地理信息系统

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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”。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描述的技术系统。
位置与地理信息既是LBS的核心,也是LBS的基础。一个单纯的经纬度坐标只有置于特定的地理信息中,代表为某个地点、标志、方位后,才会被用户认识和理解。用户在通过相关技术获取到位置信息之后,还需要了解所处的地理环境,查询和分析环境信息,从而为用户活动提供信息支持与服务。
地理信息系统(GIS,Geographic Information System)是一门综合性学科,结合地理学地图学以及遥感和计算机科学,已经广泛的应用在不同的领域,是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统,随着GIS的发展,也有称GIS为“地理信息科学”(Geographic Information Science),近年来,也有称GIS为"地理信息服务"(Geographic Information service)。GIS是一种基于计算机的工具,它可以对空间信息进行分析和处理(简而言之,是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析)。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作(例如查询和统计分析等)集成在一起。
外文名
Geographic Information System或 Geo-Information system,GIS
英文缩写
GIS
常见软件
超擎图形

历史发展 编辑

古往今来,几乎人类所有活动都是发生在地球上,都与地球表面位置(即地理空间位置)息息相关,随着计算机技术的日益发展和普及,地理信息系统(Geography Information System,GIS)以及在此基础上发展起来的“数字地球”、“数字城市”在人们的生产和生活中起着越来越重要的作用。
GIS可以分为以下五部分:
人员,是GIS中最重要的组成部分。开发人员必须定义GIS中被执行的各种任务,开发处理程序。 熟练的操作人员通常可以克服GIS软件功能的不足,但是相反的情况就不成立。最好的软件也无法弥补操作人员对GIS的一无所知所带来的负作用。
数据,精确的可用的数据可以影响到查询和分析的结果。
硬件,硬件的性能影响到软件对数据的处理速度,使用是否方便及可能的输出方式。
软件,不仅包含GIS软件,还包括各种数据库,绘图、统计、影像处理及其它程序。
过程,GIS 要求明确定义,一致的方法来生成正确的可验证的结果。
地理信息系统的组成 地理信息系统的组成
GIS属于信息系统的一类,不同在于它能运作和处理地理参照数据。地理参照数据描述地球表面(包括大气层和较浅的地表下空间)空间要素的位置和属性,在GIS中的两种地理数据成分:空间数据,与空间要素几何特性有关;属性数据,提供空间要素的信息。
地理信息系统(GIS)与全球定位系统(GPS)、遥感系统(RS)合称3S系统。
地理信息系统(GIS) 是一种具有信息系统空间专业形式的数据管理系统。在严格的意义上, 这是一个具有集中、存储、操作、和显示地理参考信息的计算机系统。例如,根据在数据库中的位置对数据进行识别。实习者通常也认为整个GIS系统包括操作人员以及输入系统的数据。
地理信息系统(GIS)技术能够应用于科学调查、资源管理、财产管理、发展规划、绘图和路线规划。例如,一个地理信息系统(GIS)能使应急计划者在自然灾害的情况下较易地计算出应急反应时间,或利用GIS系统来发现那些需要保护不受污染的湿地
地理数据和地理信息
什么是信息(Information)?1948年,美国数学家、信息论的创始人香农(Claude Elwood Shannon)在题为《通讯的数学理论》的论文中指出:“信息是用来消除随机不定性的东西”; 1948年,美国著名数学家、控制论的创始人维纳(Norbert Wiener)在《控制论》一书中,指出:“信息就是信息,既非物质,也非能量。” 狭义信息论将信息定义为“两次不定性之差”,即指人们获得信息前后对事物认识的差别;广义信
结合Google和网页功能的地理资讯系统架构 结合Google和网页功能的地理资讯系统架构
息论认为,信息是指主体(人、生物或机器)与外部客体(环境、其他人、生物或机器)之间相互联系的一种形式,是主体与客体之间的一切有用的消息或知识。我们认为信息是通过某些介质向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实的知识,它来源于数据且不随载体变化而变化,它具有客观性、实用性、传输性和共享性的特点[1]
信息与数据既有区别,又有联系。数据是定性、定量描述某一目标的原始资料,包括文字、数字、符号、语言、图像、影像等,它具有可识别性、可存储性、可扩充性、可压缩性、可传递性及可转换性等特点。信息与数据是不可分离的,信息来源于数据,数据是信息的载体。数据是客观对象的表示,而信息则是数据中包含的意义,是数据的内容和解释。对数据进行处理(运算、排序、编码、分类、增强等)就是为了得到数据中包含的信息。数据包含原始事实,信息是数据处理的结果,是把数据处理成有意义的和有用的形式。
地理信息作为一种特殊的信息,它同样来源于地理数据。地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示,是指表征地理环境中要素的数量、质量、分布特征及其规律的数字、文字、图像等的总和。地理数据主要包括空间位置数据、属性特征数据及时域特征数据三个部分。空间位置数据描述地理对象所在的位置,这种位置既包括地理要素的绝对位置(如大地经纬度坐标),也包括地理要素间的相对位置关系(如空间上的相邻、包含等)。属性数据有时又称非空间数据,是描述特定地理要素特征的定性或定量指标,如公路的等级、宽度、起点、终点等。时域特征数据是记录地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。时域特征数据对环境模拟分析非常重要,正受到地理信息系统学界越来越多的重视。空间位置、属性及时域特征构成了地理空间分析的三大基本要素。
