物質世界中的任何地物都被牢牢地打上了時空的烙印。人們的生產和生活中80%以上的信息和地理空間位置有關。
地理信息系統GIS從技術和套用的角度，GIS是解決空間問題的工具、方法和技術；從學科的角度，GIS是在地理學、地圖學、測量學和計算機科學等學科基礎上發展起來的一門學科，具有獨立的學科體系； 從功能上，GIS具有空間數據的獲取、存儲、現示、編輯、處理、分析、輸出和套用等功能；從系統學的角度，GIS具有一定結構和功能，是一個完整的系統。
組成部分
從套用的角度，地理信息系統由硬體、軟體、數據、人員和方法五部分組成。硬體和軟體為地理信息系統建設提供環境；數據是GIS的重要內容；方法為GIS建設提供解決方案；人員是系統建設中的關鍵和能動性因素，直接影響和協調其它幾個組成部分。硬體主要包括計算機和網路設備，存儲設備，數據輸入、顯示和輸出的外圍設備等等。 軟體主要包括以下幾類：
——作業系統軟體
——資料庫管理軟體
——系統開發軟體
——GIS軟體，等等。GIS軟體的選型，直接影響其它軟體的選擇，影響系統解決方案，也影響著系統建設周期和效益。數據是GIS的重要內容，也是GIS系統的靈魂和生命。數據組織和處理是GIS套用系統建設中的關鍵環節，涉及許多問題：
——應該選擇何種（或哪些）比例尺的數據？
——已有數據現勢性如何？
——數據精度是否能滿足要求？
——數據格式是否能被已有的GIS軟體集成？
——應採用何種方法進行處理和集成？
——採用何種方法進行數據的更新和維護，等等。方法指系統需要採用何種技術路線，採用何種解決方案來實現系統目標。方法的採用會直接影響系統性能，影響系統的可用性和可維護性。
人是GIS系統的能動部分。人員的技術水平和組織管理能力是決定系統建設成敗的重要因素。系統人員按不同分工有項目經理、項目開發人員、項目數據人員、系統文檔撰寫和系統測試人員等。各個部分齊心協力、分工協作是GIS系統成功建設的重要保證。GIS套用系統建設需要從以上五個方面著手。
GIS網路的四種模式
GIS(地理信息系統)建設首先是網路建設，網路在整個GIS項目中處於至關重要的地位。GIS套用與常規事務處理有
《GIS開發者》一、GIS小型快速區域網路
系統主機為INTERGRAPH的Wintel三維圖形工作站TD系列12台和1台 UNIX伺服器。網路設備採用3Com SuperStack II Hub100快速乙太網集線器，具有24個連線埠共享100Mb/s頻寬，通過UTP連線為星型拓撲結構。11台TD-2工作站安裝NT WS作為客戶端，1台TD- 4安裝NT Server作為伺服器，接入交換機100Mb/S連線埠，配置NETBEUI、TCP/IP網路協定，進行域名服務、網路資源管理，通過PC NFS實現與UNIX伺服器的數據傳輸。
系統運行INTERGRAPH Client/Server結構GIS軟體MGE，套用服務以MS SQL Server資料庫作為後台支持。通過NT Server定義各個節點的網路地址、用戶、共享應用程式、磁碟空間和各種外設(包括數位化儀、掃瞄器、繪圖儀、製版機等)，將GIS進程最佳化到網路上，實現數據輸入、預處理、分色分版、修改和膠片製作等功能，完成大型地圖產品輸入、編輯、輸出的一體化過程。
●網路特點簡單實用，易於建立，是低成本的GIS網路解決方案。但網路傳輸速率低，缺乏有效的管理和容錯機制，適用於上網設備較少，對實時性、安全性要求不高的部門級套用。
二、GIS中型交換區域網路
系統硬體包括20台UNIX工作站/伺服器，30台PC工作站/伺服器，以及掃瞄器、繪圖儀、網路印表機、數位化儀等各種外部設備，運行ARCINFO、EDARS、SYBASE分散式套用軟體，進行國家級重大災害的實時監測和快速反應。
