第一章緒論

本章概述：本章主要為深入學(xué)習(xí)地理信息系統(tǒng)的具體技術(shù)和方法打基礎(chǔ)，介紹地理信息系統(tǒng)所涉及的一些基本概念，回答什么是地理信息系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)有哪些組成部分，地理信息系統(tǒng)能做什么，地理信息系統(tǒng)的過去和今后怎樣發(fā)展等問題?！?.1地理信息系統(tǒng)的概念

首先介紹一個(gè)地理信息系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例,之后給出信息與數(shù)據(jù)，地理信息與地學(xué)信息，信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)等基本概念，最后闡述地理信息系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的關(guān)系和區(qū)別?！?.2地理信息系統(tǒng)的組成

介紹地理信息系統(tǒng)的五個(gè)主要組成部分：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。§1.3地理信息系統(tǒng)的功能和應(yīng)用

介紹地理信息系統(tǒng)的具備的基本功能和主要的一些應(yīng)用領(lǐng)域?！?.4地理信息系統(tǒng)的發(fā)展

介紹地理信息系統(tǒng)在國際、國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r和今后的發(fā)展趨勢(shì)?！?.1地理信息系統(tǒng)的概念

人類社會(huì)正從工業(yè)經(jīng)濟(jì)邁向知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，一場以信息技術(shù)為核心的革命正在深刻改變著人類生活與社會(huì)面貌。作為全球信息化浪潮重要組成部分的地理信息系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，正日益引起科技界、企業(yè)界和政府部門的廣泛關(guān)注。地理信息系統(tǒng)是處理眾多空間問題的有力輔助工具，正確理解地理信息的含義對(duì)使用和開發(fā)地理信息系統(tǒng)有重要意義。一、公園選址輔助決策

介紹一個(gè)郊游公園選址例子，闡述地理信息系統(tǒng)在其中起到的輔助決策作用；二、數(shù)據(jù)與信息

介紹地理信息系統(tǒng)首先遇到的兩個(gè)基本概念：數(shù)據(jù)、信息，并講述二者之間的區(qū)別和聯(lián)系。三、地理信息與地學(xué)信息

地理信息系統(tǒng)的操作對(duì)象是地理信息，它包含在地學(xué)信息的范圍之內(nèi)。四、信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)

闡述信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)的概念，重點(diǎn)區(qū)分了地理信息系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的區(qū)別。一、公園選址輔助決策

地理信息系統(tǒng)是集地球科學(xué)、信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的高新技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于資源管理、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害評(píng)估、城市與區(qū)域規(guī)劃等眾多領(lǐng)域，成為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效的輔助決策支持工具。

為了說明地理信息系統(tǒng)如何服務(wù)于區(qū)域規(guī)劃等領(lǐng)域，先看一個(gè)地理信息系統(tǒng)為郊游公園選址提供輔助決策的例子（圖1-1-1）。

郊游公園具體位置的選擇需要滿足一定的要求：

1）依山傍水，地形有一定起伏，必須靠近天然的小河流；

2）交通方便，但周圍環(huán)境較安靜，公園距公路的距離最遠(yuǎn)不得超過1.25km，最近不得小于0.25km；

3）空氣新鮮，有一定的植被覆蓋率；

4）等等其它條件；

類似公園選址這樣的空間決策問題涉及各方面影響因素，需要將大量的多種空間信息進(jìn)行綜合的分析、利用。過去，使用人工操作方式，工作量大，問題復(fù)雜，當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，工作需重新開始?，F(xiàn)在，將地理信息系統(tǒng)作為輔助決策支持工具，工作將變得輕松許多。

地理信息系統(tǒng)首先從現(xiàn)實(shí)世界中<B>采集、獲取與上述要求有關(guān)的地形信息、水系信息、道路信息和植被信息等各類信息，以一定的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)起來，即<B>建立空間數(shù)據(jù)庫，并提供各類空間數(shù)據(jù)處理和綜合分析手段，當(dāng)用戶針對(duì)此問題提供一套條件，系統(tǒng)將返回一套方案，一個(gè)問題，考慮問題的角度不同，往往會(huì)有多個(gè)可選方案，當(dāng)用戶更改條件，系統(tǒng)將快速返回與之對(duì)應(yīng)的另一套方案。而最后方案的確定還涉及到許多非量化的復(fù)雜因素，需要規(guī)劃專家的智能選擇。所以說，地理信息系統(tǒng)是解決空間問題的有效的輔助決策支持工具。目前，地理信息系統(tǒng)還不能完全代替最終決策者。二、數(shù)據(jù)與信息

