地理資訊系統

地理資訊系統（英語：GeographicInformationSystem，縮寫：GIS）是一門綜合性學科，結合地理學和地圖學，已經廣泛的應用佇無仝的領域，是用於輸入、儲存、查詢、分析佮顯示地理資料的電腦系統，會當分做是以下五部份：

• 人員，是 GIS 中上重要的組成部份。開發人員著愛定義 GIS 中予執行的各種任務，開發處理程式。用輾轉的操作人員通常會使克服 GIS 軟體功能的不足，但是顛倒反的情況就無成立。上好的軟體嘛無法度彌補操作人員著 GIS 的一無所知所帶來的副作用。
• 資料，精確通用的資料會當影響著查詢佮分析的結果。
• 硬體，硬體的效能影響著處理的速度，使用敢有方便佮可能輸出方式。
• 軟體，毋但包括 GIS 軟體，猶閣包括各種的資料庫，繪圖、統計、就是像處理佮其他程式。
• 過程，GIS 要求明確定義，一致的方法來生做正確的可驗證的結果。

GIS 屬於資訊系統的一類，佮伊無仝佇咧會當運作佮處理地理參照資料。地理參照資料咧講地球的表面（包括大氣層佮較淺的地表下空間）空間欲素的位置佮屬性，佇咧 GIS 中的兩種地理資料成分：空間資料，佮空間欲素幾何特性有關係；屬性的資料，提供空間愛素的資訊。

地理資訊系統（GIS）佮全球定位系統（GPS）、 遙測（RS）合稱三 S。

一个地理資訊系統是一種有資訊系統空間專業的形式的資料管理系統。佇咧嚴格的意義頂懸，這是一个有集中、儲存、操作、和顯示地理參考資訊的電腦系統。比如講，根據佇資料庫內底的位置對資料進行辨識。實習者通常嘛認為規个 GIS 系統包括操作人員猶閣有輸入系統的資料。

地理資訊系統技術會當應用佇科學調查、資源管理、財產管理、發展規劃、繪圖佮路線規劃。比如講，一个 GIS 系統能使應急計畫者佇自然災害的情形下比較容易地計算出應急反應時間，或者是利用 GIS 系統來發現遐的需要保護的溼地。

發展的歷史

源流

• 十八世紀，地形圖繪製的現代勘測技術會當實現，同時閣出現專題繪圖的早期版本，比如講：科學方面抑是人口普查資料。約翰 ・ 斯諾在一八五四年，用點來代表一个例，描繪了倫敦的 khoo-lé-lah 疫情，這可能是上早使用地理方法的疫情圖。伊對 khoo-lé-lah 分佈的研究指向疾病的來源----一个位佇咧 khoo-lé-lah 疫情爆發中心區域百老匯街的被污染的公共水phóng-phuh。約翰 ・ 斯諾共斷掉，終止了疫情的爆發。
• 二十世紀初期將圖片分做層的「相片石印術」愛會發展得。伊允准地圖予人分做各圖層，譬如講一个層表示植被，另外一層表示水。這技術特別用著印刷輪曲-畫製，這是一个勞力集中的任務，但是𪜶有一个單獨的圖層意味著𪜶會使無予其他的圖層上的工課透濫。這項工課上頭仔是佇玻璃枋懸頂畫的，後來，塑膠薄膜予人引入來，有閣較輕、使用較少的儲存空間、柔韌等等的優勢。當所有的圖層完成，閣由一个巨型處理攝像機結合做一个圖像。彩色印刷引進了後，層的概念嘛被用佇咧建立逐種色水單獨的印版。就算後來層的使用成做是當代地理資訊系統的主要典型特徵之一，頭拄仔所描述的攝影過程本身並無予人認為是一个地理資訊系統-因為這个地圖干焦圖像爾無附加的屬性資料庫。
• 六空年代早期，佇核武器研究的推動下，計算機硬體的發展致使通用計算機「繪圖」的應用。

