地理信息系统相关资料

是地理科学、信息科学及计算机科学等的交叉学科，是一门新兴的学科，

在社会、经济建设中有着非常广泛的应用。北京大学于1990年开始在地

理类本科生课程中开设地理信息系统概论，并定为必修科目，1998年正地理信息系统

式设立地理信息系统本科专业，是我国最早开设这一专业的院校之一，为

社会培养了大批的高层次人才。

在地理信息系统本科专业的课程设置中，地理信息系统概论是一门骨干必修基础课，也是学生第一门地理信息系统专业课程。目前，地理信息系统概论已经是北京大学地球与空间科学学院的及环境科学学院的本科必修课程，同时也是众多相关院系的选修课程。这门课程的基础定位是：使学生掌握正确的专业基本概念和基础认识，掌握地理信息系统的基本框架结构，了解地理信息系统的应用及发展状况，从而为其后续专业及相关的学习和研究指引正确方向、打好坚实基础。

课程的指导思想T op

地理信息系统是一门综合性的应用学科，它对于学生的地理科学及信息科学、计算机科学基础要求比较高。同时，地理信息系统目前发展非常迅速，应用越来越广泛，因而尽管本课程是一门基础课程，其内容的更新速度确实非常迅速的。结合这些特点，基于课程目的和课程定位，本课程建设的基本指导思想是：

1、坚持理论与实践相结合。本课程作为本科生的入门课程，对相关的基础概念、基础知识及基本原理需要进行充分、翔实的讲解，使学生牢固的予以掌握。同时，为了改变学生在基础课程中容易“死记硬背”的问题，突出地理信息系统的应用特点，在课堂教学中引用大量应用实例；本课程还设置了专门的实习课，并安排了专门的实习课教师，布置了具体的实习作业，以使学生能够掌握常见的应用系统的使用和操作，并提高学生的实际动手解决问题的能力。

2、坚持基础理论体系与最新进展相结合。本课程讲授地理信息系统的完整的理论体系与框架，以便为学生的后续学习研究打好基础。同时，考虑到学科的快速发展，在基础理论的基础上，增加了地理信息科学与数字地球、地理信息系统与社会、地理信息系统标准、地理信息系统工程的章节，以使学生对学科的最前沿发展有所了解、有所掌握。

3、坚持个性化教育的原则。地理信息系统是一个交叉学科，需要的专业背景知识较多，包括地理科学、信息科学及计算机科学等，同时其应用方向又非常广泛。针对这个特点，我们在教材编制中涵括了常见的基础知识，如部分计算机及网络常识、地图学的基本原理等，并在课程中对基础知识有欠缺的同学进行有针对性的辅导。同时，在安排专题讲座及课程实习时，也不是千篇一律，而是针对学生的专业方向进行了相应的安排。

4、积极运用新型的教学手段。针对课程中的重点与难点，本课程积极采用文字、图片、视频、动画等新型教学手段，以提高课程的趣味性，提高学生的参与程度，帮助学生进行理解和记忆。由于地理信息系统本身就是软件系统，因而课堂教学讲授中还采用了现场操作、现场演示的教学方法，并大力鼓励学生走上讲台进行操作，大大提高了学生的参与程度。

主要教学内容T op

本课程教学的主要内容包括四个主要模块：

模块一：基本概念和理论

要点1：概述

地理信息系统的基本概念：信息、数据、地理数据、地理信息；地理信息系统及其重要类型；地理信息功能概述；地理信息系统的研究内容；地理信息系统发展简史

要点2：从现实世界到比特世界

对现实世界的地理认知：认知与认知模型；现实世界的抽象：现实世界－概念世界－地理空间世界－纬度世界－项目世界；比特世界

要点3：空间数据模型

空间数据模型基本概念；场模型；要素模型；基于要素的空间关系分析；网络结构模型；时空模型；三维模型

要点4：空间参照系与地图投影（本部分系针对非地理专业学生设置，不是正式授课内容）

地球椭球体；坐标系；地图投影基本问题；高斯-克吕格投影；地形图的分幅与编号

要点5：GIS中数据

数据涵义与类型；数据的测量尺度：命名量－次序量－间隔量－比率量；地理信息系统数据质量：数据质量来源与控制；空间数据元数据：元数据的基本概念－元数据的应用－元数据的获取－元数据的存储与功能实现。

