地理信息系统导论

地理信息系统导论1.地理信息系统概念2.地理信息系统内部关系（研究、技术和产业）3.地理信息系统和3S的关系4.地理信息系统应用现状5.地理信息系统发展前景一、地理信息系统概念与GIS相伴的一天动力来自能源公司。能源公司所有生产设施、如输电设备、建筑物等通过GIS来管理；自来水公司利用GIS及相关模型对辖区内用户的用水量进行预测，确保用户正常用水；上班途中利用GIS来计算最佳线路；利用人口GIS、统计GIS准确锁定目标群体，针对性的营销。商业购物，商业选址、物流安排等。提高效益。购房、旅游等。公公园园选选址址辅辅助助决决策策什么是GISGIS地理信息定义：地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。什么是GIS？地理信息系统(GIS,Geographic Information System)是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使 GIS与其他信息系统相区别，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。什么是GIS？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。-陈述彭等（1999，地理信息系统导论）Geographic Information SystemGSI91.2 GIS与地图地图是GIS的原型。GIS以计算机技术为基础。GIS中地理要素和描述它的属性相联系。地理要素与属性间的联系是动态的。1.3 地理信息系统与其它系统的区别和联系（1）、GIS与一般与一般MISGIS离不开数据离不开数据库技技术。数据。数据库中的一些基本技中的一些基本技术，如数，如数据模型、数据据模型、数据存储、数据检索等都是GIS广泛使用的核心技术。GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而一般MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询，即使存储了图形，也是以文件的形式存储，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。如电话查号台是一个一般MIS，只能回答用户询问的电话号码，而通信信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的地理分布、空间密度、最近的邮局等空间关系信息。（2）、GIS与与CAD/CAM 管理了图形数据和非空间属性数据的系统不一定是GIS，如计算机辅助设计(Computer Adided Design，)，计算机辅助制图(Computer Adided Map，)。151.4 GIS能解决的能解决的问题定位(Location)：对象在何处？条件(Condition)：哪些地方符合特定的条件？趋势(Trends)：从何时起发生了哪些变化？模式(Patterns)：对象的分布存在何种空间模式？模拟(Modeling)：如果将如何？地理信息系地理信息系统 主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题，包括：1）分布式计算；2）地理信息的认知；3）地理信息的互操作；4）比例尺；5）空间信息基础设施的未来；6）地理数据的不确定性和基于GIS的分析；7）GIS和社会；8）地理信息系统在环境中的空间分析；9）空间数据的获取和集成等等。