科普 | 地理信息系统的前世今生

 

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总述

GIS属于信息系统的一类，不同在于它能运作和处理地理参照数据。地理参照数据描述地球表面空间要素的位置和属性，在GIS中的两种地理数据成分：空间数据，与空间要素几何特性有关；属性数据，提供空间要素的信息。

地理信息系统(GIS) 是一种具有信息系统空间专业形式的数据管理系统。在严格的意义上, 这是一个具有集中、存储、操作、和显示地理参考信息的计算机系统。例如，根据在数据库中的位置对数据进行识别。实习者通常也认为整个GIS系统包括操作人员以及输入系统的数据。

地理信息系统（GIS）技术能够应用于科学调查、资源管理、财产管理、发展规划、绘图和路线规划。例如，一个地理信息系统(GIS)能使应急计划者在自然灾害的情况下较易地计算出应急反应时间，或利用GIS系统来发现那些需要保护不受污染的湿地。

地理信息系统（GIS）与全球定位系统(GPS)、遥感系统(RS)合称3S系统。

 

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组成

古往今来，几乎人类所有活动都是发生在地球上，都与地球表面位置（即地理空间位置）息息相关，随着计算机技术的日益发展和普及，地理信息系统以及在此基础上发展起来的“数字地球”、“数字城市”在人们的生产和生活中起着越来越重要的作用。

地理信息系统有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

GIS可以分为以下五部分：

▶人员，是GIS中最重要的组成部分。开发人员必须定义GIS中被执行的各种任务，开发处理程序。最好的软件也无法弥补操作人员对GIS的一无所知所带来的负作用。

▶数据，精确的可用的数据可以影响到查询和分析的结果。

▶硬件，硬件的性能影响到软件对数据的处理速度，使用是否方便及可能的输出方式。

▶软件，不仅包含GIS软件，还包括各种数据库，绘图、统计、影像处理及其它程序。

▶过程，GIS 要求明确定义，一致的方法来生成正确的可验证的结果。

 

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技术

地理信息作为一种特殊的信息，它同样来源于地理数据。地理数据主要包括空间位置数据、属性特征数据及时域特征数据三个部分。地理信息是地理数据中包含的意义，是关于地球表面特定位置的信息，是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识。

当今社会，人们非常依赖计算机以及计算机处理过的信息。在计算机时代，信息系统部分或全部由计算机系统支持，因此，计算机硬件、软件、数据和用户是信息系统的四大要素。

从20世纪中叶开始，人们就开始开发出许多计算机信息系统，这些系统采用各种技术手段来处理地理信息，它包括：

▶数字化技术：输入地理数据，将数据转换为数字化形式的技术；

▶存储技术：将这类信息以压缩的格式存储在磁盘、光盘、以及其他数字化存储介质上的技术；

▶空间分析技术：对地理数据进行空间分析，完成对地理数据的检索、查询，对地理数据的长度、面积、体积等的量算，完成最佳位置的选择或最佳路径的分析以及其他许多相关任务的方法；

▶环境预测与模拟技术：在不同的情况下，对环境的变化进行预测模拟的方法；

▶可视化技术：用数字、图像、表格等形式显示、表达地理信息的技术。

 

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含义

随着时代的发展与科技的进步，人们对GIS理解在不断深入，而GIS内涵也在不断拓展。一般来说，目前公认的“GIS”中，“S”的含义包含以下的四层意思：

一是系统（System），是从技术层面的角度论述地理信息系统，即面向区域、资源、环境等规划、管理和分析，是指处理地理数据的计算机技术系统，但更强调其对地理数据的管理和分析能力。

二是科学（Science），是广义上的地理信息系统，常称之为地理信息科学，是一个具有理论和技术的科学体系，意味着研究存在于GIS和其它地理信息技术后面的理论与观念（GIScience）。

三是代表着服务（Service），随着遥感等信息技术、互联网技术、计算机技术等的应用和普及，地理信息系统已经从单纯的技术型和研究型逐步向地理信息服务层面转移，如导航需要催生了导航GIS的诞生，GIS业已成为人们日常生活中的一部分。

当同时论述GIS技术、GIS科学或GIS服务时，为避免混淆，一般用GIS表示技术，GIScience或GISci表示地理信息科学，GIService或GISer表示地理信息服务。

四是研究（Studies），即 Geographic Information Studies，研究有关地理信息技术引起的社会问题（societal context），如法律问题（legal context），私人或机密主题，地理信息的经济学问题等。