什么是GIS

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什么是GIS　　最简单地来说，GIS是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。这是GIS的本质，也是核心。
　　物质世界中的任何事物都被牢牢地打上了时空的烙印。人们的生产和生活中百分之八十以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统（ Geographic Information System, 简称 GIS）作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。由于信息技术的发展，数字时代的来临，理论上来说，GIS可以运用于现阶段任何行业。　从技术和应用的角度， GIS 是解决空间问题的工具、方法和技术；
　　从学科的角度， GIS 是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系；
　　从功能上， GIS 具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能；
　　从系统学的角度， GIS 具有一定结构和功能，是一个完整的系统。
　　简而言之， GIS 是一个基于数据库管理系统（ DBMS ）的分析和管理空间对象的信息系统，以地理空间数据为操作对象是地理信息系统与其它信息系统的根本区别。
　　GIS即地理信息系统（Geographic Information System），经过了40年的发展，到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术，并且得到了极广泛的应用。尤其是近些年，GIS更以其强大的地理信息空间分析功能，在GPS及路径优化中发挥着越来越重要的作用。GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。
GIS 的组成部分　　从应用的角度，地理信息系统由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。硬件和软件为地理信息系统建设提供环境；数据是GIS的重要内容；方法为GIS建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其它几个组成部分。
　　硬件主要包括计算机和网络设备，存储设备，数据输入，显示和输出的外围设备等等。
　　软件主要包括以下几类：操作系统软件 、数据库管理软件 、系统开发软件 、GIS 软件，等等。 GIS软件的选型，直接影响其它软件的选择，影响系统解决方案，也影响着系统建设周期和效益。
　　数据是GIS的重要内容，也是GIS系统的灵魂和生命。数据组织和处理是GIS应用系统建设中的关键环节，涉及许多问题：
　　——应该选择何种（或哪些）比例尺的数据？
　　——已有数据现势性如何？
　　——数据精度是否能满足要求？
　　——数据格式是否能被已有的GIS软件集成？
　　——应采用何种方法进行处理和集成？
　　——采用何种方法进行数据的更新和维护，等等。　方法指系统需要采用何种技术路线，采用何种解决方案来实现系统目标。方法的采用会直接影响系统性能，影响系统的可用性和可维护性。
　　人是GIS系统的能动部分。人员的技术水平和组织管理能力是决定系统建设成败的重要因素。系统人员按不同分工有项目经理、项目开发人员、项目数据人员、系统文档撰写和系统测试人员等。各个部分齐心协力、分工协作是GIS系统成功建设的重要保证。
　　GIS应用系统建设需要从以上五个方面着手。
GIS功能　　就GIS本身来说，大多数功能较全的GIS一般均具备四种类型的基本功能，它们分别是：
　　数据采集与编辑功能
　　GIS的核心是一个地理数据库,所以建立GIS的第一步是将地面的实体图形数据和描述它的属性数据输入到数据中,即数据采集.为了消除数据采集的错误,需要对图形及文本数据进行编辑和修改.
　　属性数据编辑与分析
　　属性数据比较规范,适应于表格表示,所以许多地理信息系统都采用关系数据库管理系统管理. 通常的关系数据库管理系统(RDBMS)都为用户提供了一套功能很强的数据编辑和数据库查询语言,即SQL,系统设计人员可据此建立友好的用户见界面,以方便用户对属性数据的输入、编辑与查询. 除文件管理功能外, 属性数据库管理模块的主要功能之一是用户定义各类地物的属性数据结构. 由于GIS中各类地物的属性不同, 描述他们的属性项及值域亦不同, 所以系统应提供用户自定义数据结构的功能,系统还应提供修改结构的功能,以及提供拷贝结构、删除结构、合并结构等功能.
　　制图功能
　　GIS的核心是一个地理数据库。建立GIS首先是将地面上的实体图形数据和描述它的属性数据输出到数据库中并能编制用户所需要的各种图件。因为大多数用户目前最关心的是制图。从测绘角度来看，GIS是一个功能极强的数字化制图系统。然而计算机制图需要涉及计算机的外围设备,各种绘图仪的接口软件和绘图指令不尽相同,所以GIS中计算机绘图的功能软件并不简单,ARC/INFO的制图软件包具有上百条命令,它需要设置绘图仪的种类,绘图比例尺,确定绘图原点和绘图大小等. 一个功能强的制图软件包还具有地图综合,分色排版的功能. 根据GIS的数据结构及绘图仪的类型,用户可获得矢量地图或栅格地图. 地理信息系统不仅可以为用户输出全要素地图, 而且可以根据用户需要分层输出各种专题地图,如行政区划图、土壤利用图、道路交通图、等高线图等等. 还可以通过空间分析得到一些特殊的地学分析用图,如坡度图、坡向图剖面图等等.
