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GIS技术在环境保护中的应用
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随着我国环境信息化的快速发展和计算机新技术在环境保护领域的广泛应用，环境信息系统在环境保护管理和决策工作中发挥着越来越重要的作用。而地理信息系统技术的出现为环境保护工作迈向信息化、现代化提供了技术支持。
目前，全国27个省级环保局及一百多个城市环保部门都已购置了ESRI公司的ARCGIS、ARCVIEW地理信息系统平台软件和相应的硬件设施，大部分省市已经建立环境基础数据库，在GIS平台上开发了城市环境地理信息系统、重点流域水资源管理、环境污染应急预警预报系统等，取得了显著的成效。
2.1应用GIS制作环境专题图
环境制图是环境科学研究的基本工具和手段。与传统的、周期长、更新慢的手工制图方式相比，利用GIS建立起地图数据库，可以达到一次投入、多次产出的效果。它不仅可以用户输出全要素地形图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题图，如污染源分布图、大气质量功能区划图等等。GIS的制图方法比传统的人工绘图方法要灵活得多，在基础电子地图上，通过加入相关的专题数据就可迅速制作出各种高质量的环境专题地图。可以根据实际需要从符号和颜色库中选择图件，使之更好地突出专题效果和特性。
2.2应用GIS建立各种环境地理信息系统
各级环保部门在日常管理业务中，需要采集和处理大量的、种类繁多的环境信息。而这些环境信息85%以上与空间位置有关。GIS的强大功能之一是它的空间数据的采集、编辑、处理功能和对空间数据的管理能力。使用GIS，可以建立各种环境空间数据库。例如：污染源空间信息数据库（包括工业、农业、交通等污染源数量、属性和污染源发生的地域范围）、环境质量信息数据库（包括空气、水、噪声等），GIS能够把各种环境信息与其地理位置结合起来进行综合分析与管理，以实现空间数据的输入、查询、分析、输出和管理的可视化。例如，基于GIS平台，厦门市建立了城市环境空间数据库和污染源监测属性数据库，开发了网络化城市环境质量地理信息系统，该系统涵盖了大气、地表水、声学环境的监测信息，以分布图、专题图、三维模型等形式，生动直观地反映环境质量状况。由于采用了因特网的GIS开发技术，该系统可以在Internet/Intranet上运行。
2.3 GIS应用于环境监测
在环境监测过程中，利用GIS技术可对实时采集的数据进行存储、处理、显示、分析，实现为环境决策提供辅助手段的目的。如广东省以东深流域自然环境地理信息为基础，对东深流域的监测数据进行存储处理，利用GIS技术开发了东深流域水环境管理信息。该系统直观显示和分析东深流域水环境现状、污染源分布、水环境质量评价，追踪污染物来源。可结合数字地图查询历年监测数据及各种统计数据，进行空间分析（如缓冲区查询与分析）、辅助决策（容量计算及污染状况的预测）为流域水环境的科学化管理和决策提供了先进的科学手段。
2.4 GIS应用于自然生态现状分析
在进行自然生态现状分析过程中，利用GIS可以比较精确地计算水土流失、荒漠化、森林砍伐面积等，客观地评价生态破坏程度和波及的范围，为各级政府进行生态环境综合治理提供科学依据。国家环保总局把GIS技术与遥感技术相结合，对我国西部12省的生态环境现状进行调查，得到了西部地区生态环境的空间分布与空间统计状况、生态环境质量状况和生态环境变化的空间规律特点，为该地区经济的可持续发展与资源环境的可持续利用提供了科学依据。青海省遥感中心将“3S”技术运用到青海湖环湖重点区域调查上，快速查清了该区域土地利用、土地覆盖现状，建立了生态环境数据库和生态环境评价指标体系，为政府规划决策、资源开发、环境保护提供了宝贵资料。
2.5 GIS应用于环境应急预警预报
建立重大环境污染事故区域预警系统，能够对事故风险源的地理位置及其属性、事故敏感区域位置及其属性进行管理，提供污染事故的大气、河流污染扩散的模拟过程和应急方案。例如，大连市的“重大污染事故区域预警系统”把重大污染事故的多种预测模型与GIS技术相结合，当某一风险源发生事故时提供应急措施、报警信息和救援信息，为重大污染事故应急指挥奠定了基础。上海市应用GIS、RS与GPS技术开发了环保应急热线系统，该系统采用GIS技术进行污染源搜索和定位；将GIS与GPS结合起来，用于出警指挥和导航；用RS技术获取地面信息，解决了GIS基础底图动态更新问题。通过“3S”技术的综合应用，更好地发挥了GIS在环保执法和应急事件中的作用。
2.6 GIS应用于环境质量评价和环境影响评价