網路設計實施過程中，將網路資源按照其性能、用途劃分為4個子網，網路中心採用Bay Accelar120 0路由交換機，連線3台3Com LinkSwitch3C16900桌面交換機，構成網路主幹，將Sun Serv er450、SGI Origin2000、HP LH PRO300伺服器和20台Sun、SGI、DEC工作站直接接入Accelar1200100M交換以太模組，40台PC及網路印表機、繪圖儀、掃瞄器等分別通過3Com L inkSwitch3C16900集線器構成獨立的10M交換子網，再連到中心交換機上。
Accelar1200具有8個插槽，可擴展至96個100M乙太網連線埠，並支持千兆乙太網。Accelar 1200將第三層交換與IP路由相結合，9Gb/s交換能力可滿足大型GIS套用傳輸要求。為確保網路中樞安全性，提供冗餘電源、後備模組甚至CPU處理單元，所有模組均可帶電更換。通過Bay Optivity網管軟體，Accel ar1200支持創建最多127個連線埠或協定的虛擬網劃分，從而有效地提高網路靈活性。
●網路特點採用業界先進的千兆乙太網技術，大幅度提高網路主幹速度；實現VLAN劃分、智慧型管理、安全容錯機制；網路資源多樣，包括UNIX工作站/伺服器，NT工作站/伺服器，以及各種外部設備的互連，是較為典型的GIS區域網路套用系統。
三、GIS大型ATM企業園區網
系統設計目標是建立一個企業骨幹網路，將土地局分布在1平方公里範圍內的三座辦公樓區域網路連線起來，組成分散式信息處理系統，為工程技術/管理人員構造高速率、高可靠性的計算環境，提供辦公自動化服務和輔助決策支持。方案設計採用先進的ATM組網技術，通過區域網路仿真達到較高性能，網路設計主要遵循以下原則： (1)大規模數據的高速傳輸，包括圖形、圖像及語音、視頻等多媒體信息；(2)高度可靠性，提供安全的套用環境；(3 )良好的網路管理和可維護性，具有廣泛的網路服務和管理功能；(4)實用性和先進性，方案所涉及的技術產品應具有先進成熟、穩定可靠、經濟實用的特點，遵循開放原則，符合國際標準，具備靈活方便的網路連線及升級能力，有利於技術更新，動態保持最佳的性能價格比。
網路中心採用Bay中心交換機System5000。System5000是高檔骨幹插槽式交換機，提供AT M連線、LAN仿真服務及智慧型網路管理，插入不同模板可以連線不同網路，如FDDI、快速以太、令牌環、千兆乙太網。通過System5000 ATM網口，連線多台EtherCell10328-F ETHE/ATM交換機到各個子網，實現ATM到桌面的過渡方案-區域網路仿真。主伺服器Sun Server2000插入ATM網卡，以155Mb/ s速率連線到System5000的ATM連線埠上，提高網路總體吞吐量和服務性能，網路中心配置網管工作站，運行Ba y Optivity軟體，管理整個網路並實現VLAN的劃分。
●主幹網設計網路採用ATM技術與LAN Emulation相結合的方案。網路中心安裝業界領先的Bay System5000交換機，三個Bay Ethercell ETHE/ATM交換機，以155M速率連線到Sys tem5000 ATM交換模組上，構成整個企業網的主幹。各辦公樓區域網路分別連線到Ethercell ETHE/ ATM Switch，充分保護現有投資，提高設備利用率。Bay System5000具有9G/s的高速背板，插入Control Module、Switch Fabric Module、Link Module，以支持ATM 、LAN Emulation套用，System5000具備高可靠性，支持Hot Swap、冗餘時鐘、風扇設計、冗餘電源等。
