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”或“资源与环境信息系统”。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、显示和描述的技术系统。

基本概念

地理信息系统分类

延伸资料

中国发展情况

国内外专家的不同定义

高考报名GIS注意事项

发展背景

使用技术(信息来源 资料展现 资料撷取 资料操作 GIS空间分析 地理信息系统工程)

GIS的发展趋势(趋于综合性发展 开放式GIS 产业化发展 向组件式发展)

地理信息系统软件的生产者及其主要产品

地理信息系统空间分析的基该方法(空间基本分析 空间模拟分析)

地理信息系统空间分析的发展趋势(由空间分析向时空分析领域拓展 时空分析的有效模型 与时空分析模型高度融合)

特点(GIS的操作对象是空间数据 GIS的技术优势在于它的空间分析能力 GIS与地理学、测绘学联系紧密)

基本功能(（1）数据的采集、检验与编辑 （2）数据转换与处理)

组成(空间数据 系统硬件 系统软件)

主要地理信息系统软件

应用(用于全球环境变化动态监测 用于自然资源调查与管理)

发展

作用

地理信息系统与相关学科

GIS与CAD、CAM

地理信息系统与智慧地球

开设地理信息系统专业的大学(中国开设GIS的大学 美国大学GIS专业排名)

基本概念

地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。

地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念：1、GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。

2、GIS的操作对象是空间数据和属性数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量的描述、这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。

3、GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。4、 GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用，可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展。地理学是GIS的理论依托。

有的学者断言，“地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。如果说GIS的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙，那么，信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门，必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。GIS被誉为地学的第三代语言——用数字形式来描述空间实体。

地理信息系统分类

GIS按研究的范围大小可分为全球性的、区域性的和局部性的；按研究内容的不同可分为综合性的与专题性的。同级的各种专业应用系统集中起来，可以构成相应地域同级的区域综合系统。在规划、建立应用系统时应统一规划这两种系统的发展，以减小重复浪费，提高数据共享程度和实用性。

延伸资料

在配电自动化系统中地理信息系统（GIS）是一个重要内容：由于配电网节点多，设备分散，其运行管理工作常于地理位置有关，引入配电地理信息系统，可以更加直观的进行运行管理；其内容主要包括：设备管理（FM），是将变电站、馈线、变压器、开关、电杆等设备的技术数据反映在地理背景图上；用户信息系统（CIS），指借助GIS对大量用户信息，如用户名称、地址、帐号、电话、用电量和负荷、供电优先级、停电记录等进行处理，便于迅速判断故障的影响范围，而用电量和负荷的统计信息还可作为网络分析的依据；停电管理系统（OMS），是指接到停电投诉后，GIS通过调用CIS和SCADA功能，迅速查明故障地点和影响范围，选择合理的操作顺序和路径，显示处理过程中的进展，并自动将有关信息转给用户投诉电话应答系统；另外GIS还可具有辅助配电网发展规划设计功能等。

中国发展情况

中国地理信息系统的起步稍晚，但发展势头相当迅猛，大致可分为以下三个阶段。

第一是起步阶段。20世纪70年代初期，中国开始推广电子计算机在测量、制图和遥感领域中的应用。随着国际遥感技术的发展，中国在1974年开始引进美国地球资源卫星图像，开展了遥感图像处理和解译工作。1976年召开了第一次遥感技术规划会议，形成了遥感技术试验和应用蓬勃发展的新局面，先后开展了京津唐地区红外遥感试验。新疆哈密地区航空遥感试验、天津渤海湾地区的环境遥感研究、天津地区的农业土地资源遥感清查工作。长期以来，国家测绘局系统开展了一系列航空摄影测量和地形测图，为建立地理信息系统数据库打下了坚实的基础。解析和数字测图、机助制图、数字高程模型的研究和使用也同步进行。1977年诞生了第一张由计算机输出的全要素地图。1978年，国家计委在黄山召开了全国第一届数据库学术讨论会。所有这些为GIS的研制和应用作了技术上的准备。第二是试验阶段。进入80年代之后，中国执行“六五”、“七五”计划，国民经济全面发展，很快对“信息革命”作出热烈响应。在大力开展遥感应用的同时，GIS也全面进入试验阶段。在典型试验中主要研究数据规范和标准、空间数据库建设、数据处理和分析算法及应用软件的开发等。以农业为对象，研究有关质量评价和动态分析预报的模式与软件，并用于水库淹没损失、水资源估算、土地资源清查、环境质量评价与人口趋势分析等多项专题的试验研究。在专题试验和应用方面，在全国大地测量和数字地面模型建立的基础上，建成了全国1：100万地留数据库系统和全国土地信息系统、1：4见万全国资源和环境信息系统及1：250万水土保持信息系统，并开展了黄土高原信息系统以及洪水灾情预报与分析系统等专题研究试验。用于辅助城市规划的各种小型信息系统在城市建设和规划部门也获得了认可。

