地理信息系統(tǒng)基本知識

1. 什么是地理信息系統(tǒng)
地理信息系統(tǒng)，簡稱GIS（Geographic Information System）。顧名思義，地理信息系統(tǒng)是處理地理信息的系統(tǒng)。地理信息是指直接或間接與地球上的空間位置有關(guān)的信息，又常稱為空間信息。
GIS作為對地球空間數(shù)據(jù)進行采集、存儲、檢索、建模、分析和表示的計算機系統(tǒng)，不僅可以管理以數(shù)字、文字為主的屬性信息，而且可以管理以可視化圖形圖像為主的空間信息。它通過各種空間分析方法對各種不同的空間信息進行綜合分析解釋，確認空間實體之間的相互關(guān)系，分析在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)生的各種現(xiàn)象和過程。 GIS 提供了在計算機輔助下對信息進行集成管理的能力、靈活的查詢檢索能力。從GIS系統(tǒng)應(yīng)用由計算機系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成，通過對地理數(shù)據(jù)的集成、存儲、檢索、操作和分析，生成并輸出各種地理信息，從而為水利利用、資源評價與管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、經(jīng)濟建設(shè)、城市規(guī)劃以及政府部門行政管理提供新的知識，為工程設(shè)計和規(guī)劃、管理決策服務(wù)。

2．GIS發(fā)展趨勢
本世紀中葉，計算機的發(fā)明與應(yīng)用標志著第一次信息革命的開始，人類社會隨之進入信息時代。信息的巨大物化力量使得它逐漸成為一種重要的社會資源和社會動力源，從而引起社會職能、模式、結(jié)構(gòu)、價值及人們工作、生活方式的變革，人們工作的重點從單獨的物質(zhì)生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到對信息的采集、處理、分析和利用上來。另外，由于社會的進步，人們開始覺悟到對賴以生存的地球資源的利用，不能是簡單地掠奪，而應(yīng)將開發(fā)和保護結(jié)合起來進行科學(xué)管理和充分利用。于是興起國土規(guī)劃、各種資源清查、環(huán)境監(jiān)測等大型工程。然而，面對這些大型工程所獲取的海量資源環(huán)境信息，傳統(tǒng)的調(diào)查報表、統(tǒng)計圖表和手工制圖的方式已遠遠不能滿足時代需求，如何利用計算機有效地處理相關(guān)信息是地理信息系統(tǒng)產(chǎn)生和發(fā)展的原動力。

地理環(huán)境信息是人類生存、生產(chǎn)、生活、發(fā)展的基礎(chǔ)信息，隨著信息時代的到來，信息的社會化的潮流，這比人們所設(shè)想的迅猛得多，信息產(chǎn)生的物化力量已被越來越多的人們所認識，地理信息作為一個事業(yè)已經(jīng)形成，并正在發(fā)展壯大，據(jù)統(tǒng)計1991年世界范圍內(nèi)GIS的收入為70億美元，其中軟硬件為24億美元，并且以 15%~40%的年增長率高速增長。預(yù)計到2000年，年產(chǎn)值至少500億美元，成為信息產(chǎn)業(yè)中市場前景十分廣闊，又相對獨立的新興產(chǎn)業(yè)。

GIS是以應(yīng)用為龍頭，市場為導(dǎo)向，軟件為核心的產(chǎn)業(yè)。是應(yīng)用促進了GIS的發(fā)展，也是應(yīng)用校正了GIS蓬勃發(fā)展的方向和促進GIS軟件市場的形成。

早期GIS主要應(yīng)用于自動制圖，設(shè)施管理（AM：Automated Mapping/FM:Facilities Management） 和土地信息系統(tǒng)（LIS），后來逐步擴展到水利、軍事、資源和環(huán)境管理，森林、草原調(diào)查，城市規(guī)劃、市政管理、監(jiān)測和預(yù)估等眾多領(lǐng)域，隨著 GPS技術(shù)的成熟及與相關(guān)學(xué)科的結(jié)合，GIS已經(jīng)進入政治分析、決策，經(jīng)濟規(guī)劃，農(nóng)業(yè)耕作，公安監(jiān)察，交通運輸、衛(wèi)生防疫、金融決策、電動、供電等所有涉及空間信息的行業(yè)和部門；從應(yīng)用水平上，也從簡單的機助制圖，提供簡單數(shù)據(jù)表格，發(fā)展到分析和解決問題辦法，解決問題范圍也由過去的幾個圖幅上升到幾十、幾百甚至幾千幅圖的范圍。
(1)所依附的計算機硬件環(huán)境逐步微機化
(2)不同的數(shù)據(jù)模型趨于一體化
(3)圖形處理的三維可視化
(4)系統(tǒng)開發(fā)的專業(yè)化
(5)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計

3．地理信息系統(tǒng)（GIS）與計算機繪圖系統(tǒng)區(qū)別
GIS組織、分析并顯示空間數(shù)據(jù)，除了顯示計算機地圖，GIS還可以進行空間分析和復(fù)雜查詢，GIS是一個啟動技術(shù)，因為地理學(xué)數(shù)據(jù)大部分是空間數(shù)據(jù)。
是使用計算機技術(shù)進行幾何圖形的編輯和繪制的計算機系統(tǒng)。

l、目的不同。CAM的目的是制圖，主要考慮信息的顯示和表達，是傳統(tǒng)地圖的數(shù)字化再現(xiàn)。除正確的表達專業(yè)內(nèi)容外，強調(diào)線劃的圓滑、色彩的協(xié)調(diào)、圖面的美觀。而GIS的目的是空間數(shù)據(jù)的管理與分析，制圖只是GIS的功能之一；
2、采用的技術(shù)不同。GIS通過嚴格的空間拓撲關(guān)系、空間及屬性數(shù)據(jù)庫的建立實現(xiàn)信息的管理、查詢與分析。建立描述地質(zhì)實體空間特征的圖形元素之間的拓撲關(guān)系、建立與圖形元素相連接的描述地質(zhì)實體非空間特征的屬性數(shù)據(jù)庫是地理信息系統(tǒng)與單純的計算機輔助制圖系統(tǒng)的最本質(zhì)的差別；
3、GIS具有強大的空間查詢和深層次的空間分析功能，提供對規(guī)劃、管理和決策有用的信息。而CAM不具有空間分析功能

