1、第一章第一章 绪论绪论 lGISGIS能干什么能干什么120120急救急救 假如有人心脏病突发时拨打了假如有人心脏病突发时拨打了120120急救电话，电话接急救电话，电话接通时工作人员马上从电脑上看到来电所显示的准确通时工作人员马上从电脑上看到来电所显示的准确区域、楼层、房号，乃至显示最近的救援路线，那区域、楼层、房号，乃至显示最近的救援路线，那这个人很可能就得救了；这个人很可能就得救了；Google MapsGoogle Maps、Google EarthGoogle Earth等公众地理信息服务系统等公众地理信息服务系统图行天下图行天下Go2mapGo2map、E E都市、神州龙地图、我要
2、地图、都市、神州龙地图、我要地图、MapABCMapABC等等。等等。公园选址公园选址如何为一公如何为一公园选择合理园选择合理位置？位置？交通方便，较交通方便，较安静；依山傍安静；依山傍水；避免沼泽水；避免沼泽地地要求要求方案方案2 2条件条件2 2方案方案1 1条件条件1 1处理、分析处理、分析空间分空间分析算法析算法现实世界现实世界获取获取水系信息水系信息地形信息地形信息道路信息道路信息植被信息等植被信息等+空间空间数据库数据库存储存储l公园选址条件：公园选址条件：1)1)相对安静（离主要公路相对安静（离主要公路0.20.2公里之外）且交通方便（离公里之外）且交通方便（离主要公路主要公路0
3、.80.8公里之内）公里之内）2)2)公园最好依附在大小适中的天然河流上。公园最好依附在大小适中的天然河流上。3)3)公园选址要避免沼泽地；公园选址要避免沼泽地；l相关数据，提供三层数据：相关数据，提供三层数据：交通图（公路分为主要、次要两个等级）交通图（公路分为主要、次要两个等级）-Road-Road层；层；水系图（河流分为水系图（河流分为1-31-3等）等）-Stream-Stream层，等级为层，等级为2 2的河的河流才适合建公园。流才适合建公园。沼泽地图（类型为沼泽地图（类型为1 1是沼泽地，是沼泽地，9999为非沼泽地）为非沼泽地）-marshmarsh层；层；l针对公园选址的要求，
4、列出空间操作顺序：针对公园选址的要求，列出空间操作顺序：a)a)对对RoadRoad层中的主要公路建立层中的主要公路建立0.80.8、0.20.2公里缓冲公里缓冲区，将两缓冲区进行空间叠置得到公园候选区区，将两缓冲区进行空间叠置得到公园候选区域域-zones-zones。b)b)将将MarshMarsh层和层和zoneszones进行多边形空间叠置分析，进行多边形空间叠置分析，取位于取位于zonezone内的非沼泽地区域内的非沼泽地区域ZmarshZmarsh；c)c)将将StreamStream层与层与ZmarshZmarsh进行空间叠置，取位于进行空间叠置，取位于ZmarshZmarsh内
5、，等级为内，等级为2 2的河流段作为公园建立的候的河流段作为公园建立的候选地址。选地址。本章内容：本章内容：1.1.GISGIS的基本概念的基本概念2.2.GISGIS的构成的构成3.3.GISGIS的基本功能的基本功能4.4.GISGIS的应用的应用 5.5.GISGIS与相关学科、技术的关系与相关学科、技术的关系6.6.GISGIS的发展概况的发展概况 1 GIS1 GIS的基本概念的基本概念Data,InformationData,InformationInformation DataInformation DataSpatial Data,Geospatial Data,Geograp
6、hic Data:Spatial Data,Geospatial Data,Geographic Data:Data Data about geographic objects,including spatial,attribute about geographic objects,including spatial,attribute and temporal characteristics.and temporal characteristics.Spatial Information,Geospatial Information,Geographic Spatial Informatio
7、n,Geospatial Information,Geographic InformationInformationGeospatialGeospatial Information GeospatialInformation Geospatial DataData1.1 1.1 信息与地理信息信息与地理信息l1.1.1 1.1.1 数据和信息数据和信息数据数据（DataData）是一种未经加工的原始资料，数字、文字、是一种未经加工的原始资料，数字、文字、符号、图形图像等都是数据；符号、图形图像等都是数据；信息信息（InformationInformation）来源来源于数据。于数据。数据是客观
