环境地理信息系统的发展及应用ppt课件
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环境地理信息系统的发展
• GIS的产生。 20世纪50年代，随着电子计算机科
学的兴起和它在航空摄影测量学与地图 制图学中的应用，以及政府部门对土地 利用规划与资源管理的要求。人们开始 有可能用电子计算机来收集、存贮、处 理各种与空间和地理分布有关的图形和 有属性的数据，并通过计算机对数据的 分析来直接为管理和决策服务，这促成 了现代意义上的地理信息系统的问世。
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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。地理信息系统 的真正发展应是70
年代的事情。这种发展应归结于以下几方面的原因：
一是资源开发、利用乃至环境保护问题成为政府首要
解决之疑难，而这些都需要一种能有效地分析处理空
间信息的技术、方法与系统。二是计算机技术迅速发
展，数据处理加快，内存容量增大，超小型、多用户
系统的出现，尤其是计算机硬件价格下降，使得政府
部门、学校 以及科研机构、私营公司也能够配置计算
机系统；在软件方面，第一套利用关系数据库 管理系
统的软件问世，新型的地理信息系统软件不断出现，
据IGU调查，70年代就有 80 多个地理信息系统软件。
第三，专业化人才不断增加，许多大学开始提供地理
信息系统 培训，一些商业性的咨询服务公司开始从事
利用、地形地质等信息，为国家和地区
土地规划服务；
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GIS的发展方向
• GIS正朝着一个可运行、分布式、开放的、 网络化的方向发展。
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（1）基于因特网的WebGIS是下阶段GIS发展的主流 。从GIS发展的历程来看，GIS每一次大的发展都与计 算机发展水平有关，今后仍将是这样。如今，随着计 算机网络的兴起和迅速发展、信息高速公路的建设等， 为GIS的发展铺设了畅通无阻的金光大道。由于地理信 息和大量的空间数据都是以文字、数字、图形和影像 方式表示的，将它们数字化．送人电子计算机．便可 方便、快速和及时地将地理信息传送到需要的地方去 ，以发挥地理信息在国民经济建设、国防建设和文化 教育等行业中的应用价值。而GIS工作者则需研制一个 万维网上的GIS和GIS浏览器(即视窗GIS)，使亿万网民 随时根据需要来查询GIS。
大田农作物因地施肥、科学耕种和海上捕鱼等。在
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• GIS在国际上的发展。 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。例如，处理人口统计 局数据 （如美国人口调查局建立的DIME）、资源普查 数据（如加拿大统计局的GRDSR）等 。许多大 学研制了一些基于栅格系统的软件包，如哈佛 的SYMAP、马里兰大学的MANS等。 综合来看， 初期地理信息系统发展的动力来自于诸多方面， 如学术探讨、新技术的应用 、大量空间数据处 理的生产需求等。对于这个时期地理信息系统 的发展来说，专家兴趣 以及政府的推动起着积 极的引导作用，并且大多地理信息系统工作限 于政府及大学的范畴，国际交往甚少。
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计算水网分布密度（空间分布特征的指标分析）#
美国哥伦比亚地区各区域犯罪率情况（空间自相关分析） #
全局空间自相关分析结果，Z值达到了5.63，显 著性非常强。这说明哥伦比亚地区相邻区域的犯 罪率有着很高的空间正相关性，即有着较高的犯 罪率集聚性区域的可能性。
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（五）基于事件机理的分析
根据各 种自然现象 的形成和发 展机理，来 构建反映现 象特征和变 化的模型， 如水动力模 型、大气污 染的扩散模 型、交通模 型等。
息系统已成为公众关注的问题，例如地理信
息系统已列入美国政府制定的“信息高速公
路”计划；同美国副总统戈尔提出的“数字
地球”战略、我国的“21世纪议程”和“三
金工程”也包括地理信息系统。毫无疑问，
地理信息系统将发展成为现代社会最基本的
服务系统。
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• GIS在国内的发展
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
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信息系统
非空间
管理信息系统 （MIS）
空间
非地理 (CAD)
GIS
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地理信息系统的特点
• GIS的特点。 为了满足GIS对地球表面、空中和地下若干要素空间分布和