產生

• 一九六七年，世界上頭一个真正投入應用的地理資訊系統由聯邦林業佮農村發展部佇加拿大安大略省的渥太華研發。羅傑 ・ 湯姆林森博士開發的這个系統予人號做加拿大地理資訊系統（CGIS）， 用於儲存、分析佮利用加拿大土地統計局（CLI，使用的一：比例尺，利用關於著塗肉、農業、休閒、野生動物、水禽、林業佮土地利用的地理資訊，確定加拿大農村的土地能力。）收集的數據，閣加設等級的分類因素來進行分析 . CGIS 是「計算機製圖」應用的改進版，伊提供的崁起來、資料數字化 / 掃描功能。伊支援一个橫跨大陸的國家坐標系統，共線編碼為具有真實的躉入去拓結構的「弧」，並且佇咧單獨的檔案內底儲存屬性佮區位資訊。因為這一結果，湯姆林森予人號做「地理資訊系統之父「，尤其是因為伊促進收斂佇地理數據的空間分析中對崁的應用 . CGIS 一直繼續到二十世紀七空年代才完成，了傷長，所以佇遮發展初期，袂當佮若鷹按呢的銷售各種的商業地圖應用軟體的供應商競爭 . CGIS 一直使用到二十世紀九空年代，閣佇加拿大建立一个遮爾大的數字化的土地資源資料庫。伊予人開發做是因為大型機的系統以支援一个佇聯邦佮省的資源規劃佮管理。其實能力是中國範圍內底的複雜數據分析 . CGIS 無予人應用佇商業。微型計算機硬體的發展予得象 ESRI 和 CARIS 彼款的供應商成功地兼併大多數的 CGIS 特徵，並且共對空間和屬性資訊的分離的頭一種世代方法和對組織的屬性數據第二種世代方法引入資料庫結構。

發展

• 二十世紀八空年代佮九空年代產業成長刺激去應用矣 GIS 的 UNIX 工作站佮個人計算機飛速增長。至二十世紀尾，佇各種系統中猛醒增加起致使佇相關的少量平台已經得著囉鞏固和規範。並且使用者開始提出佇網際網路頂懸檢視 GIS 數據的概念，這要求數據的格式佮傳輸標準化。

GIS 中使用的技術

對無仝來源得著相關的資訊

若是會當共你所在州的降雨佮你所佇咧縣頂空的相片聯絡起來，就會當判斷出佗一塊溼地佇一年的某寡時陣會焦去。一个 GIS 系統就會當進行按呢的分析，伊會當將無仝款來源的資訊以無仝款的形式應用。對源資料的基本要求是確定變數的位置。位置可能是由經度、緯度佮海拔的 x，y，z 坐標來標註，抑是由其他的地理編碼系統譬如講 ZIP 碼，閣抑是高速公路英里標誌來表示。任何會當定位囥的變數攏會當予人回饋到 GIS。一寡政府機構佮非政府組織當咧生產製作會當直接存取 GIS 的電腦資料庫。會當將地圖內底無仝類型的資料格式輸入 GIS。GIS 系統同時能將毋是地圖的形式的數字資訊轉換可辨識利用的形式。比如講，通過分析由遙測生成的數字衛星圖像，會當生一个佮地圖類似的有關植被崁的數字資訊層。

仝款，人口調查抑是水文表格資料也會當佇 GIS 系統中予人換做做主題資訊層的地圖形式。

資料展現

GIS 資料以數字資料的形式表現了現實世界客觀物件（公路、土地運用、海拔）。 現實世界客觀的物件會當予人劃做兩个抽象概念：離散的東西（如房屋）閣有連紲的物件領域（你如降雨量抑是海拔）。 這兩種抽象體佇咧 GIS 系統中儲存資料主要的兩種方法為：柵格（網格）佮向量。

柵格（網格）資料由存囥唯一值儉單元的行和列組成。伊佮柵格（網格）圖像是類似的，除了用合適的色水以外，各個單元記錄的數值也可能是一個分類組（譬如講土地使用狀況）、 相連紲的值（像降雨量）抑是做資料毋是會當用時記錄的一个空值。冊冊資料集的解析度就是取決佇地面單位的網格闊度。通常儲存單元代表地面的四角形區域，但是嘛會當用來代表其他的形。柵格資料既然會當用來代表一塊區域，嘛會當用來表示一个實物。

向量的資料利用幾何圖形比如講點、線（一系列點坐標）， 抑是面對（形狀決定佇線）來表現客觀的物件。比如講，佇咧蹛房細分中以多邊形來代表物產邊界，以點來精確表示位置。向量仝款會當用來表示具有連紲變化性的領域。利用等高線佮無規則三角形格網（TIN）來表示海拔抑是其他連紲變化的值。TIN 的記錄對遮的連接做一个由三角形構成的不規則網格的點進行評估。三角形所佇咧的面代表地形表面。

