地理信息系统基本知识

地理信息系统，简称GIS（Geographic Information System）。顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称为空间信息。

GIS作为对地球空间数据进行采集、存储、检索、建模、分析和表示的计算机系统，不仅可以管理以数字、文字为主的属性信息，而且可以管理以可视化图形图像为主的空间信息。它通过各种空间分析方法对各种不同的空间信息进行综合分析解释，确认空间实体之间的相互关系，分析在一定区域内发生的各种现象和过程。 GIS 提供了在计算机辅助下对信息进行集成管理的能力、灵活的查询检索能力。从GIS系统应用由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为水利利用、资源评价与管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。

本世纪中叶，计算机的发明与应用标志着第一次信息革命的开始，人类社会随之进入信息时代。信息的巨大物化力量使得它逐渐成为一种重要的社会资源和社会动力源，从而引起社会职能、模式、结构、价值及人们工作、生活方式的变革，人们工作的重点从单独的物质生产转移到对信息的采集、处理、分析和利用上来。另外，由于社会的进步，人们开始觉悟到对赖以生存的地球资源的利用，不能是简单地掠夺，而应将开发和保护结合起来进行科学管理和充分利用。于是兴起国土规划、各种资源清查、环境监测等大型工程。然而，面对这些大型工程所获取的海量资源环境信息，传统的调查报表、统计图表和手工制图的方式已远远不能满足时代需求，如何利用计算机有效地处理相关信息是地理信息系统产生和发展的原动力。

地理环境信息是人类生存、生产、生活、发展的基础信息，随着信息时代的到来，信息的社会化的潮流，这比人们所设想的迅猛得多，信息产生的物化力量已被越来越多的人们所认识，地理信息作为一个事业已经形成，并正在发展壮大，据统计1991年世界范围内GIS的收入为70亿美元，其中软硬件为24亿美元，并且以 15%~40%的年增长率高速增长。预计到2000年，年产值至少500亿美元，成为信息产业中市场前景十分广阔，又相对独立的新兴产业。

GIS是以应用为龙头，市场为导向，软件为核心的产业。是应用促进了GIS的发展，也是应用校正了GIS蓬勃发展的方向和促进GIS软件市场的形成。

早期GIS主要应用于自动制图，设施管理（AM：Automated Mapping/FM:Facilities Management） 和土地信息系统（LIS），后来逐步扩展到水利、军事、资源和环境管理，森林、草原调查，城市规划、市政管理、监测和预估等众多领域，随着 GPS技术的成熟及与相关学科的结合，GIS已经进入政治分析、决策，经济规划，农业耕作，公安监察，交通运输、卫生防疫、金融决策、电动、供电等所有涉及空间信息的行业和部门；从应用水平上，也从简单的机助制图，提供简单数据表格，发展到分析和解决问题办法，解决问题范围也由过去的几个图幅上升到几十、几百甚至几千幅图的范围。

GIS是以应用为龙头，市场为导向，软件为核心的产业。是应用促进了GIS的发展，也是应用校正了GIS蓬勃发展的方向和促进GIS软件市场的形成。

早期GIS主要应用于自动制图，设施管理（AM：Automated Mapping/FM:Facilities Management） 和土地信息系统（LIS），后来逐步扩展到水利、军事、资源和环境管理，森林、草原调查，城市规划、市政管理、监测和预估等众多领域，随着 GPS技术的成熟及与相关学科的结合，GIS已经进入政治分析、决策，经济规划，农业耕作，公安监察，交通运输、卫生防疫、金融决策、电动、供电等所有涉及空间信息的行业和部门；从应用水平上，也从简单的机助制图，提供简单数据表格，发展到分析和解决问题办法，解决问题范围也由过去的几个图幅上升到几十、几百甚至几千幅图的范围。

地理信息系统理论、技术方法和应用的发展趋势

(1)所依附的计算机硬件环境逐步微机化

(2)不同的数据模型趋于一体化

(3)图形处理的三维可视化

(4)系统开发的专业化

(5)系统的网络化设计

GIS组织、分析并显示空间数据，除了显示计算机地图，GIS还可以进行空间分析和复杂查询，GIS是一个启动技术，因为地理学数据大部分是空间数据。

是使用计算机技术进行几何图形的编辑和绘制的计算机系统。

l、目的不同。CAM的目的是制图，主要考虑信息的显示和表达，是传统地图的数字化再现。除正确的表达专业内容外，强调线划的圆滑、色彩的协调、图面的美观。而GIS的目的是空间数据的管理与分析，制图只是GIS的功能之一；