相互关系的研究。GIS必须具备以下基本特点：1.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。2.标准化和数字化。将多信息源的空间数据和统计数据进行 分级、分类、规格化和标准化，使其适应于计算机输入和输出的 要求，便于进行社会经济和自然资源、环境要素之间的对比和相 关分析。3.多维结构。在二维空间编码基础上，实现多专题的第 三维信息结构的组合，并按时间序列延续。从而使其具有信息存 贮、更新和转换能力，为决策部门提供实时显示和多层次分析服 务(这显然是常规二维或二维半的地形图所不具备的)。4.具有丰富 的信息。GIS数据库中不仅包含丰富的地理信息，还包含与地理 信息有关的其他信息，如，人口分布、环境污染、区域经济情况 、交通情况等，国外曾经对其数据库进行了调查，发现有80％以 上的信息为地理信息或是与地理信息有关。
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地理信息系统的应用
• （一）城市环境地理信息系统
城市在国民经济和社会发展中起着 举足轻重的作用，城市化及城市环境已 成为人们关注的热点。到2000年，全世 界将有一半的人生活和工作在城镇地区 ；同时，另一半人的生存也将更加依赖 于城镇。信息技术正在从根本上改变着 人们的生产、生活和相互交往的方式， 影响着城市的结构、交通结构和生态环 境，给城市带来了巨大的冲击，城市的 环境问题变得日渐关注和重视。
地理信息系统的发展及应用
地理信息系统的概念及其特点
• 地理信息系统的概念 地理信息系统(Geographic
InformationSystems，简称GIS)是指在计算机 硬件、软件系统支持下，对现实世界(资源与环 境)各类空间数据及描述这些空间数据特性的属 性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示 和描述的技术系统，它是作为集计算机科学、 地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、 空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴 边缘学科而迅速兴起和发展起来的。地理信息 系统中。 “地理”的概念并非指地理学，而是广 义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性 数据以及以此为基础演绎出来的知识。
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（三）路径规划
路径分析是GIS中最基本的功能，它 是一个用于模拟两个或两个以上地点之 间资源流动的路径寻找过程。当选择了 起点、终点和路径必须通过的若干中间 点后，就可以通过路径分析功能按照指 定的条件寻找最优路径，其核心是对最 佳路径的求解。最佳路径求解方法有几 十种，目前被GIS广泛采用的是Dijkstra 算法。
地理信息系统工作，如美国环境系统研究所 （ESRI）
成立于1969年。这个时期地理信息系统发展的总体特
点是：地理信息系统在继承60年代技术基础之上，充
分利用了新的计算机技术，但系统的数据分析能力仍
然很弱；在地理信息系统技术方面未有新的突破；系
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统的应用与开发多限于某个机构；专家个 人的影响削
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。地理信息系统的应用领域迅速扩大， 从资源管理、环境规划到应急反应，从商业服务区域 划分到政治选举分区等，涉及到了许多的学科与领域， 如古人类学、景观生态规划、森林管理、土木工程以 及计算机科学等。许多国家制定了本国的地理信息发 展规划，启动了若干科研项目 ，建立了一些政府性、 学术性机构。如中国于1985年成立了资源与环境信息 系统国家重点实验室，美国于1987年成立了国家地理 信息与分析中心（NCGIA），英国于1987年成立了地理 信息协会。同时，商业性的咨询公司，软件制造商大 量涌现，并提供系列专业性服务。这个时期地理信息 系统发展最显著的特点是商业化实用系统进入市场。
城市环境地理信息系统主要包括城 市环境质量（大气、水、噪声、固废） 、污染源（工业污染源、生活污染源、 交通污染源等）、建设项目管理、城市 定量考核几部分内容。系统所用的信息 技术包括数据仓库、OLAP、数据挖掘、 Web技术、GIS技术等。新的系统模式见 图7-8。
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（二）国家基础地理信息数据库
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。20世纪80年代末，武汉测 绘科技大学在摄影测量与遥感专业的基础上设
立了信息工程专业，使我国GIS基本人才的培养
#
地理信息系统应用的实例
• 美国森林调查局开发了全国林业统一使 用的资源信息显示系统；
• 美国地质调查局开发了多个地理信息系 统，用于获取和处理地质、地理、地形 和水资源信息，较典型的有GIRAS；
• 日本国土地理院从1974年开始建立数字
国土信息系统，存储、处理和检索测量
数据、航空影像信息、行政区划、土地
基于大气污染扩散模型分析上海市大气污染源空间分布 #
（五）3S（GIS，RS，GPS）在环境中应用
3S是未来发展的趋势。GPS主要用于 实时、快速地提供目标的空间位置；RS 用于实时、快速地提供大面积地表物体 及其环境的几何与物理信息和各种变化 ；GIS则是对多种来源时空数据的综合处 理分析和应用的平台。3S技术将在大范 围内对改善和控制农业生态环境、土地 沙漠化、森林资源、草原生态环境发挥 巨大的作用。
