能够预知GIS技术在水和污水行业应用是GIS发展的一个重要方向。 在一个行业中通常每2~年就会彻底革新一次, 紧跟当前的速度是一项艰巨的任务。然而, 在任何公共工程事业资产中,GIS的应用向着一个数据集成的模型不断发展, 而且有着很大的灵活性。今天, 大多数水和废水行业内部的计算机系统正致力于整合信息孤岛。 每个孤岛代表着一个组织内的具体特定服务目的的核心业务功能。 GIS技术通常作为附件,通过一个直观的界面,将这些岛屿的信息提供给用户。
长期以来,移动GIS只是一种概念, 看上去超出了大多数专业人士所能想象到的程度。 随着硬件和软件方面的进步,移动GIS技术很快会成为现实。 首先是硬件设备,如坚固的笔记本电脑和笔式输入的电脑。 接着是从大型机和小型机(通常在UNIX平台)主要GIS软件的端口, 到WindowsNT平台。这使得在便携式计算设备 (包括笔记本电脑和笔式输入的电脑) 上安装先进的GIS软件方面取得了巨大的进步。 此外,随着越来越多高精度和先进的全球定位系统(GPS)设备出现, 整合GPS与GIS和移动设备的必要性变得不言而喻。
然而,因为野外考察工作本身的性质, 企业仍然需要携带更易于管理, 比3000~6000美元的笔记本电脑和笔式电脑价格更便宜的设备。 这引起了掌上电脑手持设备的兴起并持续发展, 这些成功吸引了大家的想象力, 也首次引发了移动计算这一话题的激烈辩论。 这些小巧结实的设备迎来了移动计算的新时代。 然而掌上电脑手持设备不具有足够的处理能力或操作平台的兼容性, 如GIS的复杂计算。通过引入基于Windows CE的手持式掌上电脑和GIS软件, 移动GIS经历了一次成为现实的巨大飞跃。 随着移动GIS的发展,野外工作人员数据库可以随时随地 直接访问数据库的信息显得非常必要。 GPS接收器和天线通常集成到这些基于Windows CE的手持设备上, 使其成为一种现场数据采集更加灵活的理想工具。 这种基于Windows CE手持设备的使用频率越来越高, 如水和污水处理系统、道路和路面管理系统的数据收集。 这些可以表明,移动GIS明确在数据收集的过程中经济和项目工程意识。
虽然现在的移动领域系统中硬件和软件功能日益强大, 无线连接仍然是在移动GIS方程中最薄弱的环节。 但是,这将很快改变。现在的相对有限的带宽可能适合于小型工作, 如分派或简单订单等方面数据管理的工作。然而, 它们不适合大型文件的传输,如CAD制图和地理空间文件。 预计这种情况会在不久的将来有所改变。为满足公众需要, 移动GIS和无线连接数量在不断增加, 无线厂商将推出更高带宽的“信息高速公路”。
在美国有超过40万工人从事这个领域方面的工作, 随着企业信息化的基础设施的不断发展,使得简便的、 无缝的移动计算成为未来十年的主要目标,同时成为提高生产力、 减少成本、增加企业价值的最大机遇之一。
这个“无缝数据集成”看上去是个矛盾的术语。 由于缺乏统一的平台和标准,在不同的媒介之间很难进行数据转换。 在不久前,需要复杂而昂贵的处理器将CAD数据 转换为不同的GIS软件和关系数据库, GIS软件往往似乎处于冲突中,而不是和平地共存着。 然而,随着GIS和CAD软件的日益复杂化和灵活化, 现在在两种介质之间的相互转换显得更加容易。 主要的GIS软件包可以直接读取CAD数据, 并有第三方的应用程序,提供在GIS中类似的CAD操作和设计。 此外,GIS和主要的关系数据库可以无缝连接和传递数据, 从而结合两者的最佳元素。
数据集成也影响了移动和手持计算领域。运用更好、 更强大的软件,掌上电脑和台式计算机可以毫不费力地进行通信。 使用基于WindowsCE操作系统和应用程序, 如Visual WindowsCE和Windows CE为基础的GIS, 使现场数据采集成为不费时和不费力的工作, 并在提高效率和提高生产力方面得到快速发展。 GIS数据整合领域的下一步发展是改善价格低廉的无线技术。 这可以增强实时沟通与更新,并提供了有关操作, 维护及公共机构的客户服务方面更有效和更高效。
虽然远离现实,但不同数据源的融合将会越来越容易。 然而,这是一个未来发展和创新的领域, 这一领域需要辛勤工作和创新的解决方案, 才能实现“无缝数据集成”的最终目标。
