地理信息系統的操作和應用實驗報告
1. 怎樣把地理信息系統運用到教學中
淺議地理信息系統在高中地理教學中的應用
摘要：
隨著地理知識更新速度的加快，
新課改提高了對學生信息素養的要求。因此，
把
地理信息系統應用到地理教學中成為當代新型教師的重要任務。
本文筆者結合教學實際論述
了地理信息系統在高中地理教學中的應用。
關鍵字：
地理信息系統
地理教學
引言
伴隨信息時代的到來，
地理學岌計算機技術、
航天技術等進行有效整合，
誕生了一門新
興技術——地理信息系統。地理信息系統（
geographic information system
，簡稱
GIS
）是一
種以採集、
存儲、管理、分析和描述地球表面與地理分布有關數據的空間信息系統。
它以地
理空間資料庫為基礎
,
在計算機技術的支持下，採用地理模型分析方法適時提供多種空間的
和動態的地理信息。
地理學是一門研究地球表面的自然現象和人文現象空間分布以及兩者間
相互關系的學科，實踐性，應用性很強。
中學地理教育的基本目標是傳授地理知識、培養地
理技能和提高地理思維能力。因此，在中學地理教學中，既可以根據課標適當地增加有關
GIS
的教學內容來開闊學生的視野，
又可以應用
GIS
改善地理教學，
拓寬學生解決問題的思
路，培養學生綜合運用知識的能力及其創造精神和實踐能力。
1
、
GIS
的發展簡況
GIS
源於
20
世紀
60
年代，加拿大測量學家
R.F.Tomlinson
首先提出地理信息系統這個
概念並建立了世界上第一個地理信息系統，
用於自然資源的管理與規劃。
後來，
美國哈佛大
學土地測量專業的一名學生
J.Dangermond
在其畢業論文中設計了一個簡單的
GIS
系統，並
在畢業後成立了
ESRI
公司，促進了
GIS
的發展。九十年代以後，隨著地理信息產業的建立
和數字化信息產品在全世界的普及，地理信息系統將逐漸深入到各行各業，成為人們生產、
生活、學習和工作中不可缺少的工具和助手。由於國外
GIS
發展較早，其
GIS
教育體系也
相對完善：如美國、日本、澳大利亞、加拿大、英國、德國等都將
GIS
專業教育提到非常
重要的高度。這些國家在大學里許多相關專業，如建築、市政工程、林業、地理、城市規劃
等，都增加了
GIS
課程。我國
GIS
從
20
世紀
80
年代初開始起步，
90
年代才進入快速發展
階段。中學
GIS
教育更是屬於剛剛起步的階段。而實施
GIS
教育不僅是落實地理學科教育
的責任，也是落實教育本身賦予地理教育的任務。
GIS
教育中對學生信息技術的掌握、地理
研究技術的了解與應用、
地理區域系統思想的建立和地理空間思維能力的培養，
以及地理問
題的分析與處理等多方面具有不可替代的獨特功能。因此，筆者認為嘗試把
GIS
應用到中
2
學地理教學中勢在必行。
2
、
GIS
在高中地理教學中實施的迫切性
2.1
時代發展的需要
20
世紀
90
年代以後，伴隨計算機和網路技術的迅猛發展，地理知識的更新速度越來越
快，
將
GIS
引入中學地理教學中是信息時代的要求。
GIS
包含的信息大且更新速度快，
內容
豐富
,
能將大量的地理信息和理論結合起來加以儲存
,
供學生查詢和使用
,
使學生掌握最新的
地理信息和知識。
2.2
學科發展的需要
目前地理教學使用的相關參考書部分內容有些陳舊，
再加上受到客觀因素的制約，
不可
能做到及時更新，影響了地理教學的深度和廣度。使用
GIS
進行地理教學，可以實現地理
資料與世界的同步更新，
讓我們可以在最短的時間內掌握其他國家的學科發展情況。
我國教
育部
2003
年頒布的《全日制高中地理課程標准
(
實驗
)
》已經把地理信息技術納入必修的地
理課程內容範圍，並把它列為七大地理選修模塊課程之一，並明確指出：
「強調信息技術在
地理學習中的應用，
充分考慮信息技術對地理教學的影響，
營造有利於學生形成地理信息意
識和能力的教學環境。
」
2.3