我们国家从1980年代起就开始建设多尺度 的国家基础地理信息数据库，内容包括矢量核心 要素数据库（DLG）、数字高程模型数据库（DEM ）、数字栅格地图（DRG）、数字影像地图（DOM ）、地名数据库、土地覆盖数据库。迄今为止， 已建成了全国1：4 00万、1：1 00万、1：25万 地形和地名数据库；1：50万地理底图数据库；1 ：5万DRG、DEM和地名数据库； 国家大地测量数 据库；覆盖全国的来自多种航空和航天影像源的 正射影像数据库。
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（2）GIS与其他学科的结合更加紧密。应用更加
广泛。3s(地理信息系统GIS、遥感RS、 球定位
系统GPS)或5S(前面3S加上数字摄影测量系统
DPS、专家系统Es)的集成，使得测绘、遥感、制
图、地理、管理和决策科学相互融合，成为快速而
实时的空间信息分析和决策支持工具，使GIS广泛
用于交通、环保规划、公安侦破、车船自动驾驶、
#
90年代为地理信息系统的用户时代。一
方面，地理信息系统已成为许多机构必备的
工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度
上由于受地理信息系统影响而改变了现有机
构的运行方式、设置与工作计划等。另一方
面，社会对地理信息系统认识普遍提高，需
求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用
的扩大与深化。国家级乃至全球性的地理信
纳人了正轨。1994年4月，我国专门成立了“中
国GIS协会”。此后又成立了“中国GIS技术应
用协会”。加强了国内各种GIS学术交流．研制
推出了Geostar、Citystar、MapGIS等具有自主
版权的GIS软件。
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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。
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#Fra Baidu bibliotek
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确定送货地点
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得出最佳路径
最佳路径提示
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（四）基于数据的空间分析
基于数据的空间分析其理论基础是 空间统计学，是从统计学的角度来分析 空间数据的特性。通常包括空间分布特 征的指标分析、空间关系分析、空间过 程分析、空间决策分析等。
环境地理信息系统的发展
• GIS的产生。 20世纪50年代，随着电子计算机科
学的兴起和它在航空摄影测量学与地图 制图学中的应用，以及政府部门对土地 利用规划与资源管理的要求。人们开始 有可能用电子计算机来收集、存贮、处 理各种与空间和地理分布有关的图形和 有属性的数据，并通过计算机对数据的 分析来直接为管理和决策服务，这促成 了现代意义上的地理信息系统的问世。
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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。地理信息系统 的真正发展应是70
年代的事情。这种发展应归结于以下几方面的原因：
一是资源开发、利用乃至环境保护问题成为政府首要
解决之疑难，而这些都需要一种能有效地分析处理空
间信息的技术、方法与系统。二是计算机技术迅速发
展，数据处理加快，内存容量增大，超小型、多用户
系统的出现，尤其是计算机硬件价格下降，使得政府
部门、学校 以及科研机构、私营公司也能够配置计算
机系统；在软件方面，第一套利用关系数据库 管理系
统的软件问世，新型的地理信息系统软件不断出现，
据IGU调查，70年代就有 80 多个地理信息系统软件。
第三，专业化人才不断增加，许多大学开始提供地理
信息系统 培训，一些商业性的咨询服务公司开始从事
利用、地形地质等信息，为国家和地区
土地规划服务；
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GIS的发展方向
• GIS正朝着一个可运行、分布式、开放的、 网络化的方向发展。
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（1）基于因特网的WebGIS是下阶段GIS发展的主流 。从GIS发展的历程来看，GIS每一次大的发展都与计 算机发展水平有关，今后仍将是这样。如今，随着计 算机网络的兴起和迅速发展、信息高速公路的建设等， 为GIS的发展铺设了畅通无阻的金光大道。由于地理信 息和大量的空间数据都是以文字、数字、图形和影像 方式表示的，将它们数字化．送人电子计算机．便可 方便、快速和及时地将地理信息传送到需要的地方去 ，以发挥地理信息在国民经济建设、国防建设和文化 教育等行业中的应用价值。而GIS工作者则需研制一个 万维网上的GIS和GIS浏览器(即视窗GIS)，使亿万网民 随时根据需要来查询GIS。
大田农作物因地施肥、科学耕种和海上捕鱼等。在
