華夏物聯網訊：GIS == Geographic Information System （地理信息系統） GIS == Geographic Information Science （地理信息科學） 　　GIS == Geographic Information Service （地理信息服務）GIS == Geographic Information Software （地理信息軟件） 那么，究竟什么是GIS

　　最簡單地來說，GIS是以測繪測量為基礎，以數據庫作為數據儲存和使用的數據源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即使技術。這是GIS的本質，也是核心。 　　物質世界中的任何事物都被牢牢地打上了時空的烙印。人們的生產和生活中百分之八十以上的信息和地理空間位置有關。地理信息系統（ Geographic Information System, 簡稱 GIS）作為獲取、存儲、分析和管理地理空間數據的重要工具、技術和學科，近年來得到了廣泛關注和迅猛發展。由于信息技術的發展，數字時代的來臨，理論上來說，GIS可以運用于現階段任何行業。　從技術和應用的角度， GIS 是解決空間問題的工具、方法和技術；

　　從學科的角度， GIS 是在地理學、地圖學、測量學和計算機科學等學科基礎上發展起來的一門學科，具有獨立的學科體系；

 　　從功能上， GIS 具有空間數據的獲取、存儲、顯示、編輯、處理、分析、輸出和應用等功能； 　　從系統學的角度， GIS 具有一定結構和功能，是一個完整的系統。 　　簡而言之， GIS 是一個基于數據庫管理系統（ DBMS ）的分析和管理空間對象的信息系統，以地理空間數據為操作對象是地理信息系統與其它信息系統的根本區別。 　　GIS即地理信息系統（Geographic Information System），經過了40年的發展，到今天已經逐漸成為一門相當成熟的技術，并且得到了極廣泛的應用。尤其是近些年，GIS更以其強大的地理信息空間分析功能，在GPS及路徑優化中發揮著越來越重要的作用。GIS地理信息系統是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理、決策等所需信息的技術系統。簡單的說，地理信息系統就是綜合處理和分析地理空間數據的一種技術系統。

    GIS 的組成部分

　　從應用的角度，地理信息系統由硬件、軟件、數據、人員和方法五部分組成。硬件和軟件為地理信息系統建設提供環境；數據是GIS的重要內容；方法為GIS建設提供解決方案；人員是系統建設中的關鍵和能動性因素，直接影響和協調其它幾個組成部分。

　　硬件主要包括計算[FS:PAGE]機和網絡設備，存儲設備，數據輸入，顯示和輸出的外圍設備等等。

 　　軟件主要包括以下幾類：操作系統軟件 、數據庫管理軟件 、系統開發軟件 、GIS 軟件，等等。 GIS軟件的選型，直接影響其它軟件的選擇，影響系統解決方案，也影響著系統建設周期和效益。

 　　數據是GIS的重要內容，也是GIS系統的靈魂和生命。數據組織和處理是GIS應用系統建設中的關鍵環節，涉及許多問題：

 　　——應該選擇何種（或哪些）比例尺的數據？

 　　——已有數據現勢性如何？

　　——數據精度是否能滿足要求？

 　　——數據格式是否能被已有的GIS軟件集成？

　　——應采用何種方法進行處理和集成？

　　——采用何種方法進行數據的更新和維護，等等。

　方法指系統需要采用何種技術路線，采用何種解決方案來實現系統目標。方法的采用會直接影響系統性能，影響系統的可用性和可維護性。

 　　人是GIS系統的能動部分。人員的技術水平和組織管理能力是決定系統建設成敗的重要因素。系統人員按不同分工有項目經理、項目開發人員、項目數據人員、系統文檔撰寫和系統測試人員等。各個部分齊心協力、分工協作是GIS系統成功建設的重要保證。

 　　GIS應用系統建設需要從以上五個方面著手。

    GIS功能

　　就GIS本身來說，大多數功能較全的GIS一般均具備四種類型的基本功能，它們分別是：

 　　數據采集與編輯功能

 　　GIS的核心是一個地理數據庫,所以建立GIS的第一步是將地面的實體圖形數據和描述它的屬性數據輸入到數據中,即數據采集.為了消除數據采集的錯誤,需要對圖形及文本數據進行編輯和修改.

