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Michael Frank Goodchild教授：美国科学院地理信息科学院士，现任加州大学圣巴巴拉分校地理系教授。最早提出“地理信息科学”的概念，主要研究领域是地理信息科学、空间数据不确定性、空间分析等。他出版了15余部学术专著，500多篇学术论文，并担任多本国际知名学术期刊的主编、编委，主持或参与累计近5000万美元的科研项目，对地理信息科学的科研、教育、社会传播做出了重大贡献。
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马蔼乃：(公元1936～今)，女；生于上海。著名地理学、遥感与地理信息系统领域的专家。北京大学教授，博士研究生导师，著名地理信息科学家。主要研究遥感及地理信息在地理科学与工程中的应用。
一、内容概述
地质信息系统（GIS），产生于20 世纪60 年代。它随着人们对自然资源和环境的规划管理工作的需要以及计算机制图技术的应用而诞生，是一种对大批量空间数据采集、存储、管理、检索、处理和综合分析并以多种形式输出结果的计算机系统。1965 年，W.L.Garrison首先提出了“地质信息系统”这一术语，开创了这一新技术的发展史。此后，美国、加拿大、英国、澳大利亚等国均投入了大量人力、物力和财力，并逐步确立了他们在这一领域里的国际领先地位（黄润秋，2001）。
二、应用范围及应用实例
1.GIS技术在地质灾害信息系统中的应用
随着人口的急剧增长，经济的迅速发展和自然资源的大量消耗，不仅生态环境恶化，而且导致自然灾害（包括地质灾害）频繁发生。美国、印度等国是世界上地质灾害较为严重的国家，地质灾害具有类型多、分布广和成灾强度高的特点。这些地质灾害大部分发生在承灾能力较低的地区，给当地的经济和社会稳定构成了严重的威胁。地质灾害是地质环境质量低劣的表现，它的频发不仅反映了自然地质环境的脆弱性，而且反映了人类工程经济活动与地质环境间矛盾的激化。要使人类工程经济活动与地质环境之间保持较为协调的关系，就必须对地质环境进行评价，以了解不同经济发展过程中区域地质环境的基本态势和变化趋势，为环境管理和城市规划等提供依据，但传统技术手段已不能完全应付迅速反应的地质灾害。地质信息系统作为当前高科技发展的产物，集图形、图像与属性数据管理、处理、分析、输入输出等功能为一体，应是当前地质环境评价与地质灾害预测的强有力工具（赵金平等，2004）。
GIS 技术的产生是计算机技术和信息化发展的共同产物。是管理和研究空间数据的技术系统。可以迅速地获取满足应用需要的信息，能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果（曹修定等，2007）。国外尤其是发达国家在GIS应用与地质灾害研究方面已做了很多工作。从20世纪60年代至今，GIS技术的应用也从数据管理、多源数据集数字化输入和绘图输出，到DEM或DTM模型的使用，到GIS结合灾害评价模型的扩展分析，到GIS与决策支持系统（DSS）的集成，到网络GIS，逐步发展深入应用（黄润秋，2001）。
印度Roorkee大学地球科学系的R.P.Gupta和B.C.Joshi（1990）用GIS方法对喜马拉雅山麓的Ramganga Catchment地区进行滑坡灾害危险性分带。该项研究基于多源数据集，如航空像片、MSS磁带数据、MSS图像、假彩色合成图像及各种野外数据，包括地质、构造、地形、土地利用及滑坡分布。以上数据需要进行数字、图像等处理，然后解译绘制出专题平面图，包括地质图（岩性与构造）、滑坡分布图、土地利用图等。这些图件经数字化及有关数据都存储在GIS系统中，找出与滑坡灾害评价相关的因素，如滑坡活动与岩性的关系，滑坡活动与土地利用的关系，不同斜坡类型的滑坡分布情况，滑坡分布与主要断裂带的距离关系。经过统计及经验分析，引入一个滑坡危险系数（LNRF）。LNRF值越大，表示该地滑坡灾害发生的危险性越高。并且对LNRF的3个危险级别分别赋予0、1、2三个权重。考虑到滑坡的发生是多个因素综合作用的结果，故调用GIS的叠加分类模型，将各因素的权重叠加，得到综合图件，图上反映的是每个地区的权重总和。根据给定标准，即可在这张图上勾绘出滑坡灾害危险性分区图。
荷兰ITC的C.J.Van Westen和哥伦比亚IGAC的J.B.Alzate Bonilla（1990）基于GIS对山区地质灾害进行分析。他们在数据采集、整理方面做了大量工作，建立了一套完整的数据库。在此基础上，开发出了分析评价模型，如斜坡稳定性分析模型，其主要功能是计算斜坡稳定的安全系数。另外，两位学者还利用GIS所生成的数字高程模型（DEM），开发出了一部山区落石滚落速率计算模型，并据此绘出了研究区内落石速率分区图（黄润秋，2001）。
