地理信息系统和社会 复习资料.docx

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地理信息系统和社会复习资料

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导读：

地理信息系统应用的社会化是其发展的必然趋势，在社会化的GIS应用阶段，GIS技术在公众生活中被广泛使用，形成了GIS产业，这需要有相应的政策法规来规范产业运行，并且需要教育为GIS应用提供专业人才。

在GIS技术影响社会的同时，一些社会因素也影响着GIS的发展。

1．GIS的社会化

1．1实验室的GIS到社会化的GIS

在地理信息系统发展的初期，只是一门被少数科研人员所掌握的技术，他们利用各种GIS工具软件，甚至自己编写程序，处理空间数据，实现专业模型，得到服务于其研究工作的结果；而大量的GIS学者主要进行算法和数据结构方面的研究。

对于一般公众，地理信息系统被认为艰涩难懂的，他们也无法意识到GIS技术可能的应用领域以及对社会生活带来的影响，这时的地理信息系统称为实验室的GIS。

由于计算机计算技术的发展和应用的普及，特别是网络技术和数据库技术的成熟，许多机构开始应用地理信息系统进行空间信息的管理，进而实现空间决策支持，以提高工作效率，减少企业运行成本，这种GIS应用方式称为“企业化GIS”，企业化的GIS可以概括为以下8个特点（陈子坦）：

1）分布式的网络计算机环境：

基于网络的分布式计算使得企业各个部门可以共享资源，包括数据、设备、软件等。

2）面向功能：

为了满足各个部门对GIS的要求，企业化的GIS需要以提供各种功能服务为主，保证各个部门按照其要求来使用。

3）连续无缝的空间数据库：

为了达到对真实世界更有效、合理的管理，需要空间数据在存储时按照真实世界的形式连续的存储，而不是分割成为不同的图幅。

4）数据的版本管理：

企业GIS在日常使用过程中，数据的变更是经常的，需要实施版本控制以保证数据的有效性，并避免混乱。

5）不同层次数据和系统的共存：

企业的任务是多个层次的，这要求同时使用不同的系统和数据库。

6）与多个外部数据库相连。

7）开放式的系统环境：

开放式的环境使得一个企业化的GIS与其它领域能够紧密结合起来，并且能够满足对系统进行扩展的需求。

8）全面的GIS系统管理的专业人员：

企业化GIS对技术和管理人员有更高的要求，需要企业不断地对人员进行技术和管理培训。

在企业化的GIS应用中，GIS学者主要研究领域包括，基于分布式计算平台上的GIS实现，空间数据的共享和互操作，GIS项目管理等。

在企业化GIS应用的初期，其应用主要集中于一些经常要处理和使用空间数据的部门，包括土地，市政设施管理等等，这些部门的业务数据具有“强”的空间分布特性，如地块数据，管网数据等，采用GIS对其业务进行管理是“自然”的需求。

随着信息技术应用的普及，许多其他领域的机构开始采用GIS，例如：

商场可以采用GIS来分析不同区域客户的购物倾向；无线通信部门可以利用GIS来确定其发射台站的覆盖范围和覆盖效率；而交通部门可以使用GIS来分析交通流量。

在这些机构中，空间数据只是信息系统中数据的一部分，或者信息系统的数据，如客户、雇员数据，具有“弱”*的空间分布特性，GIS与其它系统集成在一起，服务于其业务。

在GIS应用领域拓展的同时，对空间数据的应用层次也在提高，从简单的数据管理到复杂的空间决策支持，GIS可以满足各种机构不同的功能要求。

遥感、GPS技术发展，为GIS提供了新的数据来源，多源的、海量的空间数据生成并被应用。

上述的变化要求实现数据的共享、融合和分布管理，基于网络的分布计算平台为之提供了技术上的基础，同时GIS标准（包括ISO/TC211，OpenGIS等）的建立，通过规范空间数据模型、空间服务模型，确立标准的分布计算接口，保证了数据共享、融合和分布管理的实现。