模块二：地理信息系统的框架与功能

要点1：空间数据获取与处理

地图数字化：概述－地图数据类型－数字化仪数字化－扫描矢量化及常用算法；空间数据录入后处理：坐标变化－图形拼结－拓扑生成。

要点2：空间数据管理

空间数据库：空间数据库－GIS内部数据结构；栅格数据及其编码：栅格数据结构－决定栅格单元代码的方式－编码方法；矢量数据结构及其编码：矢量数据结构－编码方法；矢量与栅格结构的比较与转换算法；空间索引机制；空间信息查询：基于属性特征的查询－基于空间关系和属性特征的查询（SQL）－空间扩展SQL查询语言（GSQL）。

要点3：空间分析

空间查询与量算；空间变换；再分类；缓冲区分析；叠加分析；网络分析；空间插值；空间统计分类分析

要点4：数字地形模型(DTM)与地形分析

DEM与DTM；DEM的主要表示方法：规则网格模型－等高线模型－TIN模型－层次模型；DEM模型的相互转换：不规则点生成TIN-网格DEM转成TIN；等高线转为格网DEM－利用格网DEM提取等高线－TIN转为格网DEM；DEM建立：DEM数据采集方法－数字摄影测量－DEM数据质量控制；DEM的分析与应用：格网DEM应用－TIN分析应用。

要点5：空间建模与空间决策支持

空间分析过程及其模型；空间决策支持模型：空间分析决策的复杂性，基本理论与方法－空间决策系统－空间决策的模型管理；专家系统：专家系统的基本组成、知识处理与系统实例；数据仓库与空间数据挖掘：数据仓库－数据挖掘－空间数据挖掘；GIS空间分析与空间动态建模：GIS与空间动态模型的结合方式－元胞自动机简介－元胞自动机模拟林火蔓延模型－元胞自动机的局限性；空间相互作用与位置（分配模型）：空间优化模型的定义与分类－静态离散空间优化模型的数学表达（线性规划）。要点6：空间数据表现与地图制度

地理信息系统数据表现与地图学：数学法则－符号－制图综合；地图的符号；专题信息表现：分类与内容－表现方法－表现手段；专题地图设计：图幅基本轮廓设计－区域范围的确定－专题地图数学基础的设计－图面设计；制图综合：概念－影响因素－基本方法；地理信息的可视化：基本概念－地学可视化类型－虚拟地理环境。

模块三：地理信息系统应用

要点1：3S集成技术

遥感简介；GPS简介；GIS/RS的集成及具体技术；GIS/GPS的集成及具体技术；GIS/RS/GPS的集成。

要点2：网络地理信息系统

网络的基本概念；分布式地理信息系统：分布式系统和C/S模型－网络地理信息系统的组合方式－网络地理信息系统的概念设计；WebGIS：简介与实现技术。

要点3：地理信息系统应用实例

城市规划、建设管理；农业气候区划；大气污染监测管理；道路交通管理；地震灾害和损失估算；地貌研究；医疗卫生；军事应用。

要点4：地理信息系统应用项目组织与管理

地理信息系统应用项目简介：模式与分类－开发方式；应用项目策略规划；应用项目合同；应用项目软硬件规划；子项目划分与管理；项目预算；人员管理；开发与数据管理；项目控制与评估；软件研制与开发质量管理：ISO9000－CMM模型。