利用柵格抑是向量資料模型來表達現實既有優點嘛有缺點。柵格資料設定佇咧面內所有的點上攏記錄仝一个值，佇咧向量格式只有需要的所在儉資料，這就予伊前者所需要的儲存的空間比如講後者。對柵格資料會當真輕易實現崁的操作，毋過對向量資料來講欲困難傷濟。向量的資料會當像佇傳統地圖頂懸的向量圖形仝款被顯示出來，若是柵格資料佇咧用圖象顯示的時陣顯示物件的邊界會呈現模糊狀。

除了以幾何向量坐標抑是柵格單元位置來表達的空間資料以外，另外的非空間資料嘛會當予人儉存。佇咧向量資料當中，遮的附加資料為客觀物件的屬性。比如講，一个森林資源的多邊形可能包括一个識別碼值得佮有關樹仔種類的資訊。佇柵格資料中單元值可儲存屬性資訊，但是仝款會當做為佮其他的表格中記錄相關的識別碼。

資料採集

資料採集—— 向系統內輸入資料—— 伊占據矣 GIS 對業者大部份的時間。有足濟種方法向 GIS 中輸入資料，佇咧其中伊以數字猶閣儲存。

印佇紙抑是住址薄膜地圖懸頂的現有資料會當予數位化抑是掃描來產生數字資料。數位化儀對地圖中產生向量資料做運算子軌跡點、線佮多邊形的邊界。掃描地圖會當產生能被進一步處理生成向量資料的光柵資料。

測量資料會使對測量器器上的數字資料收集系統中予直接輸入到 GIS 中。對全球定位系統（GPS）——另外一種測量工具內底得著的位，嘛會當予直接輸入去到 GIS 中。 遙測資料仝款佇資料收集中發揮著重要的作用，閣由附佇平台頂濟个感測器組成。感測器包括攝影機、數字掃描器佮雷射雷達，抑若平台是通常由航空器佮衛星構成。這陣大部份數字資料來是對圖片判讀佮航空相片。軟複工作站用來數位化直接對數位影像的立體象對中得著的特徵。遮的系統允准資料以二維抑是三維掠，𪜶的海拔直接對用翕相測量法原理的立體象對中測量得著。現今，類比航空相片先予人掃描然後閣輸入去軟複製系統，但隨著高品質的數字攝影機是愈來愈俗，這步嘛會當省起來矣。衛星遙測是空間資料的另外一个重要來源。遮衛星使用無仝的感測器包來被動地測量對主動感測器如雷達發射出去的電磁波頻譜抑是無線電波的部分的反射係數。遙測收集會當進一步處理來標識感興趣的物件佮類親像土地崁的光柵資料。

除了收集佮輸入空間資料以外，屬性的資料嘛愛輸入到 GIS 中。對向量資料，這包括關於表現佇咧系統中的物件的附加資訊。

輸入資料到 GIS 著後，通常閣愛編輯，來消除錯誤，抑是進一步的處理。對向量資料必須愛「拓撲正確」才會當進行一寡進階分析。譬論講，佇公路網路頂懸，線著愛佮交叉點處的結點相連。像反衝抑是沖沖的錯誤嘛著愛消除。嘿掃描的地圖，源地圖懸頂的汙點可能需要對生成的光柵中消除。比如講，汙物的斑點可能會共兩條本無該相連的線連做伙。

資料來操作

GIS 會當通過執行資料重構來共資料轉換做無仝的格式。比如講，GIS 會當通過在具有仝分類的所有的單元周圍生成線，同時決定單元的空間關係，鄰接佮包含，來將衛星圖像轉做向量結構。

