地理信息系統又稱GIS(Geographic information system)系統。 GIS 是一門綜合性學科,已經廣泛的應用在不同的領域，是用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數據的計算機系統，可以分為以下五部分：

　　o 人員，是GIS中最重要的組成部分。開發人員必須定義GIS中被執行的各種任務，開發處理程序。 熟練的操作人員通常可以克服GIS軟件功能的不足，但是相反的情況就不成立。最好的軟件也無法彌補操作人員對GIS的一無所知所帶來的負作用。

　　o 數據，精確的可用的數據可以影響到查詢和分析的結果。

　　o 硬件，硬件的性能影響到處理速度，使用是否方便及可能的輸出方式。

　　o 軟件，不僅包含GIS軟件，還包括各種數據庫，繪圖、統計、影像處理及其它程序。

　　o 過程，GIS 要求明確定義，一致的方法來生成正確的可驗證的結果。

　　GIS屬于信息系統的一類，不同在于它能運作和處理地理參照數據。地理參照數據描述地球表面(包括大氣層和教淺的地表下空間)空間要素的位置和屬性，在GIS中的兩種地理數據成分：空間數據，與空間要素幾何特性有關；屬性數據，提供空間要素的信息。

　　地理信息系統與全球定位系統(GPS)、遙感系統(RS)合稱3S系統。 一個地理信息系統(GIS) 是一種具有信息系統空間專業形式的數據管理系統。在嚴格的意義上, 這是一個具有集中, 存儲, 操作, 和顯示地理參考信息的計算機系統。例如， 根據在數據庫中的位置對數據進行識別。 實習者也通常認為整個GIS系統包括操作人員以及輸入系統的數據。 地理信息系統技術能夠應用于科學調查, 資源管理, 財產管理、發展規劃、繪圖和路線規劃。 例如, 一個GIS系統能使應急計劃者在自然災害的情況下較易地計算出應急反應時間, 或利用GIS系統來發現那些需要保護不受污染的濕地。

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發展的歷史

　　35,000 年前,在Lascaux 附近的洞穴墻壁上, 法國的Cro Magnon 獵人畫下了他們所捕獵動物的圖案。與這些動物圖畫相關的是一些描述遷移路線和軌跡線條和符木。 這些早期記錄符合了現代地理信息系統的二元素結構: 一個圖形文件對應一個屬性數據庫。 18 世紀地形圖繪制的現代勘測技術得以實現, 同時還出現了專題繪圖的早期版本, 例如， 科學方面或戶口普查資料。 20 世紀初期世紀將圖片分成層的"照片石印術"得以發展。 直至60年代早期，在核武器研究的推動下，計算機硬件的發展導致通用計算機"繪圖"的應用。

　　1967年 世界第一個投入實際操作的GIS系統由聯邦能量、礦產和資源部門在安大略省的渥太華開發出來。 這個系統是由Roger Tomlinson開發的，被稱為"Canadian GIS" (CGIS)。它被用來存儲，分析以及處理所收集來的有關加拿大土地存貨清單(CLI)的數據。CLI通過在1:250,000的比例尺下繪制關于土壤, 農業, 休閑、野生生物、水鳥、林業, 和土地利用等各種信息為加拿大農村測定土地能力，并增設了了等級分類因素來進行分析。

　　CGIS 是世界的第一個"系統"， 并且在"繪圖"應用上進行了改進，它具有覆蓋, 測量, 資料數字化/掃描的功能, 支持一個跨越大陸的國家坐標系統 , 將線編碼為具有真實的嵌入拓撲結構的"弧", 并且將屬性和位置的信息分別存儲在單獨的文件中。 它的開發者, 地理學家Roger Tomlinson,被稱為"GIS之父"。

　　CGIS一直持續到20世紀70 年代才完成，但這花費了太長的一段時間，因此在它最初發展期，不能與如Intergraph這樣的銷售各種商業地圖應用軟件的供應商競爭。微型計算機硬件的發展使得象ESRI 和CARIS那樣的供應商成功地兼并了大多數的CGIS特征，并結合了對空間和屬性信息的分離的第1 種世代方法與對組織的屬性數據的第2 種世代方法入數據庫結構。 20世紀80年代和90 年代產業成長刺激了應用了GIS 的UNIX 工作站和個人計算機飛速增長。至20 世紀末，在各種系統中迅速增長使得其在在相關的少量平臺已經得到了鞏固和規范。并且用戶開始提出了在互聯網上查看GIS 數據的概念，這要求數據的格式和傳輸標準化。

