地理信息系统在3S技术中的作用

地理信息系统概念

    地理信息系统（Geographical Information System,GIS）是在计算机硬件和软件支持下它是在计算机硬件和软件支持下，运用地理信息科学和系统工程理论，科学管理和综合分析各种地理数据，提供管理、模拟、决策、规划、预测和预报等任务所需要的各种地理信息的技术系统。

    从计算机实现的技术角度看，地理信息系统是一个用于对地理数据进行采集、管理、查询、计算、分析与可是表现的计算机技术系统，一般所以的地理信息系统的大型应用软件系统。

    地理信息系统的开发，起源于加拿大土地管理局在20世纪60年代初期开展的土地资源调查，该土地局从1963年开始投入人力和财力来开发用于土地资源调查与管理的地理信息系统，历时8年，至1971年完成。经过30多年的发展，地理信息系统作为一种先进的技术手段和地理信息处理与分析的工具，日益受到人们的重视。Coulson（1990）将地图学、遥感、地理信息系统和统计学一起成为“地理学的通用工具”，并且指出，地理系学生无论未来的研究方向如何，豆应该熟练地掌握这些通用的工具。

地理信息系统基本功能

    GIS与传统的管理信息系统（MIS）技术相比，具有较多的优势。例如，它能够把空间信息与属性信息相结合，不仅使用户知道一个物体是什么，而且知道在哪里。此外，GIS具有把时间和空间的信息相结合起来的能力，它可以对不同时间序列中的空间信息做出直观的描述，并可以把查询与分析结果以声、图、文一体化的方式展现出来，其应用领域已渗透到社会生活的各方面，对农业建设、国民经济的发展和宏观经济决策，起到了积极的作用

    从技术角度看，地理信息系统具有以下基本功能：

    地理数据采集功能

    将地球表层目标地物的分布位置与属性通过输入设备输入计算机，成为地理信息系统能够操作与分析的数据的功能。这个过程成为数据采集，常用的数据采集方法包括：

    1）.计算机键盘数据采集。计算机键盘作为一种属性数据采集设备，目前被广泛用来录入属性数据。录入人员按照GIS数据库在荧屏上提供的表格，可以快速与方便地录入属性数据。

    2）.手扶跟踪数字化方法。手扶跟踪数字化是地图采集数据的方法之一。数字化工作通过由计算机、数字化仪和数字化软件组成的数字化系统来完成。操作员在数字化仪上采用手工跟踪方法完成地图的数字化。

    3）.地图扫描数字化。利用扫描仪将地图进行数字化处理。地图扫描数字化获得的数据文件是栅格数据，它在许多情况下需要进一步处理，转化为矢量数据。地图扫描数字化可以大大减轻地图数字化人员输入地图的劳动强度，提高地图输入的精度，节约时间。

    4）.实测地图数据的输入。利用全站仪和便携机（即电子平板）相结合，在野外采集数据，无需编码，测量数据直接进入电子平板绘图，现场修改编辑显示。其特点是电子平板在测站代替常规测图板，直观，便于修改。采用实测地图数据的输入，可以得到高精度、大比例尺的数字地图。

    5）.GPS数据采集。

    地理数据管理功能

    主要包括地理属性数据管理与地理空间数据管理。

    1）.地理属性数据管理

    在地理属性数据库中，地理数据的组织一般分为四级：数据项、记录、文件和数据库，地理属性数据管理对象包括属性数据项、属性数据记录和属性文件。

    随着可视化技术的发展，属性数据文件经常采用表格形式出现。

    空间数据的管理

    空间数据的管理包括空间数据的编辑修改和检索查询。

    空间数据的编辑修改包括两个层次：

    数字图层中点、线、面特征（地图制图单元）的编辑修改。

    数字图层的编辑操作，它包括数字地图裁剪、数字地图拼接等内容。

    空间数据与属性数据之间的双向查询检索。双向查询检索是地理数据管理最重要的功能之一。空间数据与属性数据之间的查询，是通过属性记录和空间记录中的关键字，把空间数据与属性数据联结在一起，从而实现数据库中空间数据和属性数据的连接、检索和查询，例如，根据地址或者街道名称在地图上找到街道位置并在数字地图上突出显示。又如，在电子地图上，用光标点击一个地点查询它的地理位置或者属性。

