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來源：互聯網

地理信息系統（Geographic Information System或Geo－Information system，簡稱GIS，又名地學信息系統）是一種以計算機軟硬件系統為基礎支持，將計算機技術與地理信息技術相結合的空間信息系統。它是現代科學技術發展的產物，是一門包括地理學、測繪學、計算機和數學等多門學科的綜合性技術。地理信息系統是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。GIS技術能夠高效實現相關功能，并結合地圖的視覺化效果與地理分析功能，且位置與地理信息既是LBS的核心，也是LBS的基礎。

1963年，加拿大測量學家Roger Tomlison首次提出了“Geographic Information System”這一術語后，眾多學者和工程師不斷對其進行深入研究和開拓創新，GIS逐步成為一項重要的信息系統。20世紀60年代以來，地理信息系統取得了較大的發展成效。實現了空間數據的地學處理、空間地理信息的管理、空間決策支持分析等功能發展，并作為必備工作系統進入用戶時代，成為現代社會最基本的服務系統。

隨著科學技術的不斷進步，地理信息系統逐步突破在土地利用規劃、自然資源管理和環境保護等傳統應用領域，開始融入智慧城市建設治理、疾病預防控制及校園安全防衛等場景中。

概念及特點

概念

地理信息系統（GIS）是指依托于計算機硬件，結合軟件開發系統，以地理概念空間為收集范圍，匯總、整合一定時間內的海量地理數據，并依此進行決策的一種重要地理研究工具，也是一項重要的技術手段。該系統通過將地理信息與計算機數據庫存儲的該位置相關信息結合，實現綜合性分析空間數據信息功能，幫助人們更加高效地處理空間數據，獲取實效信息。借助GIS，不僅能夠獲取到某一點精準的地理位置，還能夠模擬出該點附近地區的道路長度、湖泊面積、城市建筑等信息，并且通過三維可視化等技術將其繪制成圖，實現空間信息的直觀展示。

GIS的重要進步是其采用的數據分層技術，即按照數據存儲要求和數據使用要求，把具有一定邏輯聯系的一組地理特征按其屬性分成不同的組，使之成為一個圖層的分層原則和分層結果。GIS技術將地圖的獨特視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作（如查詢和統計分析）集成在一起。通過分層，某點的相關全部空間信息將會被篩選劃歸為不同層級類型的數據，不同身份的用戶可根據需求進行設置，地理信息系統將根據要求添加相關層級的數據信息，達到精準服務。其以地理研究和地理決策為目的，是人機交互式的空間決策支持系統。

特點

地理信息系統是依托計算機軟件開發及硬件支持，與地理信息技術相結合，具有著諸多與傳統地學信息系統不同的特點。

以計算機系統為支撐：地理信息系統建立在計算機系統架構之上，該系統由若干相互關聯的子系統構成，包括數據采集子系統、數據管理子系統、數據處理和分析子系統、圖像處理子系統、數據產品輸出子系統等。隨著計算機網絡技術的發展和信息共享的需求，地理信息系統逐漸向網絡地理信息系統發展。

以地理空間數據為操作對象：地理信息系統的主要數據來源是地理空間數據，這類數據依據地理坐標進行編碼，實現對其定位、定性和定量描述，具有分布性，能夠幫助實現空間數據的空間位置、屬性和時態三種基本特征的統一。

以地理模型為分析方法：

以地理相關應用為目的：地理信息系統通過計算機軟硬件系統對三維空間數據的收集、存儲、分析及相關處理，將客觀世界所包含的信息按照用戶希望的方式抽象為具體的專業化地理模型，方便用戶通過該模型實現其對客觀世界中某一地區、現象或自然過程的目的性觀測；另外，幫助其在取得自然過程的分析和預測信息后，輔助用戶對問題或現象做出正確判斷和相關決策。

具有分布特性：地理信息本身的分布性決定了地理數據的獲取、存儲和管理、地理分析應用具有地域上的針對性；計算機系統的分布性決定了地理信息系統具有分布式框架地理信息系統也具有分布特性。因此，地理信息系統也具有分布特性。

發展歷程

背景起源

地理信息系統源起于“機助地圖制圖系統”（計算機aided cartography，CAC），最早可以上溯到18世紀中期地圖學發展中第一張精確的基礎地圖的繪制。P.Parent 等學者也認為“1838年出現的愛爾蘭鐵路專員的報告附圖集可能是最早的地理信息系統”。20世紀初期，將圖片分成層的“照片石印術”得以發展，它允許地圖被分成各圖層（例如一個層表示植被，另一層表示水）。這項工作最初是在玻璃板上繪制，后來塑料薄膜被引入，具有更輕、占用存儲空間更少、柔韌等優勢。當所有圖層完成后，再由一個巨型處理攝像機結合成一個圖像。彩色印刷引進后，層的概念也被用于創建每種顏色單獨的印版。

1955年，底特律市區（位于美國密歇根州）進行的一項未來交通規劃研究中，研究組把底特律分成0.4km見方的坐標格網，然后調查每個網格中的交通流，進而運用統計分析預測未來的交通容量。這一研究中用到的全新方法為地理信息系統的出現提供了思路。社會經濟和交通運輸的需要刺激更多城市開展類似的研究，1959年芝加哥的一項相關研究中，大規模使用了電子計算機進行了城市分割操作，最早的電子地理信息系統初具模型，同時也決定了地理信息系統的決策工具屬性。

