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书名：地理信息系统原理
定价：69.0
ISBN：9787030500557
作者：徐敬海
版次：1
出版时间：2016-11
在线试读：
第1章 GIS概论
地理信息系统（geographic information system, GIS ）是20 世纪后期以来迅速发展起来的一门介于地球科学与信息科学之间的交叉学科，它既是地理学、地图学、测绘学与计算机科学的结合，也是管理和研究地理空间数据的技术系统。随着科学与技术的发展，人类社会已全面进入信息时代，表现为信息技术突飞猛进，信息产业空前发展，信息资源爆炸式扩展。融入信息技术的地理信息系统技术日益受到科技界、企业界和政府部门的广泛关注，并成为21 世纪的支柱产业。本章介绍地理信息系统的概念、系统构成、系统功能与类型、与相关学科的关系、GIS 发展历程及主流GIS 软件等内容。
1.1 地理信息系统概念
1.1.1 数据和信息
数据和信息是理解地理信息系统的基础，在地理信息系统的研究和应用中是两个重要的术语。一般认为数据是对客观世界的表示，是指定性或定量描述某一目标的原始材料，包括文字、数字、符号、语言、图像、影像以及它们能转换成的数据等形式，是一种未经加工的原始材料，例如，数字“18”在计算机中二进制表示为“10010” 等。数据具有可识别性、可存储性、可扩充性、可压缩性、可传递性及可转换性等特点。
信息来源于数据，但与数据不同。信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，是生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。人们通过获得、识别自然界和社会的不同信息来区别不同事物，并得以认识和改造世界。可以认为信息是通过某些介质向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实和知识的表达与描述。例如，一个人的存在，可以从姓名、性别、年龄、籍贯、政治面貌、社会关系、职称、工资等方面信息来描述；而当一个人的情况发生变化时，如年龄变化、工资改变、政治进步等，均应及时地对反映其信息进行更新。因此也可以说，信息是客观事物的存在及演变情况的反映。
信息具有四方面特点。
(1) 客观性。信息是客观存在的，任何信息都是与客观事物紧密联系的，这是信息的正确性和精确度的保证。
(2) 适用性。信息对决策是十分重要的，它可作为生产、管理、经营、分析和决策的依据，因而它具有广泛适用性，但同一信息对不同部门的重要性程度不尽相同。
(3) 传输性。信息可以在信息发送者和接收者之间传输，既包括系统把有用信息传送至终端设备(包括远程终端)或以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。信息在传输、使用、交换时其原始意义不被改变。
(4) 共享性。信息与实物不同，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，共享使信息被多用户使用成为可能。
数据与信息既有区别，又有联系。信息与数据是不可分离的，信息来源于数据，数据是信息的载体。数据是客观对象的表示，而信息则是数据中包含的意义，是数据的内容和解释。数据本身并没有意义，如十进制数字“18” ，二进制数字“10010”，其本身不表达特别的意义；而为了得到数据中包含的信息，就要对数据进行处理(运算、排序、编码、分类、增强等)，如用数字“18” 表达一个人的年龄时，“18” 便转换为一种信息，对一个人的年龄进行了描述。数据包含原始事实，信息是数据处理的结果，是把数据处理成有意义和有用的形式。总体上数据经过加工处理之后，可以成为信息；而信息需要经过数字化转变成数据才能存储和传输。在不引起歧义的情况下，有时两者可以相互代替对方。
1.1.2 地理数据和地理信息
地理信息作为一种特殊的信息来源于地理数据。地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。地理数据主要包括空间位置数据、属性特征数据及时域特征数据三个部分。
空间位置数据描述地物所在位置，这种位置既包括地理要素的绝对位置(如城市的地理经纬度)，也包括地理要素间的相对位置关系，如空间上的相邻、包含等。属性特征数据有时又称非空间数据，是描述特定地理要素特征的定性或定量指标，如公路的等级、宽度、起点、终点等。图1-1 是城市道路网地理数据的一个示例。时域特征数据用来记录地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段，如某次森林火灾发生的时间点或持续时间。时域特征数据对环境模拟分析非常重要，正受到地理信息系统学界越来越多的重视。空间位置、属性及时域特征构成了地理空间分析的三大基本要素。