在上述的应用发展背景和技术发展背景下，GIS进入到社会化的应用阶段（图18-1）。

图18-1：

地理信息系统的社会化

1．2GIS社会化的影响

GIS的社会化有一些其它的同义语，如“全球化”、“大众化”等等，它们实际上描述了GIS社会化的不同侧面。

“大众化”是GIS社会化的主要方面，它是指GIS技术已经融入到人们的日常生活中，迁移默化的改变着生活方式：

●将地图存储在计算机中，使以往利用地图提供的定位、定向、导航功能可以通过GIS实现，而3S集成技术，可以使得定位导航功能更加自动化和精确；

●利用GIS可以将信息按照其空间坐标组织起来，进行查询检索；进而

●可以分析其空间分布特点，进行决策支持。

汽车导航、野外探险和旅游、银行信用卡管理、商家经营分析、保险赔偿分析等等，人们生活的各个方面，GIS都可以在其中发挥作用。

当这种层次的应用从一个区域、一个国家扩展到全世界，全球的空间信息都基于GIS技术进行管理时，就实现了“数字地球”，可以认为，“数字地球”是GIS应用的极致，也是GIS社会化的顶点。

公众在日常生活中使用着地理信息系统，可是他（她）不需要了解任何GIS的知识，换言之，他（她）根本感觉不到GIS作为独立的技术在其中所起到的作用，正如一个基于数据库建立的自动取款机系统，当人们在存款、取款时，不需要了解数据库的查询、修改、提交、回送等具体功能的概念和实现，但确实，他用到了这些功能。

这时，GIS应用和其他应用紧密结合在一起，已经成为人们日常生产和生活不可分离的一部分，正如一些学者所预测的，“GIS发展的将来就是没有GIS”。

从应用角度来看，GIS的社会化意味着每个人都可以方便的使用GIS功能。

而从应用开发角度来看，GIS社会化的标志是GIS产业的形成与分化，形成专门的数据生产厂商，GIS平台/构件开发商，GIS集成商，GIS服务提供商以及GIS工程监理等等；相关GIS技术标准的确立，对于GIS产业的发展提供了基础。

地理信息系统产业的发展，需要大量的专业人才，推动了GIS教育和认证的发展；此外需要政府和立法部门制订相应的政策法规，以保证产业运行的有序性（图18-1）。

2．GIS社会化的其它问题

2．1产业

随着GIS的社会化，地理信息已经发展成为一个巨大的产业，目前在美国，每年GIS应用项目多达1万个，创造产值在10亿美元以上。

在产业发展和壮大的同时，也在发生分化，产生与地理信息相关的新的产业部门，产业的分化有利于形成规模经济，在整个社会范围内合理分配人力和财力资源，具体包括：

2．1．1数据生产

在GIS应用中，地理数据的生命周期较硬件和软件都要长，并且地理数据的生产需要大量的时间，人力和资金的投入，有效生产和维护地理数据是地理信息系统社会化的前提。

地理数据库的建立方式，除了由国家组织建设基础空间数据外，由专门的数据生产厂商录入和维护地理数据，并将之作为商品出售，可以提高数据的生产效率，避免数据的重复录入造成的浪费，降低GIS应用开发的成本。

作为商品的数据的发售形式可以是光盘，磁带等，在因特网迅速发展的今天，通过网络发布数据的方式被越来越多地采用。

2．1．2GIS软件生产和系统集成

目前，有许多的公司在从事GIS软件的开发和系统集成业务，随着软件技术的发展，特别是软件开发过程中越来越多的采用构件技术，将形成GIS软件构件生产，GIS软件集成，GIS系统集成等多个部门（图18-2）。

图18-2：

GIS软件生产和系统集成过程中三个阶段的活动

GIS软件构件生产是按照公共的构件接口规范，生产GIS软件构件；而GIS软件组装则根据具体的应用需求，将构件组装成为应用软件，软件的具体形态可以是多种多样的；而应用系统集成则将组装完毕的软件与数据以及硬件设备集成，形成完整的GIS应用。

在传统的GIS应用阶段，GIS软件厂商提供了从软件生产到系统集成的各项服务，甚至包括数据的录入和维护；而在社会化的GIS应用中，这三个阶段活动分别由不同厂商提供，这样可以提高软件生产的效率，保证软件质量，最重要的，组装生成的软件可以方便地与其他应用系统集成，满足用户的各种需求。

