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GIS综述什么是GIS
GIS综述
本文从什么是GIS及其进展历史、组成部份、功能、应用领域、常常利用软件、进展前景等几个方面来进行分析讲解，让大伙儿对GIS有一个初步的熟悉。
一、什么是GIS
GIS是GeographicInformationSystem（地理信息系统）的首字母缩写。
最简单地来讲，GIS是以测绘测量为基础，以数据库作为数据贮存和利用的数据源，以运算机编程为平台的全世界空间分析技术。
二、GIS的进展历史
GIS萌生于20世纪60年代，是从利用运算机处置自然资源和土地打算任务，分析地图内容并提供信息开始的。
1963年，RogerTomlinson开始创建世界上第一个地理信息系统即加拿大地理信息系统（CGIS），他也因此被成为地理信息系统之父。
此刻，GIS通过半个世纪额进展历程，已经成为一门成熟的地理信息技术、具有生命力的地理信息科学和欣欣向荣的地理信息产业。
三、GIS的组成部份
一个有效的地理信息系统，其大体组成一样包括以下五个部份：
系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
硬件和软件为地理信息系统建设提供环境；数据是GIS的重要内容；模型为GIS建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接阻碍和和谐其它几个组成部份。
硬件要紧包括运算机和网络设备，存储设备，数据输入，显示和输出的外围设备等等。
软件要紧包括以下几类：
操作系统软件、数据库治理软件、系统开发软件、GIS软件，等等。
GIS软件的选型，直接阻碍其它软件的选择，阻碍系统解决方案，也阻碍着系统建设周期和效益。
数据是GIS的重要内容，也是GIS系统的灵魂和生命。
数据组织和处置是GIS应用系统建设中的关键环节。
应用模型是信息系统为某一特定的世纪工作而成立的运用地理信息系统的解决方案，其构建和选择也是系统应用车告白相当重要的因素。
人员是GIS系统的能动部份。
人员的技术水平和组织治理能力是决定系统建设成败的重要因素。
系统人员按不同分工有项目领导、项目开发人员、项目数据人员、系统文档撰写和系统测试人员等。
各个部份同心并力、分工协作是GIS系统成功建设的重要保证。
四、GIS功能
就GIS本身来讲，大多数功能较全的GIS一样均具有四种类型的大体功能，它们别离是：
一、数据搜集与编辑功能
GIS的核心是一个地理数据库,因此成立GIS的第一步是将的实体图形数据和描述它的属性数据输入到数据中,即数据搜集.为了排除数据搜集的错误,需要对图形及文本数据进行编辑和修改.
2、属性数据编辑与分析
属性数据比较标准,适应于表格表示,因此许多地理信息系统都采纳关系数据库治理系统治理.通常的关系数据库治理系统（RDBMS）都为用户提供了一套功能很强的数据编辑和数据库查询语言,即SQL,系统设计人员可据此成立友好的用户见界面,以方便用户对属性数据的输入、编辑与查询.除文件治理功能外,属性数据库治理模块的要紧功能之一是用户概念各类地物的属性数据结构.由于GIS中各类地物的属性不同,描述他们的属性项及值域亦不同,因此系统应提供用户自概念数据结构的功能,系统还应提供修改结构的功能,和提供拷贝结构、删除结构、归并结构等功能.
3、制图功能
GIS的核心是一个地理数据库。
成立GIS第一是将地面上的实体图形数据和描述它的属性数据输出到数据库中并能编制用户所需要的各类图件。
因为大多数用户目前最关切的是制图。
从测绘角度来看，GIS是一个功能极强的数字化制图系统。
可是运算机制图需要涉及运算机的外围设备,各类画图仪的接口软件和画图指令不尽相同,因此GIS中运算机画图的功能软件并非简单,ARC/INFO的制图软件包具有上百条命令,它需要设置画图仪的种类,画图比例尺,确信画图原点和画图大小等.一个功能强的制图软件包还具有地图综合,分色排版的功能.依照GIS的数据结构及画图仪的类型,用户可取得矢量地图或栅格地图.地理信息系统不仅能够为用户输出全要素地图,而且能够依照用户需要分层输出各类专题地图,如行政区划图、土壤利用图、道路交通图、等高线图等等.还能够通过空间分析取得一些特殊的地学分析用图,如坡度图、坡向图剖面图等等.