地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、性质、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。地理信息作为一种特殊的信息，它同样来源于地理数据，是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等是*大的地理信息源。
图1-1 地理空间数据实例(基于平面坐标系的城市道路网)
1.1.3 地理信息的特征
地理信息除了具有信息的一般特性外，还具有一些独特特征：
(1) 空间分布性。地理信息具有空间定位的特点。先定位后定性，并在区域上表现出分布式的特点，不可重叠，其属性表现为多层次，也称为区域性、多维性。区域性是指地理信息的定位特征，且这类定位特征是通过公共的地理基础来体现的。多维性是指在一个坐标位置下具有多个专题和属性信息。
(2) 数据量大。地理信息既有空间特征，又有属性特征，此外地理信息还随着时间的变化而变化，具有时间特征，因此数据量很大。例如，随着全球对地观测不断发展，人们每天都可以获得上万亿兆的关于地球资源、环境特征的数据。
(3) 多维结构。同一个空间位置上，具有多个专题和属性的信息结构，可取得高度、噪声、污染、交通等多种信息。
(4) 时序特征。地理信息随时间变化的序列特征，也称动态变化特征，可由超短期(台风、地震)、短期(江河洪水、季节低温)、中期(土地利用、作物估产)、长期(城市化、水土流失)和超长期(地壳运动、气候变化)时序来划分。
1.1.4 信息系统
信息系统是对信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。信息系统具有四大基本功能，即数据采集、存储管理、分析数据的能力和表达数据的能力。信息系统是基于数据库的问答系统，在辅助决策过程中，信息系统可提供有用的信息。从计算机科学角度看，信息系统是由硬件、软件、数据和用户四个主要部分组成的。在计算机时代，大部分重要的信息系统都是部分或全部由计算机系统支持的。
从适用于不同管理层次的角度出发，根据信息系统所执行的任务可将其分为事物处理系统(transaction process system ，TPS) 、管理信息系统(management information system，MIS) 、决策支持系统(decision support system，DSS) 以及人工智能和专家系统(expert system，ES) ，如图1-2 所示。
事务处理系统强调对数据的记录和操作，主要支持操作层人员的日常事务处理，如图书情报信息系统、各种订票系统等。
管理信息系统是应用*广泛的一种信息系统，它不但支持各种日常事务处理，同时适用于各种企事业单位的经营管理，如企业管理信息系统、财务管理信息系统、人事档案信息系统、医院管理信息系统等都属于这一类。
决策支持系统则是用以获得辅助决策方案的交互式计算机系统，它从管理信息系统中获得信息，经处理数据和分析推测，支持高层管理者制定决策。它由分析决策模型，管理信息系统中的信息、决策者的推测三者相组合达到*佳的决策效果。
人工智能和专家系统是模仿人工决策处理过程的计算机信息系统。它扩大了计算机的应用范围，将其由单纯的资料处理发展到智能推理上来。
此外，还有一种空间信息系统(spatial information system，SIS) ，它是一种十分重要而又与其他类型信息系统有显著区别的信息系统。因为它所要采集、管理、处理和更新的是空间信息，因此，这类信息系统在结构上也比其他一般信息系统复杂得多，功能上也较其他信息系统强得多。地理信息系统就是一种十分重要的空间信息系统。
1.1.5 地理信息系统定义
地理信息系统(geographic information system，GIS)国内外有许多定义，不同的应用领域、不同的专业，对它的理解不完全一样，目前还没有一个完全统一的被普遍接受的定义。有人认为GIS 是管理和分析空间数据的计算机系统，在计算机软硬件支持下对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理，实现数据输入、存储、处理、管理、分析、输出等功能。通过对数据实行有效管理，研究各种空间实体及其相互关系，通过对多因素信息的综合分析可以快速地获取满足应用需要的信息，并能以图形、数据、文字等形式表示处理结果。有人认为GIS 是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球(包括大气层在内)空间与地理分布有关数据的空间信息系统。有人认为GIS 就是数字制图技术和数据库技术的结合。有人则按研究专业领域不同给予不同的名称，如地籍信息系统、土地信息系统、环保信息系统、管网信息系统和资源信息系统等。这些定义，有的侧重于GIS 的技术内涵，有的则强调GIS 的应用功能，都比较科学地阐明了GIS 的对象、功能和特点。
