GIS簡(jiǎn)介——什么是GIS
2013-07-02 13:50:35 來(lái)源: 測(cè)繪論壇
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(duì)在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析。GIS技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺(jué)化效果和地理分析功能一般的數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)結(jié)果、規(guī)劃戰(zhàn)略等中具有實(shí)用價(jià)值。
我們當(dāng)今面臨世界的最主要的挑戰(zhàn)是——人口過(guò)多，環(huán)境污染，森林破壞，自然疾病等。這些都與地理因素有關(guān)。
不論是從事一種新的職業(yè)，還是尋找生長(zhǎng)香蕉的最合適的土壤，或是為救護(hù)策劃計(jì)算最佳的行車路線，這些本地問(wèn)題也都有地理因素。
地圖制作和地理分析已不是新鮮事，但GIS執(zhí)行這些任務(wù)比傳統(tǒng)的手工方法更好更快。而且，在GIS技術(shù)出現(xiàn)之前，只有很少的人具有地理信息來(lái)幫助做出決定和解決問(wèn)題的能力。
今天，GIS已是一個(gè)全球擁有數(shù)十萬(wàn)的人員和數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。GIS已在全世界的中學(xué)、學(xué)院、大學(xué)里被講授。在每個(gè)領(lǐng)域里的專家不斷地意識(shí)到按地理的觀點(diǎn)來(lái)思考和工作所帶來(lái)的優(yōu)越性。
一個(gè)GIS的組成
GIS由五個(gè)主要的元素所構(gòu)成：硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法。
硬件
硬件
硬件是GIS所操作的計(jì)算機(jī)。今天，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
軟件
GIS軟件提供所需的存儲(chǔ)、分析和顯示地理信息的功能和工具。主要的軟件部件有：
輸入和處理地理信息的工具數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）支持地理查詢、分析和視覺(jué)化的工具容易使用這些工具的圖形化界面（GUI）
數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)
一個(gè)GIS系統(tǒng)中最重要的部件就是數(shù)據(jù)了。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(gòu)買。GIS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，而且可以使用那些被大多數(shù)公司用來(lái)組織和保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，來(lái)管理空間數(shù)據(jù)。
人員
人員
GIS技術(shù)如果沒(méi)有人來(lái)管理系統(tǒng)和制定計(jì)劃應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題，將沒(méi)有什么價(jià)值。GIS的用戶范圍包括從設(shè)計(jì)和維護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)專家，到那些使用該系統(tǒng)并完成他們每天工作的人員。
方法
方法
成功的GIS系統(tǒng)，具有好的設(shè)計(jì)計(jì)劃和自己的事務(wù)規(guī)律，這些是規(guī)范而且對(duì)每一個(gè)公司來(lái)說(shuō)具體的操作實(shí)踐又是獨(dú)特的。
GIS如何工作
GIS就是用來(lái)存儲(chǔ)有關(guān)世界的信息，這些信息是可以通過(guò)地理關(guān)系連接在一起的所有主題層集合。這個(gè)簡(jiǎn)單卻非常有力和通用的概念，對(duì)于解決許多真實(shí)世界的問(wèn)題具有無(wú)價(jià)的作用，這些問(wèn)題包括：跟蹤傳輸工具、記錄計(jì)劃的詳細(xì)資料，模擬全球的大氣循環(huán)等。
地理參考系統(tǒng)
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(guó)家網(wǎng)絡(luò)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(shí)別、路名等。一種叫做地理編碼的自動(dòng)處理系統(tǒng)用來(lái)從間接的參照系統(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。這些地理參考系統(tǒng)可以使你定位一些特征，例如商業(yè)活動(dòng)、森林位置，也可以定位一些事件，例如地震，用于做地表分析。
矢量和柵格模式
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——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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)連續(xù)變化的特征，例如土壤類型或趕往醫(yī)院的開(kāi)銷等，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(lái)存儲(chǔ)地理數(shù)據(jù)，都有優(yōu)點(diǎn)和缺陷�，F(xiàn)代的GIS都可以處理這兩種模式。
GIS的任務(wù)
一般來(lái)說(shuō)，GIS有以下五個(gè)過(guò)程或任務(wù)：
輸入
處理
管理
查詢和分析
可視化