學生個體發展的需要
新課標指出，教學一切為了學生的發展。
作為教學主體，
學生的情況存在很大差異。傳
統的教學方式很難關注全體學生的需要。
GIS
可以為學生提供互動的教學情境，
他們可以根
據自己的實際情況進行相關地理內容的學習，使每個學生都有所得。
3
、
GIS
在地理教學中的實際應用
3.1
激發學生的學習興趣
辯證唯物主義認為
,
事物的發展是內外因共同作用的結果。外因是條件，內因起決定作
用。飢餓調動了人尋食的積極性
,
捕獵迫出了人們快速狂奔的能力。也就是說，需求是主觀
能動性發揮的最根本動因。
學生是學習活動的主體，
激發主體的主觀能動性是提高教學質量
的關鍵。而興趣又是學生最好的老師，能夠驅使學生主動地去發現問題，解決問題。如學生
對高中選修四的旅遊地理內容很感興趣，
希望可以通過地理課的學習了解中國乃至世界的主
要旅遊景點，既滿足視覺享受，
放鬆心情，又可以了解不同區域的文化特色。但是基於課時
及教具的限制，學生期待的效果很難達到。當然，學生學習地理的興趣便大大折扣。其實，
旅遊地理作為選修的學習，從內容的構成上充滿樂趣，可以極大地調動學生學習的積極性，
但拘於呈現方式，嚴重阻礙了學習效率的提高，往往形成低效或無效教學。
GIS
的出現解決
3
了這個難題——依據教材的主要內容並補充相關旅遊景點聯系交通、
住宿及文化特色等製成
GIS
旅遊地圖。較一般的地圖而言，
GIS
旅遊地圖可以為學生提供更詳細、更准確的信息：
⑴一般的旅遊地圖因圖幅面積的限制，只能呈現一些主要的信息，不能滿足不同人群
的各種需要。但
GIS
旅遊地圖藉助計算機技術的支持，表現出高容量的特點，學生可以根
據各自的需要有選擇性地進行讀取。
⑵一般的旅遊地圖以紙質形式出現，不易保存。長時間使用後，會出現摺痕、破損等
現象，使用年限短暫，影響學生的正常使用。
GIS
旅遊地圖藉助計算機存在，更易儲存。
⑶一般的旅遊地圖不能及時進行信息的更新，
有時會對學生產生錯誤的指示。
GIS
旅遊
地圖可以通過網路及時進行更正、修改，保證信息的真實性。
⑷一般的旅遊地圖有特定的圖例，
部分信息混雜在一起，
增加了學生的困難。
GIS
旅遊
地圖呈現方式直觀，
並具查詢功能，
學生可以進行相關信息的查詢。信息表現清晰，使用起
來方便快捷，節省了學生寶貴的時間。
3.2
有助於學生建立空間概念
地理是一門空間性強的學科，在地理的學習中，要求學生掌握主要的地理事物及空間
分布，
並形成空間概念。
但事實上，
地理課要反映的信息是極其廣闊和遙遠的，還有一些是
不可見的。
數量之大，表現之抽象，
學生不可能把所有的信息都儲存在大腦中。如果只是憑
借教師的有限講解，
學生不可能從不同角度、
不同層次地對地理事物之間的聯系進行深入分
析。
因此，
也就無法在學生大腦中呈現完整而清新的圖像，
不能形成牢固而深刻的記憶。
因
此我們在進行地理事物的空間分析時要使用地圖。
地圖是地理的第二語言，
很多信息都是以
地圖的形式出現。較純粹的文字記憶，地圖的記憶效果更好。
GIS
具有數據輸入、存儲，數
據操作和處理，
數據顯示和結果輸出，地圖制圖，
地理資料庫的組織與管理，空間信息查詢
與量算，
空間分析等功能，
可以用來處理具有空間特點的地理資料，
幫助學生建立空間概念。
尤其是
GIS
的空間信息的可視化。它使學生對於在空間中的各事物的狀態有一個非常直觀
的感受。
無論是在屏幕上展示一幅可以無級縮放和信息查詢的地圖，
還是展示一幅三維的地
形模型，都使學生對現實世界空間關系的認識更為直觀、具體。由
GIS
顯示的空間信息的
可視化結果，
能夠幫助學生揭示空間關系、
空間分布模式和空間發展趨勢。
如高中地理教學
中要求學生理解地形對氣候的影響。
我們可以例證中國地形與氣候之間的關系來講述這個地
理原理：把中國地形圖與氣候圖疊加，讓學生先分析地形圖，
再分析氣候圖，最後把兩個要
素疊加起來進行比較，
即什麼樣的地形會形成什麼樣的氣候。