要点5：地理信息系统软件工程技术

软件工程简介；GIS领域的体系结构与构件；GIS需求分析；数据管理设计；界面设计；GIS设计模式；使用CASE工具。

模块四：地理信息系统的前沿问题与发展趋势

要点1：地理信息系统标准

地理信息系统标准简介；ISO/TC211；OpenGIS。

要点2：地理信息系统与社会

GIS的社会化；GIS的社会化的相关问题：产业－政策－法律－教育与评估认证；社会对GIS发展的影响。

要点3：地球信息科学和数字地球

地球信息科学的概念与研究内容；数字地球的产生背景与概念；数字地球核心技术综述；国家信息基础设施和国家空间数据基础设施。

课程特色T op

地理信息系统概论课程的的主要特色是：

1、坚持理论与实践相结合。本课程作为本科生的入门课程，对相关的基础概念、基础知识及基本原理需要进行充分、翔实的讲解，使学生牢固的予以掌握。同时，为了改变学生在基础课程中容易“死记硬背”的问题，突出地理信息系统的应用特点，在课堂教学中引用大量应用实例；本课程还设置了专门的实习课，并安排了专门的实习课教师，布置了具体的实习作业，以使学生能够掌握常见的应用系统的使用和操作，并提高学生的实际动手解决问题的能力。

2、坚持基础理论体系与最新进展相结合。本课程讲授地理信息系统的完整的理论体系与框架，以便为学生的后续学习研究打好基础。同时，考虑到学科的快速发展，在基础理论的基础上，增加了地理信息科学与数字地球、地理信息系统与社会、地理信息系统标准、地理信息系统工程的章节，以使学生对学科的最前沿发展有所了解、有所掌握。

3、坚持个性化教育的原则。地理信息系统是一个交叉学科，需要的专业背景知识较多，包括地理科学、信息科学及计算机科学等，同时其应用方向又非常广泛。针对这个特点，我们在教材编制中涵括了常见的基础知识，如部分计算机及网络常识、地图学的基本原理等，并在课程中对基础知识有欠缺的同学进行有针对性的辅导。同时，在安排专题讲座及课程实习时，也不是千篇一律，而是针对学生的专业方向进行了相应的安排。

4、注重提高学生的实践动手能力。考虑到地理信息系统学科的应用特色，本课程非常注重提高学生实际的动手能力。在授课现场增加了提问，实际操作等内容，并通过课程作业、实习、综合作业的方式要求学生实际动手解决问题。这最终又加强了学生对基础知识的掌握。

5、积极运用新型的教学手段。针对课程中的重点与难点，本课程积极采用文字、图片、视频、动画等新型教学手段，以提高课程的趣味性，提高学生的参与程度，帮助学生进行理解和记忆。由于地理信息系统本身就是软件系统，因而课堂教学讲授中还采用了现场操作、现场演示的教学方法，并大力鼓励学生走上讲台进行操作，大大提高了学生的参与程度。

教学方式T op

在地理信息系统概论的教学中，教学组非常注重学生的主动思考，主动学习，并大力强调学生的动手实践。

1、本课程的基本教学方式是课堂讲授。

在课堂讲授过程中，授课老师采用了多媒体等新型的教学手段提高教学内容的趣味性，帮助学生形象地理解教学内容，并采用提问、讨论等方式调动学生的积极性，吸引学生主动参与，启发学生认真思考。在讲授部分内容时，还由学生在老师指导下负责现场操作，并进行同步交流，提高了学生地参与程度。

2、有针对性的课下作业。

本课程的课下作业分为三个类型：1）基本概念、基本理论方面的课下作业，适用于所有学生。2）针对学生的专业背景设置的作业。由于学习本课程的学生来自多个专业，基于他们未来的学习方向，设置了部分有针对性的作业内容，启发他们在专业方向上的深入思考。3)综合作业。每人必须完成的一个大作业，学生依据自己的兴趣选取方向，阅读文献，最终提交读书报告和相应的上机实习成果。

本课程的这些作业在加强学生对基础知识掌握的同时，进一步启发学生进行深入思考，并需要在思考的同时进行相应的动手实践。使学生的知识和能力水平得到同步的提高。

3、实习教学是教学的重要一环。

本课程开设有每周一次的上机实习。实习内容包括：1）适用于所有学生的操作实习，主要是针对基本问题的操作实践。用以巩固教学内容。2）适用于所有学生的实习作业。由实习指导教师布置，在指定的时间和环境中完成，以提高学生的综合性的动手能力，加深对教学内容的理解。3）期末大作业。结合课程教学的综合作业，在综合阅读的基础上进行上机实习，要求有一定的思考深度和综合应用程度。