由于GIS能够集成管理与场地密切相关的环境数据，因而也是综合分析评价的有力工具。环境影响评价是对所有的改、扩、建项目可能产生的环境影响进行预测评价，并提出防止和减缓这种影响的对策与措施。利用GIS的空间分析功能，可以综合性地分析建设项目各种数据，帮助确立环境影响评价模型。由于GIS系统具有层的结构，可将不同的环境影响进行计算并叠加。深圳市环境保护研究所已利用GIS技术进行编制环境影响评价报告书和制图。
在区域环境质量现状评价工作中，可将地理信息与大气、土壤、水、噪声等环境要素的监测数据结合在一起，利用GIS软件的空间分析模块，对整个区域的环境质量现状进行客观、全面的评价，以反映出区域中受污染的程度以及空间分布情况。如通过叠加分析，可以提取该区域内大气污染布图、噪声分布图；通过缓冲区分析，可显示污染源影响范围等。
2.7 GIS应用于水环境管理
水环境信息具有明显的空间属性和层次属性，利用GIS可以更加明确地揭示不同区域的水环境状况，反映水体环境质量在空间上的变化趋势。可以更加直观地反映如污染源、排污口、监测断面等环境要素的空间分布。利用GIS还可以进行污染源预测、水质预测、水环境容量计算、污染物削减量的分配等，以表格和图形的方式为水环境管理决策提供多方位、多形式的支持。目前，全国各省环保局正在使用GIS软件进行各省水环境功能区划汇总工作，在此基础上，进一步开发水环境功能区管理信息系统，实现水环境数据查询、水质评价、统计分析、水质预测等功能，将各种水环境信息以可视化的方式表达，对水环境的科学管理将具有非常重要的意义。
崔永林1 王霞2 刘洪义1
（1.山东省德州市国土资源局，德州，253012；2.中国农业大学土地资源管理系，北京，100094）
摘要：采用GIS技术建立科学、完善、实用的城镇土地定级估价信息系统（ULEIS）是当前土地管理工作中，亟须解决的一个问题。本文介绍了基于组件式GIS，结合德州市区实际建立的城镇土地定级估价管理信息系统的设计思想，对系统模块的组成进行了分析与设计。
关键词：GIS；城镇土地；定级估价；信息系统
1 引言
1.1 系统设计背景
随着我国市场经济和土地使用制度改革不断深化，科学管理土地价格、有效调控土地市场已成为一项重要的任务。土地定级和基准地价是我国土地市场管理的基础，但由于我国城镇土地定级估价工作起步相对较晚，技术手段还不完善，在技术层面上还存在以下一些问题。
（1）现有的城镇土地定级估价更新调整方法耗时长、投入大，不能满足基准地价的现势性要求，这是一个迫切需要解决的问题。
（2）各地测算基准地价的方法差异较大，实现土地定级、基准地价更新的技术方法与技术手段缺少统一的工作流程标准。
（3）各地所建立的基准地价体系，只能反映评估期日一定时效内的地价水平，大多数是静态的数据，缺乏有效的管理和应用。
（4）所开发的软件系统大多数停留在定级估价基础资料处理和地价信息的查询打印等功能上，不能及时、准确、全面监测更新城市的地价水平、分布状况及变化趋势，难以适时的进行宏观调控。
因此，适应土地参与宏观调控的需要，有效增强调控土地市场的能力，研究开发科学、完善、实用的城镇土地定级估价信息系统（ULEIS）是当前土地管理工作中亟须解决的一个问题。
1.2 系统总体目标
选择适当的平台，开发集土地定级（调整）、基准地价测算（更新）、宗地（标定）地价计算、地价指数编制、地价分析、地价信息管理及系统维护于一体的地价管理和监测系统，实现属性数据与空间数据、静态数据与动态数据的有机结合，达到科学管理地价、适时监测土地市场运行状态的目标。
1.3 系统技术路线
1.3.1 系统业务流程技术路线
按照目前全国城镇土地定级与基准地价更新的整体要求，将城镇土地定级与基准地价更新及地价动态监测相结合进行。在全面进行城镇土地利用和土地市场调查的基础上，采用“多因素综合评判法，并利用市场交易样点地价进行校核”的技术路线进行土地定级；采用“以土地定级为基础，以市场交易地价资料为依据”的技术路线进行基准地价更新；在土地级别与基准地价确定以后，按级别、分用途设立监测点，评估监测点地价。
1.3.2 系统实现技术路线
主要采用组件技术，在MAPGIS平台上构建，所有的空间数据和属性数据都由大型数据库来管理，实现空间数据和属性数据的一体化管理、更新，从而实现具有真正意义上的网络版。用大型数据库（SQL Server2000）对该系统的所有空间数据和属性数据进行统一的一体化存储管理。通过大型数据库进行管理，可以很好的解决系统的并发性、安全性，从而实现数据共享，便于协同工作。
1.4 系统设计原则
系统设计主要坚持实用性原则、可靠安全性原则、标准化原则和可扩展性原则。
1.5 系统开发环境
服务器端：Windows 2000 Server，Microsoft SQL Server 关系型数据库有较强的功能和较低的价位。