學生嘗試使用地形要素來解釋
氣候的形成。
比較容易的就是青藏高原由於海拔高形成特殊的高寒氣候。
如果時間允許，
我
4
們還可以讓學生來談談美國地形對其氣候的影響，
即學即用，
實現地理知識的遷移，
加深學
生關於地形對氣候影響的理解。
3.3
有助於學生提高解決問題的能力
受傳統教育教學思維模式的影響，
目前絕大部分中學地理教師仍停留在課堂講述為主的
教學模式上，學生也只能依照教材，
鞏固所學知識，制約了學生與教師雙方的思維，對地理
的學科教育價值實現產生了一定的阻礙，
而且也有悖於新課程的教育觀念，
即
「整合教學與
課程」
、
「強調互動的教學」
、
「構建充滿生命力的課堂教學運行體系」
等。
地理課堂教學也存
在不少問題。
如：
教師向學生提問多，
而引導學生主動發問少，
輕視甚至抑制學生發現問題、
主動提問的意識和熱情；提出「知識訓練」型的問題多，而思維性、啟發性的問題少，量多
質差的「滿堂問」幾乎成為變相的「滿堂灌」
。學生的自主探究、發現、創新的意識得不到
應有的發展，情感、
意志、
精神境界等得不到應有的塑造和升華。也許學生雖能攻克試卷上
的一道難題，
而面對真實生活中的難題時卻不知所措，
面向未來紛繁復雜的大千世界將更是
茫然。
愛因斯坦說過：
「提出一個問題遠比解決一個問題重要。
」
新課程理念要求教師應該是
學生學習的促進者，是教學教育的研究者，課程建設者和開發者，是社會型的開放的教師。
將
GIS
引入中學地理教學是中學地理課程改革的有力工具。因為
GIS
既是教師的教學工具
也是學生的學習工具，教師和學生面對的課程將不再是簡單的教科書，
教師、學生、教材將
成為統一體，成為課程的有機組成部分。
GIS
在教師、學生和教材之間，將充當著橋梁和紐
帶的角色。
在學習過程中師生互動，
信息多向流動。
如我們在學生學習某些地理概念或原理
時，只提供他們一些事實
(
事例
)
和問題，讓學生自己閱讀材料，或讓學生自己從學習生活和
社會生活中選擇和確定專題，獨立探究，
自行去發現問題、分析問題和解決問題，
從而獲得
知識並培養發明創造能力的一種方法。
在地理教學過程中，
我們不要把現成的東西交給學生，
而應在概念領域內，充分利用新奇、懷疑、困難、矛盾等引起學生的思維沖突，促使學生自
己動腦，去發現探索，對所發現問題和探索的結論由學生自己去做。首先，
我們根據學生的
水平，
確定探究型地理教學課題的探究類型。
課題研究以認識客觀世界和人自身的某一問題
為主要目的，
具體包括社會調查、
科學實驗和文獻研究等。
項目活動類主要是設計以解決一
個比較復雜的操作問題為主要目的，
如模擬設計某一條地鐵線路的活動等。
其次，
指導學生
設計研究方案。
研究方案主要包括研究的具體步驟和計劃。
這是整個研究性學習的關鍵。
我
們可以根據學生掌握
GIS
技術的實際情況，結合預先課題或項目，引導學生逐步建立和修
正實施方案，
從而達到方案可行性之目的。
其三，
在實施過程中，
我們協助解決遇到的難題。
最後，開展研究性學習結題和展示成果。結題結果可能有不同情況，我們應引導學生對相
5
關
GIS
探究型學習進行經驗總結。
3.4
有助於學生實現個性發展
新課改指出，要關注學生的需求。既要實現學生的全體發展，又要實現學生的個性發
展。
GIS
可以提供界面友好、形象直觀的互動式學習環境。
GIS
製作的多媒體電子地圖不但
畫面清晰、
色彩諧調，
而且加上視頻和聲音的配合，
具有較強的感染力和較強的人機交互性。
學生通過操作
GIS
地圖進行自主學習，可以改變課程教材只是為教師講授提供藍本，學生
被動接受知識的局面，
實現信息技術和地理課程內容的整合，
有利於學生主動學習，
學生可
以根據自己的需求有選擇地進行學習，進行個性學習，建立屬於自己的地理知識框架。
GIS
可以實現人機互助，
個別指導，
有利於師生之間、
學生與學生之間的合作交流。從認識主義
來說，