在学术交流和人才培养方面得到很大发展。在国内召开了多次关于GIS的国际学术讨论会。1985年，中国科学院建立了“资源与环境信息系统国家级重点开放实验室”，1988年和1990年武汉测绘科技大学先后建立了“信息工程专业”和“测绘遥感信息工程国家级重点开放实验室”。中国许多大学中开设了rs方面的课程和不同层次的讲习班，已培养出了一大批从事GIS研究与应用的博士和硕土。第三是GIS全面发展阶段。80年代末到90年代以来，中国的GIS随着社会主义市场经济的发展走上了全面发展阶段。国家测绘局正在全国范围内建立数字化测绘信息产业。1：100万地图数据库已公开发售，卫：25万地图数据库也已完成建库，并开始了全国1：10万地图数据库生产与建库工作，各省测绘局正在抓紧建立省级1：1万基础地理信息系统。数字摄影测量和遥感应用从典型试验逐步走向运行系统，这样就可保证向GIS源源不断地提供地形和专题信息。进入90年代以来，沿海、沿江经济开发区的发展，土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，有力地促进了城市地理信息系统的发展。用于城市规划、土地管理、交通、电力及各种基础设施管理的城市信息系统在中国许多城市相继建立。

在基础研究和软件开发方面，科技部在“九五”科技攻关计划中，将“遥感、地理信息系统和全球定位系统的综合应用”列入国家“九五”重中之重科技攻关项目，在该项目中投入相当大的研究经费支持武汉测绘科技大学、北京大学、中国地质大学、中国林业科学研究院和中国科学院地理研究所等单位开发中国自主版权的地理信息系统基础软件。经过几年的努力，中国GIS基础软件与国外的差距迅速缩小，涌现出若干能参与市场竞争的地理信息系统软件，如GeoStar， MapGIS，CityStar， ViewGIS等。在遥感方面，在该项目的支持下，已建立全国基于IK4遥感影像土地分类结果的土地动态监测信息系统。国家这一重大项目的实施，有力地促进了中国遥感和地理信息系统的发展.

国内外专家的不同定义

（国外一些地理信息系统的定义摘自David J.Maguire,1991）。

1、DoE(1987:132)

a system for capturing storing checking,manipulating analysing and displaying data which are spatially referenced the Earth.

2、Aronoff(1989:39)

any manual or computer based set of procedures used to store and manipulate geographically referenced data.

3、Carter(1989:3)

an institutional entiry,reflecting an organizational structure that integrates technology with a database,expertise and continuing,financial support over time.

4、Parker(1988:1547)

an information technology which stores,analyses,and displays both spatioal and non-spatial data.

5、Dueker(1979:106)

a special case of information systems where the database consists of observations on spatioally distributed features,activities,or events,which are definable in space as points,lines,or areas. A GIS manipulates data about these points,lines,and areas to retrieve data for ad hoc queries and analysis.

6、Smith et al.(1987:13)

a database system in which most of the data are spatially indexed,and upon which a set of procedures operated in order to answer queries about spatiol entities in the database.

7、Ozemoy,Smith and Sicherman(1981:92)

an automated set of functions that provides professionals with advanced capabilities for the storge,retrieval,manipulation,and display of geographically located data.

8、Burrough(1986:6)

a powerful set of tools for collecting,storing,retrieving at will,transforming and displaying spatial data from the real world.

9、Cowen(1988:1544)

a decision support system involving the integration of spatially referenced datain a problem-soling environment.

10、Koshkariov,Tikunov and Trofimov(1989:256)

a system with advanced geo-modelling capabilites.

11、Devine and Field(1986:18)

a form of MIS[Management Informaion System]that allows map display of the general information.

