环境地理信息系统的发展及应用ppt课件
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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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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
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。
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。
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
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。
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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。
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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。
大田农作物因地施肥、科学耕种和海上捕鱼等。在
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。
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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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。
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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
#
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。
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。
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
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
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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。
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
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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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（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、
• 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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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
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。
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。
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
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。
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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。
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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。
大田农作物因地施肥、科学耕种和海上捕鱼等。在
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。
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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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。
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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
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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。
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。
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
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
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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。
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
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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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（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、