研究什么中国地质大学信息工程学院 晁 怡1.5 GIS的组成硬件软件数据人员方法硬件硬件 数字化、解析测图仪、扫描仪 遥感处理设备、GPS、测绘仪器等 计算机 硬盘 光盘等存贮处理存贮处理 打印机 绘图仪 显示终端等 输出输出 服务器、网络适配器、传输介质、调制解调器等网络网络输入输入 功能硬件配置GIS基本构成软件软件GIS软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：输入和处理地理信息的工具 数据库管理系统(DBMS)支持空间查询、分析和可视化的工具 使用这些工具的图形化界面(GUI)操作系统（系统调用、设备运行、网络管理等）（Windows，Unix，Linux）系统库（编程语言、数学库等）（mfc，math.h）数据库系统软件（Oracle，Sybase，SQL Sever）GIS基础软件平台GIS应用软件平台操作系统软件基础支撑软件GIS功能软件GIS基本构成方法方法虽然GIS为解决各种现实问题提供了有效的基本工具，但对于某一专门应用目的的解决，必须构建专门的方法。比如土地利用适宜性、公园选址、洪水预测、水土流失等。这些方法是GIS技术产生社会经济效益的关键所在，也是GIS生命力的重要保证，因此在GIS技术中占有十分重要的地位。1.6 地理信息系地理信息系统的功能的功能由计算机技术与空间数据相结合而产生的GIS这一高新技术，包含了处理信息的各种高级功能，但是它的基本功能是数据的数据的采集、管理、采集、管理、处理、分析和理、分析和输出出。GIS依托这些基本功能，通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等，演绎出丰富多彩的系统应用功能，被广泛地应用于资源管理、区域规划等领域，满足用户的广泛需求。基本功能基本功能（1）、数据采集与编辑图图1-3-4 GIS数据采集流程数据采集流程图1-3-3 GIS数据分层概念 GIS数据属性数据空间数据空间关系数据空间位置数据（2）数据存储与管理）数据存储与管理涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格/矢量混合模型是常用的空间数据组织方法 在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。（3）、数据）、数据处理和理和变换1)数据数据变换：指对数据从一种数学状态转换为另一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、比例尺缩放、误差改正和处理等；2)数据重构数据重构：指对数据从一种几何形态转换为另一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据压缩、结构转换等；3)数据抽取数据抽取：指对数据从全集合到子集的条件提取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间内插等。（4）空间查询和分析图图1-3-5 空间查询空间查询图图1-3-6 叠加分析叠加分析缓冲区建立缓冲区建立 缓冲区分析是指以点、线、面实体为基础，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形图层，然后建立该图层与目标图层的叠加，进行分析而得到所需结果。它是用来解决邻近度问题的空间分析工具之一。网络分析网络分析网络模型是运筹学中的一个基本模型网络模型是运筹学中的一个基本模型数字地形分析数字地形分析 GIS提供了构造数字高程模型及有关地形分析的功能模块，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷线、山脊线、日照强度、库容量、表面积、立体图、剖面图和通视分析等，为地学研究、工程设计和辅助决策提供重要的基础性数据。空间分析矢量数据的空间分析、栅格数据的空间分析、三维分析、空间统计分析、水文分析以及空间分析建模、路径分析、拓扑分析5.数据显示与输出数据显示与输出二.GIS内部关系（科学和技术、产业）地理信息系统（GIS）是在地理尺度范围内，对模式和过程进行描述、解释和预测。GIS是一门科学技术，也是一门解决问题的学科和方法。学科和方法。将GIS作为一种通向科学和解决问题的方法。（所谓的GIS为地理信息系统和“科学”），并且将用于处理地理信息的软件与指导应用的科学原理相结合。GIS一直以来非常重要。原因是：数据往往为中心坐标，采用处理空间数据的专业技术和空间分析方法，由地理信息（）处理引发很多特殊的管理问题。GIS 已经成为一门专业技术，并且GIS的基本操作已经成为对真实事件进行测量、制图和分析的基础。