1962年，美國華盛頓大學民用工程系的E.Horwoob領導研究小組開發出一個名為ROMTRAM的系統，該系統將計算機統計制圖技術與住房和城市發展部門相結合，功能定位是評價城市更新的目標。該項目的實踐開啟了地理數據處理研究的相關發展。同年，加拿大土地調查部門的測量學家Roger Tomlison開發了世界最早的地理信息系統，但當時GIS這一專業名詞還未被正式提出。

開拓創新期

19世紀60年代，地理信息系統經歷了開拓創新時期。

1963年，Roger Tomlison首次提出了“Geographic Information System（GIS）”這一術語，地理信息系統（GIS）概念正式問世；1967年，加拿大聯邦林業和農村發展部在安大略省渥太華研發了世界上第一個真正投入應用的地理信息系統，稱為加拿大地理信息系統（CGIS）。CGIS以一種容易理解的數據格式存儲了整個加拿大的數字化地圖資料和土地基本屬性，同時還設計了檢索功能；此外，該系統還可以進行屬性重新分類、改變比例尺、結合和形成新多邊形等操作。

而后，研究人員及學者們以空間數據的地學處理為重要目標對地理信息系統進行了接續開創。許多大學研制出基于柵格系統的軟件包，如哈佛大學開創的SYMAP、馬里蘭大學建立的MANS等。初期地理信息系統發展的動力來自于諸多方面，如學術探討、新技術的應用、大量空間數據處理的生產需求等。該時期專家興趣以及政府的推動對地理信息系統的發展起著積極引導作用，但大多數研究開創工作局限于政府和大學內部，也很少有國際間的交流與合作。

鞏固發展期

20世紀70年代，世界各地開始對地理信息系統的全面研究。

各國政府為解決資源開發利用及環境保護等棘手問題，需要一種能有效地分析、處理空間信息的技術、方法與系統，加大了對地理信息系統研究開發的資金投入。計算機技術的發展使快速數據處理成為可能，同時計算機硬件價格的下降，也使企業、高校及科研機構等能夠配置相應計算機系統進行研發工作。另外，各國開始重視人才培養。許多大學開始提供地理信息系統培訓，部分商業性咨詢服務公司也開始從事地理信息系統工作，如美國環境系統研究所（美國環境系統研究所公司）。

該時期GIS的發展中政府影響更進一步，不同專題、不同規模、不同類型的各具特色的地理信息系統開始在全球范圍內出現。美國森林調查局發展了全國林業統一使用的資源信息顯示系統RIDS；國土地理院從1974年開始建立數字國土信息系統，為國家和地區土地規劃服務；瑞典在中央、區域和市三級上建立了斯德哥爾摩地理信息系統等多個信息系統。這些系統的研發都注重空間地理信息的管理，但系統的應用與開發多限于某個機構。同時，許多學者開始聚焦于遙感（remote sensing，指非接觸的，遠距離的探測技術）數據在地理信息系統中的應用可能。

擴大發展期

20世紀80年代，以空間決策支持分析為目標，地理信息系統經歷了擴大發展時期。該時期GIS的應用領域迅速擴大，從資源管理、環境規劃到應急反應，從商業服務區域劃分到政治選舉分區，涉及到了許多的學科與領域，如古人類學、景觀生態規劃、森林管理、土木工程以及計算機科學等。

許多國家紛紛制定本國的地理信息發展規劃，并以此為指引啟動科研項目，建立更具專業性的政府、學術機構。如中國于1985年成立了資源與環境信息系統國家重點實驗室；1987年，美國成立了國家地理信息與分析中心（NCGIA）；1987年，英國成立了地理信息協會。同時，商業性的咨詢公司，軟件制造商大量涌現，并提供系列專業性服務。這一時期地理信息系統發展最顯著的特點是商業化實用系統進入市場。

進入用戶時代

20世紀90年代，地理信息系統已成為政府、企業等許多機構必備的工作系統，同時社會對地理信息系統的認識普遍提高，需求大幅度增加，GIS的發展開始注重用戶垂直化、精準化相關服務。

1992年，美國邁克爾·杰克遜 Goodchild為解答包括“Where？What？When？ How change？ How many？ Spatial Relation？”的WWW-HHSR問題提出了“Geographic Information Science”；1993年，Steve Putz第一次在Internet上基于擴展的HTTP服務器發布簡單的地圖服務，揭開了“Geographic Information Service（GIS）”的序幕。

自進入20世紀90年代后，互聯網的發展使世界聯系愈加緊密，不同國家在GIS發展方面開始重視國際合作。全球性的地理信息系統已成為公眾最關心和關注的問題，各國開始提出相關政策和提案。如美國政府決定將地理信息系統列入“信息高速公路”計劃；在中國，GIS也逐漸出現產業萌芽，雖起步較晚但發展迅速，如中地數碼于1991年推出中國第一套彩色地圖編輯出版系統MapCAD，開創了中國計算機制圖新紀元；此外，美國副總統戈爾提出的“數字地球”戰略、中國的“21世紀議程”和“三金工程”中也包括了地理信息系統相關問題。這些發展使得地理信息系統走向產業化和社會化，并且逐步成為現代社會最基本的服務系統。