同时，在每个教学周期中，教学组会组织一至两次现场参观。参观的单位是本行业的核心应用单位，如国家基础地理中心等。在参观中还组织学生与参观单位人员进行交流。

通过实习教学，可以帮助学生提高直观认识，巩固所学的知识，并提高孳生的实际动手能力。

4、鼓励学生参与科研。本授课组承担了大量的科研项目，在教学过程中，鼓励学生组成学习小组以模拟的方式参与科研项目，即在其能力范围内，在教师的指导下与真正的项目组承担同样的任务，从而大大提高了学生学习的主动性。在完成后，将学生的研究成果与真正的项目成果进行对比分析，形成互相启发，教学互长的局面。实践证明，部分学生取得的成果相当出色，获得了公开发表和奖励。

5、提供网络交流平台辅助教学。教学组开设了网络平台，供学生之间或学生和老师之间进行在线或离线交流，以提高教学的互动性。

现有常见应用：

空间大地测量信息系统（SGIS）

GPS参考系动态变换信息系统(GPS-KTIS)

发展趋势：由于地理信息系统一般由硬件/软件、数据/数据库、用户构成。建立一个可应用的系统，3要素缺一不可，同样，发展也绕此展开。

一，硬件/软件

硬件：地理信息系统对计算机资源的要求不仅在空间数据的数据量方面，还在数据处理的复杂程度方面。

软件趋势：

1、不同种类型的界限逐渐模糊

2、Client/Server环境的流行

3、多媒体技术的发展和应用

4、计算机与通信技术的融合

地理信息系统软件的开发都基于明确的设计原则和对空间数据处理的理解。一般来说，软件开发对功能关注大于可用性。

二、空间数据

从周期、精度、拓扑关系和属性着手

三、用户

针对不同的用户建立不同的系统。

gis特有功能的发展趋势

1、数据采集与更新

2、数据集成

3、空间分析与人工智能

4、空间检索

参考资料：《地理信息系统的发展》——地理学报

GIS在环保中的作用应该主要是环境影响评价以及环境监测中的作用。因为GIS可以提供强大的图形处理和地理信息支持，在环境影响评价中，不仅仅可以显示现有的环境监测信息，同时也可以根据预测的数据结果建立扩散模型，在地图上显示出预测数据下的地图信息，为环保决策做出支持。

地理信息系统（Geographic Information System或Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念：

1、GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。

2、GIS的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量的描述、这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。

3、GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。

4、GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提

供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用，可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展。地理学是GIS的理论依托。

有的学者断言，“地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。如果说GIS的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙，那么，信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门，必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。GIS被誉为地学的第三代语言——用数字形式来描述空间实体。

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地理信息系统（GIS）的分类

GIS按研究的范围大小可分为全球性的、区域性的和局部性的；按研究内容的不同可分为综合性的与专题性的。同级的各种专业应用系统集中起来，可以构成相应地域同级的区域综合系统。在规划、建立应用系统时应统一规划这两种系统的发展，以减小重复很费，提高数据共享程度和实用性。

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延伸：配电地理信息系统

在配电自动化系统中地理信息系统（GIS）是一个重要内容:由于配电网节点多，设备分散，其运行管理工作常于地理位置有关，引入配电地理信息系统，可以更加直观的进行运行管理；其内容主要包括：设备管理（FM），是将变电站、馈线、变压器、开关、电杆等设备的技术数

据反映在地理背景图上；用户信息系统（CIS），指借助GIS对大量用户信息，如用户名称、地址、帐号、电话、用电量和负荷、供电优先级、停电记录等进行处理，便于迅速判断故障的影响范围，而用电量和负荷的统计信息还可作为网络分析的依据；停电管理系统（OMS），是指接到停电投诉后，GIS通过调用CIS和SCADA功能，迅速查明故障地点和影响范围，选择合理的操作顺序和路径，显示处理过程中的进展，并自动将有关信息转给用户投诉电话应答系统；另外GIS还可具有辅助配电网发展规划设计功能等。