地理信息科学为我们提供了基于GIS进行分析的一种能力。从根本上讲，GIS是一种应用技术，而科学是其成功应用的基础。地理信息的价值体现在他所表现的区域范围、多样化的表现能力、定义的真实性以及可用性。GIS GIS GIS GIS 产业发展产业发展产业发展产业发展 应用领域已经涉及国民经济各个行业；应用层次从数据管理、查询统计向辅助决策、智能化发展。GIS 平台平台电电子子政政务务应应急急救救护护导导航航定定位位 覆盖国民经济的各行各业覆盖国民经济的各行各业应用解决方案应用解决方案地理信息服务地理信息服务数数 据据农农 业业资资源源环环境境军军事事航航天天国外主流GIS软件 ESRI:ArcGIS，ArcView Integraph:MGE(Modular GIS Environment),GeoMedia MapInfo SmallWorld国内主流软件：中国地质大学（武汉）：MapGIS武汉大学：GeoStar中科院地理所：SuperMapGeoWay技术驱动计算机技术的发展应用驱动与地理因素相关的事物多80的信息与空间位置相关数据驱动数据获取能力的增强2.2 GIS是怎样产生的人口过剩环境污染森林破坏自然灾害流行疾病找工作寻找最合适某种作物生长的土壤查找最佳行车路线利用计算机来对地图进行管理和应用的软件系统三.地理信息系统和3S的关系地球空间信息学范畴卫星定位与定轨遥感信息传输目标提取与识别(自动化、智能化)数据处理(高光谱、高分辨率、雷达)分发多源数据融合与集成遥感成像机理与模型用户各应用部门资料来源：李德仁院士报告21世纪遥感与GIS的发展GIS有什么重要意义第一次接触GIS的人会问：地理信息为什么会这么重要？为什么空间位置具有特殊性？一个主要的原因，几乎所有的人类活动和决策都包含了地理的内容，并且地理内容还十分重要。另一方面：地理信息工作中包含复杂、困难的、甚至独一无二的选择。地理信息系统的重要性(1)几乎所有的事情的发生都和位置有关。-几乎所有的事情的发生都有地点，知道某件事情发生的地点十分重要。位置重要性使其成为必须解决的问题之一。生活中与位置相关的问题十分普遍，以至于我们忽略了他们的存在。地理问题分为两类：一类是解决问题时需要位置信息，另一类是本身需要解决位置问题。中国地质大学信息工程学院 晁 怡(2)对于任何GIS项目来说，地理细节的尺度（scale）或层次（level）都非常重要的性质。第一，从尺度上进行分类，或者说是从地理细节程度上进行分类。建筑设计可以表现为地理问题，就像灾害管理问题一样。但这个问题只发生在非常详细或局部的范围内。完成这个建筑设计所需要的信息也必须是局部的。如土地的尺寸或形状。建筑物高度和地下范围、地面倾斜度，以及常规和应急基础设施的可用性。而03年的“非典”（sars）的传播和04年的禽流感的流行都是发生更大范围内的问题，设计整个国家的人口信息和全球交通传播信息。第二：对地理问题基于不同的目的进行分类。有些问题以因应用为目的，这些问题必须以最小的投入尽快解决。而另一些问题表现出受人类求知欲望驱动的特征。当地理数据用来验证大陆漂移理论、绘制冰川堆积物分布图以及分析人口迁移历史时，则是为了提高人类对世界的认知，因而不必立即解决，这就是常说的科学目的。（3）GIS 能够将普遍规律与具体应用有机的结合，以便有效的解决问题，这是GIS最重要的价值之一。相对于特定知识而言，科学更加重视普遍性知识，因此相对于形态知识而言，科学更加重视过程知识。如：要想有效评估澳大利亚新南威尔士地区的土壤侵蚀对农业的影响。就要知道坡度是如何影响土壤侵蚀的，陡坡情况及其分布。新南威尔士地区进行的土壤侵蚀评估就是很好的例子。解决这一问题的人GIS设计包括：以计算机地图形式存储的新南威尔士地区的坡度信息，以及体现坡度如何影响土壤侵蚀的GIS执行程序。GIS软件获取并应用一般性知识，GIS数据库表达了具体的信息。GIS通过对两方面的适应，解决了专题地理学和普通地理学之间的争论。四.地理信息系统发展 国际上GIS的发展状况1.起步起步阶段（段（60年代），（年代），（GIS思想和技思想和技术方法的探索方法的探索）注重空）注重空间数据的地学数据的地学处理。