 　　屬性數據編輯與分析

 　　屬性數據比較規范,適應于表格表示,所以許多地理信息系統都采用關系數據庫管理系統管理. 通常的關系數據庫管理系統(RDBMS)都為用戶提供了一套功能很強的數據編輯和數據庫查詢語言,即SQL,系統設計人員可據此建立友好的用戶見界面,以方便用戶對屬性數據的輸入、編輯與查詢. 除文件管理功能外, 屬性數據庫管理模塊的主要功能之一是用戶定義各類地物的屬性數據結構. 由于GIS中各類地物的屬性不同, 描述他們的屬性項及值域亦不同, 所以系統應提供用戶自定義數據結構的功能,系統還應提供修改結構的功能,以及提供拷貝結構、刪除結構、合并結構等功能.

 　　制圖功能

　　GIS的核心是一個地理數據庫。建立GIS首先是將地面上的實體圖形數據和描述它[FS:PAGE]的屬性數據輸出到數據庫中并能編制用戶所需要的各種圖件。因為大多數用戶目前最關心的是制圖。從測繪角度來看，GIS是一個功能極強的數字化制圖系統。然而計算機制圖需要涉及計算機的外圍設備,各種繪圖儀的接口軟件和繪圖指令不盡相同,所以GIS中計算機繪圖的功能軟件并不簡單,ARC/INFO的制圖軟件包具有上百條命令,它需要設置繪圖儀的種類,繪圖比例尺,確定繪圖原點和繪圖大小等. 一個功能強的制圖軟件包還具有地圖綜合,分色排版的功能. 根據GIS的數據結構及繪圖儀的類型,用戶可獲得矢量地圖或柵格地圖. 地理信息系統不僅可以為用戶輸出全要素地圖, 而且可以根據用戶需要分層輸出各種專題地圖,如行政區劃圖、土壤利用圖、道路交通圖、等高線圖等等. 還可以通過空間分析得到一些特殊的地學分析用圖,如坡度圖、坡向圖剖面圖等等. 　　空間數據庫管理功能

　　地理對象通過數據采集與編輯后，形成龐大的地理數據集。對此需要利用數據庫管理系統來進行管理。GIS一般都裝配有地理數據庫，其功效類似對圖書館的圖書進行編目，分類存放，以便于管理人員或讀者快速查找所需的圖書。其基本功能包括：1.數據庫定義 2.數據庫的建立與維護 3.數據庫操作 4.通訊功能

 　　空間分析功能

　　通過空間查詢與空間分析得出決策結論，是GIS的出發點和歸宿。在GIS中這屬于專業性，高層次的功能。與制圖和數據庫組織不同，空間分析很少能夠規范化，這是一個復雜的處理過程，需要懂得如何應用GIS目標之間的內在空間聯系并結合各自的數學模型和理論來制定規劃和決策。由于它的復雜性，目前的GIS在這方面的功能總的來說是比較低下的。典型的空間分析有：

 　　拓撲空間查詢

 　　空間目標之間的拓撲關系有兩類,一種是幾何元素的節點、弧段和面塊之間的關聯關系,用以描述和表達幾何要素間的拓撲數據結構,另一種是GIS中地物之間的空間拓撲關系,這種關系可以通過關聯關系和位置關系隱含表達,用戶需通過特殊的方法進行查詢.

　　緩沖區分析

 　　緩沖區分析是根據數據庫的點、線、面實體,自動建立其周圍一定寬度范圍的緩沖區多邊形,它是地理信息系統重要的和基本的空間分析功能之一.

　　疊置分析

　　將同一地區,同一比例尺的兩組或更多的多邊形要素的數據文件進行疊置,根據兩組多邊形邊界的交點來建立具有多重屬性的多邊形或進行多邊形范圍的屬性特征的統計分析.