GIS 软件：遵循“统一规划、统一配置、统一实施”的原则，选取国内研究机构研发的MAPGIS软件平台。
二次开发软件：采用面向对象的程序设计语言Micosoft visual c＋ ＋ 6.0。
1.6 系统集成框架 （图1）
图1 系统总体设计框架图
2 系统数据库设计原则
2.1 规范化原则
数据模型的设计采用E－R模型，按照现有大型数据库的设计标准，遵照3 NF的要求进行设计，以减少数据冗余和提高效率。
各种表（对象）的命名规范化。不同的数据库产品对对象的命名有不同要求，因此，数据库中的各种对象的命名、后台程序的代码编写应采用大小写敏感的形式，各种对象命名长度不要超过30个字符，便于应用系统适应不同的数据库。
2.2 空间数据与属性数据一体化存贮原则
按统一的地理坐标将地理实体要素进行分层叠合符合图形数据库设计的发展趋势。将具有相同空间特征和属性实体意义的图形要素存放在同一图层中，以文件形式进行存取，以保证图形数据及其属性数据的相对独立性和安全性。例如，评估区域底图信息分别由底图点文件、底图线文件和底图区文件分层叠加。土地级别图信息由级别注记点文件、级别边界线文件、级别区域区文件及级别属性表文件构成，并与底图叠加，形成土地级别图。
3 系统功模块能设计
3.1 数据管理模块功能设计
主要功能是对市场交易样点和监测点进行数据的输入、删除、编辑，进行数据维护更新。
3.1.1 样点地价录入与维护
对于历年新发生的样点提供录入、修改、删除界面，客户端可以向服务器传送数据，且此类数据一经录入，即能够供客户端进行宗地地价评估使用。
3.1.2 监测点数据录入与维护
包括新增监测点信息输入，监测点选择，监测点删除三部分。
3.2 定级模块功能设计
主要功能是交互式地选择影响城镇土地级别的各项定级因素，并根据因素类型，自动计算作用分值；采用多种方法确定因素权重，自动确定土地级别；对划分的土地级别进行合理性检验，输出各项定级成果；为基准地价更新和级别提供数据。
3.2.1 辅助图层选择
由用户选择参与土地定级的图形要素图层，并加载相应的图形文件。其中包括工作底图、道路网格、河流水系、山地丘陵、过境交通、注记点文件等。
3.2.2 土地定级类型选择
提供商业用地土地定级、住宅用地土地定级、工业用地土地定级、综合用地土地定级四个选项，用户可根据定级需要选择土地定级类型。
3.2.3 定级因素体系设置
主要包括两个方面的功能：定级因素体系管理和定级因素体系选择。
3.2.4 特尔菲法确定因素权重
提供可编辑的专家库信息，并根据已确定的定级因素体系，在专家库中选择专家打分，根据打分结果计算各因素权重，并进行均值方差检验。
3.2.5 评价单元设置
在采用网格法进行定级时，由用户输入定级网格的大小及进行网格划分的图幅范围，并生成相应的网格文件。
3.2.6 因素网格作用分计算
分别计算网格中各因素的作用分，并生成各因素等值线图。其中对于点、线状地物提供线性衰减和非线性衰减两种计算方法。在衰减计算中的相对距离计算，提供两点直线距离、最短路径距离、最佳路径距离三种算法。
3.2.7 土地级别确定
依据权重计算网格总分值、生成总分值等值线与土地级别图。
3.2.8 土地级别的调整
主要是利用图形编辑模块中提供的编辑工具调整土地级别界线。
3.2.9 面积量算
采用解析法，计算定级成果中各级土地的面积，并将计算结果以字符形式输出。
3.2.10 结果输出
（1）能够显示或打印输出不同用途、各级别面积、比例等，显示或打印输出级别图。
（2）进行可选设置 是否进行结果确认和上传服务器，确定上传内容与形式。
3.3 基准地价评估更新模块功能设计
主要功能是完成对定级范围以内的土地估价形成相应的专题地图及报表、统计图等，包括估价样点的采集，样点数据地价计算，样点数据地价修正，样点数据统一性检验，样点数据异常数据检验与剔除，基准地价计算等模块。
3.3.1 评估公共信息设置
包括两个功能界面，一是基准地价内涵输入界面，二是估价参数设置界面。
基准地价内涵输入界面提供用户对基准日，不同用途（商业，住宅，工业用的）各级别基准地价条件（土地使用年限，开发条件，容积率）的输入。
估价参数设置界面提供用户对不同用途不同级别的土地还原率、房屋还原率、综合还原利率，不同建筑结构下的重置造价、残值率、耐用年限的输入。
3.3.2 样点数据录入与维护
样点数据输入界面提供用户输入采集样点的相关信息；样点数据编辑界面提供用户对采集样点的属性字段数据修改以及样点数据的删除。
3.3.3 样点地价计算与修正
包括样点地价计算界面，样点地价修正系数输入界面，样点地价修正界面和样点基准地价显示界面。