4、空间数据库治理功能
地理对象通过数据搜集与编辑后，形成庞大的地理数据集。
对此需要利用数据库治理系统来进行治理。
GIS一样都装配有地理数据库，其功效类似对图书馆的图书进行编目，分类寄放，以便于治理人员或读者快速查找所需的图书。
其大体功能包括：
1.数据库概念2.数据库的成立与爱惜3.数据库操作4.通信功能
五、空间分析功能
通过空间查询与空间分析得出决策结论，是GIS的起点和归宿。
在GIS中这属于专业性，高层次的功能。
与制图和数据库组织不同，空间分析很少能够标准化，这是一个复杂的处置进程，需要明白如何应用GIS目标之间的内在空间联系并结合各自的数学模型和理论来制定打算和决策。
由于它的复杂性，目前的GIS在这方面的功能总的来讲是比较低下的。
典型的空间分析有：
六、拓扑空间查询
空间目标之间的拓扑关系有两类,一种是几何元素的节点、弧段和面块之间的关联关系,用以描述和表达几何要素间的拓扑数据结构,另一种是GIS中地物之间的空间拓扑关系,这种关系能够通过关联关系和位置关系隐含表达,用户需通过特殊的方式进行查询.
7、缓冲区分析
缓冲区分析是依照数据库的点、线、面实体,自动成立其周围必然宽度范围的缓冲区多边形,它是地理信息系统重要的和大体的空间分析功能之一.
八、叠置分析
将同一地域,同一比例尺的两组或更多的多边形要素的数据文件进行叠置,依照两组多边形边界的交点来成立具有多重属性的多边形或进行多边形范围的属性特点的统计分析.
九、空间集合分析
空间集合分析是依照两个逻辑子集给定的条件进行逻辑走运算、逻辑并运算、逻辑差运算。
10、地学分析
地理信息系统除有以上大体功能外,还提供一些专业性较强的应用分析模块,如网络分析模块,它能够用来进行最正确途径分析,和追踪某一污染源流经的排水管道等等.土地适应性分析能够用来评判和分析各类开发活动包括农业应用、城市建设、农作物布局、道路选线等用地,优选出最正确方案,为土地打算提供参考意见.进展预测分析能够依照GIS中存储的丰硕信息,运用科学的分析方式,预测某一事物如人口、资源、环境、粮食产量等,及尔后的可能进展趋势,并给出评判和估量,以调剂操纵打算或行动.另外,利用地理信息系统还能够进行最正确位址的选择,新修公路的最正确线路选择,辅助决策分析和地学模拟分析等等.
1一、数字高程模型的成立
数字模型（DEM）有三种要紧的形式，包括格网DEM、不规那么三角网（TIN），和由二者混合组成的DEM。
格网DEM数据简单，便于治理，但因格网高程是原始采样点的派生值，内插进程将损失高程精度，仅适合于中小比例尺DEM的构建。
TIN直接利用原始高程取样点重建表面，它能充分利用地貌特点点、线，较好地表达复杂的地形，但TIN存储量大，不便于大规模标准治理，并难以与GIS的图形矢量数据或栅格数据和遥感影像数据进行联合分析应用。
因此一样的GIS都提供了两种数字高程模型的软件包，用户能够依照需要进行选择。
1二、地形分析
包括等高线分析，透视图分析，坡度坡向分析，断面图分析及地形表面面积和挖填方体积计算。
最正确途径分析，追踪污染源流分析，农业布局合理性分析，城市布局合理性分析，道路选线分析等。
五、GIS的应用领域
地理信息系统在最近的30连年内取得了惊人的进展，普遍应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土治理、城市打算、邮电通信、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施治理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。
以下地理信息系统的应用领域别离回答了在各自领域内的作用：
1、资源治理（ResourceManagement）
要紧应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各类资源（如土地、丛林、草场）散布、分级、统计、制图等问题。
要紧回答“定位”和“模式”两类问题。
二、资源配置（ResourceConfiguration）
在城市中各类公用设施、救灾减灾中物资的分派、全国范围内能源保障、粮食供给等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。
GIS在这种应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。
3、城市打算和治理（UrbanPlanningandManagement）
空间打算是GIS的一个重要应用领域，城市打算和治理是其中的要紧内容。
例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理散布、如何保证学校、公共设施、运动场所、效劳设施等能够有最大的效劳面（城市资源配置问题）等。
