地理信息系统（汤国安）重点整理和推导（第一章）

第一章 概论

1.地理信息

地理信息是有关地理实体和地理现象的性质、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，而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的数字化表示。

2. 地理信息的基本特征

地理信息具备信息的基本特征，即信息的客观性、信息的适用性、信息的可传输性和信息的共享性。但地理信息还有一些独特的特性，包括：

（1） 空间相关性：地理事物都是相关的，并且在空间上相距越近则相关性越大，空间距离越远则相关性越小，同时地理信息的相关性具有区域性特点。

（2） 空间区域性：区域性是地理信息的天然特性，不仅体现在数据上的分区组织，而且在应用方面也是面向区域的，即一个部门或专题必然也是面向所管理或服务的区域的。

（3） 空间多样性：在不同的地方或区域，地理数据的变化趋势是不同的，地理信息的多样性意味着地理信息的分析结果需要依赖其位置，才能得出合乎逻辑的解释。地理信息的多样性也体现在不同区域对地理信息的需求不一样，特别是对于地理信息服务，信息的生产、信息的存储和信息的使用安排需要考虑不同地方对信息的需求。

（4） 空间层次性：地理信息的层次性首先体现在同一区域上的地理对象具有多重属性，例如，某区的土壤侵蚀研究，相关因素包括该地区的降雨，植被覆盖，土壤类型等；其次是空间尺度上的层次性，不同空间尺度数据具有不同的空间信息特征。

3. 地理信息系统

地理信息系统是一种特定的十分重要的空间信息系统，是在计算机软，硬件支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）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。

4. 地理信息系统等基本特征

与一般的信息系统相比，地理信息系统具有如下的基本特征：

1 数据的空间定位特征：地理数据的三要素中，除属性和时间外，空间位置特征是地理空间数据有别于其他数据的本质特征。一般信息系统仅包括属性和时间特征，而只有空间位置特征是地理数据所特有的，没有位置数据不能称为地理数据。地理信息系统要具有对空间数据管理，操纵和表示的能力。

2 空间关系处理的复杂性：地理信息的属性数据或属性信息，是除空间位置及关系外的所有描述地理对象或人文属性的定性或定量的数据信息，这相当于一般信息系统所属里的数据和信息，或者说，GIS中的属性信息处理就相当于一个普通的事务性信息处理系统。由此可以看出，地理信息系统除要完成一般信息系统的工作外，还要处理与之对应的空间位置和空间关系，以及与属性数据一一对应的处理。图形操作本身就是一个比较复杂的问题，何况在处理空间问题的同时还要处理属性数据。因此，GIS中的空间数据处理的复杂性是一般信息系统中前所未有的技术难题。

空间关系处理复杂性的另一技术难点是数据的管理。一般事务性数据都是定长数据，而空间数据是不定长的，例如一个多边形，少则几个顶点，多则成百上千个顶点。而且新的空间数据及其关系在空间分析中不断产生。存储和管理这些空间数据是GIS数据库设计必须面对的问题。

3  海量数据管理能力：地理信息系统海量数据特征来自两个方面，一是地理数据，地理数据是地理信息系统的管理对象，其本身就是海量数据；二是来自空间分析，GIS在执行空间分析的过程中，不断地产生新的空间数据，这些数据也具备海量特征。地理信息系统的海量数据带来的是系统运转，数据组织，网络传输等一系列的技术难题，这也是地理信息系统比其他信息系统复杂的又一个因素。

5. GIS的基本功能

1 数据采集功能 2 数据编辑与处理 3 数据存储，组织与管理功能 4 空间查询与空间分析功能 5 数据输出功能

6. GIS的基本组成

1 硬件系统

GIS的硬件系统包括输入设备，处理设备，存储设备和输出设备4部分。

2 软件系统

软件系统是GIS运行所必须的各种程序，通常包括GIS支撑软件，GIS平台软件和GIS应用软件三类。

3 网络

GIS中网络的主要作用是信息传输。由于GIS数据的海量特征，对网络的要求也比较高。GIS中的网络形式有：局域网，广域网，无线网等。

4 空间数据

地理空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然，社会和人文景观数据，可以是图形，图像，文字，表格和数字等，由系统的建立者通过数字化仪，扫描仪，键盘，磁带机或其他通信系统输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。

5 人员

人是GIS中的重要构成因素。

7. 按数据维数划分的GIS类型：

2DGIS：以平面制图和平面分析为主的GIS，称之为2DGIS。

2.5DGIS：当增加了高程信息并将高程信息看做是属性时，以及可以构建数字高程模型或数字地形模型的GIS。

3DGIS：若平面位置和高程信息相互独立。

TGIS：要将时间概念引入到GIS中，用以反映空间信息随时间变化的GIS。

8. GIS与其他学科的关系：

与测绘学：测绘学和遥感技术不但为GIS提供快速，可靠，多时相和廉价的多种信息源，而且它们中的许多理论和算法可直接用于空间数据的变换，处理。

与遥感科学：遥感技术可以为资源监测和环境监测提供丰富，实时的宏观信息，并为计算机制图系统和GIS的数据更新提供可靠，快速的数据源。

与计算机科学：计算机辅助设计为GIS提供了数据输入和图形显示的基础软件，数据库管理系统更是GIS的核心。

9. GIS与数据库系统，CAD，遥感图像处理系统的区别和联系

与数据库管理系统：地理信息系统除需要功能强大的空间数据管理功能之外，还需要具有图形数据的采集，空间数据的可视化和空间数据分析等功能。所以，GIS在硬件和软件方面均比一般事务数据库更加复杂，在功能上也比后者要多得多。

与CAD：CAD是计算机技术用于机械，建筑，工程和产品设计的系统，它主要用于范围广泛的各种产品和工程的图形，大至飞机小到微芯片等。GIS和CAD系统的共同特点是二者都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理非图形属性数据。它们的主要区别是，CAD处理的多为规则几何图形及其组合，图形功能极强，属性功能相对较弱。而GIS处理的多为地理空间的自然目标，图形关系复杂，需要有丰富的符号库和属性库，GIS需要有较强的空间分析功能，图形与属的相互操作十分频繁，且多具有专业化的特征。此外CAD一般在单幅图上操作，海量数据的图库管理的能力比GIS要弱。但是由于CAD具有极强的图形处理能力，也可以设计丰富的福海相连接属性，许多用户都把它作为数学制图系统使用。

与遥感图像处理系统：遥感图像处理系统是专门用于对遥感图像数据进行分析处理的软件。它主要强调对遥感栅格数据的几何处理，灰度处理和专题信息处理。一般来说，遥感图像处理系统还不便于用作地理信息系统。许多遥感图像处理系统的制图功能较强，可以设计丰富的符号与注记，并可以进行图幅整饰，生产精美的专题地图。有些基于栅格的GIS除了能进行遥感图像处理之外，还具有空间叠置分析等GIS的分析功能。但是这种系统一般缺少实体的空间关系描述，难以进行某一实体的属性查询和中间关系查询以及网络分析等功能。当前遥感图像小狐狸系统和地理信息系统的发展趋势是两者的进一步集成，甚至研究开发出在同一用户界面内进行图像和图形处理，以及矢量，栅格影像和DEM数据的整体结合的存储方式。