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环境管理本质上是空间操作过程。环境管理是以准确无误的地图为基础， 环境管理数据包括：①被描述对象的准确位置（空间数据）。 ②环境对象特性的明确描述（属性数据）。 ③对环境空间数据和属性数据说明的元数据。 通过地图表示环境对象的特征，辅助环境政策制定和环境管理。 20世纪60年代，决策过程趋于定量化，数学模型也变得非常普遍。 在计算机制图出现前，手工制图限制了多数空间分析过程GIS植根于计算机数字制图， 提供了有效处理大量数据和进行空间分析的能力。
1.计算机制图
20世纪70年代早期，计算机制图实现了地图制图自动化。 定义空间特征的点、线、面，表示有序的（，y)坐标集。 （，y)坐标驱动绘图笔以不同色调、尺度和投影快速绘制地图。 计算机制图是现代GIS的先驱，它建立了现代GIS的许多基本概念和程序。 计算机制图的明显优势是可以快速、准确地更新地图和重新绘制整个区域， 而且地图数据格式也由纸张上的墨迹变成了在磁盘存储的数字数据。
2.空间数据库管理
20世纪80年代早期，伴随地图制图数据格式和计算机发展， 空间数据库管理系统将计算机制图能力与传统数据库管理能力联系起来。 采用ID号连接空间特征和属性数据，由此用户能够在地图上点击査询任何位置， 恢复给定位置的信息。用户能够指明条件集，査询相关信息并显示在地图上。 当时，出现了矢量数据结构和栅格数据结构。80年代中期， 根据数据本质、数据处理过程，确定适当的数据结构是GIS领域的共识。
对地图数据需求的快速增长，让人们更重视数字地图的实用性、准确性和标准。 地图数字化也从手扶数字化仪到扫描仪， 出现了地图编码和数据库设计等新型产业和市场。 一些国家性和国际性组织建立了必要的数字地图标准， 确保不同系统之间数据的兼容。 GIS数据库的开发也从昂贵的个人投资项目发展为公共投资的综合信息资源。
3.GIS模拟
随着技术的进步，GIS应用重点由已有数据库的描述性“空间査询”转换为地图数据的说明性分析。 GIS成功地模拟了地图光桌功能，具有距离、方向计算能力，逐步模拟用户地图分析的日常工作。
20世纪80年代中期，多数GIS具有空间査询功能， 也出现了空间分析的综合理论。这些理论是建立在空间信息的数字化基础上， 数字化表示，使定量分析过程成为可能。 通过数学操作（分析过程）和数据概括（空间査询）描述空间关系。 对应的环境管理领域出现了革命性的新模型，即空间统计和空间分析。
空间统计主要用于描述、预测和优化连续数据的空间分布和空间模式分析， 统计描述了数据的空间变异。如农田环境管理中， 使用GIS空间统计模型调査作物品质、产量与土壤关系， 空间插值方法追踪作物、土壤重金属的空间变异。 使用从简单回归到基于知识模型的多种预测技术建立作物产最、品质与土壤重金属之间的关系。 也可以结合定位技术，在农田环境管理上优化土壤重金属影响的缓解措施， 修复污染的土壤环境。在资源与环境管理领域，空间分析应用也有快速增加。 如野生动、植物管理者借助空间分析.考虑人口密度、 人类活动等相关因子，通过地图代数运算，找出待保护的环境敏感区。
GIS模拟是一个快速扩大的工具箱，不仅覆盖传统的数学运算方法， 而且逐步增加一些专业模型。GIS技术不是简单的传统环境分析方法的自动化， 也在快速地改变环境科学，支持环境管理与决策。
4.空间推理
进入20世纪90年代,GIS逐步建立在认知基础上。 GIS由制图、数据库管理、分析模拟，走向空间推理。 环境空间决策不单纯是数学描述，还有人类规则、态度、信仰、 判断和理解等难以定量化知识。在G1S基础上，建立环境领域知识库， 模拟人类推理机制，进行环境空间推理，消解人类利益冲突， 实现环境管理智能化，是现代GIS技术方向。