地理信息系统

地理信息系统，全文地理信息系统，计算机系统进行地理分析。GIS有四个交互组件:输入子系统转换将地图和其他空间数据转化为数字形式(数字化);存储检索子系统;分析子系统;以及一个输出子系统，用于生成地图、表格和地理查询的答案。地理信息系统经常被环境和城市规划者、市场研究人员、零售站点分析师、水资源专家，以及其他工作依赖地图的专业人员。

地理信息系统在某种程度上是从制图师的工作演变而来的，制图师制作两种类型的地图:通用地图，其中包含许多不同的主题，以及主题地图，它专注于一个单一的主题，如土壤、植被、分区、人口密度或道路。这些专题地图是地理信息系统的支柱，因为它们提供了一种存储大量相当具体的专题内容的方法，以便以后进行比较。例如，1950年，英国城市规划师杰奎琳·Tyrwhitt结合四张专题地图(海拔、地质、水文和农田)在一起地图通过使用透明的叠加将一个放在另一个上面。这种相对简单但用途广泛的技术使制图人员能够创建并同时查看单个地理区域的若干专题地图。在他里程碑式的著作中，自然设计(1967)，美国景观设计师Ian McHarg将地图叠加的使用描述为城市和环境规划的工具。这种叠加系统是GIS的一个关键元素，它使用数字地图层而不是McHarg时代的透明塑料片。

20世纪50年代计算机的到来带来了GIS的另一个重要组成部分。1959年，这位美国地理学家沃尔多·托布勒开发了一个简单的模型来利用计算机制图学．他的MIMO (map in-map out)系统使得将地图转换为计算机可用的形式、操作文件并生成新的地图作为输出成为可能。这创新它最早的后代通常被归类为计算机制图，但他们为地理信息系统奠定了基础。

1963年，生于英国的加拿大地理学家罗杰·汤姆林森开始开发最终成为第一个真正的地理信息系统，以协助加拿大政府监测和管理该国的自然资源。(由于他的重要贡献，汤姆林森被称为“地理信息系统之父”。)汤姆林森建立在托布勒和其他人的工作的基础上，他们已经生产了第一个地图数字输入设备(数字化仪)和执行所需的计算机代码数据检索与分析;他们还开发了显式链接地理数据(实体)和描述(属性)的概念。

最常见的两种计算机图形格式是矢量和栅格，两者都用于存储图形地图元素。基于矢量的GIS将点实体的位置表示为地理空间中的坐标对，将线表示为多个点，将区域表示为多条线。地形表面通常以矢量格式表示为一系列不重叠的三角形，每个三角形表示一个均匀的斜率。这种表示方式被称为不规则三角网络(TIN)。映射描述存储为带有指向实体的指针的表格数据。这允许GIS为每个图形地图对象存储一组以上的描述。

基于栅格的GIS将点表示为单独的、均匀的地球块，通常是正方形，称为网格单元。网格单元格的集合表示线和区域。曲面以栅格格式存储为矩阵每个网格单元对应一个点高程值，其格式称为数字高程模型(DEM)。DEM数据可根据需要转换为TIN模型。无论是栅格图还是矢量图，数据都存储为主题图的集合，这些主题图被不同地称为层、主题或覆盖。

电脑算法使地理信息系统操作员能够在单一专题地图内操作数据。GIS用户还可以比较和覆盖来自多个专题地图的数据，就像20世纪中期规划者手工做的那样。GIS还可以找到最佳路线，为企业定位最佳地点，建立服务区域，创建称为viewsheds的视距地图，并执行广泛的其他统计和制图操作。GIS运营商经常结合分析通过称为制图建模的过程对基于地图的模型进行操作。有经验的GIS用户设计高度复杂的模型来模拟广泛的地理问题解决任务。一些最复杂的模型表示包含时间元素的流，例如高峰时段的交通或流动的水。