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我国地理信息系统的发展情况

我国地理信息系统的起步稍晚，但发展势头相当迅猛，大致可分为以下三个阶段。

第一是起步阶段。20世纪70年代初期，我国开始推广电子计算机在测量、制图和遥感领域中的应用。随着国际遥感技术的发展，我国在1974年开始引进美国地球资源卫星图像，开展了遥感图像处理和解译工作。1976年召开了第一次遥感技术规划会议，形成了遥感技术试验和应用蓬勃发展的新局面，先后开展了京津唐地区红外遥感试验。新疆哈密地区航空遥感试验、天津渤海湾地区的环境遥感研究、天津地区的农业土地资源遥感清查工作。长期以来，国家测绘局系统开展了一系列航空摄影测量和地形测图，为建立地理信息系统数据库打下了坚实的基础。解析和数字测图、机助制图、数字高程模型的研究和使用也同步进行。1977年诞生了第一张由计算机输出的全要素地图。1978年，国家计委在黄山召开了全国第一届数据库学术讨论会。所有这些为GIS的研制和应用作了技术上的准备。

第二是试验阶段。进入80年代之后，我国执行“六五”、“七五”计划，国民经济全面发展，很快对“信息革命”作出热烈响应。在大力开展遥感应用的同时，GIS也全面进入试验阶段。在典型试验中主要研究数据规范和标准、空间数据库建设、数据处理和分析算法及应用软件的开发等。以农业为对象，研究有关质量评价和动态分析预报的模式与软件，并用于水库淹没损失、水资源估算、土地资源清查、环境质量评价与人口趋势分析等多项专题的试验研究。在专题试验和应用方面，在全国大地测量和数字地面模型建立的基础上，建成了全国1：100万地留数据库系统和全国土地信息系统、1：4见万全国资源和环境信息系统及1：25o 万水土保持信息系统，并开展了黄土高原信息系统以及洪水灾情预报与分析系统等专题研究试验。用于辅助城市规划的各种小型信息系统在城市建设和规划部门也获得了认可。

在学术交流和人才培养方面得到很大发展。在国内召开了多次关于GIS的国际学术讨论会。1985年，中国科学院建立了“资源与环境信息系统国家级重点开放实验室”，1988年和1990年武汉测绘科技大学先后建立了“信息工程专业”和“测绘遥感信息工程国家级重点开放实验室”。我国许多大学中开设了rs方面的课程和不同层次的讲习班，已培养出了一大批从事GIS研究与应用的博士和硕土。

第三是GIS全面发展阶段。80年代末到90年代以来，我国的GIS 随着社会主义市场经济的发展走上了全面发展阶段。国家测绘局正在全国范围内建立数字化测绘信息产业。1：100万地图数据库已公开发售，卫：25万地图数据库也已完成建库，并开始了全国1石万地图数据库生产与建库工作，各省测绘局正在抓紧建立省级1：1万基础地理信息系统。数字摄影测量和遥感应用从典型试验逐步走向运行系统，这样就可保证

向GIS源源不断地提供地形和专题信息。进入90年代以来，沿海、沿江经济开发区的发展，土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，有力地促进了城市地理信息系统的发展。用于城市规划、土地管理、交通、电力及各种基础设施管理的城市信息系统在我国许多城市相继建立。

在基础研究和软件开发方面，科技部在“九五”科技攻关计划中，将“遥感、地理信息系统和全球定位系统的综合应用”列入国家“九五”重中之重科技攻关项目，在该项目中投入相当大的研究经费支持武汉测绘科技大学、北京大学、中国地质大学、中国林业科学研究院和中国科学院地理研究所等单位开发我国自主版权的地理信息系统基础软件。经过几年的努力，中国GIS基础软件与国外的差距迅速缩小，涌现出若干能参与市场竞争的地理信息系统软件，如GeoStar，MapGIS，OityStar，ViewGIS等。在遥感方面，在该项目的支持下，已建立全国基于IK4遥感影像土地分类结果的土地动态监测信息系统。国家这一重大项目的实施，有力地促进了中国遥感和地理信息系统的发展