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(guò)叫做數(shù)字化。對(duì)于大型的項(xiàng)目，項(xiàng)目GIS技術(shù)可以通過(guò)掃描技術(shù)來(lái)使這個(gè)過(guò)程全部自動(dòng)化，對(duì)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。
處理
處理
對(duì)于一個(gè)特殊的GIS項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，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)。例如，地理信息適用于不同的比例尺（街道中心線文件的比例尺也許是1：100000；人口邊界是1：50000；郵政編碼是1：10000）。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)提供了許多工具有來(lái)處理空間數(shù)據(jù)和去除不必要的數(shù)據(jù)。
管理
對(duì)于小的GIS項(xiàng)目，把地理信息存儲(chǔ)成簡(jiǎn)單的文件就足夠了。但是，當(dāng)數(shù)據(jù)量很大而且數(shù)據(jù)用戶數(shù)很多時(shí)，最好使用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS），來(lái)幫助存儲(chǔ)、組織和管理數(shù)據(jù)。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS就是用來(lái)管理一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)——一個(gè)數(shù)據(jù)的完整收集——的計(jì)算機(jī)軟件。
有許多不同的DBMS的設(shè)計(jì)，但在GIS中，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是最有用的。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，概念上數(shù)據(jù)都被存儲(chǔ)成一系列的表格。不同表格中的共同字段中可以把它們連接起來(lái)。這個(gè)令人驚訝的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)被廣泛地應(yīng)用，主要是由于它的靈活性以及在使用GIS和不使用GIS時(shí)，都被廣泛地采用。
查詢和分析
一旦你擁有一個(gè)包含你的地理信息的多功能的GIS系統(tǒng)，你可能開(kāi)始提出象下面這樣的一些簡(jiǎn)單問(wèn)題：
這個(gè)角落上的這塊土地屬于誰(shuí)？
兩個(gè)地方之間的距離是多少？
工業(yè)用地的邊界在哪里？
有關(guān)分析的問(wèn)題可能是：
適合于蓋新房子的所有地點(diǎn)在哪里？
生長(zhǎng)橡樹(shù)的最好的土壤類型是什么？
如果我要在這里建一條高速公路，它將如何影響交通？
GIS提供簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)點(diǎn)擊查詢功能和復(fù)雜分析工具，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(shì)，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。現(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。
1．接近程度分析
在這片水域周圍100米范圍內(nèi)有許少房子？
這家商店附近10公里范圍內(nèi)共有多少消費(fèi)者？
在這口井周圍500米范圍內(nèi)紫花苜蓿這種植物占多大面積？
為了回答這些問(wèn)題，GIS技術(shù)使用一個(gè)叫做緩沖的處理方法，來(lái)確定特征間的接近關(guān)系。
2．覆蓋范圍分析
不同數(shù)據(jù)層的綜合方法叫做覆蓋。簡(jiǎn)單的說(shuō)，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(lái)的數(shù)據(jù)層。覆蓋，或空間連接，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。
可視化
對(duì)于許多類型的地理操作，最終結(jié)果最好是以地圖或圖形來(lái)顯示。圖件對(duì)于存儲(chǔ)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(dòng)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。
相關(guān)技術(shù)
GIS與其他幾種信息系統(tǒng)密切相關(guān)，但由于其處理和分析地理數(shù)據(jù)的能力使其與它們相區(qū)別。盡管沒(méi)有什么硬性的和快性的規(guī)則來(lái)給這些信息系統(tǒng)分類，但下面的討論可以幫助區(qū)分GIS和桌面制圖、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD、遙感、DBMS、以及GPS技術(shù)。
桌面制圖
桌面制圖系統(tǒng)用地圖來(lái)組織數(shù)據(jù)和用戶交互。這種系統(tǒng)的主要目的是產(chǎn)生地圖：地圖就是數(shù)據(jù)庫(kù)。大多數(shù)據(jù)桌面制圖系統(tǒng)只有及其有限的數(shù)據(jù)管理、空間分析以及個(gè)性化能力、桌面制圖系統(tǒng)在桌面計(jì)算機(jī)上進(jìn)行操作，例如PC機(jī)，Macintosh以及小型UNIX工作站。
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)促進(jìn)了產(chǎn)生建筑物和基本建設(shè)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃。這種設(shè)計(jì)需要裝配固有特征的組件來(lái)產(chǎn)生整個(gè)結(jié)構(gòu)。這些系統(tǒng)需要一些規(guī)則來(lái)指明如何裝配這些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展可以支持地圖設(shè)計(jì)，但管理和分析大型的地理數(shù)據(jù)庫(kù)的工具很有限。