4. 地理信息系統(tǒng)的組成
一個實用的 GIS 系統(tǒng)，要支持對空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示等功能，其基本組成一般包括以下五個主要部分：系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用人員和應(yīng)用模型。
地理信息系統(tǒng)的組成、功能及應(yīng)用從系統(tǒng)論和應(yīng)用的角度出發(fā)，地理信息系統(tǒng)被分為四個子系統(tǒng)，即計算機硬件和系統(tǒng)軟件，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，應(yīng)用人員和組織機構(gòu)。
從數(shù)據(jù)處理的角度出發(fā)，地理信息系統(tǒng)又被分為數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲與檢索子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析和處理子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)輸出子系統(tǒng)。

5．地理信息系統(tǒng)的功能
由計算機技術(shù)與空間數(shù)據(jù)相結(jié)合而產(chǎn)生的 GIS 這一高新技術(shù)，包含了處理信息的各種高級功能，但是它的基本功能是數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析和輸出。 GIS 依托這些基本功能，通過利用空間分析技術(shù)、模型分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)集成技術(shù)、二次開發(fā)環(huán)境等，演繹出豐富多彩的系統(tǒng)應(yīng)用功能，滿足用戶的廣泛需求。

6．地理信息系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用
由計算機技術(shù)與空間數(shù)據(jù)相結(jié)合而產(chǎn)生的 GIS 這一高新技術(shù)，包含了處理信息的各種高級功能，但是它的基本功能是數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析和輸出。GIS 依托這些基本功能，通過利用空間分析技術(shù)、模型分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)集成技術(shù)、二次開發(fā)環(huán)境等，演繹出豐富多彩的系統(tǒng)應(yīng)用功能，滿足用戶的廣泛需求。

7．GIS網(wǎng)絡(luò)四種模式
GIS(地理信息系統(tǒng))建設(shè)首先是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)在整個GIS項目中處于至關(guān)重要的地位。GIS應(yīng)用與常規(guī)事務(wù)處理有很大不同，突出表現(xiàn)在巨大的數(shù)據(jù)量、復(fù)雜的處理方式、空間的分布性，以及對安全容錯機制的要求上，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計必須滿足：
(1)網(wǎng)絡(luò)性能高，傳輸速率快GIS處理對象以圖形圖像為主，數(shù)據(jù)量大，非常規(guī)類型。當用戶較多時，網(wǎng)絡(luò)傳輸繁重，容易造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，因而要求有足夠帶寬和靈活的傳送技術(shù)。
(2)Client/Server、Intranet結(jié)構(gòu)，分布式數(shù)據(jù)處理GIS系統(tǒng)是一個有機組合的群體，通過網(wǎng)絡(luò)將地理上分散、具有自治功能的多個計算機系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)信息交換、資源共享和協(xié)同工作。支持空間分布性、聯(lián)機事務(wù)處理、多用戶并發(fā)操作，是GIS網(wǎng)絡(luò)基本特征。
(3)多媒體數(shù)據(jù)同步傳輸GIS處理越來越多地涉及聲音、動畫、影視等多媒體數(shù)據(jù)，因此需要實現(xiàn)時間敏感數(shù)據(jù)的同步傳輸。
(4)空間操作的復(fù)雜性，長型事務(wù)處理GIS基于空間數(shù)據(jù)的操作，例如圖形修改、拓撲關(guān)系建立，都要求獨占主機和網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)絡(luò)必須對此提供足夠的支持，而且一旦操作失敗，應(yīng)具備容錯和恢復(fù)等安全機制。
(5)GIS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜，涉及諸多硬件平臺、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)類型的綜合集成GIS硬件平臺從傳統(tǒng)小型機到各種UNIX服務(wù)器直至流行的個人工作站，幾乎包括了計算產(chǎn)品的各種類型，還有掃描儀、繪圖儀、數(shù)字化儀、硬盤陣列等專用設(shè)備； GIS系統(tǒng)必須同時支持UNIX、NT、Windows95等操作系統(tǒng)及Web/Browser應(yīng)用，其客戶端、服務(wù)器、中間件、開發(fā)工具等產(chǎn)品種類繁多、性能各異；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選擇涉及集線器、交換機、路由器、遠程訪問服務(wù)器等各個方面；如何從實際出發(fā)，對計算資源進行合理選型與配置以發(fā)揮最佳效益，是GIS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的關(guān)鍵所在。
根據(jù)GIS上述特征，應(yīng)采取結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方式，進行細致的工作群組劃分和網(wǎng)絡(luò)分段，按照應(yīng)用特點選擇不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢；使用高性能服務(wù)器、交換機以提升網(wǎng)絡(luò)主干性能。
由于應(yīng)用規(guī)模和實際需求不同，GIS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計存在較大差別，大體分GIS小型快速共享局域網(wǎng)、中型交換式局域網(wǎng)、大型ATM企業(yè)園區(qū)網(wǎng)、大型千兆以太企業(yè)廣域網(wǎng)四個不同模式。
小型快速共享局域
中型交換式局域網(wǎng)
大型ATM企業(yè)園區(qū)網(wǎng)
大型千兆以太企業(yè)廣域網(wǎng)

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