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国内外专家对地理信息系统的不同定义

（国外一些地理信息系统的定义摘自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 dis plays 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、陈述彭等（1999，《地理信息系统导论》）：

由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。

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高考报名GIS专业的一点注意事项

目前开设地理信息系统专业的院校很多，但是高考报名时注意，同样是地理信息系统专业，分为工科和理科，自然学位证书也分为理学学士和工学学士两种，工学的较为使用和专业，国家投入的力量比较大，教育质量可以得到保证；后者因为不具备开办工学类的地理信息系统，只能开设理学类的，而且多为师范院校和普通二本类院校。（补充：这一点不能一概而论，中国农业大学是一本院校，其地理信息系统即为理学类。）集美大学GIS是理还是工?

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GIS的发展背景

35,000年前，在Lascaux附近的洞穴墙壁上，法国的Cro Magnon 猎人画下了他们所捕猎动物的图案。与这些动物图画相关的是一些描述迁移路线和轨迹线条和符木。这些早期记录符合了现代地理信息系统的二元素结构：一个图形文件对应一个属性数据库。18世纪地形图绘制的现代勘测技术得以实现, 同时还出现了专题绘图的早期版本, 例如：科学方面或户口普查资料。20世纪初期世纪将图片分成层的“照片石印术”得以发展。直至60年代早期，在核武器研究的推动下，计算机硬件的发展导致通用计算机“绘图”的应用。

1967年世界第一个投入实际操作的GIS系统由联邦能量、矿产和资源部门在安大略省的渥太华开发出来。这个系统是由Roger Tomlinson开发的，被称为“Canadian GIS”（CGIS）。它被用来存储，分析以及处理所收集来的有关加拿大土地存货清单（CLI）数据。CLI通过在1:250，000的比例尺下绘制关于土壤, 农业, 休闲、野生生物、水鸟、林业, 和土地利用等各种信息为加拿大农村测定土地能力，并增设了了等级分类因素来进行分析。

CGIS是世界的第一个“系统”，并且在“绘图”应用上进行了改进，它具有覆盖，测量，资料数字化/扫描的功能，支持一个跨越大陆的国家坐标系统，将线编码为具有真实的嵌入拓扑结构的“弧”，并且将属性和位置的信息分别存储在单独的文件中。它的开发者，地理学家Roger Tomlinson，被称为“GIS之父”。

CGIS一直持续到20世纪70年代才完成，但这花费了太长的一段时间，因此在它最初发展期，不能与如Intergraph这样的销售各种商业地图应用软件的供应商竞争。微型计算机硬件的发展使得象ESRI和

CARIS那样的供应商成功地兼并了大多数的CGIS特征，并结合了对空间和属性信息的分离的第1 种世代方法与对组织的属性数据的第2种世代方法入数据库结构。20世纪80年代和90年代产业成长刺激了应用了GIS的UNIX工作站和个人计算机飞速增长。至20世纪末，在各种系统中迅速增长使得其在在相关的少量平台已经得到了巩固和规范。并且用户开始提出了在互联网上查看GIS数据的概念，这要求数据的格式和传输标准化。

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GIS中使用的技术

从不同来源得到相关信息

如果能将你所在州的降雨和你所在县上空的照片联系起来，可以判断出哪块湿地在一年的某些时候会干涸。一个GIS系统就能够进行这样的分析，它能够将不同来源的信息以不同的形式应用。对于源数据的基本要求是确定变量的位置。位置可能由经度，纬度和海拔的x，y，z坐标来标注，或是由其他地理编码系统比如ZIP码，又或是高速公路英里标志来表示。任何可以定位存放的变量都能被反馈到GIS。一些政府机构和非政府组织生产正在制作能够直接访问GIS的计算机数据库。可以将地图中不同类型的数据格式输入GIS。GIS 系统同时能将不是地图形式的数字信息转换可识别利用的形式。例如，通过分析由遥感生成的数字卫星图像，可以生成一个与地图类似的有关植被覆盖的数字信息层。同样, 人口调查或水文表格数据也可在GIS系统中被转换成作为主题信息层的地图形式。