空間信息網格與云計算時代

21世紀初期，GIS全面進入空間信息網格（Spatial Information Grid，SIG）與云計算時代。隨著GIS技術更加廣泛和深入的應用，地理空間信息分布式存取、共享與交換、互操作、系統集成等在網絡環境下的實現成為GIS的新發展方向。空間信息網格是一種匯集和共享地理分布海量空間信息資源，對其進行一體化組織與處理，從而具有按需服務能力的空間信息基礎設施；云計算是網格的延伸。

在云計算等新技術的支持下，GIS系統開始具有海量空間數據處理能力，能夠存儲、訪問和管理從TP到PB量級的海量數據；同時可對數據進行效的分析和處理，并且提供可視化、多媒體的空間信息服務，以及高速度、高效率、實時、及時的計算與信號處理功能；此外，還能實現應用層面的互連互通和各種異構資源共享，從而提高空間資源利用率。另外，新興GIS系統還提供了集成現有系統功能，可以使GIS保持更高的延續性、繼承性，保護用戶投資；異地協同工作功能為遠程訪問提供了穩定的數據與服務。

系統組成

一個完整的地理信息系統的組成主要包括計算機硬件系統、計算機軟件系統與應用模型、地理空間數據庫，以及管理人員和用戶四部分。計算機軟硬件系統是地理信息系統的核心部分；空間數據庫反映了地理信息系統的地理內容；管理人員和用戶決定了系統的工作方式和信息表達方式。

計算機硬件系統

計算機硬件系統是計算機系統中有形物理裝置的總稱，該部分是地理信息系統的物理外殼。該硬件系統包括計算機主機；數字化儀、掃描儀、鍵盤、通訊端口等數據輸入設備；軟盤、HDD、盒式錄音磁帶、光盤及相應驅動設備等數據存儲設備；以及顯示器、繪圖儀、打印機等數據輸出設備。這些硬件是實現GIS軟件運行所需的一切計算機資源。地理信息系統支持在單機或網絡環境中運行，能夠在中央計算機服務器、桌面計算機等多種類型的硬件系統上實現操作。

計算機軟件系統

計算機軟件系統包含了GIS運行必需的各種程序，由計算機系統軟件、地理信息系統軟件和應用分析模型庫三部分構成。

計算機系統軟件通常包括操作系統、匯編程序、編譯程序、診斷程序等；地理信息系統軟件提供存儲、分析和顯示地理信息的功能和工具，如GIS工具系統或GIS開發專門軟件包，以及數據庫管理系統、CAD（計算機 Aided 設計，計算機輔助設計）、圖像處理系統等；應用分析模型庫是系統開發人員或用戶據實際應用需要編寫的特定應用分析程序，以解決實際問題。

GIS能夠利用現有計算機模型，通過與應用目的相結合，制定出相應的可行性方案，應用于地理勘測、城市建設、安全系統構建等領域，對于資源清查、災害評價與防控、物流調度、交通管控等都有著積極意義。通過計算機軟件系統能夠實現地理信息的輸入和處理，支持地理查詢、分析和可視化顯示，方便實現各類功能及用途，也能夠簡化應用界面方便用戶學習和使用。

地理空間數據

地理空間數據是一個GIS應用系統的最基礎的組成部分，也是GIS的操作對象。這類數據包括以地球表面空間位置為參照的自然、社會、人文經濟相關數據，能夠以地圖、影像、表格、文檔等多種形式表示。地理空間數據是GIS所表達的現實世界經過模型抽象的實質性內容。

數據來源包括室內數字化和野外采集，以及從其他數據的轉換。數據包括空間數據和屬性數據，空間數據的表達可以采用柵格和矢量兩種形式；空間數據表現了地理空間實體的位置、大小、形狀、方向以及幾何拓撲關系。

管理人員和用戶

地理信息系統中包含管理人員和用戶兩類操作者。

由于地理信息系統是一種動態進行的客觀模型，因此需要專業人員進行組織、管理、維護和數據更新，才能保證GIS相關服務的正常提供。因此，地理信息系統的管理人員不僅要對GIS的技術和功能有足夠的了解，還要具備組織管理能力。管理人員團隊由各種技術人員混合組成，高級人員著重于系統的正常運行、程序編寫、數據處理、模型建立、系統功能開發等工作；低級技術人員負責數據輸入、結果輸出、檢查等工作。

而用戶需求則是管理人員運用技術更新系統信息及功能的導向和決定性因素之一，用戶的需求與對地理信息系統功能的期望，是管理人員評價、維護和修改地理信息系統的重要依據。

技術架構

實現基本技術

地理信息系統功能的實現需要計算機軟硬件系統的支持，同時對地理信息數據的采集、處理、分析和輸出，也是維持地理信息系統正常運行的重要環節。

數據獲取與輸入

地理信息系統的數據獲取主要通過對外部的原始數據進行加工整理的過程。在此過程中，GIS會將需使用的數據轉換為計算機可識別的數據形式，即可以應用到實際中的形式。通過該過程，外界諸多數據能夠形成以系統形式存儲在于數據庫中的形態。

地理信息系統所需的數據依照形態可分為兩大類，即空間數據和屬性數據。空間數據以圖形方式存在，一般采用鍵盤輸入或通過相關儀器掃描至數據庫中的數據輸入法；屬性數據是一種對空間實體特征進行具體描述的數據形式，通常采用的輸入法為鍵盤輸入。