12、陈述彭等（1999，《地理信息系统导论》）：

由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。

高考报名GIS注意事项

目前开设地理信息系统专业的院校很多，但是高考报名时注意，分为理科的地图学与地理信息系统，属于地理学，侧重于地理学应用理论研究；工科为地图制图学与地理信息工程，属于测绘学，侧重于测量。两者并无本质区别，报考的时根据自身喜好，工科一般开设于理工科院校，理科则一般为综合性大学或师范大学内。理科的话华东师范大学资源与环境科学学院的地理信息系统比较厉害，特别是制图方向。工科的话同济大学的测绘类的地理信息系统方向比较强，注重于数据的采集和处理，同时兼有测绘类、GIS类和土地类的相关知识的学习。

不同学校的地理信息系统专业偏向不同，武汉大学遥感学院的GIS专业偏重摄影测量遥感，资源环境学院的偏重制图与GIS工程，重点实验室的侧重于3S结合；同济大学的GIS侧重于测绘；北京大学的GIS侧重于工程项目；北京师范大学的GIS侧重于遥感应用与定量遥感；中山大学地理科学与规划学院注重城市规划方面的应用。

发展背景

35,000年前，在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木。这些早期记录符合了现代地理信息系统的二元素结构：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：科学方面或户口普查资料。20世纪初期世纪将图片分成层的“照片石印术”得以发展。直至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。

1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出“地理信息系统”这一概念，并建立了世界上第一个地理信息系统——“加拿大地理信息系统"，用于自然资源的管理与规划。

1965年，美国哈佛大学土地测量专业的一名学生J.Dangermond在其毕业论文中，设计了一个简单的GIS系统，并在毕业后于1969年成立了Esri公司，成为推动GIS发展的重要里程碑。

1967年世界第一个投入实际操作的GIS系统由联邦能量、矿产和资源部门在安大略省的渥太华开发出来。这个系统是由Roger Tomlinson开发的，被称为“Canadian GIS”（CGIS）。它被用来存储，分析以及处理所收集来的有关加拿大土地存货清单（CLI）数据。CLI通过在1:250，000的比例尺下绘制关于土壤，农业，休闲、野生生物、水鸟、林业，和土地利用等各种信息为加拿大农村测定土地能力，并增设了了等级分类因素来进行分析。

CGIS是世界的第一个“系统”， 并且在“绘图”应用上进行了改进，它具有覆盖，测量，资料数字化/扫描的功能，支持一个跨越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”，并且将属性和位置的信息分别存储在单独的文件中。它的开发者，地理学家Roger Tomlinson，被称为“GIS之父”。

CGIS一直持续到20世纪70年代才完成，但这花费了太长的一段时间，因此在它最初发展期，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。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1 种世代方法与对组织的属性数据的第2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。

使用技术

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，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，纬度和海拔的 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生产正在制作能够直接访问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，或是降雨量，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，实物被存储为... 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。矢量数据可以象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。

资料撷取

数据撷取——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。现在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，这包括关于表现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。

投影系统，坐标系统与转换

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）

GIS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[1]，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[2]。

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

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能够将反应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。地理实体音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。

地理信息系统工程

地理信息系统工程是应用系统原理和方法，针对特定的实际应用目的和要求，统筹设计、优化、建设、评价、维护实用GIS系统的全部过程和步骤的统称。

GIS工程具有一定的广泛性。它是系统原理和方法在GIS工程建设领域内的具体应用。它的基本原理是系统工程，即从系统的观点出发，立足于整体，统筹全局，又将系统分析和系统综合有机地结合起来，采用定量的或定性与定量相结合的方法，提供GIS工程的建设模式。同时，GIS工程在很大程度上是计算机软件系统，它在软件设计和实现上要遵循软件工程的原理，研究软件开发的方法和软件开发工具，争取以较少的代价获取用户满意的软件产品，支持GIS工程。

GIS工程又具有相对的针对性。GIS工程总是面向具体的应用而存在，它伴随着用户的背景、要求、能力、用途等诸多因素而发生变化。这一方法说明GIS具有很强的功用性，另一方面则要求从系统的高度抽象出符合一般GIS工程设计和建设的思路和模式，用以指导各种GIS工程建设。

GIS工程涵盖范围很广，它贯穿工程设计、优化、建设、评价、维护更新等全过程，并综合考虑人的因素、物的因素，使其整体统筹考虑的范畴，做到"物尽其用，人尽其能"，以最小的代价取得最佳的收益。

GIS工程涉及因素众多，概括起来可以分为硬件、软件、数据及人。硬件是构成GIS系统的物理基础；软件形成GIS系统的驱动模型；数据是GIS系统的血液；人则是活跃在GIS工程中的另一个十分重要的因素，人既是系统的提出者，又是系统的设计者、建设者，同时还是系统的使用者、维护者。如果人的作用发挥得好，可以增强系统的功能，增加系统的效益，为系统增值，反之会削弱系统应有的潜能。如果说硬件、软件、数据表现出某种层次关系的话，即软件构筑于硬件之上，数据赖以软件而存在，那么，人的作用就是嵌入在整个GIS工程领域之中。

