农田地理信息系统是实现精准农业概念的核心系统，管理精准农业所有信息，进行农作物空间分析，给出准确可靠的农事操作方案。目前用于精准农业的地理信息系统在国内尚未见报道，除一般地理信息系统的功能外，要建立适合我国国情的、今后可以推广的精准农业地理信息系统，重点需要解决：（1）适合精准农业的数据库应用；（2）适合精准农业的空间分析系统；（3）与信息采集、遥感信息、农机控制等的接口。
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农田GIS 数据库系统
数据库是精准农业农田地理信息系统的基础，数据来源于地理背景、本底调查、实时农田采集、以及经济的数据，主要的数据库有：
（1）地理背景数据库：试验示范地在北京的位置（行政区），试验示范地在小汤山镇的位置（行政区），1：1000地形图和全要素底图，农业设施，科学（气象站）、境界，地形，和土地利用（耕地、园地、林地、草地等）等；
（2）GPS数据库：GPS控制点，土壤、环境、水分等采样点的GPS点数据；
（3）土壤数据库：土壤类型、土壤剖面、土壤质地、耕作层与A层厚度、土壤养分淋洗等、土壤容重、土壤养分（土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾）、土壤微量元素（硼、锰、铜、锌等）、土壤含水量、土壤渗透性、田间持水量数据等，与地理背景数据叠加可以形成土壤要素空间分布图，不同深度土壤图等；
（4）环境数据库：水（井水）、土壤、植物、空气等，分析铅、汞、镉、 砷、总氮、速效氮、总磷、速效磷、有机质、有机磷等项目；
（5）气象资料数据：经纬度、海拔、日照时数、日平均温度、日温度极值、空气相对湿度、风速、日降水量、水汽压等；
（6）作物数据库：作物种类、作物品种、生态适应性，生长发育，农艺形状，抗性，品质，作物营养需求（水分、养分等），病虫害等；
（7）农业生产条件数据库：化肥投入、灌溉条件、播种面积、种植制度、产量水平、农药使用量、价格等；
（8）化肥农药数据库：品名、价格、形状、作用等；
（9）影像数据库：航片、卫星数据等；
精准农业的空间分析系统
精准农业需要特别的程序进行空间分析，以决策施肥、灌溉、播种、除草、灭虫等农事操作，要开发适合我国国情的空间分析软件。这种空间分析有：
（1）作物产量空间分布；
（2）土壤养分的空间分布；
（3）土壤水分空间分布；
（4）土壤微量元素空间分析；
（5）作物需求空间分析；
（6）环境空间分析等。
以及综合分析。它是专家系统的信息源之一，也是专家系统决策结果的空间分布载体，系统必须达到准确可靠，便于农业机械执行。
"精准农业"最先应用于发达国家的大型农场，它最基础的技术路线和原则是在充分了解土地资源和作物群体的基础上，因地制宜地根据田间每一操作单元的具体情况，精细准确地调整各项管理措施和各项物资投入的量，获取最大的经济效益。因此，它也适用于以县、乡(镇)、村为单元的我国农业生产。由传统模式逐步向发达国家精准农业发展模式转变过程中，GIS有着巨大作用。 GIS可以被用于农田土地数据管理,查询土壤、自然条件、作物苗情、作物产量等数据，并能够方便地绘制各种农业专题地图，也能采集、编辑、统计分析不同类型的空间数据，在精准农业中GIS可以应用于绘制作物产量分布图和进行农业专题地图分析。通过GIS提供的覆合叠加功能将不同农业专题数据组合在一起，形成新的数据集。例如,将土壤类型、地形、作物覆盖数据采用覆合叠加,建立三者在空间上的联系，可以很容易分析出土壤类型、地形、作物覆盖之间的关系。
目前地理信息系统已经进入了新的发展阶段,成为一种包括硬件生产、软件研制、数据采集、空间分析及咨询服务的新兴信息产业。GIS技术的发展一方面是基于Client/Server结构,即客户机可在其终端上调用在服务器上的数据和程序。另一方面是通过互联网络发展InternetGIS或Web-GIS，可以实现远程寻找所需要的各种地理空间数据，包括图形和图像，而且可以进行各种地理空间分析。这种发展是通过现代通讯技术使GIS进一步与信息高速公路相接轨，而且借助于通讯技术，可以将遥感（RS）、全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）有机地集成起来，成为各行各业，包括农业发展和进步的有力技术手段。
地理信息系统与传统地图相比最大优点是能够很快地将各种专题要素地图组合在一起，产生出新的地图。将不同专题要素地图叠加在一起，可以分析出土地上各种限制因子对作物的相互作用与相互影响，从中可以发现它们之间的关系，如土壤pH值与产量的关系。利用已存贮的土壤背景数据库和农田灌溉、施肥、种子等数据库进行分析，作出判断,形成 "诊断图"，将这些结果与MIS等相结合进行综合分析，结合社会经济信息作出投入产出的估算，提出精准农业实施计划。在土壤普查原始数据及历年农业统计报表基础上，用数据库形式,以县、乡(镇)、村为单位,建立起以土壤、作物信息等数据为基础进行技术分析并提出最佳施肥方案的GIS施肥指导系统，实现精准施肥。