20世紀80年代開始，遙感技術逐步應用于地理數據的測量中，互聯網技術的發展也使全球定位系統日趨完善，這些技術正在與地理信息系統相融合。如GPS（Global Positioning System，全球定位系統）技術能夠全面展現實體三維坐標，并且可以針對不同場景及需求設定所需精度，它在地理信息系統中的應用，為GIS獲取地理原始數據提供了更加便捷的手段，推動地理信息系統不斷發展。

數據存儲與管理

地理信息系統中存儲的數據需建立邏輯順序，才能在用戶使用時靈活、高效地進行數據訪問。在數據存儲時最常使用的方式是GIS分層技術。此技術將地圖分成若干個層，并通過不同關鍵詞篩選數據，然后關鍵詞與地圖的不同層級結合，這些層疊加起來可以還原完整的地圖。用戶即可通過設置不同關鍵詞搜索相關地圖層中包含的數據信息，系統可根據圖層的關鍵特征進行操作，實現精準服務。

在數據信息管理方面，GIS主要依據數據采集工具形式進行分類管理，主要分為對圖形數據和屬性數據的管理。在圖形數據庫中，GIS將數據按照圖形特征分為點、線、面和混合四種形式進行管理，以實現地圖數據間所具備的關系能夠反映地理實體間的關系。屬性數據的管理一般采用表格的方式表達，用關系式數據庫進行管理。

數據處理與分析

地理信息系統的數據處理包括兩方面：一是對輸入的數據進行質量檢查與糾正，包括圖形數據和屬性數據的編輯、圖形數據和屬性數據之間對應關系的校驗、空間數據的誤差校正等；二是對輸入的圖形數據進行整飾處理，使其滿足地理信息系統的各種應用要求，如對矢量數據的壓縮與光滑處理、拓撲關系的建立、矢量柵量數據的相互轉化、地圖裁減及拼接等。

在數據處理過程中，地理信息系統使用矢量數據和柵格數據對地理空間數據進行表達。也常將兩種表達方式混用，即令矢量數據和柵格數據建立在相同地圖投影和坐標系上，方便地理空間信息可同時以兩種不同方式呈現；或者用柵格數據對矢量數據建立索引，便于用戶快速查詢用矢量數據所表達的地理空間目標。

數據顯示與輸出

地理信息系統的數據顯示與輸出是與用戶實現直接連接的環節。該環節通過圖文一體化、三維可視化等技術將用戶所需的圖形、數據報表、文字報告、數學數據等，以用戶能夠識別的形式靈活顯示出來。用戶可選擇計算機顯示器、打印機、繪圖儀、照排機等作為輸出設備進行結果接收和呈現。

開發關鍵技術

在地理信息系統的開發中，常會使用到關于數據庫管理、數據可視化和組件開發等相關技術，以實現GIS在更多場景的垂直精細化功能。

圖文一體化技術

圖文一體化技術主要是為了有效解決地理信息系統設計過程中需要對多種數據的集成管理問題，如實體的屬性數據、聲音、視頻、數據以及圖形數據等不同多媒體數據。較常使用的是基于文件關系數據庫的數據管理和基于對象關系數據庫的數據管理兩類。

基于文件關系數據庫的數據管理模式，主要利用文件系統管理對圖形數據庫進行儲存，通過關系型數據庫對屬性數據和多媒體數據進行儲存。數據關聯方式的重要核心為屬性數據，應用多媒體數據通過二進制的方法在數據庫中存儲信息數據，同時將與關鍵字段相關的數據增加至屬性數據庫中，將屬性數據作為連接點對兩者進行關聯，可促進與空間數據庫之間的連接

基于對象關系數據庫的數據管理基于能夠對大二進制對象類型提供有力支持的數據庫，這種數據庫管理為不同數據提供了一致的訪問接口，不僅能共享數據信息，還能將空間信息與多種信息進行連接，包括屬性、多媒體信息，從而實現統一管理與維護，形成圖文并茂的良好效果。

三維可視化技術

地理信息系統所要輸出的空間數據信息需要采用三維可視化技術才能以清晰直觀、較易理解的形式展示給用戶。因為空間體數據是真正意義上的三維數據，能夠透視空間坐標的各個數值及空間屬性，可以直接利用空間三維體取代數據的作用，完成相應的表達。三維可視化技術是多種技術整合的過程，在地理信息深度調查中提供強有力的數據支持。

地理信息系統用戶可利用三維可視化技術建立符合具體空間數值的空間體模型，模型建立后，利用模型切片獲取實際應用過程中需要的不同類型的數據，切片主要是指根據某個空間方向的空間數據進行投影，從而充分表達出同一空間內不同的信息數據，進一步提高空間內部可視化的效果。

組件技術

組件技術主要是面向對象技術后續發展起來的一種新型軟件工程技術，也可以說是面向對象技術的一種延伸和創新。通過組件化思想將復雜GIS功能按照不同層次進行分解，將其分成可以相互操作、自我管理的不同組件。這些組件具有面向對象、語言中立、位置透明等特性。

例如，組件式GIS可以把GIS的各大功能模塊劃分成多功能需求的多個控件，每個GIS控件之間、GIS控件與其他非GIS空間之間都可以利用可視化軟件開發技術進行集成處理，從而形成高效化的GIS應用。這些特性為GIS基本功能模塊能夠獨立存在于各種開發語言過程中，對于加快開發速度，提高開發效率及降低開發過程中的難度系數和成本具有極大的促進作用。