GIS中使用的技術

從不同來源得到相關信息

　　如果能將你所在州的降雨和你所在縣上空的照片聯系起來，可以判斷出哪塊濕地在一年的某些時候會干涸。一個GIS系統就能夠進行這樣的分析，它能夠將不同來源的信息以不同的形式應用。對于源數據的基本要求是確定變量的位置。位置可能由經度，緯度和海拔的 x，y，z坐標來標注，或是由其他地理編碼系統比如ZIP碼，又或是高速公路英里標志來表示。任何可以定位存放的變量都能被反饋到GIS。一些政府機構和非政府組織生產正在制作能夠直接訪問GIS的計算機數據庫。可以將地圖中不同類型的數據格式輸入GIS。GIS 系統同時能將不是地圖形式的數字信息轉換可識別利用的形式。 例如, 例如，通過分析由遙感生成的數字衛星圖像，可以生成一個與地圖類似的有關植被覆蓋的數字信息層。 同樣, 人口調查或水文表格數據也可在GIS系統中被轉換成作為主題信息層的地圖形式。

資料展現

　　GIS 數據以數字數據的形式表現了現實世界客觀對象(公路, 土地利用, 海拔)。 現實世界客觀對象可被劃分為二個抽象概念: 離散對象(如房屋) 和連續的對象領域(如降雨量或海拔) 。這二種抽象體在GIS系統中存儲數據主要的二種方法為: 柵格（網格）和矢量。 柵格（網格）數據由存放唯一值存儲單元的行和列組成。它與柵格（網格）圖像是類似的，除了使用合適的顏色之外，各個單元記錄的數值也可能是一個分類組， 例如土地使用狀況，一個連續的值， 或是降雨量，或是當數據不是可用時記錄的一個空值。柵格數據集的分辨率取決于地面單位的網格寬度。通常存儲單元代表地面的方形區域， 但也可以用來代表其它形狀。 柵格數據既可以用來代表一塊區域，也可以用來表示一個實物，實物被存儲為.... 矢量數據利用了幾何圖形例如點，線（一系列點坐標），或是面（形狀決定于線）來表現客觀對象。例如，在住房細分中以多邊形來代表物產邊界，以點來精確表示位置。矢量同樣可以用來表示具有連續變化性的領域。利用等高線和不規則三角網（TIN）來表示海拔或其他連續變化的值。TIN的記錄對于這些連接成一個由三角形構成的不規則網格的點進行評估。三角形所在的面代表地形表面。 利用柵格或矢量數據模型來表達現實既有優點也有缺點。柵格數據設置在面內所有的點上都記錄同一個值，而矢量格式只在需要的地方存儲數據，這就使得前者所需的存儲的空間大于后者。對于柵格數據可以很輕易地實現覆蓋的操作，而對于矢量數據來說要困難得多。矢量數據可以象在傳統地圖上的矢量圖形一樣被顯示出來，而柵格數據在以圖象顯示時顯示對象的邊界將呈現模糊狀。 除了以幾何矢量坐標或是柵格單元位置來表達的空間數據外，另外的非空間數據也可以被存儲。在矢量數據中，這些附加數據為客觀對象的屬性。例如，一個森林資源的多邊形可能包含一個標識符值及有關樹木種類的信息。在柵格數據中單元值可存儲屬性信息，但同樣可以作為與其他表格中記錄相關的標識符。

