摘要：地理信息系統技術（GIS）已經廣泛滲透到了多種學科領域，從比較簡單的、單一功能的、分散的系統發展到多功能的、共享的綜合性信息系統，并向多媒體GIS、智能化、三維、虛擬現實及網絡方向發展，新興的地理信息系統將運用專家系統知識，進行分析、預報和輔助決策。本文介紹了地理信息系統的開發工具，從專業開發工具的組成結構上，可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網絡GIS等幾個主要類別；總結了地理信息系統在地質災害研究中的應用及其在地質災害評價和管理、地質災害的危險度區劃評價和GIS與專家系統的集成應用的進展態勢。

關鍵詞：地理信息系統 集成式GIS 模塊化GIS 組件式GIS 網絡GIS 地質災害

1地理信息系統的基本概念

地理信息系統(Geographic Information System，GIS) 是介于信息科學、空間科學和地球科學之間的交叉科學與新技術學科，它是計算機科學、遙感技術、信息工程與現代地學理論和方法的有機結合。地理信息系統是基于數據庫系統、地圖的可視化和地理信息的空間分析的計算機系統，處理的數據是具有地理特征和表征地學現象之間空間關系的屬性數據。地理信息系統的主要功能有：采集、存儲、管理、檢索、查詢、分析、顯示和輸出多種數據［1，2］，進行數據維護與更新、區域空間分析、多要素綜合分析和動態預測［3］等。

地理信息系統，按其內容可以分為三大類［4］：(1)專題信息系統，它是具有有限目標和專業特點的地理信息系統，為特定的專門目的服務，如水資源管理信息系統、礦產資源信息系統和水土流失信息系統等。(2)區域信息系統，主要以區域綜合研究和區域的信息服務為目標，可以有不同的規模，如加拿大國家地理信息系統和我國黃河流域信息系統等。(3)地理信息系統工具，它是一組具有圖形圖像數字化、存儲管理、查詢檢索、分析運算和多種輸出等地理信息系統基本功能的軟件包。地理信息系統的任務，就是對地球表層人文經濟(包括人類工程活動)和自然資源及環境多種信息進行綜合管理與分析。

2 地理信息系統的開發工具

近年來GIS應用系統發展迅猛，GIS工具軟件版本也不斷更新升級，比較鮮明的發展動向有[5]：(1)各GIS軟件工具廠商在優化性能的同時，重視發展Internet 上的GIS；(2)更換開發語言和開發模式，更換或擴展到Windows NT 平臺；(3)在空間數據庫管理方面，客戶/服務器體系結構仍是GIS 軟件追求的目標；(4)除了屬性數據外，人們也希望圖形數據采用關系數據庫管理系統或面向對象的數據庫管理系統；(5)理論研究方面，時空數據的處理及其三維或四維GIS仍然是一個研究熱點；(6)為了進行空間數據共享和交換，各國都制定了空間數據的交換格式；(7)元數據(Metadata)的記錄、處理與標準也是GIS技術發展的一項重要內容；(8)對GIS軟件影響較為深刻的技術還有組件對象模型(COM)，軟件廠商已由原來向用戶提供系統轉為提供對象類型庫或ActiveX控件。

在地理信息系統的發展過程中，目前已出現了大量的GIS系統專業開發工具。從這些專業開發工具的組成結構上，可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網絡GIS等幾個主要類別［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開發工具。集成式GIS系統的優勢是各項功能已形成獨立的完整系統，提供了強大的數據輸入輸出功能、空間分析功能、良好的圖形平臺和可靠性能，缺點是系統復雜、龐大和成本較高，并且難于與其它應用系統集成。

（2） 模塊化GIS

模塊化GIS系統是把GIS系統按功能劃分成一系列模塊，運行于統一的基礎環境中。Intergraph公司的MGE是具有代表性的模塊化GIS系統。模塊化GIS系統具有較強的工程針對性，便于開發和應用。

（3） 組件式GIS

組件式GIS是隨著近年來計算機軟件技術的發展而產生的，代表了GIS系統的發展潮流。組件式GIS具有標準的組件式平臺，各個組件不但可以進行自由、靈活的重組，而且具有可視化的界面和使用方便的標準接口。組件式GIS平臺的核心技術是Microsoft的組件對象模型（Component Object Model，簡稱COM）技術[9]，新一代組件式GIS大都是采用ActiveX控件技術來實現的，如Intergraph 公司推出的Geomedia，ESRI公司推出的MapObjects， MapInfo公司推出的MapX，中科院地理信息產業發展中心開發的ActiveMap， 北京靈圖公司開發的三維虛擬現實地理信息系統VRMap等。這類GIS系統提供的是為完成GIS系統而推出的各種標準ActiveX控件和類型庫（Type Library），使GIS系統開發者不必掌握專門的GIS系統開發語言，只需熟悉基于Windows平臺并且支持ActiveX控件技術的通用集成開發環境，了解組件式GIS各個控件（包括對象）的屬性、方法和事件，就可以實現GIS系統。所以，組件式GIS在系統的無縫集成和靈活方面具有優勢，從一定意義上講，它代表了GIS系統的發展方向。