2．1．3GIS服务

一个组织机构要使用GIS功能，除了通过开发或者购买建立自己的应用系统之外，还可以购买GIS服务，这样就需要有专门的GIS服务提供者。

GIS服务包括的范围很广，最简单的如对客户提交数据的处理和信息提取，此外，GIS技术咨询，GIS认证等都可以划归到GIS服务的范畴，总之，提供GIS服务的目的就是为了帮助解决用户在建立和使用GIS的过程中遇到的问题，减少不必要的损失。

2．1．4GIS工程监理

许多机构在建立GIS应用，是通过项目招标，寻求开发商，然后双方签定合同，规定项目的具体内容，进而依据合同，开始进行系统开发。

在项目开发过程中，开发方所依据的是用户的需求，但是由于用户方可能对具体的技术不理解，从而无法确定项目开发是否在按照自己的需求进行，因而也就无法对项目的进度、质量进行监控，如果到项目快要结束时才发现问题，会严重影响项目进度，甚至使项目失败。

为了解决上述问题，一般规模较大的项目，都需要GIS工程监理，监理方由GIS领域方面的专家组成，他们对用户负责并了解用户需求，对项目的开发进行检查，可以及时发现问题，避免损失。

上面描述了在社会化的GIS应用阶段，所需要的GIS产业部门，随着应用的扩展和应用层次的加深，也完全可能出现新的部门。

2．2政策

为了促进GIS应用的社会化，可以制订一些政策，提高GIS应用的广度和深度，此外，GIS社会化过程中，也需要一系列的政策法规，规范GIS应用以及产业的运作。

2．2．1GIS标准和规范

GIS标准和规范的制订便于实现空间数据的共享和互操作，指导GIS应用的建立，从某种意义上来讲，一个好的GIS标准是产业化的基础。

标准的制订，既可以由一些标准化机构，如ISO、OpenGIS、OMG等组织；也可以由政府主持制订，并作为一项政策，在全国范围内颁布实施。

通常，前者是指导性的，而后者具有一定的强制性。

除了制订GIS标准之外，一些政府性的GIS相关机构（如中国的测绘部门等）也可以参加一些国际性标准化组织的标准制订工作，并将国际化的标准特化，以适应本国的具体情况。

2．2．2基础空间数据的建立和共享

国家基础空间数据建立，是一项浩大的工程，无法由任何单位单独完成，必须由国家进行组织，多个地方单位参加，协作完成。

由于许多GIS应用是非赢利性的，这意味着项目组织单位无法承担高昂的数据购买费用，而重新组织数据录入无疑又是对人力和时间的巨大浪费，这种情况在一定程度上限制了GIS应用的发展。

国家组织建立基础空间数据库，免费或低价提供给一些非赢利组织使用，如市政管理部门、科研部门等等，可以降低建立GIS的成本，有利于GIS应用的推广。

空间数据标准是建立基础空间数据库的前提，另一方面，还需要制订相应的政策保证数据的共享。

2．2．3其它领域应用GIS的规定

社会化的GIS应用，意味着许多机构主动地采用并建立GIS应用，以提高管理效率，同时，一些政策的制订，也有助于GIS技术被广泛接受，例如，可以规定一些城市规划的制订，自然灾害保险的赔付，必须要有GIS分析的结果作为依据，这样，一方面使得决策更加科学，另外可以加速GIS应用的发展。

2．2．4GIS产业的运行规范

随着GIS产业的发展和壮大，自然会出现与其他信息技术产业类似的问题，如不正当竞争等，需要有相应的政策进行规范。

规范的制订和实施可以参照IT产业其他部门，同时，由于GIS在技术上特殊性，也往往需要GIS专家的参与。

2．3法律

计算机技术的迅速发展和广泛应用，为人类社会提供了一种全新的生活方式，同时也带来了各种各样的，新的法律方面的问题，例如：

1）计算机犯罪

计算机犯罪指针对计算机系统的各种犯罪活动，如非法侵入计算机系统，盗窃或者非法使用计算机系统的数据，制造病毒等等。

这些活动，既包括蓄意的或者出于好奇的破坏性活动，也包括利用计算机系统谋取非法利益的活动。

2）软件版权

随着信息技术产业的迅速发展，许多国家都认识到了计算机版权保护的重要性，并制定了相应的版权保护法规，以保护软件作者的知识产权，并保证信息技术产业运行的有序性。

在信息技术领域，受到版权保护的对象包括程序、数据、文档、集成电路等等，不同的对象，其具体保护内容和侵权认定也有所不同，并且由于技术的不断发展，要求版权法也要进行相应的调整。

