地理信息系統 GIS

地理信息系統（Geographic Information System或  Geo－Information system，GIS）有時又稱爲“地學信息系統”或“資源與環境信息系統”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分佈數據進行採集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。地理信息系統處理、管理的對象是多種地理空間實體數據及其關係，包括空間定位數據、圖形數據、遙感圖像數據、屬性數據等，用於分析和處理在一定地理區域內分佈的各種現象和過程，解決複雜的規劃、決策和管理問題。

通過上述的分析和定義可提出GIS的如下基本概念：

1、GIS的物理外殼是計算機化的技術系統，它又由若干個相互關聯的子系統構成，如數據採集子系統、數據管理子系統、數據處理和分析子系統、圖像處理子系統、數據產品輸出子系統等，這些子系統的優劣、結構直接影響着GIS的硬件平臺、功能、效率、數據處理的方式和產品輸出的類型。

2、 GIS的操作對象是空間數據，即點、線、面、體這類有三維要素的地理實體。空間數據的最根本特點是每一個數據都按統一的地理座標進行編碼，實現對其定位、定性和定量的描述、這是GIS區別於其它類型信息系統的根本標誌，也是其技術難點之所在。

3、GIS的技術優勢在於它的數據綜合、模擬與分析評價能力，可以得到常規方法或普通信息系統難以得到的重要信息，實現地理空間過程演化的模擬和預測。

4、 GIS與測繪學和地理學有着密切的關係。大地測量、工程測量、礦山測量、地籍測量、航空攝影測量和遙感技術爲GIS中的空間實體提供各種不同比例尺和精度的定位數；電子速測儀、GPS全球定位技術、解析或數字攝影測量工作站、遙感圖像處理系統等現代測繪技術的使用，可直接、快速和自動地獲取空間目標的數字信息產品，爲GIS提供豐富和更爲實時的信息源，並促使GIS向更高層次發展。地理學是GIS的理論依託。有的學者斷言，“地理信息系統和信息地理學是地理科學第二次革命的主要工具和手段。如果說GIS的興起和發展是地理科學信息革命的一把鑰匙，那麼，信息地理學的興起和發展將是打開地理科學信息革命的一扇大門，必將爲地理科學的發展和提高開闢一個嶄新的天地”。GIS被譽爲地學的第三代語言——用數字形式來描述空間實體。

GIS按研究的範圍大小可分爲全球性的、區域性的和局部性的；按研究內容的不同可分爲綜合性的與專題性的。同級的各種專業應用系統集中起來，可以構成相應地域同級的區域綜合系統。在規劃、建立應用系統時應統一規劃這兩種系統的發展，以減小重複很費，提高數據共享程度和實用性。
在配電自動化系統中地理信息系統（GIS）是一個重要內容:由於配電網節點多，設備分散，其運行管理工作常於地理位置有關，引入配電地理信息系統（GIS）系統，可以更加直觀的進行運行管理；其內容主要包括：設備管理（FM），是將變電站、饋線、變壓器、開關、電杆等設備的技術數據反映在地理背景圖上；用戶信息系統（CIS），指藉助GIS對大量用戶信息，如用戶名稱、地址、帳號、電話、用電量和負荷、供電優先級、停電記錄等進行處理，便於迅速判斷故障的影響範圍，而用電量和負荷的統計信息還可作爲網絡分析的依據；停電管理系統（OMS），是指接到停電投訴後，GIS通過調用CIS和SCADA功能，迅速查明故障地點和影響範圍，選擇合理的操作順序和路徑，顯示處理過程中的進展，並自動將有關信息轉給用戶投訴電話應答系統；另外GIS還可具有輔助配電網發展規劃設計功能等。

