地理信息系統(tǒng)基本概念

1、地理信息系統(tǒng)基本概念地理信息系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與輸入，即在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中將系統(tǒng)外部的原始數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)內(nèi)部，并將這些數(shù)據(jù)從外部格式轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)便于處理的內(nèi)部格式的過程。主要有圖形數(shù)據(jù)輸入，如管網(wǎng)圖輸入；柵格數(shù)據(jù)輸入，如遙感圖像的輸入；測(cè)量數(shù)據(jù)輸入，如全球定位系統(tǒng)（GPS）數(shù)據(jù)的輸入；屬性數(shù)據(jù)輸入,如數(shù)字和文字的輸入。2）數(shù)據(jù)編輯與更新數(shù)據(jù)編輯主要包括圖形編輯和屬性編輯。屬性編輯主要與數(shù)據(jù)庫管理結(jié)合在一起完成，圖形編輯主要包括拓?fù)潢P(guān)系建立、圖形編輯、圖形整飾、圖幅拼接、圖形變換、投影變換、誤差校正等功能。數(shù)據(jù)更新即以新的數(shù)據(jù)項(xiàng)或記錄來替換數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫中相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)或記錄，它是通過刪除、修改、插入

2、等一系列操作來實(shí)現(xiàn)的。 3）數(shù)據(jù)存貯與管理屬性數(shù)據(jù)管理一般直接利用商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫軟件，如ORACLE、ACCESS、FoxBase、FoxPro等進(jìn)行管理。空間數(shù)據(jù)管理是GIS數(shù)據(jù)管理的核心，各種圖形或圖像信息都以嚴(yán)密的邏輯結(jié)構(gòu)存放在空間數(shù)據(jù)庫中。4）空間查詢與分析空間查詢與分析是GIS核心，主要包括數(shù)據(jù)操作運(yùn)算、數(shù)據(jù)查詢檢索與數(shù)據(jù)綜合分析。包括矢量數(shù)據(jù)疊合、柵格數(shù)據(jù)迭加等操作、算術(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算等。綜合分析主要包括信息量測(cè)、屬性分析、統(tǒng)計(jì)分析、二維模型分析、三維模型分析、多要素綜合分析等。5）數(shù)據(jù)顯示與輸出數(shù)據(jù)顯示是中間處理過程和最終結(jié)果的屏幕顯示，通常以人機(jī)交

3、互方式來選擇顯示的對(duì)象與形式，對(duì)于圖形數(shù)據(jù)根據(jù)要素的信息量和密集程度，可選擇放大或縮小顯示。資源清查城鄉(xiāng)規(guī)劃災(zāi)害監(jiān)測(cè)土地調(diào)查環(huán)境管理城市管網(wǎng)作戰(zhàn)指揮宏觀決策 將工作區(qū)域的平面表象按一定分解力作行和列的規(guī)則劃分，形成許多格網(wǎng)，每個(gè)網(wǎng)格單元稱為象素，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是象元陣列，即象元按矩陣形式的集合，柵格中的每個(gè)象元是柵格數(shù)據(jù)中最基本的信息存儲(chǔ)單元，其坐標(biāo)位置可以用行號(hào)和列號(hào)確定。矢量數(shù)據(jù)就是代表地圖圖形的各離散點(diǎn)平面坐標(biāo)（x，y）的有序集合。拓?fù)潢P(guān)系是指網(wǎng)結(jié)構(gòu)元素結(jié)點(diǎn)、弧段、面域之間的空間關(guān)系，主要表現(xiàn)為下列三種關(guān)系：拓?fù)溧徑雨P(guān)系、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)關(guān)系、拓?fù)浒P(guān)系用填滿線性目標(biāo)路徑和充滿