合作學習可以促進學習的意義建構，
促進學生高水平的地理思維和學習活動。
理由如
下：一是學習者之間的交流、爭議、
意見綜合等有助於學習者建構起新的、
更深層次的對地
理事物的理解；
二是在合作學習中，
學習者的想法、
解決問題的思路都被明了化、
外顯化了，
學習者可以更好地對自己的理解和思維過程實施監控。
行為主義的觀點則認為，
學生看到同
伴們的成功，會提高他們自身的自我效能感。
4
、
GIS
在高中地理教學實施中存在的問題
4.1
師資不夠
GIS
發展至今，
雖然有很多成熟的軟體供教師使用，
但這些軟體大多功能龐雜且操作復
雜，
熟悉和掌握這些軟體需要一定的時間和相關的計算機基礎。
這對於一般的地理專職教師
來說有些困難。
GIS
需要學校花費資金購買，地理教師學習和掌握又存在困難，這無疑會對
GIS
在地理教學的應用製造障礙。
因此，
亟待操作相對簡單的軟體出現，
來擺脫目前的困境。
4.2
教學需要的適度性
GIS
教學要根據實際教學環境採取分層次、
分地區、
分級別的有區別對待。
可以分為基
礎教學、拓展性教學、研究性教學等幾個層次進行。在教學方式上，要注意直觀，加強傳統
教學方式與多媒體教學、
參觀、
實習等教學模式的結合；
在拓展性和研究性層次上，要加強
學生的實踐能力、基本操作技能、系統設計能力的培養。
4.3GIS
教材的適用性
編制適合我國國情與學生特點的
GIS
教材，在教材中提供配套的練習，並建設相關網
站。學生使用起來既實用又方便。通過教材的重視程度加強社會對
GIS
在地理教學中使用
的關注，與世界接軌，縮小我們與發達國家之間的差距。
2. 地理信息系統的功能
GIS的核心問題可歸納為5個方面的內容:位置、條件、變化趨勢、模式和模擬(見圖1.1)。
圖1.1 GIS的核心問題
(1)位置(Locations):即「在某個特定的位置有什麼」。一般通過地理對象的位置進行定位，然後利用查詢獲取性質，例如當前地塊名稱、所有者、地點、土地利用情況等。位置問題是地學領域最基本的問題，在GIS中反映為空間查詢技術。
(2)條件(Conditions):即「什麼地方有滿足某些條件的地理對象」。根據地理對象的屬性信息，通過從預定義的可選項中進行選取，列出條件表達式，進而查找滿足該條件的地理對象的空間分布位置，如在屏幕上將滿足指定條件的所有對象以高亮度顯示等。條件問題是GIS中一種較復雜的查詢問題。
(3)趨勢(Trends):該類問題需要在綜合現有數據的基礎上識別已經發生或正在發生變化的地理現象。它要求能夠根據現有的歷史數據、現狀數據等，對現象的變化過程做出分析判斷，對過去做出回溯，並能對未來做出預測。例如在研究地形演變問題時，可利用歷史的和現有的地形數據對不同歷史時期的地形發育情況進行展現，也可進一步對未來地形做出分析預測。
(4)模式(Patterns):即地理對象實體與現象的空間分布間的空間關系問題。第一步:確定模式，一般需要在熟悉現有數據、了解數據間的內在關系的基礎上通過長期的觀察來確定;第二步:獲得報告，說明該事件發生的時間、地點、顯示事件發生的系列圖件。例如，城市中居住人口分布與不同功能區的分布的關系模式。
(5)模擬(Models):即某個地理位置如果具備某種條件會發生什麼問題。是在模式和趨勢的基礎上，建立因素和現象之間的模型關系，進而發現普遍規律。例如，在對某礦區的突水和地質條件、含水層條件、隔水層條件等關系研究的基礎上，對其他礦區進行相關問題研究。一旦發現具有普遍規律，便可建立通用分析模型，並可進行相應的預測和決策。
GIS作為空間信息自動處理及分析系統，其功能遍及「數據採集—數據分析—決策應用」全過程。因此，一個GIS應該具備以下基本功能:
(1)數據採集功能。GIS的第一步就是數據採集，主要用於獲取數據。數據採集即通過各種數據採集設備(如GPS、全站儀、經緯儀等)獲取現實事物的描述數據，並輸入GIS。目前，可用於GIS數據採集的方法與技術很多，最典型的有兩類，一是跟蹤數字化技術，二是掃描數字化技術。隨著掃描技術的發展和廣泛應用，後者已經成為GIS數據採集的主要技術。