整体上可认为地理信息系统是对地理空间实体和地理现象的特征要素进行获取、处理、表达、管理、分析、显示和应用的计算机系统。该定义基本涵盖了目前主流的GIS 定义的表述，如1987 年英国教育部对GIS 下的定义为：“地理信息系统是一种获取、存储、检查、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。”1988 年美国国家地理信息与分析中心(NCGIA)给GIS 下的定义是：“为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。”美国联邦数字地图协调委员会(FICCDC)关于GIS 的定义是：“地理信息系统是由计算机硬件、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。”
地理信息系统的基本概念可以看出，地理信息系统具有一些基本特征。
(1) 地理信息系统是以计算机系统为支撑的。地理信息系统是建立在计算机系统架构之上的信息系统，是以信息应用为目的的。地理信息系统由若干相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统等。这些子系统功能的强弱，直接影响其在实际应用中对地理信息系统软件和开发方法的选型。
(2) 地理信息系统操作的对象是地理空间数据。地理空间数据是地理信息系统的主要数据来源和操作对象。空间数据*根本的特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量描述。只有在地理信息系统中，地理空间数据才能实现空间数据的空间位置、属性和时态三种基本特征的统一。
(3) 地理信息系统具有对地理空间数据进行空间分析、评价、可视化和模拟的综合利用的优势。地理信息系统采用的数据管理模式和方法具备多源、多类型、多格式等空间数据进行整合、融合和标准化管理能力，为数据的综合分析利用提供了技术基础。可以通过综合数据分析，获得常规方法或普通信息系统难以得到的重要空间信息，实现对地理空间对象和过程的演化、预测、决策和管理。
从实际应用的角度看，地理信息系统表现为以下方面。
(1) 地理信息系统是一个工具箱。有些GIS 的定义将其描述为“一种存储、检索、变换和显示空间数据的工具集”。事实上，GIS 的确提供了一套分析地理空间数据的工具集，是一个包含各种处理地理空间数据的软件包。GIS 的处理过程包含从空间数据的获取到空间数据的管理，再到空间数据的分析、解释、显示和应用。
(2) 地理信息系统是一个信息系统。有些定义认为GIS 是“用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统”；或“一种用于处理地理空间或地理坐标相关数据的信息系统，是一个管理地理空间数据的具有特定功能的数据库系统”；或“一种特殊的信息系统，数据库由空间分布的特征、活动或事件的观测数据组成，空间上表现为点、线、面，并为特定的查询和分析提供点、线、面数据的检索能力”等。所以，可以认为地理信息系统是一种特殊的信息系统，继承了信息系统的基本特征。GIS 的数据库由一系列地理数据构成，这些数据发生在不同的时间，也可以是同一时间发生在不同的地点。地理信息系统作为信息系统，其处理的对象是具有空间特征的地理数据，因此地理信息系统的技术优势在于它的空间分析能力。GIS 独特的地理空间分析能力包括快速的空间定位搜索、复杂的查询功能、强大的图形处理和表达、空间模拟以及空间决策等。
(3) 地理信息系统是一门科学。有些GIS 定义认为，“地理信息系统是研究地理信息生成、处理、存储和应用过程中出现的基本问题的一门信息科学”。地理信息系统引发了很多的技术变革，同时促进了测绘、遥感、航空摄影测量、全球定位系统、移动计算与通信等技术的发展。如今，地理信息系统技术变得更加简单、分布更加广泛、使用成本更加低廉。同时，地理信息系统技术也突破了制约，深入到了诸如人类学、流行病学、设备管理学、林学、地理学以及商务等领域。这种转变导致了组成地理学的知识自身的优胜劣汰。因此，许多学者称GIS 为“地理信息科学”，认为它是一个具有理论和技术的科学体系。
1.2 地理信息系统的构成
一个实用的GIS 系统，需要一定的环境支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能。GIS 主要由5个部分构成，即硬件系统、软件系统、空间数据、应用人员及地理数据库，如图1-3所示。其核心是软、硬件系统，空间数据反映GIS 的地理内容，应用人员则贯穿系统始终，通过应用模型将GIS 技术应用于国民经济生产各领域产生社会和经济效益。
