本文目录导读：
GIS的定义与发展脉络
1. 定义
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，它结合了地理学、地图学以及遥感和计算机科学等多学科知识，通过将地理位置信息与各种属性数据相关联，为人们提供了一种强大的工具来理解和处理空间相关信息。
2. 发展历程
- 史前：早在15,000年前，法国的Cro Magnon猎人就在洞穴墙壁上绘制了他们所捕猎动物的图案，这些图案与迁移路线和轨迹的描述相关，符合了现代地理资讯系统的二元素结构：图形文件对应属性数据库。
- 18世纪：地形图绘制的现代勘测技术得以实现，同时还出现了专题绘图的早期版本，例如科学方面或人口普查资料，约翰·斯诺在1854年用点来代表个例，描绘了伦敦的霍乱疫情，通过对霍乱分布的研究指向了疾病的来源。
- 20世纪初期：“照片石印术”发展，允许地图被分成各图层，这一技术特别用于印刷轮廓绘制，后来彩色印刷引进后，层的概念也被用于创建每种颜色单独的印版。
- 20世纪60年代：1967年，世界上第一个真正投入应用的地理信息系统由联邦林业和农村发展部在加拿大安大略省的渥太华研发，罗杰·汤姆林森博士开发的这个系统被称为加拿大地理信息系统（CGIS），用于存储，分析和利用加拿大土地统计局收集的数据。
GIS的组成部分
GIS主要由硬件、软件、数据、人员和方法五个部分构成：
1. 硬件
GIS系统的硬件是指支撑GIS运行所需的一切计算机资源，一个典型的GIS硬件系统除计算机外，通常还包括绘图仪、网络设施、存储设施、安全防护设施等外部设备，硬件的性能影响到软件对数据的处理速度，使用是否方便及可能的输出方式。
2. 软件
GIS软件提供存储、分析和显示地理信息的功能和工具，不仅包含GIS软件，还包括各种数据库，绘图、统计、影像处理及其它程序，GIS软件是系统的核心部分，负责执行各项功能指令、控制和协调整个系统的高效运转。
3. 数据
精确的可用的数据可以影响到查询和分析的结果，数据是GIS系统中至关重要的组成部分，可以是空间数据和属性数据两种主要类型，数据的质量直接影响到GIS的分析结果和应用效果。
4. 人员
人是GIS中最重要的组成部分，开发人员必须定义GIS中被执行的各种任务，开发处理程序，熟练的操作人员通常可以克服GIS软件功能的不足。
5. 方法
这里的方法指应用模型，也称地理过程模型，它是在对专业领域的具体对象与地理过程进行大量研究的基础上总结出的规律的表示，GIS应用就是利用这些模型对大量空间数据进行分析综合来解决实际问题的。
GIS的主要功能特点
1. 数据采集与输入
GIS能够通过多种手段获取地理空间数据，如野外实地测量、卫星遥感影像、历史地理数据整理等途径，这些数据涵盖了地形地貌、建筑物位置、交通线路等各种地理要素，为后续的分析提供了丰富的素材，在城市规划中，工作人员可以利用GPS设备采集城市道路、建筑物的精确位置信息，作为构建城市地理信息系统的基础数据。
2. 数据存储与管理
GIS以强大的数据库为核心，将采集到的数据按照一定的规则进行分类存储，这种数据库具有高效的数据组织和管理机制，能够快速检索、调用数据，它还具备数据更新和维护功能，确保数据的时效性和准确性，比如在自然资源管理部门，通过GIS系统可以存储各类自然资源的分布、数量等信息，并随时更新资源的动态变化情况。
3. 空间分析与处理
这是GIS的核心功能之一，它包括缓冲区分析、叠加分析、网络分析等多种分析方法，缓冲区分析可以用来确定特定区域的影响因素范围，如在环境评价中，以污染源为中心建立一定半径的缓冲区，分析该范围内的环境敏感目标；叠加分析则可以将不同来源或不同类型的数据进行叠加，如将地形数据与土地利用数据叠加，以评估土地的适宜性；网络分析可用于路径规划、资源分配等方面，像物流配送中的最佳运输路线规划等都是网络分析的应用实例。
