GIS简介

二、GIS简介
GIS（Geographic Information System）,中文译名“地理信息系统”，是国际上20世纪60年代以来发展起来的一门新兴技术。它是利用现代计算机图形和数据库技术来处理地理空间及其相关数据的计算机系统，是融地理学、测量学、几何学、计算机科学和应用对象为一体的综合性高新技术。其最大的特点就在于: 它能把地球表面空间事物的地理位置及其特征有机地结合在一起，并通过计算机屏幕形象、直观地显示出来。这一特点使得GIS具有更加广泛的用途。1963年，加拿大建立了世界上第一个地理信息系统（CGIS）。随后美国、澳大利亚、欧洲、日本和巴西等国也相继建立各自的地理信息系统。以上这些国家都是比较早从事GIS研究与开发的国家，也都是GIS技术比较发达的国家。
2.1 GIS系统组成
GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对地理空间数据及其相关属性数据进行采集、输入、存储、编辑、查询、分析、显示输出和更新的应用技术系统。
GIS一般由以下四大部分组成:
(1)硬件
GIS的硬件是一组电子设备。它通常包括中央处理器（CPU）、磁盘存储器、显示器、绘图仪、数字化仪和扫描仪等。其中，中央处理器用来处理数据，磁盘存储器用来存储数据和程序，数字化仪和扫描仪用来输入数据，显示器和绘图仪用来显示与输出数据。
(2)软件
GIS的软件是一个含若干程序模块的软件包。它主要包括数据输入和格式转换模块、数据编辑模块、数据管理模块、数据操作模块以及数据显示和输出模块等。其中，数据输入和转换模块负责空间数据及属性数据的输入，实现不同的GIS数据格式之间的互为转换; 数据编辑模块负责建立空间数据的拓扑关系，实现空间数据和属性数据的关联，完成数据的增加、删除和修改; 数据管理模块负责数据库的定义、建立、访问和维护; 数据操作模块负责对空间数据进行放大、缩小和漫游操作，对空间数据及属性数据进行双向查询，对空间数据进行缓冲区分析、叠加分析及网络分析等; 数据显示和输出模块负责显示或输出地形图、专题图、文档与表格。
(3)数据
GIS的数据是和空间地理要素相关的数据。GIS数据按类型可分为空间数据和属性数据。其中空间数据通常为几何图形或图像数据，属性数据通常为文档或表格数据。GIS数据按内容又可以分为基础数据，如地质、地貌、地形数据; 专题数据，如规划、房地产、交通、环保、公用事业、公安和消防等数据; 宏观数据，如综合统计指标数据。
(4)用户
GIS的用户是使用GIS的操作者。这些操作者必须受过严格的培训，具有GIS的基本概念，熟悉专业的管理业务，具备通用的计算机操作能力，能够在实际工作中运用GIS软件来处理管理中的日常事物。
2.2 GIS基本原理
2.2.1数据采集
建设GIS的首要工作是建立地理数据库，而建立地理数据库的第一步是要确定其数据源并获取数据。GIS的数据源是多种多样的，从总体上可分为空间数据和属性数据两大类。空间数据也称几何图形与图像数据，它包括现在的和历史的地形图、专题图及遥感影像等。其中地形图是空间数据最重要的数据源。属性数据也称文档与表格数据，它包括所有与地理要素有关的特征信息，如某个街区的面积、人口、绿化率及配套设施等。
在收集好各种数据资料之后，还必须对这些数据资料进行分类和标准化。分类就是将数据按客观的特征进行归纳、分层和分级，以便今后系统对这些数据进行扩充、更新和维护。标准化就是确定数据的统一格式和编码，这有利于保障数据的正确性和对数据进行检索与分析。在完成数据资料的收集，并经过分类和标准化处理以后，就可将数据输入到计算机中。
2.2.2空间数据结构
GIS的核心是地理数据库，而地理数据库中最重要的数据是空间数据。空间数据结构就是指空间数据在地理信息系统内的组织和编码形式。
(1)空间数据表示
人们可以用自己的眼睛来有效地识别地球表面的各种实物，但计算机却做不到。要使计算机能够识别这些实物，则必须先由人将地球表面的各种实物抽象化，再通过形象的几何图形或图像数据即空间数据加以描述之后，才能让计算机对其进行识别。空间数据有两种基本的描述形式: 栅格数据和矢量数据。这两种数据描述现实世界的具体方法见上图。
(2)栅格数据结构
栅格数据的结构实际上就是像元阵列，每个像元由行和列来确定它的位置，并有一个唯一的值与之对应。栅格数据是对地理空间信息的量化和离散描述，其每个像元的值可以用1位二进制来表示，可以用1个字节来表示，也可以用3个字节来表示。栅格数据结构强调的是图像。这种结构的数据简单、直观，便于人的肉眼进行识别，适合于作GIS的背景显示。
(3)矢量数据结构
矢量数据的结构实际上就是坐标集合，这些坐标集可以精确地定义图形的位置、形状和大小。其最常用的坐标系是二维笛卡尔平面直角坐标系。
矢量数据结构强调的是几何图形。这种结构的数据相对栅格结构的数据精度高，所占空间小，是高效的图形数据结构。它可以清楚地表示点、线、面各空间实体之间的关系，在GIS中便于计算机进行识别以及作空间查询与分析。
无论是矢量数据还是栅格数据，它们在GIS中都有其特定的作用，不能简单地强调某种数据描述的重要性。只有将矢量数据和栅格数据结合起来使用，才能使GIS发挥最佳的效果。
2.2.3编辑与管理
地理数据通过数据采集并按既定的数据结构被输入到计算机里之后，还需要对其进行编辑与管理。其中编辑的主要任务有:
(1)建立空间数据的拓扑关系。所谓拓扑关系是指几何图形元素之间的链接关系。对空间数据建立拓扑关系有利于GIS对其进行查找和分析。
(2)实现空间数据和属性数据的连接。空间数据和属性数据在GIS中是以不同的组织形式分别存储，但是GIS又要对这些数据进行综合性处理，因此这就需要在它们之间通过一个与空间数据和属性数据两者一起存储的唯一的标识符来连接。
(3)完成数据的增加、删除和修改。这项处理是GIS一项经常性的操作。在系统进行更新和维护时尤其如此