二級交換機採用Bay Ethercell Switch10328-F，配合SystemM5000實現L AN Emulation，支持ATM Forum標準，提供乙太網與ATM之間直接通信。10328-F具有12個 100Base-T連線埠與一個多模光纖口。光纖連線埠以155M連線到System5000，12個100Base-T 分別連線到各子網節點，實現Ethercell到ATM之間的交換。
●網路特點網路產品的選擇遵循高效率與可靠性原則，採用多膜光纖作為通信介質，保障高質量傳輸效果；通過Ba y Optivity網管軟體以圖形化方式管理監控整個網路狀態；連線性和擴充性強，確保聯入本網的任何結點之間的數據交流通暢，已分享檔案、數據、硬體外設等資源；System5000的模組化設計，可根據用戶要求進行自由配置，升級簡便易行，只要插入新的模組即可，由於採用星型布線、交換路由技術，擴大業務時，布線系統不作改動，充分保護已有投資，適應未來不斷增長的需求。
四、GIS大型千兆企業廣域網。國土規劃信息系統是連線市規劃局信息中心、市局各業務處室及五個下屬分局的廣域網系統，主要特點是物理位置分散、信息量大、網路安全要求高。為保證網路系統的高效運行，網路設計應該滿足以下要求： (1)符合國際規範和標準，具有開放性；(2)網路容量滿足規劃局業務不斷發展的需要，網路中避免出現通道瓶頸；(3 )具有良好的可靠性、安全性、互操作性和可擴充性。
系統硬體平台採用UNIX、PC工作站/伺服器，採用普通乙太網作為末端類型，通過交換/路由設備與千兆主幹網相連線。使用ARCINFO地理信息系統、Oracle資料庫軟體，支持分散式數據處理，在UNIX、NT系統下，實現數據訪問、資源共享與套用分割，提供檔案和列印服務，滿足規劃局辦公自動化需求。 具體網路設計實施中，應該把握規劃局各級機構的物理分布、業務特點和數據流程，採取由上至下、由主至從的分層設計方法，針對不同層次特點使用不同的網路技術和產品，以獲得最佳網路效益。根據各分局、市局業務管理、物理分布及網路設計經濟實用原則等，將信息系統分解成七個局域子網，即市局子網、信息中心子網和五個分局子網，各子網擁有獨立的套用伺服器，市局和信息中心共享總伺服器，各伺服器之間通過網路系統與應用程式實時地保持數據一致性。
系統組成如下：(1)千兆以太主幹網路：連線市局伺服器、市局各業務處室網各信息中心網的高速通道；(2)快速以太局域子網：市局各業務處室網、局信息中心網及五個分局子網；(3)DDN、PSTN廣域子網：通過專用、公用通信線路實現市局、分局連線並提供對外服務。
1.千兆以太光纖主幹網國土規劃信息系統主幹網路在市局辦公大樓中實施，連線兩台Sun Ultra SPA RC Server4000伺服器，包括市局各業務處室區域網路和局信息中心區域網路，是整個系統的中樞，其安全性能對於整個信息系統的高效運行至關重要，系統採用千兆乙太網組建全局主幹網路。因為千兆乙太網具有下列優勢：(1)滿足大量 GIS圖形數據的高速傳輸及多媒體套用的性能要求；(2)光纖介質抗電磁乾攏，無泄漏，具有強保密性；(3)兼容普通 /交換乙太網，保證投資的連續性。
根據規劃管理信息系統的網路要求，結合各部門的物理分布，採用下列措施具體實施千兆光纖主幹網：(1)通過兩台中心交換機Cisco Catalyst5000和多台千兆/快速乙太網交換機Cisco Catalyst200 0構成千兆網主幹，將伺服器安裝雙網卡分別掛接到兩台中心交換機上，增強伺服器的吞吐能力，消除通信瓶頸，提高網路整體性能，伺服器/交換機之間提供備份連線，不會因為一台設備的故障導致系統崩潰，為網路安全可靠性提供有力保證；(2 )對於局信息中心及市局各業務處室的局域子網，分別通過使用Cisco Catalyst2000交換機接入千兆主幹網；(3)採用Cisco4000路由器、Cisco2511遠程訪問伺服器連線廣域網，為下屬分局和外界機構連線主幹網提供通路。
