地理信息系统(GIS)

地理信息系统(GIS)

  • 1.1 地理信息系统
    • 1.1.1 GIS概述
    • 1.1.1.1 GIS的基本概念
    • (1)地理信息。
    • (2)信息系统。
    • (3)地理信息系统。
    • GIS的发展简史
    • 1.1.1.3 GIS的组成部分
    • (1)计算机硬件系统。
    • (2)计算机软件系统。
    • (3)空间数据。
    • (4)应用分析模型。
    • (5)系统开发管理和使用人员。

地理信息系统(GIS)的出现解决了人们生产与生活中很多与位置相关的问题,在土地调查、城市规划、灾害监测等诸多领域发挥了巨大作用。随着5G的普及,移动互联网技术飞速发展,移动GIS也成为GIS业界关注的焦点。移动GIS结合了GIS、移动定位、移动数据库等相关技术,能够解决传统GIS难以解决和无法跨越的问题,为GIS应用开辟了新的应用模式,如在大众应用导航、外业数据采集、移动巡检等方面都体现了传统GIS无法比拟的优势,给人们的生产生活带来了极大的便利。基于位置的服务需求日益增加,移动GIS在发展中不断为人们提供“随时、随地”的地理信息服务。本章将带你走进移动GIS的世界,了解移动GIS的过往与未来。

1.1 地理信息系统

1.1.1 GIS概述

1.1.1.1 GIS的基本概念

(1)地理信息。

地理信息是表征地理圈或与地理环境固有要素有关的物质的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
地理信息属于空间信息,其位置的识别是与数据联系在一起的,这是区别于其他类型的信息的最显著的标志。
地理信息具有区域性、多维性、时序性。它的区域性,是指通过经纬网或公里网建立的地理坐标来实现空间位置的识别。多维性表现为在二维空间的基础上实现多专题的三维结构。另外,地理信息的时序特征十分明显,可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的(如台风、地震)、短期的(如江河洪水、秋季低温)、中期的(如土地利用、作物估产)、长期的(如城市化、水土流失)、超长期的(如地壳变动、气候变化)等。

(2)信息系统。

能对数据和信息进行采集、存储、加工,并能回答用户一系列问题的系统称为信息系统。信息系统具有数据采集、管理、分析和表达这四大功能。
信息系统可以分为数据处理系统、管理信息系统、决策支持系统专家系统、虚拟办公室五种类型。不同类型的系统具有不同的作用、特点,扮演不同的角色。常见的信息系统有校园信息系统、图书管理信息系统、企业管理信息系统、人事档案信息系统、空间信息系统等。

(3)地理信息系统。

地理信息系统,英文名称为Geographic Information System,简称GIS。站在不同的角度,针对不同的目的、不同的应用,GIS的定义都不一样,目前还没有一种完全被普遍接受的定义,本书将从以下两方面来解释GIS的概念。
GIS是在计算机软件和硬件的支持下,以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据,以及回答用户问题等为主要任务的计算机系统。

GIS具有处理和分析地理空间数据的能力,这也是GIS区别于其他信息系统的关键。

另外,从学科的角度来讲:GIS是记录、处理、分析和表达地球参考数据或地球空间数据领域的学科,是用来研究地球系统科学的一种技术手段,也是近几十年新兴的以计算机科学、地理学、测量学和地图学等多门学科为基础的边缘学科、交叉学科或综合学科。

GIS的发展简史

20世纪60年代中期为GIS的起始发展阶段。随着地图学、计算机科学的发展,人们对自然资源和环境的规划管理需求日益增长,促进了GIS的产生。世界上第一个GIS为加拿大地理信息系统(CGIS)。在这一时期,人们开始了对GIS思想和技术方法的探索,GIS研究组织和机构不断涌现。

20世纪70年代为GIS的发展巩固阶段。这一时期,计算机软件和硬件飞速发展,开始使用大容量存储设备,为GIS的迅速发展提供了有利条件。GIS的需求开始增多,短时间内世界各地就建立了许多不同专题、不同规模、不同类型的GIS。同时,各种GIS软件相继研发成功,自然资源和环境领域开始使用GIS进行数据处理。
20世纪80年代为GIS的推广应用阶段。由于计算机技术的进一步发展,GIS也逐渐走向成熟,应用的范围、领域都在扩大,并开始应用在一些全球性的问题上,如全球沙漠化、全球气候变化等。GIS在这一时期具有突破性的进展,同时,我国的GIS也取得了巨大的进步。
从20世纪90年代开始,GIS进入产业化阶段。随着地理信息产品的建立和数字化信息产品在全世界的普及,GIS已成为确定性的产业。目前,GIS在人们的生产、生活、学习、工作中都发挥了巨大的作用。

1.1.1.3 GIS的组成部分

GIS主要由计算机硬件系统、计算机软件系统、空间数据、应用分析模型、系统开发管理和使用人员五部分组成。

(1)计算机硬件系统。

计算机硬件系统由三部分组成:第一部分是数据处理设备,它是GIS硬件的主体、核心,如各种计算机、服务器和图形工作站;第二部分是数据输入设备,如数字化仪、扫描仪、数字测量设备等;第三部分是数据输出设备,如绘图仪、打印机等。

(2)计算机软件系统。

计算机软件系统可分为三部分:计算机系统软件,主要指的是计算机的操作系统,是GIS软件环境的基础部分;GIS软件,是整个GIS的核心部分,用于各种GIS功能的操作,如数据输入和校验、数据存储和管理、数据变换、数据输出和表示、用户接口等;数据库软件,GIS需要支持复杂的空间数据,所以对数据的存储、管理、检索、输出是非常重要的环节,目前比较成熟的数据库软件(如Oracle、SQL Server、开源数据库等)发挥了重要作用。

(3)空间数据。

空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济数据,可以是图形、图像、文字、表格和数字等。它是GIS的操作对象,来源于各种地图、遥感影像、位置观测数据、数字地面模型、大地测量成果等。它描述地理实体的空间特征、属性特征、时间特征。空间特征表现为地理实体的空间位置及其相互之间的关系;属性特征表现为地理实体的名称、类型、数量、质量等特征;时间特征表现为地理实体随着时间变化而发生的相关变化。空间数据一般都以数据库的形式存储在计算机中,便于用户处理和使用。

(4)应用分析模型。

基本的GIS工具无法满足所有特定应用需求,因此需要构建专门的应用分析模型。例如,土地利用分析模型、洪水淹没分析模型、医院选址模型、货物配送路径分析模型、水土流失模型等。GIS应用分析模型的建立和选择是GIS成功应用的重要因素,应用分析模型是GIS技术产生社会经济效益的关键所在,在GIS中占据了非常重要的地位。

(5)系统开发管理和使用人员。

具备了前面几个组成部分,还不足以形成一个完整的GIS,还需要人来完成系统的设计、开发、组织、管理、维护、更新,以及提取各种信息、支持决策等。

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