世界各地的人们都意识到使用GIS作为工具, 使得他们的日常工作更加高效。GIS在勘测、规划、 公共设施和工程中变得越来越常见: 一些环境应用包括海岸侵蚀与恢复的建模和疏浚业务的建模; 消防和警察部门分别使用GIS进行模拟野火和犯罪分析; 在健康科学正在开发功能强大的应用程序, 这些应用程序利用了GIS的空间和分析功能, 包括研究和控制疟疾与癌症GIS的应用。 这将会引起研究GIS科学的兴趣。 目前在不同学院和大学的各个院系均增加了GIS课程的数量。 这些教育机构试图通过建立GIS认证方案, 提高工作人员的专业知识,以满足对GIS知识日益增长的需求。 这些工作会促进GIS软件在工作领域的推广。 人们越来越多地依靠GIS软件完成日常工作,如:
(1)地图税务管理和纳税评估活动。
(2)客户记录和服务。
(3)规划、分区及物业管理。
(4)设施建模与绘图。
(5)环境规划。
(6)资产和基础设施管理。
(7)基础设施系统改造和设计。
这种趋势还会持续下去, 因为人们与部门的联系通过企业级GIS变得更加紧密, 还会开发和分析空间数据的更多用途。
为了有效运作,信息必须被当作一种资源, 为组织内的所有部门与机构所共享,并支持多种不同功能, 同时保持与公众需求相同步。 一个人未来的成功取决于他利用核心知识基础的能力, 同时了解组织是如何接收和吸收信息。 将浏览各级政府的相关数据作为一种信息资源, 通常需要在思想上有所转变。这包括从整个企业的角度改变观念, 迫使我们思考工作职能和优先性。 企业级表示将组织作为一个整体, 在一个可定义的范围内进行工作。 在企业范围内设定目标的例子是, 在一个区域内的各级政府间进行土地规划的选址。 另一个例子是,工程和消防部门之间共享水系统总量和属性。
据许多GIS业内人士介绍, GIS产业正在从个体层面的数据共享转移到企业或组织层面的数据共享。 如何共享以及用户参与共享的份额各不相同,但有下列一些共同特征:
(1)标准数据库在数据存储和管理中起到了核心领导的作用, 而个别CAD文件和格式文件发挥的作用比较有限。
(2)该数据库将成为空间数据用户所围绕的“营火”, 与笔记本电脑和手持设备的客户端软件并存。
(3)客户端软件可能看起来与CAD不同, 虽然它可能使用一些CAD软件中“最好的部分”。
(4) GIS正朝着“GIS”方向前进: 随着GIS软件与传统的信息管理系统相集成, 地理学变得不那么重要。
由于资金与资源越来越有限,对机构有了少做多做方面的需求。 这就是为什么一个企业级的GIS开始并将继续在可预见的未来具有逻辑性和经济性意义。
社会GIS是GIS资源在本地、县、州和美国联邦政府的无缝集成。 它需要精确的元数据、基础设施、信息交流中心,并提供有关共享数据。
事实上,我们所做的一切本质上是绑在一个位置, 它是这个空间的组成部分,结合多种来源的数据将是关键。 今天关于社会GIS的例子很多,例如, 人们可以利用MapQuest找到两个位置之间的地址和路由, 这是一个很好的社会GIS应用。 市场营销和广告公司开发基于GIS的市场营销软件, 这些软件可以收集你的上网痕迹,从而制定有针对性的营销策略。 在短时间内,一家房地产销售代理就能调出属性的登记调查, 显示属性的照片(甚至采取虚拟之旅), 找到最近的学校或校车路线,展现城市的官方土地规划用途分区, 找到满足购买者的价格和设计标准的所有特性, 如果土地所有权出现变更情况, 并告知所有受影响的公用事业单位。 这不会要求房地产经纪人学习使用现代文字处理程序中的 任何更多的知识和训练。社会的GIS将不再是映射专业的工具; 相反,这将是一个产品或一种服务,任何人都可以使用。
社会GIS的吸引力在于它的广泛而有效的免费访问。 你将只为你所使用的服务付费。 在我们当今的文化中有许多类似情况。 很多消费类电子产品的价格都在直线下降,如个人电脑、 游戏机和手机。但是,你要为个人电脑中的软件、 游戏机的游戏卡、手机的通话时间和网络使用而付费。
资产管理是一个涵盖延长时间范围的业务流程和决策框架, 它最一开始应用于经济学和工程领域,它可以涉及各种资产。 资产管理办法纳入权衡另类投资方案的经济评估之中, 并使用这些评估信息帮助做出符合成本效益的投资决策。 资产管理通常被描述为一个长远的、宏观的、 可操作性的工具,用来管理资产。 国家和地方政府每年花费1400亿~1500亿美元建设、 改善和重建公共资产,包括:污水下水道系统, 水系统,雨水下水道系统,流量控制设备(标志、交通信号等),道路。
