地理信息，由于它具有区域性、多维性和时序性，是人类生存和社会活动中连接各种信息、形成在空间和时间上连续分布的综合信息的基础。它既具有社会公益性，又具有市场价值，是我国解决人口、资源、环境和灾害等重大社会持续发展面临的问题的基本信息手段。

    地理信息系统是一种特定的空间信息系统。它是由计算机硬软件、空间数据库、数据输入、输出、转换和通讯设备等组成的计算机系统，用来采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关的数据和信息。

    随着我国在计算机科学、空间科学方面的发展和地学各类专业走向数字化和信息化，我国地理信息产业正在迅速形成^[1]。在今后5年，以至到2010年的这段时间内是发展我国GIS产业基础实施建设的关键时刻。什么是最主要的基础建设呢？作者根据在国内外的考察结果，归纳出以下三个命题，与大家一起商讨。

    一、必须建立我国统一的、法定的国上基础信息系统

    长期使用的系列地形图可以视为“模拟的”国土基础信息系统，在我国是由国家测绘局和总参测绘局为民用和军用部门提供，在外国，也有政府有关职能部门负责提供。有统一的规范、图式和标准，并有专一的地图出版和发行权。

    当技术上从模拟方法转入数字方法后，就出现了数字地图、地形数据库和国土基础信息系统。理所当然，这些数字产品应当是统一的和法定的。之所以强调这一点是因为地形图的制作和出版有专门的技术装备、技术队伍和生产工艺，非一般人所能为。而从模拟地图经数字化成为数字地图、建立空间数据库似乎人人可以做，只要买了GIS硬软件，雇佣几个中学生就可以数字化了。其实不然，地形数据库或国土基础信息系统与原来的地形图一样，有十分严格的精度要求，具有政治、经济和法律效力。正因为如此，世界各国十分重视建立统一的、法定的（official）国土基础信息系统。

    在美国，政府部门使用的空间数据库（1:24400到1:100万）均指定由美国地质测量局USGS（民用）和国防制图局DMA（军用）生产。在英国，由女皇签署下达任务给英国标准测量局（OS），负责英国系列数字地图的制作和更新，包括大比例尺（1:1250，1:2500，1:10000）和小比例尺（1:50万和1:62.5万）两个系列。法国由国家地理院IGN负责（该院相当于国家测绘局），从1985年起建立全国地形数据库（BDTopo），要求X、Y精度士2.5m，Z精度士1.0m 。他们采用摄影测量和遥感方法，全面提供数字的地形信息并实时更新。目前已投入了24台解析测图仪和24台数字摄影测量工作站。估计要花200万立体测图小时，约需15年，即到2010年才能完成。这相当于建立全法国1:25000国土基础信息系统。

    德国的要求更严。内务部测量局于1989年决定建立全国官方的地形和制图信息系统，称为ATK1S。他们区分数字景观模型DLM和数字制图模型DKM。数字景观模型是具有拓扑关系的三维空间信息系统，包括数字地物模型和数字高程模型，只有采样分辨率，并无地图比例尺概念，这便于各种专业信息系统的需要。而数字制图模型是二维、多层片结构，有矢量和栅格两种形式。DKM是由DLM导出，并考虑了符号化和图面上的容量和目视化需要，有地图综合取舍的过程，它具有比例尺概念，实际上相当于符号化的数字地图，主要用于制作地形图和专题图，或作为背景在屏幕上显示。各州测量局要完成DLM25和DKM25（即全国1:25000比例尺国土基础信息系统），主要地物要求精度为士3m，次要地物精度可放宽到士10m（相当于图上0.12～0.40mm）。IFAG的主要任务是完成全国的DLM200和DLMI000，即1:20万和1:100 万两种比例尺全国地形数据库。如果运行顺利的话，以上任务将于1995年完成，并转入运营和实时更新阶段。

    加拿大地理信息署（Geomatics Canada）负责全加拿大的国家地形数据库（NTDB），1:25万的地形数据库已完成，南部人口密集地区1:5万地形数据库已经完成。各省自己着手建大、中比例尺数字地形数据库。例如安大略省，已有300多个城市建立了1:2000数据库，全省南部地区建立1:10000地形数据库。北部地区建立1:20000地形数据库。这些数据均统一转到国家地形数据库中。即使像以色列这样的小国，政府也要求其测绘局建立国家DMDB（数字地图数据库）和国家GIS，用作制图、国家空间分析和处理的法定空间数据源，以色列目前用1:40000航片来建立和更新1:5000到1:25000的系列地形数据库。

    各国由专业测绘部门来建立法定的国土基础信息系统，不仅能保证空间数据的统一和法律效力，而且有利于数据的及时更新。数据库更新是一项长期的工作，目前更新的概念已从原来的定期更新改为连续更新。即在建库之后，测绘局维护国土信息系统的任务之一就是利用航片或卫片加上地面测量和调查数据来连续不断地更新数据库。这样做不仅保持了数据的现势性，而且提供了对空间数据进行多时相动态分析的可能性。英国OS．在全国构建了完善的修测网络，对大比例尺数字地图每月提供一个版本，对小比例尺数字地图每年提供一个版本。

