第1章 绪 论
一、地理信息系统的基本概念
1信息、地理信息
(1)信息和数据
①信息
信息是用文字、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,从而向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实和知识,是生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
②数据
数据是一种未经加工的原始资料。数字、文字、符号、图像都是数据。
③信息和数据的关系
信息具有客观性、适用性、可传输性和共享性等特征。数据是客观对象的表示,而信息则是数据内涵的意义,是数据的内容和解释。信息来源于数据。
(2)地理信息
①地理信息的定义
地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识,它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。
②地理数据的定义
地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示,包括空间位置、属性特征(简称属性)及时域特征三部分。
③地理空间分析的三大基本要素
空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素
a.空间位置数据描述地物所在位置。
b.属性数据有时又称非空间数据,是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标。
c.时域特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。
(3)地理信息的特征
地理信息除了具有信息的一般特性外,还具有以下独特特性:
①空间分布性
地理信息具有空间定位的特点,先定位后定性,并在区域上表现出分布式的特点,其属性表现为多层次,因此地理数据库的分布或更新也应是分布式的。
②数据量大
地理信息既有空间特征,又有属性特征,此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。
③信息载体的多样性
地理信息的第一载体是地理实体的物质和能量本身,除此之外,还有描述地理实体的文字、数字、地图和影像等符号信息载体以及纸质、磁带、光盘等物理介质载体。
2信息系统
(1)信息系统的定义
信息系统是具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。
(2)信息系统的基本组成
在计算机时代,信息系统部分或全部由计算机系统支持,并由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成。另外,智能化的信息系统还包括知识。
(3)信息系统的类型
根据系统所执行的任务,信息系统可分为事务处理系统和决策支持系统。
①事务处理系统
事务处理系统强调的是数据的记录和操作,民航订票系统是其典型示例之一。
②决策支持系统
决策支持系统是用以获得辅助决策方案的交互式计算机系统,一般由语言系统、知识系统和问题处理系统共同构成。
3地理信息系统
(1)地理信息系统的定义
地理信息系统有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”,是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
(2)地理信息系统的管理对象及用途
计算机软件系统包括
地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系,用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程,解决复杂的规划、决策和管理问题。
(3)地理信息系统的相关概念
①GIS的物理外壳
GIS的物理外壳是计算机化的技术系统,它又由若干个相互关联的子系统构成,如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等,这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
②GIS的操作对象
GIS的操作对象是空间数据,即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码,实现对其定位、定性和定量的描述,这是GIS区别于其他类型信息系统的根本标志,也是其技术难点所在。
③GIS的技术优势
GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力,可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息,实现地理空间过程演化的模拟和预测。
④GIS与测绘学和地理学的关系
GIS与测绘学和地理学有着密切的关系,大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感(RS)技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数据;电子速测仪、全球定位系统(GPS)技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用,可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品,为GIS提供丰富和更为实时的信息源,并促使GIS向更高层次发展。地理学是GIS的理论依托。
(3)地理信息系统的分类
GIS按研究的范围大小可分为全球性的、区域性的和局部性的;按研究内容的不同可分为综合性的与专题性的。同级的各种专业应用系统集中起来,可以构成相应地域同级的区域综合系统。
二、地理信息系统的发展概况
1国际发展状况
综观GIS发展,可将地理信息系统发展分为以下四个阶段。
(1)地理信息系统的开拓期(20世纪60年代)
(2)地理信息系统的巩固发展期(20世纪70年代)
(3)地理信息系统技术大发展时期(20世纪80年代)
(4)地理信息系统的应用普及时代(20世纪90年代至今)
2国内发展状况
我国地理信息系统方面的工作起步稍晚于国际水平,但发展迅速,形势喜人。主要经历了如下几个阶段:
(1)起步阶段
20世纪70年代初期,我国开始推广电子计算机在测量、制图和遥感领域中的应用。
(2)发展阶段
20世纪80年代起,我国地理信息系统方面的工作开始展开。
(3)快速发展阶段
自20世纪90年代起,地理信息系统步入快速发展阶段。总之,中国地理信息系统事业经过近30年的发展,取得了重大的进展。地理信息系统的研究和应用已走向了产业化。
三、地理信息系统的构成
完整的GIS主要由四个部分构成,即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员,其核心部分是计算机软、硬系统,空间数据库反映了GIS的地理内容,而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。
1计算机硬件系统
GIS由于其任务的复杂性和特殊性,必须由计算机设备支持,系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件受硬件指标的支持或制约。GIS硬件配置一般包括四个部分:
(1)计算机主机;
(2)数据输入设备;
(3)数据存储设备;
(4)数据输出设备。
图1-2 GIS硬件的组成
2计算机软件系统
计算机软件系统指GIS运行所必需的各种程序,通常包括以下三个方面:
(1)计算机系统软件
GIS日常工作所必需的,通常包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序以及各种维护使用手册、程序说明等。
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