GIS的发展趋势

趋于综合性发展

GIS、遥感（RS）和全球定位系统（GPS）3S集成技术的发展在世界各国引起了普遍重视。RS主要侧重于信息获取和动态监测；GIS主要是空间信息的管理、分析；GPS是空间定位、导航。GIS的综合性发展趋势还体现在与OA、Internet、多媒体、虚拟现实等技术的集成。

开放式GIS

GIS数据共享和交互式操作促进GIS社会化发展。开放式GIS协会（OGC）打破当前GIS业各地区、各单位、各企业各自为营的局面，促进GIS社会化发展。

产业化发展

GIS产业对象主要包括：硬件、软件、数据采集与数据转换、电子数据、遥感信息获取与处理、系统开发与集成、咨询与技术服务。

向组件式发展

采用面向对象技术开发组件式GIS是GIS软件发展的必然趋势，GIS软件的可配置性、可扩展性和开放性将更强，进行二次开发将更方便。

（5）WEB GIS

地理信息系统软件的生产者及其主要产品

1. 环境系统研究所（ESRI）：Arcinfo，ArcView，ArcGIS

2. Autodesk公司：AutoCAD Map

3. 得克萨斯Baylor大学 ：GRASS

4. 克拉克实验室 ：IDRISI

5.超图软件股份有限公司：SuperMap

6. 中地数码公司：MapGIS

7. 荷兰国际航空航天测量与地球科学学会：ILWIS

8. MapInfo公司 ：MapInfo

9. ThinkSpace公司 ：MFworks

10. Intergragh公司：MGE，GeoMedia

11. Bentley System公司：Microstation

12. PCI Geomatics：PAMAP

13. TYDAC公司：SPANS

14. Caliper公司：TransCAD，Maptitude

15. Northwood技术有限公司：Vertical Mapper

地理信息系统空间分析的基该方法

GIS空间分析的内涵极为丰富，包括空间查询、空间量测、叠置分析、缓冲区分析、网络分析、空间统计分类等多个方面。GIS 空间分析技术方法包括以下两大类：

空间基本分析

基于空间图形数据的分析计算，即基于图的分析。该分析功能与GIS 其他功能模块有紧密联系，技术发展也比较成熟。主要有空间信息量算、缓冲区分析、空间拓扑叠置分析、网络分析、复合分析、邻近分析及空间联结、空间统计分析等。

空间模拟分析

也称为专业型空间分析。该技术解决应用领域对空间数据处理与输出的特殊要求，空间实体和关系通过专业模型得到简化和抽象，而系统则通过模型进行分析操作。目前GIS 在该领域的研究相对落后，尚未形成一个统一的结构体系。

地理信息系统空间分析的发展趋势

GIS 技术的应用极大地促进了空间分析的需求和应用。GIS 应用的最高目标是空间决策支持，而空间决策支持的核心必然是空间分析。因此，基于GIS 的空间分析的发展方向为：

由空间分析向时空分析领域拓展

万事万物均处在一定的时空坐标系中，时间、空间和属性是地理实体的3 个基本特征，时空（Spatio-temporal）分析是指用于描绘随时间动态变化的空间物体和空间现象特征的一系列技术，其分析结果依赖于事件的时空分布。时空数据库模型的研究起步于20 世纪90 年代，由于时空数据库的复杂性，对它的研究目前仍处于理论阶段，尚无成熟的商品化软件平台问世，故建立在其上的时空分析进展缓慢。随着近期计算机技术和GIS 的飞速发展，作为客观现实世界抽象和表示的时空数据模型日渐成为人们关注的热点课题。

时空分析的有效模型

基于GIS 的空间分析和CI 的融合，将该领域拓展到计算科学、统计学、数学、物理学、神经系统科学、认知学、电子工程、计算地理学等领域，使得GIS 可以将这些学科的最新成果应用于空间决策支持。另外，CI 技术之间的相互结合更加拓展了空间分析的应用领域，如模糊逻辑与模糊神经网络相结合的模糊神经网络，神经网络与遗传算法和免疫算法相结合探询网络结构和权重优化等。将CI 技术与SDA 相结合，在GIS 环境下建立时空一体化的时空过程模拟分析引擎已成为SDA 的一项重要内容。

