第一章 GIS简介 |
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GIS的定义 地理信息系统(Geographic Information System)的推广应用开始于八十年代. 现今它已经广泛地应用于商业,政府部门,科研机构的各个方面. 相应地, 对GIS的定义也就各种各样. 本书专业词典部分采用的定义是:
这个定义尽管综合而准确, 且被广泛地接受, 初学者却很难理解和接受. 随着你对本书的学习, 你会对其意思有更好的掌握, 但在目前, 还是先看看简单的定义:
空间操作 许多程序, 如电子表格(如lotus1-2-3), 统计软件(如SAS, Minitab), 制图软件包(如AutoCAD)能够处理简单的地理或空间数据. 为什么它们不能被称为GIS系统呢? 通常认为, 要成为一个GIS系统, 它必须要能够进行空间数据操作. 考虑下面的表格: |
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Name
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Latitude
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Longitude
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GIS Population | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
London
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51N
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0
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80 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Zurich
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47N
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8E
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25 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Utrecht
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52N
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5E
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40 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Santa Barbara
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34N
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119W
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50 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Orono
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45N
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69W
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30 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Buffalo
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42N
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78W
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30 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
非空间查询: 每个地方进行GIS工作的人员平均为多少? 这是一个典型的非空间查询问题--其结果与所存储的经纬度数据完全无关, 也不涉及这些地点之间的关系. 空间查询: 西欧主要中心城市里有多少GIS工作人员? 哪一个中心在其它中心的1000英里之内? 连接所有这些中心的最短路径是什么? 这些问题的回答都需要用到经纬度数据以及其它的一些信息, 如地球的半径等. 用GIS可以很容易地回答这些问题. 数据连接 GIS系统通常需要连接不同的数据集. 例如, 如果你想要知道各个国家生成的食品中有多少是用来出口的. 显然, 每个国家的食品总产量是存储在一个文件中, 而出口量数据又在另外的一个文件中. 你必须联合这些分开的数据才能得到结果. 数据的连接完成后, 就只剩下简单的算术运算来得到你所需要的结果了. 这只是一个极其简单的例子, 根本不需要动用GIS来解决的. 考虑需要数据连接的几种不同情况: 严格匹配: 你的一个文件中存储的是许多地理特征(如城市)的信息, 另外一个文件中存储有这些特征的另外一些信息. 合并这些信息的操作非常简单, 通过文件中共有的一个关键项(key)就可以完成(本例中county). 两个文件中相同的郡县名称项被提取出来, 和其它信息一起存储于一个新文件中.
匹配合并以后:
阶层匹配: 另外的情况中, 一些类型的信息比另外类型的信息收集得更细或更短周期. 例如, 财政和失业数据是在较大区域尺度上收集的,频率较高; 而人口数据则是在较小的尺度范围收集的, 频度较低. 如果小的调查区域合起来刚好构成大的调查区域, 那么就可以用阶层匹配来处理这些数据. 将构成大区的小区域组合起来, 统计其数据, 然后进行准确匹配.