　　空間集合分析

　　空間集合分析是按照兩個邏輯子集給定的條件進行邏輯交運[FS:PAGE]算、邏輯并運算、邏輯差運算。

 　　地學分析

　　地理信息系統除有以上基本功能外,還提供一些專業性較強的應用分析模塊,如網絡分析模塊,它能夠用來進行最佳路徑分析,以及追蹤某一污染源流經的排水管道等等.土地適應性分析可以用來評價和分析各種開發活動包括農業應用、城市建設、農作物布局、道路選線等用地,優選出最佳方案,為土地規劃提供參考意見.發展預測分析可以根據GIS中存儲的豐富信息,運用科學的分析方法,預測某一事物如人口、資源、環境、糧食產量等,及今后的可能發展趨勢,并給出評價和估計,以調節控制計劃或行動.另外,利用地理信息系統還可以進行最佳位址的選擇,新修公路的最佳路線選擇,輔助決策分析和地學模擬分析等等.

　　數字高程模型的建立

　　數字高程模型有三種主要的形式，包括格網DEM、不規則三角網（TIN），以及由兩者混合組成的DEM。格網DEM數據簡單，便于管理，但因格網高程是原始采樣點的派生值，內插過程將損失高程精度，僅適合于中小比例尺DEM的構建。TIN直接利用原始高程取樣點重建表面，它能充分利用地貌特征點、線，較好地表達復雜的地形，但TIN存儲量大，不便于大規模規范管理，并難以與GIS的圖形矢量數據或柵格數據以及遙感影像數據進行聯合分析應用。所以一般的GIS都提供了兩種數字高程模型的軟件包，用戶可以根據需要進行選擇。

 　　地形分析：包括等高線分析，透視圖分析，坡度坡向分析，斷面圖分析及地形表面面積和挖填方體積計算。最佳路徑分析，追蹤污染源流分析，農業布局合理性分析，城市布局合理性分析，道路選線分析等。

GIS 的應用領域

　　地理信息系統在最近的30多年內取得了驚人的發展，廣泛應用于資源調查、環境評估、災害預測、國土管理、城市規劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設施管理、農林牧業、統計、商業金融等幾乎所有領域。 (加測繪、應急、石油石化等國民經濟各個領域。)

　　以下地理信息系統的應用領域分別回答了在各自領域內的作用

 　　◆ 資源管理 (Resource Management)

　　主要應用于農業和林業領域，解決農業和林業領域各種資源(如土地、森林、草場)分布、分級、統計、制圖等問題。主要回答“定位”和“模式”兩類問題。

 　　◆ 資源配置 (Resource Configuration)

　　在城市中各種公用設施、救災減災中物資的分配、全國范圍內能源保障、糧食供應等到機構的在各地的配置等都是資源配置問題。GIS在這類應用中的目標是保證[FS:PAGE]資源的最合理配置和發揮最大效益。

 　　◆ 城市規劃和管理 (Urban Planning and Management) 　　空間規劃是GIS的一個重要應用領域，城市規劃和管理是其中的主要內容。例如，在大規模城市基礎設施建設中如何保證綠地的比例和合理分布、如何保證學校、公共設施、運動場所、服務設施等能夠有最大的服務面(城市資源配置問題)等。

 　　◆ 土地信息系統和地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton) 　　土地和地籍管理涉及土地使用性質變化、地塊輪廓變化、地籍權屬關系變化等許多內容，借助GIS技術可以高效、高質量地完成這些工作。

 　　◆ 生態、環境管理與模擬 (Environmental Management and Modeling) 　　區域生態規劃、環境現狀評價、環境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環境與區域可持續發展的決策支持、環保設施的管理、環境規劃等。

 　　◆ 應急響應 (Emergency Response)

