陈子坦：GIS的“熔·享”之道

 

   来自美国ESRI总部的高级科学顾问陈子坦博士作了题为《GIS——与地理共舞》的专场报告，表达了GIS（地理信息系统）的技术发展取得了可喜的成绩，现在已经有能力、也更有必要和地理科学广泛“熔”合，在大量的社会应用中共“享”成长发展。

会后，陈子坦博士在接受记者采访时回顾了GIS的发展过程和目前达到的技术水平，GIS 完全可以并且已经广泛参与人类社会关心的很多地理科学和社会应用问题。同时，它的进一步发展，也需要它能普遍深入应用于各行各业，着重于和广大地理科学工 作者一起，为提高地学研究的方法和解决问题的能力作出贡献。

 

 

目前，GIS技术应用涉及面非常宽泛，大到对全球问题的关注，如全球变暖、环境污染、厄 尔尼诺现象等，远到太空如火星、月球，小到如精准农业各个地块、公园中的每一棵树，快速反应到火警、交通事故等等不胜枚举。“一方面GIS的功能越来越 强、系统越来越完善，另一方面，地球和人类面临的问题也越来越严峻、复杂，例如人口增长、资源与需求等矛盾。人类社会的需求越来越迫切，要求越来越高， GIS将会面临越来越多的挑战，也给GIS产业带来越来越多的机遇。”陈子坦表示。

 

他说，“科学和技术一直互相促进互相扶持。科学为技术的发展提供了知识和课题，技术又为 科学提供了研究工具也带来新的问题，就像一个人的两只脚交替前进。每一项科学发现都为技术提供了发展动力，每一项技术突破都会为相应科学的发展提供新条 件。地理地球科学和相关空间科学在发展，技术手段也在持续进步。回顾历史，在人类最初的懵懂期，人类长时期摸索探索地球，寻找适合生存的土地，开垦灌溉， 积累了几何、天文等知识，产生了定位、导航、航海、测绘、地图等科技工具。它们极大地增强了人类了解地球的能力，人类逐步迁移到新大陆去生活。地图记载了 人类探索地球的步伐，地球的轮廓逐步清晰起来。在这一阶段，人类的总体活动规模还较小，对地球只是单纯的利用而已。经过工业革命，人类利用地球的规模急遽 扩大，如开垦农田、砍伐森林、大规模移民、开采地质矿藏能源、水利工程、工业排放等等，这些都是尽量利用地球资源，没有考虑到对地球系统的影响。随着人类 活动规模迅速膨胀，人口增加和城市化进程，土地资源、交通、跨洲际交通、大面积森林草原湿地的开发、一次性能源的大量消耗、大规模工业生产等等全球性影响 逐步明显增加。20世纪以来，大规模工业排放、环境污染、其他物种生存空间被破坏等现象日趋严重，人类活动开始显现出全球性干扰的力度，资源和需求矛盾加 剧，使得地球生态系统不胜负荷，灾害的破坏加大加快，人类可持续性发展开始进入世界级的政治经济议题。人类认识到，不仅要利用地球，还要管理和保护地球资 源，我们的子孙后代才能不断持续发展。”

 

在20世纪，电子技术、航空航天技术的发展，带来了遥感、GPS、GIS等新技术。它们 强大快速的数据获取、管理、处理和表现能力从诞生就显示出强大的生命力。地理科学工作者有了前所未有的条件和工具管理海量的地理信息，验证他们多年积累的 设想或假设，逼真地模拟复杂的自然现象，建立社会实用的应用和决策模型。

 

同时，这些技术手段也已经用于探测宇宙的活动中，如火星和月球，我们希望能找到人类的新家。而在了解新家的过程中，在新技术的帮助下，可能并不需要人类摸索地球本身那么长时间。

 

GIS已经走过了几十年的过程。令人欣慰的是，GIS系统和技术已经进入社会实用阶段。 它集成了测绘、地图、地理空间分析技术，以计算机和网络通讯技术为工具，在短短几十年里，显示出它在管理大量多样化地理空间信息和综合辅助决策的能力。尤 其是在涉及协调人类社会和自然的关系方面，包括环境保护、自然和社会资源的管理、灾害和突发事件的处理等等方面，GIS表现出优异的综合特长。

