GIS技术分类与应用：应用型和工具型GIS

3.3.1.1 GIS的定义

地理学的发展与人类生产活动中的技术进步有密切关系，计算机技术、空间技术和自动化技术等现代高新技术的应用，为信息时代地理学的发展，展示出更加广阔的前景。信息时代的地理学，对地理信息的采集、管理、分析提出了更高的要求，于是GIS（地理信息系统）应运而生，从而使地理学向精密科学迈进。GIS技术、RS（遥感）技术和GPS（全球定位系统）技术三者有机结合（简称为3S技术），使GIS应用的深度和广度达到一个新的水平，构成地理学日臻完善的技术体系。

GIS是在计算机软硬件支持下，对地理环境诸要素进行采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统。简单地说，GIS就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。在我国，GIS也被称为资源与环境信息系统或土地资源信息系统。GIS是以地图为基础，管理和分析空间数据的技术，它能及时提供有关国土整治、区域规划、可持续发展等宏观的辅助决策信息，作为生产、管理和决策的依据。

目前，国内外已研制了一批GIS工具软件，如美国环境系统研究所研制的ARC/INFO系统、中国地质大学研制的微机地理信息系统工具MapGIS等。

3.3.1.2 GIS的分类

1.按照内容分类

GIS按照内容的不同可分为应用型GIS和工具型GIS两大类。

（1）应用型GIS：应用型GIS具有具体应用目标、特定的数据、特定的规模和特定的服务对象。通常，应用型GIS是在GIS工具的支持下建立起来的，这样可以节省大量的软件开发费用，缩短系统的建立周期，提高系统的技术水平，使开发人员能把精力集中于应用模型的开发上，且有利于标准化的实施。应用型GIS又可以分为专题GIS和区域GIS。

（2）工具型GIS：工具型GIS是一组包括GIS基本功能的软件包，一般包括图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等GIS的基本功能，但是没有具体的应用目标，只是供其他系统调用或用户进行二次开发。因为在应用GIS解决实际问题时，有大量软件开发任务，有了工具型GIS，只要在其中加入地理空间数据，加上专题模型和界面，就可以开发成为一个应用型GIS。工具型GIS适合作为建立专题或区域性实用GIS的支撑软件，也可作教学软件，如ARC/INFO、MapGIS和Citystar等均属此类。

2.按照用途分类

GIS按照用途的不同可分为多种地理信息系统，如自然资源查询信息系统、规划与评价信息系统和土地管理信息系统。

除此之外，GIS还可以按照系统功能、数据结构、用户类型、数据容量等进行分类。

3.3.1.3 GIS的组成

GIS主要由四部分组成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据和应用人员。GIS的组成，如图3-4所示。

图3-4 GIS的组成

3.3.1.4 GIS的流程

在建立一个实用的GIS过程中，从数据准备到系统完成，必须经过各种数据转换，每个转换都有可能改变原有的信息。一般的GIS包括以下几项基本流程。

1.数据采集与输入

数据采集与输入是将系统外部的原始数据传输到系统内部，并将这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。通常，数据采集的方式有以下几种：通过纸质地图的数字化获取数据；直接通过数字数据获取；通过GPS获取数据；直接获取坐标数据。对多种形式和多种来源的信息，输入的方式也有多种，主要有图形数据输入、栅格数据输入、测量数据输入和属性数据输入等。数据采集与输入通常是经过数字化、规范化和数据编码三个步骤实现的。

（1）数字化是指根据不同信息类型，经过跟踪数字化或扫描数字化进行模数转换、坐标变换等，形成各种数据文件，存入数据库内。

（2）规范化是指对不同比例、不同投影坐标系统和不同精度的外来数据，必须统一坐标系统和记录格式，以便在同一基础上进一步工作。

（3）数据编码就是根据一定的数据结构和目标属性特征，将数据转换为能被计算机识别和管理的代码或编码字符。

2.数据编辑与更新

数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。图形编辑主要包括图形修改、增加和删除以及图形整饰、图形变换、图幅拼接、投影变换、误差校正、建立拓扑关系等。属性编辑通常与数据库管理结合在一起完成，主要包括属性数据的修改、删除和插入等操作。数据更新是以新的数据项或记录来替换数据文件或数据库中相应的数据项或记录，它是通过修改、删除和插入等一系列操作来实现的。

由于地理信息具有动态变化的特征，人们所获取的数据只反映地理事务某一瞬间或一定时间范围内的特征，随着时间的推进，数据会随之改变。因此，数据更新是GIS建立地理数据的时间序列，满足动态分析的前提是对自然现象的发生和发展作出科学合理的预测预报的基础。

3.数据存储与管理

数据存储是将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上，其存储方式与数据文件的组织密切相关。数据管理是处理数据存取和数据运行的各种管理控制。空间数据管理是GIS数据管理的核心。

4.空间查询与分析

空间查询与分析是GIS的核心，是GIS区别于其他信息系统的本质特征。空间查询和分析功能是GIS的一个独立研究领域，它的主要特点是帮助确定地理要素之间新的空间关系，它不仅已成为区别于其他系统类型的一个重要标志，而且为用户提供了灵活解决各类专门问题的有效工具。

5.数据显示与输出

数据显示是指中间处理过程和最终结果的屏幕显示，通常用人机对话方式选择显示对象和形式。对于图形数据，可根据要素的信息量和密集程度选择放大或缩小显示。输出是将GIS的产品通过输出设备（包括显示器、图机、打印机等）输出。GIS不仅可以输出全要素地图，还可以根据用户需要分层输出各种专题地图、各类统计图、图表、数据和报告等。

3.3.1.5 GIS的功能(www.xing528.com)

由于GIS本身的综合性，决定了它具有广泛的用途。GIS在各方面的应用主要是通过系统中的多要素空间数据、各种数学模型以及应用软件来实现的。概括起来讲，GIS的主要应用功能有如下几个。