软件（包括程序，数据和文档）由于其便于复制的特点，是版权保护的重点。

3）隐私权

计算机技术的发展和广泛运用对隐私权造成了较大的冲击，主要原因是通过计算机系统提供的便利，可以方便地收集和使用个人资料。

特别是因特网的发展，该问题变得更为突出，因为用户在访问网站时，注册所填写的个人信息很有可能被非法使用。

4）网络法律问题

在计算机网络出现，特别因特网将全球网络连接成为一个整体以后，上述各个方面又发生了新的变化，出现了新的问题，如：

网络作品版权，BBS的言论自由，WWW的内容控制，网络广告，网络病毒，网络上的不正当竞争，网络交易的安全性以及隐私权等等，这都需要对原有法律进行修改，以适应这些变化。

作为信息系统中的重要成分，地理信息系统在应用过程中，同样会遇到类似的问题，这些问题一般都可以适用普通的计算机法律条款，如GIS软件的版权等等。

下面主要就地理信息系统中使用的空间数据版权进行讨论，这是因为空间数据在GIS应用中占有非常重要的位置，并且与通常的信息系统数据相比，空间数据有一定的特殊性。

美国是最早提出数据版权保护国家，对于数据版权的保护，其版权法做出了如下的规定：

1）将他人的版权作品纳入一项编辑作品内，必须取得这些作品权利人的许可，否则将构成侵权；

2）在纳入一项编辑作品之后，并不改变作品中各个组成部分原有的版权归属，编辑者只是拥有该数据的整体版权。

3）收集并编辑一些事实信息或者本身无版权的资料形成的数据，是否成为编辑者的原创作品，并由编辑者拥有版权，一般有两种观点，1）“辛勤收集（IndustriousCollection）”原则，即尽管信息是已经存在的，只要编辑者在收集数据，并进行编辑处理，成为计算机可以检索形式的过程中，付出了经费、时间，使用了一定的技术手段，那么编辑者对其拥有版权；2）强调数据选择和组织安排的创造性，认为只有在信息的选择和组织安排方面体现了创造性的的数据才具有原创性。

上述的规定和原则，在处理一些数据版权纠纷时被经常采用，但是在一些具体的问题如将数据库的一部分下载到自己的计算机中以及对有版权的数据重新组织等行为的侵权认定还有待进一步的澄清。

国际上关于知识产权的伯尔尼公约（BerneConvention）的“文字和艺术作品”的定义中，明确规定了地图、地形图、与地理有关的三维作品（Maps,Topography,ThreeDimensionalWorksRelativetoGeography）均属于知识产权保护的范围。

各国在对GIS中的空间数据进行保护时，通常都援引与地图版权保护的法律条文。

与一般的数据相比，GIS数据可以有多种获得途径，包括纸质地图数字化，遥感图像解译，测量仪器以及现有数据的模型运算等都可以生成新的空间数据，此外，在开发GIS应用时，也可以购买空间数据；数据的处理复杂程度有很大的差别，既有简单的坐标变换，又有复杂的专业模型运算；数据的发布形式多样，如硬拷贝、磁盘、光盘、磁带以及Internet上的电子发布；数据应用的目的各异，空间数据可以应用于教学、科研、商业、公共服务、管理等各个领域。

在进行版权保护时，需要综合考虑上述因素。

1）数据的获取

（1．1）利用测量设备，包括GPS、平板测图仪等，得到的空间数据，无疑是其制作者（也包括数据制作单位）原创作品，作者对之拥有完全的版权；

（1．2）纸质地图数据的数字化，需要区分两种情况，即原地图是版权作品，及原地图是无版权资料。

对于前者，数字化时需要取得地图权利人的许可。

地图的数字化是一项非常繁重的工作，在数字化过程中，需要对原数据进行离散化和抽样处理，并且不同录入人员采用不同的录入方法，得到数据的精度也不同，即数字化后的数据不能等同于原纸质地图。