 

陈子坦博士认为：“我们要努力利用GIS这些新技术作为地理科学的手段，不仅利用地球，更要爱护地球。我们的前景在于地球环境的综合管理，最终达到爱护地球、保护人类共同的家园的目的。”

 

 

陈子坦博士介绍，随着GIS技术的逐步成熟和推广应用，GIS技术在美国呈现出三大发展趋势：大量建立地理科学和应用模型；专业的通用数据模型蓬勃发展；GIS产业多层次全方位发展。这些体现出了GIS发展成果为全社会共享的新进展。

 

他说，“在成熟的GIS模块技术的基础上，新地理分析模型正如雨后春笋般出现。”

 

为什么这些新地理模型能迅速发展？过去一些地理科学工作者积累了大量的科研成果，形成了 很多理论假设和模型。但是，有的因为面对种类繁多的浩瀚数据难以下手，有的苦于寻找合适的结果表达方式，有的难以在极为专业的计算机环境下作分析研究，种 种困难使不少理论成果难以充分为社会服务。

 

而现代的GIS技术，不但在计算机和大型网络上实现了海量空间数据的采集、管理、存储和 显示的功能，而且把这些基本功能分别模块化，能够非常方便地调用。此外，它可以构成流程，把处理过程记录下来后，通过这些成熟的功能，只要再输入本专业的 个性数据，就能为不同的个体服务，不再要求人们对GIS专业技术本身有太多了解。这就为广大的地理工作者提供了一个技术平台搭建他们的分析模型。通过 GIS技术与地理科学研究的结合，很多和地理相关的科研部门正在利用GIS把他们多年来积累的地理科学模型转化为计算机数字模型，同时在GIS技术平台上 衍生出大量的新功能、新模型，可以有效地解决世界上大量的地理问题。

 

在GIS平台上建立新地理模型一般通过两种方式实现：把GIS功能模块嵌入地理科学模 型；或把相对独立的地理功能外挂到GIS中作为延伸。这使过去很多地理科学工作者长期积累的科学分析模型开始有了一个比较满意、比较有力的表达方式；他们 不必再重复开发GIS中已经存在和成熟的大量功能，可以更快、更好地建立地理科学分析模型，并且有可能在调用大量真实数据的模拟条件下，进一步调整、修 正、验证和完善地理科学分析模型,形成可以实用化的决策工具系统。

 

陈子坦博士表示，“正因为GIS的成熟帮助广大地学工作者突破了建立地理分析模型产业化的某些瓶颈，我们已经进入一个建立地理分析模型快速增长的时期。”

 

地理科学模型和GIS集成融合的计算机数字模型作为应用基础，开始适用于社会各行各业。 陈子坦博士指给记者看几个最近的GIS应用模型实例，包括气候和环境的发布、地质资源的管理、土地管理、管道设施、交通调度、商业布局、卫生防疫等方面的 应用模型。记者特别对南加利福尼亚的“大气层可视化”场景感兴趣，它是用一种四维表达方式表示大气层上面的臭氧层、水蒸汽、一氧化碳等含量的变化情况。底 下平面是三维表示，但剖面线现在扫过来是此刻的时间，扫过去显示下一刻时间。它表达了三维数据随时间的变化。

 

陈子坦博士还向记者详细解释了GIS在新闻媒介的作用，“媒体要向公众发布消息，所以很 多国外政府部门有一个合适的途径，能充分向媒体提供正确、真实的信息，如2004年的美国大选，美国的CBSNews在电视台直播中就采用了GIS技术， 通过快速创建各地选票情况的地图，为大选迅速、真实的新闻报道提供极大方便。而且在媒介运营中，涉及广告投放位置、发行分析、渠道网络管理等问题都能用上 GIS技术。“这些分析模型和应用模型的建立，无疑受益于GIS技术本身的成熟。”陈子坦博士强调指出。

