1.1.1　地理信息与地理信息系统

地理信息（GeoInformation）是指与地理环境相关的所有信息的集合，通常指由类别、数值、文字、图片、视频等表述的空间事物与现象，也可以是这些空间事物与现象之间的相互关系。数据是信息的载体，信息是数据的内涵。地理信息是一个抽象概念，地理空间数据（Geospatial Data）则是地理信息的载体，所有的地理信息必须通过地理空间数据来表达。

地理信息系统（GIS）就是用于采集、存储、管理和分析地理空间数据的工具。自从Roger Tomlinson在1963年首次提出并应用了加拿大地理信息系统（CGIS）以来，GIS经历了50余年的标准化与应用，如今已经成为地理学科中浓墨重彩的一笔，在一定程度上推动了整个地理学的发展。地理信息系统已经超越文字和地图，成为地理学的第三语言。目前，在地理学及其相关科学的研究中，许多分析和数据表达都不可避免地依赖于GIS软件。

GIS的根基在于地理学，地理学的核心是人地关系，其主要研究对象就是人类关注的地表的各种地理事物（简称“地物”）与地理现象，即地理要素。因而，GIS研究的地理空间数据就是指抽象化的地理要素，地理位置通常可以抽象为在某坐标系下的点、线、面、体等几何图形，其他信息通常可以抽象为数据表中的一条记录。因此，地理空间数据包括上述空间信息和属性信息，这是地理信息系统与其他信息系统的本质区别。

GIS的发展并不孤单，还得益于数学、空间科学、遥感学、计算机科学等学科的进步。这些学科不仅向GIS提供了新的数据源（如高分辨率遥感数据、无人机遥感数据等），还提供了新的存储与分析方法（如云GIS、网格GIS等），更提供了新的数据展现形式（如三维GIS等）。地理信息系统（GIS）与遥感（Remote Sensing，RS）、全球导航卫星技术（Global Navigation Satellite System，GNSS）的关系非常密切，相辅相成，常常共同发展与应用，并构成了强大的技术体系，因此通常并称为“3S”技术。

当前，GIS的几个前沿发展方向如下。

1. 云GIS

云GIS是指基于云计算的理论、方法和技术，实现地理空间数据或算法的云端集成，提供更加高效的计算能力和数据处理能力，解决地理信息科学领域中计算密集型和数据密集型的各种问题，能够将大规模的矢量数据和栅格数据处理的时间从天压缩到小时甚至分钟的级别，如美国的Google Earth Engine平台、日本的Tellus平台、中国的Supermap Online等。由于分布式处理方式可以充分调动服务器资源，降低GIS数据的存储成本和运算成本，因此云GIS可以借助云计算平台的优势，以低成本、高度灵活的特征提供GIS存储、分析、渲染服务。

2. 3D-GIS/VR-GIS

3D-GIS采用虚拟的三维空间渲染地理空间数据，VR-GIS则是指虚拟现实技术与地理信息系统技术相结合的技术，两者都采用多维数据可视化的方法表达数据。数据可视化在图形学、计算机技术乃至互联网技术中应用广泛，并且经历了二维—三维—VR的发展历程。VR提供了一个虚拟空间，可以容纳比三维地图多一个层次的维度。事实上，许多地物和现象都是三维甚至更高维度的，如立体交通、埋在地下且相互交错的管网、大气运动等，很难在二维的角度充分、直观地描述其位置关系。通过3D-GIS和VR GIS可以“亲身”感受和经历空间数据要传达的信息，在城市规划、电网管理、环境监测等领域具有较好的应用前景。

3. 自发地理信息

自发地理信息（Volunteered Geographic Information，VGI）最早在2007年由M.F.Goodchild提出，是指用户通过互联网终端自发地创建、编辑带有地理位置的信息。自发地理信息的提出打破了地理信息采集的专业界限，汇集公众智慧，实现了地理信息创建、传递、共享和分析前所未有的转变。带有定位功能的移动终端的普及，以及社交平台的发展使用户对信息发生的位置更加敏感。例如，许多手机导航软件允许用户进行事故上报，从而提供更加精准的导航信息；许多自媒体允许用户在发布信息的同时带有位置标签等。自发地理信息具有动态性、随机性、集中性和低成本性，其发展对地理空间数据的管理提出了更高的要求。

4. Hybrid制图

Hybrid制图就是在一个地图中选用多种不同数据来源的图层进行整合渲染。随着地理空间数据的获取越来越容易，地学分析和地图综合不能够局限于单一来源的数据，越来越多的地学研究和GIS应用将多种不同的数据源进行整合、分析和展现。由于不同来源的数据在尺度、表现角度上存在差异，因此采用多源数据有利于在不同尺度和维度上对要表达的信息进行展示和分析。为了将多源数据有效整合，地理空间数据标准化组织OGC提供了一系列标准（统称“OGC标准”），对数据发布的形式进行了规定，例如，WMS、WFS等规范规定了发布的地理空间数据的组织方法和访问方式，方便在互联网上的Hybrid制图。另外，Google地图、百度地图等互联网地图底图服务采用的大多为Web墨卡托投影，并且数据切片的大小和格式都非常类似，采用Leaflets、OpenLayers等地图控件可以对这些数据进行有效、快速的集成。