4、土地信息系统和地籍治理（LandInformationSystemandCadastralApplicaiton）
土地和地籍治理涉及土地利用性质转变、地块轮廓转变、地籍权属关系转变等许多内容，借助GIS技术能够高效、高质量地完成这些工作。
五、生态、环境治理与模拟（EnvironmentalManagementandModeling）
区域生态打算、环境现状评判、环境阻碍评判、污染物削减分派的决策支持、环境与区域可持续进展的决策支持、环保设施的治理、环境打算等。
六、应急响应（EmergencyResponse）
解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最正确的人员撤离线路、并配备相应的运输和保障设施的问题。
7、地学研究与应用（ApplicationinGeoScience）
地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都能够借助地理信息系统工具完成。
八、商业与市场（BusinessandMarketing）
商业设施的成立充分考虑其市场潜力。
例如大型商场的成立假设是不考虑其他商场的散布、待建区周围居民区的散布和人数，建成以后就可能无法达到预期的市场和效劳面。
有时乃至商场销售的品种和市场定位都必需与待建区的人口结构（年龄组成、性别组成、文化水平）、消费水平等结合起来考虑。
地理信息系统的空间分析和数据库功能能够解决这些问题。
房地产开发和销售进程中也能够利用GIS功能进行决策和分析。
九、基础设施治理（FacilitiesManagement）
城市的地上地下基础设施（电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、电力设施等）普遍散布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特点的。
它们的治理、统计、汇总都能够借助GIS完成，而且能够大大提高工作效率。
10、选址分析（SiteSelectingAnalysis）
依照区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特点、环境阻碍等因素，在区域范围内选择最正确位置，是GIS的一个典型应用领域，充分表现了GIS的空间分析功能。
1一、网络分析（NetworkSystemAnalysis）
成立交通网络、地下管线网络等的运算机模型，研究交通流量、进行交通规那么、处置地下管线突发事件（爆管、断路）等应急处置。
警务和医疗救护的途径优选、车辆导航等也是GIS网络分析应用的实例。
1二、可视化应用（VisualizationApplication）
以数字地形模型为基础，成立城市、区域、或大型建筑工程、闻名风光名胜区的三维可视化模型，实现多角度阅读，可普遍应用于宣传、城市和区域打算、大型工程治理和仿真、旅行等领域。
13、散布式地理信息应用（DistributedGeographicInformationApplication）
随着网络和Internet技术的进展，运行于Intranet或Internet环境下的地理信息系统应用类型，其目标是实现地理信息的散布式存储和信息共享，和远程空间导航等。
六、常常利用软件
GIS基础软件平台的代表性产品：
国外的有ESRI公司的ArcGIS（包括ArcInfo和ArcViewGIS等），Intergraph公司的GeoMedia,MapInfo公司的MapInfo,ClarkLab的Idrisi等；国产GIS软件平台有超图公司的SuperMap，中地公司的MapGIS和吉奥公司的GeoStar等。
下面重点介绍一下MapGIS和ArcGIS:
一、MapGIS
MapGIS是武汉中地数码科技开发的，新一代面向网络超大型散布式地理信息系统基础软件平台。
MAPGIS除包括CAD的所有功能外，还具有如下功能：
（1）海量无缝图库治理
①图库操作：
提供成立图库、修改、删除及图库漫游等一系列操作。
②图幅操作：
提供图幅输入、显示、修改、删除等功能，用户可随时挪用、存取、显示、查询任一图幅。
③图幅剪取：
用户任意构造剪取框，系统自动剪取框内的各幅图件，并生成新图件。
④小比例尺图库及非矩形图幅建库治理：
提供图幅拼接、建库及跨带拼接等功能。
⑤图幅配准：
提供平移变换，比例变换，旋转变换和操纵点变换。
⑥
图幅接边：
可对图幅帧进行分幅、合幅并进行图幅的自动、半自动及手动接边操作，自动清除接合误差。
⑦图幅提取：
对分层、分类寄放的图形数据，依照不同的层号或类别，依照用户相应的图幅信息，归并生成新的图件。
（2）高性能的空间数据库治理
①客户机/效劳器结构：
利用空间数据库引擎在标准关系数据库环境中实现了客户机/效劳器结构，许诺多用户同时访问，支持多硬件网络效劳器平台，支持超大型关系数据库治理空间和属性数据，支持散布式级效劳器网络体系结构。
