当一部分用户并不满意，计划在今后的投资中采用国产软件。 　　在产品发展的同时，国内一批以GIS软件和应用为主要方向的企业发展起来，出现了像深圳雅都信息系统公司和武汉中地信息公司这样产品有竞争力、企业有一定实力、发展势头良好的企业。还有一些企业虽然目前规模尚小，但在产品开发上有特色，具有发展前途。特别是北大方正集团开始进军GIS领域，将会为我国GIS软件产业的发展增添新的活力。 　　3．应用经验积累 　　从80年代开始，我国在一些行业和领域着手建设地理信息应用系统，经过10余年来的努力，建立了一批全国、省市和区域一级的数据库及大型应用系统。如全国1:100万基础地理信息库、重大自然灾害监测与评估系统、三北防护林系统、重点产粮区主要农作物估产系统等。通过实际构造GIS应用系统，解决了应用领域知识的提炼、综合以及与 GIS技术的结合问题，提高了大型GIS应用工程的开发管理水平，积累了较为丰富的GIS应用经验。 　　近年来，GIS已经成为不少部门和单位日常工作的业务运行系统，涌现出一些在GIS应用方面经验丰富、基础数据完备、领域业务工作流程与信息技术成功结合并完成重组（BPR）过程的单位，如广州市城市规划局及其自动化中心。GIS的概念和方法得到了相当程度的普及，越来越多的用户接受了利用GIS技术来辅助业务工作的解决方案。抽样调查的结果显示，在测绘、环保、航天、矿产、建设、海洋、土地、气象等行业中，有将近（或超过）一半的单位在不同程度上使用GIS技术来辅助进行业务处理。我国已经拥有很大的GIS用户群，他们熟悉GIS的方法和技术，并通过实践积累了较丰富的应用经验。 二、发展我国GIS软件产业所面临的挑战 　　1．技术挑战 　　(1)面向对象软件技术的发展改变了GIS软件系统的结构方式 　　在软件领域中，面向对象已成为90年代的主流技术。与传统的软件技术不同，它不再从解决问题的算法的计算机实现出发来建立软件系统结构，而是从客观存在的事物出发，以及根据事物之间的关系来建立软件系统结构。它的四类抽象语义机制，即分类（Classification）、聚合（Aggregation）、类属（Generalization）和集合（Association）以及消息传送机制，可以使软件的构造过程以更加接近客观现实的方式来进行，设计出的软件更加可靠、可读，结构更加清晰，维护更加方便，也使软件的重用问题得到了较好的解决。 ----以面向对象技术为基础的商品化软件工具在90年代大量出现，为人们提供了方便的构造面向对象软件的手段。长期以来，传统的GIS软件很难将人们积累的对地理要素的研究成果直接在计算机中表达出来，而采用面向对象的数据模型则可以对地理空间进行多层次的分解，选择更加基本的操作单元，从而更全面、正确地描述现实世界。在软件结构方面，组件化的GIS基础软件开始出现，使软件的可配置性、可扩展性和开放性更强，使用更灵活，二次开发更方便。传统的 GIS基础软件全部被组件化软件所替换只是一个时间问题。这无疑对国内已经成熟和接近成熟的GIS基础软件产品提出了严重的挑战，迫使我们投入更大的力量来加快版本升级的速度（甚至重新开发）。显然，对于国内相对弱小的GIS企业来说，这将是一个沉重的负担。 　　(2)全关系GIS技术的发展导致新一代GIS软件的出现 　　 GIS软件共管理两类数据，即空间数据和属性数据。其中，属性数据刻划了对象除空间位置外的性质，这类数据一般是可以结构化的，因此，可以用传统的关系型 DBMS来管理它们，并实现快速、可靠的检索；而空间数据则刻划对象的空间位置以及对象之间的相互关系，很难严格地加以结构化，难以用DBMS来管理。因此，目前的GIS软件通常用商用数据库来管理属性数据，而用文件系统来管理空间数据。