OLE技術

通過OLE（Object Linking and Embedding，對象連接與嵌入）技術，可以實現對地圖對象與系統的集成。這種方法能夠采用可視化技術制作具有商業化的界面，達到優化功能的目的。雖然有著運行速度比較慢，對硬件的需求較高，且僅適用于本地的缺點，但通過該技術開發出的軟件具有較好的用戶界面、強大的數據庫功能和數據處理功能，具有較強的可靠性，而且容易移植，便于后期工作人員進行維護。

主要功能

空間數據方面

地理信息系統能夠完成地理、空間等相關數據的輸入、編輯處理、儲存管理及可視化輸出功能。

數據輸入

數據輸入方面，地理信息系統可接受多種形式、多種來源的信息，實現多種方式的數據輸入。如圖形數據輸入、柵格數據輸入、GPS測量數據輸入、屬性數據輸入等。通過使用數字化儀的手扶跟蹤數字化技術，以及使用掃描儀的掃描技術，地理信息系統可完成空間數據采集工作。

數據編輯與處理

數據編輯處理方面，地理信息系統主要通過對圖形和屬性進行相關編輯以實現數據的處理。屬性編輯與數據庫管理結合在一起實現；圖形編輯主要包括拓撲關系建立、圖形編輯、圖形整飾、圖幅拼接、圖形變換、投影變換、誤差校正等功能。

數據存儲與管理

數據存儲管理方面，地理信息系統主要提供了空間與非空間數據的存儲、查詢檢索、修改和更新能力。矢量數據結構、光柵數據結構、矢柵一體化數據結構是存儲GIS的主要數據結構。數據結構的選擇在相當程度上決定了系統所能執行的功能。

可視化輸出

可視化輸出方面，地理信息系統通常以人機交互方式來選擇顯示的對象與形式，對于圖形數據，根據要素的信息密集程度，可選擇放大或縮小顯示。GIS不僅可以輸出全要素地圖，也可以根據用戶需要，分層輸出各種專題圖、各類統計圖、圖表及數據等。

空間查詢與分析

空間查詢與分析方面，地理信息系統可實現空間查詢、空間檢索、空間拓撲疊加分析以及空間模型分析等功能。

空間查詢

空間查詢系統內容包括數據操作運算、數據查詢檢索與數據綜合分析等部分。數據查詢檢索主要是根據應用，對相關數據進行查找，通過對數據文件、數據庫或存儲裝置記憶搜索，查找和選取用戶需要的有用信息和數據。

空間檢索包括從空間位置檢索空間物體及其屬性、從屬性條件檢索空間物體；空間拓撲疊加分析能夠實現空間特征（點、線、面或圖像）的相交、相減、合并等，以及特征屬性在空間上的連接；空間模型分析功能可進行數字地形高程分析、BUFFER分析、網絡分析、圖像分析、三維模型分析、多要素綜合分析及面向專業應用的各種特殊模型分析等。

空間分析

空間分析功能涉及空間選擇、空間連接、合并分析、幾何量算等模塊。空間選擇模塊可以完成空間疊加分析、緩沖區分析、臨近分析等空間操作；空間連接功能主要用于對多種空間實體進行綜合分析，根據空間位置關系，將不同的圖層或同一圖層的要素按位置連接起來，從而進行多種空間分析；空間合并功能是將多個同一類型的空間實體合并為一個空間實體，同時還可以對空間實體的特征進行合并計算，一般用于空間實體的重新分類；通過幾何量算可以測量包括距離和面積在內的數值。最后通過綜合分析功能，全面保證系統評價、管理和決策能力的正確實現。

空間決策支持

地理信息系統的空間決策支持功能通過利用各種手段形成數據處理和變換，提取隱含在空間數據中的關聯，從而找到真實事物間的關系，實現對應用空間系統的全面分析。最終將結果以圖形和文字形式展示給決策者及用戶，既為決策提供信息支撐，也為用戶活動提供信息支持與服務。

例如，地理信息系統為用戶提供了精確、實時的地理空間數據。通過整合各種數據源，包括遙感影像、測量數據、人口統計數據等，GIS地圖能夠呈現出地理空間的多個維度，用戶可以輕松查找地點、了解地理特征、探索地域關系等。同時，借助其攜帶的工具和算法，用戶還可以對地理數據進行深入分析和挖掘。如通過空間插值技術能夠預測和模擬地理現象，如氣候變化、土壤質量等；通過熱力圖、流向圖等可視化方法，用戶可以發現數據中的潛在規律和趨勢。這些都為決策制定提供了數據支持，幫助人類更好地理解和應對各種地理挑戰。

地圖繪制

根據地理信息系統的數據結構及繪圖儀的類型，用戶可繪制矢量地圖或柵格地圖。用戶使用GIS平臺進行制圖時，地圖的繪制建立在已有地理數據基礎上，因此制圖者只需關注數據規范和符號化規則就能夠快速完成地圖制作。

同時，地理信息系統在為用戶輸出全要素地圖的同時，可以根據用戶需要分層輸出各種專題地圖。繪圖過程中繪圖者也可以隨時對任意地圖圖元的細節進行繪制和修改，生產過程速度較快，還能夠完成多個專題地圖的共線生產。如行政區劃圖、土壤利用圖、道路交通圖等高城圖等。還可以通過空間分析得到一些特殊的地球科學分析用圖，如坡度圖、坡向圖、剖面圖等。

