GIS技術(shù)入門概念篇

1、GIS技術(shù)入門-概念篇一、什么是GIS?地理信息系統(tǒng)（GIS, Geographic Information System）是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它可 以對在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析。通俗地講，它是整個(gè)地球或部 分區(qū)域的資源、環(huán)境在計(jì)算機(jī)中的縮影。嚴(yán)格地講，它是反映人們賴以生存的現(xiàn)實(shí)世界 （資源或環(huán)境）的現(xiàn)勢與變遷的各類空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特征的屬性，在計(jì)算機(jī) 軟件和硬件的支持下，以一定的格式輸入、存貯、檢索、顯示和綜合分析應(yīng)用的技術(shù)系 統(tǒng)。它是以采集、貯存、管理、處理分析和描述整個(gè)或部分地球表面（包括大氣層在內(nèi)） 與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。GIS技術(shù)

2、把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如 查詢和統(tǒng)計(jì)分析等）集成在一起。這種能力使GIS與其他信息系統(tǒng)相區(qū)別，從而使其 在廣泛的公眾和個(gè)人企事業(yè)單位中解釋事件、預(yù)測結(jié)果、規(guī)劃戰(zhàn)略等中具有實(shí)用價(jià)值。二、基本概念1、使用GIS系統(tǒng)的環(huán)境要求硬件：GIS軟件可以在很多類型的硬件上運(yùn)行。從中央計(jì)算機(jī)服務(wù)器到桌面計(jì)算機(jī)， 從單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。軟件：輸入和處理地理信息的工具，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)QBMS），支持地理查詢、分析 和視覺化的工具，容易使用這些工具的圖形化界面（GUI）。數(shù)據(jù)：GIS系統(tǒng)中最重要的部件就是數(shù)據(jù)。地理數(shù)據(jù)和相關(guān)的表格數(shù)據(jù)可以自己采集 或者從商業(yè)數(shù)據(jù)提供者處購買。GI

3、S將把空間數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成在一起，而 且可以使用任何通用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，來管理空間數(shù)據(jù)。2、地理參考系統(tǒng)地理信息包含有明確的地理參照系統(tǒng)，例如經(jīng)度和緯度坐標(biāo)，或者是國家網(wǎng)格坐標(biāo)。 也可以包含間接的地理參照系統(tǒng)，例如地址、郵政編碼、人口普查區(qū)名、森林位置識別、 路名等?，F(xiàn)在有一種叫做地理編碼的自動處理系統(tǒng)可以將間接的參照系統(tǒng)（如地址描述） 轉(zhuǎn)變成明確的地理參照系統(tǒng)（如多重定位）。目前我國采用的坐標(biāo)系統(tǒng)主要包含兩個(gè)：54國家坐標(biāo)系：采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)，又稱北京坐標(biāo)系。80國家坐標(biāo)系：采用國際地理聯(lián)合會（IGU）第十六屆大會推薦的橢球參數(shù)，大地坐 標(biāo)原點(diǎn)在陜西省涇和縣永樂鎮(zhèn)的大地坐

4、標(biāo)系，又稱西安坐標(biāo)系。3、矢量和柵格模式地理信息系統(tǒng)工作于兩種不同的基本地理模式一一矢量模式和柵格模式。在矢量模式中，關(guān)于點(diǎn)、線和多邊形的信息被編碼并以x、y坐標(biāo)形式儲存。一個(gè)點(diǎn) 特征的定位，例如一個(gè)鉆孔，可以被一個(gè)單一的x、y坐標(biāo)所描述。線特征，例如公路 和河流，可以被存儲于一系列的點(diǎn)坐標(biāo)。多邊形特征，例如銷售地域或河流聚集區(qū)域， 可以被存儲于一個(gè)閉合循環(huán)的坐標(biāo)系。矢量模式非常有利于描述一些離散特征，但對連 續(xù)變化的特征，就不太有用。柵格模式發(fā)展為連續(xù)特征的模式。柵格圖象包含有網(wǎng)格單元，有點(diǎn)像掃描的地圖或照 片。不管是矢量模式還是柵格模式，用來存儲地理數(shù)據(jù)，都有優(yōu)點(diǎn)和缺陷?，F(xiàn)代的GIS 都可

5、以處理這兩種模式。4、地圖類型A）數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model, B）縮寫DEM）是在某一投影平面（如 高斯投影平面）上規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)C） （X，D） Y）及高程（Z）的數(shù)據(jù)集。DEM 的格網(wǎng)間隔應(yīng)與其高程精度相適配，E）并形成有規(guī)則的格網(wǎng)系列。為完整反映地表形 態(tài)，F(xiàn)）還可增加離散高程點(diǎn)數(shù)據(jù)。G）數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，H）縮 寫DOM）是利用數(shù)字高程模型（DEM）對經(jīng)掃描處理的數(shù)字化航空像片，I）經(jīng)逐像元 進(jìn)行投影差改正、鑲嵌，J）按國家基本比例尺地形圖圖幅范圍剪裁生成的數(shù)字正射影 像數(shù)據(jù)集。它是同K）時(shí)具有地圖幾