理。图形、存储设备的局限GIS概念提出、算法发展与完善1963年，开始建立加拿大地理信息系统（CGIS)1969年，ESRI（环境系统研究所）建立1969年，Integraph公司建立机助制图能力较强基于栅格的操作方法60年代中后期，很多与GIS有关的组织成立最初的系统主要用于城市和土地利用，如最早的GIS系统，加拿大的CGIS于1963年开始实施，72年建成2.发展展阶段（段（70年代），（年代），（空空间数据数据处理的算法，理的算法，数据数据结构和数据构和数据库管理的管理的优化化）磁盘的出现为数据的存储、检索和输出提供有力手段图形、图像卡的发展增强了人机对话和显示功能出现GIS基础平台商品化软件开始大量GIS应用研究，国内外技术交流发达国家相继建设各种专题、规模、类型的GIS 遥感开始纳入GIS 3.推广应用阶段（80年代），（注重空注重空间决策支持分析决策支持分析）应用更加广泛，取得了一系列进展1981年，ESRI 公司的ARC/INFO GIS发布 1986年，SPOT卫星首次发射1987年，地理信息系统的国际杂志出版1988年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER 1988年，GIS World 首次发行1989年，Intergraph 发布MGE 栅格扫描输入、遥感图像处理等技术取得突破GIS走向发展中国家GIS走向多学科领域微机地理信息系统蓬勃发展4.用户时代（90年代后），（注重注重GIS社会社会应用与用与服服务）组件式GIS成为发展方向WebGIS蓬勃发展三维GIS崭露头角高分辨率的图形显示设备和高质量的图形输出设备（高分辨率彩显、喷墨绘图仪）计算机及手机的普及深入到各行各业国家级乃至全球性的地理信息系统成为关注焦点开拓起步机助制图CGISSYMAP巩固发展人机图形交互DIME编码资源环境应用茁壮发展PC Arc/InfoNCGIA成立GIS软件商品化应用普及WebGISGIS互操作虚拟GIS社会服务网格GIS移动GIS发展历程20世纪60年代90年代2000年80年代70年代内涵演绎GIScienceGISystemGIService4.2 地理信息系统的应用随着信息技术的发展和GIS理论、技术方法的进步，GIS的应用早已渗透到人类生活的许多方面。到目前为此，GIS在如下几个方面得到了普遍的应用，取得了明显的经济效益和社会效益。专题地图制图矿产资源评价环境评价与监测土地、水资源调查与管理资源开采管网、交通模拟模型导航系统城市规划教练与模拟辅助决策（1）资源管理源管理 资源的清查、管理和分析是GIS应用最广泛的领域，也是目前趋于成熟的主要应用领域，包括森林和矿产资源的管理、野生动植物的保护、土地资源潜力的评价和土地利用规划以及水资源的时空分布特征研究等。（2）区域规划区域规划 GIS软件帮助政府部门完成总体规划、分区、现有土地利用、分区一致性、空地、开发区和设施位置等分析工作。（3）国土国土监测 GIS方法可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损失估算、土地利用动态变化分析和环境质量的评估研究等。（4）辅助决策助决策利用GIS迅速有效管理空间数据，进行空间可视化分析，确定商业中心位置和潜在市场的分布，寻找商业地域规律，研究商机时空变化的趋势，不断为企业创造新的商机。典型的应用领域表明了GIS应用的范围：1)政府和公共服务。2)商业和服务规划。3)物流和交通 4)环境 政府和公共服务财产清单应用（在地图上点击来确定资产信息，台所有权、税收评估等）政策分析应用（如每个地区的特征数量与土地利用的接近度、从口统计特征与地质特征的相关性）管理/政策制定应用（如更有效的道路设计、模型选择，预测将来的需求，进行工作安排）经济发展主要企业的位置和它们首要的资源需求对本地潜在供应商提供的资源进行分析把本地供应商的可用性信息告知企业运输和线路服务按地区确定环卫卡车的路线、容量和职工；确定垃圾掩埋和循环回收点分析某些地区发展的潜在容量压力；根据地点类型分析事故模式根据诸如已有运输能力等标准，确定理想的高密度发展区住宅编制住宅信息清