地理信息是地理数据中包含的意义,是关于地球表面特定位置的信息,是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识。作为一种特殊的信息,地理信息除具备一般信息的基本特征外,还具有区域性、空间层次性和动态性特点。
当今社会,人们非常依赖计算机以及计算机处理过的信息。在计算机时代,信息系统部分或全部由计算机系统支持,因此,计算机硬件、软件、数据和用户是信息系统的四大要素。其中,计算机硬件包括各类计算机处理及终端设备;软件是支持数据信息的采集、存贮加工、再现和回答用户问题的计算机程序系统;数据则是系统分析与处理的对象,构成系统的应用基础;用户是信息系统所服务的对象。
从20世纪中叶开始,人们就开始开发出许多计算机信息系统,这些系统采用各种技术手段来处理地理信息,它包括:
○ 数字化技术:输入地理数据,将数据转换为数字化形式的技术;
○ 存储技术:将这类信息以压缩的格式存储在磁盘、光盘、以及其他数字化存储介质上的技术;
○ 空间分析技术:对地理数据进行空间分析,完成对地理数据的检索、查询,对地理数据的长度、面积、体积等的量算,完成最佳位置的选择或最佳路径的分析以及其他许多相关任务的方法;
○ 环境预测与模拟技术:在不同的情况下,对环境的变化进行预测模拟的方法;
○ 可视化技术:用数字、图像、表格等形式显示、表达地理信息的技术。
这类系统共同的名字就是地理信息系统(GIS , Geographic Information System),它是用于采集、存储、处理、分析、检索和显示空间数据的计算机系统。与地图相比,GIS具备的先天优势是将数据的存储与数据的表达进行分离,因此基于相同的基础数据能够产生出各种不同的产品。
由于不同的部门和不同的应用目的,GIS的定义也有所不同。当前对GIS的定义一般有四种观点:即面向数据处理过程的定义、面向工具箱的定义、面向专题应用的定义和面向数据库的定义。Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合技术系统”。Burrough认为“GIS是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具”,俄罗斯学者也把GIS定义为“一种解决各种复杂的地理相关问题,以及具有内部联系的工具集合”。面向数据库是定义则是在工具箱定义的基础上,更加强调分析工具和数据库间的连接,认为GIS是空间分析方法和数据管理系统的结合。面向专题应用的定义是在面向过程定义的基础上,强调GIS所处理的数据类型,如土地利用GIS、交通GIS等;我们认为地理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。它和其他计算系统一样包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。只不过GIS中的所有数据都具有地理参照,也就是说,数据通过某个坐标系统与地球表面中的特定位置发生联系。
地理信息系统简称GIS,多数人认为是Geographical Information System(地理信息系统),也有人认为是Geo-information System(地学信息系统)等等。人们对GIS理解在不断深入,内涵在不断拓展,“GIS”中,“S”的含义包含四层意思:
一是系统(System),是从技术层面的角度论述地理信息系统,即面向区域、资源、环境等规划、管理和分析,是指处理地理数据的计算机技术系统,但更强调其对地理数据的管理和分析能力,地理信息系统从技术层面意味着帮助构建一个地理信息系统工具,如给现有地理信息系统增加新的功能或开发一个新的地理信息系统或利用现有地理信息系统工具解决一定的问题,如一个地理信息系统项目可能包括以下几个阶段:
(1)定义一个问题;
(2)获取软件或硬件;
(3)采集与获取数据;
(4)建立数据库;
(5)实施分析;
(6)解释和展示结果。
这里的地理信息系统技术(Geographic information technologies)是指收集与处理地理信息的技术,包括全球定位系统(GPS)、遥感(Remote Sensing)和GIS。从这个含义看,GIS包含两大任务,一是空间数据处理;二是GIS应用开发。
二是科学(Science),是广义上的地理信息系统,常称之为地理信息科学,是一个具有理论和技术的科学体系,意味着研究存在于GIS和其它地理信息技术后面的理论与观念(GIScience)。
三是代表着服务(Service),随着遥感等信息技术、互联网技术、计算机技术等的应用和普及,地理信息系统已经从单纯的技术型和研究型逐步向地理信息服务层面转移,如导航需要催生了导航GIS的诞生,著名的搜索引擎Google也增加了Google Earth功能,GIS成为人们日常生活中的一部分。当同时论述GIS技术、GIS科学或GIS服务时,为避免混淆,一般用GIS表示技术,GIScience或GISci表示地理信息科学,GIService或GISer表示地理信息服务。
四是研究(Studies),即GIS= Geographic Information Studies,研究有关地理信息技术引起的社会问题(societal context),如法律问题(legal context),私人或机密主题,地理信息的经济学问题等。
因此,地理信息系统(Geographic Information System,GIS)是一种专门用于采集、存储、管理、分析和表达空间数据的信息系统,它既是表达、模拟现实空间世界和进行空间数据处理分析的“工具”,也可看作是人们用于解决空间问题的“资源”,同时还是一门关于空间信息处理分析的“科学技术”[1]