模糊匹配: 很多情况下, 小区域的边界与大区域的边界并不重合. 处理环境数据是最容易遇到这种问题. 例如, 作物边界通常是地块边界, 很少与土壤类型边界重合. 如果你要分析决定某种作物的最适土壤类型, 你就需要将两个数据层叠加, 计算每一种土壤类型对应的生产力.第八章将详细讨论到这些叠加操作. GIS可以执行这些操作. |
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GIS可以回答的问题 地点:在某一处位置有什么?一个地点可以用很多方法来描述记录, 如: 地名, 邮政编码, 或地理参照(经纬度坐标等). 条件:与第一个问题相反, 现在回答的是某种东西具体在那个位置. 你经常需要寻找符合某些条件的地址, 如我们后面设计的项目要求: 非林地, 不小于2000平方米, 离公路100米内, 土壤类型适于建筑... 趋势: 从某年开始或某一事件后, 某个地区发生了些什么改变? 主要是与时间有关. 模式: 某类事件的发生到底存在什么模式? 如, 你需要确定, 核电厂周围区域癌症是否是最主要的死亡原因? 同时, 你需要找到哪些例外? 其分布如何? 模型: 如果发生了什么, 结果将会如何? 例如, 如果新修了一条高速公路, 或者有毒物质渗漏到地下水中, 将会产生什么样的结果? 回答这些问题需要地理信息和其它的信息. |
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GIS 应用举例 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
早期在欧洲的应用建立起了土地登记系统和环境信息数据库. 现在, 英国最大的GIS项目是建立整个国家的拓扑数据库. 加拿大将GIS应用于森林管理中, 用来规划树木的砍伐, 确定砍伐路线, 并制作政府报告. 中国和日本的应用则偏向于模拟和监测可能的环境变化. 在美国, 美国人口调查局和地质测绘局采用GIS技术来完成其TIGER项目(Topological Integrated Geographic Encoding and Referencing). 他们用170百万美元来制作了计算机化的美国交通网, 用来促进获得1990年的人口普查报告. 现今, GIS应用的数量和种类之多让人吃惊. 每天都可以获得的惊人的地理信息数据量, 当然包括卫星图像数据. 地方政府利用GIS来进行规划分区, 地产评估, 土地登记, 制作地图, 公共安全管理, 以及环境规划. 资源研究人员利用GIS来规划渔业和野生动物保护, 管理森林, 农业区域和沿海区域, 以及用于能源和矿产资源管理. GIS也应用于日常的电力, 供水, 排污, 天然气, 电讯, 以及有线电视管理中, 提供包括负荷管理, 故障信号分析, 电压降低, 生成和维护底图, 线系分析, 网络点的压力和流量分析, 渗漏探测, 目录管理等. 人口统计学家用GIS来进行目标市场分析, 地点地址解码和定位, 产品纵向分析预测和规划等. 在课堂教学, 计算机实验室, 研究所, 公共图书馆等方面, GIS也得到越来越多的应用. |
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GIS的组成 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
当需要执行复杂的分析操作, 如空间分析和模拟时, 用户成为GIS系统不可或缺的一部分. 这时通常需要选择使用ARC工具的技巧, 以及对所使用的数据的理解.目前的GIS的普通任务只需要用户知道他们要做的是什么--点击按钮就足够了. GIS并不是一个简单的制作地图的计算机系统, 尽管它可以用来制作不同比例尺, 不同投影, 不同填色的地图. GIS是一个分析工具, 它的优势就在于你可以用它来识别确定地图上特征之间的空间关系. GIS并不存储任何常规的地图, 也没有存储特定区域的图像或视图. 它存储的是你可以用来设计制作满足特定目的要求的视图的数据. GIS将地图上的特征的地理信息和空间数据相连接, 地理信息是作为地理特征的属性来存储的. 例如, 地图上表示的道路中心线仅仅能告诉你道路的位置. 要找到关于道路的更多信息, 你就必须查询数据库. 利用存储在数据库中的信息, 你可以根据需要显示的信息来采用不同的符号来生成地图. GIS还利用存储的信息来寻找生成关于特征的新的信息. 例如, 计算出某段路程的长短, 或统计出某种类型土壤的面积. 地理数据库: 简而言之, GIS没有保存地图或图片, 它保存的是数据库. 这是GIS与其它地图制作系统的最重要区别. 如果你的目的不仅仅是制作漂亮的地图, 你就需要知道计算机存储的每个特征的三个方面: 它是什么? 它在哪里? 它与其它特征间的联系是什么?(如, 哪些公路连成一个交通网) 数据库系统提供存储和更新各种各样的信息的手段. 在ARC/INFO中, ARC管理各个特征具体在哪里, INFO管理对于特征的描述信息以及特征之间的关系. 因此, GIS提供给你关联地图上的特征与相关的信息的能力, 从而使你能够发现特征间新的关系, 来确定各个地点的适合发展方向, 评价对环境的影响, 计算收获量, 确定一个新设施的最佳地点, 等等. 本章结束 |