8、对象的表示，数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，而信息则是数据内涵的意义，是数据的内容和解释。是数据的内容和解释。例如，从学生考试成绩数据中可获取到有关信息；例如，从学生考试成绩数据中可获取到有关信息；从测量数据中可以抽取出地面目标或物体的形状、从测量数据中可以抽取出地面目标或物体的形状、大小和位置等信息；大小和位置等信息；从遥感图像数据中可以提取出从遥感图像数据中可以提取出各种地物的图形大小和专题信息。各种地物的图形大小和专题信息。信息信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，来表示事件、事物、现象
9、等的内容、数量或特征，并向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实并向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。决策的依据。信息的特征：信息的特征：客观性、适用性、可传输性和共享客观性、适用性、可传输性和共享性。性。l客观性：客观性：任何信息都是与客观事实紧密任何信息都是与客观事实紧密相关的，具有本质意义特征，它是对客相关的，具有本质意义特征，它是对客观事物存在状态、行为过程、现象规律观事物存在状态、行为过程、现象规律的外在表征表达，这是信息正确性和精的外在表征表达，这是信息正确性和精确度的保证。确度的保
10、证。l适应性：适应性：问题不同，影响因素不同，问题不同，影响因素不同，需要的信息种火龙果不同的。需要的信息种火龙果不同的。l传输性：传输性：信息可以在信息发送者和接受者之信息可以在信息发送者和接受者之间传输，发送者将信息编码后，在信息通道间传输，发送者将信息编码后，在信息通道中实时转移，接受者获取后，对其进行解译，中实时转移，接受者获取后，对其进行解译，这便是这便是“香农香农”信息熵传输过程。在信息系信息熵传输过程。在信息系统中既包括系统把有用信息送至终端设备统中既包括系统把有用信息送至终端设备（包括远程终端）和以一定的形式或格式提（包括远程终端）和以一定的形式或格式提供给有关用户，也包括信息
11、在系统内各个子供给有关用户，也包括信息在系统内各个子系统之间的流转和交换，如网络传输技术。系统之间的流转和交换，如网络传输技术。l共享性：共享性：信息与实物不同，信息可以传输信息与实物不同，信息可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。并无损失。信息的这些特点，使信息成为当代社会发展信息的这些特点，使信息成为当代社会发展的一项重要资源。的一项重要资源。数据与信息的区别及联系数据与信息的区别及联系l信息源自数据，是数据不一定是信息。信息源自数据，是数据不一定是信息。l信息是经过加工后的数据，它对接受者有信息是经过加工后的数据，它对接受者有用，对决策
12、或行为有现实或潜在的价值。用，对决策或行为有现实或潜在的价值。l信息是与物理介质有关的数据表达；数据信息是与物理介质有关的数据表达；数据中所包含的意义就是信息。中所包含的意义就是信息。p 数据是记录下来的某种可以识别的符号，数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以由一种数据具有多种多样的形式，也可以由一种数据形式转换为其他数据形式，但其中包含的形式转换为其他数据形式，但其中包含的信息的内容不会改变。信息的内容不会改变。p 数据是信息的载体，但并不就是信息。只数据是信息的载体，但并不就是信息。只有理解了数据的含义，对数据做出解释，有理解了数据的含义，对数据做出解释，才能提取
13、数据中所包含的信息。对数据进才能提取数据中所包含的信息。对数据进行处理（运算、排序、编码、分类、增强行处理（运算、排序、编码、分类、增强等）就是为了得到数据中包含的信息。等）就是为了得到数据中包含的信息。l数据是原始事实，信息是数据处理的结数据是原始事实，信息是数据处理的结果；果；l对某个人而言是信息，对另一个人来说对某个人而言是信息，对另一个人来说可能是数据；可能是数据；l信息必须是有意义或有用的；使用的信信息必须是有意义或有用的；使用的信息必须是完整、精确、相关和及时的。息必须是完整、精确、相关和及时的。人的知识、经验作用到数据上，可以得人的知识、经验作用到数据上，可以得到信息，而获得信息