設備管理

通過地理信息系統的設備管理功能，能夠實現系統以及所有相關的功能的同時運行。例如，在進行工程測量過程中，可以實現對問題數據進行檢修和處理。在此功能應用過程中，通過確定工程測量的范圍，根據時間情況選擇相應的設備，便可啟用模糊檢索功能。此外，地理信息系統技術還具有圖形打印和標表功能，一定程度簡化了工程測量的流程，提升了工程測量的工作效率。

應用領域

地理勘測方面

利用地理信息系統能夠搜集到相關數據，以數據為基準建立健全相對應的地理信息數據庫，通過這樣的方法能夠更有效地進行某地區的深入地理分析，而這些數據也會有利于為具體的分析過程提供參考依據，通過數據的對比，使具體情況得到有效呈現，并比較出相關優勢和不足。

資源清查

資源清查是地理信息系統基本功能，該系統能夠通過信息匯集，使資源情況一目了然。通過對各種來源數據匯集的分析判斷，形成統計覆蓋分析功能；另外還可以根據邊界和屬性條件，提取數據有用信息，形成區域多種組合，使現有資源情況快速再現。

2018年南充市曾借助地理信息系統相關技術，結合高分辨率遙感衛星地圖、野外地面調查和入戶訪問，進一步掌握了南充草地資源狀況、生態狀況、利用狀況、草地退化狀況、草地生態氣候、土壤狀況等方面的第一手資料。此次清查為南充市全面落實強牧惠牧政策、嚴格依法治草和提高草地精細化管理水平奠定堅實基礎。

土地調查

通過地理信息系統各項功能，能夠滿足土地調查需求，保證土地資源的合理利用與保護。地理信息能夠為人類提供土地相關的重要信息，在土地調查、土地登記、面積統計、資源評價和土地利用等方面起到重要支撐，通過地理信息能夠形成土地的分項管理，保證土地產權清晰。

人們在對土地開發和利用過程中，產生的土地位置、房產地界、土地名稱、總體面積、土地類型、權責權屬、土地價格、稅收政策、地理要素及設施建設等內容，均能夠借助地理信息系統完成，可以幫助人們全面實現權責清晰。GIS為人們提供了可靠的地理信息支持，有利于維持社會穩定。另外，精準的地理信息數據能夠全面滿足地籍數據操作，為用戶查詢提供便利，實現了土地調查全過程的精準科學。

地質災害調查

利用GIS地理信息系統可以良好地完成包括地質災害預測、地質災害繪圖、地質災害制圖分析在內的多項工作，在地質災害調查核實領域的應用十分廣泛且非常重要。GIS在地質災害調查領域中的應用，能夠輔助相關工作人員做好預防、監控、搶險和災后重建等環節相關的決策，幫助完成制定地震防災減災的相關策略，實現地質災害的有效減少。

在地質監測預報方面，地理信息系統可以完成地質構造、地質分布、潛在震源、歷史地質以及地質災害的有效劃分，實現地理地質災害的良好處理，對地質災害的爆發進行預測；在地質災害損失預測分析方面，地理信息系統的高精度數據采集以及數據分析能力能夠幫助解決傳統的地質災害損失和風險預測存在數據精度不足的問題；地質災害調查實施方面，可以利用地理信息系統內部的RS（remote sensing ，遙感）功能完成災區現場圖片的精準繪制，包括現場的房屋定位、建筑定位、河流以及湖泊的定位，在地質災區進行有效監測。

海洋漁業

地理信息系統在海洋漁業方面的應用較為廣泛，其中涉及了大洋漁業與環境關系、近海漁業與環境關系、漁政管理系統建設、漁情預報、漁場圖繪制，以及海洋漁業數據采集工具與處理分析等多個方面。

借助地理信息系統相關功能可以實現漁船GIS動態跟蹤、軌跡回放、違規報警、安全報警等；通過建立漁船監控和GIS監測航行軌跡系統，也可實現對漁船位置的實時監控，并結合三證管理信息，即可對漁船捕撈的違法行為進行判斷；另外，以GIS空間數據庫為基礎，利用空間決策支持系統，可構建漁業資源預測預警輔助決策支持系統，為近海實時監控海上漁船作業情況奠定基礎。利用地理信息系統空間局部插值法構建景觀分析模型，還可以繪制海洋各類動物的分布格局圖等相關漁場圖。

中國航天科技集團五院航天恒星公司曾于2015年提出，依托統一的業務協同平臺及地理信息系統，可構建全局數據模型并形成統一的數據庫，實現省級業務的“一張圖”管理，構建形成全新理念的智慧海洋與漁業整體解決方案。

考古實踐

利用地理信息系統本身所具有的數據收集、處理及分析管理功能，能夠將獲取的普通數據整理為符合考古研究需求的數據，如空間定位功能可以賦予考古數據空間特性；還可以借助數字化制圖功能繪制遺址分布圖、文物保護圖、文化傳播與遷移圖、聚落演化圖、文化與環境關系圖等圖件。

同時，可以利用空間數據庫技術對考古數據進行科學、有效地組織與管理。如緩沖區分析、疊置分析等基本功能可直接應用于考古研究進行遺址保護區劃定遺址時空分布規律總結等研究工作。