样点地价计算界面提供用户选择不同样点类型（租赁样点，征地样点，出让样点，房屋买卖样点，房地产开发样点等），然后显示出相关类型的样点数据，对不同类型的样点数据提供计算公式计算得出初始样点地价。
样点地价修正条件输入界面包括楼层修正系数输入界面，交易期日修正系数确定界面，基础设施修正幅度输入界面。
样点地价修正界面提供在用户确定修正系数的前提下对初始样点地价修正。
样点基准地价显示界面显示经过修正后的最终样点地价。
3.3.4 基准地价计算
基准地价计算界面提供用户选择用地类型，土地级别，依据样点地价、监测点地价、地价指数，采用相应的计算方法（算术平均法、加权平均法、单元分值－地价拟合法），建立起计算模型进行基准地价计算。
3.3.5 基准地价修正系数体系建立
包括影响因素确定界面，影响因素权重确定界面和修正系数显示界面。
影响因素权重确定界面提供成对因素比较法和特尔菲法两种方法，成对比较法由用户输入比较值，然后计算出各影响因素的权重值，特尔菲法能够对专家打分进行统计并确定权重。
修正系数显示界面提供在影响因素权重确定的前提下，计算出各因素的修正系数并显示出修正系数表。
3.3.6 评估结果显示与输出
评估结果显示与输出界面能够显示基准地价图，基准地价表以及基准地价修正系数表，并能让用户有选择的选择打印输出或上传服务器。
3.4 宗地地价评估功能设计
宗地地价评估功能设计思想：在土地定级和基准地价评估成果建立的基础上，采用系统提供的分类基准地价修正系数体系对宗地标定地价进行评估。系统还提供收益还原法计算宗地地价、成本逼近法计算宗地地价、市场比较法计算宗地地价。
3.4.1 宗地条件输入
包括人工输入宗地条件界面和人工选择宗地界面。
3.4.2 选择估价方法
包括基准地价修正法计算界面，收益还原法计算界面、成本逼近法计算界面、市场比较法计算界面，剩余法计算界面。
基准地价修正法计算界面包括宗地地价评估影响因素体系确定界面和因素修正系数确定界面。
宗地地价评估影响因素体系确定界面主要是确定宗地估价的影响因素，在用户选定宗地地块的前提下，提供用户选择影响该宗地地块的影响因素。
因素修正系数确定界面在用户确定宗地影响因素的前提下，量算到各影响因素的距离，参照基准地价修正系数表给出选定因素的修正系数值。
3.4.3 宗地地价计算
宗地地价计算界面能让用户选择简单平均、加权平均或直接采用某一方法对各种方法得出的结果进行计算，得出最终的宗地地价。
3.4.4 评估结果输出
评估结果输出界面能够让用户输出评估宗地的基本信息、简单的评估过程、不同评估方法结果以及最终结果（单位地价、宗地面积、总地价等），即输出一个简单的宗地估价报告。
3.5 地价监测模块功能设计
土地地价动态监测模块的主要设计思路是通过对监测点及市场交易样点资料的地价计算，由得出的地价进行动态监测指标计算，编制地价指数表。
3.5.1 生成地价区段
在土地定级图，基准地价图，工作底图基础上，提供交互式划分地价区段功能。用户可以通过图形编辑模块中相关线编辑功能自己划分地价区段，以级别界线，街区道路，河流，宗地界线等线状地物为依据。当划分的区段存在这些线状地物时，自动修正区段边界为这些线状地物；并且自动计算所属级别和该地价区段总面积；输入区段的编号，并且输入地价区段中商业用途、工业用途和居住用途面积的比例，系统自动计算出该地价区段中该用途的实际土地面积。
3.5.2 监测点数据录入与维护
包括新增监测点信息输入，监测点选择，监测点删除三部分。
3.5.3 监测点地价评估
在这个功能中，可以调用宗地地价评估功能。监测点地价评估中，用户通过对计算方法的选择及对不同方法计算的结果权重确定，得出最终的监测点地价。
3.5.4 地价动态监测指标值计算
在监测点地价及市场交易样点地价的基础上，计算地价动态监测指标值：地价水平值、地价增长量、地价增长率和地价指数。
3.5.5 编制地价指数表
由所计算出来的地价指数来编制地价指数表。对于首次建立地价动态监测体系，给用户提供的是各区段、各用途、各级别、综合平均地价。以后各年份以2006年为基期，供地价指数表（定比、环比皆提供）。
3.5.6 地价动态监测指标值分析
对地价水平值、地价增长量、地价增长率和地价指数（包括各级别、各用途、各区段）进行分析，得出分析图、趋势图等。
3.5.7 结果输出
能够显示或打印输出监测点信息、动态监测指标表、地价指数表等。
进行可选设置：是否进行结果确认或上传服务器，确定上传内容与形式。
3.6 查询统计模块
统计查询模块的设计思想是，开发一个系统，就必须要有数据，经过处理后获得所需数据，用户通过系统可以找到自己需要或感兴趣的数据。但很多用户在查询中针对不一样的需要点要进行不一样的查询方式。
3.6.1 目标属性查询
用户可以通过在图层上选中目标点（线、面），来查询该目标点（线、面）的属性。