因此,资产管理对于政府机构具有真正的战略利益。 这些好处包括提高信息访问和内容、重点战略举措, 并协助开发更快的决策。此外, 战略资产管理可以帮助识别规模经济和行动的可能的替代课程, 引导服务外包和私有化活动,并帮助确定扩大提供服务的最佳潜力。
对于一个有效的资产管理计划,它需要由以下几部分组成:
(1)开发和所需资产的库存跟踪。
(2)保持资产的状况可用信息。
(3)确定资产的价值。
(4)有效利用和收集的资料分析。
(5)正确分析维护资产在其生命周期的费用。
(6)分析成本和项目的效益,并确定最佳行动路线。
综上所述,资产管理有助于产生更准确、更快的决策。 它还通过整合部门的活动明确组织目标,形成整个组织的基础和系统的观点。
理想情况下,当利用GIS作为设施规划工具时, 分析应依靠来自多个司法管辖区的信息。 协调来自不同地区、县和州政府机构所需的信息, 这些所需信息必须遵守相关的规则与标准。然而, 社会GIS的优点是提供政府各个层面的最新信息, 并将这些信息无缝地结合在一起。如人口增长预测、 土地利用以及拟发展位置都是很好的信息来源, 有助于确定何时、何地以及以何种规模来建造新的设施。 从理论上讲,社会GIS中关于设施规划的物理模型, 是通过建立一些必要的文件来构建与维护的。 由于系统内信息更新, 设施规划可以自动更新以反映所做的修改。 通过这种方式,设施规划可以随着其所负责的司法 管辖区内的最相关信息进行更新。例如, 一个服务区内的土地使用通过当地总体规划来创建。 通常情况下,规划升级到公共工程设施, 取决于总体规划中对最终流量状况的描述。 然而,总体规划不是静态的,而是随着时间而改变的, 以反映所描述区域的不断变化的需求。正因为如此, 总体规划的改变体现在所服务的司法管辖区内对未来服务 事业的规划的改变,这点很重要。利用GIS技术, 设施规划过程可以响应在一个社区内的变化, 并且服务和依靠于未来规划所需要的最相关的、最新的信息。
在美国科罗拉多州利特尔顿哥伦拜恩高中的射击场建设的 后续工作中,应急救援小组认为唯一最宝贵的资源虽然不可获得, 但会造成结果的巨大差别。 这个描绘学校布局的可获得资源就是学校的最新地图。 为了应对这一点,应急救援小组携带的大批量地图, 将有助于他们在未来突发事件中的工作。 随着移动GIS技术的进步,地图信息的可获得性会变得更好。 试想一个社会GIS,通过一个通用的地图应用程序共享 来自各个公共机构的空间数据信息。在这种情况下, 紧急救援人员可以进入学校的AM/FM应用程序, 包含了最新的设备信息,包括学校布局、学生人数, 或许还有班级课程表。最新影像技术的发展可以提供学校射击的照片, 包含几乎所有可以想象的任意方向,它的精确度非常高, 可以发现一个高尔夫球躺在学校操场上。 用户可以在这些影像照片上测量墙壁、窗户、 屋顶的尺寸。此应用程序将继续帮助在学校关键位置 处部署执法和救援人员。这不是未来派有些牵强的想法, 而是目前存在技术和应用程序.与哥伦拜恩高中事件相同的案例, 适用于水和废水处理行业,未来可能面对任何紧急情况。 目前现有技术,有助于提供最大量的相关信息以挽救生命。
大部分水和废水处理行业运营处理设施正面临着 被称为最大日负荷排放法规的新框架。 最初它是清洁水法的一部分, TMDLs从质量平衡的角度出发管理水体污染。 TMDL程序从宏观层面检查各个流域, 其触发点是美国环境保护署(EPA) 确定任何水体均已经达到水质破坏水平。一旦触发, TMDL程序旨在通过施加进一步的限制来管理化学成分排放, 这些化学成分被认为是水体水质破坏的标志,如果有必要, 使水体达到符合的水质水平。美国环境保护署应用GIS工具, 模拟流域内点源和非点源污染物,以方便TMDL方法的使用。 这个程序被称为优化评估科学整合点源和非点源 (BASINS)的GIS应用程序,该程序包含了水质数据、 国家污染物排放系统数据、 有毒物质排放清单以及超级网站与美国所有主要的流域基础底图。 这个BASINS程序用来分析所包含的信息,以助于确定限制排放量, 这些被限制的排放量很有可能会使水体质量得到改善。