2.局信息中心、市局各業務處室聯網方案信息中心、各業務處室採用交換式快速乙太網技術分別組建獨立的局域子網，配置Sun150作為子網伺服器，使各部門大部分信息在當地網路上傳輸和處理，減少主幹網上的交通流量，提高了網路的整體性能。對於某些有大量數據傳輸要求的用戶節點(高檔圖形工作站和網管工作站)通過中心交換機直接接入千兆光纖主網，一般節點通過Catalyst2000交換機進入主幹網，獲得10Mb/s的傳輸速率。各傳輸通道可以通過交換機/配線架隨意改變在整個大廈的物理分布，以適應局信息中心和市局各業各處室對快速通道的要求。
3.分局子網系統由於分局業務擁有獨立的工作區域，數據來源和管理對象，因而組成各自局域子網系統。由於分局的業務處理量不大，結點數較少，採用Sun150伺服器、Cisco2514路由器和Catalyst2000交換機的硬體配置可以滿足需求。
4.廣域網系統廣域網系統以電訊線路方式來實現市局主幹網與各分局局域子網的遠程連線。每個局域子網使用遠程路由器，租用專用高速通信線路(DDN)或公共數據交換網(X.25)來實現和市局主幹網的連線。在市局主幹網安裝中心路由器Cisco4000，在各個分局子網中各安裝分支路由器Cisco2514，使分局子網與市局主網實現互訪，通過在市局安裝Cisco2511遠程接入路由器和Modem Pool，向用戶提供電話線撥號訪問服務。
●網路特點整個系統是由市局伺服器、信息中心局域子網、市局業務處室局域子網、五個分局局域子網組成的分散式在線上事務處理綜合性廣域網路系統；通過千兆以太主幹網提供較高的傳輸速率，滿足GIS特殊處理的需要；通過DDN專線實現總局與分局的數據共享與業務互動，通過PSTN遠程撥號接入向廣大用戶提供城市規劃信息服務。
組件式GIS
ComGIS的定義
簡單地說，ComGIS就是採用了面向對象技術和組件式軟體的GIS系統（包括基礎平台和套用系統）［宋關福等，1999］。ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模組劃分為幾個組件，每個組件完成不同的功能。各個GIS組件之間，以及GIS組件與其它非GIS組件之間，都可以方便地通過可視化的軟體開發工具集成起來，形成最終的GIS基礎平台以及套用系統。
組件式GIS代表著當今GIS發展的潮流，其代表作當屬全球最大GIS廠商ESRI（美國環境研究所）推出的MapObjects1．2和著名的桌面GIS廠商———美國MapInfo公司推出的MapX3．0，另外還有Intergragh公司的GeoMedia、加拿大阿波羅科技集團的TITAN、中科院地理所的ActiveMap等。ComGIS給國內GIS基礎軟體的開發提供了一個良好的機遇，因為它打破了GIS基礎軟體由幾個廠商壟斷的格局，開闢了以提供專業組件來打入GIS市場的新途徑。目前大多數GIS軟體公司都把開發組件式軟體作為一個重要的發展戰略。
組件式GIS系統的特點 把GIS的功能適當抽象,以組件形式供開發者使用,將會帶來許多傳統GIS工具無法比擬的優點。(1) 小巧靈活、價格便宜
在組件模型下,各組件都集中地實現與自己最緊密相關的系統功能。組件化的GIS平台集中提供空間數據管理能力,並且能以靈活的方式與資料庫系統連線。在保證功能的前提下,系統表現得小巧靈活,而其價格僅是傳統GIS開發工具的十分之一,甚至更少。這樣,用戶便能以較好的性能價格比獲得或開發GIS套用系統。
(2) 直接嵌入MIS開發工具
組件的生產建立在嚴格的標準之上,因此,凡符合標準的組件都可在目前流行的各種開發工具上使用。這樣,VB、VC、Delphi、PowerBuilder、Notes、Foxpro、Access等都可直接成為GIS或GMIS的優秀開發工具,它們各自的優點都能夠得到充分發揮。這與傳統GIS專門性開發環境相比,是一種質的飛躍。
(3) 強大的GIS功能