3.6.2 目标空间查询
用户可以通过输入目标点（线、面）的属性条件或限制条件或逻辑表达式，在图层上查询到所需的目标点（线、面）。
3.6.3 双属性统计
对于图层上的点（线、面），用户不仅仅可以查询单个目标点（线、面），还可以对满足两个属性的点（线、面）进行统计，生成统计图和统计表图等。
以上查询可以对地价样点、监测点等数据进行空间数据与属性数据的双向查询，满足用户基本的查询要求。
4 系统安全设计
4.1 用户级别划分
将系统功能分模块对不同用户开放，规定不同级别用户对数据的不同读、写、修改权限。运行系统设置用户的口令与密码，定期对用户更新、删除维护管理。
4.2 用户口令检查
用户进入系统需输入注册过的口令，密码，否则系统拒绝用户的使用，口令的建立与更改只有系统管理员具有该权利，对保密信息的查询还应建立高级用户口令。
4.3 跟踪系统运行建立日志文件
防止用户不负责任地使用本系统，及事故责任的追查，系统自行跟踪用户使用情况，建立用户档案，记录上层菜单功能项激活情况及重要功能项的执行过程。事务档案文件中包括，用户名、口令密码、进入退出系统时间、激活菜单功能项清单序列。
4.4 数据的定期备份转贮
定期地对数据备份，建立备份记录，包括备份时间、操作人员、数据存储量等有关信息。
4.5 入库数据的严格检查
通过格式转换而进入系统的其他数据在正式入库之前，先进入缓冲区进行检查，并配置数据查阅功能，图形化显示供人机交互式检查。
5 结语
城镇土地定级估价是随着国家对土地使用制度的改革而产生的一个新领域，很多方面还处于探索阶段。在城镇土地定级估价工作中，计算机产业的发展为新技术的应用奠定了基础。基于组件式GIS技术建立起来的城镇土地定级估价信息系统就是新技术在土地管理工作中应用的一个范例，它的建立使土地管理工作进一步走向规范化、信息化、科学化，进而不断推动土地有偿使用制度改革的深化，并使其不断完善和发展。
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是20世纪60年代以来随着电子计算机技术的发展及其广泛应用，在地理学中发展起来的一种新的工作手段和方法。该学科是介于信息科学、空间科学和地球科学之间的交叉学科，它是计算机科学、遥感技术、信息工程和现代化地理学理论与方法的有机结合，是它们应用的进一步延伸和发展，是地理学的又一新进展。
一、地理信息与地理信息系统
地理信息是指表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。从地理数据到地理信息的发展，是人类认识地理事物的一次飞跃。地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等是最大的地理信息源。地理科学的一个重要任务就是迅速地采集到地理空间的几何信息、物理信息和人为信息，并适时地识别、转换、存储、传输、再生成、显示、控制和应用这些信息。
地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的最显著的标志。地理信息的这种定位特征，是通过经纬网或公路网建立的地理坐标来实现空间位置的识别；地理信息还具有多维结构的特征，即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构，而各个专题型实体型之间的联系是通过属性码进行的，这就为地理系统各圈层之间的综合研究提供了可能，也为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供了方便。地理信息的时序特征十分明显，因此可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河洪水、秋季低温）、中期的（如土地利用、作物估产）、长期的（如城市化、水土流失）、超长期的（如地壳变动、气候变化）等。地理信息的这种动态变化的特征，一方面要求地理信息的获取要及时，并定期更新；另一方面要从其自然的变化过程中研究其变化规律，从而作出地理事物的预测与预报，为科学决策提供依据。认识地理信息的这种区域性、多层次性和动态性变化的特征对建立地理信息系统，实现人口、资源、环境等的综合具有重要意义。
地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。因此，地理信息系统具有以下三个方面的特征：
（1）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力。
（2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息。
