对CIS的认识

转载帮你认识GIS地理信息系统

1.对GIS的认识

（一）、地理信息系统的发展历史

我觉得，要想对一个学科有一个好的认识的认识，就需要从它的历史开始。

地理信息系统萌芽于20世纪60年代初。当时，加拿大的Roger F.Tomlinson和美国的Duane F.Marble从不同的角度提出了地理信息系统的概念。1962年，Tomlinson提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统（CGIS），以实现专题地图的叠加、面积量算等。1972年，CGIS全面投入运行与使用，成为世界上第一个运行型地理信息系统。这对后来地理信息系统的发展有重要的影响。与此同时，Duane F.Marble在美国利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通，并提出建立地理信息系统软件系统的思想。同期，计算机地图制图系统的研究开始发展起来，并对地理信息系统发展产生了深刻影响。地理信息系统在最近30年里取得了惊人的发展，并广泛应用于资源调查、地图制图、环境评估、区域发展规划、公共管理设施等领域.

国外地理信息系统研究时间较长,已经形成相对成熟的产业,美国、日本、德国、加拿大等有许多地理信息系统的高科技企业。而我国地理信息系统产业发展时间比较短，虽然也有一些高科技企业，但规模比较小，许多科研成果有待走出实验室，所以公众对其认知程度还不高。但应该看到，地理信息系统产业属于国家大力扶持的高新技术产业，发展非常迅速，尤其是随着“中国G协会”和“中国海外GIS协会”的成立以及一批相关高科技企业的建立，我国地理信息系统的研究和开发已经步入初步繁荣，在不久的将来必将成为高新技术产业中新的经济增长点。

（二）、地理信息系统的内容

1、地理信息系统的定义

地理信息系统（Geography Information System,简称GIS）是一种兼容、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。

  这个定义由两部分组成，其一，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；其二，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

2、地理信息系统的构成

（1）、计算机硬件系统

计算机硬件系统是构成地理信息系统所需的基本设备，是系统的物理外壳。系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件都与硬件有极大地关系，受硬件指标的支持或制约。构成计算机硬件系统的基本组件包括：输入输出设备、*处理单元、储存器等，这些硬件组件协同工作，向计算机系统提供必要地信息，使其完成任务；保存数据以备现在或将来使用；将处理得到的结果或信息提供给用户。

（2）、计算机软件系统

   地理信息系统基础软件包括通用的GIS软件包、CAD等，用于支持对空间数据的输入、存储、转换、输出和与用户接口。应用程序作用于地理专题或区域数据，构成GIS的具体内容，这是用户最为关心的真正用于地理分析的部分，也是从空间数据中提取地理信息的关键。

   常见的几种地理信息系统软件有ARC/INFO、ArcView、MGE(Modular GIS Environment)、Mapinfo等。

（3）、地理数据库系统

     地理信息系统的地理数据分为几何数据和属性数据。几何数据由点、线、面组成，其数据表达形式可以采用栅格和矢量两种形式，几何数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向、以及拓扑几何关系。

（4）、系统管理人员和组织结构

    地理信息系统是一个动态的地理模型，它需要系统管理人员对系统进行组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并利用地理分析模型提取多种信息，为地学研究和决策服务。因此，人是地理信息系统应用成败的关键，而强有力的组织机构则是系统运行的保障。

3、地理信息系统的功能

（1）、数据采集、检验与编辑

    主要用于获取数据，保证地理信息系统数据中得数据在内容空间上的完整性、数据值逻辑上的一致性等。

（2）、数据处理

    初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。

（3）、数据的存储与组织

    这是一个数据集成的过程，也是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及空间数据和属性数据的组织。

（4）、查询、检索功能

    查询、检索是地理信息系统以及许多其他自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能。

     这就渐渐和大众近了许多，人们可以通过一定的平台来查询、检他们所需要的地理信息，满足他们的需求。

（5）、空间分析功能

    空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的一种空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。通过空间分析可以揭示数据库中数据所包含的更深刻、更内在的规律和特征。因此，空间分析室地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其他计算机系统的根本区别。

（6）、显示功能

地理信息系统为用户提供了许多用于显示地理数据的工具，其表达形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是报告、表格、地图等硬拷贝图件，尤其要强调的是地理信息系统的地图输出功能。

（三）、地理信息系统的3S技术

 3S技术是遥感技术（Remote sensing,RS）、地理信息系统（Geography information systems,GIS）和全球定位系统（Global   position systems,GPS）的总称，是空间技术，遥感器技术，，卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。

 RS有广义和狭义之分，广义的遥感即遥远感知，泛指各种非接触的，远距离的探测技术，如电磁波、声波、重力场、地震探测波等；而狭义的遥感是一门新兴的科学技术，主要指从远距离、高考空以致外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测器，通过摄影和扫描，信息传感、传输和处理，从而识别地面物质的性质和运动状态的现代化技术系统。它是地理信息系统的重要信息源。

