GIS 概述

0. 基本概念

1. 数据 Data 是一种未经加工的原始资料，数字、文字、符号、图像都是数据，数据本身没有意义。

2. 信息（Information）是数据的内容，它用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征。客观性、适用性、可传输性和共享性。

   ——数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，是数据的内容和解释。 ——信息 = 数据 + 数据处理

3. 地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征（简称属性）及时域特征三部分。

4. 地理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，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素。空间分布性、具有多维结构、时序特征十分明显、具有丰富的信息。
5. 地理实体：自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元。地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的。属性特征：空间特征：时间特征
6. 地理空间实体包括点（point）、线(line)、面(polygon)、曲面(surface)和体(volume)等多种数据类型。
7. 空间对象（空间目标、空间实体）与数据模型和数据结构有关，美国空间数据交换标准SDTS分为0、1、2、3维、聚合空间对象。采用拓扑空间关系、具有空间位置特征、属性、时间、空间关系特征。

1. GIS 定义

【定义 0】地理信息系统(Geographic Information Systems，简称GIS)是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界(资源与环境)的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

【定义1】是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统。 (陈述彭等,《地理信息系统导论》2003) （是分析和处理海量地理数据的通用技术。）

【定义2】是将计算机硬件、软件、地理数据以及系统管理人员组织而成的对任一形式的地理信息进行高效获取、存储、更新、操作、分析及显示的集成。

【定义3】是在计算机硬、软件的支持下，以地理空间数据库(Geospatial Database)为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统属于空间型信息系统。

【定义4】是利用现代计算机图形技术和数据库技术，输入、存储、编辑、分析、显示空间信息及其属性信息的地理资料系统。在地理信息系统中储存和处理的数据可以分成两大类：第一类是反映事物地理空间位置的信息称空间信息或空间数据(也称地图数据，图形数据)。第二类是与地理位置有关的反映事物其它特征的信息，称属性信息或属性数据(也可称 为文字数据，非图形数据)。通过GIS系统这两类信息的特有管理方式，在它们之间建立双向对应关系，实现图形和数据的互查互用。

【定义5】是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。

地理信息系统的定义是由两个部分组成的。

一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库(Geospatial Database)为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

2. GIS的基本构成与功能、应用领域

组成部分

5个主要组成部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。

• 硬件：计算机、网络设备、存储、输入输出设备、数据采集设备
• 软件：系统软件（与硬件有关）、基础软件（GIS软件平台）、应用软件、数据库系统
• 空间数据：用来表示空间实体的位置、形状、大小和分布特征诸方面信息的数据，适用于描述所有呈二维、三维和多维分布的关于区域的现象。空间数据不仅具有实体本身的空间位置及形态信息，而且还有实体属性和空间关系(如拓扑关系)信息。是GIS的血液，是GIS开展研究、应用的基础
• 应用人员：系统开发、系统管理以及使用人员。
• 应用模型是联系GIS应用系统与常规专业研究的纽带；是综合利用GIS应用系统中大量数据的工具； 是GIS应用系统解决各种实际问题的武器；是GIS应用系统向更高技术水平发展的基础。

功能

（1）数据采集与编辑（2）数据存储与管理
（3）数据处理与变换（4）空间分析与统计
（5）产品制作与显示（6）二次开发和编程

空间分析是地理信息系统区别于其它信息系统的重要标志。三个层次：空间检索、空间拓扑叠加分析、空间模拟分析。具体：1）拓扑叠合；2）缓冲区分析；3）网络分析；4）数字地形分析；5）空间集合分析；

应用功能：空间数据的可视化、统计与量算、规划与管理、预测与监测、辅助决策

应用领域

灾害控制和分析、水土保护、农业决策和精细农业、海洋渔业、环境保护、城市GIS、数字地球、军事国防等

3. 特点

1. 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；
2. 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生高层次的地理信息。
3. 具有公共的地理定位基础，所有的地理要素，要按经纬度或者特有的坐标系统进行严格的空间定位，才能使具有时序性、多维性、区域性特征的空间要素进行复合和分解，将隐含其中的信息变为显示表达，形成空间和时间上连续分布的综合信息基础，支持空间问题的处理与决策。
4. 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。
5. 地理信息系统从外部来看，它表现为计算机软硬件系统；而其内涵确是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。信息的流动及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真。

三个方面的特征：

1. 具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性；
2. 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务；
3. 计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。

地理信息系统的外观，表现为计算机软硬件系统；其内涵却是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型。当具有一定地学知识的用户使用地理信息系统时，他所面对的数据不再是毫无意义的，而是把客观世界抽象为模型化的空间数据，用户可以按应用的目的观测这个现实世界模型的各个方面的内容，取得自然过程的分析和预测的信息，用于管理和决策，这就是地理信息系统的意义。一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统，从视觉、计量和逻辑上对地理系统在功能方面进行模拟，信息的流动以及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的变换来仿真。地理学家可以在地理信息系统支持下提取地理系统各不同侧面、不同层次的空间和时间特征，也可以快速地模拟自然过程的演变或思维过程的结果，取得地理预测或“实验”的结果，选择优化方案，用于管理与决策。
(邬伦，《地理信息系统原理、方法和应用》)

4. 地理信息系统的发展透视

1. 国际

（1）60年代为地理信息系统开拓期，注重于空间数据的地学处理。
（2）70年代为地理信息系统的巩固发展期，注重于空间地理信息的管理。
（3）80年代为地理信息系统大发展时期，注重于空间决策支持分析。
（4）90年代为地理信息系统的用户时代。

1. 我国: 起步(1970-1980) 、准备(1980-1985)、发展(1985-1995)、产业化(1996以后)阶段。

（1）以1980年中国科学院遥感所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志。
（2）地理信息系统进入发展阶段的标志是第七个五年计划开始。
（3）自90年代起，地理信息系统步入快速发展阶段。

1. 发展目标

   到2020年形成万亿元的年产值，是2010年产业总产值1000亿的10倍。

2. GIS的发展态势
   （1）GIS已经成为一门综合性技术（2）GIS的产业化发展势头强劲（3）GIS网络化已经成为当今社会热点

   3D、时态（Temporal GIS）、地理信息建模系统、面向对象、云GIS、智慧城市、3S集成||标准化、社会化、网络化、组件化、集成化

5. GIS与其它学科技术的关系

1. GIS有别于DBMS（数据库管理系统）：GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。
2. GIS有别于MIS（管理信息系统）GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。

3. GIS有别于地图数据库

   地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。

4. GIS有别于CAD系统

   二者虽然都有参考系统，都能描述图形， GIS与CAD的最大的区别是它能够提供地理位置信息服务（具有地理坐标）和具有决策分析功能。 CAD 是设计我们世界的工具；GIS 是管理我们世界的工具；