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1、第1章 绪论第2章 GIS的研究概述2.1GIS基本概念2.1.1GIS定义上个世纪60年代初，加拿大联邦政府与省级政府基于明确国土资源总量及其发展形势需要，对土地的发展趋势进行评估，实行国土资源普查,由此产生了最原始的地理信息系统。地理信息系统的的简称是GIS，信息系统的另一类形式，主要指示地球表层空间的地理状况以及事物的地理空间信息和资料。也就是说，地理信息系统的作用在于地理空间信息的整合与加工，从中提炼出需要的地理空间资料以及知识的体系。GIS领域里，部分研究者的观点更加靠近地理信息系统定义中指出的地理空间信息加工的部分重要性能，例如，地理空间信息的采样、储存、显示、处理、掌管剖析以及建
2、立模型等等。实际上在GIS的定义中需要明确的对多方面进行介绍，其中包括了数据分析功能以及目的意义等。本文更倾向于如下定义：地理信息系统是一个人机系统，它需要计算机的辅助，在计算机的辅助下来收集、分析和处理地理空间数据信息，并且可以研究的环境空间进行管理、规划等14。地理信息系统是由多个成分组成的，其中包括了硬件、计算机软件和研究方法等，通过地理信息系统可以对地理空间数据进行采集、分析、管理等，除此之外还能够针对繁琐的规划布局问题提出合理的解决方案。地理信息系统具有很高的重要性，并且在不同的方面有着不同的侧重点15：从技术角度出发，GIS使用了计算机软硬件，在计算机软硬件的辅助下对空间数据进行管
3、理、分析和显示。系统读取的数据是与地理空间有关系的信息，数据管理是对数据进行采集、存储和处理；数据分析是对系统采集的空间数据进行一定的整合和分析；数据显示是在人机界面上显示用户可以清晰观看的数据统计结果。从学科角度出发，GIS作为一个研究性学科是最近几年才兴起来的，它综合了多方面的知识，严格来讲是一种空间信息科学；它囊括了地理学、测绘学、统计学等多种学科的知识，以这些为依托进行研究，并且借助了计算机硬件和软件技术、航天技术、遥感技术和人工智能与专家系统技术等，它以计算机技术为中心，使用了数据库、可视化处理技术等，通过这些对地理空间信息数据进行分析，并且利用建模技术来实现整体功能。 从应用角度出
4、发，GIS的出现是为了实地应用的信息性技术，GIS可以应用在各行各业，并且在实际应用中起到了非常重要的作用。在GIS的应用过程中产生了许多新型的地理信息系统，如城市地理信息系统、政府地理信息系统、土地资源信息系统等。这些系统均是基于GIS的，他们使用的基本方法都是类似的，只是他们应用的领域有所不同。随着科技的发展，网络开始深入到了人们的生活，随之形成了GIS在网络空间数据中的应用。从发展角度出发，GIS是为了生活应用而出现的，开始时作为技术在生活中应用，在之后的发展中演变为一门交叉性边缘科学。GIS也是在不断的发展的，随着GIS的发展，GIS的含义也在发生这变化。在开始时，GIS主要是对地理空
5、间数据的获取、分析和管理，后来慢慢的专注于数据库通信平台。现在主要是在互联网和分布式网络环境中的应用，把各方面数据存储起来，方便人们共享和使用。GIS研究的对象是地理空间数据；研究内容包括基础理论、技术系统及应用方法，三方面互相联系，相互促进。2.1.2 GIS发展阶段 GIS的发展经历了不同的阶段，其中计算机的出现对GIS的发展意义重大，通过计算机可以对空间数据进行方便的获取，人们可以方便的对数据进行搜集、存储和管理，并且可以通过计算机对数据进行快速的分析处理，能够为用户提供可视化界面和决策。在这样的情况下，地理信息系统应运而生。通过对地理信息系统的研究，对其发展阶段进行分析，其发展阶段可以
6、分为以下几个阶段16：（1）20世纪50年代为萌芽阶段。在该阶段计算机逐渐发展起来，人们开始在各行各业使用计算机，通过计算机来对地理、测绘数据进行搜集统计，并且利用计算机对数据进行存储和分析，进而可以方便的做出明确的决断，为人们提供使用的信息。在五十年代中期，奥地利使用计算机创建了地籍数据库，将其用到了测绘工作，收到了很好的反馈，后来其他国家也开始使用效仿奥地利使用地籍数据库，发展了土地信息系统。（2）20世纪60年代为发展阶段。在1963年，“地理信息系统”被作为一个概念被提出，是由加拿大测量学家R.F.Tomlinson提出的，同时搭建了地理信息系统，该系统在功能方面相对完善，是世界上第一
