GIS基础知识及发展概况_gis基础知识简介

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GIS基础知识及发展概况

GIS定义

地理信息系统(G1S)是近十年来发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息向地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、CAD技术、遥感、GPS技术、Intemet、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。这样，可根据用户需要将这些信息图文并茂地输送给用户，便于分析及决策使用。GIS应用遍及金融、电信、交通、国土资源、电力、水利、农林、环境保护、地矿等国民经济各领域。权威的统计资料和研究报告都表明，国民经济信息数字化的80％以上都构筑在地理信息系统之上，GIS产业已达到几十亿美元的规模。

学科基础

地理信息系统作为传统学科（地理学、地图学和测量学等）与现代科学技术（遥感技术、全球定位系统、计算机科学等）相结合的产物，正逐渐发展成为处理空间数据的多学科综合应用技术：从计算机技术角度看，其主要是空间数据库技术；从数据收集角度看，其主要是3S

（GIS/GPS/RS）技术的有机结合；从应用角度看，其主体是数据互访和空间分析决策的专门技术；从信息共享的角度看，其主体是计算机网络技术。

系统组成及解决问题

一个GIS系统，主要包括空间数据输入子系统、空间数据存储与管理子系统、数据处理与分析子系统、输出子系统。

一个GIS系统的功能构成：①数据输入、存储、编辑；②操作运算；③数据查询、检索；④应用分析；⑤数据显示、结果输出；⑥数据更新。

GIS能回答和解决以下五类问题：

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 位置，即在某个地方有什么。位置可以是地名、邮政编码或地理坐标等。条件，即符合某些条件的实体在哪里。如：在某个地区寻找面积不小于1000M2的不被植被覆盖的，且地质条件适合建大型建筑的区域。趋势，即在某个地方发生的某个事件及其随时间的变化过程。模式，即在某个地方的空间实体的分布模式。模式分析揭示了地理实体之间的空间关系。模拟，即某个地方如果具备某种条件会发生什么。通过基于模型的分析实现。

GIS发展历史 “地理信息系统”概念的提出，要追溯到50年代。由于电子计算机科学的兴起和它在测量学与地图制图学中的应用，使人们开始有可能用电子计算机来收集、存储和处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据，并希望通过计算机对数据的分析来直接为管理和决策服务。

1956年，奥地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库，随后各国的土地测绘和

管理部门都逐步发展土地信息系统（LIS）用于地籍管理。

60年代为GIS开拓期。1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出地理信息系统这一术语，并建立了世界上第一个GIS--加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理与规划。

本年代内，IBM公司和COLORADO公共服务公司开始致力于用计算机工具管理公用事业的设施，也就是电力线、煤气管道、阀门、仪表、土地等。紧接着的一个十年，其他人继续挑战“计算机化的设施管理”（FM），包括计算机制图系统，并且诞生了自动制图（AM）。FM、AM、计算机辅助设计（CAD）及数据库管理（Database Management）等学科的发展为GIS技术的发展创造了条件。许多大学研制了GIS软件包，如哈佛计算机图形与空间分析实验室开发了SYMAP系列软件。

早期的GIS发展的另一个显著特点是许多与GIS有关的组织与机构纷纷成立，对GIS知识传播与技术发展起到重要的指导作用。

进入70年代，受计算机软硬件技术飞速发展的促进，GIS技术朝实用化方向发展。一些发达国家先后建立了许多专业性的土地管理信息系统和地理信息系统。与此同时，GIS软件市场活跃。GIS技术受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视，成为一个引人注目的领域。

80年代是GIS普及和推广应用的阶段。随着图形工作站和PC机性能价格比的大为提高，计算机和空间信息系统在许多部门被广泛应用。GIS软硬件的发展使GIS应用从空间数据管理向空间决策支持分析迈进。GIS软件研制和开发也取得了很大成绩，涌现出一些有代表性的GIS软件。

进入90年代，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS深入到了各行各业乃至千家万户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。