因為數字的資料以無仝的方法收集佮儲存，兩種資料來源閣有可能愛無完全相容。所以 GIS 伊必須愛有法度共地理資料對一種結構轉換到另外一種結構。

投影系統，坐標系統佮轉換

財產所有權地圖佮塗肉分佈圖可能會無仝款的比例尺顯示資料。GIS 中的地圖資料必須愛會當予人操作以使其他的對其他地圖得著的資料提予齊抑是相配合。佇數字資料予人分析進前，𪜶可能愛經過其他一寡共𪜶整合入去 GIS 的處理，比如講，投影佮坐標變換。地球會當用濟種模型來表示，對地球表面上的任一予定點，各个模型攏可能予出一套無仝的坐標（如緯度，經度，海拔）。 上簡單的模型是假定地球是一个理想的球體。隨著地球的閣較濟測量漸漸累積，地球的模型嘛變甲那來那複雜，愈來愈精確。事實上，有一寡模型應用佇咧地球的無仝區域以提供閣較懸的精確度（若是北美坐標系統，一千九百八十三-NAD 八十三-干焦適合佇美國使用，啊若佇歐洲煞無適用）。

投影是製作地圖的基礎部份，伊是對地球的一種模型中轉換資訊的數學方法，伊共三維的彎曲表面換做二維的媒介（譬如講紙抑是電腦螢幕）。 無仝類型的地圖欲用無仝款的投影投影系統，因為逐種投影系統有其實家己適合的用途。比如講一種會當精確反映中國形狀的投影會歪曲大陸的相對 sài-sù（伊翻譯的是英文的維基百科）

GIS 空間分析

空間分析能力是 GIS 的主要功能，嘛是啦 GIS 佮電腦製圖軟體相區別的主要特徵。空間分析是對空間物體的空間位置、聯絡等方面去研究空間事物，佮對空間事物做出定量的描述。一般講啦，伊干焦共回答 What（是啥物？）、 Where（佇佗位？）、 How（按怎？）等問題，但並無（會當）回答 Why（為啥物咧？）。 空間的分析欲複雜的數學家私，其中上主要的是空間統計學、圖論、拓撲學、計算幾何等，其主要的任務是對空間構成進行描述佮分析，以達到取得、咧講佮認知空間的資料；理解和解說地理圖樣的背景過程；空間過程的類比佮預測；調控地理空間上發生的事件等等的目的。

空間分析技術佮真濟學科有聯絡，地理學、經濟學、區域科學、大氣、地球物理、水文等等專門學科為其提供智識佮機理。

除了 GIS 軟體捆縛空間分析模組外，目前嘛有一寡專用的空間分析軟體，如 GISLIB、SIM、PPA、Fragstats、GeoDa、SatScan、Geodetector 等。

資料建模

共濕地圖和佇機場、電視台佮學校等等的無仝所在記錄的降雨量關聯起來是誠困難的。毋過，GIS 會當來講著地表、地下佮大氣的兩維三維特徵。

比如講，GIS 會當將反應降雨躘的雨量線真緊製圖。

按呢的圖叫做雨量線圖。通過有限數量的點的量測會當估計出整個地表的特徵，這款的方法已經誠成熟。一張二維雨量線圖會使和 GIS 中相仝區域的其他圖層進行疊加分析。

拓撲建模

佇過去的三五年，佇溼地邊敢有任何加油站抑是工廠經營過？敢有任何滿足佇咧二英里內底而且高出溼地的條件的這類設施？GIS 會當辨識並分析這種佇數位化空間資料中的空間關係。遮的拓捕關係允准進行複雜的空間建模佮分析。地理實體間的拓撲關係包括連接（啥物佮啥物連相紲）、 包含（啥物佇咧啥物中間）、 閣有厝邊隔壁（兩个中間的遠近）。

網路建模

若所有佇這个溼地附近的工廠同時咧向河中排放化學的物質，遐爾排入去溼地的汙染物的數量愛偌久就會當達到破壞環境的數量？GIS 能類比出污染物沿線性網路（河流）的擴散的路徑。諸如坡度、速度限值、管道的直徑等等的數值會當納入這个模型予類比了閣較精確。網路建模通常用交通規劃、水文建模佮地下管網建模。