(2)數據處理。通過GIS數據採集獲取的數據為原始數據，其不可避免地存在誤差。為盡可能地減小誤差，保證數據在邏輯、數值上的完整性和一致性，需要對數據進行格式化、格式轉換和概化等一系列的處理工作。數據格式化是指不同數據結構數據間的轉換。數據轉換包括數據格式轉化、數據比例尺的變化等。數據概化包括數據平滑、特徵集結等。GIS應該提供強大的、互動式的數據處理功能。
(3)數據存儲、組織與管理功能。數據的有效組織與管理是成功建立GIS資料庫的關鍵步驟，也是GIS系統應用成功與否的關鍵。為了能高效的再現真實環境並進行各種分析，必須按照一定的結構對計算機中的數據進行組織管理。由於空間數據本身具有特定的特徵，GIS必須發展自己特有的數據存儲、組織和管理功能。目前常用的GIS空間數據組織方法有柵格模型、矢量模型和柵格/矢量混合模型，數據管理模式有面向對象數據管理模式、全關系型數據管理模式和文件－關系資料庫混合管理模式等。
(4)空間查詢與空間分析功能。空間查詢是GIS和其他許多自動化地理數據處理系統應具備的基本功能，空間分析是GIS特有的功能和的核心功能。
GIS可以方便地對地理信息進行檢索和查詢。雖然通用資料庫提供了諸如SQL語言的資料庫查詢語言，但對GIS而言，需要對其進行補充或改進，進而使之支持空間查詢。例如查詢穿過一個城市的公路、與某個城市相鄰的城市、某高速公路周圍6km范圍內的居民點等，這些查詢問題是GIS所特有的。因此一個功能強大的GIS軟體，應該滿足常見的空間查詢的要求，設計一些空間查詢語言。
空間分析是較空間查詢更深層次的應用，包括拓撲分析、疊置分析、網路分析、緩沖區分析等。隨著GIS應用范圍的拓廣，GIS的空間分析功能將繼續增加和完善。GIS的空間分析可分為3個不同的層次:①空間檢索，包括從屬性檢索空間物體和從空間位置檢索屬性。②空間拓撲疊加，本質為空間意義上的布爾運算，實現了輸入要素屬性在空間上的連接(Join)以及要素屬性的合並(Union)。③空間模擬分析，該層次的應用研究可以分為3類，即GIS內部的空間模型分析、GIS外部的空間模型分析及混合型的空間模型分析。其中空間模擬分析是GIS應用深化的標志。
(5)數據輸出功能。通過圖形、表格等方式顯示空間數據是GIS項目的必須。作為可視化工具，圖形是傳遞空間數據信息的最有效工具。GIS的主要功能之一就是計算機地圖制圖，包括地圖符號的設計與符號化、圖幅整飾、圖例與布局地圖注記、統計圖表製作等項內容。另外GIS軟體也應具備驅動列印設備或顯示設備的能力，因為對屬性數據也要設計報表輸出，且這些輸出結果需要在列印機、顯示器、繪圖儀上輸出。
圖1.2顯示了這些功能之間的關系及它們操作(Manipulation)數據的不同表現。
圖1.2 GIS功能概述(橢圓)以及它們的表現(矩形)
3. 地理信息系統的基本功能和應用功能的區別和聯系
地理信息系統（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時又稱為「地學信息系統」。它是一種特定的十分回重要的空間答信息系統。它是在計算機硬、軟體系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行採集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。
應用功能:GIS是一種基於計算機的工具，它可以對空間信息進行分析和處理（簡而言之，是對地球上存在的現象和發生的事件進行成圖和分析）。 GIS 技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的資料庫操作（例如查詢和統計分析等）集成在一起。
4. 地理信息系統在地質學上應用