（3）由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务；计算机系统的支持是GlS的重要特征，它能使GIS得到快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和动态分析。
二、GIS的组成部分
地理信息系统是一种计算机技术系统，它由信息输入、存储、数据的分析处理和信息的输出等基本部分组成，并在计算机软、硬件支持下运行工作。各种组成在GIS中所起的作用不同，可以分为五个组成部分：
（1）计算机硬件：指GIS所需要的基本设备。这些设备用来存储、处理和显示。对象主要是数字地图或数字图像数据。
（2）计算机软件：包括机器运行所需的各种程序及有关资料，如操作系统、编译程序、汇编程序、专用程序、GIS数据库管理系统、各种分析程序及使用分册、说明等。主要作用是完成各种GIS应有的操作。
（3）数据：GIS研究所需要的各种地理空间数据，包括数字化了的地图数据、经过数字转换的图像数据、分析用的统计数据等等。
（4）过程：GIS工作时，为了得到问题的解答而执行的一步一步的动作。不少系统在执行时，为了方便用户使用目录选择方式，又称作点“菜单”方式，作哪个动作就点哪项；也有的系统使用命令方式，根据用户需要打入命令，由系统完成，可以一个命令做一个动作，也可以一个命令完成一系列动作，也就是命令过程。
（5）专家：了解GIS，知道怎样使用系统，这是最重要的。有些系统不能被人完全了解，因而不能发挥出全部作用，更不能进一步发展系统。创造GIS的工作量很大，常以“人年”作为计量工作的单位。
三、GIS的类型
（1）专题地理信息系统：是具有有限目标和专业特点的地理信息系统。为特定的专门的目的服务，如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统、环境管理信息系统等。
（2）区域地理信息系统：主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。可以有不同规模，如国家级的、地区或省级的、市级或县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统，也可以按自然分区或流域为单位建立区域信息系统。区域信息系统如加拿大国家信息系统、美国橡树岭地区信息系统、圣地亚哥县信息系统、中国黄河流域信息系统等。
（3）地理信息系统工具：它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。它们或者是专门研究的，或者是在完成实用地理信息系统后抽去具体的区域或专题的地理空间数据后得到的。这些软件适于用来作为地理信息系统支撑软件，以建立专题或区域性的实用性地理信息系统，也可以作教学软件。由于地理信息系统设计技术较高，而且重复编辑比较复杂的基础软件也造成人力的极大浪费，因此采用地理信息系统工具，无疑是建立实用地理信息系统的一条捷径。
四、资源与环境研究中的GIS
进入21世纪，中国的GIS事业发展迅速，GIS的作用日益被大众所认识，并蓬勃应用到各种领域中。人类正在进入以信息技术和空间技术应用为特征的新型信息时代。作为新兴技术科学的地理信息系统，从20世纪80年代末期以来已成为最活跃的信息产业之一。它涉及到GIS软件、硬件、数据、遥感与航空摄影、制图、野外数据采集、数据交换、系统集成和咨询等内容。其中，软件是GIS的技术核心，而从事软件开发和系统集成的公司或机构则往往成为GIS产业的主体。
早期GIS主要应用于自动制图、设施管理和土地信息系统（LIS），后来逐步扩展到资源与环境管理、森林清查、城市规划、市政管理、灾害监测与预测、科学研究和军事战略等众多领域。随着GIS技术的成熟，数据积累和应用环境的改善，它的应用范围不断扩展，应用程度不断深化。GIS在资源与环境研究中的应用主要表现在以下几个方面：
1.资源清查与管理
资源的清查、管理和分析是GIS应用中趋于成熟而重要的领域，包括土地资源、森林资源和矿产资源的清查、管理，土地利用规划，野生动植物的保护等。资源清查是地理信息系统最基本的职能，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资源状况分析，为资源的合理开发、利用和科学管理提供依据。