地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
位置与地理信息既是LBS的核心，也是LBS的基础。一个单纯的经纬度坐标只有置于特定的地理信息中，代表为某个地点、标志、方位后，才会被用户认识和理解。用户在通过相关技术获取到位置信息之后，还需要了解所处的地理环境，查询和分析环境信息，从而为用户活动提供信息支持与服务。
地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”（Geographic Information Science），近年来，也有称GIS为"地理信息服务"（Geographic Information service）。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。
中文名
地理信息系统
外文名
Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS
别名
地学信息系统
英文缩写
GIS
常见软件
超擎图形
快速
导航
特点
产品分类
实现方法
建模系统
GIS
开源软件
开发工具
发展空间
普适品牌
语义学
社会应用
专业设置
历史发展
古往今来，几乎人类所有活动都是发生在地球上，都与地球表面位置（即地理空间位置）息息相关，随着计算机技术的日益发展和普及，地理信息系统（Geography Information System，GIS）以及在此基础上发展起来的“数字地球”、“数字城市”在人们的生产和生活中起着越来越重要的作用。
GIS可以分为以下五部分：
人员，是GIS中最重要的组成部分。开发人员必须定义GIS中被执行的各种任务，开发处理程序。 熟练的操作人员通常可以克服GIS软件功能的不足，但是相反的情况就不成立。最好的软件也无法弥补操作人员对GIS的一无所知所带来的负作用。
数据，精确的可用的数据可以影响到查询和分析的结果。
硬件，硬件的性能影响到软件对数据的处理速度，使用是否方便及可能的输出方式。
软件，不仅包含GIS软件，还包括各种数据库，绘图、统计、影像处理及其它程序。
过程，GIS 要求明确定义，一致的方法来生成正确的可验证的结果。
地理信息系统的组成
GIS属于信息系统的一类，不同在于它能运作和处理地理参照数据。地理参照数据描述地球表面(包括大气层和较浅的地表下空间)空间要素的位置和属性，在GIS中的两种地理数据成分：空间数据，与空间要素几何特性有关；属性数据，提供空间要素的信息。
地理信息系统（GIS）与全球定位系统(GPS)、遥感系统(RS)合称3S系统。
地理信息系统(GIS) 是一种具有信息系统空间专业形式的数据管理系统。在严格的意义上, 这是一个具有集中、存储、操作、和显示地理参考信息的计算机系统。例如，根据在数据库中的位置对数据进行识别。
ARCGIS网络分析学习――物流最佳路径网络分析
一、实验目的
网络分析是GIS空间分析的重要功能。
有两类网络，一为道路(交通)网络，一为实体网络(比如，河流，排水管道，电力网络)。
此实验主要涉及道路网络分析，主要内容包括： 最佳路径分析，如：找出两地通达的最佳路径——物流最佳路径网络分析。
通过对本实习的学习，应达到以下几个目的：加深对网络分析基本原理，方法的认识； 熟练掌握ARCGIS下进行道路网络分析的技术方法。
结合实际，掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。
二、实验准备软件准备
ArcMap，要求有网络分析扩展模块的许可授权
数据准备： Shape文件创建网络数据集(高速公路：Highways， 主要街道：Major Streets， 公园：Parks，湖泊：Lakes，街道：Streets) Geodatabase网络数据集：NetworkAnalysis。mdb：包含：街道图层，Streets； 仓库图层，Warehouses； 商店图层：Stores；
在ArcMap中加载启用NetWork Anylyst网络分析模块： 执行菜单命令[工具Tools][Extensions]， 在[Extensions]对话框中点击 [Network Analyst] 启用网络分析模块，即装入Network Analyst空间分析扩展模块。
道路网络分析步骤 1。 创建分析图层 2。 添加网络位置 3。 设置分析选项 4。 执行分析过程显示分析结果
三、实验内容及步骤