与时空分析模型高度融合

由于需求和描述对象的多样化，建模时需要考虑各种不同情况，集成多个动态模型，建立基于GIS 的统一时空分析构架（图1）。例如，对空间地理事件的对比和评价可以用传统的AHP 方法结合神经网络模型来综合评价；对空间地理事件的发展趋势如城市面积的发展演变可以通过事件驱动的仿真形式结合细胞自动机模型来描述；一些基于输入一输出的事件，例如时空经济分析等可以采用“黑箱”方法（如Neural Networks 模型）或基于CI 的混合方法等。同时，将对不同领域适用的空间分析模型组织整合到一个统一框架中，结合专家经验和先验知识，进行有效的组织、调度和通讯，使其从环境接受感知信息，进行协同工作，执行各种智能决策行为，这也正是目前智能体（agent）所要研究和解决的问题，最终目标是使G1S与时空分析模型成为高度融合的时空决策集成平台。

特点

GIS的操作对象是空间数据

空间数据包括地理数据、属性数据、几何数据、时间数据。GIS对空间数据的管理与操作，是GIS区别于其它信息系统的根本标志，也是技术难点之一。

GIS的技术优势在于它的空间分析能力

GIS独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形处理和表达、空间模拟和空间决策支持等，可产生常规方法难以获得的重要信息，这是GIS的重要贡献。

GIS与地理学、测绘学联系紧密

地理学是GIS的理论依托，为GIS提供有关空间分析的基本观点和方法。测绘学为GIS提供各种定位数据，其理论和算法可直接用于空间数据的变换和处理。

基本功能

（1）数据的采集、检验与编辑

数据的采集与编辑主要用于获取数据，保证GIS数据库中的数据在内容与空间上的完整性。

（2）数据转换与处理

其目的是保证数据在入库时在内容上的完整性， 逻辑上的一致性。方法主要有数据编辑与处理、错误修正；数据格式转化，包括：矢量、栅格转化，不同数据格式转化；数据比例转化，包括：平移、旋转、比例转换、纠正等；投影变换，主要是投影方式变换；数据概化，主要是平滑、特征集结；数据重构，主要是几何形态变换（拼接、截取、压缩、结构）；地理编码，主要有根据拓扑结构编码。

组成

空间数据

空间数据包括地理数据、属性数据、几何数据、时间数据。

系统硬件

单机模式由基本外设、处理 设备和输出设备构成，适用于小型GIS模式建设。局域网模式有专线连接，适用于部门或单位内部GIS建设。广域网模式由公共通讯连接，局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接，不适合专线连接。

系统软件

系统软件关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOS、Windows98/NT/2000/XP、UNIX等。基础软件包括数据库软件和图形平台。数据库软件用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。目前GIS软件中主要采用关系数据库管理属性数据。一个有发展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形和属性数据的联合管理。图形平台如AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMap GIS软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS软件

主要地理信息系统软件

国际主流GIS软件包括：ArcGIS（包括ArcGIS,MapObjects,ArcIMS、ArcSDE、ArcEngine、ArcServer等）　MapInfo　AutoCAD Map3d PrideMap　GeoMedia　MGE　SmallWorld　Grass　GeoServer　MapGuide　。

在由国家科技部遥感中心组织的2001年度国产GIS软件测评中，共有43个GIS软件参加了本年度的测评，其中21个软件在测评中表现优秀，在技术和市场上具有明显竞争力。这次测评表明，在大数据量空间分析、路径分析方面，国产GIS软件的算法较国外优秀软件更为合理，明显优于国外软件；在最短路径分析方面，国产软件的作和数字正射地图制作、工程图出版等方面，国产软件基本上占领了国内市场。