图1-3 地理信息系统构成
定价：69.0
ISBN：9787030500557
作者：徐敬海
版次：1
出版时间：2016-11
在线试读：
第1章 GIS概论
地理信息系统（geographic information system, GIS ）是20 世纪后期以来迅速发展起来的一门介于地球科学与信息科学之间的交叉学科，它既是地理学、地图学、测绘学与计算机科学的结合，也是管理和研究地理空间数据的技术系统。随着科学与技术的发展，人类社会已全面进入信息时代，表现为信息技术突飞猛进，信息产业空前发展，信息资源爆炸式扩展。融入信息技术的地理信息系统技术日益受到科技界、企业界和政府部门的广泛关注，并成为21 世纪的支柱产业。本章介绍地理信息系统的概念、系统构成、系统功能与类型、与相关学科的关系、GIS 发展历程及主流GIS 软件等内容。
1.1 地理信息系统概念
1.1.1 数据和信息
数据和信息是理解地理信息系统的基础，在地理信息系统的研究和应用中是两个重要的术语。一般认为数据是对客观世界的表示，是指定性或定量描述某一目标的原始材料，包括文字、数字、符号、语言、图像、影像以及它们能转换成的数据等形式，是一种未经加工的原始材料，例如，数字“18”在计算机中二进制表示为“10010” 等。数据具有可识别性、可存储性、可扩充性、可压缩性、可传递性及可转换性等特点。
信息来源于数据，但与数据不同。信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，是生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。人们通过获得、识别自然界和社会的不同信息来区别不同事物，并得以认识和改造世界。可以认为信息是通过某些介质向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实和知识的表达与描述。例如，一个人的存在，可以从姓名、性别、年龄、籍贯、政治面貌、社会关系、职称、工资等方面信息来描述；而当一个人的情况发生变化时，如年龄变化、工资改变、政治进步等，均应及时地对反映其信息进行更新。因此也可以说，信息是客观事物的存在及演变情况的反映。
信息具有四方面特点。
(1) 客观性。信息是客观存在的，任何信息都是与客观事物紧密联系的，这是信息的正确性和精确度的保证。
(2) 适用性。信息对决策是十分重要的，它可作为生产、管理、经营、分析和决策的依据，因而它具有广泛适用性，但同一信息对不同部门的重要性程度不尽相同。
(3) 传输性。信息可以在信息发送者和接收者之间传输，既包括系统把有用信息传送至终端设备(包括远程终端)或以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。信息在传输、使用、交换时其原始意义不被改变。
(4) 共享性。信息与实物不同，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，共享使信息被多用户使用成为可能。
数据与信息既有区别，又有联系。信息与数据是不可分离的，信息来源于数据，数据是信息的载体。数据是客观对象的表示，而信息则是数据中包含的意义，是数据的内容和解释。数据本身并没有意义，如十进制数字“18” ，二进制数字“10010”，其本身不表达特别的意义；而为了得到数据中包含的信息，就要对数据进行处理(运算、排序、编码、分类、增强等)，如用数字“18” 表达一个人的年龄时，“18” 便转换为一种信息，对一个人的年龄进行了描述。数据包含原始事实，信息是数据处理的结果，是把数据处理成有意义和有用的形式。总体上数据经过加工处理之后，可以成为信息；而信息需要经过数字化转变成数据才能存储和传输。在不引起歧义的情况下，有时两者可以相互代替对方。
1.1.2 地理数据和地理信息
地理信息作为一种特殊的信息来源于地理数据。地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。地理数据主要包括空间位置数据、属性特征数据及时域特征数据三个部分。
空间位置数据描述地物所在位置，这种位置既包括地理要素的绝对位置(如城市的地理经纬度)，也包括地理要素间的相对位置关系，如空间上的相邻、包含等。属性特征数据有时又称非空间数据，是描述特定地理要素特征的定性或定量指标，如公路的等级、宽度、起点、终点等。图1-1 是城市道路网地理数据的一个示例。时域特征数据用来记录地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段，如某次森林火灾发生的时间点或持续时间。时域特征数据对环境模拟分析非常重要，正受到地理信息系统学界越来越多的重视。空间位置、属性及时域特征构成了地理空间分析的三大基本要素。