14、量的多少，与人原到信息，而获得信息量的多少，与人原有的知识水平有关。有的知识水平有关。1.1.2 1.1.2 地理信息（空间信息、地理空间信息）地理信息（空间信息、地理空间信息）l地理数据（空间数据、地理空间数据）地理数据（空间数据、地理空间数据）是地是地理实体及相互间关系的符号化表示，包括理实体及相互间关系的符号化表示，包括空空间特征、属性特征及时间特征间特征、属性特征及时间特征。l地理信息（地理信息（Geographic InformationGeographic Information）是有关是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征及地理实体的性质、特征和运动状态的表征及一切有用的知识
15、，一切有用的知识，它是对表达地理要素与地它是对表达地理要素与地理现象之间关系的地理数据的解释。理现象之间关系的地理数据的解释。1.1.3 1.1.3 地理信息的特征地理信息的特征1 1）空间特征：）空间特征：地理实体的空间位置及其相互关系，地理实体的空间位置及其相互关系，表现为表现为多维结构，多维结构，是地理信息区别于其它类型信是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志；息的最显著标志；2 2）属性特征：）属性特征：表示地理实体的名称、类型和数量等；表示地理实体的名称、类型和数量等；3 3）时间特征：）时间特征：指实体随时间而发生的相关变化的信指实体随时间而发生的相关变化的信息（属性数据或空间数
16、据的变化）。息（属性数据或空间数据的变化）。l空间特征、属性特征、时间特征空间特征、属性特征、时间特征是地理信息（地是地理信息（地理数据）的理数据）的3 3个基本特征。个基本特征。4 4）数据量大：）数据量大：地理信息既有空间特征，又有地理信息既有空间特征，又有属性特征，另外地理信息还随着时间的变化属性特征，另外地理信息还随着时间的变化而变化，具有时间特征，因此其数据量很大。而变化，具有时间特征，因此其数据量很大。尤其是随着全球对地观测计划不断发展，每尤其是随着全球对地观测计划不断发展，每天都可以获得上万亿兆的关于地球资源、环天都可以获得上万亿兆的关于地球资源、环境特征的数据。境特征的数据。1
17、.2 1.2 信息系统信息系统l信息系统信息系统是具有是具有采集、管理、加工和表达数采集、管理、加工和表达数据能力据能力的系统，的系统，并能回答用户一系列问题的并能回答用户一系列问题的系统系统。它是由。它是由计算机硬件、软件、数据和用计算机硬件、软件、数据和用户户四大要素组成。四大要素组成。l从从适用于不同管理层次适用于不同管理层次的角度出发，信息系的角度出发，信息系统分为统分为事务处理系统、事务处理系统、管理信息系统、专家管理信息系统、专家系统系统和决策支持系统等。和决策支持系统等。附加附加l（1 1）定义：信息系统是现代管理与决策工作的）定义：信息系统是现代管理与决策工作的重要手段，即指具
18、有采集、管理、分析和表达重要手段，即指具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。决策过程提供有用的信息。l（2 2）类型：从操作、管理的角度来考虑，信息）类型：从操作、管理的角度来考虑，信息系统又可分为企业或事业管理信息系统、财务系统又可分为企业或事业管理信息系统、财务管理信息系统等一般管理信息系统管理信息系统等一般管理信息系统（Management Information System,Management Information System,简称简称MISMIS）和）和空间信息系统（空间信息系统（Sp
19、atial Information System,Spatial Information System,简称简称SISSIS）。由于地理信息系统（简称）。由于地理信息系统（简称GISGIS）涉及地）涉及地球空间信息及相关内容，所以有人就把球空间信息及相关内容，所以有人就把GISGIS看成看成SISSIS。附加附加l（3 3）常见的信息系统）常见的信息系统 管理信息系统（管理信息系统（MISMIS）土地信息系统（土地信息系统（LISLIS）空间信息系统（空间信息系统（SISSIS）地理信息系统（地理信息系统（GISGIS）GIS是特殊的信息系统1.3 1.3 地理信息系统地理信息系统GISGIS
20、-G Geographic eographic I Information nformation S SystemystemGIS GIS -G Geo-eo-I Information nformation S ServiceerviceGISGIS -G Geo-eo-I Information nformation S Sciencecience图图 不同历史时期不同历史时期GIS含义的变化含义的变化 1.3.1 1.3.1 地理信息系统概念地理信息系统概念l地理信息系统是一种特定的十分重要的地理信息系统是一种特定的十分重要的空间信息系统空间信息系统。l不同领域、不同专业对不同领域、不同