　　解決在發生洪水、戰爭、核事故等重大自然或人為災害時，如何安排最佳的人員撤離路線、并配備相應的運輸和保障設施的問題。

 　　◆ 地學研究與應用 (Application in GeoScience) 　　地形分析、流域分析、土地利用研究、經濟地理研究、空間決策支持、空間統計分析、制圖等都可以借助地理信息系統工具完成。

 　　◆ 商業與市場 (Business and Marketing) 　　商業設施的建立充分考慮其市場潛力。例如大型商場的建立如果不考慮其他商場的分布、待建區周圍居民區的分布和人數，建成之后就可能無法達到預期的市場和服務面。有時甚至商場銷售的品種和市場定位都必須與待建區的人口結構(年 齡構成、性別構成、文化水平)、消費水平等結合起來考慮。地理信息系統的空間分析和數據庫功能可以解決這些問題。房地產開發和銷售過程中也可以利用GIS功能進行決策和分析。

 　　◆ 基礎設施管理 (Facilities Management) 　　城市的地上地下基礎設施(電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設施、 電力設施等)廣泛分布于城市的各個角落、且這些設施明顯具有地理參照特征的。它們的管理、統計、匯總都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。

 　　◆ 選址分析 (Site Selecting Analysis) 　　根據區域地理環境的特點，綜合考慮資源配置、市場潛力、交通條件、地形特征、環境影響等因素，在區域范圍內選擇最佳位置，是GIS的一個典型應用領域，充分體現了GIS的空間分析功能。

 　　◆ 網[FS:PAGE]絡分析 (Network System Analysis) 　　建立交通網絡、地下管線網絡等的計算機模型，研究交通流量、進行交通規則、處理地下管線突發事件(爆管、斷路)等應急處理。 警務和醫療救護的路徑優選、車輛導航等也是GIS網絡分析應用的實例。

 　　◆ 可視化應用 (Visualization Application) 　　以數字地形模型為基礎，建立城市、區域、或大型建筑工程、著名風景名勝區的三維可視化模型，實現多角度瀏覽，可廣泛應用于宣傳、城市和區域規劃、大型工程管理和仿真、旅游等領域。

 　　◆ 分布式地理信息應用 (Distributed Geographic Information Application)

　　隨著網絡和Internet技術的發展，運行于Intranet或Internet環境下的地理信息系統應用類型，其目標是實現地理信息的分布式存儲和信息共享，以及遠程空間導航等。

    GIS相關技術

　　GIS與其他幾種信息系統密切相關，但由于其處理和分析地理數據的能力使其與它們相區別。盡管沒有什么硬性的和快速的規則來給這些信息系統分類，但下面的討論可以幫助區分GIS和桌面制圖、計算機輔助設計CAD、遙感、DBMS、以及GPS技術。

    桌面制圖

  桌面制圖系統用地圖來組織數據和用戶交互。這種系統的主要目的是產生地圖：地圖就是數據庫。大多數桌面制圖系統只有及其有限的數據管理、空間分析以及個性化能力。桌面制圖系統在桌面計算機上進行操作，例如PC機，Macintosh以及小型UNIX工作站。

    計算機輔助設計CAD

　　計算機輔助設計(CAD)系統促進了產生建筑物和基本建設的設計和規劃。這種設計需要裝配固有特征的組件來產生整個結構。這些系統需要一些規則來指明如何裝配這些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系統已經擴展可以支持地圖設計，但管理和分析大型的地理數據庫的工具很有限。

    遙感和GPS

　　遙感是一門使用傳感器對地球進行測量的科學和技術，例如，飛機上的照相機，全球定位系統（GPS）接收器，或其他設備。這些傳感器以圖象的格式收集數據，并為利用、分析和可視化這些圖象提供專門的功能。由于它缺乏強大的地理數據管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。

     數據庫管理系統

　　數據庫管理系統專門研究如何存儲和管理所有類型的數據，其中包括地理數據。DBMS使存儲和查找數據最優化，許多GIS為此而依靠它。相對于GIS而言，它們沒有分析和可視化的工具。

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