这种数据管理的不一致性，一方面增加了GIS软件开发的复杂性，另一方面也不易保证数据管理的可靠性，给使用带来不便。多年来，GIS软件人员尝试在商用关系数据库上管理空间数据，但结果是事倍功半，难以构造复杂的空间对象。 　　近年来，国外GIS与数据库开发商加紧了联合的步伐，共同开发全关系的GIS软件，使GIS软件能充分利用商用数据库中已经成熟的众多特性，如内存缓冲、快速索引、数据完整性和一致性保证、并发控制、安全和恢复机制及分布式处理机制，明显地提高了GIS 软件管理空间数据的能力。新一代GIS软件的即将出现，无疑对我国GIS软件的开发形成了压力。由于我国还没有出现有实力的DBMS软件开发商，这势必增加我国相关企业的困难。 　　(3)GIS从以系统为中心转向以数据为中心 　　网络技术的发展使数据快速共享成为可能，分布式计算技术的发展改变了软件的工作方式；客户/服务器结构和Web的出现，方便了用户，改变了软件的使用方式。同样， GIS软件也必须适应这些新技术的发展。开发分布式的GIS软件不仅要考虑网络应用层协议的设计，而且还必须考虑元数据（如数据来源、投影方式、坐标系统、作业方式等）标准的建设。另外，还必须研究GIS应用的表示技术，如GSQL语言等。在这种情况下，地学和信息技术的结合将更加密切和深入。GIS软件开发人员不仅是应用软件的开发者，他们还必须深入了解系统软件的构造和设计技术。近年来，OpenGIS、WebGIS的出现正是顺应了这种趋势。 OpenGIS以不同平台、不同系统之间的互操作为特征，极大地扩展了GIS系统的规模和范围。WebGIS的出现使GIS普及到千家万户。但是，这类软件的开发工作量更大、技术难度更强、可靠性更难保证。在最近几年内，国外将会有这类成熟的商品软件出现，因此，为了保持国产GIS软件的竞争力，我国 GIS软件的开发不能掉以轻心，必须加快技术创新的力度。当然，这势必增加国内企业的负担。 　　2．市场挑战 　　在面临技术挑战的同时，我国GIS软件产业所面临的市场挑战更为严峻。市场开拓涉及企业的综合能力，包括体制与实力、经营与管理水平、市场定位与策略、人员的结构与水平、产品的技术水平与商品化程度、竞争对手的情况，等等，其中最重要的是体制问题。概括起来有以下几个方面。 　　(1)大部分企业体制不够完善，实力不强 　　国家“九五”攻关计划对GIS部分强调了产业化的要求。但是，长期以来，GIS软件的研究与开发主要在高校和科研院所内进行，与市场和产业的结合不够紧密。“九五”期间，这种情况得到了很大的改变，一批以GIS为主要经营方向的企业建立了起来，但是，除少数企业外，大部分企业的体制尚不够完善，还处在由科研体制向企业体制转变的过程中，存在着这样或那样的问题和困难，特别是人们的观念和习惯的转变是一个长期的过程。不少单位虽然建立了企业机制，但缺乏有经验的经营人才和企业管理人才，缺乏长期的、明确的经营策略和市场策略，在管理上仍沿用科研管理的方式，在技术驱动和市场（需求）驱动之间摇摆不定，市场开拓不够得力，经营方式不够灵活。相反，一些民营企业却全身心投入市场经济大潮，发展迅速。事实证明，产业机制健全的单位，产品开发和市场发展的情况就好，企业的实力增长就快，反之，各方面的成长速度就慢，甚至出现反复。总的说来，与国外有名的GIS软件企业相比，国内GIS企业的整体实力相对较弱，急需快速成长。 　　(2)国外GIS软件大量涌入，竞争激烈 　　我国GIS软件市场在很长一段时间内完全由国外软件所独霸。近几年来，国产软件开始在市场上出现，销售量增长较快，势头良好。但最近一年来，国外不少GIS软件厂商相继进入中国市场，与原有的国外软件厂商一起，与国产软件展开了激烈的竞争。