21、专业对GISGIS的理解不同，的理解不同，目前没有完全统一目前没有完全统一的被普遍接受的定义：的被普遍接受的定义：1 1）美国学者）美国学者ParkerParker认为认为“GISGIS是一种存贮、分析和显示是一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的信息技术空间与非空间数据的信息技术”。2 2）加拿大的）加拿大的Roger TomlinsonRoger Tomlinson认为认为“GISGIS是全方位分析和是全方位分析和操作地理数据的数字系统操作地理数据的数字系统”。3 3）GoodchildGoodchild把把GISGIS定义为定义为“采集、存贮、管理、分析和采集、存贮、管理、分析和显示有关
22、地理现象信息的综合系统显示有关地理现象信息的综合系统”。4 4）BurroughBurrough认为认为“GISGIS是属于从现实世界中采集、存储、是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具”。5 5）俄罗斯学者也把）俄罗斯学者也把GISGIS定义为定义为“一种解决各种复杂的地理相关一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合问题，以及具有内部联系的工具集合”。6 6）美国国家地理信息与分析中心给出的定义：）美国国家地理信息与分析中心给出的定义：“GISGIS为了获取、为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据
23、而建立的计算机化的数存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统据库管理系统”。7 7）英国教育部认为：）英国教育部认为：“GISGIS是一种获取、存储、检索、操作、是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统分析和显示地球空间数据的计算机系统”。8 8）美国联邦数字地图协调委员会认为：）美国联邦数字地图协调委员会认为：“GISGIS是由计算机硬件、是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规的采集、管理、处理、分析、建
24、模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题划和管理问题”。l我们认为：我们认为：地理信息系统地理信息系统是一种采集、存储管理、是一种采集、存储管理、处理、分析、显示和应用处理、分析、显示和应用地理数据地理数据的计算机系统。的计算机系统。1.3.2 GIS1.3.2 GIS与其它信息系统的区别和联系与其它信息系统的区别和联系 信息系统（信息系统（IS)IS)非空间信息系统非空间信息系统空间信息系统（空间信息系统（SISSIS）如厂矿企业管理、如厂矿企业管理、财务等财务等MISMIS非地理信息系统非地理信息系统CAD/CAMCAD/CAM地理信息系统（地理信息系统（GISGIS）专题专题GISGIS综
25、合信息系统综合信息系统地籍信息系统地籍信息系统城市管线信息系统城市管线信息系统城市规划城市规划与管理与管理ISIS区域资源区域资源与环境与环境ISIS（1 1）GISGIS与一般与一般MISMISlGISGIS区别于其它信息系统的一个显著标志是区别于其它信息系统的一个显著标志是 具有空间分析功具有空间分析功能。能。lGISGIS离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数据模离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数据模型、数据存储、检索等都是型、数据存储、检索等都是GISGIS广泛使用的核心技术。广泛使用的核心技术。lGISGIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用对空间数据和属性