2、采用的技术不同。GIS通过严格的空间拓扑关系、空间及属性数据库的建立实现信息的管理、查询与分析。建立描述地质实体空间特征的图形元素之间的拓扑关系、建立与图形元素相连接的描述地质实体非空间特征的属性数据库是地理信息系统与单纯的计算机辅助制图系统的最本质的差别；

3、GIS具有强大的空间查询和深层次的空间分析功能，提供对规划、管理和决策有用的信息。而CAM不具有空间分析功能

一个实用的 GIS 系统，要支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，其基本组成一般包括以下五个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。

地理信息系统的组成、功能及应用从系统论和应用的角度出发，地理信息系统被分为四个子系统，即计算机硬件和系统软件，数据库系统，数据库管理系统，应用人员和组织机构。

从数据处理的角度出发，地理信息系统又被分为数据输入子系统，数据存储与检索子系统，数据分析和处理子系统，数据输出子系统。

由计算机技术与空间数据相结合而产生的 GIS 这一高新技术，包含了处理信息的各种高级功能，但是它的基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。 GIS 依托这些基本功能，通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等，演绎出丰富多彩的系统应用功能，满足用户的广泛需求。

由计算机技术与空间数据相结合而产生的 GIS 这一高新技术，包含了处理信息的各种高级功能，但是它的基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。GIS 依托这些基本功能，通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等，演绎出丰富多彩的系统应用功能，满足用户的广泛需求。

GIS(地理信息系统)建设首先是网络建设，网络在整个GIS项目中处于至关重要的地位。GIS应用与常规事务处理有很大不同，突出表现在巨大的数据量、复杂的处理方式、空间的分布性，以及对安全容错机制的要求上，网络设计必须满足：

(1)网络性能高，传输速率快GIS处理对象以图形图像为主，数据量大，非常规类型。当用户较多时，网络传输繁重，容易造成网络阻塞，因而要求有足够带宽和灵活的传送技术。

(2)Client/Server、Intranet结构，分布式数据处理GIS系统是一个有机组合的群体，通过网络将地理上分散、具有自治功能的多个计算机系统互联，实现信息交换、资源共享和协同工作。支持空间分布性、联机事务处理、多用户并发操作，是GIS网络基本特征。

(3)多媒体数据同步传输GIS处理越来越多地涉及声音、动画、影视等多媒体数据，因此需要实现时间敏感数据的同步传输。

(4)空间操作的复杂性，长型事务处理GIS基于空间数据的操作，例如图形修改、拓扑关系建立，都要求独占主机和网络资源，网络必须对此提供足够的支持，而且一旦操作失败，应具备容错和恢复等安全机制。

(5)GIS网络构成复杂，涉及诸多硬件平台、操作系统、网络类型的综合集成GIS硬件平台从传统小型机到各种UNIX服务器直至流行的个人工作站，几乎包括了计算产品的各种类型，还有扫描仪、绘图仪、数字化仪、硬盘阵列等专用设备； GIS系统必须同时支持UNIX、NT、Windows95等操作系统及Web/Browser应用，其客户端、服务器、中间件、开发工具等产品种类繁多、性能各异；网络设备选择涉及集线器、交换机、路由器、远程访问服务器等各个方面；如何从实际出发，对计算资源进行合理选型与配置以发挥最佳效益，是GIS网络设计的关键所在。

根据GIS上述特征，应采取结构化网络设计方式，进行细致的工作群组划分和网络分段，按照应用特点选择不同的网络技术，充分发挥各自优势；使用高性能服务器、交换机以提升网络主干性能。

由于应用规模和实际需求不同，GIS网络设计存在较大差别，大体分GIS小型快速共享局域网、中型交换式局域网、大型ATM企业园区网、大型千兆以太企业广域网四个不同模式。

小型快速共享局域

中型交换式局域网

大型ATM企业园区网

大型千兆以太企业广域网