新的GIS組件都是基於32位系統平台的,採用InProc直接調用形式,所以無論是管理大數據的能力還是處理速度方面均不比傳統GIS軟體遜色。小小的GIS組件完全能提供拼接、裁剪、疊合、緩衝區等空間處理能力和豐富的空間查詢與分析能力。
(4) 開發簡捷
由於GIS組件可以直接嵌入MIS開發工具中,對於廣大開發人員來講,就可以自由選用他們熟悉的開發工具。而且,GIS組件提供的API形式非常接近MIS工具的模式,開發人員可以像管理資料庫表一樣熟練地管理地圖等空間數據,無須對開發人員進行特殊的培訓。在GIS或GMIS的開發過程中,開發人員的素質與熟練程度是十分重要的因素。這將使大量的MIS開發人員能夠較快地過渡到GIS或GMIS的開發工作中,從而大大加速GIS的發展。
組件式GIS開發平台的結構
組件式GIS開發平台通常可設計為三級結構:
基礎組件——面向空間數據管理,提供基本的互動過程。
高級通用組件——面向通用功能。
行業性組件——抽象出行業套用的特定算法,固化到組件中,進一步加速開發過程。
1. 基礎組件
處於平台最低層,是整個系統的基礎,主要面向空間數據管理,提供基本的互動過程,並能以靈活的方式與資料庫系統連線。
2. 高級通用組件
高級通用組件由基礎組件構造而成。它們面向通用功能,簡化用戶開發過程,如顯示工具組件、選擇工具組件、編輯工具組件、屬性瀏覽器組件等等。它們之間的協同控制訊息都被封裝起來。這級組件經過封裝後,使二次開發更為簡單。如一個編輯查詢系統,若用基礎平台開發,需要編寫大量的代碼,而利用高級通用組件,只需幾句程式就夠了。
3. 行業性組件
以GPS監控為例。對於GPS套用,除了需要地圖顯示、信息查詢等一般的GIS功能外,還需要特定的套用功能,如動態目標顯示、目標鎖定、軌跡顯示等。這些GPS行業性套用功能組件被封裝起來後,開發者的工作就可簡化為設定顯示目標的圖例、軌跡顯示的顏色、鎖定的目標,以及調用、接受數據的方法等。
套用領域
地理信息系統在最近的30多年內取得了驚人的發展，廣泛套用於資源調查、環境評估、災害預測、國土管理、城市規劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設施管理、農林牧業、統計、商業金融等幾乎所有領域。
以下地理信息系統的套用領域分別回答了在各自領域內的作用
資源管理(Resource Management) 主要套用於農業和林業領域，解決農業和林業領域各種資源(如土地、森林、草場) 分布、分級、統計、製圖等問題。主要回答“定位”和“模式”兩類問題。
資源配置(Resource Configuration)
在城市中各種公用設施、救災減災中物資的分配、全國範圍內能源保障、糧食供 應等到機構的在各地的配置等都是資源配置問題。GIS在這類套用中的目標是保證 資源的最合理配置和發揮最大效益。
城市規劃和管理(Urban Planning and Management)
空間規劃是GIS的一個重要套用領域，城市規劃和管理是其中的主要內容。例如， 在大規模城市基礎設施建設中如何保證綠地的比例和合理分布、如何保證學校、 公共設施、運動場所、服務設施等能夠有最大的服務面(城市資源配置問題)等。
土地信息系統和地籍管理(Land Information System and Cadastral Applicaiton)
土地和地籍管理涉及土地使用性質變化、地塊輪廓變化、地籍權屬關係變化等許 多內容，藉助GIS技術可以高效、高質量地完成這些工作。
生態、環境管理與模擬(Environmental Management and Modeling)
區域生態規劃、環境現狀評價、環境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環 境與區域可持續發展的決策支持、環保設施的管理、環境規劃等。