资料展现

GIS 数据以数字数据的形式表现了现实世界客观对象(公路, 土地

利用, 海拔)。现实世界客观对象可被划分为二个抽象概念: 离散对象(如房屋) 和连续的对象领域(如降雨量或海拔) 。这二种抽象体在GIS

系统中存储数据主要的二种方法为: 栅格（网格）和矢量。栅格（网格）数据由存放唯一值存储单元的行和列组成。它与栅格（网格）图像是类似的，除了使用合适的颜色之外，各个单元记录的数值也可能是一个分类组，例如土地使用状况，一个连续的值，或是降雨量，或是当数据不是可用时记录的一个空值。栅格数据集的分辨率取决于地面单位的网格宽度。通常存储单元代表地面的方形区域，但也可以用来代表其它形状。栅格数据既可以用来代表一块区域，也可以用来表示一个实物，实物被存储为... 矢量数据利用了几何图形例如点，线（一系列点坐标），或是面（形状决定于线）来表现客观对象。例如，在住房细分中以多边形来代表物产边界，以点来精确表示位置。矢量同样可以用来表示具有连续变化性的领域。利用等高线和不规则三角网（TIN）来表示海拔或其他连续变化的值。TIN的记录对于这些连接成一个由三角形构成的不规则网格的点进行评估。三角形所在的面代表地形表面。利用栅格或矢量数据模型来表达现实既有优点也有缺点。栅格数据设置在面内所有的点上都记录同一个值，而矢量格式只在需要的地方存储数据，这就使得前者所需的存储的空间大于后者。对于栅格数据可以很轻易地实现覆盖的操作，而对于矢量数据来说要困难得多。矢量数据可以象在传统地图上的矢量图形一样被显示出来，而栅格数据在以图象显示时显示对象的边界将呈现模糊状。除了以几何向量坐标或是栅格单元位置来表达的空间数据外，另外的非空间数据也可以被存储。在矢量数据中，这些附加数据为客观对象的属性。例如，一个森林资源的多边形可能包含一个标识符值

及有关树木种类的信息。在栅格数据中单元值可存储属性信息，但同样可以作为与其他表格中记录相关的标识符。

资料撷取

数据撷取——向系统内输入数据——它占据了GIS从业者的大部分时间。有多种方法向GIS中输入数据，在其中它以数字格式存储。印在纸或聚酯薄膜地图上的现有数据可以被数字化或扫描来产生数字数据。数字化仪从地图中产生向量数据作为操作符轨迹点、线和多边形的边界。扫描地图可以产生能被进一步处理生成向量数据的光栅数据。测量数据可以从测量器械上的数字数据收集系统中被直接输入到GIS中。从全球定位系统（GPS）——另一种测量工具中得到的位置，也可以被直接输入到GIS中。遥感数据同样在数据收集中发挥着重要作用，并由附在平台上的多个传感器组成。传感器包括摄像机、数字扫描仪和激光雷达，而平台则通常由航空器和卫星构成。现在大部分数字数据来源于图片判读和航空照片。软拷贝工作站用来数字化直接从数字图像的立体象对中得到的特征。这些系统允许数据以二维或三维捕捉，它们的海拔直接从用照相测量法原理的立体象对中测量得到。现今，模拟航空照片先被扫描然后再输入到软拷贝系统，但随着高质量的数字摄像机越来越便宜，这一步也就可被省略了。卫星遥感提供了空间数据的另一个重要来源。这里卫星使用不同的传感器包来被动地测量从主动传感器如雷达发射出去的电磁波频谱或无线电波的部分的反射系数。遥感收集可以进一步处理来标识感兴趣的对象和类例如土地覆盖的光栅数据。除了收集和输入空间数据之外，属性数据也要输入到GIS中。对于向量数据，这包括关于表现在系统中的对象的附加信息。输入数据到GIS中后，通常还要编辑，来消除错误，或进一步处理。对于向量数据必须要“拓扑

