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数字化转型工具：地理信息系统

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2022-09-20

导读：地理信息系统用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题

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本文约 1870 字，阅读需要 5 min

随着数字化转型深入推进，我国进入了高质量发展的关键期，信息化也进入了新的战略机遇期。作为信息化的底层支撑能力，地理信息系统( Geographic Information System ,以下简称GIS)已经成为数字化转型的必备工具，支撑着丰富的上层应用。

不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的和被普遍接受的定义。目前接受比较广泛的定义是美国联邦数字地图协调委员会(FICCDC)关于GIS的定义及概念框架。该定义认为：“GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题”。

地理信息系统发展阶段

第一阶段：从1978年到1980年为准备阶段，主要进行舆论准备，正式提出倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。

第二阶段：从1980年到1985年为起步阶段。这一阶段主要是对地理信息系统进行理论探索和区域性实验研究，并在此基础上制定国家地理信息系统规范；从1984年开始，国家测绘局测绘科学研究所着手组建中国国土基础信息系统；1985国家资源与环境信息系统实验室成立。

第三阶段：从1985年到1995年为发展阶段。GIS研究作为政府行为被列入国家攻关计划，并开始了有计划、有组织、有目标的科学研究。如“八五” （1991-1995）期间国家攻关项目包括“重大自然灾害监测与评估系统”、“重点产粮区主要农作物估产”、“国家基础地理信息系统建设”。

第四阶段：1995年到2000年为我国GIS产业化阶段。强调GIS的实用化、集成化和工程化，GIS从发展阶段走向实用化和生产化。

第五阶段：2000年至今，GIS随着计算机、数据库、通信、大数据、人工智能、物联网、云计算、移动计算等技术发展，GIS的数据获取、处理、分析与可视化技术迅速发展并逐渐成熟，GIS信息服务技术在智慧城市、公共安全、灾害应急等领域应用更加深入和广泛。

地理信息系统主要功能

1）数据采集与编辑

数据采集编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为X、Y坐标及对应的代码输入到计算机中，是将现有地图、外业观测成果、航空像片、遥感数据、文本资料等转换成计算机兼容的数字形式。

2）数据存储与管理

空间数据是地理信息的载体，是地理信息系统的操作对象，它具体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素，它们的数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式。在地理信息系统中，空间数据是以结构化的形式存储在计算机中的，称为地理空间数据库。

由于GIS数据库具有数据量大，空间数据与属性数据具有不可分割的联系，以及空间数据之间具有显著的拓扑结构等特点，因此GIS数据库管理功能除了与属性数据有关的功能之外，对空间数据的管理技术主要包括：空间数据库的定义，数据访问和提取，从空间位置检索空间物体及其属性，从属性条件检索空间物体及其位置，开窗和接边操作，数据更新和维护等。

3）数据处理与变换

由于GIS涉及的数据类型多种多样，同一种类型数据的质量也可能有很大的差异。为了保证系统数据的规范和统一，建立满足用户需求的数据文件，数据处理是GIS的基础功能之一。数据处理的任务和操作内容有：

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、误差改正与处理、脱密与保密处理等；
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；
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）空间查询与分析

虽然数据库管理软件一般提供了数据库查询语言，如 SQL 语言，但对于 GIS 而言，需要对通用数据库的查询语言进行补充和重新设计，使之支持空间查询。空间查询是指从数据库中找出所有满足属性的约束条件和空间约束条件的地理对象，主要包括图形查询、属性查询、图形和属性互查、联合查询等。

空间分析是比空间查询更深层的应用，内容更加广泛。空间分析的功能很多，主要包括地形分析（如两点间的通视分析）、网络分析（如在城市道路中寻找最短行车路径）、叠加分析（即将两层或多层数据叠加在一起，例如将道路层和行政区划层叠加在一起，可以计算出某一行政区内的道路总长度）、缓冲区分析（给定距离某一空间对象一定范围的区域边界，计算该边界范围内其他的地理要素）等。随着 GIS 应用范围的扩大，GIS 软件的空间分析功能将不断增加。

5）数据显示与输出

地图制图是地理信息系统的一个主要功能，它包括地图符号的设计、配置与符号化、地图注记、图框整饰、统计图表与专题图制作、图例与布局等内容。此外，对属性数据也要设计报表输出，并且这些输出结果需要在显示器、打印机、绘图仪或数据文件中输出。

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