在大型多用户GIS软件领域中，国产软件主要面临ARC/INFO的巨大压力，在小型和桌面系统领域（国产软件主要集中在这一方面）里，主要面临MapInfo的攻势，最近，AutoDesk也加入了角逐。由于国外软件厂商的经济实力比较雄厚，产品升级速度很快，在市场开拓方面有丰富的经验并进行大量投入，已经在中国占有了相当的市场，特别是针对国产GIS企业及其软件的崛起采取了相应的措施。因此，今后几年，市场竞争将会十分激烈。 　　(3)人才竞争加剧，防止人才流失任重道远 　　人才就是技术，人才就是市场。在高新技术领域，人才是企业的生命线，是第一位的。人才竞争是企业竞争的一个重要组成部分，甚至是国家之间竞争的一个重要方面。目前，国内技术人才流向国外的现象比较严重，GIS领域也不例外，形成了“软件人才出口，软件产品进口”的奇怪现象。即使在国内，人才竞争也很激烈，经过培训、有一定经验的技术人才和管理人才流向外资公司的现象普遍存在。优秀人才的流失往往伴随着技术和市场的流失，在削弱国内竞争对手的同时加强了国外对手的力量。有的外资企业甚至有针对性地采取“釜底抽薪”的手法，千方百计地确立和保持自己的优势。如何防止人才流失，将是摆在国内GIS企业面前的一个长期的课题。 三、发展我国GIS软件产业的对策 　　1．加快GIS软件产业的集约化发展 　　企业是产业的主要实体，产业的壮大首先要有一批有规模的企业。针对国内GIS企业规模和实力相对较小、运行机制大多不够完善的现状，当务之急是要迅速健全运行机制，壮大国内GIS企业的规模和实力，促进GIS产业向集约化发展。 　　(1)国家加强扶植和引导 　　我们应该清醒地看到，企业的发展固然应该主要依靠自己的力量，但是如果单靠企业自身的积累，其发展速度将受到很大的限制，很难在较短的时间内达到可以与国外著名GIS企业全面抗衡的实力。国家应从多方面加以扶植和引导。一方面，要在政策上给以扶植，在税收、国家采购、科技贷款等政策方面给予适当倾斜，尽快建立高科技风险基金机制，帮助企业更快地增加积累，发展产品和市场。另一方面，要在企业发展方向上加以引导，鼓励企业按照“自愿结合、自筹资金、自主经营、自我约束、自我发展”的原则，确立自己的生存机制，特别鼓励他们坚持“以市场为龙头，以资本为纽带”，推进资本重组和联合，实现股份制改造。同时，要在国家的指导下规范行业市场，建立GIS产品标准，逐步实行GIS软件产品的测试、认定和推荐制度，提倡符合行业标准的国内GIS软件，逐步营造一个既有利于扶植民族工业，又有利于国内外企业公平竞争的环境。 　　(2)企业之间加强联合 　　目前，国内部分GIS企业在内部管理、市场开拓和软件商品化、技术服务等方面积累了不少经验，具备了一定实力，占领了部分市场；许多高校和科研院所研究力量雄厚，技术突破能力强，但缺乏市场和经营能力，技术服务往往得不到重视。此外，我国有一些企业规模虽然不大，但单项GIS技术产品（如扫描数字化软件、 GIS软件组件等）很有特色，大有发展前途。所以，我国在GIS软件产品、技术发展、企业经营等各个方面都有一些单位具有一定的实力和局部的优势，但没有对国外GIS厂商形成整体优势。究其原因，主要是这些单位各自为战，缺乏必要的联合和协调，在国际竞争面前显得力不从心。 　　从目前的竞争态势来看，联合是大势所趋。发展我国GIS产业需要联合，需要优势互补、产品配套。坚持集约化和规模经济的方向，我国就可以在短时间内形成一定数量的大型骨干GIS软件企业和企业集团，成为发展产业的中坚力量。同时也鼓励中小企业依靠特色和创新，争取超常规的发展，最终形成大、中、小相结合的较为完善的GIS企业架构，实现规模化生产和经营。 　　(3)建立现代企业制度，稳定队伍 　　股份制是现代企业的一种很好的组织形式，也是联合的一种很现实的实现方式。