地理信息系統(tǒng)在3S技術(shù)中的作用

1、1. 地理信息系統(tǒng) （ Geographical Information System,GIS ）是在計算機(jī)硬件和軟件支持下它 是在計算機(jī)硬件和軟件支持下， 運(yùn)用地理信息科學(xué)和系統(tǒng)工程理論， 科學(xué)管理和綜合分析各 種地理數(shù)據(jù)，提供管理、模擬、決策、規(guī)劃、預(yù)測和預(yù)報等任務(wù)所需要的各種地理信息的技 術(shù)系統(tǒng)。從計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)角度看， 地理信息系統(tǒng)是一個用于對地理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、 管理、 查 詢、計算、 分析與可是表現(xiàn)的計算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)， 一般所以的地理信息系統(tǒng)的大型應(yīng)用軟件系 統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)的開發(fā)， 起源于加拿大土地管理局在 20 世紀(jì) 60 年代初期開展的土地資源 調(diào)查，該土地局從 1963 年開

2、始投入人力和財力來開發(fā)用于土地資源調(diào)查與管理的地理信息 系統(tǒng)，歷時8年，至1971年完成。經(jīng)過30多年的發(fā)展， 地理信息系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的技術(shù) 手段和地理信息處理與分析的工具，日益受到人們的重視。Coulson（ 1990）將地圖學(xué)、遙感、地理信息系統(tǒng)和統(tǒng)計學(xué)一起成為“地理學(xué)的通用工具” ，并且指出，地理系學(xué)生無論未 來的研究方向如何，豆應(yīng)該熟練地掌握這些通用的工具。2. 地理信息系統(tǒng)基本功能GIS與傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)（MIS）技術(shù)相比，具有較多的優(yōu)勢。例如，它能夠把空間 信息與屬性信息相結(jié)合，不僅使用戶知道一個物體是什么，而且知道在哪里。此外，GIS具有把時間和空間的信息相結(jié)合起來的能力，

3、它可以對不同時間序列中的空間信息做出直觀的 描述， 并可以把查詢與分析結(jié)果以聲、圖、文一體化的方式展現(xiàn)出來，其應(yīng)用領(lǐng)域已滲透到社會生活的各方面，對農(nóng)業(yè)建設(shè)、國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和宏觀經(jīng)濟(jì)決策，起到了積極的作用從技術(shù)角度看，地理信息系統(tǒng)具有以下基本功能：（ 1） .地理數(shù)據(jù)采集功能將地球表層目標(biāo)地物的分布位置與屬性通過輸入設(shè)備輸入計算機(jī)，成為地理信息系統(tǒng)能夠操作與分析的數(shù)據(jù)的功能。這個過程成為數(shù)據(jù)采集，常用的數(shù)據(jù)采集方法包括：1）.計算機(jī)鍵盤數(shù)據(jù)采集。計算機(jī)鍵盤作為一種屬性數(shù)據(jù)采集設(shè)備，目前被廣泛用來錄入屬性數(shù)據(jù)。錄入人員按照GIS數(shù)據(jù)庫在熒屏上提供的表格，可以快速與方便地錄入屬性數(shù) 據(jù)。2）.手扶跟

4、蹤數(shù)字化方法。手扶跟蹤數(shù)字化是地圖采集數(shù)據(jù)的方法之一。數(shù)字化工作通 過由計算機(jī)、 數(shù)字化儀和數(shù)字化軟件組成的數(shù)字化系統(tǒng)來完成。 操作員在數(shù)字化儀上采用手 工跟蹤方法完成地圖的數(shù)字化。3）.地圖掃描數(shù)字化。利用掃描儀將地圖進(jìn)行數(shù)字化處理。地圖掃描數(shù)字化獲得的數(shù)據(jù) 文件是柵格數(shù)據(jù)， 它在許多情況下需要進(jìn)一步處理， 轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)。 地圖掃描數(shù)字化可以 大大減輕地圖數(shù)字化人員輸入地圖的勞動強(qiáng)度，提高地圖輸入的精度，節(jié)約時間。4）.實(shí)測地圖數(shù)據(jù)的輸入。利用全站儀和便攜機(jī)（即電子平板）相結(jié)合，在野外采集數(shù) 據(jù)，無需編碼， 測量數(shù)據(jù)直接進(jìn)入電子平板繪圖， 現(xiàn)場修改編輯顯示。 其特點(diǎn)是電子平板在 測站代替常

