地理信息系統（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時又稱為“地學信息系統”或“資源與環境信息系統”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟體系統支持下，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採集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。
一般來說，該術語描述了集成，存儲，編輯，分析，共享和顯示地理信息的任何信息系統。 GIS應用程式是允許用戶創建互動式查詢（用戶創建的搜尋），分析空間信息，在地圖中編輯數據以及呈現所有這些操作的結果的工具。地理信息科學是地理概念，套用和系統的基礎。
基本介紹
- 中文名：地理信息系統
- 外文名：Geographic Information System、Geo－Information system
- 套用領域：交通，城市規劃，等各個領域
- 提出人：Roger Tomlinson
- 提出時間：20世紀60年代
GIS簡介,特點,產品分類,實現方法,信息來源,資料展現,資料採集,資料操作,系統轉換,空間分析,開發工具,組件式工具,集成式工具,模組式工具,網路工具,生活套用,
GIS簡介
地理信息只是一堆數字紀錄，需要有合適的軟體去把它表示出來；與此同時，地理信息資料庫的建立，亦有賴合適軟體的幫助，把地理數據信息化。現時在工商界方面的市場普遍被兩大地理資訊系統巨頭ESRI及Mapinfo所壟斷，但他們亦能夠提供一套整全的地理資訊系統，以供客戶使用。政府及軍方機構往往用到特別打造的軟體，例如開源的GRASS或其他專門的系統，以配合他們的特殊需要。雖然現時有不少自由的閱覽GIS資料的工具，一般大眾可以輕易取得的地理信息，還得依靠Google Earth或微軟的Virtual Earth之類的系統。這些系統所提供的資料更往往過於地域中心，例如：你可以清楚找到一個位於美國偏遠小鎮的停車位，但卻不能看得清楚一條位於首爾 江南區的大街。
特點
- 公共的地理定位基礎；
- 具有採集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力；
- 系統以分析模型驅動，具有極強的空間綜合分析和動態預測能力，並能產生高層次的地理信息；
- 以地理研究和地理決策為目的，是一個人機互動式的空間決策支持系統。
產品分類
地理信息系統按功能：
專題地理信息系統(Thematic GIS)
區域地理信息系統(Regional GIS)
地理信息系統工具(GIS Tools)
地理信息系統按內容：
城市信息系統；自然資源查詢信息系統；規劃與評估信息系統；土地管理信息系統等
實現方法
信息來源
如果能將你所在州的降雨和你所在縣上空的照片聯繫起來，就可以判斷出哪塊濕地在一年的某些時候會幹涸。一個GIS系統就能夠進行這樣的分析，它能夠將不同來源的信息以不同的形式套用。對於源數據的基本要求是確定變數的位置。位置可能由經度、緯度和海拔的x，y，z坐標來標註，或是由其他地理編碼系統比如ZIP碼，又或是高速公路英里標誌來表示。任何可以定位存放的變數都能被反饋到GIS。一些政府機構和非政府組織正在生產製作能夠直接訪問GIS的計算機資料庫。可以將地圖中不同類型的數據格式輸入GIS。GIS系統同時能將不是地圖形式的數字信息轉換可識別利用的形式。例如，通過分析由遙感生成的數字衛星圖像，可以生成一個與地圖類似的有關植被覆蓋的數字信息層。
同樣，人口調查或水文表格數據也可在GIS系統中被轉換成作為主題信息層的地圖形式。
資料展現
GIS數據以數字數據的形式表現了現實世界客觀對象(公路、土地利用、海拔)。 現實世界客觀對象可被劃分為二個抽象概念: 離散對象(如房屋) 和連續的對象領域(如降雨量或海拔)。這二種抽象體在GIS系統中存儲數據主要的二種方法為：柵格（格線）和矢量。
柵格（格線）數據由存放唯一值存儲單元的行和列組成。它與柵格（格線）圖像是類似的，除了使用合適的顏色之外，各個單元記錄的數值也可能是一個分類組（例如土地使用狀況）、一個連續的值（例如降雨量）或是當數據不是可用時記錄的一個空值。柵格數據集的解析度取決於地面單位的格線寬度。通常存儲單元代表地面的方形區域，但也可以用來代表其它形狀。柵格數據既可以用來代表一塊區域，也可以用來表示一個實物。