意大利布林迪西市與GeoMarketing合作部署和配置保護其城內古建筑不受破壞的解決方案。通過將三維空間數據歸類并存儲到webgis中，就能夠在同一地圖上，同時顯示128層基于位置的數據，這使得布林迪西的用戶能夠創建獨特的視圖，以滿足各種保護需求和地理應用。

城市建設方面

城鄉規劃

城鄉規劃是地理信息系統在城市建設應用領域最主要的能力。通過地理信息整合，可以提供直觀有效的數據，帶動產業發展，實現良好城鄉規劃。數據顯現不同性質和不同特點的多項問題，主要能夠體現資源、環境、人口、交通、經濟、教育、文化和金融等變量信息，通過地理信息系統數據庫分析，可以使各種復雜的信息更加直觀可視，形成統一的格式與輸出，為城市建設與區域規劃，提供多目標和多選擇。

地理信息系統對城鎮總體規劃、城市建設用地適宜性評價、環境質量評價、道路交通規劃、公共設施配置及城市環境的動態監測等均能提供有價值的數據。要想保證城市功能良好發揮，則需要地理信息支撐，以地理信息系統空間搜索方法、多種信息疊加處理和分析軟件評估，推動中心城市科學規劃，強化城市管理能力。

交通建設

地理信息在交通規劃方面起著重要作用，地理信息系統在交通領域的應用能夠幫助人們進行合理的協調與規劃。地理信息系統能夠為交通部門提供正確的數據，通過編輯、制圖顯示及測量等功能，把交通展示出來的數據實現輸入、存儲、編輯及制圖，通過交通地理信息疊加、動態分段、地形分析、柵格顯示等，實現交通分流和路徑優化。

美國聯邦陸地高速路管理辦公室利用GIS提供給公眾道路服務機構更多的資源和資金。利用GIS在線服務工具能夠監控道路信息，并服務于基礎設施投資計劃。同時，交通網絡部通過國家公路網絡系統展示了在結構上存在問題的橋梁信息，以提醒國會以及公眾問題橋梁的位置。

環境治理

地理信息系統在環境治理中的應用，能夠幫助實現環境污染狀況的顯示, 以提升環境數據信息監控的有效性。通過相關技術的使用，可以實現對大氣環境污染的動態化監測，系統的對空氣污染的位置、污染物體等因素進行綜合分析, 提高環境污染治理的整體質量，滿足現代大氣環境的生態化改革需求；同時，該系統還可以對水環境進行監測，為水污染治理信息的數據處理以及水資源信息的查詢提供參考，幫助人們實現水環境治理的最終目的。

2018年，南寧市面臨著黑臭水體黑臭污染反彈嚴重的問題，市政府在全區建立水環境治理城市排水設施地理信息系統，通過運用現代化信息技術手段，確保信息及時更新、實時共享，實現全市黑臭水體信息“一張圖”。此次GIS在污水治理中的應用助力了南寧城市黑臭水體治理攻堅戰順利完成。

電子政務

電子政務的信息特點是以公文為主，涉及到公文的起草、報批、審核、成文、下發、存檔等諸多環節，它要求以電子文檔的方式模擬再現傳統辦公的過程。

政府許多部門的工作內容中會涉及到有關地理空間的數據及信息，地理信息系統中實時更新且準確度較高的數據存儲為電子政務的順利辦公提供了信息基礎。同時，GIS與電子政務的融合，還能實現對非空間數據的空間定位、空間分析和空間輔助決策。在現代電子政務建設中融入日益成熟的GIS技術，可以有效的實現城市基礎地理信息的數據共享、動態更新、實時查詢和發布，有力的保證空間數據的現勢性，為企業及公眾，也為政府各職能部門，提供準確、及時、有效和權威的信息服務。

2006年，中國就完成了首套全國產化電子政務GIS系統，實現了GIS軟件、操作系統和數據庫三大基本部分全部全國產化，為后續數字政府建設提供了技術和平臺基礎。

安全系統方面

公安行業

在公安行業，地理信息系統的應用十分廣泛。在該領域，地理信息系統中各項技術與公安信息系統相結合。GIS提供空間信息基礎數據，也支持多種方式的設備選擇。當報警發生，通過PGIS（警用GIS）地圖，公安部門就可以第一時間確定發生事件的位置，可以精確到經緯度對應急聯動和指揮調度起到了更有效的支持。針對不同業務需求, 在GIS側邊欄可對視頻設備、卡口設備、路口、道路、重點單位、門牌號等GIS圖元信息進行搜索，便于公安部門的作戰指揮。同時，也可以對城市路面狀況進行監控，準確了解車禍、塌方等安全事故的發生地點，便于警力布控。

禁毒情報

地理信息系統在禁毒領域的應用，可以幫助公安系統建立毒品樣本數據庫，為禁毒部門從戰術角度比對不同時間、空間的樣本間的異同來挖掘案件線索，從戰略角度根據毒品來源研判區域毒品形勢，從戰略角度根據毒品來源研判區域毒品形勢，為禁毒工作提供背景情報、線索分析和數據支持等服務。GIS利用空間地理地標信息和時間參數來集成各類禁毒信息，進而實現自動、快速地關聯、分析、篩選和排除各類信息。另外，GIS的應用還可以實現“數字化、可視化”的毒品案件偵查和管理，提高禁毒工作效率，提高快速反應能力、綜合偵控能力，節約警力，提升工作效率。