地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、性质、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。地理信息作为一种特殊的信息，它同样来源于地理数据，是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等是*大的地理信息源。
图1-1 地理空间数据实例(基于平面坐标系的城市道路网)
1.1.3 地理信息的特征
地理信息除了具有信息的一般特性外，还具有一些独特特征：
(1) 空间分布性。地理信息具有空间定位的特点。先定位后定性，并在区域上表现出分布式的特点，不可重叠，其属性表现为多层次，也称为区域性、多维性。区域性是指地理信息的定位特征，且这类定位特征是通过公共的地理基础来体现的。多维性是指在一个坐标位置下具有多个专题和属性信息。
(2) 数据量大。地理信息既有空间特征，又有属性特征，此外地理信息还随着时间的变化而变化，具有时间特征，因此数据量很大。例如，随着全球对地观测不断发展，人们每天都可以获得上万亿兆的关于地球资源、环境特征的数据。
(3) 多维结构。同一个空间位置上，具有多个专题和属性的信息结构，可取得高度、噪声、污染、交通等多种信息。
(4) 时序特征。地理信息随时间变化的序列特征，也称动态变化特征，可由超短期(台风、地震)、短期(江河洪水、季节低温)、中期(土地利用、作物估产)、长期(城市化、水土流失)和超长期(地壳运动、气候变化)时序来划分。
1.1.4 信息系统
信息系统是对信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。信息系统具有四大基本功能，即数据采集、存储管理、分析数据的能力和表达数据的能力。信息系统是基于数据库的问答系统，在辅助决策过程中，信息系统可提供有用的信息。从计算机科学角度看，信息系统是由硬件、软件、数据和用户四个主要部分组成的。在计算机时代，大部分重要的信息系统都是部分或全部由计算机系统支持的。
从适用于不同管理层次的角度出发，根据信息系统所执行的任务可将其分为事物处理系统(transaction process system ，TPS) 、管理信息系统(management information system，MIS) 、决策支持系统(decision support system，DSS) 以及人工智能和专家系统(expert system，ES) ，如图1-2 所示。
事务处理系统强调对数据的记录和操作，主要支持操作层人员的日常事务处理，如图书情报信息系统、各种订票系统等。
管理信息系统是应用*广泛的一种信息系统，它不但支持各种日常事务处理，同时适用于各种企事业单位的经营管理，如企业管理信息系统、财务管理信息系统、人事档案信息系统、医院管理信息系统等都属于这一类。
决策支持系统则是用以获得辅助决策方案的交互式计算机系统，它从管理信息系统中获得信息，经处理数据和分析推测，支持高层管理者制定决策。它由分析决策模型，管理信息系统中的信息、决策者的推测三者相组合达到*佳的决策效果。
人工智能和专家系统是模仿人工决策处理过程的计算机信息系统。它扩大了计算机的应用范围，将其由单纯的资料处理发展到智能推理上来。
此外，还有一种空间信息系统(spatial information system，SIS) ，它是一种十分重要而又与其他类型信息系统有显著区别的信息系统。因为它所要采集、管理、处理和更新的是空间信息，因此，这类信息系统在结构上也比其他一般信息系统复杂得多，功能上也较其他信息系统强得多。地理信息系统就是一种十分重要的空间信息系统。
1.1.5 地理信息系统定义
地理信息系统(geographic information system，GIS)国内外有许多定义，不同的应用领域、不同的专业，对它的理解不完全一样，目前还没有一个完全统一的被普遍接受的定义。有人认为GIS 是管理和分析空间数据的计算机系统，在计算机软硬件支持下对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理，实现数据输入、存储、处理、管理、分析、输出等功能。通过对数据实行有效管理，研究各种空间实体及其相互关系，通过对多因素信息的综合分析可以快速地获取满足应用需要的信息，并能以图形、数据、文字等形式表示处理结果。有人认为GIS 是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球(包括大气层在内)空间与地理分布有关数据的空间信息系统。有人认为GIS 就是数字制图技术和数据库技术的结合。有人则按研究专业领域不同给予不同的名称，如地籍信息系统、土地信息系统、环保信息系统、管网信息系统和资源信息系统等。这些定义，有的侧重于GIS 的技术内涵，有的则强调GIS 的应用功能，都比较科学地阐明了GIS 的对象、功能和特点。
