壹.地理信息和地理信息系統
地理信息是指表示壹個地理系統中各種要素的數量、質量、分布特征、相互關系和變化規律的數字、文字、圖像和圖形。從地理數據到地理信息的發展，是人類對地理事物認識的壹次飛躍。地球表面的巖石圈、水圈、大氣圈和人類活動是最大的地理信息源。地理科學的壹個重要任務是快速收集地理空間中的幾何信息、物理信息和人工信息，並及時識別、轉換、存儲、傳輸、再生、顯示、控制和應用這些信息。
地理信息屬於空間信息，其位置標識與數據掛鉤，這是地理信息區別於其他類型信息的最顯著標誌。地理信息的這種定位特征，是通過經緯網或公路網建立的地理坐標，實現對空間位置的識別；地理信息還具有多維結構的特點，即在二維空間的基礎上實現多主題的三維結構，通過屬性編碼進行各主題實體之間的關系，為地理系統各圈層之間的綜合研究提供了可能，也便於地理系統的多層次分析和信息的傳遞與篩選。地理信息的時間序列特征非常明顯，因此地理信息按時間尺度可分為超短期(如臺風、地震)、短期(如河流洪水、秋季低溫)、中期(如土地利用、農作物估產)、長期(如城市化、水土流失)和超長期(如地殼變化、氣候變化)。壹方面，地理信息的這種動態變化要求地理信息能夠及時獲取並定期更新；另壹方面，要從其自然變化過程中研究其變化規律，從而對地理事物進行預測預報，為科學決策提供依據。了解地理信息的區域性、多層次性和動態性特征，對於建立地理信息系統，實現人口、資源、環境的壹體化具有重要意義。
地理信息系統(Geographic Information System，GIS)是以地理空間數據庫為基礎，以計算機軟硬件為支撐，利用地理模型分析方法，采集、管理、操作、分析、模擬和顯示空間相關數據，及時提供各種空間和動態地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統。因此，地理信息系統具有以下三個特點:
(1)具有收集、管理、分析和輸出各種地理空間信息的能力。
(2)以地理研究和決策為目的，以地理模型方法為手段，具有空間分析、多因素綜合分析和動態預測能力，能夠產生高層次的地理信息。
(3)空間地理數據管理由計算機系統支持，用計算機程序模擬常規或特殊的地理分析方法，作用於空間數據，產生有用的信息，完成人類難以完成的任務；計算機系統的支持是GlS的重要特征，它使GIS能夠快速、準確、全面地定位和動態分析復雜的地理系統。
二、地理信息系統的組成
地理信息系統是壹個計算機技術系統，由信息輸入、存儲、數據分析處理、信息輸出等基本部分組成。，並在計算機軟件和硬件的支持下工作。各種組件在GIS中扮演不同的角色，可以分為五個部分:
(1)計算機硬件:指GIS所需的基本設備。這些設備用於存儲、處理和顯示。對象主要是數字地圖或數字圖像數據。
(2)計算機軟件:包括機器運行所需的各種程序及相關資料，如操作系統、編譯程序、匯編程序、專用程序、GIS數據庫管理系統、各種分析程序、使用手冊及說明書等。主要功能是完成各種GIS操作。
(3)數據:GIS研究需要的各種地理空間數據，包括數字化的地圖數據、數字化轉換的影像數據、用於分析的統計數據等。
(4)過程:當GIS工作時，為了得到問題的答案而執行的逐步操作。很多系統實現的時候，為了方便用戶使用目錄選擇法，也就是所謂的“菜單”法，點擊哪個動作；有些系統還使用命令模式，根據用戶的需要輸入命令，這可以由系統完成。壹個命令可以做壹個動作，或者壹個命令可以完成壹系列動作，這就是命令過程。