6、何精度和影像特征的圖像，L）具有精度高、信息 豐富、直觀真實(shí)等優(yōu)點(diǎn)。M）數(shù)字線劃地圖（Digital Line Graphic，N）縮寫DLG）是現(xiàn)有地形圖要素的矢量數(shù)據(jù) 集，O）保存各要素間的空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息，P）全面地描述地表目標(biāo)Q）。R） 數(shù)字柵格地圖（Digital Raster Graphic，S）縮寫DRG）是現(xiàn)有紙質(zhì)地形圖經(jīng)計(jì)算機(jī)處理 后得到的柵格數(shù)據(jù)文件。每一幅地形圖在掃描數(shù)字化后，T）經(jīng)幾何糾正，U）并進(jìn)行內(nèi) 容更新和數(shù)據(jù)壓縮處理，V）彩色地形圖還應(yīng)經(jīng)色彩校正，W）使每幅圖像的色彩基本 一致。數(shù)字柵格地圖在內(nèi)容上、幾何精度和色彩上與國家基本比例尺地形圖保持一致。三、G

7、IS系統(tǒng)的應(yīng)用過程GIS的應(yīng)用范圍很廣泛，功能很強(qiáng)大，它可以幫助用戶進(jìn)行地理信息查詢和分析。GIS具有將數(shù)據(jù)集合和地理信息鏈接起來的能力，可以輔助企業(yè)改進(jìn)自己的機(jī)構(gòu)和資源 的管理。GIS以地圖和附加報(bào)告的方式簡潔而清晰的提供查詢、分析結(jié)果信息，使決策 者集中精力于實(shí)際的問題，而不是花時(shí)間去理解數(shù)據(jù)。以GIS為基礎(chǔ)的圖形數(shù)據(jù)庫是 可以延續(xù)的，比例尺也不受限制。圖件可以以任何地點(diǎn)為中心，比例尺任意，使用突出 效果的特殊字符有效地顯示所選擇的信息。下面簡要介紹GIS的工作過程。1、數(shù)據(jù)輸入在地理數(shù)據(jù)用于GIS之前，數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)臄?shù)字格式。從圖紙數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì) 算機(jī)文件的過程叫做數(shù)字化。對于大型的

8、項(xiàng)目，現(xiàn)代GIS技術(shù)可以通過掃描技術(shù)來使 這個(gè)過程全部自動化，對于較小的項(xiàng)目，需要手工數(shù)字化（使用數(shù)字化桌）。目前，許 多地理數(shù)據(jù)已經(jīng)是GIS兼容的數(shù)據(jù)格式。這些數(shù)據(jù)可以從數(shù)據(jù)提供商那里獲得并直接 裝入GIS中。2、數(shù)據(jù)處理對于一個(gè)特殊的GIS項(xiàng)目來說，有可能需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成或處理成某種形式以適應(yīng) 你的系統(tǒng)。地理信息適用于不同的比例尺，在這些信息被集成以前，必須轉(zhuǎn)變成同一比 例尺。這可以是為了顯示的目的而做的臨時(shí)變換，也可以是為了分析所做的永久變換。 GIS技術(shù)提供了許多工具來處理空間數(shù)據(jù)和去除不必要的數(shù)據(jù)。3、存儲和管理對于小的GIS項(xiàng)目，把地理信息存儲成簡單的文件就足夠了。但是，當(dāng)數(shù)據(jù)量很

9、大 而且數(shù)據(jù)用戶數(shù)很多時(shí)，則使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS），來幫助存儲、組織和管理 數(shù)據(jù)。有許多不同的DBMS設(shè)計(jì)，但在GIS中，關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是最有用的。在 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，概念上數(shù)據(jù)都被存儲成一系列的表格。不同表格中的共同字段 可以把它們連接起來。4、查詢和分析GIS提供簡單的鼠標(biāo)點(diǎn)擊查詢功能和復(fù)雜的分析工具，為管理者和類似的分析家提供 及時(shí)的信息。當(dāng)你分析地理數(shù)據(jù)用于尋找模式和趨勢，或提出“如果.怎么樣”設(shè)想時(shí)， GIS技術(shù)實(shí)際上正在被使用?，F(xiàn)代的GIS具有許多有力的分析工具，但是有兩個(gè)是特別 重要的。接近程度分析：例如用戶想了解類似這樣的問題，在這片水域周圍100米范圍