史前

15,000年前,在拉斯考克(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号。这些早期记录符合了现代地理资讯系统的二元素结构:一个图形文件对应一个属性数据库

18世纪

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:科学方面或人口普查资料。约翰·斯诺在1854年,用点来代表个例,描绘了伦敦的霍乱疫情,这可能是最早使用地理方法的位置。 他对霍乱分布的研究指向了疾病的来源----一个位于霍乱疫情爆发中心区域百老汇街的一个被污染的公共水泵。 约翰·斯诺将泵断开,最终终止了疫情爆发。

20世纪初期

20世纪初期将图片分成层的“照片石印术”得以发展。它允许地图被分成各图层,例如一个层表示植被和另一层表示水。这技术特别用于印刷轮廓-绘制,这是一个劳力集中的任务,但他们有一个单独的图层意味着他们可以不被其他图层上的工作混淆。这项工作最初是玻璃板上绘制,后来,塑料薄膜被引入,具有更轻,使用较少的存储空间,柔韧等等的优势。当所有的图层完成,再由一个巨型处理摄像机结合成一个图像。彩色印刷引进后,层的概念也被用于创建每种颜色单独的印版。尽管后来层的使用成为当代地理信息系统的主要典型特征之一,刚才所描述的摄影过程本身并不被认为是一个地理信息系统 - 因为这个地图只有图像而没有附加的属性数据库。

60年代早期

GIS之父:罗杰·汤姆林森 GIS之父:罗杰·汤姆林森
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,世界上第一个真正投入应用的地理信息系统由联邦林业和农村发展部在加拿大安大略省的渥太华研发。罗杰·汤姆林森博士开发的这个系统被称为加拿大地理信息系统(CGIS ) ,用于存储,分析和利用加拿大土地统计局( CLI,使用的1:50,000比例尺,利用关于土壤、农业、休闲,野生动物、水禽、林业和土地利用的地理信息,以确定加拿大农村的土地能力。)收集的数据,并增设了等级分类因素来进行分析。
CGIS是“计算机制图”应用的改进版,它提供了覆盖,资料数字化/扫描功能。它支持一个横跨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”,并在单独的文件中存储属性和区位信息。由于这一结果,汤姆林森已经成为称为“地理信息系统之父”,尤其是因为他在促进收敛地理数据的空间分析中对覆盖的应用。
CGIS一直持续到20世纪70年代才完成,但耗时太长,因此在其发展初期,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。CGIS一直使用到20世纪90年代,并在加拿大建立了一个庞大的数字化的土地资源数据库。它被开发为基于大型机的系统以支持一个在联邦和省的资源规划和管理。其能力是大陆范围内的复杂数据分析。CGIS未被应用于商业 。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一种世代方法与对组织的属性数据的第二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