開發軟件及工具

根據GIS所需的數據收集、處理及分析，圖像繪制及呈現，要素創建及編輯等因素，GIS的相關開發軟件及工具也在不斷更新，在各領域中應用最廣泛的GIS開發軟件是ArcGIS；常用的開發組建工具有ArcView和ArcScene。

開發軟件ArcGIS

ArcGIS是美國環境系統研究所（美國環境系統研究所公司）在全面整合了GIS與數據庫、軟件工程、人工智能、網絡技術及其它多方面的計算機主流技術之后，成功推出的代表GIS最高技術水平的全系列GIS產品。它是一款基于云的用于創建和共享交互式web地圖的軟件，具有制作地圖、共享地圖和應用程序、協作、分析數據和處理數據五大功能。

制作地圖功能

該功能可以根據用戶提供的數據構建解釋數據型交互式地圖，將數據動態可視化的同時還能夠進行顏色、動態細節等元素的修改，從而幫助用戶更加直觀清晰地、以自己最舒適的方式瀏覽該地圖。

共享地圖和應用程序功能

該功能使用戶能夠與特定組或選定成員共享指定地圖，通過使用生成的地圖創建Web應用程序，并將其嵌入到網站、社交媒體或博客文章中，他人便可以通過不同渠道共享地圖。

協作功能

該功能提供了在組織中方便與同事協作的各類性能，如組織內每位成員均有唯一的用戶身份，分別為創造者、觀察者、移動工人、編輯和專業用戶。每位成員對內容的訪問由管理員或內容創建者決定，并由唯一的用戶身份控制。用戶必須進行身份驗證才能查看或編輯內容。同時，協作功能還保證了組織成員能夠隨時隨地查看共享數據視圖來共同處理項目。此外，不同的ArcGIS 組織間也可實現協作。例如，整個縣或州的應急響應機構可以使用相同的數據。

分析數據功能

該功能能夠將各類地理數據與實際需求相結合，完成用戶所需的分析過程。如在商業版圖擴展方面，ArcGIS能夠根據用戶提供的需求發現符合要求的地點，同時通過識別與該地點具有相似特征的其他場所；另外，通過分析及可視化潛在客戶和現有客戶的人口分布，以確定最佳站點，最終實現最大化利潤。在行駛路徑優化方面，它可以快速按時間和距離計算旅行費用以確定最佳路線，同時能夠根據組織要求或車輛限制選擇方向，為每輛車規劃停車和路線來獲得最大效率。此外，ArcGIS還能夠獲取用戶所在的城市周邊相關設施及事件信息，為其提供專屬信息服務，執行實時和大數據分析也是ArcGIS 的技能之一。

處理數據功能

該功能將輸入數據帶入一個可以進行地理啟用、托管和擴展的強大系統。該系統可接受來自包括電子表格、地理空間文件、圖像和服務的數據信息，并在其基礎上添加位置，實現按預定義的地理區域（如郵政編碼）匯總數據，還能夠通過加入繪制地點周圍的人員、住房和企業數據，豐富數據包含的內容，更新字段值和完全覆蓋數據集等性能也保證了數據處于最新狀態。

GIS與GPS的區別

社會評價及未來發展

2023年9月4日，在西安市西咸會議中心首屆陜西省北斗時空信息論壇成功舉辦。會上，中共陜西省委網信辦二級巡視員王創表示，遙感技術、全球導航衛星系統、地理信息系統等先進技術的不斷突破為地理信息產業的發展提供了強大的支持。要不斷加強地理信息產業與北斗衛星導航應用的深度有機融合，攜手推進北斗+地理信息產業在能源交通、自然資源、城市建設、生態保護、大眾消費等領域的深度應用。

隨著計算機軟件、硬件技術和通信技術的高速發展，以GIS和RS為代表的3S技術得到了迅速的發展和廣泛的應用，并日趨與主流IT技術深度融合，成為信息技術發展的全新方向。GIS技術的不斷創新發展，使其普適化特征愈發明顯，從信息中心、測繪院到新華社、國家博物館，GIS的應用不斷在創新與普適。未來，地理信息系統將在國土、測繪學、土地整治、生態環境、智慧城市、工程設計、農林、教育、商業企業、水利、交通等更多行業中得到應用。同時，GIS人才的培養也將提上日程，各大高校將開啟針對新興GIS技術的垂類課程，幫助相關專業學生學習行業前沿技術操作技能，主力人才教育及培養。

參考資料 >

關于地理信息系統未來發展的思考.中國知網.2023-09-17

什么是地理信息系統(GIS)?.搜狐網.2023-09-17

地理信息系統綜述.中國知網.2023-09-17

地理信息系統開發關鍵技術研究.中國知網.2023-09-17

關于地理信息系統未來發展的思考.中國知網.2023-09-17

地理信息系統 ( G I S )發展簡史.江蘇省自然資源.2023-09-17

新型智慧城市建設背景下地理信息系統應用研究.中國知網.2023-09-17

地理信息系統在新冠肺炎疫情防控中的應用思考.中國知網.2023-09-17

地理信息系統在校園安全防衛中的應用探析.中國知網.2023-09-17

地理信息系統GIS發展現狀及展望.中國知網.2023-09-17

數據分層.術語在線.2023-09-17