从这个角度讲，数字地图的作者应该数据拥有完全的版权。

（1．3）数据购买只是获得数据的使用权，并没有得到所有权，购买数据的单位或个人将数据再私下转让给其他单位或个人，就构成了对权利人版权的侵犯。

这一原则和普通的软件购买类似，软件购买可以通过许可授权做出更为明确的限制，而对于数据购买而言，购得的数据能否安装在不同的计算机中；为一个项目购买的数据能否应用于另外一个项目；数据使用许可能否象普通软件一样进行转让，尚需要进一步的探讨。

（1．4）遥感数据往往是通过购买得到，因而购买单位只是拥有使用权，但是对遥感数据进行处理，并得到专题数据（如植被覆盖图，土地利用图等），该过程融入了处理者的思想，所以一般来说，数据处理者拥有完全版权。

2）数据处理

只有在对有版权的电子数据进行处理，而处理者并不拥有其版权的情况下，才会涉及版权问题。

数据的处理需要处理者投入时间和经费，并且体现了处理者的思想，数据处理完成后，原始数据在新的数据中并不显式地表现出来，根据“辛勤收集”和“创造性”的原则，在一般情况下，可以认为处理者拥有完全的版权。

但是，数据处理过程的复杂程度是不一致的，对于一些简单的变换处理，如投影变换，文件格式转换，图像处理中亮度、对比度变换，通常这些变换是可逆的，即由处理结果可以再生成原始数据。

因而，处理者不能拥有结果数据的版权，否则会造成对原始数据权利人的侵权。

在实际操作中，在简单处理和复杂处理之间进行绝对的区分是困难的，往往需要GIS专家的参与以进行判断。

3）数据的发布形式

空间数据可以有多种发布形式，包括地图，计算机可读的各种介质，Internet等等，具有版权的数据，无论其发布形式如何，其版权都应该受到保护，除非权利人做出特别的声明。

4）数据应用目的

空间数据的使用可以有不同的目的，包括教育，科研，公共服务，商业等，一般对于非赢利目的使用数据，其限制可以适当放宽。

在GIS日益社会化，并且空间数据收集、数字化和加工成为GIS产业中的重要组成部分的条件下，制订针对空间数据版权保护的法规，对于保护数据生产商的利益，促进GIS应用的发展有重要的意义。

当然，随着GIS的社会化，带来的法律问题并不仅仅局限于数据版权，以下的一些问题，如GIS产业的不正当竞争，空间数据的保密等等，都需要法律专家和GIS专家共同努力，提出合理的解决方案。

2．4教育和评估认证

随着地理信息系统技术的发展，社会对GIS人才的需求也越来越大，同时，对于每一个GIS职员，他（她）所需要的GIS知识的数量和复杂程度也在不断加大。

因而，许多GIS从业者在寻求进行培训和教育的机会。

目前，进行GIS培训和教育的机构主要包括职业学校、社区学院、大学和学院、GIS软件开发商、使用GIS的单位等。

这些机构进行培训的主要方式包括[T.A.WIKLE]：

1）工作室培训和短期课程培训班

工作室培训和短期课程培训班是一种不太正式的培训方式，在GIS发展的初期，这种培训方式占了很大的比例。

工作室和短训班不需要特别的先决条件，通常讲述的是GIS软件。

在一些情况下，对所有参与者，或者通过考试者发一份认证材料。

其课程可以是一般性的，也可以是针对某个应用或者软件的，前者一般由大学举办，后者则通常由GIS软件开发商组织（如ESRI的ArcView4.0认证），此外，一个GIS应用机构在开展新的项目时，需要对员工进行培训；他们在雇用员工时，也比较看重短训班认证，因为这减少了他们培训工作量。

2）远程教学

远程教学是一种新的教学方式，它对于那些因为工作或者其它原因不能参加预定课程的人员来说，是一个较好的选择。

参加远程教学的学员需要学习一系列课程，以获得文凭，这些课程的讲授资料可以通过视频信号或者因特网发送给远端的学员。

3）大学和学院的GIS课程

在GIS发展初期，由于昂贵的经费（软件，硬件，人员），很少有学校能够提供GIS教学，近十几年来，由于微机的广泛使用以及软件厂商针对教学的商业软件打折销售，使得大学和学院可以提供大量的、正式的GIS课程。