美国科罗拉多州立大学Mario Mejia-Navarro和Ellen E.Wohl（1994）在哥伦比亚的麦德林地区，用GIS进行地质灾害和风险评估（姜作勤，2008）。利用GIS对麦德林地区地质灾害进行了分析和研究，重点考虑了基岩和地表地质条件、构造地质条件、气候、地形、地貌单元及其形成作用、土地利用和水文条件等因素。根据各因素的组成成分和灾害之间的对应关系，把每一种因素细分为不同范畴等级，借助于GIS软件（GRASS）的空间信息存储、缓冲区分析、DEM模型及叠加分析等功能，对有关滑坡、洪水和河岸侵蚀等灾害倾向地区进行了灾害分析，并对某一具体事件各构成因素的脆弱性进行评价。
同样是美国科罗拉多州立大学Mario Mejia-Navarro博士后等人（1996）将GIS技术与决策支持系统（DSS）结合，利用GIS（主要是地质资源分析系统GRASS软件）及工程数学模型建立了自然灾害及风险评估的决策支持系统并应用在科罗拉多州的Glenwood Springs地区（姜作勤等，2001）。应用GIS建立指标数据库，并建立基于GIS的多个控制变量的权重关系式。对泥石流、洪水、地面沉降、由风引起的火灾等灾种进行了灾害敏感性分析、脆弱性分析及风险评估，辅助政府部门做出决策。
美国地质调查局（USGS）已把加强城市地质灾害研究列为21世纪初的重要工作，借助GIS编制美国主要城市地区多种灾害的数字化图件，这种做法与西欧国家的城市地质工作的总趋势一致。其中，美国科罗拉多州格伦伍德斯普林市的城市地质灾害评价项目最具代表性。由于该市位于山区河谷地区，崩滑流地质灾害制约着城市的发展，为此，城市规划部门委托科罗拉多州立大学，开展了GIS地质灾害易损性和风险评价编图研究，最终按14种土地利用适宜性等级，对评价区进行了土地利用区划，圈出了未来城市发展的适宜地段和高风险区，在此基础上建立了城市整体化决策支持系统。
综上所述，可以看出，国外尤其是发达国家将 GIS 应用于地质灾害研究起步较早（表1），研究程度已远远超过我们，此方面的应用也随着GIS技术的自身发展而深入（黄润秋，2001）。
2.GIS在地质矿产勘查中的应用
地质信息系统与现代地球及其相关科学日益增长的需求相适应，以处理地球上任何具有空间方位的海量信息为特征，具定量、定时、定位等优点，近10年来已在地质矿产勘查中得到广泛应用。一个区域各种地质资料（图形、图像、文字、逻辑、数值）的GIS分析实际上代表该区域现阶段较为客观的总认识。目前，野外收集资料、数据建库、GIS分析等尚存在规范化、标准化等问题，GIS本身解决诸多专业性较强地质问题的能力亦不足。但GIS的进一步发展与完善必将使地质矿产勘查进入一个数字化的新时期（周军等，2002）。
GIS因解决地质问题而产生，其雏形可以追溯到20 世纪60 年代。加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先于1963年提出地质信息系统这一术语，建成世界上第一个GIS即加拿大GIS（CGIS）一并应用于资源管理与规划。1970～1976年间美国联邦地质调查局建成50多个信息系统并进行综合地质研究，德国在1986 年建成DASCH系统，瑞典、日本等国也陆续建有自己的GIS。GIS的发展与计算机科学的高速发展并行，主要发生在过去的20年中，而近10年来发展更快（周军等，2002）。
表1 国外GIS在地质环境与地质灾害研究中的应用
GIS因解决地质问题而产生，其雏形可以追溯到20 世纪60 年代。加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先于1963年提出地质信息系统这一术语，建成世界上第一个GIS即加拿大GIS（CGIS）一并应用于资源管理与规划。1970～1976年间美国联邦地质调查局建成50多个信息系统并进行综合地质研究，德国在1986 年建成DASCH系统，瑞典、日本等国也陆续建有自己的GIS。GIS的发展与计算机科学的高速发展并行，主要发生在过去的20年中，而近10年来发展更快（周军等，2002）。