遙感和GPS
遙感是一門使用傳感器對(duì)地球進(jìn)行測(cè)量的科學(xué)和技術(shù)，例如，飛機(jī)上的照相機(jī)，全球定位系統(tǒng)（GPS）接收器，或其他設(shè)備。這些傳感器以圖象的格式收集數(shù)據(jù)，并利用、分析和可視化這些圖象提供專門的功能。由于它缺乏強(qiáng)大的地理數(shù)據(jù)管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。
DBMS數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)
數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)專門研究如何存儲(chǔ)和管理所有類型的數(shù)據(jù)，其中包括地理數(shù)據(jù)。DBMS使存儲(chǔ)和查找數(shù)據(jù)最優(yōu)化，許多GIS為此而依靠它。相對(duì)于GIS而言，它們沒(méi)有分析和可視化的工具。
GIS可以做什么
進(jìn)行地理信息查詢和分析
GIS搜索數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行地理信息查詢的能力，節(jié)約了許多公司數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的美元。GIS可以：
縮短回答客戶請(qǐng)求的時(shí)間
找到適合于開(kāi)發(fā)的土地
在糧食、土壤和天氣之間找尋相關(guān)關(guān)系
電氣線路故障定位
房地產(chǎn)經(jīng)紀(jì)人可以用GIS在一定的區(qū)域內(nèi)尋找滿足下列條件的所有房屋：瓦蓋的屋頂、五個(gè)房間、并可列出它們的所有特點(diǎn)。
查詢可以通過(guò)增加準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)一步細(xì)化：房?jī)r(jià)必須每平方英尺少于100美元。還可以列出這些房屋離學(xué)校在一定的距離之內(nèi)。
改進(jìn)機(jī)構(gòu)集成
許多采用了GIS的機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)其主要效益之一是改進(jìn)它們自己的機(jī)構(gòu)和資源的管理。由于GIS具有數(shù)據(jù)集合和地理信息鏈接起來(lái)的能力，促使它們之間共享和交流局部信息。通過(guò)產(chǎn)生可共享的數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)部門可從另一個(gè)部門的工作中得到好處，這是由于數(shù)據(jù)只需采集一次，但應(yīng)用多次。
由于個(gè)人和部門之間的通訊在增加，冗余被減少，生產(chǎn)力提高，整體組織效率改進(jìn)。因此，在一個(gè)有效的公司里，用戶和基本建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以集成在一起，這樣，當(dāng)需要進(jìn)行維護(hù)時(shí)，受影響的用戶會(huì)得到計(jì)算機(jī)發(fā)出的信件。
做出好的決定
一個(gè)古老的格言“好的信息導(dǎo)致好的決定”，對(duì)于GIS和其他信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是正確的。然而，一個(gè)地理信息系統(tǒng)（GIS），并不是一個(gè)自動(dòng)決策系統(tǒng)，而是一個(gè)查詢、分析和支持作出決策處理的圖件數(shù)據(jù)工具。GIS技術(shù)已經(jīng)被用于幫助完成一些任務(wù)，例如：為計(jì)劃調(diào)查提供信息，幫助解決領(lǐng)土爭(zhēng)端，以最小化視覺(jué)干擾為原則設(shè)置路標(biāo)。
GIS可以用于幫助一個(gè)新房址的選定，以使其受環(huán)境影響最小，在低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，離人口聚集地近�？梢砸缘貓D和附加報(bào)告的方式簡(jiǎn)潔而清晰的提供這個(gè)信息，使決策者集中精力于實(shí)際的問(wèn)題，而不是花時(shí)間去理解數(shù)據(jù)。由于GIS結(jié)果能夠很快的獲得，多個(gè)假想的結(jié)果可以被高效地評(píng)價(jià)。
制圖
圖件在GIS中占有重要的一席之地。GIS的制圖方法比傳統(tǒng)的人工或自動(dòng)繪圖方法要靈活得多。她開(kāi)始于數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建。已經(jīng)存在的紙張圖件可以進(jìn)行數(shù)字化，并可以把計(jì)算機(jī)兼容的信息轉(zhuǎn)換到GIS中。以GIS為基礎(chǔ)的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)是可能延續(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。
地圖集和地圖叢書的特征可以用計(jì)算機(jī)程序編碼，并與最終的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品相比較。在其他GIS中使用的數(shù)字化產(chǎn)品還可以來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的簡(jiǎn)單拷貝。在一個(gè)大的組織機(jī)構(gòu)中，地形數(shù)據(jù)庫(kù)可以被其他部門用作參考構(gòu)架。
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