（4） （4）網絡GIS（Web GIS）

進入上世紀90年代后期，信息技術迅猛發展，新的信息技術層出不窮。隨著電信網、有線電視網、Internet三網融合步伐的加快和第二代Internet技術的日趨成熟，Internet正日益成為信息化社會人們聯系、交流、獲取信息的重要工具。Internet技術改變著世界。戈爾所倡導的“數字地球”概念引起了人們廣泛的關注，Internet環境下的空間信息處理技術也愈來愈受到重視，它把多維虛擬現實技術(Virtual Reality)、計算技術、遙感技術(Remote Sensing)、地理信息系統、全球定位系統(Global Position System)、網絡技術等作為主要的技術支撐系統。GIS的網絡化應用趨勢已成為必然。Web GIS 是指基于Internet平臺的地理信息系統，又稱為因特網GIS（Internet GIS）。Internet技術的發展，使地理信息系統發生了質的飛躍，對傳統意義上的GIS帶來了極大的沖擊，導致了Web GIS時代的開始。以單機或局域網為操作平臺的工作模式終將被Internet 操作平臺所取代。

利用這種新方法，從WWW的任意一個節點，Internet的用戶都可以瀏覽到Web GIS站點上的地理數據，制作專題圖件，進行空間查詢檢索以及空間分析，地理數據的概念已經擴展為分布式、超媒體特點的、相互關聯的數據，使GIS進入千家萬戶。終端用戶可以在任何時候、任何地點共享、使用各GIS服務商或政府機構提供的空間信息、應用服務。通過一個簡單的瀏覽器就可以訪問經過復雜的專業GIS分析產生的簡潔、直觀的結果。可以交互式訪問動態更新的地圖網址，在Internet網上完成單機系統常見的各種基于地圖的GIS信息查詢功能。另外，Internet與組件對象模型技術相結合，進一步發展了基于分布式組件模型的Web GIS。空間數據庫供應商在服務器上存儲數據的同時，根據數據元的格式安裝操縱該數據的控制，用戶在網上可調用不同的控件和數據，在本機或某個服務器上進行分布式組件的動態組合和空間數據的協同處理與分析，完全實現遠程異構數據的共享。

已經有一些公司推出了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。已經推出的Web GIS是利用現有的GIS軟件通過CGI或者Sever API構造的過渡產品，隨著組件式GIS的發展和分布式對象Web技術的逐漸成熟，未來的Web GIS將是基于COM/ActiveX或CORBA/Java技術開發的分布式對象GIS系統。

3 地理信息系統在地質災害研究中的應用進展

目前，國內外利用地理信息系統，主要用于研究國土和城市規劃、地籍測量、農作物估產、森林動態監測、水土流失、地下水資源管理［4］和礦產資源勘查［10］、潛力評價及開發［11］等眾多領域。GIS在地質災害研究中的應用大致有以下幾個方面：

(1) 地質災害評價和管理

利用地理信息系統的各種功能，建立地質災害空間信息管理系統[12，13，14]，管理地質災害調查資料，顯示并查詢地質災害的空間分布特征信息，評價地質災害的危害程度，分析地質災害和影響因素之間的關系，提出減輕和防治地質災害的措施，對將來可能發生的地質災害進行預測［15，16］。戴福初等利用GIS對香港地區的滑坡災害進行歷史滑坡編錄，分析滑坡的時空分布特征與動態和靜態環境因素之間的相關關系，對滑坡災害風險進行評價和危險區域劃分［17］。

(2) 地質災害的危險度區劃評價

由于各種地質因素本身的不確定性，以及地質因素之間相互作用的復雜性，在收集大量的基礎地質環境資料前提下，利用GIS對這些基礎資料進行有效地處理來提高數據的可靠性，通過選取合適的評價預測指標［18］，運用恰當的數學分析模型［19，20，21］，對研究區進行地質災害危險性等級的劃分，從而為地質災害的管理及防治和預警決策提供依據。

(3) GIS與專家系統的集成應用

GIS與專家系統的集成應用中，GIS所起的作用主要是管理時空數據，進行空間分析；專家系統所起的主要作用是利用專家知識和空間目標的事實推理判定災害的危險度［22］。二者的結合將使專家經驗得到推廣，減少野外和室內手工作業工作量，使區域地質災害的動態管理成為可能。

4 結語

（1）地理信息系統技術已經廣泛滲透到了多種學科領域，從比較簡單的、單一功能的、分散的系統發展到多功能的、共享的綜合性信息系統，并向多媒體GIS、智能化、三維、虛擬現實及網絡方向發展，新興的地理信息系統將運用專家系統知識，進行分析、預報和輔助決策。

（2）地理信息系統的開發工具，從專業開發工具的組成結構上，可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網絡GIS等幾個主要類別。其中組件式GIS在系統的無縫集成和靈活方面具有優勢，代表了GIS系統的發展方向。

（3）地理信息系統在地質災害研究中的應用方興未艾，尤其在地質災害評價和管理、地質災害的危險度區劃評價和GIS與專家系統的集成應用方面進展很快。