GIS與測繪學和地理學有著密切的關系。大地測量、工程測量、礦山測量、地籍測量、航空攝影測量和遙感技術為GIS中的空間實體提供各種不同比例尺和精度的定位數；電子速測儀、GPS全球定位技術、解析或數字攝影測量工作站、遙感圖像處理系統等現代測繪技術的使用，可直接、快速和自動地獲取空間目標的數字信息產品，為GIS提供豐富和更為實時的信息源，並促使GIS向更高層次發展。地理學是GIS的理論依託。有的學者斷言，「地理信息系統和信息地理學是地理科學第二次革命的主要工具和手段。如果說GIS的興起和發展是地理科學信息革命的一把鑰匙，那麼，信息地理學的興起和發展將是打開地理科學信息革命的一扇大門，必將為地理科學的發展和提高開辟一個嶄新的天地」。GIS被譽為地學的第三代語言——用數字形式來描述空間實體。
GIS按研究的范圍大小可分為全球性的、區域性的和局部性的；按研究內容的不同可分為綜合性的與專題性的。同級的各種專業應用系統集中起來，可以構成相應地域同級的區域綜合系統。在規劃、建立應用系統時應統一規劃這兩種系統的發展，以減小重復很費，提高數據共享程度和實用性。
在配電自動化系統中地理信息系統（GIS）是一個重要內容:由於配電網節點多，設備分散，其運行管理工作常於地理位置有關，引入配電地理信息系統（GIS）系統，可以更加直觀的進行運行管理；其內容主要包括：設備管理（FM），是將變電站、饋線、變壓器、開關、電桿等設備的技術數據反映在地理背景圖上；用戶信息系統（CIS），指藉助GIS對大量用戶信息，如用戶名稱、地址、帳號、電話、用電量和負荷、供電優先順序、停電記錄等進行處理，便於迅速判斷故障的影響范圍，而用電量和負荷的統計信息還可作為網路分析的依據；停電管理系統（OMS），是指接到停電投訴後，GIS通過調用CIS和SCADA功能，迅速查明故障地點和影響范圍，選擇合理的操作順序和路徑，顯示處理過程中的進展，並自動將有關信息轉給用戶投訴電話應答系統；另外GIS還可具有輔助配電網發展規劃設計功能等。
我國地理信息系統的起步稍晚，但發展勢頭相當迅猛，大致可分為以下三個階段。
第一是起步階段。20世紀70年代初期，我國開始推廣電子計算機在測量、制圖和遙感領域中的應用。隨著國際遙感技術的發展，我國在1974年開始引進美國地球資源衛星圖像，開展了遙感圖像處理和解譯工作。1976年召開了第一次遙感技術規劃會議，形成了遙感技術試驗和應用蓬勃發展的新局面，先後開展了京津唐地區紅外遙感試驗。新疆哈密地區航空遙感試驗、天津渤海灣地區的環境遙感研究、天津地區的農業土地資源遙感清查工作。長期以來，國家測繪局系統開展了一系列航空攝影測量和地形測圖，為建立地理信息系統資料庫打下了堅實的基礎。解析和數字測圖、機助制圖、數字高程模型的研究和使用也同步進行。1977年誕生了第一張由計算機輸出的全要素地圖。1978年，國家計委在黃山召開了全國第一屆資料庫學術討論會。所有這些為GIS的研製和應用作了技術上的准備。
第二是試驗階段。進入80年代之後，我國執行「六五」、「七五」計劃，國民經濟全面發展，很快對「信息革命」作出熱烈響應。在大力開展遙感應用的同時，GIS也全面進入試驗階段。在典型試驗中主要研究數據規范和標准、空間資料庫建設、數據處理和分析演算法及應用軟體的開發等。以農業為對象，研究有關質量評價和動態分析預報的模式與軟體，並用於水庫淹沒損失、水資源估算、土地資源清查、環境質量評價與人口趨勢分析等多項專題的試驗研究。在專題試驗和應用方面，在全國大地測量和數字地面模型建立的基礎上，建成了全國1：100萬地留資料庫系統和全國土地信息系統、1：4見萬全國資源和環境信息系統及1：25o萬水土保持信息系統，並開展了黃土高原信息系統以及洪水災情預報與分析系統等專題研究試驗。用於輔助城市規劃的各種小型信息系統在城市建設和規劃部門也獲得了認可。