應急回響(Emergency Response)
解決在發生洪水、戰爭、核事故等重大自然或人為災害時，如何安排最佳的人員 撤離路線、並配備相應的運輸和保障設施的問題。
地學研究與套用(Application in GeoScience)
地形分析、流域分析、土地利用研究、經濟地理研究、空間決策支持、空間統計 分析、製圖等都可以藉助地理信息系統工具完成。ArcInfo系統就是一個很好的 地學分析套用軟體系統。
商業與市場(Business and Marketing)
商業設施的建立充分考慮其市場潛力。例如大型商場的建立如果不考慮其他商場 的分布、待建區周圍居民區的分布和人數，建成之後就可能無法達到預期的市場 和服務面。有時甚至商場銷售的品種和市場定位都必須與待建區的人口結構(年 齡構成、性別構成、文化水平)、消費水平等結合起來考慮。地理信息系統的空 間分析和資料庫功能可以解決這些問題。 房地產開發和銷售過程中也可以利用GIS功能進行決策和分析。
基礎設施管理(Facilities Management)
城市的地上地下基礎設施(電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設施、 電力設施等)廣泛分布於城市的各個角落、且這些設施明顯具有地理參照特徵的。 它們的管理、統計、匯總都可以藉助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。
選址分析(Site Selecting Analysis)
根據區域地理環境的特點，綜合考慮資源配置、市場潛力、交通條件、地形特徵、 環境影響等因素，在區域範圍內選擇最佳位置，是GIS的一個典型套用領域，充 分體現了GIS的空間分析功能。
網路分析(Newwork System Analysis)
建立交通網路、地下管線網路等的計算機模型，研究交通流量、進行交通規則、 處理地下管線突發事件(爆管、斷路)等應急處理。警務和醫療救護的路徑優選、車輛導航等也是GIS網路分析套用的實例。
可視化套用(Visualization Application)
以數字地形模型為基礎，建立城市、區域、或大型建築工程、著名風景名勝區的 三維可視化模型，實現多角度瀏覽，可廣泛套用於宣傳、城市和區域規劃、大型 工程管理和仿真、旅遊等領域。
分散式地理信息套用(Distributed Geographic Information Application)
隨著網路和Internet技術的發展，運行於Intranet或Internet環境下的地理信息 系統套用類型，其目標是實現地理信息的分散式存儲和信息共享，以及遠程空間 導航等。
GIS與CAD的區別
CAD和GIS之間有大量的技術重疊，兩者都用計算機圖形，相似的輸入、輸出設備，和生成漂亮的彩色圖像。但是，兩者的相似性到此為至。同GIS相比，CAD較簡單，這就是隨著計算機圖形學的發展，它發展更快的原因。
下面是一個對比：（Newell and Theriault,1990）CAD的幾何形式主要由製圖員構成，而GIS的幾何形狀是由掃描數位化或測量方法得到的。
CAD幾何形狀包含水膠痛怪畢叨危ǔＯ叨沃淶募薪鞘槍嬖虻摹IS實際上不包含水平或垂直線段，除了直角，其它的規則夾角很少。另一方面，形狀破碎的線段，如等高線和海岸線，則很平常。
在CAD中，圓弧和曲線是基本的，在GIS中，它們實際上不存在。
在CAD中，一個典型的多邊形有四個頂點；在GIS中，一個多邊形可能有上千個頂點。
在CAD中，諸如映射、鏇轉、比例、拷貝之類的操作頻繁地被用到，在GIS中不常用。
在CAD中，目標間的拓撲關係實際上不存在；在GIS中，拓撲是主要的考慮之一。
在CAD中，柵格很少用；但在GIS中，這是獲取地圖庫或衛星數據的一個有效、經濟的方法。