我國地理信息系統的起步稍晚，但發展勢頭相當迅猛，大致可分爲以下三個階段。
    第一是起步階段。20世紀70年代初期，我國開始推廣電子計算機在測量、製圖和遙感領域中的應用。隨着國際遙感技術的發展，我國在1974年開始引進美國地球資源衛星圖像，開展了遙感圖像處理和解譯工作。1976年召開了第一次遙感技術規劃會議，形成了遙感技術試驗和應用蓬勃發展的新局面，先後開展了京津唐地區紅外遙感試驗。新疆哈密地區航空遙感試驗、天津渤海灣地區的環境遙感研究、天津地區的農業土地資源遙感清查工作。長期以來，國家測繪局系統開展了一系列航空攝影測量和地形測圖，爲建立地理信息系統數據庫打下了堅實的基礎。解析和數字測圖、機助製圖、數字高程模型的研究和使用也同步進行。1977年誕生了第一張由計算機輸出的全要素地圖。1978年，國家計委在黃山召開了全國第一屆數據庫學術討論會。所有這些爲GIS的研製和應用作了技術上的準備。
    第二是試驗階段。進入80年代之後，我國執行“六五”、“七五”計劃，國民經濟全面發展，很快對“信息革命”作出熱烈響應。在大力開展遙感應用的同時，GIS也全面進入試驗階段。在典型試驗中主要研究數據規範和標準、空間數據庫建設、數據處理和分析算法及應用軟件的開發等。以農業爲對象，研究有關質量評價和動態分析預報的模式與軟件，並用於水庫淹沒損失、水資源估算、土地資源清查、環境質量評價與人口趨勢分析等多項專題的試驗研究。在專題試驗和應用方面，在全國大地測量和數字地面模型建立的基礎上，建成了全國1：100萬地留數據庫系統和全國土地信息系統、1：4見萬全國資源和環境信息系統及1：25o萬水土保持信息系統，並開展了黃土高原信息系統以及洪水災情預報與分析系統等專題研究試驗。用於輔助城市規劃的各種小型信息系統在城市建設和規劃部門也獲得了認可。
    在學術交流和人才培養方面得到很大發展。在國內召開了多次關於GIS的國際學術討論會。1985年，中國科學院建立了“資源與環境信息系統國家級重點開放實驗室”，1988年和1990年武漢測繪科技大學先後建立了“信息工程專業”和“測繪遙感信息工程國家級重點開放實驗室”。我國許多大學中開設了rs方面的課程和不同層次的講習班，已培養出了一大批從事GIS研究與應用的博士和碩土。
    第三是GIS全面發展階段。80年代末到90年代以來，我國的GIS隨着社會主義市場經濟的發展走上了全面發展階段。國家測繪局正在全國範圍內建立數字化測繪信息產業。1：100萬地圖數據庫已公開發售，衛：25萬地圖數據庫也已完成建庫，並開始了全國1石萬地圖數據庫生產與建庫工作，各省測繪局正在抓緊建立省級1：1萬基礎地理信息系統。數字攝影測量和遙感應用從典型試驗逐步走向運行系統，這樣就可保證向GIS源源不斷地提供地形和專題信息。進入90年代以來，沿海、沿江經濟開發區的發展，土地的有償使用和外資的引進，急需GIS爲之服務，有力地促進了城市地理信息系統的發展。用於城市規劃、土地管理、交通、電力及各種基礎設施管理的城市信息系統在我國許多城市相繼建立。
    在基礎研究和軟件開發方面，科技部在“九五”科技攻關計劃中，將“遙感、地理信息系統和全球定位系統的綜合應用”列入國家“九五”重中之重科技攻關項目，在該項目中投入相當大的研究經費支持武漢測繪科技大學、北京大學、中國地質大學、中國林業科學研究院和中國科學院地理研究所等單位開發我國自主版權的地理信息系統基礎軟件。經過幾年的努力，中國GIS基礎軟件與國外的差距迅速縮小，涌現出若干能參與市場競爭的地理信息系統軟件，如GeoStar， MapGIS， OityStar， ViewGIS等。在遙感方面，在該項目的支持下，已建立全國基於IK4遙感影像土地分類結果的土地動態監測信息系統。國家這一重大項目的實施，有力地促進了中國遙感和地理信息系統的發展

以下是國內外專家對地理信息系統給出的不同定義

（ 國外一些地理信息系統的定義摘自David J.Maguire,1991）。

1、DoE(1987:132)

a system for capturing storing checking, manipulating analysing and displaying data which are spatially referenced the Earth.

2、Aronoff(1989:39)

any manual or computer based set of procedures used to store and manipulate geographically referenced data.

3、Carter(1989:3)

an institutional entiry, reflecting an organizational structure that integrates technology with a database, expertise and continuing, financial support over time.

4、Parker(1988:1547)

an information technology which stores, analyses, and displays both spatioal and non-spatial data.

5、Dueker(1979:106)

a special case of information systems where the database consists of observations on spatioally distributed features, activities, or events, which are definable in space as points, lines, or areas. A GIS manipulates data about these points, lines, and areas to retrieve data for ad hoc queries and analysis.

6、Smith et al.(1987:13)

a database system in which most of the data are spatially indexed, and upon which a set of procedures operated in order to answer queries about spatiol entities in the database.

7、Ozemoy, Smith and Sicherman(1981:92)

an automated set of functions that provides professionals with advanced capabilities for the storge, retrieval, manipulation, and display of geographically located data.

8、Burrough(1986:6)

a powerful set of tools for collecting, storing, retrieving at will, transforming and displaying spatial data from the real world.

9、Cowen(1988:1544)

a decision support system involving the integration of spatially referenced datain a problem-soling environment.

10、Koshkariov, Tikunov and Trofimov(1989:256)

a system with advanced geo-modelling capabilites.

11、Devine and Field(1986:18)

a form of MIS[Management Informaion System]that allows map display of the general information.

12、陳述彭等（1999，《地理信息系統導論》）：

由計算機系統、地理數據和用戶組成的，通過對地理數據的集成、存儲、檢索、操作和分析，生成並輸出各種地理信息，從而爲土地利用、資源管理、環境監測、交通運輸、經濟建設、城市規劃以及政府部門行政管理提供新的知識，爲工程設計和規劃、管理決策服務。