ArcInfo与ArcView GIS是当前最流行的两个软件包，为美国ESRI（Environmental Systems Research Institute，Inc.）的重要产品，被许多国家官方确定为国土资源、地质、环境等管理、研究的主要地质信息系统。ESRI始建于1969年，由Jack Dansermond和Laura Dangermond用自己平时积蓄的1100美元起步，经过20世纪70年代的艰苦奋斗，1981年推出新型ArcInfo，1986年微机版的PC ArcInfo投入市场，1991 年又一力作ArcView GIS问世。1981年ESRI在其Redlands总部召开首次用户会议，仅18人到场，而1998年的用户大会有来自90个国家的8000多位代表。
ESRI的发展史反映了GIS从无到有、从弱到强、迅速成长壮大的发展历程，也从一个侧面显示出GIS巨大的市场潜力和难以估量的应用价值。
据悉，1995年市场上有报价的GIS 软件已达上千种，但主要占据市场的不过10 余种。除上述提到的ArcInfo与ArcView GIS外，国外的GIS代表作还有MapInfo、ErMapper、Idrisi Endas、Erdas、Genamap、Spans、Tigris等。
GIS已在地质矿产勘查中得到广泛应用，并取得许多瞩目成果。美国、加拿大、澳大利亚早在1985～1989年就将其应用于地质矿产调查和填图。目前，澳大利亚开始利用笔记本电脑以数字形式采集野外地质数据，建立有关数据库，借助ArcInfo与ArcViewGIS编制第二代地质图件。
三、资料来源
曹修定，阮俊等.2007.GIS技术在地质灾害信息系统中的应用.中国地质灾害与防治学报，18（3）：112～115
黄润秋.2001.面向21世纪地质环境管理及地质灾害评价的信息技术.国土资源科技管理，18：30～34
姜作勤.2008.国内外区域地质调查全过程信息化的现状与特点.地质通报，27（7）：956～964
姜作勤，张明华.2001.野外地质数据采集信息化所涉及的主要技术及其进展.中国地质，28（2）：36～42
赵金平，焦述强.2004.基于GIS的地质环境评价在国外的研究现状.南通工学院学报（自然科学版），3（2）：46～50
周军，梁云.2002.地理信息系统及其在地质矿产勘查中的应用.西安工程学院学报，24（2）：47～50
GIS的兴起得益于计算机辅助地图制图的研究和应用。1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出“地理信息系统”这一术语，并建立了世界上第一个地理信息系统。如今，地理信息系统已进入全面应用与产业化阶段，随着产业的形成和数字化信息产品在全世界的普及，GIS深入到各行各业、千家万户，成为人们不可缺少的工具和助手。据不完全统计，目前能够提供市场的商业化GIS相关软件产品已达200多种，在我国用户众多、知名度较高的主要软件有:ESRI公司的ArcInfo、ArcView，Intergraph公司的MGE、GeoMedia，Maplnfo公司的Maplnfo，Genasys公司的GENAMAP，中国地质大学的MAPGIS、武汉大学的Geostar、中国科学院资源与地理研究所的Supermap等，而其中又以ArcInfo软件功能最为强大。ARCGIS是应用最广泛的一种大型GIS软件，我国早期开发的GIS几乎都是以ArcInfo作为平台。其主要特点为:采用地理关系数据模型，提供极强制图功能、空间操作功能和分析功能;采用模块式结构，提高灵活度并易于扩充;提供宏命令语言AML实现快速编程;提供38种地图投影方式，可在不同投影之间实现坐标转换;开放式的结构，提供直接与多种数据库的接口;兼容性很好，能与25种不同系统的数据格式之间相互转换;独立于硬件，运行于不同的平台;广泛支持当今各种工业标准。但它没有DEM和插值计算，TABLES属性数据处理功能有限，且不具备统计图表分析功能(邹月，2000)。
近年来，随着计算机技术的快速发展，以及遥感技术、数字测绘技术、数据仓库技术、虚拟实景、多媒体技术、三维图形芯片及宽频光纤通讯技术的突破性进展，地理信息系统技术总体上呈现网络化、组件化、集成化、开放性等发展趋势(龚健雅，2004)。
1.基于数据库技术的海量空间数据管理
GIS技术的瓶颈之一就是如何解决海量空间数据管理问题。对于一个区域的GIS系统，其数据量极其巨大，一般达到GB或TB的数据量级。和传统的基于文档的管理方式相比，利用面向对象的大型数据库技术能够有效地解决这一问题。