5、規(guī)測圖板，直觀，便于修改。采用實(shí)測地圖數(shù)據(jù)的輸入，可以得到高精度、大比 例尺的數(shù)字地圖。5）.GPS數(shù)據(jù)采集。（2）.地理數(shù)據(jù)管理功能主要包括地理屬性數(shù)據(jù)管理與地理空間數(shù)據(jù)管理。1）.地理屬性數(shù)據(jù)管理 在地理屬性數(shù)據(jù)庫中，地理數(shù)據(jù)的組織一般分為四級：數(shù)據(jù)項、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫， 地理屬性數(shù)據(jù)管理對象包括屬性數(shù)據(jù)項、屬性數(shù)據(jù)記錄和屬性文件。隨著可視化技術(shù)的發(fā)展，屬性數(shù)據(jù)文件經(jīng)常采用表格形式出現(xiàn)。2）.空間數(shù)據(jù)的管理 空間數(shù)據(jù)的管理包括空間數(shù)據(jù)的編輯修改和檢索查詢。 空間數(shù)據(jù)的編輯修改包括兩個層次：數(shù)字圖層中點(diǎn)、線、面特征（地圖制圖單元）的編輯修改。數(shù)字圖層的編輯操作，它包括數(shù)字地圖裁剪、數(shù)字地圖

6、拼接等內(nèi)容。 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)之間的雙向查詢檢索。 雙向查詢檢索是地理數(shù)據(jù)管理最重要的功能 之一。 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)之間的查詢， 是通過屬性記錄和空間記錄中的關(guān)鍵字， 把空間數(shù) 據(jù)與屬性數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)在一起， 從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接、檢索和查詢， 例如，根據(jù)地址或者街道名稱在地圖上找到街道位置并在數(shù)字地圖上突出顯示。 又如， 在電子 地圖上，用光標(biāo)點(diǎn)擊一個地點(diǎn)查詢它的地理位置或者屬性。3）.空間分析與屬性分析功能分析功能是地理信息系統(tǒng)的核心。 分析功能主要依賴于地理信息模型來實(shí)現(xiàn)。 模型是對地表 客觀事物和現(xiàn)象的概括與抽象。 模型借助于實(shí)物、 文字、 符號、數(shù)字公式或圖表等來刻

7、畫和 表征。從表現(xiàn)的形式看，模型有實(shí)物模型（如軍事指揮上使用的沙盤） 、文字模型（如計算 機(jī)設(shè)計中采用的概念模型） 、圖表模型（如模擬地圖、數(shù)據(jù)圖表） 、數(shù)字模型（如正態(tài)分布模 型）。按照地理信息模型作用對象的不同，地理信息模型分為兩種類型：空間數(shù)據(jù)分析模型：空間數(shù)據(jù)分析模型操作的對象為空間數(shù)據(jù)。按空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同， 可以把空間數(shù)據(jù)分析模型分為基于矢量數(shù)據(jù)的分析模型與基于矢量數(shù)據(jù)的分析模型與基于 柵格數(shù)據(jù)的分析模型。經(jīng)常使用的基于矢量數(shù)據(jù)的分析模型包括拓?fù)浏B加（Overlay ）模型、定距離空間搜索（Buffer ，又稱為緩沖區(qū)分析）模型、地理網(wǎng)線分析（Network ，又稱網(wǎng)絡(luò)） ，模型?；?/p>