矢量數據利用了幾何圖形例如點、線（一系列點坐標），或是面（形狀決定於線）來表現客觀對象。例如，在住房細分中以多邊形來代表物產邊界，以點來精確表示位置。矢量同樣可以用來表示具有連續變化性的領域。利用等高線和不規則三角形格網（TIN）來表示海拔或其他連續變化的值。TIN的記錄對於這些連線成一個由三角形構成的不規則格線的點進行評估。三角形所在的面代表地形表面。
利用柵格或矢量數據模型來表達現實既有優點也有缺點。柵格數據設定在面內所有的點上都記錄同一個值，而矢量格式只在需要的地方存儲數據，這就使得前者所需的存儲的空間大於後者。對於柵格數據可以很輕易地實現覆蓋的操作，而對於矢量數據來說要困難得多。矢量數據可以像在傳統地圖上的矢量圖形一樣被顯示出來，而柵格數據在以圖象顯示時顯示對象的邊界將呈現模糊狀。
除了以幾何向量坐標或是柵格單元位置來表達的空間數據外，另外的非空間數據也可以被存儲。在矢量數據中，這些附加數據為客觀對象的屬性。例如，一個森林資源的多邊形可能包含一個標識符值及有關樹木種類的信息。在柵格數據中單元值可存儲屬性信息，但同樣可以作為與其他表格中記錄相關的標識符。
資料採集
數據採集——向系統內輸入數據——它占據了GIS從業者的大部分時間。有多種方法向GIS中輸入數據，在其中它以數字格式存儲。
印在紙或聚酯薄膜地圖上的現有數據可以被數位化或掃描來產生數字數據。數位化儀從地圖中產生向量數據作為操作符軌跡點、線和多邊形的邊界。掃描地圖可以產生能被進一步處理生成向量數據的光柵數據。
測量數據可以從測量器械上的數字數據收集系統中被直接輸入到GIS中。從全球定位系統（GPS）——另一種測量工具中得到的位置，也可以被直接輸入到GIS中。遙感數據同樣在數據收集中發揮著重要作用，並由附在平台上的多個感測器組成。感測器包括攝像機、數字掃瞄器和雷射雷達，而平台則通常由航空器和衛星構成。 大部分數字數據來源於圖片判讀和航空照片。軟拷貝工作站用來數位化直接從數字圖像的立體象對中得到的特徵。這些系統允許數據以二維或三維捕捉，它們的海拔直接從用照相測量法原理的立體象對中測量得到。現今，模擬航空照片先被掃描然後再輸入到軟拷貝系統，但隨著高質量的數字攝像機越來越便宜，這一步也就可被省略了。 衛星遙感提供了空間數據的另一個重要來源。這裡衛星使用不同的感測器包來被動地測量從主動感測器如雷達發射出去的電磁波頻譜或無線電波的部分的反射係數。遙感收集可以進一步處理來標識感興趣的對象和類例如土地覆蓋的光柵數據。
除了收集和輸入空間數據之外，屬性數據也要輸入到GIS中。對於向量數據，這包括關於在系統中的對象的附加信息。
輸入數據到GIS中後，通常還要編輯，來消除錯誤，或進一步處理。對於向量數據必須要“拓撲正確”才能進行一些高級分析。比如說，在公路網中，線必須與交叉點處的結點相連。像反衝或過沖的錯誤也必須消除。對於掃描的地圖，源地圖上的污點可能需要從生成的光柵中消除。例如，污物的斑點可能會把兩條本不該相連的線連在一起。
資料操作
GIS可以執行數據重構來把數據轉換成不同的格式。例如，GIS可以通過在具有相同分類的所有單元周圍生成線，同時決定單元的空間關係，如鄰接和包含，來將衛星圖像轉換成向量結構。
由於數字數據以不同的方法收集和存儲，兩種數據源可能會不完全兼容。因此GIS必須能夠將地理數據從一種結構轉換到另一種結構。
系統轉換
財產所有權地圖與土壤分布圖可能以不同的比例尺顯示數據。GIS中的地圖數據必須能被操作以使其與從其它地圖獲得的數據對齊或相配合。在數字數據被分析前，它們可能得經過其它一些將它們整合進GIS的處理，比如，投影與坐標變換。 地球可以用多種模型來表示，對於地球表面上的任一給定點，各個模型都可能給出一套不同的坐標（如緯度，經度，海拔）。最簡單的模型是假定地球是一個理想的球體。隨著地球的更多測量逐漸累積，地球的模型也變得越來越複雜，越來越精確。事實上，有些模型套用於地球的不同區域以提供更高的精確度（如北美坐標系統，1983-NAD83-只適合在美國使用，而在歐洲卻不適用）。
投影是製作地圖的基礎部分，它是從地球的一種模型中轉換信息的數學方法，它將三維的彎曲表面轉換成二維的媒介（比如紙或電腦螢幕）。不同類型的地圖要採用不同的投影系統，因為每種投影系統有其自身的合適的用途。比如一種可以精確反映大陸形狀的投影會歪曲大陸的相對尺寸（翻譯的是英文的維基百科）
空間分析
