地理信息系统 (Geographical Information System)

qiang · 发表于 2010-1-16 19:20

地理信息系统 (Geographical Information System)

简述 
    简单的几句话，是不能解释地理信息系统概念的。这里仅仅是泛泛的介绍。首先，GIS是一种计算机系统，它具备一般计算机系统所具有的功能，如采集、管理、分析和表达数据等功能。其次，GIS处理的数据都和地理信息有着直接间接的关系。地理信息是有关地理实体的性质、特征、运动状态的表征和一切有用的知识，而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征（简称属性）及时域特征三部分。空间位置数据描述地物或现象所在位置；属性数据有时又称作非空间数据，是属于一定地物或现象、描述其特征的定性或定量指标；时域特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。由此，可以简单地定义地理信息系统为用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。地理信息系统是有关空间数据管理和空间信息分析的计算机系统。依照其应用领域，地理信息系统可分为土地信息系统、资源管理信息系统、地学信息系统等；根据其使用的数据模型，可分为矢量、栅格和混合型信息系统；根据其服务对象，可分为专题信息系统和区域信息系统等等。

    与一般的管理信息系统相比，地理信息系统具有以下特征：（1）地理信息系统在分析处理问题中使用了空间数据与属性数据，并通过数据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应用，从而提供了认识地理现象的一种新的思维方法；而管理信息系统则只有属性数据库的管理，即使存储了图形，页往往以文件形式等机械形式存储，不能进行有关空间数据的操作，如空间查询、检索、相邻分析等，更无法进行复杂的空间分析。（2）地理信息系统强调空间分析，通过利用空间解析式模型来分析空间数据，地理信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。

地理信息系统理解的歧意 

    目前，对地理信息系统的定义还存在分歧。这种分歧起因于地理信息系统本身诞生历史不长、发展速度很快、应用领域广泛等因素。因此，地理信息系统的定义可能基于系统具备的功能，也可能基于应用或其它方面。 David J．Cowen（1988）在分析现有地理信息系统定义的基础上，将其归结为以下四类：

（l）面向数据处理过程的定义。认为地理信息系统由地理数据的输入、存储、查询、分析与输出等子系统组成。过程定义本身很清楚，强调数据的处理流程，但其外延太广泛，不利于将地理信息系统与其它地理数据自动化处理系统分开。

（2）面向专题应用的定义。在面向过程定义的基础上，按其分析的信息类型来定义地理信息系统，如土地利用信息系统、矿产资源管理信息系统、投资环境评估信息系统、城市交通管理信息系统等。应用定义有助于描述地理信息系统的应用领域范畴。

（3）工具箱定义。这种定义基于软件系统分析的观点，认为地理信息系统包括各种复杂的处理空间数据的计算机程序和各种算法。工具箱定义系统地描述了地理信息系统软件应具备的功能，为软件系统的评价提供了基本的技术指标。

（4）数据库定义。在工具箱定义的基础上，更加强调分析工具和数据库间的联接。一个通用的地理信息系统可看成是许多特殊的空间分析方法与数据管理系统的结合。

    另外，从地理信息系统在实际应用中的作用与地位来看，目前对地理信息系统的认识可归纳为三个相互独立又相互关联的观点。一是地图观点，强调地理信息系统作为信息载体与传播媒介的地图功能，认为地理信息系统是一种地图数据处理与显示系统，在此，每个地理数据集可看成是一张地图，通过地图代数实现数据的操作与运算，其结果仍然表现为一张具有新内容的地图。测绘及各种专题地图部门非常重视地理信息系统的快速生产高质量地图的能力。第二种观点称为数据库观点，多为具有计算机科学背景的用户所接纳，强调数据库系统在地理信息系统中的重要地位，认为一个完整的数据库管理系统是任何一个成功的地理信息系统不可缺少的部分。第三种观点则是分析工具观点，强调地理信息系统的空间分析与模型分析功能，认为地理信息系统是一门空间信息科学。第三种观点普遍地为地理信息系统界所接受，并认为这是区分地理信息系统与其它地理数据自动化处理系统的唯一特征。 

    综上所述，地理信息系统可定义为：由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府各部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。

地理信息系统与地图学及电子地图 

    地图作为记录地理信息的一种图形语言形式，最为古老，久负盛誉。从历史发展看，地理信息系统脱胎于地图，并成为地图信息的又一种新的载体形式，它具有存储、分析、显示和传输的功能，尤其是计算机制图为地图特征的数字表示、操作和显示提供了成套方法，为地理信息系统的图形输出设计提供了技术支持；同时，地图仍是目前地理信息系统的重要数据来源之一。但二者间有着一定的差别：地图强调的是数据分析、符号化与显示，而地理信息系统则注重于信息分析。同时，地图学理论与方法对地理信息系统的发要的影响，并成为地理信息系统发展的根源之一。

    地理信息系统与制图系统的关系存在两种看法。其一，计算机辅助制图系统是地理信息系统的一部分；其二，地理信息系统是机助制图系统之上的超结构（Superconstructure）。从地理信息系统的发展过程可以看出，地理信息系统的产生、发展与制图信息系统存在着密切的联系，两者的相通之处是基于空间数据库的空间信息的表达、显示和处理。

    从系统组成和功能上，一个地理信息系统拥有机助制图系统的所有组成和功能，并且地理信息系统还有数据处理的功能。但随着电子制图系统（Electronic manning system，EMS）的出现和发展，出现了电子图集。与传统地图集相比，电子地图集有许多新的特征:①声、图文和数据多媒体集成，把图形的直观性、数字的准确性、声音的引导性和亲切感相结合，充分利用了读者的各种感官；②查询检索和分析决策功能，能够支持从地图图形到属性数据和从属性数据到图形的双向检索；③图形动态变化功能，从开窗缩放、创览阅读等基本功能到地图动画功能、多维动画图形模拟等；④具有良好的用户界面，使读者介入地图的生成过程；⑤多级比例尺之间的相互转换，由于计算机屏幕幅面的限制和计算机潜在的计算功能和巨大的存贮能力，要求具有多级比例尺不同程度的制图综合功能。与地理信息系统相比，由于电子制图系统具有电子地图集的功能，因此它所拥有的表达与显示空间信息的功能更强。好的电子制图系统应具有地理信息系统的所有功能，并且具有在电子媒体上应用各种不同的格式来创建、存贮和表达资料信息的能力。 

                                         节选自《地理信息系统导论》陈述彭等编著