单：如使用年限、条件、状态（公共的、私人的、租赁的）、耐用性、人口统计信息等分析地域住宅的公共支持，从低收入区到所需服务设施的驾车时间等住宅增值的投资分析，相关公共设施的定位；根据人口增长预计规划住宅的资金投资基础设施对道路、人行道、桥梁、公用设施编制清单（如位置、名称、情况、建筑和最近的维护等）根据人口统计变量如收入和人口变化等，来分析基础设施的情况分析维护和扩展计划健康具有特定健康问题的人群的分布位置疾病传播的时空分析；环境条件对疾病的作用分析并查明可能的疾病源税收地图利用土地标记识别所有权数据根据离市中心不同距离的土地利用，来分析税收收入评估由于土地利用变化引起税收收入的变化公共服务对存在多个社会风险的地区编制清单；用来应对这些风险的现有设施和服务的定位对服务设施数量和公共事业的需要及附近居民的数量之间的匹配情况进行分析设施定位、公交路线安排、项目规划以及基于位置的社会服务表表2-1 地方政府中的地方政府中的GIS应用应用（来自OLooney 2000的简化版）法律执行警局位置、犯罪、资产、罪犯和受害人等资料的编制；巡逻区划分和巡逻车的路线安排；警报和安全系统的定位警察可见度和到场分析；依据犯罪活动密度配置警员；关于市民人口的受害模式分析；警察经验和指挥职责匹配把警察资源和设施重分配到最能发挥效率和作用的地区；建立随机路线图以减少对警察巡逻路线的预见性土地利用规划编制土地利用清单，如范围、漫滩、工业园、土地使用状况、树木、绿地等每种类别土地利用百分比、各地区的密度水平、对居住区适宜性的威胁、本地多余的土地的可能利用根据附近的人口统计特征评估土地利用规划（如工业工厂是否建在呼吸病医院的上风处？）公园和休闲场所公园财产/游玩景点，路线等的总量分析人们去公园和休闲场所的几率、年龄与游玩景点的相关度依据人口增长预计未来的休闲需求以及游玩景点使用环境监测依据涉及的重要资源（如地下水）对环境的危害的总量；非点状污染源的层次分析分析传播速率和累计污染水平；分析某个地区由于环境危害导致寿命减少的年数建模分析环境灾害对特定区域的危害；分析具体地方的多层次减污计划应急管理紧急疏散路线的规划，疏散路线的交通容量及主要的危险点（如对地震而言可能是桥梁）的分布分析不同规模的紧急事件对疏散路线、交通流量等的潜在影响建模分析在特定位置设置相关设施的作用及分析特定区域的相应能力居民信息和地理人口统计特定人口统计特征的人群位置，例如投票模式、服务使用和偏好、往返路线、职业等分析特定地区的投票特征建模分析在特定位置建立信息亭的作用4.3 4.3 国内外国内外GISGIS专业课程设置简介专业课程设置简介GIS教育机构教育机构大学大学全球有全球有500多所学院和大学开多所学院和大学开设了了GIS课美国美国约有有300多所大学多所大学设有地理系有地理系我国我国约有有100所高校开所高校开设GIS专业研究所研究所大学大学联合体合体欧洲的欧洲的UNIGISUCGIS（美国（美国GIS大学大学联盟）盟）我国的高校我国的高校GIS论坛（教育部科技司与十所高校（教育部科技司与十所高校联合主合主办，每两年一届），每两年一届）UNIGIS coursesSpatial Data Database Theory Geodata Sources GIS and Organisations Spatial Thinking Visualisation of Spatial Data Project Management Applications Development Remote Sensing GIS and Modelling Environmental Impact Analysis 