以土地利用类型为例，可以输出不同土地类型的分布和面积，按不同高程带划分的土地利用类型、不同坡度区内的土地利用现状、不同岩性引起的土地利用差异以及不同时期的土地利用变化等，为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。又如中国西南地区国土资源信息系统，设置了三个功能子系统，即数据库系统、辅助决策系统、图形系统。资源数据存储了1500多项300多万个。该系统提供了一系列资源分析与评价模型、资源预测预报及西南地区资源合理开发配置的资料。可绘制草场资源分布图、矿产资源分布图、各地县产值统计图、农作物产量统计图、交通规划图、重大项目规划图等不同内容的专业图件。
2.区域与城镇规划
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。地理信息系统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动态监测等。这些规划功能的实现，是以地理信息系统的空间搜索方法、多元信息的叠加处理、空间分析方法和网络分析功能等作为保证的。中国大、中型城市很多，根据加快中心城市的规划建设，加强城市建设决策科学化、现代化的要求，利用地理信息系统作为城市规划、管理和分析的工具，具有十分重要的意义。
3.环境灾害监测
利用GIS方法和多时相遥感数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和灾情损失的估算，为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息，例如据中国大兴安岭地区的研究，通过普查分析森林火灾实况，统计分析十几万个气象数据，从中筛选出气温、风速、降水、温度等气象要素、春秋两季植被生长情况和积雪覆盖程度等14个因子，用模糊数学方法建立数学模型，建立微机信息系统的多因子的综合指标森林火险预报方法，对预报火险等级的准确率可达73%以上。又如黄河三角洲地区防洪减灾信息系统，在ARC/INFO地理信息系统软件支持下，借助于大比例尺数字高程模型，加上各种专题地图，如土地利用、水系、居民点、油井、工厂排放工程设施及社会经济统计信息等，通过各种图形叠加、操作、分析等功能，可以计算出若干个泄洪区域及其面积，比较不同泄洪区域内的土地利用、房屋、财产损失等，最后得出最佳的泄洪区域，并制定整个泄洪区域内的人员撤退、财产转移和救灾物资供应等的最佳运输线路。
4.环境保护及管理
GIS技术也是进行环境评价、环境规划管理的有力工具。其内容包括：环境监测和数据收集，建立基础数据库和环境动态数据库，建立环境污染的有关模型，提供环境管理的统计数据和报表输出，环境作用分析和环境质量评价，环境信息传输和制图等。
环境管理涉及人类社会活动和经济活动的一切领域，一个大中型城市每年收集和监测的环境数据可能多达100万个，对如此大量的数据，应使其有效地为环境管理决策及其他用途服务。一个地方环境管理信息系统的功能有：为环境管理部门提供数据和信息系统存储方法——基础数据库系统；提供环境管理的数据统计、报表和图形编辑方法；建立环境污染的若干模型，为环境管理决策提供支持；提供环保部门办公软件；提供信息传输的方法和手段。
例如，上海市环境管理雅息系统具有如下主要特征：①建立了动态数据库，可存储环境监测数据（如包括污染源和环境质量）和其他有关数据（如环境标准、水文、气象等），对大多数环境管理功能来说，实现了数据共享；②面向环境质量管理，可以对环境质量状况的统计、评价、预测、规划以及其他管理提供支持；③为实现面向污染源的污染控制管理提供支持，可以实现排污收费、排污许可证制度的管理；④为便于用户使用，系统设计一个界面友好的窗口菜单系统，使用方便，可以提供不同形式的输出，包括屏幕显示、表格打印、图形绘制、磁盘输出等，还预留了远程通讯接口。
5.宏观决策
GIS利用有效的数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，可为国家或区域的宏观决策提供科学依据。例如GIS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。中国在三峡地区研究中，通过利用地理信息系统和机助制图的方法等多种功能建立了环境监测系统，为三峡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依据。又如，通过水土流失监测系统数据库中的水土流失强度、地质岩性、坡度及其他资源与环境的相关数据进行分析研究，利用图形叠置等功能和变化的规律模型，可以进行水土流失的预测，为水土保持方案的编制及实施生态环境治理等提供坚实的数据基础，为宏观决策提供依据。