软件产品 　开发商

WalkGIS地理信息数据库管理平台 　浙江浙大万维科技有限公司

WalkGIS城市数据库管理系统 　浙江浙大万维科技有限公司

京洲移动地理信息系统　北京市京洲计算机有限公司

基础软件平台MapGIS6.1版 　武汉中地信息工程有限公司

MapGIS综合管线信息系统 　武汉中地信息工程有限公司

MapGIS地籍信息系统 　武汉中地信息工程有限公司

通用桌面GIS软件SuperMap Deskpro 　北京超图地理信息技术有限公司

超图WebGIS开发平台SuperMap IS 　北京超图地理信息技术有限公司

动态表单软件开发平台SuperForm 　北京超图地理信息技术有限公司

灵图嵌入式GIS 　北京灵图软件技术有限公司

灵图三维GIS 　北京灵图软件技术有限公司

灵图GPS专用GIS 　北京灵图软件技术有限公司

数据加工及转换平台EPSX2000 　北京清华山维新技术开发有限公司

空间房地产信息管理系统EPSEM 　北京清华山维新技术开发有限公司

世纪人传输之星CM Transfer 　深圳世纪人软件工程有限公司

电子地图辅助设计系统GISCAD 　深圳世纪人软件工程有限公司

地网GeoBeans4.0 　国家遥感应用工程技术研究中心

吉威数据加工平台GeoWay 　北京吉威数源软件开发有限公司

方正智绘专业版5.01 　方正数码有限公司

瑞得数字测图系统RDMS 　武汉瑞得信息工程有限公司

多媒体电子地图集成工具Atlas2000 　武汉大学资源与环境科学学院

奥发“识途”导航软件AFInternetGIS 　武汉奥发科技工程有限公司

数字方舟网络地理信息系统 　北京数字方舟信息技术有限公司

应用

用于全球环境变化动态监测

1．1987年联合国开始实施一项环境计划（UNEP），其中包括建立一个庞大的全球环境变化监测系统（GEMS）；

2．全球森林监测和森林生态变化有关项目（1990年对亚马逊地区原始森林的砍伐状况进行了调绘、1991年编制了全球热带雨林分布图）；

3．海岸线及海岸带资源与环境动态变化的监测；

4．全球性大气环流形势和海况预报等。

用于自然资源调查与管理

1．在资源调查中，提供区域多条件下的资源统计和数据快速再现，为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据；

2．可应用于不同层次和不同领域的资源调查与管理（例农业资源、林业资源、渔业资源）

用于监测、预测

1．借助于遥感（RS）和航测等数据，利用GIS对森林火灾、洪水灾情、环境污染等进行监视，例如，1998年长江流域发生特大洪水灾害期间，制作洪水淹没动态变化趋势影像图，为管理部门提供了有效的决策依据。

2．利用数字统计方法，通过定量分析进行预测。如加拿大金矿带的调查，分析不宜再行开采的存在储量危机的矿山，优选出新的开采矿区，并作出了综合预测图。

用于城市、区域规划和地籍管理

1．GIS技术能进行多要素的分析和管理，可以实施城市和区域的多目标开发和规划，包括总体规划、建设用地适宜性评价、环境质量评价、道路交通规划、公共设施配置等；

2．城市和区域规划研究（研究城市地理信息系统的标准化、城市与区域动态扩展过程中的数据实时获取、城市空间结构的真三维显示、数字城市等）；

3．地籍管理（土地调查、登记、统计、评价和使用）。

军事应用

1．反映战场地理环境的空间结构；完成态势图标绘、选择进攻路线、合理配置兵力、选择最佳瞄准点和打击核心、分析爆炸等级、范围、破坏程度、射击诸元等。

2．如海湾战争中，美国利用GIS模拟部队和车辆机动性、估算了化学武器扩散范围、模拟烟雾遮蔽战场的效果、提供水源探测所需点位、评定地形对武器性能的影响，为军事行动提供决策依据。

3．美国陆军测绘工程中心还在工作站上建立了GIS和RS的集成系统，及时地（不超过4小时）将反映战场现状的正射影像图叠加到数字地图上，数据直接送到前线指挥部和五角大楼，为军事决策提供24小时服务。

4．科索沃战争中，利用3S高度集成技术，使打击目标更精准有效。

用于辅助决策

其他

GIS还在金融业、保险业、公共事业、社会治安、运输导航、考古、医疗救护等领域得到了广泛的应用。

发展

1．起步阶段（60年代）：注重空间数据的地学处理

（1）1963年，加拿大测量学家R. T. Tomlinson首先提出GIS这一术语，建立加拿大地理信息系统（CGIS）

（2）1969年，ESRI （环境系统研究所）建立

（3）1969年， Integraph公司建立

2．发展阶段（70年代）：注重空间地理信息的管理，受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视。1978年，ERDAS成立