②动态外挂数据库的联接：
可实现一图对多库，多图对一库应用要求。
③多媒体属性库治理：
可将图像、录像、文字、声音等多媒体数据作为图元的属性寄放，以适应各类应用需要。
④开放式系统标准：
支持运用TCP/IP协议的LAN和WAN环境的访问，支持NUIX和PC平台混合配置。
⑤完善的平安机制：
保证用户对数据库的访问权限，在单个图元记录及空间范围层面上支持共享和独占的锁定机制。
（3）完备的空间分析工具
①空间叠加分析：
提供区对区叠加分析、线对区叠加分析、点对区叠加分析、区对点叠加分析、点对线叠加分析、BUFFER分析等。
②属性数据分析：
单属性累计频率直方图和分类统计，双属性累计直方图，累计频率直方图和四那么运算等操作。
③地表模型和地形分析：
能进行坡度，坡向分析，分水岭分析，流域分析，土方填挖计算，地表长度计算，剖面图制作及依照地形提取水系，自动确信山脊线，等高线等。
④网格化功能：
对离散的，随机采样的高程数据点进行网格化，对规那么网高程数据加密内插处置。
⑤
TIN模型分析：
可对平面任意域内离散点构建三角网，并提供三角网的约束边界，特点约束线优化处置。
⑥三维绘制功能：
可对Grid，Tin模型数据完成三维光照绘制，实现三维景观的多角度实时观看，三维地表模型模拟飞行功能，并提供三维彩色立体图绘制功能。
（4）有效的网络分析功能
①最短途径求解：
指定假设干地址，求顺序通过这些地址的最短途径。
②游历方案求解：
求取遍历网线集合或结点集合的最正确方案。
③上下游追踪：
查找网络中与某一地址联系的上游部份或下游部份。
④最正确途径：
任意指定网线和结点处的权值，求取权值最小的途径。
⑤空间定位：
为用户打算各类效劳设置的最正确位置。
⑥资源分派：
模拟资源在网络中的流动，求取最正确的分派方案。
⑦关阀搜索：
由用户指定爆管处，求取所有需关的阀门。
（5）多源图像分析与处置
①图像变换。
②多波段遥感图像处置。
③正态散布统计，多元统计。
④图像配准镶嵌，图像与图形迭合配准。
2、ArcGIS
1981年10月到1982年6月的9个月里，Esri开发出了ARC/INFO，这是世界上第一个现代意义上的GIS软件，第一个商品化的GIS软件。
1986年，PCARC/INFO的显现是Esri软件进展史上的又一个里程碑，它是为基于PC的GIS工作站设计的。
1992年，Esri推出了ArcView软件，它令人们用更少的投资就能够够够取得一套简单易用的桌面制图工具。
在二十世纪九十年代中期，Esri公司的产品线继续增加，推出了基于WindowsNT的ArcInfo产品，为用户的GIS和制图需求提供多样的选择。
Esri公司也活着界GIS市场中占据了领先地位。
1999年，发布ArcInfo8，同时也推出了ArcIMS，这是那时第一个只要运用简单的阅读器界面，就能够够够将本地数据和Internet网上的数据结合起来的GIS软件。
2004年4月，Esri推出了新一代9版本ArcGIS软件，为构建完善的GIS系统，提供了一套完整的软件产品。
2020年，Esri推出ArcGIS10。
这是全世界首款支持云架构的GIS平台，在时期实现了GIS由共享向协同的飞跃；同时ArcGIS10具有了真正的3D建模、编辑和分析能力，并实现了由三维空间向四维时空的飞跃；真正的遥感与GIS一体化让RS（遥感）+GIS价值凸显。
完整的ArcGIS系统包括桌面GIS、效劳端GIS、嵌入式GIS、移动GIS、Geodatabase模型结构。
利用GIS信息进行编辑，设计的GIS应用来讲，桌面GIS占有主导地位，那个地址只对桌面GIS中常常利用应用程序进行介绍。
ArcGISDesktop（桌面GIS）由三个用户桌面组件组成，即：
ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox。
（1）ArcMap
ArcMap是一个可用于数据输入、编辑、查询、分析等等功能的应用程序，具有基于地图的所有功能，实现如地图制图、地图编辑、地图分析等功能。
ArcMap包括一个复杂的专业制图和编辑系统，它既是一个面向对象的编辑器，又是一个数据表生成器。
ArcMap提供两种类型的地图视图：
数据视图和布局视图。
在数据视图中，用户能够对地理图层进行符号化显示、分析和编辑GIS数据集。
数据视图时任何一个数据集在选定的一个区域内的显示窗口。
在布局视图中，用户能够处置地图的页面，包括地理数据视图和其他数据元素，比如图例、比例尺、指北针等。
（2）ArcToobox
ArcToolbox提供了极为丰硕的地学数据处置工具。
利用ArcToolbox中的工具，能够在GIS数据库中成立并集成多种数据格式，进行高级GIS分析，处置等。
例如利用ArcToolbox能够将所有常常利用的空间数据格式与Arclnfo的Coverage，Grids，TIN进行彼此转换。