26、数据共同管理、分析和应用，而一般而一般MISMIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓储与查询，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。扑关系，其图形显示功能也很有限。l如电话查号台是一个一般如电话查号台是一个一般MISMIS，只能回答用户询问的电话号码，只能回答用户询问的电话号码，而而通信地理信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的通信地理信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的地理分布、空间密度、最近的邮局等空间关系信息。地理分布、空间密
27、度、最近的邮局等空间关系信息。（2 2）GISGIS与与CAD/CAMCAD/CAMl管理了图形数据和属性数据的系统不一定管理了图形数据和属性数据的系统不一定是是GISGIS，如计算机辅助设计，如计算机辅助设计(Computer Adided Computer Adided DesignDesign，CADCAD)，计算机辅助制图，计算机辅助制图(Computer Computer Adided MappingAdided Mapping，CAMCAM)。它们之间的异同点。它们之间的异同点见表见表1-11-1和和1-2.1-2.表表1-1 GIS1-1 GIS与与CADCAD的异同点的异同点G
28、ISGIS与与CADCAD共同点共同点GISGIS与与CAD CAD 不同点不同点都有坐标系统；都有坐标系统；都能将目标和参考都能将目标和参考系联系起来；系联系起来；都能描述图形数据都能描述图形数据的拓扑关系；的拓扑关系；都能处理属性和空都能处理属性和空间数据间数据CADCAD研究对象为人造研究对象为人造对象对象规则几何图形规则几何图形及组合；及组合；图形功能特别是三维图形功能特别是三维图形功能强，属性库图形功能强，属性库功能相对较弱；功能相对较弱；CADCAD中的拓扑关系较中的拓扑关系较为简单；为简单；一般采用几何坐标系一般采用几何坐标系 。GISGIS处理的数据大多来自处理的数据大多来自于
29、现实世界，较之人造于现实世界，较之人造对象更复杂，数据量更对象更复杂，数据量更大；数据采集的方式多大；数据采集的方式多样化；样化；GISGIS的属性库结构复杂，的属性库结构复杂，功能强大；功能强大；强调对空间数据的分析强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频，图形属性交互使用频繁；繁；GISGIS采用地理坐标系采用地理坐标系 。表表1-2 GIS1-2 GIS与与CAMCAM的异同点的异同点GISGIS与与CAMCAM共同点共同点GISGIS与与CAM CAM 不同点不同点都有地图输出、都有地图输出、空间查询、分析空间查询、分析和检索功能和检索功能 CAMCAM侧重于数据查询、侧重于数据查询、
30、分类及自动符号化，具分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生有地图辅助设计和产生高质量矢量地图的输出高质量矢量地图的输出机制；机制；它强调数据显示而不是它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系；往缺乏拓扑关系；它与数据库的联系通常它与数据库的联系通常是一些简单的查询。是一些简单的查询。CAMCAM是是GISGIS的重要组的重要组成部分；成部分；综合图形和属性数综合图形和属性数据进行深层次的空据进行深层次的空间分析，提供辅助间分析，提供辅助决策信息。决策信息。1.3.3 1.3.3 地理信息系统分类地理信息系统分类l地理信息系统根据其内容可分为两大基本类型：地理
31、信息系统根据其内容可分为两大基本类型：一是一是工具型地理信息系统工具型地理信息系统，也就是，也就是GISGIS工具软件，如工具软件，如ArcGISArcGIS、MapInfoMapInfo等，具有空间数据输入、存储、处理、等，具有空间数据输入、存储、处理、分析和输出等分析和输出等GISGIS基本功能。基本功能。二是二是应用型地理信息系统应用型地理信息系统，以某一专业、领域或工作，以某一专业、领域或工作为主要内容，包括专题地理信息系统和区域综合地理为主要内容，包括专题地理信息系统和区域综合地理信息系统；信息系统；在通用的地理信息系统工具支持下建立开发应用型地在通用的地理信息系统工具支持下建立开发
32、应用型地理信息系统。理信息系统。（1 1）专题地理信息系统专题地理信息系统（Thematic GISThematic GIS），是具有有限），是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定的专门目的服目标和专业特点的地理信息系统，为特定的专门目的服务。例如，务。例如，森林动态监测信息系统、水资源管理信息系森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、矿业资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资统、矿业资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统源管理信息系统、水土流失信息系统等。等。（2 2）区域综合地理信息系统区域综合地理信息系统（Regional GISRegion