到1996年，美国有600多所大学和学校开办至少一门GIS课程，中国目前也有许多大学的地理系或测绘工程系成立了GIS专业，另外一些相关的学科，如农学、土木工程、城市和区域规划、森林以及景观结构等也已经开始讲授GIS课程。

4）GIS认证

GIS认证一般需要学生已经完成了正规的GIS课程学习，在一些情况下，甚至需要获得GIS学位。

象正规的学位一样，认证需要一个严格的评估过程，并且要大学或学院的教员参与监督。

在一些情况下，研究院和公司合作，也可以进行GIS认证活动。

5）GIS学位

目前，特别是在加拿大和欧洲，许多学校已经开始授予地理信息系统和地球测绘（Geomatics）学位，但是美国能够授予GIS学位的学校较少，有些学校是通过计算机和数学系授予学士学位。

现在，中国的一些综合性大学（北京大学，南京大学）的地理系以及一些测绘专业大学（武汉测绘科技大学）都能够授予GIS专业的学士、硕士以及博士学位。

北京大学城市与环境学系地理信息系统本科专业及课程介绍：

北京大学城市与环境学系地理信息系统本科专业成立于1998年，学制四年，授予理科或工科学位，学生主要学习地理信息系统以及相关学科的理论、技术，使其能够在具体工作中应用GIS，掌握一定的GIS应用开发技能。

学习的专业课程包括：

1.地理信息系统原理

地理信息系统的基本概念、特征、作用与应用现状；地理信息系统的基本构成及空间数据模型；地理信息系统应用的一般方法与流程；流行的地理信息系统软件介绍；地理信息系统应用方法与实例。

2.空间分析

介绍如何利建立空间数据库和图形数据库以及空间数据与图形数据的管理与组织，在此基础上，借助地理信息系统软件进行区域、环境以及社会经济等空间查询与分析。

3.地理信息系统设计

深入介绍地理信息系统的空间数据结构、空间模型的建立与分析；空间算法；网络GIS以及3S一体化的基本原理与方法；GIS软件的设计与开发。

4.地理信息系统工程

介绍地理信息系统工程的概念；数据的采集方法、规范、质量控制及数据组织与管理方法；地理信息系统二次开发技术；系统设计与开发的技术方案与流程；地理信息系统工程的建设与人员管理；工程的经济与社会效益分析；

5.遥感原理

遥感的物理基础；遥感平台；传感器简介；目视解译方法；在土地利用、森林、农业、地貌、水文等方面的应用。

6.遥感数字图像处理

介绍遥感数据的基本格式；遥感数字图像的几何校正、配准、变换等处理方法；人机交互方式的遥感解译与遥感分类；遥感图像的空间分析。

7.测量与地图学基础

测量学的基本原理；GPS的基本原理与使用方法；GPS数据格式以及接口简介；地图与地图学的发展；制图符号；地图投影；标准分幅地形图的介绍；专题地图的信息表达；制图综合；地图出版过程。

8.数字地形模型

介绍地形模型的概念与原理；数字高程模型的建立；坡度、坡向、粗糙度、幅照度等的计算方法；三维地形模拟；三维空间分析；在环境资源管理、土地利用、军事、地质地貌、水文等领域的应用方法。

9.计算机概论

计算机的基本原理；软件与硬件介绍；操作系统的使用；多媒体简介；网络与通信简介。

10.程序设计语言

以C和C++语言为例，介绍计算机程序设计的基本原理。

11.数据结构

介绍数据结构的基本原理，一些基本数据结构（线性表，串，树，图）等介绍以及其相关算法。

12.数据库概论

介绍数据库的基本理论；数据库模型；关系数据库设计；数据库的运算与函数；数据库的基本操作；数据库程序设计；SQL语言；面向对象数据库，分布式数据库；远程数据访问以及网络环境下的数据库系统开发与使用；数据库与地理信息系统的关系。

GIS应用的发展，需要大量的GIS专门人才，也需要大量GIS专业组织以提供各种服务，除了教育之外，还需要相应的评估和认证体系来保障人才和服务的质量。

目前，GIS领域对专业人员的能力和品质的评定，是依赖于一种建立于组织以及个人之间