地理信息系统的主要特征和功能

2.1.2　地理信息系统的主要特征和功能

地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于：其存储和处理的信息是经过地理编码的，而地理位置及与该位置有关的地理属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列数字形式的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间定位信息和非定位信息两个部分组成。GIS就是用来存储有关世界的信息，这些信息是可以通过地理关系连接在一起的所有主题层的集合。这个简单却非常有力和通用的概念，对于解决许多真实世界的问题具有巨大的作用。这些问题包括：跟踪传输工具、记录计划的详细资料，模拟全球的大气循环等。

1.地理参考系统

地理信息包含有明确的地理参照系统，例如经度坐标和纬度坐标，或者是国家网格坐标。也可以包含间接的地理参照系统，例如地址、邮政编码、人口普查区名、森林位置识别、路名等。一种叫做地理编码的自动处理系统用来从间接的参照系统(如地址描述)转变成明确的地理参照系统(如多重定位)。这些地理参考系统可以使你定位一些特征，例如商业活动、森林位置，也可以定位一些事件，例如地震分析等。

2.矢量和栅格模式

地理信息系统工作于两种不同的基本地理模式——矢量模式和栅格模式(如图2.1所示)。

图2.1　栅格模式与矢量模式

在矢量模式中，关于点、线和多边形的信息被编码并以x、y坐标形式储存。一个点特征的定位，例如一个钻孔，可以被一个单一的x、y坐标所描述。线特征，例如公路和河流，可以被存储于一系列的点坐标。多边形特征，例如销售地域或河流聚集区域，可以被存储于一个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于描述一些离散特征，但对连续变化的特征，例如土壤类型等，就用处不大。栅格模式是连续特征的模式，栅格图像包含有网格单元，有点像扫描的地图或图像照片等。

不管是矢量模式还是栅格模式，用来存储地理数据，都有其优点和缺陷。现代的GIS都可以处理这两种模式。

3.GIS的功能

一般来说，GIS有以下五个过程或功能：

1)输入

在地理数据用于GIS之前，数据必须转换成适当的数据格式。从图纸数据转换成计算机文件的过程叫做数字化。对于大型的项目，现代GIS技术可以通过扫描技术来使这个过程全部自动化；对于较小的项目，需要手工数字化(使用数字化桌)。目前，许多地理数据已经是GIS兼容的数据格式。这些数据可以从数据提供商那里获得并直接装入GIS中。

2)处理

对于一个特殊的GIS项目来说，有可能需要将数据转换或处理成某种形式以适应这个系统。例如，地理信息适用于不同的比例尺(街道中心线文件的比例尺是1∶100 000；人口边界是1∶50 000；邮政编码是1∶10 000)。在这些信息被集成以前，必须转变成同一比例尺。这可以是为了显示的目的而做的临时变换，也可以是为了分析所做的永久变换。GIS技术提供了许多工具来处理空间数据和去除不必要的数据。

3)管理

对于小的GIS项目，把地理信息存储成简单的文件就足够了。但是，当数据量很大而且数据用户数很多时，最好使用一个数据库管理系统(DBMS)，来帮助存储、组织和管理数据。一个数据库管理系统DBMS就是用来管理一个数据库(一个数据的完整收集的计算机软件系统)。有许多不同的DBMS设计，但在GIS中，关系数据库管理系统的设计是最有用的。在关系数据库系统设计中，概念上的数据都被存储成一系列的表格。不同表格中的共同字段可以把它们连接起来。

4)查询和分析

一旦拥有一个包含专门的地理信息的多功能的GIS系统，就可能开始提出像下面这样的一些简单问题：这个角落上的这块土地属于谁？两个地方之间的距离是多少？工业用地的边界在哪里？有关分析的问题可能是：适合于盖新房子的所有地点在哪里？如果要在这里建一条高速公路，它将如何影响交通？

GIS提供简单的鼠标点击查询功能和复杂的分析工具，为管理者和类似的分析家提供及时的信息。当分析地理数据用于寻找模式和趋势，或提出“如果……怎么样”的设想时，GIS技术实际上正在被使用。现代的GIS具有许多有力的分析工具，但是有两个是特别重要的：

(1)缓冲分析。在这片水域周围100m范围内有多少房子？这家商店附近10km范围内共有多少消费者等？为了回答这些问题，GIS技术使用缓冲的处理方法，来确定特征间的接近关系。

(2)叠置分析。不同数据层的综合方法叫做叠置(如图2.2所示)。简单地说，它可以是一个可视化操作，但是分析操作需要一个或多个物理连接起来的数据层。叠置或空间连接可以将同一地区、统一比例尺的行政区划图数据与土地利用、斜坡、植被或土地所有者等集成在一起，获得新的综合分析图。

图2.2　叠置分析

5)可视化

对于许多类型的地理操作，最终结果最好是以地图或图形来显示。图形对于存储和传递地理信息是非常有效的。制图者已经生产了上千年的地图，GIS为扩展这种制图艺术和科学提供了崭新的和激动人心的工具。地图显示可以集成在报告、三维观察、照片图像和例如多媒体的其他输出中。