33、al GIS），主要以），主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以有不同的区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模，如规模，如国家级的、地区或省级的、市级和县级等为各国家级的、地区或省级的、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统不同级别行政区服务的区域信息系统；也可以按自然分；也可以按自然分区或流域为单位的区域信息系统。区或流域为单位的区域信息系统。按功能分：按功能分：按数据结构分：按数据结构分：按维数分按维数分:按软件和支持环境分按软件和支持环境分:类类型型应用功能：工具型、应用型、大众型应用功能：工具型、应用型、大众型软件功能：专业、桌面、手持、组件等软件功能：
34、专业、桌面、手持、组件等矢量矢量GIS、栅格、栅格GIS和矢和矢-栅栅GIS2DGIS、2.5DGIS、3DGIS、TGISGIS模块模块集成集成GIS核心核心GISl地理信息系统根据其功能作用等划分，例如：地理信息系统根据其功能作用等划分，例如：2 GIS2 GIS的构成的构成 l完整的完整的GISGIS主要由四个部分构成主要由四个部分构成 计算机硬件系统计算机硬件系统 计算机软件系统计算机软件系统 地理空间数据地理空间数据 系统管理、操作人员系统管理、操作人员2.1 2.1 硬件系统硬件系统输入设备输入设备专用设备专用设备常规设备常规设备GPSGPS全数字摄影全数字摄影测量工作站测量工作站
35、解析和数字解析和数字摄影测量仪器摄影测量仪器遥感与遥感遥感与遥感图象处理系统图象处理系统全站仪全站仪扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪键盘、鼠标键盘、鼠标处理设备处理设备工作站工作站服务器服务器硬盘阵列硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘活动硬盘光盘机光盘机磁带机磁带机输出设备输出设备绘图仪绘图仪终端终端打印机打印机lGISGIS硬件配置一般包括几个部分：硬件配置一般包括几个部分：1.1.计算机是计算机是GISGIS的主机的主机：它是硬件系统的核心，包括从主：它是硬件系统的核心，包括从主机服务器到桌面工作站，用作数据的处理、管理与计算；机服务器到桌面工作站，用作数据的处理、管理与计算；2.2.数据输入设
36、备数据输入设备：主要的输入设备有图形跟踪数字化仪、：主要的输入设备有图形跟踪数字化仪、图形扫描仪、各种测量仪器设备、遥感系统等；图形扫描仪、各种测量仪器设备、遥感系统等；3.3.数据输出设备数据输出设备：主要的输出设备有各种绘图仪、图形显：主要的输出设备有各种绘图仪、图形显示终端和打印机等；示终端和打印机等；4.4.数据存贮设备数据存贮设备：光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬：光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等；盘、磁盘阵列等；5.5.网络设备网络设备：包括布线系统、网桥、路由器和交换机等，：包括布线系统、网桥、路由器和交换机等，具体的网络设备根据网络计算的体系结构来确定。具体的
37、网络设备根据网络计算的体系结构来确定。2.2 2.2 软件系统软件系统l GISGIS软件是系统的核心，软件是系统的核心，用于执行用于执行GISGIS功能的各功能的各种操作，包括数据输种操作，包括数据输入、处理、数据库管入、处理、数据库管理、空间分析和图形理、空间分析和图形用户界面用户界面(GUI)(GUI)等。按等。按照其功能分为：照其功能分为：GISGIS专专业软件、数据库软件、业软件、数据库软件、系统管理软件系统管理软件等等 GISGIS应用软件应用软件GISGIS硬件硬件操作系统操作系统GISGIS专业平台软件专业平台软件GISGIS用户界面用户界面GISGIS数据库数据库GISGIS