 

他说，“第二个值得重视的动向是大批行业出现了自己的GIS通用数据模型。”

 

据ESRI统计，已经有30多个行业发布了它们的通用数据模型，涉及地质、农业、建筑、 大气层、基本地图、生物多样性、人口调查、国防、能源等领域，每一个数据模型的设计都由该行业专家和行业相关单位协商产生。很多行业为此形成了常设的专业 委员会管理他们的数据模型，建立了专业网站发布有关内容；某些行业的通用数据模型已经不断更新完善，例如电讯部门的通用数据结构已经到了第七版，水利的通 用数据模型已经成功使用了十多年。

 

行业的通用数据模型一般建议本行业的GIS系统应该包括：基本数据；各自的空间表达方式；最基本的属性；主要的空间数据关系；基本的地图图层划分；源数据的要素；数据采集的规程和条令；一个应用实例的使用状况。

 

这些行业通用数据模型一推出就受到了各自行业的广泛欢迎。“为了方便使用，发布的每一个 行业通用数据模型还包括一个可供下载直接输入使用的已经在地理数据库（geodatabase）上实现的这个通用数据模型架构 （schematemplate）和各种详细的设计文本和使用说明，再加上一个成功的实例和一个小型样板数据库，这为同行业建立GIS应用项目可以说是雪 中送炭了。对于系统开发公司，它们的效率也会明显提高。”陈子坦博士解释说。

 

他强调，“行业通用数据模型不仅带来很大的社会效益，而且使不同的公司做的项目和系统容易有统一的标准。这为在一个行业内推广更高层次的应用打下了很好的基础。”

 

第三个GIS发展的趋势，陈子坦博士认为，“是GIS产业现在开始呈现多层次全方位发展 态势，它不再局限于探讨GIS技术本身，不再全力以赴只在计算机软件工程上投入资源，而是要把大量精力集中到怎样应用上，发展到了一种与社会与地理科学 ‘熔·享’的阶段，GIS只是作为一种系统平台和使用工具对待。其明显标志是一大批新兴公司成长起来，它们正在相关领域，如统一行业数据结构、建立专业分 析模型、建立数据库服务、和大企业IT系统整合、融入大型民用系统等各种事情上分工合作，共同实现GIS的社会效益。同等重要的是，GIS行业也将从社会 应用中得到信息反馈，不断完善自身功能。”

 

陈子坦博士对GIS技术的应用作了非常形象的比喻，“就如平常我们用文字处理软件包，例 如用WORD软件写文章。在开始阶段大家都在开发软件，思考怎样输入文字，能否嵌入图片，能否实现粘贴、移动，字体、排版等等功能，现在这些功能都实现 后，大量的作家、媒体、文字工作者等非计算机专业人员开始使用。软件包虽然在功能上总还有待改进的地方，但它的基本功能已经达到了成熟应用的阶段，不可否 认的事实是用它写文章非常方便，与过去的手写相比是一大飞跃。现在人们关心的不再是软件包的技术细节，不会去关注WORD界面的功能怎样实现、使用了什么 程序语言等计算机技术问题，而是重点考虑我要怎样表达我的思想，主要的精力花在考虑文章的内容和形式。软件包技术再发展，也不可能代替一个作者的文学创 作。WORD只是实现文学作品的一种工具。类比GIS的发展规律，我们也看到了这个趋势，在不远的未来，我们将会看得更加清楚。GIS不会只是被考虑为计 算机领域的开发，而是更多地被考虑为人类管理地球资源、保护地球环境的工具。”

 

最后陈子坦博士尤为高兴地对记者表示，“GIS已经发展到了开始为社会服务的阶段。与此 相关的数据结构、应用模型都大批出现，而且在这些方面有很多增长点，这些社会效应反馈回来同时又促进了行业发展。GIS工作者不再是以往只在计算机技术领 域埋头苦干的GIS程序员，他们以后更大的精力和时间会关心如何发挥GIS的社会效益和与其他科学的融合，将进入更加令人振奋的时期。”