90年代，GIS软件在以下几个方面取得了很大的进展：

1.开放GIS的研究：主要是制定GIS互操作与数据共享标准。

2.关系数据库和GIS的结合：利用RDBMS存储GIS数据。

3.GIS构件的开发：GIS系统正迅速走向构件化。

4.互联网，尤其是万维网已经成为GIS的新的操作平台。

GIS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。

与CAD的区别

GIS与CAD的区别： CAD和GIS之间有大量的技术重叠，两者都用计算机图形，相似的输入、输出设备，和生成漂亮的彩色图像。但是，两者的相似性到此为至。同GIS相比，CAD较简单，这就是随着计算机图形学的发展，它发展更快的原因。

下面是一个对比：（Newell and Theriault,1990）

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 CAD的几何形式主要由制图员构成，而GIS的几何形状是由扫描数字化或测量方法得到的。CAD几何形状包含水平和垂直线段，通常线段之间的夹角是规则的。GIS实际上不包含

水平或垂直线段，除了直角，其它的规则夹角很少。另一方面，形状破碎的线段，如等高线和海岸线，则很平常。

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 在CAD中，圆弧和曲线是基本的，在GIS中，它们实际上不存在。在CAD中，一个典型的多边形有四个顶点；在GIS中，一个多边形可能有上千个顶点。在CAD中，诸如映射、旋转、比例、拷贝之类的操作频繁地被用到，在GIS中不常用。在CAD中，目标间的拓扑关系实际上不存在；在GIS中，拓扑是主要的考虑之一。在CAD中，栅格很少用；但在GIS中，这是获取地图库或卫星数据的一个有效、经济的方法。

国内GIS的发展现状

我国GIS的发展虽然较晚，经历了四个阶段，即起步(1970-1980)、准备(1980-1985)、发展(1985-1995)、产业化(1996以后)阶段。GIS已在许多部门和领域得到应用，并引起了政府部门的高度重视。从应用方面看，地理信息系统已在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与结产、交通、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、110报警系统公共汽车调度等方面得到了具体应用。国内外已有城市测绘地理信息系统或测绘数据库正在运行或建设中。一批地理信息系统软件已研制开发成功（如GeoSTAR,CityStar,MapGIS等),一批高等院校已设立了一些与GIS有关的专业或学科，一批专门从事GIS产业活动的高新技术产业相继成立。些外，还成立了“中国GIS协会”和“中国GPS技术应用协会”等。

我国地理信息系统方面的工作自80年代初开始。以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志，在几年的起步发展阶段中，我国地理信息系统在理论探索、硬件配制、软件研制、我国GIS的发展虽然较晚，经历了四个阶段，即起步(1970-1980)、准备(1980-1985)、发展(1985-1995)、产业化(1996以后)阶段。GIS已在许多部门和领域得到应用，并引起了政府部门的高度重视。从应用方面看，地理信息系统已在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与结产、交通、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、110报警系统公共汽车调度等方面得到了具体应用。国内外已有城市测绘地理信息系统或测绘数据库正在运行或建设中。一批地理信息系统软件已研制开发成功（如GeoSTAR,CityStar,MapGIS等),一批高等院校已设立了一些与GIS有关的专业或学科，一批专门从事GIS产业活动的高新技术产业相继成立。些外，还成立了“中国GIS协会”和“中国GPS技术应用协会”等。我国地理信息系统方面的工作自80年代初开始。以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志，在几年的起步发展阶段中，我国地理信息系统在理论探索、硬件配制、软件研制、规范制订、区域试验研究、局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进步，积累了经验，为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。

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。地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发工作。如全国性地理信息系统（或数据

库）实体建设、区域地理信息系统研究和建设、城市地理信息系统、地理信息系统基础软件或专题应用软件的研制和地理信息系统教育培训。通过近五年的努力，在地理信息系统技术上的应用开创了新的局面，并在全国性应用、区域管理、规划和决策中取得了实际的效益。