特点 编辑

  1. 公共的地理定位基础;
  2. 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力;
  3. 系统以分析模型驱动,具有极强的空间综合分析和动态预测能力,并能产生高层次的地理信息;
  4. 以地理研究和地理决策为目的,是一个人机交互式的空间决策支持系统。

产品分类 编辑

按功能

专题地理信息系统(Thematic GIS)
区域地理信息系统(Regional GIS)
地理信息系统工具(GIS Tools)

按内容

自然资源查询信息系统
规划与评估信息系统
GIS中使用的技术

实现方法 编辑

信息来源

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,就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正在生产制作能够直接访问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(例如降雨量)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。
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形格网(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。矢量数据可以像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。

资料采集

数据采集——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。 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。

系统转换

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)

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,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。
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,也有一些专用的空间分析软件,如GISLIB、SIM、PPA、Fragstats等。

建模系统 编辑

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能够将反映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。地理实体间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。

GIS 编辑

地理信息只是一堆数字纪录,需要有合适的软件去把它表示出来;与此同时,地理信息数据库的建立,亦有赖合适软件的帮助,把地理数据信息化。现时在工商界方面的市场普遍被两大地理资讯系统巨头ESRIMapinfo所垄断,但他们亦能够提供一套整全的地理资讯系统,以供客户使用。政府及军方机构往往用到特别打造的软件,例如开源的GRASS或其他专门的系统,以配合他们的特殊需要。虽然现时有不少自由的阅览GIS资料的工具,一般大众可以轻易取得的地理信息,还得依靠Google Earth微软的Virtual Earth之类的系统。这些系统所提供的资料更往往偏重地域中心,例如:你可以清楚找到一个位于美国偏远小镇的停车位,但却不能看得清楚一条位于首尔江南区的大街。
互联网连结编程界面
在互联网服务普及的今天,不少地理资讯系统都提供编程界面,让用户通过这些界面及其系统建立各自的地理资讯信息页面。这些编程界面,有利用VBA或JavasScript的。让用户很容易就可以提供卫星图片或地图的连结页面,甚至加上行车路线或地理位置等信息。

移动GIS

通过与流动装置的结合,地理资讯系统可以为用户提供即时的地理信息。一般汽车上的导航装置都是结合了卫星定位设备(GPS)和地理资讯系统 (GIS)的复合系统;在香港曾经很流行的地图王,则是一套可以安装在PDA或手提电话上的即时地图系统。
汽车导航系统是地理资讯系统的一个特例,它除了一般的地理资讯系统的内容以外,还包括了各条道路的行车及相关信息的数据库。这个数据库利用矢量表示行车的路线、方向、路段等信息,又利用网络拓扑的概念来决定最佳行走路线。地理数据文件(GDF)是为导航系统描述地图数据的ISO标准。汽车导航系统组合了地图匹配、GPS定位和来计算车辆的位置。地图资源数据库也用于航迹规划、导航,并可能还有主动安全系统、辅助驾驶及位置定位服务(Location Based Services, LBS)等高级功能。汽车导航系统的数据库应用了地图资源数据库管理。

RTK

移动定位系统,精确定位误差厘米级。

开源软件 编辑

gvSIG是一个基于JAVA的桌面地理信息系统,同时也是开发地理资讯系统一个强有力的工具。它包含许多功能如空间数据分析,地图编辑,Map设计等。gvSIG得到了西班牙一些政府和公司的参与并基于GNU/GPL许可证发布。gvSIG能够很好得工作在Windows和Linux平台之上。gvSIG支持其它GIS系统经常使用到的一些空间数据标准格式(shapefile,DXF,DWG,DGN,ECW,MrSID,TIFF,JPG2000, KML, GML等)。gvSIG遵循OGC (Open Geospatial Consortium)标准,这意味着它能够读取本地数据也能够通过WMS、WFS、WCS读取远程数据。