(一) 最佳路径分析根据给定的停靠点，查找最佳路径(物流最佳路径)
1.1 数据准备
(1).双击ArcMap工程，或从ArcMap中打开工程EX10_1.mxd。
(2).如果网络分析扩展模块(Network Analyst Extension)已经启用(参考实验准备中的步骤)
(3).如果网络分析工具栏没有出现，则在工具栏显区点右键打开或执行菜单命令[View-视图][Toolbars-工具栏]，并点击[Network Analyst]以显示网络分析工具栏。
(4)如果网络分析窗口没有推开，则在网络分析工具栏中点击网络分析窗口按钮(上图红色区域)，以打开网络分析窗口；
注意：这是一个悬停窗口，它可以嵌入并固定在ArcMap的窗体中，或是作为一个单独的窗口悬浮在操作区上。在练习中，为了方便可以将其固定在TOC面板之下。
1。2 创建路径分析图层
在网络分析工具栏[ Network Analyst]上点击下拉菜单[Network Analyst]，然后点击[New Route]菜单项。 此时在网络分析窗口[ Network Analyst Window]中包含一个空的列表，显示停靠点(Stops)，路径(Routes)，路障(Barriers)的相关信息。同时，在TOC(图层列表)面板上添加了新建的一个路径分析图层[Route]组合。
1。3 添加停靠点
通过以下步骤添加停靠点，最佳路径分析将找到最佳的经停顺序以计算并得到最佳路径
(1) 在网络分析窗口[Network Analyst Window]中点选Stops(0)。
(2)。 在网络分析工具栏[Network Analyst]上点击"新建网络位置"[Create Network Location]工具。
(3) 在地图的街道网络图层的任意位置上点击以定义一个新的停靠点。 程序将在街道网络上自动的计算并得到一个距离给定位置最近的停靠点，已定义的停靠点会以特别的符号进行显示。停靠点会保持被选中的状态，除非它被明确地反选(Unselected)或者又新增了一个另外的停靠点。停靠点的所在的位置会同时显示一个数字"1"，数字表示经停的顺序。
(4) 再添加4 个停靠点。 新增加的停靠点的编号为2，3，4，5。经停的顺序可以在网络分析窗口[Network Analyst Window]中更改。第一个停靠点被认定为出发点，最后一个停靠点被认定为是目的地。 如果一个停靠点无法定位于道路网络上，则会显示一个"未定位"的符号。 "未定位"的停靠点可以通过移动操作将其定位到道路网络上，在网络分析[Network Analyst]工具栏上点选[选择/移动网络位置] [Select/Move Network Location]按钮，使用此工具将"未定位"的停靠点拖放到附近的道路网络上。
1。4 设置分析选项
以下操作基于规则(单向行驶规划必须遵守，任意路口可以调头)计算最省时间的线路 (1)。 如图所示，在网络分析窗口[Network Analyst Window]中点击分析图层属性按钮[Analysis Layer Properties] 打开图层Route的属性设置对话框：
(2) 在分析图层-Route属性对话框中，点击分析设置[Analysis Settings]选项页，并确认-阻抗[impedance]设置为分钟Minutes (Minutes)。
(3)。不使用时间限制 (保持Use Time Windows 前的检查框为非选中状态)。当必须在规定时间在某个停靠点停留时才使用这个选项，选则这个选项后可以通过设置停靠点属性来设置某个停靠点到达的时间，离开的时间(在ArcMap联机帮助中查询关键词network analysis， routing with time windows 可以了解详细内容)
(4)。不使用"经停点重排序功能"(保持[Reorder stops to Find Optimal Route]检查框为未选中状态)。这保证了经停顺序为你事先指定的顺序。
(5) 在"允许路口调头"[Allow U-turns]下拉列表中选择 任何路口[EveryWhere]
(6)。在"输出图形类型"[Output Shape Type]下拉列表中选择 实际形状[True Shape]
(7)。选中"忽略无效位置"[Ignore Invalid Locations]检查框。这样分析时将会忽略那些不在道路网络上的停靠点。
(8)。在"约束规划"[Restrictions]列表框中选择单行线[Oneway]。
(9) 点击方向[Directions]选项页，确定距离单位[Distance Units]设置为米[Meters]， 显示时间[Display Time]检查框被选中，时间属性[Time Attribute]被设置为分钟[Minutes]。点击[确定]按钮退出"图层属性"对话框。