自90年代起，地理信息系统步入快速发展阶段。执行地理信息系统和遥感联合科技攻关计划，强调地理信息系统的实用化、集成化和工程化，力图使地理信息系统从初步发展时期的研究实验、局部实用走向实用化和生产化，为国民经济重大问题提供分析和决策依据。努力实现基础环境数据库的建设，推进国产软件系统的实用化、遥感和地理信息系统技术一体化。在地理信息系统的区域工作重心上，出现了“东移”和“进城”的趋向，促进了地理信息系统在经济相对发达、技术力量比较雄厚、用户需求更为急迫的地区和城市首先实用化。这期间开展的主要研究及今后尚需进一步发展的领域有：重大自然灾害监测与评估系统的建设和应用；重点产粮区主要农作物估产；城市地理信息系统的建设与应用；建立数字化测绘技术体系；国家基础地理信息系统建设与应用；专业信息系统与数据库的建设和应用；基础通用软件的研制与建立；地理信息系统规范化与标准化；基于地理信息系统的数据产品研制与生产。同时经营地理信息系统业务的公司逐渐增多。

总之，中国地理信息系统事业经过十年的发展，取得了重大的进展。地理信息系统的研究和应用正逐步形成行业，具备了走向产业化的条件。

国外GIS的发展现状

GIS是六十年代中期开始发展起来的新技术。它最初为解决地理问题而起，至今已成为一门涉及测绘学科，环境科学、计算机技术等多学科的交叉学科。1963年加拿大测量学家R.F Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界上第一个GIS(加拿大地理信息系统CGIS)，并用于自然资源的管理和规划。不久，美国哈佛大学提出了较完整的系统软件SYMAP。这可算是GIS的起步。进入70年代以后，由于计算机软硬件水平的提高,促使GIS朝着实用方向迅速发展，一些经济发达国家先后建立了许多专业性的GIS，在自然资源管理和规划方面发挥了重大的作用。如,从1970年到1976年，美国国家地质调查局就建成50多个信息系统。其他国家如加拿大、德国、瑞典和日本等国了相继发展了自己的GIS。80年代后兴起的计算机网络技术使地理信息的传输时效得到了极大的提高，它的应用从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用，成为辅助决策的工具，并促进了地理信息产业的形成。到1995年，市场上有报价的软件已达上千种，并且涌现出了一些有代表性的GIS软件。

地理信息系统的存在与发展已历经30余年。用户的需要、技术的进步、应用方法论的提高，以及有关组织机构的建立等因素，深深地影响着地理信息系统的发展。

GIS最新发展趋势 从系统角度看，在未来的几十年内，GIS将向着数据标准化（Interoperable GIS）、数据多维化（3D&4D GIS）、系统集成化（Component GIS）、系统智能化（Cyber GIS）、平台网络化（Web GIS）和应用社会化（数字地球DE）的方向发展。

Interoperable GIS 互操作地理信息系统（Interoperable GIS）是GIS系统集成平台，它实现在异构环境下多个地理信息的系统或其应用系统之间的互相通信和协作，以完成某一特定任务。

3D&4D GIS 三维（四维）地理信息系统（3D&4D GIS）目前研究重点集中在三维数据结构的设计，优化与实现，以及体视化技术的运用，三维系统的功能和模块设计等方面。

Com GIS 面向对象和构件技术的地理信息系统（Com GIS）是把GIS的功能模块划分为多个控件，每个控件完成不同的功能，通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终GIS应用。

Web GIS 基于WWW的地理信息系统（Web GIS）是利用Internet技术在Web上发布空间信息供用户浏览和使用。Web GIS系统可分为四部分：Web GIS信息代理，用以显示空间数据信息并支持Client端的在线处理；Web GIS信息代理，用以均衡网络负载，实现空间信息网络化；Web GIS服务器，用于满足浏览器的数据请求，完成后台空间数据库管理；Web GIS编辑器，提供导入空间数据库数据功能，形成完整的GIS对象，GIS模型和GIS数据结构的编辑和表现环境。Web GIS 是GIS走向社会化和大众化的有效途径，也是GIS发展的必由之路。

Cyber GIS

Digital Earth 它是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识，其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源。数字地球是GIS的延伸，建立数字地球的核心技术包括GIS与数字库、遥感、遥测、信息技术等。遥感、遥测技术用来完成数据采集、处理和识别，GIS和数据库技术用于完成数据存贮、检索、集成、融合、综合和分析，从而完成数字地球的核心功能，光缆、卫星通信技术以及计算机网络等技术则完成海量空章数据的传输任务。