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資料擷取

　　數據擷取--向系統內輸入數據--它占據了GIS從業者的大部分時間。有多種方法向GIS中輸入數據，在其中它以數字格式存儲。 印在紙或聚酯薄膜地圖上的現有數據可以被數字化或掃描來產生數字數據。數字化儀從地圖中產生矢量數據作為操作符軌跡點、線和多邊形的邊界。掃描地圖可以產生能被進一步處理生成矢量數據的光柵數據。 測量數據可以從測量器械上的數字數據收集系統中被直接輸入到GIS中。從全球定位系統（GPS）--另一種測量工具中得到的位置，也可以被直接輸入到GIS中。 遙感數據同樣在數據收集中發揮著重要作用，并由附在平臺上的多個傳感器組成。傳感器包括攝像機、數字掃描儀和激光雷達，而平臺則通常由航空器和衛星構成。 現在大部分數字數據來源于圖片判讀和航空照片。軟拷貝工作站用來數字化直接從數字圖像的立體象對中得到的特征。這些系統允許數據以二維或三維捕捉，它們的海拔直接從用照相測量法原理的立體象對中測量得到。現今，模擬航空照片先被掃描然后再輸入到軟拷貝系統，但隨著高質量的數字攝像機越來越便宜，這一步也就可被省略了。 衛星遙感提供了空間數據的另一個重要來源。這里衛星使用不同的傳感器包來被動地測量從主動傳感器如雷達發射出去的電磁波頻譜或無線電波的部分的反射系數。遙感收集可以進一步處理來標識感興趣的對象和類例如土地覆蓋的光柵數據。 除了收集和輸入空間數據之外，屬性數據也要輸入到GIS中。對于矢量數據，這包括關于表現在系統中的對象的附加信息。 輸入數據到GIS中后，通常還要編輯，來消除錯誤，或進一步處理。對于矢量數據必須要"拓撲正確"才能進行一些高級分析。比如說，在公路網中，線必須與交叉點處的結點相連。像反沖或過沖的錯誤也必須消除。對于掃描的地圖，源地圖上的污點可能需要從生成的光柵中消除。例如，污物的斑點可能會把兩條本不該相連的線連在一起。

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資料操作

　　GIS可以執行數據重構來把數據轉換成不同的格式。例如，GIS可以通過在具有相同分類的所有單元周圍生成線，同時決定單元的空間關系，如鄰接和包含，來將衛星圖像轉換成矢量結構。 由于數字數據以不同的方法收集和存儲，兩種數據源可能會不完全兼容。因此GIS必須能夠將地理數據從一種結構轉換到另一種結構。

投影系統，坐標系統與轉換

　　財產所有權地圖與土壤分布圖可能以不同的比例尺顯示數據。GIS中的地圖數據必須能被操作以使其與從其它地圖獲得的數據對齊或相配合。在數字數據被分析前，它們可能得經過其它一些將它們整合進GIS的處理，比如，投影與坐標變換。 地球可以用多種模型來表示，對于地球表面上的任一給定點，各個模型都可能給出一套不同的坐標（如緯度，經度，海拔）。最簡單的模型是假定地球是一個理想的球體。隨著地球的更多測量逐漸累積，地球的模型也變得越來越復雜，越來越精確。事實上，有些模型應用于地球的不同區域以提供更高的精確度（如北美坐標系統，1983-NAD83-只適合在美國使用，而在歐洲卻不適用）。

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GIS空間分析

數據建模

　　將濕地地圖與在機場、電視臺和學校等不同地方記錄的降雨量關聯起來是很困難的。然而，GIS能夠描述 地表、地下和大氣的二維三維特征。

　　例如，GIS能夠將反應降雨量的雨量線迅速制圖。

　　這樣的圖稱為雨量線圖。通過有限數量的點的量測可以估計出整個地表的特征，這樣的方法已經很成熟。 一張二維雨量線圖可以和GIS中相同區域的其它圖層進行疊加分析。

拓樸建模

　　在過去的35年，在濕地邊上有沒有任何加油站或工廠經營過？有沒有任何滿足在2英里內且高出濕地的條件的這類設施？GIS可以識別并分析這種在數字化空間數據中的這種空間關系。這些拓樸關系允許進行復雜的空間建模和分析。地理實體音的拓樸關系包括連接(什么和什么相連)、包含(什么在什么之中)、還有鄰近(兩者之間的遠近)。

網絡建模

　　如果所有在濕地附近的工廠很偶然地同時向河中排放化學物質，那么排入濕地的污染物的數量要多久就能達到破壞環境的數量？GIS能模擬出污染物沿線性網絡(河流)的擴散的路徑。諸如坡度、速度限值、管道直徑之類的數值可以納入這個模型使得模擬得更精確。網絡建模通常用于交通規劃、水文建模和地下管網建模。

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與50位技術專家面對面20年技術見證，附贈技術全景圖

總結

以上是生活随笔為你收集整理的地理信息系统（GIS）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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