开设GIS课主要大学一览表美国美国纽约州立大学巴弗罗分校、俄冈州立大学、加纽约州立大学巴弗罗分校、俄冈州立大学、加里福尼亚大学巴巴拉分校、俄亥俄州立大学、里福尼亚大学巴巴拉分校、俄亥俄州立大学、梅恩大学，威斯辛大学、梅恩大学，威斯辛大学、加拿大加拿大卡尔加里大学、诺瓦斯夏省大学、不列颠哥伦卡尔加里大学、诺瓦斯夏省大学、不列颠哥伦比亚技术研究所、西安大略大学比亚技术研究所、西安大略大学德国德国几乎所有大学几乎所有大学日本日本东京大学、日本大学、东京大学、日本大学、KeioKeio大学、大学、TsukubaTsukuba大学、大学、RisshoRissho大学、奈良大学大学、奈良大学澳大利亚澳大利亚墨尔本大学、新南威尔士大学、塔斯马尼亚墨尔本大学、新南威尔士大学、塔斯马尼亚大大学、澳大利亚国家大学、科廷科技大学、昆士学、澳大利亚国家大学、科廷科技大学、昆士兰大学兰大学奥地利奥地利维也纳农业大学、维也纳技术大学、萨尔斯维也纳农业大学、维也纳技术大学、萨尔斯堡大学、阿姆斯特丹自由大学堡大学、阿姆斯特丹自由大学瑞士瑞士苏黎世大学、洛桑技术大学、日内瓦大学苏黎世大学、洛桑技术大学、日内瓦大学西班牙西班牙奥克兰大学、奥塔哥大学奥克兰大学、奥塔哥大学新西兰新西兰ExtremaduraExtremadura大学、马德里自治大区大学、巴大学、马德里自治大区大学、巴塞罗纳自治大区大学、塞罗纳自治大区大学、AlcaladeAlcaladeHenaresHenares大学、马德里大学、马德里Compul-tenseCompul-tense、瓦伦西、瓦伦西区区PolitecnicaPolitecnica大学、马德里的大学、马德里的PolitecnicaPolitecnica中国中国武汉大学、南京大学、中国地质大学、北京武汉大学、南京大学、中国地质大学、北京大学、西北大学、华东师范大学、解放军测大学、西北大学、华东师范大学、解放军测绘学院、北京师范大学，南京师范大学绘学院、北京师范大学，南京师范大学GIS教育发展现状我国高校GIS专业侧重点测量学武汉大学同济大学中国矿业大学地理学北京大学南京大学南京师范大学北京师范大学计算机科学中国地质大学（武汉）清华大学其他中科院地理所中科院遥感所GIS计算机科学数据库理论软件工程计算机图形学图象处理人工智能网络计算数学几何学拓扑学统计分析地理学、测绘学、地学地图学RS、GPS其他应用科学GIS与其它相关学科的关系GIS学科树地理统计学地形测量环境测量环境测量社会、经济社会、经济测量测量 数学运算研究 统计学认知科学计算机科学测量遥感摄影测量学制图学可视化符号学信息存储数据库模式识别计算几何计算机图形学人工智能旅游业航运市场资产管理产业/商业矿产开发设施维护公共信息查询公共管理考古学人文地理学社会科学健康护理规划流行病学环境科学地貌学土壤科学森林学地质学生态学水文学气象学GIS与其它相关学科的关系地理学地图学测绘科学计算机科学地理学地理学 地理学是一地理学是一门研究人研究人类生存空生存空间的学科，的学科，为GISGIS提供了一些空提供了一些空间分析的方法和分析的方法和观点，成点，成为GISGIS的理的理论依托。依托。（1 1）研究基）研究基础和手段和手段 地理学研究中的空地理学研究中的空间分析理分析理论为GISGIS提供了有关空提供了有关空间分析的基分析的基本方法，成本方法，成为地理信息系地理信息系统的基的基础理理论依托；地理信息系依托；地理信息系统的的发展也展也为地理地理问题的解决提供了全新的技的解决提供了全新的技术手段。手段。（2 2）数据）数据处理理 用地学用地学处理方法得到的数据是理方法得到的数据是GISGIS的数据源；的数据源；GISGIS内部数据内部数据处理理(分析分析)功能是地理学研究的主要技功能是地理学研究的主要技术方法。方法。GIS的相关学科地地图学学 地理信息系地理信息系统脱胎于地脱胎于地图，地，地图学理学理论与方法与方法对地理信息系地理信息系统的的发展有着重要的影响。展有着重要的影响。计算机制算机制图为地地图特征的数字表达、特征的数字表达、操作和操作和显示提供了一系列方法，示提供了一系列方法，为地理信息系地理信息系统的的图形形输出提出提供技供技术支持。支持。地地图也是也是GISGIS的重要数据源。的重要数据源。地地图是是GISGIS发展的根源之一。展的根源之一。地地图强调数据数据载体、符号化；体、符号化；GISGIS则注重于信息分析。注重于信息分析。GIS的相关学科地图投影？计算机科学 为地理空间信息的表达、存储、处理、分析和应用提供了有利的工具。数据库技术提供数据的管理、更新、查询和维护功能；计算机图形学提供算法基础；软件工程为GIS的系统设计提供科学的方法;网络技术为GIS发展成为社会信息设施的重要组成部分奠定了基础。