开发工具 编辑

组件式工具

组件式GIS开发工具是计算机技术发展的产物,代表了GIS开发的发展方向。它不仅有标准的开发平台和简单易用的标准接口,还可以实现自由、灵活的重组。组件式GIS开发工具的核心技术是微软的组件对象模型(COM)技术,新一代组件式GIS开发工具多是采用ActiveX控件技术实现的。比较常见的组件式GIS开发工具有:TatukGIS公司的Developer Kernel、ThinkGeo公司的Map Suite GIS、Intergraph 公司推出的Geomedia,ESRI公司推出的MapObjects,GEOCONCEPT集团推出的Geoconcept Development Kits等。
优势:在无缝集成和灵活性方面优势明显。GIS开发者不必掌握专门的GIS系统开发语言,只要熟悉基于Windows平台的通用集成开发环境,了解控件的属性、方法和事件,就可以实现GIS系统开发了。

集成式工具

集成式GIS开发工具意思是集合了各种功能模块的GIS开发包。比较常见的有:ESRI公司推出的ArcGIS、MapInfo 公司的MapInfo、GEOCONCEPT集团的Geoconcept等。
优势:各项功能已形成独立的完整系统,提供了强大的数据输入输出功能、空间分析功能、良好的图形平台和可靠性能,缺点是系统复杂、庞大和成本较高,并且难于与其它应用系统集成。

模块式工具

模块式GIS开发工具是把GIS系统按功能分成一些模块来运行。比较常见的有:Intergraph公司的MGE。
优势:开发的GIS系统具有较强的针对性,便于二次开发和应用。

网络工具

WebGIS是指基于Internet平台的GIS地理信息系统,是利用网络技术来扩展和完善GIS地理信息系统的新技术。WebGIS还处于初级发展阶段,不过已经有很多公司推出了WebGIS开发工具,TatukGIS公司的Internet Server (IS)、 ThinkGeo公司的Map Suite Web Edition、MapInfo公司的MapInfo ProSever、Intergraph公司的GeoMedia Web Map、GEOCONCEPT集团的Geoconcept Internet Server(GCIS)等。
优势:开发的GIS系统具有良好的可扩展性和跨平台特性,使GIS真正实现大众化。

发展空间 编辑

许多学科受益于地理信息系统技术。活跃的地理信息系统市场导致了GIS组件的硬件和软件的低成本和持续改进。这些发展反过来导致这项技术在科学、政府、企业和产业等方面更广泛的应用,应用包括房地产、公共卫生、犯罪地图、国防、可持续发展、自然资源、景观建筑、考古学、社区规划、运输和物流。地理信息系统也分化出定位服务(LBS)。LBS使用GPS通过所在地与固定基站的关系用移动设备显示其位置(最近的餐厅,加油站,消防栓),移动设备(朋友,孩子,一辆警车)或回传他们的位置到一个中央服务器显示或作其他处理。随着GPS功能与日益强大的移动电子(手机、pad、笔记本电脑)整合,这些服务继续发展。

普适品牌 编辑

早些年,Esri曾提出“用地理设计美化生活、将地理知识人人共享”的理念。时至如今,Esri已经把这个理念深深融入的其最新发布的ArcGIS 10.1。ArcGIS 10.1将空间信息技术普适化,未来将会深入到每个人的工作和生活中。
“普适的GIS”使束之高阁的GIS从专业人员逐步走向大众, ArcGIS10.1彻底架起了端到云的桥梁,使得空间信息的创造者与使用者紧密连接,通过ArcMap、Portal for ArcGIS、云中ArcGIS Server及移动终端上ArcGIS的App,每个人都可以成为空间信息的分享者和使用者,从而满足大众的各种需求。
近两年,行业普遍认为GIS将朝着专业化、普适化、智能化方向发展,普适的GIS无疑将引领地理信息产业未来的发展。普适化计算的开发能够通过网络和移动设备等为人们提供更多信息服务,提高计算机感知能力,增强社会关联,具有很强的主动交互和自然交互特点,给人们的生活带来便捷、简单、快速的信息应用,且具有可控性,是GIS行业重要的发展趋势之一。
未来的GIS将会是普适化的GIS,任何人都可以用,在任何的地方,拿着任何的终端都可以访问GIS服务,而且不局限在专业的终端上,让普通用户都可以通过多媒介进行访问。这也得益于云计算技术、移动终端等方面的快速发展,让用户的更多需求都能够非常轻松的实现。在普适化的环境之下,我们要做的是为大家创造一个GIS的环境,需要把我们的知识和经验用地图的方式来表达,让用户非常方便的获得地图数据。
随着云计算、物联网、移动终端等新技术的快速发展,未来的GIS将会是普适化的GIS,用户日益多样的需求将能够得以轻松解决。无论任何人都可以使用,无论在任何的地方,无论拿着任何的终端都可以访问GIS服务,而不再局限于专业终端上,让普通用户都可以通过多重媒介进行访问。