38、软件层次软件层次2.2.1 GIS2.2.1 GIS专业软件专业软件l GISGIS专业软件一般指具有丰富功能的通用专业软件一般指具有丰富功能的通用GISGIS软件，它包含了处理地理信息的各种高级功软件，它包含了处理地理信息的各种高级功能，可作为其他应用系统建设的平台。能，可作为其他应用系统建设的平台。其代其代表产品有表产品有ArcGISArcGIS、MGEMGE、MAPINFOMAPINFO、MAPGISMAPGIS、GEOSTARGEOSTAR等。等。2.2.2 2.2.2 数据库软件数据库软件l数据库软件数据库软件除了在除了在GISGIS专业软件中用于支持专业软件中用于支持复杂空间数据的
39、管理软件以外复杂空间数据的管理软件以外，还包括服，还包括服务于以非空间属性数据为主的务于以非空间属性数据为主的数据库系统，数据库系统，如如ORACLEORACLE、SYBASESYBASE、INFORMIXINFORMIX、DB2DB2、SQL ServerSQL Server、IngressIngress等。它们也是等。它们也是GISGIS软件软件的重要组成部分。的重要组成部分。2.2.3 2.2.3 系统管理软件系统管理软件l系统管理软件主要指计算机操作系统系统管理软件主要指计算机操作系统，当，当今使用的操作系统有：今使用的操作系统有：UNIXUNIX、WindowsWindows、Lin
40、ixLinix等。它们关系到等。它们关系到GISGIS软件和开发语言使软件和开发语言使用的有效性，因此也是用的有效性，因此也是GISGIS软硬件环境的软硬件环境的重要组成部分。重要组成部分。2.3 2.3 地理空间数据地理空间数据l地理空间数据是地理信息的载体，是地理信地理空间数据是地理信息的载体，是地理信息系统的操作对象，它具体描述地理实体的息系统的操作对象，它具体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。空间特征、属性特征和时间特征。它是它是GISGIS的血液。的血液。2.4 2.4 系统开发、管理与使用人员系统开发、管理与使用人员l人是人是GISGIS中的重要构成因素。仅有系统软硬中的
41、重要构成因素。仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。决策服务。3 GIS3 GIS的基本功能的基本功能l 一个完整的一个完整的GISGIS系统的基本功能应包括：系统的基本功能应包括：1.1.空间数据采集与编辑空间数据采集与编辑2.2.空间数据存储与管理空间数据存储与管理3.3.空间数据处理与变换空间数据处理与变
42、换4.4.空间查询与分析空间查询与分析5.5.空间数据显示与输出空间数据显示与输出3.13.1 空间数据采集与编辑空间数据采集与编辑l主要用于获取数据主要用于获取数据，保证保证地理信息数据库中的地理信息数据库中的数数据据在内容与空间上在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与的完整性、数值逻辑一致性与正确性正确性等。等。l一般而言，地理信息数据库的建设占整个系统建一般而言，地理信息数据库的建设占整个系统建设投资的设投资的70%70%或更多，并且这种比例在近期内不或更多，并且这种比例在近期内不会有明显的改变。会有明显的改变。l因此，因此，信息共享与自动化数据输入成为地理信息信息共享与自动化数据输入
43、成为地理信息系统研究的重要内容。系统研究的重要内容。l目前可用于地理信息系统数据采集的方法与技术目前可用于地理信息系统数据采集的方法与技术很多。很多。3.23.2 空间数据存储与管理空间数据存储与管理l由于由于GISGIS数据库具有数据量大，空间数据与数据库具有数据量大，空间数据与属性数据具有不可分割的联系，以及空间属性数据具有不可分割的联系，以及空间数据之间具有显著的拓扑结构等特点，因数据之间具有显著的拓扑结构等特点，因此此GISGIS数据库管理功能除了与属性数据有关数据库管理功能除了与属性数据有关的的DBMSDBMS功能之外，对空间数据的管理技术功能之外，对空间数据的管理技术主要包括：主要
44、包括：空间数据库数据模型与数据结空间数据库数据模型与数据结构、空间索引、数据更新维护等。构、空间索引、数据更新维护等。3.33.3 空间数据处理与变换空间数据处理与变换l数据处理的任务和操作内容有：数据处理的任务和操作内容有：l 数据变换：数据变换：指指对数据从一种数学状态转换为另对数据从一种数学状态转换为另一种数学状态一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、比例，包括投影变换、辐射纠正、比例尺缩放、误差改正和处理等；尺缩放、误差改正和处理等；l 数据重构：数据重构：指指对数据从一种几何形态转换为另对数据从一种几何形态转换为另一种几何形态一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据，包括数据拼接、