有效的水资源管理, 为客户提供可靠的饮用水源是水利行业业务能力中的一个关键因素。 对于大多数的水利行业而言,水资源来自不同的地方, 若以年为基准来衡量,其中一些水资源的产生量有所不同。 正因为如此,必须能够预测可用水资源的短缺和盈余。 GIS技术成为任何水利行业平衡供需的有效工具。 通过在服务区内建立的需求, GIS应用程序有助于预测水量短缺会对一个社区产生怎样的影响。 此外,通过整合水资源管理与设施规划信息资源, GIS可以帮助确保充足的水量供应,以满足社区的未来需求。 基于水权的水资源分配信息,可以代入模型中, 这样可以有助于涉及相关法律问题,尤其是复杂的美国西部情况。
在GIS中嵌入面向对象的编程是比较新的技术。 面向对象的编程是指任何程序的特定部分, 例如Word文字处理器中的拼写检查,该处理器被分成若干工具组, 这些工具组被称为对象。 这些工具组可以通过一个简单的规则或命令来彼此关联。 通过这种方式,应用程序可以被高度定制 (人们可以组装对象来完成一次应用过程)。
面向对象的GIS为数据库建模和编程都提供了附加功能。 新的行为对象通过加入模拟现实生活的其他变量, 可以更好地进行数据库建模。例如, 地理数据库模型加入了以规则为基础的信息, 为开发空间信息提供帮助。这方面的一个例子是, GIS软件能分辨出一个直径为200mm(8英寸) 管道不能连接在一个直径为100mm(4英寸)的管道上。 一般情况下,编程功能因嵌入GIS对象而大大增强, 这种技术被集成成为一个特定的应用程序中的一部分。 这方面一个例子是,面向对象的GIS可以与外部的对象集成, 并扩展应用程序的功能。例如,如果将模型功能封装在一个对象中, 将使模型集成更加方便。 这个对象仍然可以很容易地与GIS的对象集成, 以形成一个应用程序。其结果是, 软件应用程序里面的建模功能是应用程序自身最初建立的功能。
水力学模型与GIS技术集成的例子有很多。 水力学应用程序在GIS软件之外进行开发, 但利用了GIS内存储的信息。大多数水力学模型试图表达一个空间环境, 这是合乎逻辑的做法。这样,应用程序可以利用实时的GIS数据, 或者利用GIS进行结果输出。我们已经认识到, 大部分水和废水机构正逐渐转向地理空间系统, 水力学软件开发商已经开始开发软件组件, 更好地与GIS进行无缝集成。这些软件包可在GIS中加载, 扩展其功能,包括水力学模型。 但任何模型与数据都是用来获得解决问题的结论。 应用水力学模型获得结论时,应当注意GIS中数据信息的水平和准确性。
要真正了解一个下水道系统的水动力原理, 需要建立一个完整的水动力学模型。 这将有助于规划和确定系统的改善措施, 以适应未来的发展需求。物理属性,如管道尺寸、 长度、底标高和材料都包含在GIS中。 GIS模型可以与数据监控和采集系统相结合, 数据监控和采集系统提供实时数据流进行分析、 可视化和模型校准。水流监测位置可以访问或与上游流域的信息相关联。 最后,对结果的解译可以图形化显示,以确定升级需求。
在美国,恐怖主义已被高度关注。 供水系统以及供水和污水处理设施已被确定为潜在目标, 可能影响众多人口。因此,许多机构采取措施, 以提高厂房设施和水储存及分配中心的安全性。 在过去,GIS技术已经被部署到提高安全性的情况下。 在2000年的美国总统竞选中, GIS技术已经被成功地应用于美国加利福尼亚州洛杉矶市的 民主党全国代表大会期间,管理斯台普斯中心以外的示威活动。 它和部署安保的人员一样,用于人群控制和转移。
GIS还可以用来分析现有设施, 并探测需要采取安全措施的弱点或失效点。 通过各地工厂可获得的信息、地形建模和关键设备的选址, 分析供水和污水处理设施的战略位置。恐怖主义行动的不同场景, 可以通过GIS进行建模,包括将生物毒性引入到水储存或分配系统中。
未来GIS作为一种威慑恐怖主义的工具, 可能因部门敏感信息而受到阻碍。自2001年9月11日以来, 在地理数据广泛使用的趋势下, 恐怖分子会利用地理数据信息探测到基础设施的弱点, 从而方便他们实施更有威慑力的恐怖活动。例如, 水处理设施布局的详细信息,可以帮助恐怖分子识别某个位置, 在供水管道中投入生物毒素。
如果采取适当的预防措施,敏感数据可以共享。例如, 美国联邦地理数据委员会建议共享国家的基础设施数据, 但要为共享数据担负责任,这为威慑恐怖分子提供了巨大的价值。 这方面的例子有:GIS系统的应用使潜在目标检测更加便利, 为应急计划与防备提供工具,查明易遭攻击的弱点情况, 并通过模拟演练提高响应时间。