OGC标准

开放地理联合会是一个参与一致进程以开发公开地理处理规格的384家公司、政府机构、大学和个人组成的国际行业联合会。由OpenGIS规格定义的开放接口和协议,支持可互操作的解决方案,网络、无线和定位服务和主流IT。让复杂的空间信息和服务在各种应用可以被授权技术开发人员使用。开放地理联合会协议包括网络地图服务WMS和网络功能服务WFS。 地理信息系统由OGC产品划分为两大类型,基于遵循OGC规格的完整准确的软件。 地理信息系统技术标准促进GIS工具进行交流。 兼容的产品是符合OpenGIS规范的软件产品。当一个产品经过测试,并通过OGC测试项目证明是兼容的,这个产品就在这个地点上自动注册为“兼容”。 现实软件产品,即实现OpenGIS规格但还没有通过兼容测试的软件产品。合规测试不可作用于所有的规格。开发者可以注册他们的产品为实施草案或经核准的规范,而OGC有权审查和确认每个条目。

WEB地图

近些年,地图应用爆炸性的蔓延于网站,如谷歌地图和Bing地图。这些网站使公众获取了大量的地理数据。 他们中的一部分,像谷歌地图和OpenLayers,公布了API使得用户能够创建自定义的应用。这些工具包一般提供街道地图,天线/卫星图像、地理编码、搜索和路由的功能。 其他出版网络上的地理信息的应用包括Cadcorp的GeognoSIS,ESRI的ArcIMS服务器,谷歌地球,谷歌融合表和开源的替代品MapServer,Mapnik和GeoServer。
全球气候变化预测
地图通常被用于探索地球和开发利用其资源。地理信息系统技术,作为一个扩展的地图科学,提高了工作效率和传统地图的分析能力。当科学界识别影响气候变化的人为活动的环境后果时,地理信息系统技术正在成为一个理解环境随时间变化的影响基本的工具。地理信息系统技术使各种来源的资料能够与现有地图和来自地球观测卫星的最新信息随着气候变化模型的输出结合。这可以在复杂的自然系统帮助了解气候变化带来的影响。其中一个经典的例子就是对北极冰层融化的研究。 一个地理信息系统的结合卫星图像的地图形式的输出让研究人员以从所未有的方式查看他们的研究对象。这些照片对于传输气候变化效果给非科学工作者也是非常重要的。

语义学 编辑

万维网联盟的语义网运动中出现的工具和技术被证明在信息系统的数据集成问题中十分有用。相应地,这种技术已被提议作为一种促进GIS应用之间的互操作性和数据重用的手段,并启用了新的分析机制。
本体是这种语义方法的关键组成部分,因为它们遵循一个在特定领域的概念和关系下被机器可读的正式规范。反过来,这使得地理信息系统专注于一个的数据的意义,而不是它的语法或结构。临时本体是在GIS应用领域开发的,例如由英国地形测量局和美国宇航局喷气推进实验室开发的SWEET本体开发得水文本体论。此外,简单的本体和语义元数据标准正在由万维网联盟地理培育集团发表出来以便在网络上表述地理空间数据。