 GPS是美国从20世纪70年代 开始研制，于1994年建成，具有海、陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS是由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛用于军事、民用交通（船舶、飞机、汽车等）导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活（人员跟踪、休闲娱乐）等不同领域。也是GIS的一种工具。

 随着3S技术的不断发展，将遥感、全球卫星定位系统和地理信息系统紧密结合起来的“3S”一体化技术已显示出更为广阔的应用前景。以RS、GIS、GPS为基础，将RS、GIS、GPS三种独立技术中的有关部分有机集成起来，构成一个强大的技术体系，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。

3 测绘词条精选

⒈1954年北京坐标系：1954年我国决定采用的国家大地坐标系，实质上是由原苏联普尔科沃为原点的1942年坐标系的延伸。

⒉1980西安坐标系：采用国际地理联合会（IGU）第十六届大会推荐的椭球参数，大地坐标原点在陕西省泾阳县永乐镇的大地坐标系，又称西安坐标系。

⒊1985国家高程基准：1987年颁布命名的，以青岛验潮站1952年～1979年验潮资料计算确定的平均海面作为基准面的高程基准。

⒋城市基础地理信息：城市基础地理信息是指城市最基本的地理信息，包括各种平面和高程控制点、建筑物、道路、水系、境界、地形、植被、地名及某些属性信息等，用于表示城市基本面貌并作为各种专题信息空间定位的载体。它具有统一性、精确性和基础性的特点。

⒌大地测量：测定地球形状、大小、重力场及其变化和建立地区以至全球的三维控制网的技术。

⒍大地水准面：一个假想的与处于流体静平衡状态的海洋面(无波浪、潮汐、海流和大气压变化引起的扰动)重合并延伸向大陆且包围整个地球的重力等位面。

⒎地形图：详细表示地表上居民地、道路、水系、境界、土质、植被等基本地理要素且用等高线表示地面起伏的一种按统一规范生产的普通地图。

⒏海图：以海洋为主要描绘对象的地图。按表示内容分为航海图、普通海图和专题海图。

⒐地图比例尺：地图上某一线段的长度与地面上相应线段水平距离之比。

⒑方位角：子午面和天体垂直面间的两面角。

⒒定位精度：空间实体位置信息（通常为坐标）与其真实位置之间的接近程度。

⒓等高线：地图上地面高程相等的相邻点所连成的曲线在平面上的投影。

⒔深度基准面：水深测量及海图所载深度的起算面。

⒕海道测量：又称“水道测量”。获取、维护和处理用于描述固体地球水圈及其边界的空间数据与信息的过程与技术。

⒖多波束测深：声学换能器在垂直于测船航向形成扇形波束，以获取多个水深数据的测量技术。

⒗扫海测量：利用扫海具、声呐或磁力仪对选定海区进行面状探测，查明该区域内是否存在航行障碍物以确定安全通航深度的测量工作。

⒘海岸线：海水面和陆地的交界线。在海图上，有潮海为多年平均大潮高潮的水陆分界线；无潮海为平均海面的水陆分界线。

⒙国际地球参考框架：国际地球参考系统（ITRS）的实现，由国际地球自转服务局（IERS）根据空间大地测量技术，包括甚长基线干涉测量（VLBI）、卫星激光测矩（SLR）、多里斯系统（DORIS）、全球定位系统（GPS）等，所确定的地面点的坐标所构成的集合。

⒚三角高程测量：通过观测各边端点的天顶距，利用已知点高程和已知边长确定各点高程的测量技术和方法。

⒛基础测绘：是指建立全国统一的测绘基准和测绘系统，进行基础航空摄影，获取基础地理信息的遥感资料，测制和更新国家基本比例尺地图、影像图和数字化产品，建立、更新基础地理信息系统。