10、內(nèi)有多 少房子等，GIS技術(shù)使用一個(gè)叫做緩沖的處理方法，來確定特征間的接近關(guān)系。覆蓋范圍分析：不同數(shù)據(jù)層的綜合方法叫做覆蓋。簡單的說，它可以是一個(gè)可視化操作， 但是分析操作需要一個(gè)或多個(gè)物理連接起來的數(shù)據(jù)層。覆蓋，或空間連接，例如可以將 稅收數(shù)據(jù)與土地、斜坡、植被或土地所有者等集成在一起。5、結(jié)果可視化輸出所有查詢和分析的結(jié)果最終都以地圖信息的形式輸出。圖件對于存儲和傳遞地理信息 是非常有效的。制圖者已經(jīng)生產(chǎn)了上千年的地圖，GIS為擴(kuò)展這種制圖藝術(shù)和科學(xué)提供 了嶄新的和激動人心的工具。地圖顯示可以集成在報(bào)告、三維觀察、照片圖象和例如多 媒體的其他輸出中。四、GIS相關(guān)產(chǎn)品1、部分國外產(chǎn)品介紹以

11、下是目前應(yīng)用比較廣泛，有相當(dāng)成功案例的國外GIS產(chǎn)品。ArcInfo，ESRI公司GIS產(chǎn)品。8.0版適用于NT，pc版適用于普通pc平臺。Pc版 安裝為26M。GeoMedia 5.0，InterGraph公司GIS產(chǎn)品，可以讀取多源矢量數(shù)據(jù)(MapInfo,Oracle, Access, ArcInfo, ArcView 等)，并與 Oracle 8i Spatial 有較好銜接。GeoMedia WebMap 3.0 InterGraph公司 WebGIS產(chǎn)品，用于在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布矢量圖 形和數(shù)據(jù)，可以讀取多源矢量數(shù)據(jù)(MapInfo, Oracle, Access, ArcInfo, A

12、rcView等)。適用 于 NT。MapInfo 6.0，MapInfo公司GIS產(chǎn)品，主要用于管理矢量圖。帶大量矢量地圖示例。 全部安裝為454M。2、國內(nèi)產(chǎn)品國內(nèi)GIS產(chǎn)品近年來迅速成長，已經(jīng)有相當(dāng)?shù)某墒飚a(chǎn)品參與到各行業(yè)的建設(shè)中，以 下簡單介紹幾個(gè)產(chǎn)品。eSuperMap，超圖公司產(chǎn)品。有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)編輯處理、數(shù)據(jù)分析、與GPS 數(shù)據(jù)的結(jié)合、導(dǎo)航等功能，是面向嵌入式設(shè)備的GIS二次開發(fā)平臺。Smrtmap，北京靈圖軟件技術(shù)有限公司產(chǎn)品。它是一個(gè)組件式二維地理信息系統(tǒng)平 臺，它和靈圖軟件推出的三維地理信息系統(tǒng)平臺VRMap 一起構(gòu)成靈圖軟件地理系統(tǒng)平 臺解決方案。相關(guān)的其他信息可以在

13、各個(gè)公司的網(wǎng)頁上查詢。五、GIS與其它相關(guān)系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系1、管理信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)就是能對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、存貯、加工和再現(xiàn)，并能與用戶進(jìn)行一 系列問題交互的系統(tǒng)。它包含四大功能：數(shù)據(jù)的采集、管理、分析和表達(dá)。簡單地說， 管理信息系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)的交互系統(tǒng)。GIS與一般管理信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于GIS處理空間數(shù)據(jù)，它除了包含一般數(shù)據(jù)庫 的字母數(shù)據(jù)庫外，還有圖形數(shù)據(jù)庫，而且要共同管理、分析和使用圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)， 所以，GIS在硬件和軟件方面均比一般管理信息系統(tǒng)更加復(fù)雜，但在功能上也比后者大 得多。例如電話查號臺可看作一個(gè)管理信息系統(tǒng)，它只能回答用戶所訪問的電話號碼， 而基于GIS的通訊信息系統(tǒng)除了可查詢電話號碼外，還可提供所有電話用戶的地理分 布、空間密度、最近郵電局、公共電話等信息。當(dāng)然，管理信息提也作為相關(guān)的GIS 的一個(gè)組成部分。2、GIS與數(shù)字地圖的區(qū)別與聯(lián)系數(shù)字地圖是模擬地圖在計(jì)算機(jī)中的表示形式，它主要考慮地形、地物和各種專題要素 在圖上的表示，并且以數(shù)字形式