社会应用 编辑

随着GIS在决策中的普及,学者们已经开始审议地理信息系统的社会影响。有人认为 ,地理信息的生产、分配、利用和表述的很大程度上与社会环境有关。其他相关议题包括版权、隐私和审查的讨论。较为乐观的GIS社会应用是将它作为一个公众参与的工具来应用。
  • 规划
测绘地理信息发展“十二五”总体规划纲要
国家测绘地理信息局日前印发了《测绘地理信息发展“十二五”总体规划纲要》,目标是到2015年,建成数字中国地理空间框架和信息化测绘体系。规划还提出,争取把地理信息产业纳入国家战略性新兴产业规划。
统计显示,截至“十一五”末,我国地理信息产业总值突破1000亿元;而到“十二五”末,这一数字有望突破2000亿元。倍增的规模将给地理信息产业链上下游企业带来巨大的市场空间。
推进地理信息资源整合
规划提出,要加快推进地理信息资源整合和数字城市建设。据统计,“十一五”期间,我国数字城市建设试点和推广城市已达130个。国家测绘地理信息局副局长王春峰表示,“十二五”期间将在全国全面推进数字城市建设,力争完成全部333个地级市和部分有条件的县级市的数字城市建设。
国家测绘地理信息局日前发布的2011年测绘工作要点明确要求,进一步加快数字城市建设步伐,力争在2011年完成100个以上、启动100个以上数字城市建设,使数字城市覆盖全国2/3以上的地级城市。业内人士指出,基于这样的建设速度,未来3-5年,数字化城市管理平台的市场容量将超过100亿元。
值得注意的是,“十一五”末,公众版国家地理信息公共服务平台“天地图”开通并产生重要影响。规划提出,“十二五”期间将“天地图”服务功能延伸到省级和市级,并加大“天地图”推广应用工作力度,将其打造成为互联网内容服务的中国自主品牌。
争取纳入新兴产业规划
规划还表示将继续完善产业发展政策,争取把地理信息产业纳入国家战略性新兴产业规划。鼓励地理信息企业参与政府采购,推动企业自主创新产品在政府投资项目中的应用,努力实现重大测绘工程中国产装备使用比例超过50%。
规划还提出,要深入挖掘基于位置的地理信息服务等方面的市场潜力,大幅度提高地理信息服务业务覆盖范围和市场盈利水平。其中包括加大地理信息技术与有关技术的集成应用,培育新的经济增长点。加大地理信息技术和位置服务产品在电子商务、电子政务、智能交通、现代物流等方面的应用;开发基于地理信息的电子游戏产品、地理信息电视频道以及基于物联网的位置服务产品等。
分析人士指出,随着多项引导性政策的出台,地理信息产业链上下游企业将迎来巨大的市场机遇。
巡更应用
地理信息系统(GeographicInformationSystem),简称GIS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、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。GIS通常和GPS结合使用。对于大范围的、露天的巡更巡检,巡更人员手持GPS巡检器,实时接收GPS卫星定位消息(时间、经纬度),并按预先设定的时间间隔自动发送或者在特定地点手动发送定位信息到无线通讯前置机。无线通讯前置机在收到定位信息后将数据传输到管理系统平台,系统软件采用GIS电子地图技术,动态显示和回放巡检轨迹,交由GIS分析可得该巡逻点的详细信息。

专业设置 编辑

培养目标

本专业培养具备地理信息系统与地图学的基本知识、基本技能,能在科研机构或高等学校从事科学研究或教学工作,能在城市、区域、资源、环境、交通、人口、住房、土地、基础设施和规划管理等领域从事与地理信息系统有关的应用研究、技术开发、生产管理和行政管理等工作的地理信息系统高级专门人才。

培养要求

本专业学生主要学习地理信息系统和地图学、遥感技术方面的基本理论和基本知识,受到应用基础研究和技术开发方面的科学思维和科学实验训练,具有较好的科学素养,具有地理信息系统研究、设计与开发的基本技能及初步的教学、研究、开发和管理能力。

知识能力

1、掌握数学、物理、计算机科学等方面的基本理论和基本知识;
2、掌握地理信息系统和地图学的基本理论、基本知识和基本实验技能,以及地理信息系统技术开发的基本原理和基本力法;
3、了解相邻专业如地理学、资源环境与城乡规划管理、测绘工程等的一般原理和方法;
4、了解国家科学技术政策、知识产权、可持续发展战略等有关政策和法规;
5、了解地理信息系统的理论前沿、应用前景和最新发展动态,以及地理信息系统产业发展状况;
6、掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法;具有-定的实验设计、创造实验条件,归纳、整理、分析实验结果,撰写论文,参与学术交流的能力。

主干学科

地理学、地图学、计算机科学与技术、摄影测量与遥感学、GPS。

主要课程

自然地理学、人文地理学、经济地理学、地图学、遥感技术、数据库技术、地理信息系统原理、地理信息系统设计与应用等。

实践教学

普通物理实验、自然地理实习、测量学实习、地图学实习、GIS原理实验、空间数据库设计、空间分析课程设计、GIS项目开发与设计、数字图像处理实验、遥感技术与方法实验等。根据课程要求,最好从一年级时便安排教学实习,也可到高年级时安排。包括室内与野外实习、生产实习和毕业论文等,一般安排10--20周。
参考资料
  • 1. 刘明皓.地理信息系统导论.重庆:重庆大学出版社,2009.10:1-21
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中国通信学会 词语 自然地理 自然 理学