　　空间数据库管理功能
　　地理对象通过数据采集与编辑后，形成庞大的地理数据集。对此需要利用数据库管理系统来进行管理。GIS一般都装配有地理数据库，其功效类似对图书馆的图书进行编目，分类存放，以便于管理人员或读者快速查找所需的图书。其基本功能包括：1.数据库定义 2.数据库的建立与维护 3.数据库操作 4.通讯功能
　　空间分析功能
　　通过空间查询与空间分析得出决策结论，是GIS的出发点和归宿。在GIS中这属于专业性，高层次的功能。与制图和数据库组织不同，空间分析很少能够规范化，这是一个复杂的处理过程，需要懂得如何应用GIS目标之间的内在空间联系并结合各自的数学模型和理论来制定规划和决策。由于它的复杂性，目前的GIS在这方面的功能总的来说是比较低下的。典型的空间分析有：
　　拓扑空间查询
　　空间目标之间的拓扑关系有两类,一种是几何元素的节点、弧段和面块之间的关联关系,用以描述和表达几何要素间的拓扑数据结构,另一种是GIS中地物之间的空间拓扑关系,这种关系可以通过关联关系和位置关系隐含表达,用户需通过特殊的方法进行查询.
　　缓冲区分析
　　缓冲区分析是根据数据库的点、线、面实体,自动建立其周围一定宽度范围的缓冲区多边形,它是地理信息系统重要的和基本的空间分析功能之一.
　　叠置分析
　　将同一地区,同一比例尺的两组或更多的多边形要素的数据文件进行叠置,根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形或进行多边形范围的属性特征的统计分析.
　　空间集合分析
　　空间集合分析是按照两个逻辑子集给定的条件进行逻辑交运算、逻辑并运算、逻辑差运算。
　　地学分析
　　地理信息系统除有以上基本功能外,还提供一些专业性较强的应用分析模块,如网络分析模块,它能够用来进行最佳路径分析,以及追踪某一污染源流经的排水管道等等.土地适应性分析可以用来评价和分析各种开发活动包括农业应用、城市建设、农作物布局、道路选线等用地,优选出最佳方案,为土地规划提供参考意见.发展预测分析可以根据GIS中存储的丰富信息,运用科学的分析方法,预测某一事物如人口、资源、环境、粮食产量等,及今后的可能发展趋势,并给出评价和估计,以调节控制计划或行动.另外,利用地理信息系统还可以进行最佳位址的选择,新修公路的最佳路线选择,辅助决策分析和地学模拟分析等等.
　　数字高程模型的建立
　　数字高程模型有三种主要的形式，包括格网DEM、不规则三角网（TIN），以及由两者混合组成的DEM。格网DEM数据简单，便于管理，但因格网高程是原始采样点的派生值，内插过程将损失高程精度，仅适合于中小比例尺DEM的构建。TIN直接利用原始高程取样点重建表面，它能充分利用地貌特征点、线，较好地表达复杂的地形，但TIN存储量大，不便于大规模规范管理，并难以与GIS的图形矢量数据或栅格数据以及遥感影像数据进行联合分析应用。所以一般的GIS都提供了两种数字高程模型的软件包，用户可以根据需要进行选择。
　　地形分析：包括等高线分析，透视图分析，坡度坡向分析，断面图分析及地形表面面积和挖填方体积计算。最佳路径分析，追踪污染源流分析，农业布局合理性分析，城市布局合理性分析，道路选线分析等。
GIS 的应用领域　　地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。 (加测绘、应急、石油石化等国民经济各个领域。)
　　以下地理信息系统的应用领域分别回答了在各自领域内的作用
　　◆ 资源管理 (Resource Management)
　　主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。
　　◆ 资源配置 (Resource Configuration)
　　在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。
　　◆ 城市规划和管理 (Urban Planning and Management)
　　空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等。
　　◆ 土地信息系统和地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton)
　　土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。
　　◆ 生态、环境管理与模拟 (Environmental Management and Modeling)
　　区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。
　　◆ 应急响应 (Emergency Response)
　　解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。
　　◆ 地学研究与应用 (Application in GeoScience)
　　地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完成。
　　◆ 商业与市场 (Business and Marketing)
　　商业设施的建立充分考虑其市场潜力。例如大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构(年 龄构成、性别构成、文化水平)、消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析。
　　◆ 基础设施管理 (Facilities Management)
　　城市的地上地下基础设施(电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、 电力设施等)广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特征的。它们的管理、统计、汇总都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。
　　◆ 选址分析 (Site Selecting Analysis)
　　根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的空间分析功能。
　　◆ 网络分析 (Network System Analysis)
　　建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、进行交通规则、处理地下管线突发事件(爆管、断路)等应急处理。 警务和医疗救护的路径优选、车辆导航等也是GIS网络分析应用的实例。