4、面狀目標(biāo)空間的表達(dá)方法作為一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，每個(gè)線性目標(biāo)除記錄原始取樣點(diǎn)外，還記錄路徑所通過的柵格，每個(gè)面狀地物除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。無論是點(diǎn)、線、還面均采用面向目標(biāo)的描述方法，即直接跟隨位置描述信息并進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系說明，因而它可以完全保持矢量的特點(diǎn)，而原子空間充填表達(dá)建立了位置與地物的聯(lián)系，使之具有柵格的性質(zhì)。 矢量數(shù)據(jù) 柵格數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大空間位置精度 空間位置精度高 空間位置精度低連接關(guān)系 用網(wǎng)絡(luò)連接法能完整描述拓?fù)潢P(guān)系 難于建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系輸出效果

5、60;輸出簡(jiǎn)單容易，繪圖細(xì)膩、精確、美觀 輸出速度快，但繪圖粗糙、不美觀信息處理 可對(duì)圖形及其屬性進(jìn)行檢索、更新和綜合 便于面狀數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)獲取 獲取數(shù)據(jù)慢 快速獲取大量數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)模擬 數(shù)學(xué)模擬困難 數(shù)學(xué)模擬方便疊合分析 多種地圖疊合分析困難 多種地圖疊合分析方便數(shù)字圖像處理 不能直接處理數(shù)字圖像信息 能直接處理數(shù)字圖像信息空間分析 空間分析不容易實(shí)現(xiàn) 空間分析易于進(jìn)行模糊事物描述 邊界復(fù)雜、模糊的事物

6、難以描述 容易描述邊界復(fù)雜、模糊的事物費(fèi)用 數(shù)據(jù)輸出的費(fèi)用較高 技術(shù)開發(fā)費(fèi)用低空間數(shù)據(jù)主要包括矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有以圖幅為建庫單元的缺陷：查詢往往涉及到多幅圖或在不同專題間進(jìn)行；地理實(shí)體的完整性和一致性難以維護(hù)；分幅管理對(duì)于數(shù)據(jù)共享和地理實(shí)體一級(jí)的安全管理增加了難度。2）邏輯上無縫組織Intergraph的MGE，ESRI的ARC/INFO等都能建立無縫GIS地理數(shù)據(jù)庫。能夠完成地理數(shù)據(jù)的幾何接邊和邏輯接邊，但物理上仍然按照?qǐng)D幅的概念進(jìn)行存儲(chǔ)管理，對(duì)同一地理實(shí)體的多個(gè)幾何標(biāo)識(shí)進(jìn)行后臺(tái)關(guān)聯(lián)處理，對(duì)用戶來說是不可見的。3）邏輯和物理上無縫組織工程和工作區(qū)：從邏輯上

7、和物理上的無縫組織出發(fā)，一個(gè)完整的無縫空間數(shù)據(jù)庫可以被看成是一個(gè)工程，在工程中地物要保持存儲(chǔ)、表達(dá)的完整性和一致性，在工程中具有唯一的幾何標(biāo)識(shí)和地物標(biāo)識(shí)。工作區(qū)是為了方便使用空間數(shù)據(jù)庫，可以說是在應(yīng)用時(shí)的工程的臨時(shí)子集，可以按規(guī)則大小劃分，也可以相互嵌套，最大可以為整個(gè)工程。工作區(qū)可以包括任何區(qū)域、任意一層或多層地物。4）數(shù)據(jù)無縫組織基于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，突破傳統(tǒng)圖幅分塊，保持地物完整性存放；空間地物的屬性數(shù)據(jù)在工程中統(tǒng)一管理，用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行管理；為了在工程中有效地組織和表達(dá)空間實(shí)體，可以按照地物大小對(duì)其進(jìn)行分級(jí)抽取，然后對(duì)不同大小地物的幾何對(duì)象標(biāo)識(shí)進(jìn)行整理、分層，建立空間索引。屬性