3．推广应用阶段（80年代）：注重空间决策支持分析

（1）1981年，ESRI ARC/INFO GIS发布

（2）1985年，GPS成为可运行系统

（3）1986年，MapInfo建立

（4）1986年，SPOT卫星首次发射

（5）1987年，地理信息系统的国际杂志出版

（6）1988年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER

（7）1988年，GIS World 首次发行

（8）1989年，Ingegraph 发布MGE

4．用户时代（90年代后）：注重GIS的社会应用与服务

（1）GIS技术迅猛发展

（2）控件式GIS成为GISTools的发展方向

（3）WebGIS蓬勃发展

（4）三维GIS崭露头角

作用

据统计，在军事、自然资源管理、土地和城市管理、电力、电信、石油和天然气、城市规划、交通运输、环境监测和保护、110和120快速反应系统等国防、经济建设、日常生活中，有80%与GIS密切相关。目前国内GIS市场总额（包括软件、应用和服务）约10亿～15亿元人民币，到成熟期将超过200亿。可见，GIS已经深入到了人们的日常生活中。因此，GIS被公认为是21世纪的支柱性产业，是信息产业（IT）的重要组成部分。、

“GIS产业是关系到国民经济增长、社会发展和国家安全的战略性产业，它不仅为国家创造直接经济利益，而且是其他众多产业的推动力，对众多经济领域具有辐射作用，能在国民经济的发展中起到倍增器的效果，其渗透作用已深刻影响到国民经济的各个方面。”——徐冠华

地理信息系统与相关学科

地理信息系统是一门介于信息科学、空间科学、管理科学之间的一门新兴交叉学科，是传统科学与现代技术相结合的产物。GIS是现代科学技术发展和社会需求的产物。人口、资源、环境、灾害是影响人类生存与发展的四大基本问题。为了解决这些问题必须要自然科学、工程技术、社会科学等多学科、多手段联合攻关。于是，许多不同的学科，包括地理学、环境科学、测量学、地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科，都在寻找一种能采集、存储、检索、变换、处理和显示输出从自然界和人类社会获取的各式各样数据、信息的强有力工具，其归宿就是地理信息系统，或称空间信息系统，资源与环境信息系统。因此，GIS明显地具有多学科交叉的特征，它既要吸取诸多相关学科的精华和营养，并逐步形成独立的边缘学科，又将被多个相关学科所运用，并推动它们的发展。GIS的相关学科技术见下图。

GIS与CAD、CAM

相同点：均可处理非图形的属性数据；都可以对空间数据建立空间相关关系，对所描述对象的拓扑关系进行处理。

不同点：

1．CAD/CAM不能建立地理坐标系统和完成地理坐标转换

2．GIS的数据量要比CAD和CAM的数据量大得多，数据结构、数据类型更为复杂；数据间联系紧密

3．CAD/CAM 不具备GIS 具有地理意义的空间查询和分析功能

地理信息系统与智慧地球

数字地球实践中已取得了如下成就：

1.地图服务从二维到三维

2.对地球多分辨率和多时态的观测与分析

3.基于图形和基于空天地一体化实景影像的可视化、可量测。特别说明了实景测量的创新性，提出了按需测量的概念，并且表明在未来人人都可以成为测量员

4.基于Web Service的空间信息共享与智能服务，提出第二代地理信息系统

5.通过兴趣点与非空间信息的关联以服务全民

“智慧地球”就是“数字地球”加上“物联网”。如果说“数字地球”实现了“秀才不出门，能知天下事”，那么“物联网”的出现就实现了“秀才不出门，能做天下事”。“物联网”实现了人与人、人与机器、机器与机器的互联互通。李德仁提出，在“物联网“时代要完成从“4A”到“4R”的转变，即从“Anytime、 Anybody、Anywhere、Anything”转变为“Righttime、Rightbody、Rightplace、 Rightthing”。IOT为地球附上一张电子皮，电子皮以互联网为骨架，由大量各种电子测量器件组成。多传感器观测网的组织与规划，传感器用于灾害管理，智能对地观测卫星系统的体系结构，OGC标准，传感器网络与数据获取标准等都是需要研究的课题。

智能传感器网络，实现城市网格化管理与服务和应急响应。目前中国大概有7亿手机用户，全世界大概有46亿手机用户。手机的大量出现，手机作为终端，可以充当传感器的作用，从这个意义上说人人都是传感器。

以前的数字地球都是对过去事物的再现，只是把实际地球搬到虚拟地球上而已，智慧地球不但具有数字地球的特点，更强调了人类对虚拟地球的作用，而这种作用是可以由虚拟地球转换到现实地球上的。：智慧地球的特征有：实现全面感知，可靠传递，智能处理；面向应用和服务；物理世界融为一体；用户平民化，强调兴趣点；自发地理信息（VGI）。典型应用的例子有：智能交通、远程医疗、个人智慧服务、户外流媒体、数字家庭、车载娱乐、远程信息服务、应急调度、智能城市、公共安全等。安全性是智慧地球的一大难题。如何为智能传感网和智能控制网建立智能安全网是需要解决的重要问题。一个新的地理信息时代来临了。