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• GIS在国际上的发展。 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。例如，处理人口统计 局数据 （如美国人口调查局建立的DIME）、资源普查 数据（如加拿大统计局的GRDSR）等 。许多大 学研制了一些基于栅格系统的软件包，如哈佛 的SYMAP、马里兰大学的MANS等。 综合来看， 初期地理信息系统发展的动力来自于诸多方面， 如学术探讨、新技术的应用 、大量空间数据处 理的生产需求等。对于这个时期地理信息系统 的发展来说，专家兴趣 以及政府的推动起着积 极的引导作用，并且大多地理信息系统工作限 于政府及大学的范畴，国际交往甚少。
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计算水网分布密度（空间分布特征的指标分析）#
美国哥伦比亚地区各区域犯罪率情况（空间自相关分析） #
全局空间自相关分析结果，Z值达到了5.63，显 著性非常强。这说明哥伦比亚地区相邻区域的犯 罪率有着很高的空间正相关性，即有着较高的犯 罪率集聚性区域的可能性。
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（五）基于事件机理的分析
根据各 种自然现象 的形成和发 展机理，来 构建反映现 象特征和变 化的模型， 如水动力模 型、大气污 染的扩散模 型、交通模 型等。
息系统已成为公众关注的问题，例如地理信
息系统已列入美国政府制定的“信息高速公
路”计划；同美国副总统戈尔提出的“数字
地球”战略、我国的“21世纪议程”和“三
金工程”也包括地理信息系统。毫无疑问，
地理信息系统将发展成为现代社会最基本的
服务系统。
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• GIS在国内的发展
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
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信息系统
非空间
管理信息系统 （MIS）
空间
非地理 (CAD)
GIS
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地理信息系统的特点
• GIS的特点。 为了满足GIS对地球表面、空中和地下若干要素空间分布和
相互关系的研究。GIS必须具备以下基本特点：1.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。2.标准化和数字化。将多信息源的空间数据和统计数据进行 分级、分类、规格化和标准化，使其适应于计算机输入和输出的 要求，便于进行社会经济和自然资源、环境要素之间的对比和相 关分析。3.多维结构。在二维空间编码基础上，实现多专题的第 三维信息结构的组合，并按时间序列延续。从而使其具有信息存 贮、更新和转换能力，为决策部门提供实时显示和多层次分析服 务(这显然是常规二维或二维半的地形图所不具备的)。4.具有丰富 的信息。GIS数据库中不仅包含丰富的地理信息，还包含与地理 信息有关的其他信息，如，人口分布、环境污染、区域经济情况 、交通情况等，国外曾经对其数据库进行了调查，发现有80％以 上的信息为地理信息或是与地理信息有关。
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地理信息系统的应用
• （一）城市环境地理信息系统
城市在国民经济和社会发展中起着 举足轻重的作用，城市化及城市环境已 成为人们关注的热点。到2000年，全世 界将有一半的人生活和工作在城镇地区 ；同时，另一半人的生存也将更加依赖 于城镇。信息技术正在从根本上改变着 人们的生产、生活和相互交往的方式， 影响着城市的结构、交通结构和生态环 境，给城市带来了巨大的冲击，城市的 环境问题变得日渐关注和重视。
地理信息系统的发展及应用
地理信息系统的概念及其特点
• 地理信息系统的概念 地理信息系统(Geographic
InformationSystems，简称GIS)是指在计算机 硬件、软件系统支持下，对现实世界(资源与环 境)各类空间数据及描述这些空间数据特性的属 性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示 和描述的技术系统，它是作为集计算机科学、 地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、 空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴 边缘学科而迅速兴起和发展起来的。地理信息 系统中。 “地理”的概念并非指地理学，而是广 义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性 数据以及以此为基础演绎出来的知识。
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（三）路径规划
路径分析是GIS中最基本的功能，它 是一个用于模拟两个或两个以上地点之 间资源流动的路径寻找过程。当选择了 起点、终点和路径必须通过的若干中间 点后，就可以通过路径分析功能按照指 定的条件寻找最优路径，其核心是对最 佳路径的求解。最佳路径求解方法有几 十种，目前被GIS广泛采用的是Dijkstra 算法。