45、数据截取、数据压缩、结构转换等；压缩、结构转换等；l 数据抽取：数据抽取：指指对数据从全集合到子集的条件提对数据从全集合到子集的条件提取取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取等。，包括类型选择、窗口提取、布尔提取等。3.4 3.4 空间查询和分析空间查询和分析l 空间查询空间查询l 空间分析空间分析叠加分析叠加分析缓冲区分析缓冲区分析网络分析网络分析数字地形分析数字地形分析3.53.5 空间数据显示与输出空间数据显示与输出lGISGIS为用户提供了许多用于地理数据表现为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格
46、、地图等硬拷贝也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。图件。4 GIS4 GIS的应用的应用l4.0 4.0 公众地理信息服务公众地理信息服务l面向公众，提高地理信息服务面向公众，提高地理信息服务Google EarthGoogle Earth、MapsMaps电子地图网站电子地图网站4.1 4.1 测绘与地图制图测绘与地图制图l地理信息系统技术源于机助制图。地理信息系统技术源于机助制图。“3S3S”技术在测绘界的广技术在测绘界的广泛应用，为测绘与地图制图带来了一场革命性的变化。集泛应用，为测绘与地图制图带来了一场革命性的变化。集中体现在：中体现在：地图数据获取与成图的技术流程发生的根本的改
47、变；地图数据获取与成图的技术流程发生的根本的改变；地图的成图周期大大缩短；地图的成图周期大大缩短；地图成图精度大幅度提高；地图成图精度大幅度提高；地图的品种大大丰富。数字地图、网络地图、电子地图等一批崭地图的品种大大丰富。数字地图、网络地图、电子地图等一批崭新的地图形式为广大用户带来了巨大的应用便利。新的地图形式为广大用户带来了巨大的应用便利。l测绘与地图制图进入了一个崭新的时代。测绘与地图制图进入了一个崭新的时代。l图图地理要素转变地理要素转变4.2 4.2 资源管理资源管理l资源的清查、管理和分析资源的清查、管理和分析是是GISGIS应用最广泛的领域，也是目应用最广泛的领域，也是目前趋于成
48、熟的主要应用领域，包括前趋于成熟的主要应用领域，包括森林和矿产资源的管理、森林和矿产资源的管理、野生动植物的保护、土地资源潜力的评价和土地利用规划野生动植物的保护、土地资源潜力的评价和土地利用规划以及水资源的时空分布特征研究以及水资源的时空分布特征研究等。等。l系统的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地组织在系统的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地组织在一起，一起，GISGIS软件能在一个连续无缝的方式下管理大型的地理软件能在一个连续无缝的方式下管理大型的地理数据库，最终用户通过数据库，最终用户通过GISGIS的客户端软件可直接对数据库进的客户端软件可直接对数据库进行查询、显示、统计、制
49、图以及提供区域多种组合条件的行查询、显示、统计、制图以及提供区域多种组合条件的资源分析，为资源的合理开发利用和规划决策提供依据。资源分析，为资源的合理开发利用和规划决策提供依据。4.3 4.3 城乡规划城乡规划l城乡规划具有高度的综合性，它涉及资源、环境、人口、城乡规划具有高度的综合性，它涉及资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等诸多因素，但是要把这交通、经济、教育、文化和金融等诸多因素，但是要把这些信息进行筛选并转换成可用的形式并不容易，规划人员些信息进行筛选并转换成可用的形式并不容易，规划人员需要切实可行的、实时性强的信息，而需要切实可行的、实时性强的信息，而GISGIS能为规划
50、人员提能为规划人员提供功能强大的工具。供功能强大的工具。例如：例如：规划人员利用规划人员利用GISGIS对交通流量、土地利用和人口数据进行对交通流量、土地利用和人口数据进行分析，预测将来的道路等级；分析，预测将来的道路等级；工程技术人员利用工程技术人员利用GISGIS将地质、水文和人文数据结合起来，将地质、水文和人文数据结合起来，进行路线和构造设计。进行路线和构造设计。4.4 4.4 灾害监测灾害监测l利用地理信息系统，借助遥感遥测的数据，利用地理信息系统，借助遥感遥测的数据，可以有效地用于可以有效地用于森林火灾的预测预报森林火灾的预测预报、洪水洪水灾情监测灾情监测和和洪水淹没损失的估算洪水淹