近年来地理信息系统技术发展迅速。首先，主要原动力来自日益广泛的应用领域对地理信息系统要求不断提高的结果。其次，计算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段，许多计算机领域的新技术，如面向对象技术、三维技术、图象处理和人工智能技术都可直接应用到地理信息系统中。整体而言，地理信息系统的发展方向是：GIS网络化、GIS标准化、GIS企业化、GIS全球化和GIS大众化。其中，GIS的网络化（WebGIS）发展是GIS发展的一个重要的领域。

开设地理信息系统专业的大学

中国开设GIS的大学

（注：本资料来源为2011年） [北京]北京大学、中国地质大学、石油大学、北京建筑工程学院、北京师范大学、中国农业大学、北京林业大学、首都师范大学[天津]天津师范大学、天津城市建设学院 [浙江]浙江大学[贵州]贵州师范大学[山西]太原理工大学、太原师范学院、山西师范大学 [辽宁]大连海事大学、辽宁工程技术大学、辽宁师范大学、沈阳建筑大学 [吉林]吉林大学、东北师范大学、吉林师范大学[黑龙江]黑龙江工程学院、哈尔滨师范大学、哈尔滨学院、哈尔滨傲立信息职业培训学校[上海]华东师范大学、上海师范大学、同济大学[江苏]南京大学、东南大学、南京师范大学、河海大学、南京邮电大学、中国矿业大学、徐州师范大学、南京工业大学、南京信息工程大学、苏州城市建设环境保护学院、苏州铁道师范学院[安徽]合肥工业大学、安徽大学、安徽理工大学、滁州学院、安徽师范大学 [江西]江西师范大学、东华理工大学（原华东地质学院）、江西理工大学、赣南师范学院[山东]山东建筑大学、山东农业大学、 山东科技大学、聊城大学（原聊城师范学院）、鲁东大学、山东师范大学　山东交通学院[河北]河北师范大学、燕山大学 [河南]河南理工大学、郑州大学、河南大学、河南城建学院、许昌学院、华北水利水电学院、南阳师范学院　信阳师范学院、中国人民解放军信息工程大学 [湖北]华中农业大学、中国地质大学（武汉）武汉大学、武汉理工大学、长江大学（由原江汉石油学院、湖北农学院、荆州师范学院、湖北省卫生职工医学院合并组建）、湖北大学[广东]佛山科学技术学院、中山大学、华南农业大学、广州大学、华南师范大学、嘉应学院[广西]桂林工学院[云南]云南大学、昆明理工大学、云南师范大学[陕西]陕西师范大学，西北大学、长安大学、西安科技大学[甘肃]兰州大学兰州交通大学[新疆]新疆师范大学[湖南]中南大学、湖南师范大学、湖南科技大学、中南林业科技大学[四川] 西南石油大学、四川农业大学 西南交通大学、西南科技大学、成都理工大学、成都信息工程大学 [重庆]西南大学、重庆师范大学重庆交通大学[福建]福建师范大学、集美大学、福州大学

美国大学GIS专业排名

排名　学校名称　学校简称

1　宾夕法尼亚州立大学　PSU

2　斯坦福大学　Stanford

3　麻省理工学院　MIT

4　加州大学圣塔芭芭拉分校　UCSB

5　康奈尔大学　Cornell

6　马里兰大学帕克分校　Maryland

7　俄亥俄州立大学　OSU

8　密歇根大学安娜堡分校　U-Michigan Ann Arbor

9　西雅图华盛顿大学　UW Seattle

10　加州理工学院　Cal Tech

11　哈佛大学　Harvard

12　加州大学圣地亚哥分校　UCSD

13　加州大学洛杉矶分校　UCLA

14　威斯康星大学麦迪逊分校　UWM

15　哥伦比亚大学　Columbia

16　纽约州立大学石溪分校　SUNY SB

17　普渡大学　Purdue

18　普林斯顿大学　Princeton

19　宾夕法尼亚大学　U-Penn

20　卡内基梅隆大学　CMU

21　波士顿大学　BU

22　亚利桑那大学　Arizona

23　德克萨斯大学奥斯汀分校　UT Austin

24　纽约大学　NYU

25　佐治亚理工学院　GIT