1。5 运行最佳路径分析得到分析结果在网络分析工具栏[Network Analyst]上点击"求解"[Solve]按钮。
分析结果-最佳路径线状要素图层将在地图中显示，在"网络分析窗口"[Network Analyst Window]中"路径"[Route]目录下也会同时显示：
(2)。在网络分析窗口[Network Analyst Window]中点击Route树状结点左边的加号(+)显示最佳路径
(3)。右键击最佳路径"Graphic Pick…"或在网络分析工具栏中点击方向[Direction]按钮打开"行驶方向"窗口。
(4)。在行驶方向[Directions]窗口中点击"超链接"[Map]可以显示转向提示地图
(5)。 关闭"行驶方向"[Directions]窗口
1。6 设置路障(barrier)
通过在行驶路径步增加障碍，表示真实情况下，道路上无法通行的路障。在进行最佳路径分析将会绕开这些路径查找替代路线
(1)。在ArcMap的中执行菜单命令[Window][Magnier]显示放大镜窗口[Magnier]
(2)。通过按住放大镜窗口[Magni er]的标题栏在地图上移动，在地图中找到已经计算得到的最佳路径，松开鼠标。这时最佳路径的一部分应该显示在放大镜窗口[Magni er]的中心位置，我们将这这个区域的某个路段上放置一个路障
(3)。在网络分析窗口[Network Analyst Window]中单击"路障"[Barrier (0)]。
(4)。在网络分析工具栏[Network Analyst]上点击"新建网络位置"[Create Network Location]工具按钮。
(5)。在放大镜窗口[Magni er]中最佳路径上的某个位置放置一个路障。
(6)。在网络分析工具栏[Network Analyst]上点击"求解"[Solve] 按钮，得到新的最佳路径，从而避开路障
(8)。关闭"放大镜"[Magni er] 窗口
1。7 保存分析结果
最佳路径 (1)。 在网络分析窗口[Network Analyst Window]中右键点击"路径"[Routes (1) ]，在出现的右键菜单中点击"导出数据"[Export Data]菜单命令。
(2)。在"导出数据"[Export Data]对话框中指定导出的文件命，比如"D：\Ex10_1\Ex10_Route。shp"
(3)。点击[OK]按钮，最佳路径就会保存为指定的Shape文件。。
(4)。当ArcMap询问"是否要将导出数据作为一个图层添加到地图中"时，点击否[NO]
(5) 关闭ArcMap
GIS的国际发展历史
GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图，1960年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson 提出了把地图变成数字形式的地图，1963年，又提出GIS这一本术语，并建立了第一个GIS－加拿大GIS，随后GIS以燎原之势在全世界迅速发展起来。
1、60年代，探索时期(GIS思想和技术方法的探索)人们关注什么是GIS，GIS能干什么。
2、70年代，巩固时期，这时由于计算机技术及其在自然资源和环境数据处理的应用，促进 GIS迅速发展。
这期间，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理这三个方面。
3、80年代，实用阶段，也是GIS普遍发展和推广应用阶段，人们把GIS与RS解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等。
4、90年代，全面应用，产业化阶段，对GIS进一步研究，研究的内容集中在：空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等。
●国际GIS的发展状况
GIS的国内发展历史
●我国GIS起步较晚，但发展较快，分为以下几个阶段：
1、70年代，准备阶段：
一些知名人士GIS先驱看到GIS的广阔前景和GIS的重要性，进行极积呼吁，为GIS在我国的发展奠定了与论准备基础并做了一些可行性实验。
2、 80年代，试验起步阶段：
这期间，我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些典型，试验专题试验软件开发工作。
3、90年代，我国GIS发展阶段：
我国改革开放以来，沿海，治江经济开发区的发展土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，这也推动GIS在我国的全面发展。
4、96年以来，是我国GIS产业化阶段。