    因此，作为中国地理信息产业发展的基础，国家测绘局和总参测绘局应当责无旁贷地负责建立我国国土基础信息系统系列。第一步，应当抓紧建立全国1:25万国土基础信息系统，并用它来同步地更新1:100万国土基础信息系统，形成这两个系列的年度版本。军民两个版本的数字高程模型应当是同一个，数字地物模型可以各不相同。这样建立的系统将提供给各部门使用（应建立用户网络，低价出售），而其它部门原则上则不再需要做重复劳动，政府不应当再给重复投资。

    以上为小比例尺空间数据库。各省、市测绘局应负责建立本省、市1：1万到1：5万的国土基础信息，1:500至1:2000的大比例尺空间数据库可由有关职能部门，如土地管理部门、城市规划建设部门负责建立。所有这些系统应当与国家基础GIS保持数据的一致性和互换性。

    二、抓紧制定我国的定向地理数据标准与数据转换格式

    在我国的GIS发展过程中，一开始就比较注意有关GIS的各种标准、规范和格式，并且在国家标准化部门的指导下，已取得了可喜成果。然而由于中国使用的GIS软件多半系外国进口，而大型建库工作正处于起步阶段，所以目前制定的多为GIS地物分类和编码标准，较少涉及到数据模型等的标准。

    这里可以举德国ATKIS计划为例。在ATKIS中，明确地区分DLM（数字景观模型）和DKM（数字制图模型）是十分可取的。前者是有拓扑关系的三维空间数据库，后者是符号化的二维制图数据库；前者便于数据采集、存储、管理、分析和更新，后者与比例尺紧紧关联，便于图形显示和输出。所谓地图综合是在DKM中进行，在DLM中的数据库综合，实际上是多组分辨率表示或数据的压缩，从而有利于实现自动化。

    如果将DLM和DKM合并为一个数据库来处理，在数据管理、存储、更新、多分辨率表示等方面将会带来许多不便。因此，我国应考虑德国ATKIS的方法来制定DLM和DKM的规范和标准。德国的DLM规范包括地物分类目录（ATKIS一OK）和DLM数据模型，而DKM规范则包括地物符号分类目录（ATKIS-SK）和DKM数据模型。地物结构化的DKM可由DLM籍助相应软件而导出。若DKM的地物总数为m，DLM的地物总数为n，一般应有m＜n。当m=n时，由DLM导出DKM时无综合取舍，而当m＜n时，由DLM生成DKM需要综合取舍。这样一来，不同比例尺的DLM可以方便的相互套合，而不同比例尺的DKM是不可能（也不再必要）简单地通过放大、缩小而套合在一起。

    目前我国的GIS标准，主要涉及的是地物分类和编码，今后应完善并建立DLM和DKM的数据模型标准。以此为基础，才能逐步形成我国的GIS数据标准，包括数据的保密、使用级别、数据格式的转换等标准。

    建立这样的国家GIS数据标准对于一个主权国家是十分重要的。西方大多数国家，如美国、加拿大、德国、英国、法国、瑞典、芬兰等都有自己的数据标准和规范。如果把整个国家的空间数据格式建立在某个商用外国软件上是十分危险的。因此，建立我国的国家GIS数据规范和标准及数据转换格式，应当属于地理信息产业发展的一项基础实施。

    三、抓紧研制我国自己的GIS基础软件

    目前用户所用到的GIS软件，一般都是70年代或者80年代发展起来的。一方面，受各个年代计算机水平的限制，GIS软件的设计思想和实现水平亦受到限制；另一方面，由于GIS是一个非常复杂的系统，GIS软件版本的更新落后于计算机发展的技术水平，即出现所谓的“软件危机”。就当前的GIS软件而言，存在着以下几个方面的问题。

    （1）数据库管理的问题

    从数据库管理系统在GIS中的地位和作用的角度，可以将GIS软件分成两种类型：一种仅使用关系数据库管理系统来管理属性数据，图形数据则使用文件系统管理，如ARC/INFO、MGE等；另一种是使用关系数据库管理系统同时管理图形据和属性数据，如System9、Small World等。在前一种系统中，仅部分地使用了数据库管理系统的功能，而对图形数据仅能进行文件级的管理，缺乏缓冲及页面管理、并发控制、数据库恢复、数据完整性与一致性约束、用户自定义与扩展图形数据模型等基本的数据库管理功能。随着计算机网络技术的发展和Client/Server系统结构的普及应用，这种图形文件管理显得越来越不适应。对于后一种系统，由于RDBMS理论与技术的限制，通常只适应于表格规范化的数据管理。而图形数据是一种非结构化数据，不能满足RDBMS的基本范式。如要将图形数据交由RDBMS管理，需要将非结构化的图形数据规范化成表格表达的形式，然后用关系运算将有关目标的信息提取出来。这种关系运算是相当费时的，运行效率较低。