它可以防止出现以往联合工作中遇到的许多复杂问题，保证企业在市场竞争中更加灵活、有力，也有利于营造一种可以吸引人才、稳定人才、使之能够脱颖而出的环境。 　　2．加强推广应用，扩大市场 　　国家科技部副部长徐冠华曾指出，GIS的问题是产业化的问题，产业化的问题是推广应用的问题。发展我国GIS软件产业应该坚持以用立业的原则。在我国基础软件发展已有一定基础、有力量支持国内GIS应用的情况下，必须认真对待GIS应用软件产品的问题。结合国情开发应用软件是我们的长项。国内许多应用部门长期使用GIS，不少部门应用经验相当丰富，是发展GIS应用的巨大知识源泉。事实上，长期以来应用部门就是GIS基础软件的主要用户，据统计，仅一种国外的GIS基础软件在某部门的累计销售量就达2.7亿元人民币。因此，必须采取一切措施，鼓励应用部门采用国产基础软件来进行二次开发，发展本领域的 GIS应用软件产品，并在适当的时候建立企业机制，实现基础软件开发单位和应用部门（应用软件开发商）在应用开发上的合理分工，建立基础软件商和应用开发商的合理结构。 　　在去年召开的全国GIS工作会议上，确定了在有条件的地方和部门选择若干应用要求迫切的方向，酝酿成熟后作为GIS典型示范工程立项，在国产GIS基础软件上开发应用系统，在应用领域树立样板，并普及推广。这无疑是国家对GIS软件产业发展的有力支持，是一项在GIS领域发挥我国整体实力，参与国际竞争的有力措施。 　　在发展GIS产业和GIS的推广应用中，建立GIS标准是一项重要的基础性工作，也是实现地理信息资源共享的前提。GIS标准化的内容很多，其核心是空间数据标准。我国早在80年代中就开始了对地理信息标准化和规范化的研究。近年来，我国又积极参与国际标准化组织的数字地理信息的标准化工作，努力使我国的标准化与国际接轨。如果国产GIS软件能在城市建设、能源建设、环境保护、交通、电信、国土测绘等部门得到广泛的应用，我国GIS软件产业的发展就是顺理成章的事情了。 　　3．重视技术创新，加快新产品研制的速度 　　高新技术的生命力在于创新，技术创新也是GIS软件产业建设和持续发展的关键。面对计算机软硬件技术的高速发展和国外GIS技术的进步，必须充分重视和加快新一代GIS软件产品的开发。国内在GIS组件技术、WebGIS、OpenGIS方面已经开始进行研究，国家也在“九五”科技攻关计划中作了部署，其技术研究和产品开发取得了明显的进展。 　　GIS软件技术创新的关键是技术重组和人员重组，要加快地球科学与信息科学交叉的步伐，鼓励更多的计算机技术人员加入到GIS产业队伍中来，加速多学科交叉的技术复合型人才的培养，加速技术和管理复合型人才的培养。企业应当尽快建立起自己的知识结构合理的产品开发技术队伍。 　　在组件技术方面，特别要注意GIS组件的合理规划，要兼顾功能完备和方便使用之间的关系，处理好组件库的组织和语义检索问题；在全关系GIS方面，特别要注意研究空间数据的存储技术，兼顾不同使用方式之间对数据组织的不同要求，要重视元数据的管理，处理好存储和效率之间的关系；在分布式GIS方面，要解决好数据安全和保密、数据权益保护问题，特别是应该高度重视GSQL语言的设计和应用层协议的制订，注意解决好开放性（甚至互操作）与执行效率之间的关系。此外，GIS与多媒体、矢－栅交互、四维数据管理、3S一体化技术等都可能成为新的技术生长点，成为产品的特色。 　　发展我国GIS软件产业是我们每一个从事GIS技术研究、产品开发和企业管理人员的责任，任务光荣而艰巨。我们相信，只要经过不懈的努力，我们的目标一定会达到。 作者Blog：http://blog.csdn.net/chughui/ 相关文章 GIS国内网站资源 （转载）透视Web GIS软件 （转载）目前市场上的3S产品 （转载）我国GIS软件产业发展现状