4. 可视化展示与输出
GIS可以将复杂的地理数据以直观的地图形式展示出来，用户可以通过地图查看地理要素的分布、属性等信息，而且还可以制作各种专题地图，突出显示特定主题内容，方便决策者和专业人员进行分析和研究，例如在旅游规划中，利用GIS制作旅游景点分布图，展示景点的特色、交通状况等信息，为游客和规划者提供参考。
GIS的应用领域
1. 自然资源管理
- 矿产资源管理：通过GIS对矿产资源的分布、储量、开采情况等信息进行管理和分析，帮助矿业公司合理规划开采方案，提高资源利用率，减少资源浪费，利用GIS系统对矿山的地质构造、品位分布等数据进行分析，确定最佳开采区域和开采方法。
- 森林资源保护：对森林覆盖率、植被类型、生物多样性等数据进行监测和分析，为森林保护和可持续利用提供决策支持，通过GIS实时监测森林火灾的发生地点、蔓延趋势，以便及时采取措施进行扑救。
- 水资源管理：用于水资源的监测、调配和管理，如河流流域的水系分布、水文特征、水质状况等信息的管理，通过GIS模型模拟水流过程，预测洪水发生的可能性和影响范围，提前做好防洪准备。
2. 城市规划与管理
- 土地利用规划：对城市土地的使用情况进行分类和分析，制定合理的土地利用规划方案，优化城市空间布局，通过GIS分析城市的居住、商业、工业等不同功能区的分布和发展需求，确定未来的土地开发方向。
- 基础设施建设：在城市道路、桥梁、供水、排水、电力等基础设施的规划和建设中发挥重要作用，利用GIS进行交通流量分析，为道路拓宽、新建提供依据；对城市排水管网进行模拟分析，优化排水系统设计。
- 城市环境保护：监测和管理城市的环境质量，如空气质量、噪声污染、固体废弃物分布等，通过GIS分析环境数据，确定污染源的位置和影响范围，制定相应的治理措施。
3. 交通运输
- 路线规划与导航：无论是在汽车导航领域还是智能交通系统中，GIS都扮演着关键角色，它可以根据用户的起点和终点，结合实时交通状况，为用户提供最佳行驶路线，高德地图、百度地图等应用程序利用GIS技术为用户提供准确的导航服务。
- 物流管理：用于物流企业的运输路线规划、仓库选址、配送区域划分等，通过GIS分析交通网络、客户需求分布等因素，提高物流效率，降低运输成本，比如快递公司利用GIS系统优化配送路线，提高包裹送达速度。
- 公共交通管理：对公交线路、站点布局、客流量等进行优化和调整，通过GIS分析乘客出行数据，合理安排公交车辆的数量和行驶路线，提高公共交通服务质量。
4. 农业
- 精准农业：利用GIS技术对农田进行精细化管理，包括土壤肥力分析、作物生长监测、病虫害防治等，农民可以根据GIS提供的信息，有针对性地施肥、灌溉、喷洒农药，提高农作物产量和质量，通过对农田土壤养分分布的GIS分析，实现肥料的精准施用。
- 农业资源调查：对农业用地、水资源、农业设施等资源进行调查和评估，为农业发展规划提供依据，利用GIS系统对农田水利设施的分布和使用情况进行调查，指导农田水利建设。
- 农产品溯源：在农产品的生产、加工、运输和销售过程中，利用GIS记录产品的相关信息，实现农产品的质量追溯，消费者可以通过扫码等方式获取农产品的产地、种植过程、施肥用药等情况，保障食品安全。
5. 灾害应急响应
- 灾害监测与预警：在自然灾害（如地震、洪水、台风等）和人为灾害（如火灾、爆炸等）发生前，GIS可以对相关危险因素进行监测和分析，提前发出预警信号，通过气象卫星数据和地形数据，利用GIS模型预测洪水可能发生的区域和时间，及时通知居民转移。
- 应急救援指挥：在灾害发生时，GIS为救援队伍提供详细的受灾区域地图、救援资源分布等信息，帮助指挥人员制定救援方案，合理调配救援力量，在地震救援中，利用GIS确定被困人员的位置、建筑物的倒塌情况，为救援人员提供最佳救援路径。
- 灾后评估与重建：灾害过后，GIS用于评估灾害造成的损失，包括房屋倒塌、基础设施损坏等情况，为灾