在面向对象的空间数据库中，海量地图数据的使用变得更加简单，只需建立单一图层，不必再进行分幅处理。如果用户原来的数据源是分幅的，可将其全部存储到一个图层中，数据库将自动对其进行拼接和索引处理，可形成一个完整的图层。应用时，在客户端只需极少量的编程(实际上只是指定数据源)，就可实现对数据库里数据的动态显示。数据库会根据当前地图客户端的显示视野，自动将此范围内的图形检索出来，送到客户端显示。因此，即使在服务器端的数据是GB级的，在客户端的数据量却仅是几十到上百K的数量级，大大减轻了客户端系统的配置需求，并减轻了网络流量，可通过一般的网络(甚至远程)客户端进行访问。
2.网络GIS
信息高速公路的建立极大地方便了世界各地用户之间的信息交换与信息查询。由于GIS系统具有丰富的空间查询、空间分析及属性管理功能，而人们对Internet和GIS系统的需求不断深入，因此把GIS系统与网络技术相融合，利用Internet在Web上发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，形成一种网络化的地理空间集成平台，就成为当前GIS系统发展的必然趋势。与传统的GIS相比，WebGIS具有以下特点:
适应性强:WebGIS是基于互联网的，因而也是全球的，能够在不同的平台上运行。
应用面广:网络功能将使WebGIS应用到整个社会，真正实现GIS的无所不能，无处不在。
现实性强:地理信息的实时更新在网上进行，人们能得到最新信息和最新动态。
维护社会化:数据的采集、输入，空间信息的分析与发布将是在社会协调下运作。
使用简单:用户可以直接从网上获取所需要的各种地理信息，直接进行各种地理信息的分析，而不用关心空间数据库的维护和管理。
目前，网络GIS正在逐步普及，但还处于空间数据查询、浏览、发布与下载阶段，缺少强大的空间分析功能，而且受网络带宽的限制，影响了网络GIS的应用(龚健雅，2004)。
3.组件GIS
GIS基础软件可以定性为应用基础软件，它一般不作直接应用，而是根据某一行业或某一部门的特定需求进行二次开发。目前，大多数地理信息系统都已经过渡到基于组件的体系结构，一般都采用COM/DCOM技术。组件化GIS基于标准的组件式GIS平台，各组件之间不仅可以自由、灵活地重组，而且具有可视化的界面和标准的接口(于向鸿，2005)。组件软件的可编程和可重用特点为系统开发商提供了方便的二次开发手段，在很大程度上推动了GIS软件的工程化开发和大众化应用。组件GIS的特征主要体现在:
(1)高效无缝的系统集成:允许将专业模型、GIS控件、其他控件紧密地结合在统一的界面下。
(2)无须专门的GIS开发语言:只要掌握基于Windows平面的通用环境以及组件式GIS各控件的属性、方法和事件，就能完成应用系统的开发。
(3)大众化GIS:用户可以像使用其他ActiveX控件一样使用GIS的控件，使非专业的GIS用户也能胜任GIS应用开发工作。
(4)开发成本低:非GIS功能可以利用非专业控件，降低了系统的成本。
4.集成化GIS
一方面，以GIS为核心的“3S”(RS，GIS，GPS)集成，使得人们能够实时地采集数据、处理信息、更新数据以及分析数据。遥感是实时获取、动态处理和分析空间信息的先进技术系统，是为GIS提供准确可靠信息源和实时更新数据的重要保证。全球定位系统(GPS)为遥感实时数据定位，提供空间坐标，建立实时数据库。另一方面，地理信息系统技术与其他主流商务应用的集成，并能集成多种空间数据基础，使各种计算机软件彼此沟通、集成应用。GIS已发展成为具有多媒体网络、虚拟现实技术以及数据可视化的强大空间数据综合处理技术系统。
5.开放式GIS
开放式地理信息系统(OpenGIS)，是指在计算机网络环境下，根据行业标准和接口所建立起来的GIS，是为了使不同的地理信息系统之间具有良好的互操作性，以及实现在异构分布式数据库中的信息共享，克服传统GIS软件之间的相互封闭性(黄杏元，2004)。
为了研究和开发OpenGIS技术，1996年在美国成立的开放地理信息联合会研究和建立了开放式地理数据交互操作规程(OGIS，Open Geodata Interoperable Specification)。OGIS是为了寻找一种方式，将地理信息系统技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法更有效地结合起来。基于OGIS规范制订的开放系统模型，是一种软件工程和系统设计方法，这种方法应用于GIS领域，侧重于改变当前GIS模型中特定的应用系统及其功能与它内部数据模型及数据格式紧密捆绑的现状。OpenGIS技术将使GIS始终处于一种组织开放式的状态，真正成为服务于整个社会的产业以及实现地理信息全球范围内的共享与互操作，是未来网络环境下GIS技术发展的必然趋势。