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地理信息系统

邬伦   

  1. 北京大学城市与环境学系 北京 100871
  • 出版日期:1999-06-15 发布日期:1999-06-15

Geographical Information System

Wu Lun   

  • Online:1999-06-15 Published:1999-06-15

摘要: 摘要:本文简要介绍地理信息系统有关名词与概念。
地理信息系统(Geographical Information System),简称GIS。1965年由美国学者W.L.Garrison首先提出。在我国曾被称为资源与环境信息系统(Natural Resources and Environment Information System)。还有一些类似的名称,但研究对象、研究方法基本上是一致的。地理信息系统是用于理论研究和方法探索的规范名词,而其他名称则用于倾向应用目的的具体系统。
地理信息系统是六十年代开始迅速发展起来的地学新技术,是多种学科交叉的产物。他是以地理空间数据库为基础,采用地理模型分析方法,适时提供多种空间的和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统,具有以下三个方面的特征:
①具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力,具有空间性和动态性;
②以地学研究和空间决策为目的,以空间模型方法为手段,具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力,产生高层次的空间信息;
③由计算机系统支持进行空间地理数据管理,并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法,作用于空间数据,产生有用信息,完成人类难以完成的任务。计算机软、硬件技术的支持使GIS得以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。
地理信息系统按其内容可以分为三大类:
1.专题地理信息系统:是具有有限目标和专业特点的地理信息系统,为特定的专门目的服务,如森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统等。
2.区域地理信息系统:以区域综合研究和全面的信息服务为目标,可以有不同规模的、按自然分区或行政分区的(如国家级、地区或省级、市级和县级)的区域地理信息系统。如加拿大国家信息系统、美国圣地亚哥县信息系统、我国黄河流域信息系统,浙江新登镇地理信息系统等。许多实际的地理信息系统(或称应用地理信息系统)是介于上述二者之间的区域性专题信息系统,如北京市水土流失信息系统、海南岛土地评价信息系统、深圳市国土规划地理信息系统等。
3.地理信息系统工具或地理信息系统外壳(GIS TOOL):地理信息系统工具是一组具有图形图象数字化、存贮管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包,又称地理信息系统基础软件或开发平台。由于地理信息系统软件开发技术层次高、工作量大,重复编制复杂的底层基础软件浪费巨大。因此,采用地理信息系统工具作为开发平台,加入与具体任务有关的空间数据,并进行二次开发,形成所需的业务应用软件,是建立应用地理信息系统的捷径。在通用的地理信息系统工具支持下建立实用信息系统,可以节省软件开发的人力物力财力,缩短系统建立周期,提高系统技术水平,使地理信息系统技术易于推广,也使广大地学工作者能把更多的精力投入高层次的应用模型开发上,这种工作方法正普遍地被接受。目前GIS商品软件大多即为地理信息系统工具。在国际上,GIS商品软件已形成产业。在我国,由国家“九五”重中之重科技攻关项目支持,北京大学的CITYSTAR(城市之星)、中国地质大学的NAPGIS、武汉测绘科技大学的GEOSTAR等GIS基础软件产品已初具商品化规模。
完整的GIS主要由四个部分构成,即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系统。地理空间数据库反映了GIS的地理内容,而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。
1.计算机硬件系统
一般包括四个部分:
①计算机主机及网络设备;
②数据输入设备:如图形数字化仪、图象扫描仪、键盘、通讯端口等;
③数据存贮设备:软盘、硬盘、磁带、光盘及相应的驱动设备;
④数据输出设备:图形/图象显示器、矢量/栅格绘图机、打印机等。
2.计算机软件系统
①计算机操作系统等;
②地理信息系统软件和其他支撑软件。
3.地理空间数据
地理空间数据是以地球空间位置为参照的有关自然、人文、社会和经济等有关方面的数据,是GIS所表达的现实世界通过模型抽象的实质内容。
4.系统开发、管理和使用人员
人是GIS中的重要构成因素。GIS不同于一幅地图,而是一个动态的信息模型。需要人来进行系统组织管理、维护更新、扩充完善、应用开发,并灵活采用空间分析模型提取有关信息为研究与决策服务。
地理信息系统的外观表现为计算机软硬件系统,其内涵却是由计算机程序和地理数据组织而成的空间信息模型:一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统,从视觉、计量和逻辑上对地理系统从功能上进行模拟,信息的流动以及信息流动的结果,完全由程序的运行和数据的变换来仿真,人们可以在GIS支持下提取地理系统的各不同侧面、不同层次的空间和时间特征,也可以快速地模拟空间过程的演变或思维过程的结果,取得空间预测或“实验”的结果,选择优化方案,尽可能避免错误的决策带来的损失。
地理信息系统将定量分析与空间思维融于一体,被喻为新一代描述世界的语言与分析的工具,在资源调查、区域管理,城市建设、环境保护、农业区划、国土规划、灾害防治、交通规划、商业发展、军事国防等众多领域得到广泛应用。特别是在相关技术发展与促进下,如与遥感、GPS、VR(虚拟现实)、网络等技术的结合,以及“数字地球(Digital Earth)”观点的提出,GIS将得以全方位发展与深入应用。