空間分析能力是GIS的主要功能，也是GIS與計算機製圖軟體相區別的主要特徵。空間分析是從空間物體的空間位置、聯繫等方面去研究空間事物，以及對空間事物做出定量的描述。一般地講，它只回答What（是什麼？）、Where（在哪裡？）、How（怎么樣？）等問題，但並不（能）回答Why（為什麼？）。空間分析需要複雜的數學工具，其中最主要的是空間統計學、圖論、拓撲學、計算幾何等，其主要任務是對空間構成進行描述和分析，以達到獲取、描述和認知空間數據；理解和解釋地理圖案的背景過程；空間過程的模擬和預測；調控地理空間上發生的事件等目的。
空間分析技術與許多學科有聯繫，地理學、經濟學、區域科學、大氣、 地球物理、水文等專門學科為其提供知識和機理。
除了GIS軟體捆綁空間分析模組外，也有一些專用的空間分析軟體，如GISLIB、SIM、PPA、Fragstats等。
開發工具
組件式工具
組件式GIS開發工具是計算機技術發展的產物，代表了GIS開發的發展方向。它不僅有標準的開發平台和簡單易用的標準接口，還可以實現自由、靈活的重組。組件式GIS開發工具的核心技術是微軟的組件對象模型（COM）技術，新一代組件式GIS開發工具多是採用ActiveX控制項技術實現的。比較常見的組件式GIS開發工具有：TatukGIS公司的Developer Kernel、ThinkGeo公司的Map Suite GIS、Intergraph 公司推出的Geomedia，ESRI公司推出的MapObjects，GEOCONCEPT集團推出的Geoconcept Development Kits等。
優勢：在無縫集成和靈活性方面優勢明顯。GIS開發者不必掌握專門的GIS系統開發語言，只要熟悉基於Windows平台的通用集成開發環境，了解控制項的屬性、方法和事件，就可以實現GIS系統開發了。
集成式工具
優勢：各項功能已形成獨立的完整系統，提供了強大的數據輸入輸出功能、空間分析功能、良好的圖形平台和可靠性能，缺點是系統複雜、龐大和成本較高，並且難於與其它套用系統集成。
模組式工具
模組式GIS開發工具是把GIS系統按功能分成一些模組來運行。比較常見的有：Intergraph公司的MGE。
優勢：開發的GIS系統具有較強的針對性，便於二次開發和套用。
網路工具
WebGIS是指基於Internet平台的GIS地理信息系統，是利用網路技術來擴展和完善GIS地理信息系統的新技術。WebGIS還處於初級發展階段，不過已經有很多公司推出了WebGIS開發工具，TatukGIS公司的Internet Server (IS)、 ThinkGeo公司的Map Suite Web Edition、MapInfo公司的MapInfo ProSever、Intergraph公司的GeoMedia Web Map、GEOCONCEPT集團的Geoconcept Internet Server（GCIS）等。
優勢：開發的GIS系統具有良好的可擴展性和跨平台特性，使GIS真正實現大眾化。
生活套用
除了地形地貌，衛星地圖上還可顯示市民戶籍信息——這不是吹牛，只要滑鼠輕輕一點，你的居住地就被鎖定，身份信息會形象地出現在衛星地圖上。昨天，九龍坡區公安分局啟用人口GIS地理信息系統，實現按圖“索”人。
衛星地圖：幾秒鐘可找到你
輸入名字或身份證號碼，滑鼠一點，幾秒鐘後查詢人的信息便會出來。與以往平面圖示不同，被查詢人的所有信息（包括居住地、周邊環境、隔壁鄰居等），都被標識在衛星地圖上。
“這就是GIS地理信息系統！”昨天，九龍坡區公安分局科監支隊負責人說。以往，居民信息在派出所進行登記後，民警只能在電腦上以表格形式進行查看，內容單一不直觀，許多居民居住地，民警也不清楚具體位置。但在衛星地圖上，查詢者的信息將會形象地顯示在他居住樓層的上空，“幾秒鐘，就可以按圖找人。”
犯罪分子：警方找他更容易
據悉，九龍坡區率先在全市推出該系統，並在楊家坪、西彭和九龍三個派出所轄區進行試點，目前，九龍派出所轄區的部分地區已初步實現地圖定位，市民信息已存進九龍坡區警方的電腦資料庫，當民警查詢這些地方的市民信息時，還能在地圖上找到周邊信息，例如附近網咖、最近的治安崗亭和藥店，甚至是被查詢者的鄰居等。
據了解，目前，該系統已採集信息上萬條，覆蓋了試點地區的常住人口、暫住人口、重點人口以及違法犯罪人員的相關信息。
精確定位：住家周邊信息全有
GIS系統最大的優點，就是對犯罪分子有效搜尋。警方一旦確定犯罪分子，他的居住地和鄰居信息立馬就會在系統上顯示，在此居住多久，和誰打交道多，民警再將這些信息告訴周圍鄰居，讓大夥隨時提防，這樣也大大減少了查找的難度。
警方表示，今後，該系統還將會和全區監控系統進行聯動、GPS車輛信息定位，讓民警更加便利地為市民服務。