(5)專家:懂GIS，會用系統最重要。有些制度不能完全理解，就不能充分發揮作用，更不用說進壹步發展制度了。創建GIS的工作量很大，常用“人年”作為計量單位。
第三，地理信息系統的類型
(1)專題地理信息系統:是壹種目標有限、具有專業特點的地理信息系統。為特定的特殊目的服務，如水資源管理信息系統、礦產資源信息系統、農作物估產信息系統、草地資源管理信息系統、水土流失信息系統、環境管理信息系統等。
(2)區域地理信息系統:主要以區域綜合研究和綜合信息服務為目標。可以有國家級、地區級或省級、市級或縣級等不同規模的區域信息系統，為不同級別的行政區域服務，也可以按自然區劃或流域建立區域信息系統。區域信息系統如加拿大國家信息系統、美國橡樹嶺區域信息系統、聖地亞哥縣信息系統、中國黃河流域信息系統等。
(3) GIS工具:是壹套具有圖形圖像數字化、存儲管理、查詢檢索、分析運算、各種輸出等GIS基本功能的軟件包。它們要麽是專門研究的，要麽是在完成實用的地理信息系統後，提取特定區域或專題的地理空間數據後得到的。這些軟件適合作為地理信息系統的支撐軟件，建立專題或區域性的實用地理信息系統，也可作為教學軟件。由於GIS的設計技術含量高，而復雜的基礎軟件的重復編輯也造成了人力的極大浪費，利用GIS工具建立壹個實用的GIS無疑是壹條捷徑。
四。資源與環境研究中的地理信息系統
21世紀，我國地理信息系統事業發展迅速，地理信息系統的作用越來越被大眾認可，並被大力應用於各個領域。人類正在進入壹個以信息技術和空間技術應用為特征的新的信息時代。地理信息系統(GIS)作為壹門新興的技術科學，自20世紀80年代末以來已成為最活躍的信息產業之壹。它涉及GIS軟件、硬件、數據、遙感和航空攝影、制圖、野外數據采集、數據交換、系統集成和咨詢。其中，軟件是GIS的技術核心，從事軟件開發和系統集成的公司或機構往往成為GIS行業的主體。
早期，GIS主要用於自動制圖、設施管理和土地信息系統(LIS)，後來逐漸擴展到資源與環境管理、森林資源調查、城市規劃、市政管理、災害監測與預測、科學研究和軍事戰略等多個領域。隨著GIS技術的成熟、數據的積累和應用環境的改善，其應用範圍不斷擴大，應用程度不斷加深。GIS在資源與環境研究中的應用主要表現在以下幾個方面:
1.資源庫存和管理
資源的清查、管理和分析是GIS應用中成熟而重要的領域，包括土地資源、森林資源和礦產資源的清查和管理、土地利用規劃、野生動物保護等。資源清查是地理信息系統最基本的功能。此時，系統的主要任務是收集各種來源的數據，通過系統的統計和覆蓋分析功能，根據各種邊界和屬性條件，提供各種組合的區域資源統計和資源狀況分析，從而為資源的合理開發利用和科學管理提供依據。
以土地利用類型為例，可以輸出不同土地類型的分布和面積、不同高程帶劃分的土地利用類型、不同坡度區的土地利用狀況、不同巖性引起的土地利用差異以及不同時期的土地利用變化，為資源的合理利用、開發和科學管理提供依據。又如我國西南地區的國土資源信息系統，它有三個功能子系統，即數據庫系統、輔助決策系統和圖形系統。資源數據中存儲了1500多項，300多萬項。該系統為西南地區提供了壹系列資源分析評價模型、資源預測和資源合理開發配置。可繪制草原資源分布圖、礦產資源分布圖、地縣產值統計圖、農作物產量統計圖、交通規劃圖、重大項目規劃圖等不同內容的專業地圖。
2.區域和城鎮規劃