7、个实用型的地理信息系统。这一时期的地理信息系统表现为：具有强大的制图功能，但是对地学数据的分形功能相对简化；能够数字化分析地理空间信息，并且可以对地图数据进行拓扑编辑；创建了格网单元的操作方法，发展了许多面向格网的系统。六十年代后期，世界上许多国家都开始发展地理信息系统，并且得到了较快的发展。（3）20世纪70年代为巩固阶段。在该阶段，计算机得到了较快的发展，这极大的促进了地理信息系统的发展，通过计算机可以对海量数据进行存储和读取，为空间数据的录入、存取、检索和输出等提供了强有力的手段，西方欧美发达国家通过先进可以在各方面对其进行研究，建立了许多不同专题、不同规模和不同类型的地理信息系统。其中
8、包括了美国地质调查局发展的GIRAS、日本国土地理院建立的数字国土信息系统、瑞典则在中央和区域建立多个地理信息系统等。在这一阶段还极大的发展了地图数字化输入技术，利用人际交互方式来对数据进行输入和处理，极大的方便了人们的工作，是人们可以通过扫描来快速的进行数据读取等。（4）20世纪80年代为推广应用阶段。在该阶段，计算机科技技术逐渐成熟，地理信息系统获得了较快的发展。期间人们开发了大量的实用型软件，通过软件来辅助人们的工作，地理信息系统开始应用到多个领域。由于地理信息系统应用广泛，多数国家都开始对地理信息系统进行大量的应用，甚至将其作为一些部门的必备工具，在日常生活中对其进行使用。如美国的国家
9、地理信息与分析中心（NCGIA）；英国的地理信息协会。此外，80年代的中后期，GIS软件的开发和研制也取得了很大的成就，国际市场上出现了一批有代表性的GIS软件，如ARC/INFO,MGE,GENAMP,SYSTEM等。 （5）20世纪90年代为普及和用户时代。计算机在全世界范围的迅速普及，使得一些基于WINDOWS和WINDOWS NT的桌面GIS软件以其界面友好、易学好用的独特风格得到了很好的应用。同时，互联网的发展，为地理信息系统在互联网上运行提供了必要的技术条件，一批基于万维网的典型GIS软件，将GIS带入了用户时代。 地理信息系统应用非常广泛，并且应用的潜力非常之大，不过它也有一定的
10、缺陷，它在某些方面应用非常成熟，比如：地图制图、数据发行、自然资源管理评价、地籍管理、城市区域规划等领域，但是在电子商务、交通管理等方面发展不够成熟，因为这些领域刚刚开始发展，很多方面还不够成熟。地理信息系统正在深入到人们生活的每一个角落，人们也在逐渐提高对他的关注度，地理信息系统未来将会成为人们生活的基本服务系统。2.1.3 GIS未来的发展趋势 90年代以来，计算机技术的迅速发展，使GIS技术得到更深入、广泛的应用。目前市场上较为主流的几种GIS软件主要有17：ESRI公司的Arc/Info for NT、Arc GIS、MapObjects等，ESRI公司从20世纪70年代末开始开发商业
11、软件，ArcGIS是其核心集中的软件产品，其提供了一种Avenue的脚本语言作为开发语言和开发环境；Intergraph公司的GeoMedia、GeoMedia Web Server等，GeoMedia是其主要的GIS产品，提供了OCX控件，可用VB, VC, PB, Delphi开发，可用控件实现系统的所有功能，该产品为桌面和网络服务器市场服务；AutoDesk公司的AutoCAD Map、AutoDesk MapGuider等，其中AutoCAD Map的开发接口有：AutoLisp、VB、C+、ADS和ActiveX等，AutoDesk被认为是成功的计算机辅助设计公司，但目前其业务已经转
12、向GIS领域；Maplnfo公司的MapInfo Professional、MapBasic、Mapx等，其可以通过OLE Automation的方式开发或通过MapBasic进行二次开发，MapX提供了OCX控件，也可用VB、VC、PB、Delphi开发；国内武汉中地公司的MAPGIS，其提供了二次开发的函数库，可以用VB、VC、Delphi进行二次开发，是我国开发的具有自主产权的地理信息基础软件。 目前GIS总体上呈网络化、开放性、集成化和空间多维性的发展趋势。主要表现在以下几个方面15,16： （1）空间数据一体化 随着GIS理论和技术方法的推广，特别是RS、GPS和GIS的结合，使得矢