4 GIS~地理信息系统概论基本概念集锦

1、比较GIS与CAD、CAC间的异同。
CAD——计算机辅助设计，规则图形的生成、编辑与显示系统，与外部描述数据无关。
CAC——计算机辅助制图，适合地图制图的专用软件，缺乏空间分析能力。
GIS——地理信息系统，集规则图形与地图制图于一身，且有较强的空间分析能力。
7、栅格——栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针。因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。特点：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性本身，而所在的位置则根据行列号转换为相应的坐标，即定位是根据数据在数据集中的位置得到的，在栅格结构中，点用一个栅格单元表示；线状地物用沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。
8、矢量——它假定地理空间是连续，通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码；对于线实体，用一系列坐标对的连线表示；多边形是指边界完全闭合的空间区域，用一系列坐标对的连线表示。
11、空间分析方法——1、空间信息的测量：线与多边形的测量、距离测量、形状测量；2、空间信息分类：范围分级分类、邻域功能、漫游窗口、缓冲区；3、叠加分析：多边形叠加、点与多边形、线与多边形；4、网络分析：路径分析、地址匹配、资源匹配； 5、空间统计分析：插值、趋势分析、结构分析；6、表面分析：坡度分析、坡向分析、可见度和相互可见度分析。
12、欧拉数——最通常的空间完整性，即空洞区域内空洞数量的度量，测量法称为欧拉函数，它只用一个单一的数描述这些函数，称为欧拉数。数量上，欧拉数=（空洞数）-（碎片数-1），这里空洞数是外部多边形自身包含的多边形空洞数量，碎片数是碎片区域内多边形的数量。有时欧拉数是不确定的。
18、DEM——**数字高程模型（Digital Elevation Model）。地形模型不仅包含高程属性，还包含其它的地表形态属性，如坡度、坡向等。**DEM通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示，广义的DEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。在地理信息系统中，DEM是建立数字地形模型（Digital Terrain Model）的基础数据，其它的地形要素可由DEM直接或间接导出，称为“派生数据”，如坡度、坡向。
19、空间插值——空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。空间内插算法：通过已知点的数据推求同一区域未知点数据。空间外推算法：通过已知区域的数据，推求其它区域数据。
21、线密度——用所有区域内的线的总长度除以区域的面积。
23、图形叠加——将一个被选主题的图形所表示的专题信息放在另一个被选主题的图形所表示的专题信息之上。
24、栅格自动叠加——基于网格单元的多边形叠加是一个简单的过程，因为区域是由网格单元组成的不规则的块，它共享相同的一套数值和相关的标注。毫无疑问，网格单元为基础的多边形叠加缺乏空间准确性，因为网格单元很大，但是类似于简单的点与多边形和线与多边形叠加的相同部分，由于它的简单性，因此可以获得较高的灵活程度和处理速度。
25、拓扑矢量叠加——如何决定实体间功能上的关系，如定义由特殊线相连的左右多边形，定义线段间的关系去检查交通流量，或依据个别实体或相关属性搜索已选择实体。它也为叠加多个多边形图层建立了一种方法，从而确保连结着每个实体的属性能够被考虑，并且因此使多个属性相结合的合成多边形能够被支持。这种拓扑结果称作最小公共地理单元(LCGU)。
26、矢量多边形叠加——点与多边形和线与多边形叠加使用的主要问题是，线并不总是出现在整个区域内。解决该问题的最强有力的办法是让软件测定每组线的交叉点，这就是所谓的结点。进行矢量多边形的叠加，其任务是基本相同的，除了必须计算重叠交叉点外，还要定义与之相联系的多边形线的属性。
27、布尔叠加——一种以布尔代数为基础的叠加操作。
29、地理模型的类型——类似统计同类的描述性模型和与推理统计技术相关的规则性模型。
30、常见模型——1、注重样式与处理的问题长时间以来用于解释类似农业活动与运输成本间的关系——独立状态模型。2、最初为预测工业位置点的空间分布的样式而设计的WEBER模型，进行改进后可使参与者寻找最佳商业和服务位置——位置-分配模型。3、建立在吸引力与到潜在市场的距离呈反比这一基础上的经济地理模型——重力模型。4、通过空间验证思想如今广泛用于生态群落，通过地理空间跟踪动植物运动——改进扩散模型。
32、元数据——关于数据的数据，对数据库内容的全面描述,其目的是促进数据集的高效利用和充分共享。使用元数据的理由：性能上，完整性、可扩展性、特殊性、安全性；功能上，差错功能、浏览功能、程序生成。
33、聚合——将单个数据元素进行分类的大量数字处理过程。
36、比较工具型地理信息系统和应用型地理信息系统的异同。
工具型地理信息系统：是一种通用型GIS，具有一般的功能和特点，向用户提供一个统一的操作平台。一般没有地理空间实体，而是由用户自己定义。具有很好的二次开发功能。如：ArcInfo、Genamap、MapInfo、MapGIS、GeoStar。
应用型地理信息系统：在较成熟的工具型GIS软件基础上，根据用户的需求和应用目的而设计的用于解决一类或多类实际问题的地理信息系统，它具有地理空间实体和解决特殊地理空间分布的模型。如LIS、CGIS、UGIS。
37、详细描述应用型地理信息系统的开发过程
1、 系统总体设计：需求和可行性分析、数据模型设计、数据库设计、方法设计
2、 系统软件设计：开发语言、用户界面、流程、交互
3、 程序代码编写：投影、数据库、输入、编辑
4、 系统的调试与运行：α调试、β调试
5、 系统的评价与维护：功能评价、费用评价、效益评价
39、地理数据测量标准——命名（对数据命名，允许我们对把对象叫什么做出声明，但不允许对两个命名的对象进行直接比较）、序数（提供对空间对象进行逻辑对比的结果，但这种对比仅限于所谈论问题的范围内）、间隔（可以对待测项逐个赋值，能够更为精确地估计对比物的不同点）、比率（用途最广的测量数据标准，它是允许直接比较空间变量的惟一标准）。
40、根据样本进行推理的取样原则——未取样位置的数据可以从已取样位置的数据中推测出来；区域边界