整体上可认为地理信息系统是对地理空间实体和地理现象的特征要素进行获取、处理、表达、管理、分析、显示和应用的计算机系统。该定义基本涵盖了目前主流的GIS 定义的表述，如1987 年英国教育部对GIS 下的定义为：“地理信息系统是一种获取、存储、检查、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。”1988 年美国国家地理信息与分析中心(NCGIA)给GIS 下的定义是：“为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。”美国联邦数字地图协调委员会(FICCDC)关于GIS 的定义是：“地理信息系统是由计算机硬件、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。”
地理信息系统的基本概念可以看出，地理信息系统具有一些基本特征。
(1) 地理信息系统是以计算机系统为支撑的。地理信息系统是建立在计算机系统架构之上的信息系统，是以信息应用为目的的。地理信息系统由若干相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统等。这些子系统功能的强弱，直接影响其在实际应用中对地理信息系统软件和开发方法的选型。
(2) 地理信息系统操作的对象是地理空间数据。地理空间数据是地理信息系统的主要数据来源和操作对象。空间数据*根本的特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量描述。只有在地理信息系统中，地理空间数据才能实现空间数据的空间位置、属性和时态三种基本特征的统一。
(3) 地理信息系统具有对地理空间数据进行空间分析、评价、可视化和模拟的综合利用的优势。地理信息系统采用的数据管理模式和方法具备多源、多类型、多格式等空间数据进行整合、融合和标准化管理能力，为数据的综合分析利用提供了技术基础。可以通过综合数据分析，获得常规方法或普通信息系统难以得到的重要空间信息，实现对地理空间对象和过程的演化、预测、决策和管理。
从实际应用的角度看，地理信息系统表现为以下方面。
(1) 地理信息系统是一个工具箱。有些GIS 的定义将其描述为“一种存储、检索、变换和显示空间数据的工具集”。事实上，GIS 的确提供了一套分析地理空间数据的工具集，是一个包含各种处理地理空间数据的软件包。GIS 的处理过程包含从空间数据的获取到空间数据的管理，再到空间数据的分析、解释、显示和应用。
(2) 地理信息系统是一个信息系统。有些定义认为GIS 是“用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统”；或“一种用于处理地理空间或地理坐标相关数据的信息系统，是一个管理地理空间数据的具有特定功能的数据库系统”；或“一种特殊的信息系统，数据库由空间分布的特征、活动或事件的观测数据组成，空间上表现为点、线、面，并为特定的查询和分析提供点、线、面数据的检索能力”等。所以，可以认为地理信息系统是一种特殊的信息系统，继承了信息系统的基本特征。GIS 的数据库由一系列地理数据构成，这些数据发生在不同的时间，也可以是同一时间发生在不同的地点。地理信息系统作为信息系统，其处理的对象是具有空间特征的地理数据，因此地理信息系统的技术优势在于它的空间分析能力。GIS 独特的地理空间分析能力包括快速的空间定位搜索、复杂的查询功能、强大的图形处理和表达、空间模拟以及空间决策等。
(3) 地理信息系统是一门科学。有些GIS 定义认为，“地理信息系统是研究地理信息生成、处理、存储和应用过程中出现的基本问题的一门信息科学”。地理信息系统引发了很多的技术变革，同时促进了测绘、遥感、航空摄影测量、全球定位系统、移动计算与通信等技术的发展。如今，地理信息系统技术变得更加简单、分布更加广泛、使用成本更加低廉。同时，地理信息系统技术也突破了制约，深入到了诸如人类学、流行病学、设备管理学、林学、地理学以及商务等领域。这种转变导致了组成地理学的知识自身的优胜劣汰。因此，许多学者称GIS 为“地理信息科学”，认为它是一个具有理论和技术的科学体系。
1.2 地理信息系统的构成
一个实用的GIS 系统，需要一定的环境支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能。GIS 主要由5个部分构成，即硬件系统、软件系统、空间数据、应用人员及地理数据库，如图1-3所示。其核心是软、硬件系统，空间数据反映GIS 的地理内容，应用人员则贯穿系统始终，通过应用模型将GIS 技术应用于国民经济生产各领域产生社会和经济效益。
图1-3 地理信息系统构成