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数据输入部分：把地图和其他数据从其现存形式转变为数字形式或计算机可读的形式；
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数据管理部分：用以储存和提取数据；
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数据操作功能：允许来自异源的数据能同时被使用；
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分析功能：能够从数据中提取有用信息；
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数据输出部分：使形象化的地图和表格显示在计算机显示器或硬拷贝上（如打印在纸上）。
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地理学与生活（插图第11版） [:1705409593]
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地理数据库
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开发GIS的第一步是创建地理数据库（geographic database），它是地理信息的数字记录，信息来自地图、野外观测、航空摄影和卫星影像等信息源。只要是与地理有关的数据——来自许多不同来源、各种形式——GIS就能够利用。研究目的决定了进入数据库的数据。对于研究一个特定地区湿地对伤害的敏感性的自然地理学家来说，源数据可能包括各地点的降水量图、土壤类型图、植被覆盖图、水污染源图、等高线图以及河水流向图等。另一方面，对城市地理学家和区域规划师而言，要使用的GIS数据集可能包括美国人口普查局收集出版的大量地方专门信息，包括政治界线、人口普查街区、人口分布、建筑物清册、人种、种族划分、收入、住房、就业等等。
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数字形式的地理信息一旦进入计算机，就可以对数据进行运算、分析和展示，其速度与精度无可比拟。因为计算机可以在几秒钟之内处理上百万的数据，所以对需要同时分析许多变量的研究者特别有用。地理信息系统的开发降低了用地图储存信息的重要性，同时使研究人员能够专注于地图分析与传送空间信息。利用适当的软件，计算机操作员就能展示数据的任何组合，几乎立即就可以显示各变量之间的关系（图2.25）。在这种意义上，GIS使操作人员能够编制各种地图或进行空间分析，而在几十年前这几乎是不可能做到的。
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图 2.25 信息图层是GIS的精髓。转化为数字资料的地图信息以不同的“图层”被储存在计算机中。GIS让使用者能够把想用的那些图层进行叠合，编成一幅合成地图，借以分析那些变量是如何相互联系的。
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资料来源：Reprinted by permission of Shaoli Huang.
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GIS运算有几种输出类型：展示在计算机显示器、数据清单或硬拷贝上。当需要编制地图时，地图学家就能够迅速提取想要得到的数据。地理信息系统对现有地图的修订特别有用，因为过时的数据——例如人口数量——很容易被修改或替换。此外，GIS还能通过一次操作迅速改变一些变量和（或）模型参数，并能使用多重空间尺度，有助于进行探索性分析。
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地理学与生活（插图第11版） [:1705409594]
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GIS的应用
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谁使用地理信息系统？各领域成千上万人士为各种不同目的使用此类系统。环境系统研究所公司（Environmental System Research Institute, Inc.，简称ESRI）出版的月刊ArcNews① 记述了许多领域“GIS在行动”的无数实例。在人文地理方面，数量巨大且日益增长的大批空间数据促进了利用GIS来研究区域经济与社会结构模型、交通系统和城市发展格局、选举行为模式等等。对自然地理学家来说，要了解自然环境中的过程与相互关系，GIS的分析与建模能力是十分重要的。
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除了地理学家以外，从考古学到动物学等各领域的研究人员，都使用地理信息系统，下面仅举几例。
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生物学家和生态学家利用GIS研究环境问题，包括空气污染和水污染、地景保护、野生动物管理和濒危物种保护等。
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流行病学家需要精确的地图信息来研究疟疾、非典型肺炎、艾滋病和登革热等疾病的传播，以及昆虫学的风险因素。
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GIS软件使政治学家能够利用紧密度和邻接度等标准对现行的立法区进行评估，并提出重新划定区域边界的方法。
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社会学家利用GIS软件识别不同种族的人群，并研究种族隔离结构随时间的变化。
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许多私营公司也使用计算机绘图系统。其中油气公司、连锁酒店、软饮料灌装企业以及租车公司依靠GIS系统完成各种任务，例如确定井位、为新特许经营权企业选址、分析销售区域，以及计算最佳驾驶路线等。
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全国级部门与州、县等地方各级政府部门都使用地理信息系统，如公路与交通管制、公用设施规划等部门。执法部门利用基于空间的软件包来分析犯罪模式、确定犯罪活动的“热点”，从而重新部署警察的储备力量。
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政府官员还利用GIS帮助制定对龙卷风、飓风、地震、洪水和森林火灾等自然与人为诱发灾害的应急措施。由于这些威胁人类和建筑物的灾害往往是突然发生的，因此会造成混乱和惊慌。GIS技术日益用于帮助社会制定防灾与应急的计划。例如，规划人员可以将有关道路类型、消防队位置、预期对火灾发生与救援队的反应时间等方面的信息结合起来，编绘撤退地带、疏散路线以及避难场所的地图。一旦灾难降临——无论是亚利桑那州的森林火灾还是俄克拉何马州的龙卷风，在进行房屋定位、产权确认、帮助救援负责人决定把野外工作队和救援人员派往何处、设置野战医院和救护基地等任务时，用GIS编绘的地图已被证明是极其有价值的。灾害发生之后，此类地图还用于圈定受损的建筑物、评估财产损失，以及为清理瓦砾垃圾做准备。
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关于GIS应用最具戏剧性的实例之一是2001年9月11日世贸中心遭到袭击之后的几天。应急与重建队伍需要了解瓦砾与残余建筑物的稳定性、哪里的地铁遭毁损、自来水总水管位于何处，以及何处的公共设施运转中断等方面的情况。在受袭地点大火仍在燃烧，市长的计划办公室被毁时，GIS专家就立即开始收集用于编制该地点高精度地图所需的数据。这些不断更新的地图帮助紧急事件负责人跟踪地下火灾扩大与灭火的情况，使他们能够决定如何把救援装备运抵现场，何处能安全地布设大型修复设备，以及经由什么路线清运瓦砾垃圾（图2.26）。
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