地理信息系统工作，如美国环境系统研究所 （ESRI）
成立于1969年。这个时期地理信息系统发展的总体特
点是：地理信息系统在继承60年代技术基础之上，充
分利用了新的计算机技术，但系统的数据分析能力仍
然很弱；在地理信息系统技术方面未有新的突破；系
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统的应用与开发多限于某个机构；专家个 人的影响削
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。地理信息系统的应用领域迅速扩大， 从资源管理、环境规划到应急反应，从商业服务区域 划分到政治选举分区等，涉及到了许多的学科与领域， 如古人类学、景观生态规划、森林管理、土木工程以 及计算机科学等。许多国家制定了本国的地理信息发 展规划，启动了若干科研项目 ，建立了一些政府性、 学术性机构。如中国于1985年成立了资源与环境信息 系统国家重点实验室，美国于1987年成立了国家地理 信息与分析中心（NCGIA），英国于1987年成立了地理 信息协会。同时，商业性的咨询公司，软件制造商大 量涌现，并提供系列专业性服务。这个时期地理信息 系统发展最显著的特点是商业化实用系统进入市场。
城市环境地理信息系统主要包括城 市环境质量（大气、水、噪声、固废） 、污染源（工业污染源、生活污染源、 交通污染源等）、建设项目管理、城市 定量考核几部分内容。系统所用的信息 技术包括数据仓库、OLAP、数据挖掘、 Web技术、GIS技术等。新的系统模式见 图7-8。
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（二）国家基础地理信息数据库
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。20世纪80年代末，武汉测 绘科技大学在摄影测量与遥感专业的基础上设
立了信息工程专业，使我国GIS基本人才的培养
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地理信息系统应用的实例
• 美国森林调查局开发了全国林业统一使 用的资源信息显示系统；
• 美国地质调查局开发了多个地理信息系 统，用于获取和处理地质、地理、地形 和水资源信息，较典型的有GIRAS；
• 日本国土地理院从1974年开始建立数字
国土信息系统，存储、处理和检索测量
数据、航空影像信息、行政区划、土地
基于大气污染扩散模型分析上海市大气污染源空间分布 #
（五）3S（GIS，RS，GPS）在环境中应用
3S是未来发展的趋势。GPS主要用于 实时、快速地提供目标的空间位置；RS 用于实时、快速地提供大面积地表物体 及其环境的几何与物理信息和各种变化 ；GIS则是对多种来源时空数据的综合处 理分析和应用的平台。3S技术将在大范 围内对改善和控制农业生态环境、土地 沙漠化、森林资源、草原生态环境发挥 巨大的作用。
我们国家从1980年代起就开始建设多尺度 的国家基础地理信息数据库，内容包括矢量核心 要素数据库（DLG）、数字高程模型数据库（DEM ）、数字栅格地图（DRG）、数字影像地图（DOM ）、地名数据库、土地覆盖数据库。迄今为止， 已建成了全国1：4 00万、1：1 00万、1：25万 地形和地名数据库；1：50万地理底图数据库；1 ：5万DRG、DEM和地名数据库； 国家大地测量数 据库；覆盖全国的来自多种航空和航天影像源的 正射影像数据库。
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（2）GIS与其他学科的结合更加紧密。应用更加
广泛。3s(地理信息系统GIS、遥感RS、 球定位
系统GPS)或5S(前面3S加上数字摄影测量系统
DPS、专家系统Es)的集成，使得测绘、遥感、制
图、地理、管理和决策科学相互融合，成为快速而
实时的空间信息分析和决策支持工具，使GIS广泛
用于交通、环保规划、公安侦破、车船自动驾驶、
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90年代为地理信息系统的用户时代。一
方面，地理信息系统已成为许多机构必备的
工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度
上由于受地理信息系统影响而改变了现有机
构的运行方式、设置与工作计划等。另一方
面，社会对地理信息系统认识普遍提高，需
求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用
的扩大与深化。国家级乃至全球性的地理信
纳人了正轨。1994年4月，我国专门成立了“中
国GIS协会”。此后又成立了“中国GIS技术应
用协会”。加强了国内各种GIS学术交流．研制
推出了Geostar、Citystar、MapGIS等具有自主
版权的GIS软件。
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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。
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（四）基于数据的空间分析
基于数据的空间分析其理论基础是 空间统计学，是从统计学的角度来分析 空间数据的特性。通常包括空间分布特 征的指标分析、空间关系分析、空间过 程分析、空间决策分析等。