在學術交流和人才培養方面得到很大發展。在國內召開了多次關於GIS的國際學術討論會。1985年，中國科學院建立了「資源與環境信息系統國家級重點開放實驗室」，1988年和1990年武漢測繪科技大學先後建立了「信息工程專業」和「測繪遙感信息工程國家級重點開放實驗室」。我國許多大學中開設了rs方面的課程和不同層次的講習班，已培養出了一大批從事GIS研究與應用的博士和碩土。
第三是GIS全面發展階段。80年代末到90年代以來，我國的GIS隨著社會主義市場經濟的發展走上了全面發展階段。國家測繪局正在全國范圍內建立數字化測繪信息產業。1：100萬地圖資料庫已公開發售，衛：25萬地圖資料庫也已完成建庫，並開始了全國1石萬地圖資料庫生產與建庫工作，各省測繪局正在抓緊建立省級1：1萬基礎地理信息系統。數字攝影測量和遙感應用從典型試驗逐步走向運行系統，這樣就可保證向GIS源源不斷地提供地形和專題信息。進入90年代以來，沿海、沿江經濟開發區的發展，土地的有償使用和外資的引進，急需GIS為之服務，有力地促進了城市地理信息系統的發展。用於城市規劃、土地管理、交通、電力及各種基礎設施管理的城市信息系統在我國許多城市相繼建立。
在基礎研究和軟體開發方面，科技部在「九五」科技攻關計劃中，將「遙感、地理信息系統和全球定位系統的綜合應用」列入國家「九五」重中之重科技攻關項目，在該項目中投入相當大的研究經費支持武漢測繪科技大學、北京大學、中國地質大學、中國林業科學研究院和中國科學院地理研究所等單位開發我國自主版權的地理信息系統基礎軟體。經過幾年的努力，中國GIS基礎軟體與國外的差距迅速縮小，涌現出若干能參與市場競爭的地理信息系統軟體，如GeoStar， MapGIS， OityStar， ViewGIS等。在遙感方面，在該項目的支持下，已建立全國基於IK4遙感影像土地分類結果的土地動態監測信息系統。國家這一重大項目的實施，有力地促進了中國遙感和地理信息系統的發展
5. 地理信息系統的應用背景
地理信息系統 ( Geographic Information System，GIS) 是一項以計算機為基礎的新興技術，是管理和研究空間數據的技術。圍繞這項技術的研究、開發和應用形成了一門交叉性、邊緣性的學科 ( ESRI Corporation，2010) 。在計算機軟硬體的支持下，它可以對空間數據按地理坐標或空間位置進行有效管理、研究各種空間實體及其相互關系。通過對多因素的綜合分析，迅速地獲取滿足應用需要的信息，並以地圖、圖形或數據的形式表示處理的結果。
目前世界上常用的 GIS 軟體已達 400 多種。它們大小不一，風格各異。國外較著名的有 Arc View，ArcInfo，MapInfo，GenaMap 等; 國內較著名的有 MapGIS，GeoStar 等 ( ESRI Corporation，2010) 。雖然 GIS 起步晚，但它發展快，目前已成功地應用到 100 多個領域。
地理信息系統軟體的研究應用，歸納概括有兩種情況。第一種是利用 GIS 系統來處理用戶的數據; 第二種是在 GIS 的基礎上，利用它的開發函數庫二次開發出專用的地理信息系統軟體。目前 GIS 已成功地應用到了包括資源管理、自動制圖、設施管理、城市和區域規劃、人口和商業管理、交通運輸、能源、教育、軍事等領域。
在美國、日本等發達國家，地理信息系統的應用遍及安全、環境保護、資源保護、災害預測、投資評價、城市規劃建設、政府管理等眾多領域。
近年來，隨著我國經濟建設的迅速發展，地理信息系統的應用在城市規劃管理、交通運輸、環保、農業、制圖等領域發揮了重要的作用，先後開發出了眾多基於 GIS 的防震減災、地質災害預測、煤礦通風安全信息、城市安全防範等信息管理系統，取得了良好的經濟效益和社會效益。
由於 GIS 在煤礦中能夠對煤礦生產進行實時動態監控、預測預報事故、進行生產管理以及快速有效地調度管理，對減少事故發生起著非常重要的作用。目前，地理信息系統在礦山領域中的應用主要包括以下幾個方面。
( 1) 基於 GIS 的礦圖管理與更新
