GIS入门：GIS到底是什么，GIS的概念、构成结构、功能和应用

地理信息系统（Geographic Information System, 简称GIS）
GIS从广义上讲，是一门集地理学与地图学以及遥感和计算机科学等众多学科于一体的综合性前沿交叉学科；

从狭义上说，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。

世界上第一个投入运行的GIS系统于1967年诞生于加拿大，我国对GIS的研究和应用起步于20世纪80年代。近年来，随着GIS的发展，GIS也被称为“地理信息科学”（Geographic Information Science）和“地理信息服务”（Geographic Information Service）。

基本概念
1963年，GIS之父——加拿大测量学家Roger Tomlinson首次提出了地理信息系统的概念。今天，我们谈及地理信息系统，通常指其狭义的概念，即在计算机软硬件支持下，对地球及其表面所发生的现象和事件进行采集、存储、操作、分析、显示和输出的一种计算机信息系统。

有别于一般的信息系统，GIS的独特之处在于它能操作和处理地理空间数据，具有强大的空间分析能力。

在GIS中，地理空间数据同时描述了地球表面地理要素的空间位置和属性。也就是说，地理空间数据包括空间数据和属性数据两部分。其中，空间数据描述地理要素的空间几何特征（点、线、面、体等），属性数据提供空间要素的相关属性信息（如名称、种类、颜色、大小等）。

我国对GIS的研究和应用起步于20世纪80年代初期，经过四十余年突飞猛进的发展，在GIS相关理论与方法、基础GIS软件和应用研发等方面取得了丰硕的成果。时至今日，作为一门学科，GIS已发展成为集地理学与地图学、遥感科学以及计算机科学等众多学科于一体的综合性前沿学科；作为一种技术，GIS技术已被广泛应用于自然资源监管、交通规划设计、应急指挥、国防安全、社会综合治理等行业和领域，以GIS为核心技术支撑的“智慧城市”更是影响着人们生活的方方面面。

地理信息系统（GIS）与全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, 简称GNSS)、遥感系统(Remote Sensing, 简称RS)合称3S系统。

GIS系统主要构成

从计算机的角度看，地理信息系统（GIS系统）是由计算机硬件、软件、数据和用户4大要素组成。

1.计算机硬件系统；
2.计算机软件系统；
3.地理空间数据库；
4系统管理操作人员；

其中， 软硬件系统是GIS系统的核心，地理空间数据库反映了GIS的地理内容，而系统管理操作人员则决定GIS系统的工作方式和信息表示方式。

计算机硬件系统：

硬件包括各类计算机处理机及其输入输出和网络设备，计算机硬件是GIS的物理外壳。GIS的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法，甚至软件等都受到硬件指标的支持或制约。GIS的硬件配置一般包括计算机主机、 数据输入设备、数据存储设备和数据输出设备4个部分。


计算机软件系统：
软件是支持信息的采集、处理、存储管理和可视化输出的计算机程序系统；

1.计算机系统软件：计算机系统软件是GIS日常工作所必需的，是由计算机厂家提供的、为用户开发和使用计算机提供方便的程序系统，通常包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序，以及各种维护使用手册、程序说明等。

2.GIS软件和其他支撑软件：该部分既包括通用的GIS软件包，也可以包括数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机图像处理系统、CAD软件等，用于支持对空间数据的输入、存储、转换、输出和与用户接口。

3.应用分析程序：应用分析程序是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。应用程序的水平在很大程度上决定系统的优劣与成败。



地理空间数据库：

数据则包括图形和非图形、定性和定量数据、影像数据及多媒体数据等；地理空间数据库主要用于储存、管理和检索地理空间数据。地理空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据，可以用图形、图像、文字、表格和数字等表示，由系统建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘或其他通信系统输入GIS,是系统程序作用的对象。



系统管理操作人员：
用户是地理信息系统所服务的对象，是地理信息系统的主人，GIS的用户分一般用户和从事系统的建立、维护、管理和更新的高级用户。

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GIS的应用领域有哪些？

人类的信息中有 80％与地理位置和空间分布有关，其应用可以深入到各行各业、千家万户。20 世纪 90 年代以后，伴随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，GIS 的应用也日趋深化和广泛， GIS 在全球得到了空前迅速的发展，产生了巨大的经济和社会效益。

能做什么
从古至今，人类所有活动几乎都发生在地球上，都与地球表面位置（即地理空间位置）息息相关，无时无刻不在产生着地理信息。随着计算机、移动互联网、大数据等IT技术的日益发展和普及，GIS以及在此基础上发展起来的“数字地球”、“智慧城市”在人们的生产和生活中发展着越来越重要的作用。

GIS按内容、功能和作用可以分为两类，工具型地理信息系统和应用型地理信息系统。

工具型地理信息系统，也称地理信息系统开发平台或外壳，它是具有地理信息系统基本功能，供其他系统调用或用户进行二次开发的操作平台。应用型地理信息系统是根据用户的需求和应用目的而设计的一种解决一类或多类实际应用问题的地理信息系统，除了具有地理信息系统基本功能外，还具有解决地理空间实体及空间信息的分布规律、分布特性及相互依赖关系的应用模型和方法。

GIS应用软件根据面向的用户群体又可分为大众GIS应用和专业GIS应用，其中，大众GIS应用面向大众提供出行路径规划、汽车导航、兴趣点搜索等功能，像高德地图、百度地图等为代表的互联网地图应用就属此类，已深度融入我们日常生活的方方面面；专业GIS应用面向专业领域人员提供与其业务相关的专业地理模型和分析工具，为行业管理决策提供信息技术支撑，例如自然资源监管系统、不动产登记系统、智慧社区综合管理系统等都属此类。

通过位置及其信息的获取与共享等，GIS 的发展催生了一些新的产品，如：共享单车、滴滴打车等。还有不可忽视的物流业的发展，如配送中心位置、选择配送点的布局、配送路径优化等等……

诸如此类，无一不是在彰显着 GIS 的巨大的实际价值，但相信远不止于此，未来它还将更多地运用到政治、文化等层面，进一步改变人们对世界的认知，促进人类科技事业的发展。

GIS行业应用
1.资源管理

主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。

2.资源配置

在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类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.城市规划和管理

空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。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分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等。

4.土地信息系统和地籍管理

土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。

5.生态、环境管理与模拟

区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。

6、应急响应

解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。
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