    空间分析与属性分析功能

    分析功能是地理信息系统的核心。分析功能主要依赖于地理信息模型来实现。模型是对地表客观事物和现象的概括与抽象。模型借助于实物、文字、符号、数字公式或图表等来刻画和表征。从表现的形式看，模型有实物模型（如军事指挥上使用的沙盘）、文字模型（如计算机设计中采用的概念模型）、图表模型（如模拟地图、数据图表）、数字模型（如正态分布模型）。按照地理信息模型作用对象的不同，地理信息模型分为两种类型：

    空间数据分析模型：空间数据分析模型操作的对象为空间数据。按空间数据结构不同，可以把空间数据分析模型分为基于矢量数据的分析模型与基于矢量数据的分析模型与基于栅格数据的分析模型。

    经常使用的基于矢量数据的分析模型包括拓扑叠加（Overlay）模型、定距离空间搜索（Buffer，又称为缓冲区分析）模型、地理网线分析（Network，又称网络），模型。

    基于栅格数据的空间分析模型主要有数字模型（Digital Terrain Models）等。通过数字地面模型产生的有序数字集合，可以刻画地球表面事务与现象在空间分布的各种特性。

    属性数据分析模型：属性数据分析模型主要对地理属性数据进行分析与处理，它要求模型构建者熟悉模型应用领域的实际背景，透彻地把握与理解问题的本质，具有解决问题的专业知识，方能建立切合实际具体问题的模型。常用的属性数据分析模型有：

    统计系列模型：一类模型为地物分布统计分析模型，另一类为时间序列统计分析模型。

    相关分析系列模型：经常采用的有典型相关分析、回归分析模型等。这类模型应用于求解地理要素之间数量关系的相关分析。

    分类系列模型：这类包括模糊聚类、多级聚类、最大似然比分类与判读分析模型等。

    评价系列模型：这类模型包括评价要素选择模型，因子权重分配模型，评价模型、分等定级模型等。

    预测系列与动态模拟模型：包括回归预测模型、趋势分析模型与系统动力学模拟模型。

    规划系列模型：这类模型包括线性规划模型、非线性规划模型、动态规划模型、投入—产出模型等。

    上述属性数据分析模型，在具体应用中，还要根据不同区域、不同时间和具体情况来确定参数与系数，方能够有针对性的解决实际问题。

    地理信息的可视化表现

    地理信息的可视化表现依赖于可视化技术的发展。

    可视化技术通常涉及两个方面的内容。一是软件开发阶段的可视化，即可视化编程。他把开发过程所进行的编辑、运行、管理等操作简化成一系列小图标（操作按钮），每个图表都有与其相关命令含义一致的图形。

    可视化技术另一个方面的内容是利用计算机图形图像技术的方法，以图形图像形式将大量数据形象而只管地显示出来。GIS提供了地理信息可视化表现的多种功能。

    数字地图显示：在计算机荧屏上显示地图，既方便有经济，便于观察与分析。

    数字地图整饰功能：以人机交互方式在计算机荧屏上对地图进行整饰，如改变地图的构图，调换符号、线性、颜色、字体、间距、输出比例尺等。地图整饰可以提高地图表现内容的科学性和表现形式的艺术性。

    数字地图的可视化输出：这里的可视化输出是将数字地图直观而形象地表现在纸张、胶片等介质上，用户可以直接阅读、观察和研究。它不同于数据文件的传输。地理信息的可视化输出设备包括打印机、绘图仪等、其中彩色激光打印机或者彩色喷墨绘图仪等设备可以输出高质量、色彩鲜艳的图像。

    此外，GIS与Internet技术结合，可以构成网络地理信息系统（WebGIS），利用WebGIS提供的可视化表现功能，可以在互联网上发布地理信息，为因特网用户提供电子地图服务。WebGIS使用者也可以利用WebGIS在Internet上检索、查询各种地理信息，贡献Internet上提供的地理信息资源。

    概括以上功能，可以说地理信息系统在3S技术中具有采集、存贮、管理、分析、描述整个或部分地球上与空间和地理分布有关的数据的重要作用。