8、數(shù)據(jù)是作為圖形數(shù)據(jù)記錄的一部分進(jìn)行存貯的。這種方案只有當(dāng)屬性數(shù)據(jù)量不大的個(gè)別情況下才是有用的。大量的屬性數(shù)據(jù)加載于圖形記錄上會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的普遍延長(zhǎng)。當(dāng)然，主要的缺點(diǎn)在于屬性數(shù)據(jù)的存取必須經(jīng)由圖形記錄才能進(jìn)行。2）屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)完全獨(dú)立（完全分開）可以利用現(xiàn)有的CAD技術(shù)和DBS技術(shù)，維護(hù)難度大，相互操作難度大，CAD中刪除一個(gè)，必須去找DBS，DBS也必須刪除。3）屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)自成體系（混合處理）圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)自成體系，屬性數(shù)據(jù)有其專用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，很多情況下是用于事務(wù)管理的商業(yè)數(shù)據(jù)庫，并且在它基礎(chǔ)上建立了能夠從屬性到圖形的反向參照功能，圖形和屬性間連接是通過關(guān)鍵字和標(biāo)識(shí)碼

9、來連接。相互操作難度較大。例如ARC/INFO中ARC實(shí)現(xiàn)用拓?fù)潢P(guān)系定義了空間數(shù)據(jù)，INFO實(shí)現(xiàn)了用關(guān)系數(shù)據(jù)模型定義屬性數(shù)據(jù)，兩者通過內(nèi)部代碼和用戶標(biāo)識(shí)碼（USERID）作為公共數(shù)據(jù)項(xiàng)。4）屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一（完全結(jié)合）此結(jié)構(gòu)中有雙向指針參照，且由一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來控制，使靈活性和應(yīng)用范圍均大為提高。這一方案能滿足許多部門在建立信息系統(tǒng)時(shí)的要求。：美國，ESRI：澳大利亞，GENASYS：美國，克拉克大學(xué)制圖部：美國，ERDAS：荷蘭，ITC：瑞士美國，PRIMEComputersion：美國，intergraph：加拿大，Tydeltechnologiescop：美國，高效的柵格與

10、矢量互換算法；圖形空間數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)；邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理存貯結(jié)構(gòu)的研究從理論走向?qū)嵱?。屬性表格的掃描和識(shí)別；圖形掃描和跟蹤；拓?fù)潢P(guān)系自動(dòng)生成；圖例符號(hào)的自動(dòng)標(biāo)識(shí)?？臻g三維、時(shí)間維；三維地理矩陣：位置、屬性、時(shí)間作為行、列、高；十六叉樹表示：GIS空間時(shí)間；基態(tài)修正法：不存儲(chǔ)研究區(qū)域中每個(gè)狀態(tài)的全部信息，只存貯某個(gè)時(shí)間的數(shù)據(jù)狀態(tài)（稱為基態(tài)）以及相對(duì)于基態(tài)的變化量。三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究，包括數(shù)效存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)狀態(tài)表示、數(shù)據(jù)可視化（八叉樹、三維邊界表示法）；三維數(shù)據(jù)生成和管理；三維數(shù)據(jù)顯示。經(jīng)歷功能模塊包式模塊核心式軟件COMGISCOMGIS的基本思想：把GIS功能模塊劃分為多個(gè)控件，每個(gè)控件完成不同的功能

11、，各個(gè)GIS控件之間，以及GIS控件與其它非GIS空件之間可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的GIS應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)的技術(shù)主要是面向?qū)ο蠹夹g(shù)、組件式對(duì)象模型（COM）及相關(guān)技術(shù)（OLE、ActiveX），C+用于實(shí)現(xiàn)COM比較容易，但C+對(duì)象不支持多個(gè)接口，JAVA更適合用實(shí)現(xiàn)COM對(duì)象，支持多接口。WEBGIS通用門柵接口技術(shù)（Common  Gate way   Interface ，CGI）服務(wù)器應(yīng)用程序接口方法（Server  API）插入法（Plugins）Java語言開放式GIS（OPENGIS）開放式GIS是研究分布式環(huán)境下實(shí)現(xiàn)地理空間信息和操作交互的方法。特點(diǎn)：         從系統(tǒng)的