GIS（Geographic Information System）地理信息系统。顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称为空间信息。一般来说，GIS可定义为："用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术"。从GIS系统应用角度，可进一步定义为："GIS由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源评价与管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务"（陈述彭，1999）。
人类生活在地球上，80%以上的信息与地球上的空间位置有关。GIS的出现是信息技术及其应用发展到一定程度的必然产物。地理信息系统萌芽于上世纪的60年代。1962年，加拿大的Roger F. Tomlinson提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统（CGIS），以实现专题地图的叠加、面积量算、自然资源的管理和规划等；与此同时，美国的Duane F. Marble在美国西北大学研究利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出建立地理信息系统的思想。70年代是地理信息系统走向实用的发展期。美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对GIS的研究均投入了大量人力、物力和财力。到1972年CGIS全面投入运行与使用，成为世界上第一个运行型的地理信息系统；在此期间美国地质调查局发展了50多个地理信息系统，用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息；1974年日本国土地理院开始建立数字国土信息系统，存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息；瑞典在中央、区域和城市三级建立了许多信息系统，如土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等。但由于当时的GIS系统多数运行在小型机上，涉及的计算机软硬件、外部设备及GIS软件本身的价格都相当昂贵，限制了GIS的应用范围。
80年代是GIS的推广应用阶段，由于计算机技术的飞速发展，在性能大幅度提高的同时，价格迅速下降，特别是工作站和个人计算机的出现与完善，使GIS的应用领域与范围不断扩大。GIS与卫星遥感技术相结合，开始用于全球性问题的研究，如全球变化和全球监测、全球沙漠化、全球可居住区评价、厄尔尼诺现象及酸雨、核扩散及核废料等(李德仁，1994)；从土地利用、城市规划等宏观管理应用，深入到各个领域解决工程问题，如环境与资源评价、工程选址、设施管理、紧急事件响应等。在这一时期，出现了一大批代表性的GIS软件，如ARC／INFO、GENAMAP、SPANS、MAPINPO、ERDAS、Microstation等，其中ARC／INFO已经愈来愈多地为世界各国地质调查部门所采用，并在区域地质调查、区域矿产资源与环境评价、矿产资源与矿权管理中发挥越来越重要作用。
90年代为GIS的用户时代，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS成为了一个产业，投入使用的GIS系统，每2～3年就翻一番，GIS市场的增长也很快。目前，GIS的应用在走向区域化和全球化的同时，己渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。与此同时，GIS也从单机、二维、封闭向开放、网络(包括Web GIS)、多维的方向发展。
我国地理信息系统方面的工作始于80年代初。地理信息系统进入发展阶段的标志是第七个五年计划的开始，地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发工作。1994年中国GIS协会在北京成立，标志中国GIS行业已形成一定规模。九五期间，国家将地理信息系统的研究应用作为重中之重的项目予以支持，1996年，为支持国产GIS软件的发展，原国家科委开始组织软件评测，并组织应用示范工程。这一系列的举措极大的促进了国产GIS软件的发展与GIS的应用。1998年，国产软件打破国外软件的垄断，在国内市场的占有率达25%。同年，在抽样调查25个省市19个行业的1000多个单位中，全部使用了地理信息系统(秦其明、袁胜元，2001)。地理信息系统在资源调查、评价、管理和监测，在城市的管理、规划和市政工程、行政管理与空间决策、灾害的评估与预测、地籍管理及土地利用，在交通、农业、公安等诸多领域得到了广泛的应用。 2. 地理信息系统的组成
GIS的应用系统由五个主要部分构成，即硬件、软件、数据、人员和方法。