13、量和格栅模型走向一体化，即在格栅模型的基础上加入矢量模型，实现三维地理信息系统格栅与矢量的统一。 （2）平台网络化 GIS的网络化有利于充分利用计算机资源、增强协同处理业务的能力、进行业务监控、方便查询和统计。GIS引入互联网(Internet)使GIS可实现网上发布、浏览、下载，实现基于Web的GIS查询和分析，如政府办公信息系统中实现面向公众的信息发布，有利于实现信息的共享和传输。 （3）开发组件化 组件化GIS是基于标准的组件式GIS平台，各组件之间不仅可以灵活、自由的重组，而且具有可视化的界面和方便的标准接口。组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一，基于组件技术进行开发是软件开发
14、的一次革命，组件式GIS代表着当今GIS发展的潮流。 （4）系统开发专业化 由于不同的专业对GIS的使用需要有大量不同的专业化命令，如果采用通用化的GIS平台，势必要进行二次开发。此外，由于通用平台数据模型和数据结构的限制，使得二次开发的软件系统可能满足不了专业化的需求，所以地理信息系统的开发将逐步走向专业化。 （5）应用社会化 GIS的设计是一个复杂的系统工程，为了设计出一个实用化的GIS，不仅需要强大的计算机硬件和软件系统的支持，而且需要设计专门的数据模型、数据结构以及各种数据处理方法。应用社会化意味着GIS的应用范围将随着上述技术的发展不断拓宽，最终走入干家万户。 2.2GIS国内外研究
15、现状 地理信息系统（GIS）在十九世纪七十年代得到了蓬勃的发展。最新成果重点电子，光学，计算机，通信和地球科学，生物学，在地球系统科学，资源与环境科学和农业，林业，地质，水文的主要领域，城市与区域发展，海洋，气象，测绘科学和国民经济中发挥着越来更大的作用，特别是地理信息系统，遥感（RS）、全球定位系统（GPS）（3S）地球科学有力的结合提供了一种新的研究方法，造成了一场现代科学技术革命的学习，通过强大的显示发布18。 GIS的发展速度代表者科学技术的进步水平，当前，世界各地正在加大对于GIS技术的开发利用速度以及应用深度。从世界大多数范围内来说，美国的信息化水平最高，信息产业的发展速度最快。美
16、国政府在城市信息资源领域投入了大量资金。其建立的地理信息系统是全球范围内最为完全的，并获得他们的空间信息系统持续改进的方法的信息，包括遥感卫星系统开发的新一代来检测飞机，地面，地球观测雷达。与美国相比，英国的地理信息系统数据的成本更加昂贵，占整个系统的60%70%的。例如，我们知道 1:62.5 百万的数字地图有着不低于 5 万英镑的售价；但由美国的地质调查局（英文简称是USGS）所制作的12百万的美国地图数据只有1000美元。一个更先进的是地形数据库建设形成的英国地形测量局，向社会提供的道路网络的中心线（奥斯卡），数字高程模型，边界线，矢量地图，地名数据。地理信息系统的主要发展方向的应用是当
17、务之急，运输，设施的规划和管理，地方政府运作服务和环境等。2.3 MAPGIS地理信息系统简介 MAPGIS 是武汉中地信息工程有限公司研制的具有自主版权的大型地理信息系统软件平台。该公司以中国地质大学作为技术基础，于上个世纪 80 年代初期进军GIS的领域，并于90年代初期研发出了国内首套彩色地图编辑出版软件MAPCAD，使彩色地图在输入输出等环节实现信息化操作；于1995年研发出引领国际的全汉字大型基础地理信息软件平台MAPGIS，作为当代先进的大型智能软件系统其性能涵盖图形、图形、地理、地质、测绘、人工智能以及计算机科学于一体。这一款系统包含了数字制图、数据库管理及空间分析等多种功能；在
18、现代化的建设中得到了广泛的应用，并且具有很大的实用价值。此外，MAPGIS 包括了MAPCAD 的全部基本制图功能，不仅可以制作具有出版精度的十分复杂的地形图和地质图，而且还能对图形数据与各种专业数据进行一体化管理和空间分析查询。MAPGIS 地理信息系统可以在多个方面使用，主要的有地质、矿产、地质勘察、测绘、电信、交通、水利、石油、煤炭、环境、土地管理、房地产、城建、城市规划等领域，该系统对社会建设意义重大，已经在多方面得到了应用，通过该系统完成的有：城市综合管网系统、地籍管理系统、土地利用数据库管理系统、城市规划系统、供水管网系统、煤气管道系统、电力配网系统、通信管网及自动配线系统、环保与监测系统、警用电子地图系统、GPS 导航监控系统、作战指挥系统、旅游系统等应用系统的开发。5