正确”才能进行一些高级分析。比如说，在公路网中，线必须与交叉点处的结点相连。像反冲或过冲的错误也必须消除。对于扫描的地图，源地图上的污点可能需要从生成的光栅中消除。例如，污物的斑点可能会把两条本不该相连的线连在一起。

资料操作

GIS可以执行数据重构来把数据转换成不同的格式。例如，GIS可以通过在具有相同分类的所有单元周围生成线，同时决定单元的空间关系，如邻接和包含，来将卫星图像转换成向量结构。

由于数字数据以不同的方法收集和存储，两种数据源可能会不完全兼容。因此GIS必须能够将地理数据从一种结构转换到另一种结构。

投影系统，坐标系统与转换

财产所有权地图与土壤分布图可能以不同的比例尺显示数据。GIS 中的地图数据必须能被操作以使其与从其它地图获得的数据对齐或相配合。在数字数据被分析前，它们可能得经过其它一些将它们整合进GIS 的处理，比如，投影与坐标变换。地球可以用多种模型来表示，对于地球表面上的任一给定点，各个模型都可能给出一套不同的坐标（如纬度，经度，海拔）。最简单的模型是假定地球是一个理想的球体。随着地球的更多测量逐渐累积，地球的模型也变得越来越复杂，越来越精确。事实上，有些模型应用于地球的不同区域以提供更高的精确度（如北美坐标系统，1983-NAD83-只适合在美国使用，而在欧洲却不适用）。

投影是制作地图的基础部分，它是从地球的一种模型中转换信息的数学方法，它将三维的弯曲表面转换成二维的媒介（比如纸或电脑屏幕）。不同类型的地图要采用不同的投影投影系统，因为每种投影系统有其自

身的合适的用途。比如一种可以精确反映大陆形状的投影会歪曲大陆的相对尺寸（翻译的是英文的维基百科）

GIS空间分析

空间分析能力是GIS的主要功能，也是GIS与计算机制图软件相区别的主要特征。空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，以及对空间事物做出定量的描述。一般地讲，它只回答What （是什么？）、Where（在哪里？）、How（怎么样？）等问题，但并不（能）回答Why（为什么？）。空间分析需要复杂的数学工具，其中最主要的是空间统计学、图论、拓扑学、计算几何等[1]，其主要任务是对空间构成进行描述和分析，以达到获取、描述和认知空间数据；理解和解释地理图案的背景过程；空间过程的模拟和预测；调控地理空间上发生的事件等目的[2]。

空间分析技术与许多学科有联系，地理学、经济学、区域科学、大气、地球物理、水文等专门学科为其提供知识和机理。

除了GIS软件捆绑空间分析模块外，目前也有一些专用的空间分析软件，如GISLIB、SIM、PPA、Fragstats等。

数据建模

将湿地地图与在机场、电视台和学校等不同地方记录的降雨量关联起来是很困难的。然而，GIS能够描述地表、地下和大气的二维三维特征。

例如，GIS能够将反应降雨量的雨量线迅速制图。

这样的图称为雨量线图。通过有限数量的点的量测可以估计出整个地表的特征，这样的方法已经很成熟。一张二维雨量线图可以和GIS 中相同区域的其它图层进行叠加分析。

拓扑建模

在过去的35年，在湿地边上有没有任何加油站或工厂经营过？有没有任何满足在2英里内且高出湿地的条件的这类设施？GIS可以识别并分析这种在数字化空间数据中的这种空间关系。这些拓扑关系允许进行复杂的空间建模和分析。地理实体音的拓扑关系包括连接（什么和什么相连）、包含（什么在什么之中）、还有邻近（两者之间的远近）。

网络建模

如果所有在湿地附近的工厂同时向河中排放化学物质，那么排入湿地的污染物的数量要多久就能达到破坏环境的数量？GIS能模拟出污染物沿线性网络(河流)的扩散的路径。诸如坡度、速度限值、管道直径之类的数值可以纳入这个模型使得模拟得更精确。网络建模通常用于交通规划、水文建模和地下管网建模。