地理信息系统（GIS）是计算机科学与地理信息学结合的产物，它能够收集、存储、分析和展示地理信息。GIS的发展始于20世纪70年代，随后在世界各地得到广泛研究。随着技术的演进，GIS已逐步应用于诸多领域，包括资源管理、环境监测、城市规划等。本文将重点分析当前GIS的发展现状，探讨其数据模型和数据结构的设计思路，并评估理想数据结构样本的实用价值。
一、GIS发展的现状及趋势
目前，GIS软件面临一些问题，例如数据库管理系统不完善、系统集成化与软件扩展性不强、数据交换和用户二次开发困难、数据模型和数据结构难以修改与扩展等。这些问题直接影响了GIS系统的性能和用户体验。
1. 数据库管理系统的问题
当前GIS软件在数据管理方面存在两大类问题。第一类是GIS系统中使用关系数据库管理系统来管理属性数据，图形数据则通过文件管理系统进行管理，如ARC/INFO、MGE等。这种方法没有充分利用数据库管理系统的缓冲、并发控制等高级功能，导致图形数据管理效率较低。第二类是使用关系数据库管理系统同时管理图形和属性数据，如Systemg、SmallWorld等。由于受到关系数据库管理系统（RDBMS）的限制，这类系统在处理非结构化图形数据时存在困难，且无法高效处理空间数据。
2. 系统集成化与软件扩展问题
集成化和软件的可扩展性是当前GIS软件发展的趋势。集成化能够为用户提供便捷的操作体验，而软件扩展性允许用户根据特殊需求开发新的功能。过去，GIS软件由于技术限制，多采用模块化编程和独立子系统的方式，这使得集成化和扩展功能难以实现。
3. 数据交换与用户二次开发问题
GIS软件之间数据文件的不兼容问题，以及GIS厂商通常不提供数据结构及数据文件的读写调用函数，导致用户二次开发面临较大困难。此外，GIS软件的数据模型和数据结构相对稳定，难以修改和扩展，这也是GIS发展的一个重要问题。
4. 数据模型和数据结构的修改与扩展问题
随着GIS研究的深入和应用的广泛，现有的数据模型和数据结构可能不再适应发展需求。但是，由于用户可能已在现有系统基础上建立子系统，修改现有数据模型和数据结构可能带来数据损失甚至系统混乱的风险。
二、GIS软件的发展趋势
1. 图形数据和非图形数据处理与存储的联合
早期GIS软件将图形数据和非图形数据的处理和存储完全分开，但随着技术进步，GIS软件逐步实现了图形数据和非图形数据的统一管理。未来的趋势是GIS软件将在统一的用户界面下，使用统一的空间数据库与数据库管理系统处理图形和非图形数据。
2. GIS与数字高程模型及遥感图像处理系统的紧密结合
在地理信息系统发展初期，GIS与数字高程模型（DEM）是分开处理的。但随着技术的发展，GIS与DEM以及遥感图像处理系统的整合变得越来越紧密。这种整合使得GIS在处理地理信息时更加高效和精确，为用户提供了更为全面和深入的地理数据分析能力。
通过以上分析，我们可以看到地理信息系统在数据模型和数据结构设计上存在的诸多挑战。在设计一个高效、可扩展、并且便于用户二次开发的GIS时，需要考虑到数据库管理系统的优化、系统集成化和扩展性、数据兼容性以及数据模型和数据结构的灵活性等多个方面。随着GIS技术的不断进步，我们可以期待未来地理信息系统将更加智能化、网络化和集成化，为社会提供更加精准的地理信息服务。