　　◆ 可视化应用 (Visualization Application)
　　以数字地形模型为基础，建立城市、区域、或大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。
　　◆ 分布式地理信息应用 (Distributed Geographic Information Application)
　　随着网络和Internet技术的发展，运行于Intranet或Internet环境下的地理信息系统应用类型，其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程空间导航等。
GIS相关技术　　GIS与其他几种信息系统密切相关，但由于其处理和分析地理数据的能力使其与它们相区别。尽管没有什么硬性的和快速的规则来给这些信息系统分类，但下面的讨论可以帮助区分GIS和桌面制图、计算机辅助设计CAD、遥感、DBMS、以及GPS技术。 桌面制图　　桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的主要目的是产生地图：地图就是数据库。大多数桌面制图系统只有及其有限的数据管理、空间分析以及个性化能力。桌面制图系统在桌面计算机上进行操作，例如PC机，Macintosh以及小型UNIX工作站。 计算机辅助设计CAD　　计算机辅助设计(CAD)系统促进了产生建筑物和基本建设的设计和规划。这种设计需要装配固有特征的组件来产生整个结构。这些系统需要一些规则来指明如何装配这些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系统已经扩展可以支持地图设计，但管理和分析大型的地理数据库的工具很有限。 遥感和GPS　　遥感是一门使用传感器对地球进行测量的科学和技术，例如，飞机上的照相机，全球定位系统（GPS）接收器，或其他设备。这些传感器以图象的格式收集数据，并为利用、分析和可视化这些图象提供专门的功能。由于它缺乏强大的地理数据管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。 数据库管理系统　　数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其中包括地理数据。DBMS使存储和查找数据最优化，许多GIS为此而依靠它。相对于GIS而言，它们没有分析和可视化的工具。
GIS常用软件　　国外的：
　　AutoCAD Map3d
　　ArcGIS（包括ArcGIS, MapObjects, ArcIMS、ArcSDE、ArcEngine、ArcServer等）
　　MapInfo
　　PrideMap
　　GeoMedia
　　MGE
　　SmallWorld
　　Grass　
　　GeoServer
　　MapGuide
　　国内的：
　　mapgis（MapGISK9基础平台、数据中心集成开发平台等，目前国内市场份额最大的软件系列）
　　SuperMap
　　GeoStar
　　TopMap
　　GeoBean
　　VRMap
　　MapEngine
　　geobrain
　　CityMaker
　　EPS
　　DTGIS
电力工业中的GIS　　在电力工业中，GIS是指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘金属封闭开关设备”（Gas Insulated Switchgear)简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一切设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。
　　GIS全称气体绝缘组合电器设备（Gas Insulated Switchgear），主要把母线、断路器、CT、PT、隔离开关、避雷器都组合在一起。就是我们经常可以看到的开关站，也叫高压配电装置。
　　高压配电装置的型式有三种：第一种是空气绝缘的常规配电装置，简称AIS。其母线裸露直接与空气接触，断路器可用瓷柱式或罐式。葛洲坝电厂采用的即是这种型式。 第二种是混合式配电装置，简称H－GIS。母线采用开敞式，其它均为六氟化硫气体绝缘开关装置。 第三种是六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置。其英文全称GAS—INSTULATED SWITCHGEAR，简称GIS。
　　GIS的优点在于占地面积小，可靠性高，安全性强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。
　　GIS应用八件新衣
　　目前，GIS的应用是以政府部门为主体，未来，面向企业以及大众的信息服务将成为GIS应用新的增长点。
　　地理信息技术的发展必须依据新的要求和标准，GIS在各行业的应用模式也需要改革和创新。总体来说，GIS应用将向智能化、规模化、集成化、一体化以及产业化五个方面深化发展。GIS在以下几方面的应用，很早就已开始，但是其创新空间仍然非常巨大。
　　GIS与智能交通
　　基于GIS的智能交通不仅能够通过图形的形式记述道路通行状况、迅速定位事故点、调度抢修车辆，以及提供交通疏散的方案等，还能够为这些信息的深层次挖掘、后续信息服务、辅助决策提供空间属性上的支持。具体应用包括监控、设施管理、车辆调度指挥、应急救援系统等。
　　GIS与农业资源管理
　　3S（RS、GIS、GPS）技术，尤其是GIS技术在农业的各个领域得到广泛的应用，农业部的多个业务部门纷纷构建了各自的应用系统。未来的农业应用将更多涉及精细农业、农作物监测及估产、农田水淹没分析以及绿色农业等方面。
　　精细农业: 通过分析影响小区产量差异的原因，制定经济、合理的生产决策方案，生成作物管理处方图，指导农田定位作业。
　　农作物监测及估产: 充分运用3S技术，较准确地估测出各种作物的最终产量，并跟踪监测各类作物在不同生长期的长势，从而根据需要及时采取有效措施，对农作物的生长进行监控，保证当年产量的稳定增长。
　　农田水淹没分析: 利用 GIS 和遥感技术，实现农田水淹没分析，评估农田损失情况。
　　绿色农业: 进行绿色农业工程，对所有农田的土壤重金属含量进行 GIS 分析，对绿色农作物的生产进行决策。

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