GIS的相关学科测绘科学大地测量为GIS提供了精确定位的控制信息，特别是GPS技术可快速、廉价地获取地表特征的数字位置信息，更具发展潜力。遥感作为空间数据采集手段，已成为GIS的主要信息源和更新途径。航空航天数字立体摄影测量技术是GIS主要的地形数据来源。GIS的相关学科全球定位系统GPS 美国GLONASS 俄罗斯Galilio 欧盟北斗中国卫星卫星所属国家所属国家发射时间发射时间空间分辨率空间分辨率LandSet 美国美国1972年年80米米 LandSet-4 美国美国1982 年年30米米SPOT法国法国1986 年年10米米ISR系列系列印度印度1979年年5.8189米米Ikonos 美国美国1999年年1米米Quick bird 美国美国2001年年0.61米米资源一号资源一号中国中国1999，2003，200720，80，160，260m资源二号资源二号中国中国20072m中国资源二号全色波段图像（3米）罗马斗兽场（0.7米，真彩色）五.地理信息系统发展前景GIS面临的十个巨大挑战这些挑战是最能代表GIS在现阶段面临的最主要、最急迫的问题。我们将在五年之内逐个地攻破这些挑战。全球数据没有数据，GIS不能解决任何问题。在过去的100年中，我们对于全球数据的收集进行了很多尝试。与世界其他国家相比，美国可以获得更高分辨率的数据，这不仅是一种技术问题，更是一种政治挑战。挑战的核心是，在没有允许的情况下，一个国家是否要为另外一个国家生产数据；生产出的数据以及对其进行商业开发的尺度是什么，需要遵循的数据标准是什么。GIS专业化GIS走的是一条自上而下的发展道路，它首先被专业学术人员使用，进而服务于政府部门、商人和其他一些对GIS感兴趣的人。地理学理论为GIS的发展提供了理论支持，同时一些学术和非学术团体也对其发展做出了巨大的贡献。GlS课程影响GIS发展的主要障碍之一是缺乏合适的、有资格的GIS技术人员、应用分析人员和管理人员。尽管教育部门在过去几十年中培养的相关人员的数量已数倍增长，并且，目前10000多家教育机构每年向社会输送超过150000的GIS从业人员，在数量和质量上都有了很大的改善。但是，我们需要将GIS变得更具系统性。我们相信：GIS课程中的大多数内容都是共同的，如果没有对技术和知识发展的过多限制，就可能达到一定的经济规模。全球人口统计我们缺乏对很多基本问题的全球性认识，例如，在世界不同地区的人口数？他们是怎样生活的？他们的健康状况和防灾能力怎样？甚至是在西方国家，通过人口普查收集的人口统计数据也面临着挑战在世界上的其他地区，有关人口数量及其迁移状况（有时是大规模的）的知识，常常是过时的或是非常不准确的。在大多数案例中，公布的数据只适合大范围区域，甚至只对所关注的大范围问题有帮助，这给实际问题的解决带来了麻烦。以地理为中心转变到以自我为中心基于位置的服务的创新，为制图界带来了新的挑战，这是由可视化领域的设备约束条件所驱动的。制图目标从产品供应到服务供应，而这些服务又是以绘制地图为目的，满足用户的确切需要。制图技术装置的应用，从以开发者为中心的可视化转变到以使用者为中心的可视化。用户似乎更喜欢以自己现在的位置为中心，以行动的方向为定向，以地面为基准的视角（现在这种视角应用在车载导航系统中）。支持地理全景的数据模型我们接触到了现阶段GIS在表达真实地理现象时所受到的约束。许多这样的例子表明：在地理信息科学研究领域，要优先考虑复杂地理现象数据模型的发展。支持更多类型的地理模拟如果人类要凭借自己的努力成功地改进在地球上的生活，最基本的是要知道地球系统是怎样运行的，任何有关地球外形的描述和制图都不能取代地球的运行机制。地球更好的状态应该是什么样的？现阶段在GIS建模和分析上的发展，已经帮助我们更好地建立起世界模型，并在一个数字模拟装置中，检验关于未来的猜想。在未来的20年中，技术会不可避免地改进，GIS中人的因素会变得更加重要。当我们展望新世纪的这几年，我们认识到GIS的未来在“GIS”的手中这里的S不是系统、科学、研究或服务，而是地理信息专业的学生，他们是下一代的软件开发者、应用分析者、管理者、研究者和用户。3S集成应用