GIS 軟體

地理資訊只是一堆數字紀錄，需要有合適合的軟體去共表示出來；佮這个同時，地理資訊資料庫的建立，亦有賴合軟體的幫助，共地理數據資訊化。現此時佇咧工商界方面的市場普遍予兩大地理資訊系統巨頭 ESRI 佮 Mapinfo 所壟斷，但是𪜶亦會當提供一套整全的地理資訊系統，以供客戶使用。政府佮軍方機構往往用著特別打造的軟體，親像開源的 GRASS 抑是其他的專門的系統，以配合𪜶的特殊需要。雖然現時有袂少自由的閱覽 GIS 資料的工具，一般大眾會當簡單會當取得的地理資訊，猶閣愛倚靠 Google Earth 抑是微軟仔 Virtual Earth 之類的系統。遮的系統所提供的資料閣較往過較過地域中心，比如講：你會當清楚揣著一个是佇美國偏遠小鎮的停車位，但是袂當看甲清楚一條位於首爾江南區的大街。

網際網路做連結編程介面

佇網際網路服務普及的今仔日，袂少地理資訊系統攏提供編程介面，予使用者通過遮的介面佮其系統建立各自的地理資訊資訊頁面。遮的編程介面，有利用 VBA 抑是 JavaScript 的。予使用者足容易就會當取得衛星圖片抑是地圖的連結頁面，甚至加上行車路線抑是地理位置遮的資訊。

徙振動 GIS

通過佮行動裝置的結合，地理資訊的系統會當為著使用者提供即時的地理資訊。一般汽車頂面的導航裝置攏是結合了衛星定位裝置（GPS）佮地理資訊系統（GIS）的複合系統；佇香港捌足時行的地圖王，是一套會當安裝佇咧 PDA 抑是手捾電話的即時地圖系統。

汽車導航

汽車導航系統是地理資訊系統的一个特例，伊除了一般的地理資訊系統的內容以外，猶閣包括各條道路的行車佮相關資訊的資料庫。這个資料庫利用向量表示行車的路線、方向、這个路段等等的資訊，閣利用網路拓撲的概念來決定最佳行行路線。地理資料檔案（GDF）是為著導航系統來講地圖資料的 ISO 標準。汽車導航系統組合了地圖匹配、GPS 定位佮來計算車的位。地圖資源的資料庫嘛用佇航跡規劃、導航，而且可能閣有主動安全系統、輔助駕駛佮位置定位服務（Location Based Services , LBS）等進階功能。汽車導航系統的資料庫就應用地圖資料庫管理。

開源 GIS 軟體

gvSIG

gvSIG 是一个是對 JAVA 的桌面地理資訊系統，同時嘛是開發地理資訊的系統一个強有力的工具。伊包括濟濟功能如果空間資料分析，地圖編輯，Map 設計等。gvSIG 得著西班牙一寡政府佮公司的參與並基於 GNU / GPL 許可證發布。gvSIG 會當足好掠頭路佇咧 Windows 和 Linux 平台之上。gvSIG 支援其他 GIS 系統定定咧使用的一寡空間資料標準格式（shapefile , DXF , DWG , DGN , ECW , MrSID , TIFF , JPG 兩千 , KML , GML 等）。 gvSIG 遵循 OGC（Open Geospatial Consortium）標準，這意味著伊會當讀本地資料嘛會當通過 WMS、WFS、WCS 讀遠端的資料。

QGIS

QGIS（原稱 Quantum GIS）是一个自由軟體的桌面 GIS 軟體。伊提供資料的顯示、編輯佮分析的功能。詳見 QGIS

GIS 的發展

誠濟學科受著地理資訊系統技術。活跳的地理資訊系統菜市仔致使著 GIS 組件的硬體佮軟體的低成本佮持續改進。遮的發展反過來推動這項技術佇科學、政府、企業佮產業等等方面較廣泛的應用，應用包括房地產、公共衛生、犯罪地圖、國防、會當一直發展、自然資源、景觀建築、考古學、社群規劃、運輸和物流。地理資訊的系統嘛分化出定位服務（LBS）。 LBS 使用 GPS 通過所在地佮固定基站的關係用行動裝置顯示其位置（最近的餐廳，加油站，消防栓）， 行動裝置（朋友，囡仔，一台警車）抑是回傳𪜶的位置到一个中央侍服器顯示抑是別位。隨著 GPS 功能佮日本大的移動電子（手機仔、pda、筆記型電腦）整合，遮的服務繼續發展。

