地理信息系统介绍—GIS原理知识

百花草 · 发表于 2009-12-11 17:00

地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS )是一种能把图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来，对各种空间信息进行收集、存储、分析和可视化表达的信息处理与管理系统。
　　GIS提供的信息产品不仅仅是简单的文字和数据，而且还有一幅幅空间图形或图象。大到地球、国家、省市，小到村镇、街道乃至地面上的一个点位，GIS都能以直观、方便、互动的可视化方式，实现数据信息的快速查询、计算、分析和辅助决策。GIS技术是构建数字地球、数字中国、数字城市的核心技术。
　　地理信息系统（Geographic Information System)通俗地讲,它是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。严格地讲，它是反映人们赖以生存的现实世界(资源或环境)的现势与变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性，在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存贮、检索、显示和综合分析应用的技术系统。它是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是以采集、贮存、管理、处理分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。地理信息系统（GIS)作为支持空间定位信息数字化获取，管理和应用的技术体系.随着计算机技术、空间技术和现代信息基础设施的飞速发展，在全国经济信息化进程中的重要性与日俱增。特别是当今"数字地球"概念的提出，使得人们对GIS的重要性有了更深地了解。进入９０年以来，地理信息系统在全球得到了空前迅速的发展，广泛应用于各个领域，产生了巨大的经济和社会效益。
　　GIS是六十年代中期开始发展起来的新技术。它最初为解决地理问题而起，至今已成为一门涉及测绘学科，环境科学、计算机技术等多学科的交叉学科。1963年加拿大测量学家R.F Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界上第一个GIS(加拿大地理信息系统CGIS)，并用于自然资源的管理和规划。不久，美国哈佛大学提出了较完整的系统软件SYMAP。这可算是GIS的起步。进入70年代以后，由于计算机软硬件水平的提高,促使GIS朝着实用方向迅速发展，一些经济发达国家先后建立了许多专业性的GIS，在自然资源管理和规划方面发挥了重大的作用。如,从1970年到1976年，美国国家地质调查局就建成50多个信息系统。其他国家如加拿大、德国、瑞典和日本等国了相继发展了自己的GIS。80年代后兴起的计算机网络技术使地理信息的传输时效得到了极大的提高，它的应用从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用，成为辅助决策的工具，并促进了地理信息产业的形成。到1995年，市场上有报价的软件已达上千种，并且涌现出了一些有代表性的GIS软件。
　　我国GIS的发展虽然较晚，经历了四个阶段，即起步(1970-1980)、准备(1980-1985)、发展(1985-1995)、产业化(1996以后)阶段。GIS已在许多部门和领域得到应用，并引起了政府部门的高度重视。从应用方面看，地理信息系统已在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与结产、交通、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、110报警系统公共汽车调度等方面得到了具体应用。国内外已有城市测绘地理信息系统或测绘数据库正在运行或建设中。一批地理信息系统软件已研制开发成功,一批高等院校已设立了一些与GIS有关的专业或学科，一批专门从事GIS产业活动的高新技术产业相继成立。些外，还成立了"中国GIS协会"和"中国GPS技术应用协会"等。
嵌入式GIS
　　在过去的许多年里，GIS 仅仅能在大型机和工作站上实现，这是由于其需要大量的计算操作。但随着硬件速度的不断提高，和存储设备容量的不断扩大，目前在PC上基本都能实现过去要依赖服务器和工作站的GIS 系统。市场上有许多的GIS产品都是基于PC的。但随着硬件实现的加速和人们对于移动市场需求的出现，目前嵌入式GIS 日益成为GIS 发展的重点，在移动终端上实现GIS 功能是目前众多GIS 产品公司的一大竞争热点。嵌入式设备包括各种手持设备(PDA, 手机等)，车载设备。
　　嵌入式GIS 的实现：
　　在嵌入式设备上，尤其是移动的嵌入式设备上（包括各种运输设备上安装的嵌入式设备），在应用GIS 时所要的问题时大量地图数据的压缩和地图显示操作的快速化。在嵌入式设备上由于，存储设备完全不同于服务器和PC，服务器和PC可以采用大容量的SISC 或IDE 硬盘，然而GIS 中数字地图的存储都需要非常大的容量才能完成。因此，要解决这一问题，只能是依靠对地图数据的"压缩"来实现。这里的压缩不是一般意义上对数据的二进制流方式进行压缩，因为这样压缩，应用时还是需要有释放空间来存储，所以不能使用需要解压方式的"压缩"来实现，实际这样的减少数据量的方式，主要时依靠数字地图的文件格式来压缩实现。
　　大量地图数据的压缩
　　在目前各种流行的数字地图格式中，不管时SHAPE 文件格式，还是mapinfo的mif 交换格式，还是arcinfo的 e0 格式。都含有大量的冗余的信息，因此，在考虑要到嵌入式设备上时，需要将这些冗余信息去除。
　　冗余信息的去除可以有多种方法：
　　a．冗余坐标数据的去除：大比例尺的地图中，在线、面等地物中，线段的点数可以减少到不影响地物的描述为准。即如是同一曲率的折线，中间有些冗余的点可以去除。如5个点描述一个直线段的街道，就可以直接用始末两点来描述。
　　b．冗余属性数据的去除：在各种地物的属性描述中，目前多采用表格数据库的方式来描述，如shape 格式中用 *.dbf 的格式来描述，不同属性用不同的字段来实现，但对于同一类别的不同地物，对于同一属性，有些有地物具有这一属性，有些为空，但都需要依最长属性的字段来描述。这样就有大量的冗余空白数据存在。
　　地图操作的快速化
　　在嵌入式设备中，CPU的计算速度是远不如PC 和服务器一类的，但在进行地图的操作中，会涉及到大量的地图数据计算，实际是大量地物的坐标数据和属性数据的检索和计算。
　　地图显示操作的速度在某些程度上是与地图数据的压缩存在一定的矛盾，地图数据压缩率越大，数据量减少，但是同时会带来检索的麻烦，各种的直接索引也将被去除，所以检索速度会可能减慢。因此，在这些因素方面需要做权衡考虑。
　　另外，在涉及显卡操作方面，对于地图的显示，需要做一定的裁剪，包括直线的裁剪和多边形的裁剪。这样会大大提高地图的显示速度。