另外在ArcToolbox中可进行拓扑处置，能够归并、剪贴、分割图幅，和利用各类高级的空间分析工具等。
以下是工具集的简要介绍：
①3D分析工具（3DAnalystTools）：
利用3D分析工具能够创建和修改TIN和三维表面，并从中抽象出相关信息和属性。
创建表面和三维数据能够帮忙看清二维形态中并非明确的信息。
②分析工具（AnalysisTools）：
关于所有类型的矢量数据，分析工具提供了一整套的方式，来运行多种地理处置框架。
要紧实现有联合，剪裁，相交，判别，拆分；缓冲区，近邻，点距离，频度，加和统计等。
③制图工具（CartographyTools）：
制图工具与ArcGIS中其他大多数工具有着明显的目的性不同，它是依照特定的制图标准来设计的，包括了三种掩膜工具。
④转换工具（ConversionTools）：
包括了一系列不同数据格式的转换工具，要紧有栅格数据，shapefile，Coverage，table，dBase，数字高程模型，和CAD到空间数据库（Geodatabase）的转换等。
⑤空间统计工具（SpatialStatisticsTools）：
空间统计工具包括了分析地理要素散布状态的一系列统计工具，这些工具能够实现多种适用于地理数据的统计分析。
⑥数据治理工具（DataManagementTools）：
提供了丰硕且种类繁多的工具用来治理和爱惜要素类，数据集，数据层和栅格数据结构。
⑦地理编码工具（GeocodingTools）：
地理编码又叫地址匹配，是一个成立地理位置坐标与给定地址一致性的进程。
利用该工具能够给各个地理要素进行编码操作，成立索引等。
⑧地统计分析工具（GeostatisticalAnalystTools）：
地统计分析工具提供了普遍全面的工具，用它能够创建一个持续表面或地图，用于可视化及分析，而且能够更清楚了解空间现象。
⑨线性要素工具（LinearReferencingTools）：
生成和爱惜实现由线状Coverage到途径的转换，由途径事件属性表到地理要素类的转换等。
⑩空间分析工具（SpatialAnalystTools）：
空间分析工具提供了很丰硕的工具来实现基于栅格的分析。
在GIS三大数据类型中，栅格数据结构提供了用于空间分析最全面的模型环境。
（3）ArcCatalog
ArcCatalog是ArcGISDesktop中最常常利用的应用程序之一，它是地理数据的资源治理器，用户通过ArcCatalog来组织、治理和创建GIS数据。
七、GIS的进展前景
由于地理信息系统是一项面向21世纪信息时期，关系国家综合竞争力的高新技术，因此地理信息系统及其产业化的进展日趋受到各国的普遍关注。
以美国为例，约85%的联邦机构和地址政府机构利用地理信息系统。
自20世纪90年代以来全世界地理信息系统产业以每一年15%-40%的速度增加。
专门是在今世全世界协作的信息时期，85%以上的决策数据与空间位置相关，而GIS能够帮忙人们将电子表格和数据库中无法看到的数据之间的模式和进展趋势以图形的形式清楚直观地表现出来，进行空间可视化分析，实现数据可视化、地理分析与主流应用的有机集成，从而知足决策多维性的需求。
GIS的要紧进展方向有以下几个方面：
一、GIS与Internet/Intranet的结合与应用
Internet改变了咱们的世界。
当前，Internet/Intranet正以惊人的速度膨胀和进展，Internet己不单单是一种单纯的技术手腕，它己演变成为一种经济方式----网络经济。
现代人们的生活当中己离不开Internet。
大量的应用正由传统的C/S方式（客户机/效劳器）向B/S方式（阅读器/效劳器）转移，GIS技术也是如此。
GIS技术和Internet技术的融合，形成一种新的技术，咱们称之为WebGIS。
和传统的基于C/S的相较，WebGIS有如下优势：
（1）更普遍的访问范围。
客户能够同时访问多个位于不同地址的效劳器上的最新数据，Internet/Intranet所特有的优势大大方便了GIS的数据治理，使散布式的多数据源的数据治理和合成更易于实现。
（2）平台独立性不管效劳器/客户机是何种机械。
不管WebGIS效劳器端利用何种软件，由于利用了通用的Web阅读器，用户就能够够够透明地访问WebGIS数据，在本机或某个效劳器上进行散布式部件的动态组合和空间数据的协同处置与分析，实现远程异构数据的共享。
（3）降低系统本钱。
一般GIS在每一个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件，而用户利用的常常只是一些最大体的功能，这事实上造成了极大的浪费。
WebGIS在客户端通常只需利用Web阅读器（有时还要加一些插件），其软件本钱与全套专业GIS相较明显
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