城市和區域規劃需要處理許多不同性質和特點的問題，涉及資源、環境、人口、交通、經濟、教育、文化、金融等諸多地理變量和大量數據。地理信息系統的數據庫管理有利於將這些數據信息融合到壹個統壹的系統中，最終進行城市和區域的多目標發展規劃，包括城市總體規劃、城市建設用地適宜性評價、環境質量評價、道路交通規劃、公共設施配置、城市環境動態監測等。地理信息系統的空間搜索方法、多信息疊加處理、空間分析方法和網絡分析功能為這些規劃功能的實現提供了保障。中國有許多大中城市。根據加快中心城市規劃建設、加強城市建設決策科學化和現代化的要求，利用GIS作為城市規劃、管理和分析的工具具有重要意義。
3.環境災害監測
利用GIS方法和多時相遙感數據可以有效地用於森林火災預測、洪澇災害監測和災害損失估算，為救災和防洪決策提供及時準確的信息。例如，根據我國大興安嶺地區的研究，通過對森林火災情況的普查和分析，對數十萬份氣象數據進行統計分析。篩選出氣溫、風速、降水、氣溫等氣象因子、春秋季植被生長、積雪等14因子，用模糊數學方法建立數學模型，建立了微機信息系統多因子綜合指數森林火險預測方法。火險等級預測準確率可達73%以上。再比如黃河三角洲防洪減災信息系統。在ARC/INFO地理信息系統軟件的支持下，借助大比例尺數字高程模型和各種專題地圖，如土地利用、水系、居民區、油井、工廠排汙工程設施和社會經濟統計信息等。，通過圖形疊加、運算、分析等多種功能，可以計算出幾個泄洪區及其面積。通過比較不同泄洪區的土地利用、房屋和財產損失，最終得出最佳泄洪區，制定整個泄洪區人員疏散、財產轉移和救災物資供應的最佳運輸路線。
4.環境保護和管理
地理信息系統技術也是環境評估和環境規劃管理的有力工具。其內容包括:環境監測和數據采集，建立基礎數據庫和環境動態數據庫，建立環境汙染的相關模型，提供環境管理的統計數據和報告輸出，環境影響分析和環境質量評價，環境信息傳輸和制圖等。
環境管理涉及人類社會活動和經濟活動的所有領域。壹個大中城市每年可能采集監測多達1萬個環境數據。對於如此大量的數據，應該有效地用於環境管理決策等目的。壹個地方環境管理信息系統的功能如下:為環境管理部門提供數據和信息系統的存儲方式——基礎數據庫系統；為環境管理提供數據統計、報告和圖形編輯方法；建立若幹環境汙染模型，為環境管理決策提供支持；為環保部門提供辦公軟件；提供信息傳遞的方法和手段。
例如，上海市環境管理信息系統主要有以下特點:①建立了動態數據庫，可以存儲環境監測數據(包括汙染源和環境質量)和其他相關數據(如環境標準、水文、氣象等。)，而且對於大部分環境管理功能來說，數據是可以共享的；②面向環境質量管理，可為環境質量的統計、評價、預測、規劃等管理提供支持；(3)為面向汙染源的汙染控制和管理提供支持，可實現排汙收費和排汙許可證制度管理；④為方便用戶，系統設計了界面友好的窗口菜單系統，使用方便，可提供不同形式的輸出，包括屏幕顯示、表格打印、圖形繪制、磁盤輸出等。，並預留遠程通信接口。
5.宏觀決策
GIS利用有效的數據庫，通過壹系列決策模型的構建和對比分析，可以為國家或區域的宏觀決策提供科學依據。比如GIS支持下的土地承載力研究，可以解決土地資源和人口容量的規劃。在三峽地區的研究中，我國利用地理信息系統和計算機輔助制圖建立了環境監測系統，為三峽水庫建設前後環境變化的數量、速度和演變趨勢等宏觀決策提供了可靠依據。再如，通過對土壤侵蝕監測系統數據庫中土壤侵蝕強度、地質巖性、坡度等資源環境相關數據的分析研究，利用圖形疊加功能和變化規律模型，可以對土壤侵蝕進行預測，為水土保持規劃的編制和生態環境治理的實施提供堅實的數據基礎，為宏觀決策提供依據。