8、于柵格數(shù)據(jù)的空間分析模型主要有數(shù)字模型（Digital Terrain Models ）等。通過數(shù)字地面模型產(chǎn)生的有序數(shù)字集合，可以刻畫地球表面事務(wù)與現(xiàn)象在空間分布的各種特性。屬性數(shù)據(jù)分析模型： 屬性數(shù)據(jù)分析模型主要對地理屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理， 它要求模 型構(gòu)建者熟悉模型應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際背景， 透徹地把握與理解問題的本質(zhì)， 具有解決問題的專 業(yè)知識，方能建立切合實(shí)際具體問題的模型。常用的屬性數(shù)據(jù)分析模型有：統(tǒng)計系列模型：一類模型為地物分布統(tǒng)計分析模型，另一類為時間序列統(tǒng)計分析模型。 相關(guān)分析系列模型： 經(jīng)常采用的有典型相關(guān)分析、 回歸分析模型等。 這類模型應(yīng)用于求 解地理要素之間數(shù)量關(guān)系的相關(guān)

9、分析。分類系列模型：這類包括模糊聚類、多級聚類、最大似然比分類與判讀分析模型等。評價系列模型： 這類模型包括評價要素選擇模型， 因子權(quán)重分配模型， 評價模型、 分等 定級模型等。預(yù)測系列與動態(tài)模擬模型：包括回歸預(yù)測模型、趨勢分析模型與系統(tǒng)動力學(xué)模擬模型。規(guī)劃系列模型： 這類模型包括線性規(guī)劃模型、 非線性規(guī)劃模型、動態(tài)規(guī)劃模型、投入 產(chǎn)出模型等。上述屬性數(shù)據(jù)分析模型， 在具體應(yīng)用中， 還要根據(jù)不同區(qū)域、 不同時間和具體情況來確 定參數(shù)與系數(shù)，方能夠有針對性的解決實(shí)際問題。（4）.地理信息的可視化表現(xiàn)地理信息的可視化表現(xiàn)依賴于可視化技術(shù)的發(fā)展。可視化技術(shù)通常涉及兩個方面的內(nèi)容。 一是軟件開發(fā)階段的

10、可視化， 即可視化編程。 他 把開發(fā)過程所進(jìn)行的編輯、運(yùn)行、管理等操作簡化成一系列小圖標(biāo)（操作按鈕） ，每個圖表 都有與其相關(guān)命令含義一致的圖形?？梢暬夹g(shù)另一個方面的內(nèi)容是利用計算機(jī)圖形圖像技術(shù)的方法， 以圖形圖像形式將大 量數(shù)據(jù)形象而只管地顯示出來。GIS提供了地理信息可視化表現(xiàn)的多種功能。數(shù)字地圖顯示：在計算機(jī)熒屏上顯示地圖，既方便有經(jīng)濟(jì)，便于觀察與分析。數(shù)字地圖整飾功能： 以人機(jī)交互方式在計算機(jī)熒屏上對地圖進(jìn)行整飾， 如改變地圖的構(gòu) 圖，調(diào)換符號、線性、顏色、字體、間距、輸出比例尺等。地圖整飾可以提高地圖表現(xiàn)內(nèi)容 的科學(xué)性和表現(xiàn)形式的藝術(shù)性。數(shù)字地圖的可視化輸出： 這里的可視化輸出是將數(shù)字地圖直觀而形象地表現(xiàn)在紙張、 膠 片等介質(zhì)上，用戶可以直接閱讀、觀察和研究。它不同于數(shù)據(jù)文件的傳輸。地理信息的可視化輸出設(shè)備包括打印機(jī)、 繪圖儀等、 其中彩色激光打印機(jī)或者彩色噴墨繪圖儀等設(shè)備可以輸 出高質(zhì)量、色彩鮮艷的圖像。此外，GIS與In ternet技術(shù)結(jié)合，可以構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）,利用 WebGIS提供的可視化表