OGC 標準

開放地理聯合會是一个參與致使的行程以開發公開地理處理規格的三百八十四間公司、政府機構、大學和個人組成的國際行業聯合會。由 OpenGIS 規格定義的開放介面佮協定，支援會當互動操作的解決方案，網路、無線佮定位服務佮主流 IT。予複雜的空間資訊佮服務佇各種的應用會當予授權技術開發人員使用。開放地理聯合會協定包括網路地圖服務 WMS 佮網路功能服務 WFS。地理資訊系統由 OGC 產品割分做兩大類型，基於遵循 OGC 規格的完整準確的軟體。地理資訊系統技術標準促進 GIS 工具進行交流。相容的產品是符合 OpenGIS 規範的軟體產品。做一个產品經過測試，而且通過 OGC 測試專案證明是相容的，這个產品就佇這个地點上自動註冊為「相容」。 現實軟體產品，即實現 OpenGIS 規格毋過猶未通過相容測試的軟體產品。合規的測試袂當作用所有的規格。開發者會當註冊𪜶的產品為實施草案抑是經核准的規範，而且 OGC 有權審查佮確認逐个條目。

WEB 地圖

較近咧，地圖應用爆炸性的湠開佇網站，如 Google 地圖佮 Bing 地圖。遮的網站予公眾取得大量的地理資料。𪜶中的一部份，像 Google 地圖佮 OpenLayers，公佈矣 API 使用者會使建立自訂的應用。這家私包一般提供街路地圖 / 天線 / 衛星圖像、地理編碼、搜揣和路由的功能。其他出版網路上的地理資訊的應用包括 Cadcorp 的 GeognoSIS、ESRI 的 ArcIMS 侍服器、Google 地球、Google 融合表示佮開源的替代品 MapServer，Mapnik 和 GeoServer。

全球氣候變化、歷史佮預測

地圖通常予人用佇咧探索地球佮開發利用其實彼爿。地理資訊系統技術，做為一个擴充的地圖科學，提懸著工作效率和傳統地圖的分析能力。這馬乎，當科學界辨識影響氣候變化的人為活動的環境了後果時，地理資訊系統技術當咧成做一个理解環境隨時間變化的影響基本的工具。地理資訊系統技術予各種來源的資料會當佮現有地圖佮來自地球觀測衛星的上新的資訊隨著氣候變化模型的輸出結合。這會當佇複雜的自然系統幫助了解氣候變化帶來的影響。其中一个經典的例就是對北極冰層溶去的研究。一个地理資訊系統的結合衛星圖像的地圖形式的輸出予研究人員以對所未有的方式檢視𪜶的研究物件。遮的相片對傳輸氣候變化效果予非科學工作者嘛是誠重要的

語意學

全球資訊網協會的語意網運動中出現的工具佮技術予證明佇資訊系統的資料整合問題中十分有用。相應的喔，這種技術已經予人提議做一種促進 GIS 應用之間的互操作性佮資料重用的手段，閣啟用新的分析機制。

本體是這種語意方法的關鍵組成部份，因為𪜶遵循一个佇特定領域的概念佮關係下予機器會當讀較正式的規範。顛倒反，這予得地理資訊系統專注於一个的資料的意義，毋是伊的語法抑是結構。臨時本體是咧 GIS 應用領域開發的，比如講由英國地形測量局佮美國太空總署噴射推入去實驗室開發的 SWEET 本體開發了水文字體論。此外，簡單的本體佮語意元資料標準當咧由全球資訊網協會地理培育集團發表出來通好佇咧網路頂頭來講地理空間資料。

社會

隨著 GIS 咧決策內底的普及，學者已經開始審議地理資訊系統的社會影響。有人認為講，地理資訊的生產、分配、利用佮表述的真大程度上佮社會環境有關係。其他相關議題包括著作權、隱私和審查的討論。較樂觀的 GIS 社會應用是共做一个公眾參與的工具來應用。 就業方向大概分做：應用和開發。應用主要包括：gis 資料處理佮分析，遙測圖像處理佮分析也等等相關的內容，開發主要會當分做：底層開發、兩改落去開發、web 開發等，對某一種角度上來講，GIS 開發只是電腦編程技術佇咧該領域的具體表現。

參看

• 開放空間協會：Open Geospatial Consortium ( OGC )
• 電子地圖
• 農業非點源污染模式
• gvSIG
• QGIS
• BNA
• GDAL

外部連結

• 國土資訊系統自然環境整合倉儲供應系統
• 國家基礎地理資訊中心
• GIS 時代教育部地理資訊軟體佮其應用工程研究中心