對地理底圖數據的管理與更新，包括地理底圖數據的錄入、編輯、修改、保存、輸出以及地理底圖庫的生成，可使用 GIS 的圖形編輯系統、空間分析系統、輸出系統、地圖庫管理系統、校正系統等進行處理。
對於其他諸如採掘工程平面圖、開拓巷道布置系統圖、通風系統圖、避災路線圖等礦圖，運用 GIS 可以實現圖形處理與非圖形屬性信息處理相結合，用戶不必在兩個系統之間來回切換，提高了系統性能。另外，圖紙的無級縮放功能可以對任何圖形或圖層任意縮小和放大。漫遊功能可漫遊到圖上任意點，仔細查看每一條巷道及布置，可測算並動態顯示任意兩點間的距離。
( 2) 礦井監測及調度管理
以圖形方式實時監測煤礦感測器的工作情況以及井下設備的工作狀態。在圖上能夠看到每個感測器當時的物理參量和設備的開停狀態。如瓦斯超限時有鈴聲報警，通訊中斷時有相應的顯示。通風系統提供實時的風速、風量、風向、變化趨勢等相關數據的處理及分析功能，能實時顯示和查詢監控所採集的數據，並能自動進行超限報警。
( 3) 塌陷區的動態監測系統
塌陷區動態監測系統包括動態監測解譯系統和統計系統兩部分。第一部分主要實現對圖像的顯示、分析和校準等; 第二部分主要實現功能查詢、面積統計和統計圖的繪制等。GIS 主要用於該系統的統計分析。
( 4) 煤礦生產勘探管理中的應用
應用 GIS 進行圖件管理，主要是應用其對柵格圖像的管理功能。這種管理貫穿於煤礦生產勘探設計到勘探資料提交的全部過程。其關鍵技術是柵格圖像的獲取和處理。
( 5) 礦井災害事故預測預報
應用 GIS 復雜而深層次的可視化查詢、分析功能，建立礦井災害事故預測預報系統。例如，在煤礦突水預測預報中，可以選用斷層密度、岩溶發育程度、水壓及隔水層有效厚度、開采方法、頂板管理方法等因素構成模型。通過與實際結果的多次擬合，得出突水指數，最後以圖形的方式輸出危險突水區。同樣，對於礦井中瓦斯及煤塵爆炸、頂板冒落、煤層自然發火、沖擊地壓等災害事故也可以用同樣的方式進行預測預報。
GIS 也可用於突發事故的救災指揮系統，通過 GIS 功能強大的 SQL 查詢，在顯示器上可以看到由 GIS 分析得出的該事故可能波及的范圍、疏散人員的最佳路徑以及該事故可能造成的損失等，管理人員將 GIS 所提供的資料與現場實際情況相結合，進行調度指揮，把事故的損失盡可能降到最低 ( 孫長篙等，2004) 。
( 6) 基於 GIS 數字煤礦的發展
所謂數字煤礦是指在煤礦范圍內建立一個以三維坐標為主線，將煤礦信息構建成一個煤礦信息模型，描述煤礦中每一點的全部信息，按三維坐標組織、存儲起來，並提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段，使有關人員可以快速、准確、充分和完整地了解及利用煤礦各方面的信息。
6. 地理信息系統有何用途
其基本功能抄包括對數據的採集、管理、處理、分析和輸出。同時，地理信息系統依託這些基本功能，通過利用空間分析技術、模型分析技術、網路技術和資料庫集成技術等，更進一步演繹豐富相關功能，滿足社會和用戶的廣泛需要。
從總體上看，地理信息系統的功能可分為：數據採集與編輯、數據處理與存儲管理、圖形顯示、空間查詢與分析以及地圖製作。
(6)地理信息系統的操作和應用實驗報告擴展閱讀
所需要的知識能力：
1、掌握數學、物理、計算機科學等方面的基本理論和基本知識；
2、掌握地理信息系統和地圖學的基本理論、基本知識和基本實驗技能，以及地理信息系統技術開發的基本原理和基本力法；
3、了解相鄰專業如地理學、資源環境與城鄉規劃管理、測繪工程等的一般原理和方法；
4、了解國家科學技術政策、知識產權、可持續發展戰略等有關政策和法規；
5、了解地理信息系統的理論前沿、應用前景和最新發展動態，以及地理信息系統產業發展狀況；
6、掌握資料查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；具有-定的實驗設計、創造實驗條件，歸納、整理、分析實驗結果，撰寫論文，參與學術交流的能力。