1.统计与量算

利用GIS将多种数据源信息汇集在一起，通过系统的统计和 置分析功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源统计和进行原始数据的快速再现。

GIS是一种空间信息系统，空间信息的查询和分析是GIS的基本功能。GIS不仅能提供静态的查询和检索，还可以进行动态的分析。通过GIS的有关应用程序，分别可以在一维、二维和三维空间里实现对各种研究对象的长度、面积和体积的快速量算，为用户提供各种有用的数据。

2.规划与管理

规划与管理是GIS应用的一个重要方面。GIS通过对跨地域的资源数据进行处理、分析，将空间和信息结合起来，揭示其中隐含的、内在的规律和发展趋势，使用户在短时间内对资源数据有一个直观和全面的了解。区域规划和城市规划中涉及诸多方面的众多因素和大量数据，如人口、交通、经济、文化、教育、金融和基础设施等多个地理变量。GIS技术能够进行多要素分析，具有为规划部门快速提供大量信息的能力。

3.监测与预测

在GIS中，预测主要采用统计方法，通过分析历史资料和建立数学模型，对事务进行定量分析，并对事务的未来作出判断和预测，如 水预报模型。监测是借助遥感遥测数据的搜集，利用GIS对环境污染、林火灾、水灾情等进行监视推测，为环境治理和救灾抢险决策提供及时准确的信息。

4.辅助决策

GIS在其多要素空间数据库的支持下，通过构建一系列决策模型，并对这些决策模型进行比较分析，为各部门决策提供科学的依据，辅助政府部门决策的制定。

GIS技术已经被用于辅助完成一些任务，例如：为计划调查提供信息，为解决领土争端提供信息服务，以最小化视觉干扰为原则设置路标等。所有的这些数据都可以用地图的形式简 而清晰地显示出来或者出现在相关的报告中，使决策的制定者不必浪费精力在分析和理解数据上。GIS快速的结果获取，使多种方案和设想可以得到高效的评估。

5.制图功能

制图功能是GIS最重要的一种功能，对多数用户来说，也是用得最多的一种功能。GIS的综合制图功能包括专题地图制作，在地图上显示出地理要素，并赋予数值范围，同时可以放大和缩小以表现不同的细节层次。GIS不仅可以为用户输出全要素图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题地图，以显示不同要素和活动的位置或有关属性内容，如矿产分布图、城市交通图、旅游图等。通常，这种含有属性信息的专题地图主要有多边形图、线状图、点状图三种基本形式，也可由这几种基本图形综合组成各种形式和内容的专题图。

总之，GIS的基本功能一方面是统一支配相关的海量信息，加快信息的处理速度，节约时间，提高效率，快速响应社会需求，直接创造社会财富；另一方面赢得预测、预报的时间，减少损失，间接获得经济效益。随着社会的进步以及科技的发展，GIS的应用将越来越广泛，必将产生巨大的经济效益和社会效益。

3.3.1.6 GIS的应用

GIS的优势，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术工具，也成为与空间信息有关各行各业的基本工具，以下简要介绍GIS的主要应用方面。

1.测绘与地图制图

GIS技术源于机助制图。GIS技术与RS技术、GPS技术在测界的广泛应用，为测与地图制图带来了一场革命性的变化。

2.资源管理

资源清查是GIS最基本的职能，这时系统的主要任务是将各种来源的数据汇集在一起，并通过系统的统计和覆盖分析功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源统计和进行原始数据的快速再现。

3.城乡规划

城市与区域规划中要处理许多不同性质和不同特点的问题，它涉及资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等多个地理变量和大量数据。GIS的数据库管理有利于将这些数据信息归并到统一系统中，最后进行城市与区域多目标的开发和规划，包括城镇总体规划、城市建设用地适宜性评价、环境质量评价、道路交通规划、公共设施配置以及城市环境的动态监测等。这些规划功能的实现，是以GIS的空间搜索方法、多种信息的加处理和一系列分析软件为保证的。

4.灾害监测

利用GIS，借助遥感遥测的数据，可以有效地用于林火灾的预测预报、水灾情监测和水没损失的估算，为救灾抢险和防决策提供及时准确的信息。

5.环境保护

利用GIS技术建立城市环境监测、分析及预报信息系统，为实现环境监测与管理的科学化、自动化提供最基本的条件；在区域环境质量现状评价过程中，利用GIS技术的辅助，实现对整个区域的环境质量进行客观地、全面地评价，以反映出区域中受污染的程度以及空间分布状态；在野生动植物保护中，世界野生动物基金会采用GIS空间分析功能，帮助世界最大的科动物改变它们目前于灭种的境地。

6.国防

现代战争的一个基本特点就是“3S”技术被广泛地运用到从战略构思到战术安排的各个环节。它往往在一定程度上决定了战争的成败，如海湾战争期间，美国国防制图局为战争的需要在工作站上建立了GIS与遥感的集成系统，它能用自动影像匹配和自动目标识别技术，处理卫星和高空察机实时获得的战场数字影像，及时地将反映战场现状的正射影像加到数字地图上，数据直接传送到海湾前线指挥部和五角大楼，为军事决策提供24小时的实时服务。

7.宏观决策支持

GIS利用拥有的数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，为国家宏观决策提供依据。例如，系统支持下的土地承载力的研究可以解决土地资源与人口容量的规划。我国在三地区的研究中，通过利用GIS和机助制图的方法建立环境监测系统，为三宏观决策提供了建库前后环境变化的数量、速度和演变趋势等可靠的数据。

总之，GIS正越来越成为国民经济各有关领域必不可少的应用工具，它的不断成熟与完善将为社会的进步与发展作出更大的。