    （2）系统的集成化与软件扩展问题

    由于应用的需要，GIS软件系统需要由单个功能模块走向集团化。集成化的软件显然会给用户带来很多方便。例如，当用户进行GIS查询或制作地图时，发现数据有遗漏或错误需要及时编辑修改，如果使用同一系统模块则方便得多。如果作遥感图象分类处理后的专题信息能够直接进入GIS，并赋予属性和符号等信息，这对用户来说无疑是一个极好的功能。从当前的技术水平来说，已能够构造出这种集成化的系统，但是许多商用GIS，原来是分模块写程序，并编译、连接成独立的子系统，甚至有些系统原来是用Fortran语言写的，要集成和扩充功能相当困难。

    （3）数据交换与软件开发问题

    各GIS软件厂商根据自己对GIS的理解、某些用户的需要和自己的技术水平，为图形数据设计了一套数据结构和数据模型。这种数据结构和数据模型对某一个系统来说是固定不变的，但对整个GIS世界却是杂乱无章的。目前大约有几百套GIS软件，这些软件的图形数据文件大多不能兼容和共享，这与用户希望不同的系统之间能够进行数据共享是矛盾的。因此，随着GIS的广泛应用，数据交换问题就变得突出起来，图形数据的标准化问题看来一时无法解决，比较可行的是用数据转换解决共享问题。但是各软件厂商仅公布该软件的图形数据的逻辑结构，不提供直接读写图形数据文件的调用函数，因此，只能根据用户自己的理解和猜测来读写图形文件的物理记录，这给用户进行不同系统之间的数据转换带来了极大的困难。

    从另一方面看，由于不提供读写图形数据的调用函数，亦为GIS用户的深层次开发带来了困难。一般用户只能在原有系统提供的功能上进行开发，通常是用微程序语言设计出满足用户需要的界面，但很难增加功能或重新构造新的系统，使应用开发受到限制。

    （4）难以进行数据结构与数据模型的修改与扩展

    随着GIS应用的广泛与深入，可能发现原有结构与模型不太合适。如果不作修改，势必限制了GIS的应用。但是，当前的GIS软件中的图形数据结构与模型是由系统设定的，不仅用户无法修改与扩展，而且系统开发商也不敢轻易修改，因为许多用户在原有结构上建立了系统，并且有可能自己编写了读写图形文件的数据，修改结构有可能丢失原有系统的数据。因此，当前的大部分GIS软件，可以不断更新版本，增加功能，对图形数据结构与数据模型部分却不能轻举妄动。所以，GIS软件商在开发软件时，首先需要认真研究GIS的数据结构与数据模型，一旦确定便难以更改了。与商用的数据库管理系统数据模型可以任意修改与扩展相比，这种方法显然是一种被动的方法。

    （5）外国GIS软件的中文界面难以满足我国未级用户的需要

    GIS的未级用户，往往不是地理信息专家和技术人员，而可能是各级行政官员和公务员，或各行各业的专家，他们在作出决策之前要用GIS作为辅助决策的工具。如果没有好的中文界面和好的二次开发环境，不可能受到这些用户的欢迎。只有研制以中文为主要界面的汉化GIS，提供多层次二次开发的技术服务，才能满足他们的要求。

    所以，从技术角度讲，我国必须自行研制自己的GIS基础软件。

    从经济角度讲，我国GIS软件市场需求量极大，仅以1994到1995两年为例，大约进口了200多套ARC/INFO GIS软件，估计有上千套AUTO-CAD软件，并用来建立各种小型GIS系统。九五计划中，提出要买GIS软件的总数不低于2000套。如果全国县级以上城市均建立城市信息系统和土地信息系统，每个系统一般需10～20套GIS软件，则需求量将达到上万套。

    随着计算机硬件的迅速更新，也需要GIS软件，一般认为每5～7年需要更新GIS软件，所以只有自己建立起GIS软件工业，才能保证源源不断地提供所需要的大量软件。

    目前，中国市场上的外国GIS软件，工作站版本售价20000～30000美元/套，PC机版本亦为3000～5000美元/套。如让外国GIS软件畅销中国市场，将导致大批外汇的流失，而阻碍GIS业自身的推广、应用和发展。

    中国不乏GIS软件开发人才，但由于机制不顺，这些人才一旦培养起来，就会大批流到外国去，为外国的GIS公司效力。实际上目前在中国市场上的外国GIS软件，都包含中国学者的研究成果。这种“人才出口，软件进口”的不正常现象，必须迅速终止。国家有关部门应当抓好中国GIS软件业的建立和发展工作，给予必要的重点投入和支持。发展我国GIS基础软件工业应当是地理信息产业发展的一项基础实施。

     我们相信，抓好以上三个方面的基础实施建设，再加上GIS人员的教育、培训和发展我国多分辨率对地观测卫星遥感事业，中国的GIS产业定将会随着我国信息高速公路的建设将得到迅速而健康的发展。