從公園選址輔助決策的例子可知，認(rèn)識(shí)地理信息系統(tǒng)首先會(huì)接觸到信息與數(shù)據(jù)這兩個(gè)名詞。(一)信息1、定義：信息是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映。它以文字、數(shù)據(jù)、符號(hào)、聲音、圖像等形式記錄下來，進(jìn)行傳遞和處理,為人們的生產(chǎn)，建設(shè)，管理等提供依據(jù)。2、特性：1）客觀性：任何信息都是與客觀事實(shí)相聯(lián)系的，這是信息的正確性和精確度的保證；2）適用性：問題不同，影響因素不同，需要的信息種類是不同的。信息系統(tǒng)將地理空間的巨大數(shù)據(jù)流收集，組織和管理起來，經(jīng)過處理、轉(zhuǎn)換和分析變?yōu)閷?duì)生產(chǎn)、管理和決策具有重要意義的有用信息，這是由建立信息系統(tǒng)的明確目的性所決定的；3）傳輸性：信息可在信息發(fā)送者和接受者之間進(jìn)行傳輸信息的傳輸網(wǎng)絡(luò)，被形象地稱為“信息高速公路”。4）共享性：信息與實(shí)物不同，信息可傳輸給多個(gè)用戶，為用戶共享，而其本身并無損失，這為信息的并發(fā)應(yīng)用提供可能性。(二)數(shù)據(jù)

指輸入到計(jì)算機(jī)并能被計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的數(shù)字、文字、符號(hào)、聲音、圖像等符號(hào)。數(shù)據(jù)是對(duì)客觀現(xiàn)象的表示，數(shù)據(jù)本身并沒有意義。數(shù)據(jù)的格式往往和具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有關(guān)，隨載荷它的物理設(shè)備的形式而改變。(三)兩者關(guān)系

有人認(rèn)為，輸入的都叫數(shù)據(jù)，輸出的都叫信息，其實(shí)不然。數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)、載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是形與質(zhì)的關(guān)系。只有數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)體行為產(chǎn)生影響才成為信息，數(shù)據(jù)只有經(jīng)過解釋才有意義，成為信息。

例如獨(dú)立的“1”、“0”均無意義。當(dāng)它表示某實(shí)體在某個(gè)地域內(nèi)存在與否，它就提供了“有”“無”信息；當(dāng)用它來標(biāo)識(shí)某種實(shí)體的類別時(shí)，它就提供了特征碼信息。三、地理信息與地學(xué)信息(一)地理信息1、定義：地理信息是指與研究對(duì)象的空間地理分布有關(guān)的信息,它表示地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征，相互聯(lián)系和變化規(guī)律的圖、文、聲、像等的總稱。2、特性：1）地域性：地理信息屬于空間信息，位置的識(shí)別與數(shù)據(jù)相聯(lián)系，它的這種定位特征是通過公共的地理基礎(chǔ)來體現(xiàn)的。這是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著標(biāo)志；2）多維結(jié)構(gòu)：在二維空間編碼基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多專題的第三維信息結(jié)構(gòu)的組合，為地理信息各圈層之間的綜合研究提供可能，也為地理系統(tǒng)多層次的分析和信息的傳輸與篩選提供方便。3）時(shí)序特征：時(shí)空的動(dòng)態(tài)變化引起地理信息的屬性數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)的變化。因此，一實(shí)時(shí)的GIS系統(tǒng)要求能及時(shí)采集和更新地理信息，使得地理信息具有現(xiàn)勢(shì)性。以免過時(shí)的信息造成決策的失誤或因?yàn)槿鄙倏煽康膭?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，不能對(duì)變化中的地理事件或現(xiàn)象作出合理的預(yù)測預(yù)報(bào)和科學(xué)論證。(二)地學(xué)信息

指與人類居住的地球有關(guān)的信息都是地學(xué)信息，具有無限性、多樣性、靈活性等特點(diǎn)。地學(xué)信息是人們深入認(rèn)識(shí)地球系統(tǒng)、合理開發(fā)資源、凈化能源、保護(hù)環(huán)境的前提和保證。

地理信息與地學(xué)信息的區(qū)別主要在于信息源的范圍不同，地理信息的信息源是地球表面的巖石圈、水圈、大氣圈和人類活動(dòng)等；地學(xué)信息所表示的信息范圍更廣泛，不僅來自地表，還包括地下、大氣層甚至宇宙空間。四、信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是一種非常重要的信息系統(tǒng)，兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別。(一)信息系統(tǒng)

為了有效對(duì)信息流進(jìn)行控制、組織管理，實(shí)現(xiàn)雙向傳遞，需要通過某種信息系統(tǒng)。它能對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、加工和再現(xiàn)，并能回答用戶一系列問題的系統(tǒng)，具有采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)的能力。由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素組成。

從適用于不同管理層次的角度出發(fā)，信息系統(tǒng)分為事務(wù)處理系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)。事務(wù)處理系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)對(duì)數(shù)據(jù)的記錄和操作，主要支持操作層人員的日常事務(wù)處理，如圖書管理系統(tǒng)、各種定票系統(tǒng)等。決策支持系統(tǒng)是用以獲得輔助決策方案的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般由語言系統(tǒng)、知識(shí)系統(tǒng)和問題處理系統(tǒng)共同構(gòu)成。(二)地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)簡稱為GIS。關(guān)于它確切的全稱，多數(shù)人認(rèn)為是GeographicalInformationSystem，也有人認(rèn)為是GeoInformationSystem。國際上現(xiàn)發(fā)行的兩種主要的專業(yè)雜志，就是各自采用不同的全稱，前者是英國出版的季刊的全稱，后者是德國出版的季刊的全稱。在加拿大和澳大利亞，則稱為LandInformationSystem。在我國，通常稱為ResourcesandEnvironmentalInformationSystems。全稱雖有差異，但簡稱都是GIS。

那么，什么是GIS呢?對(duì)于不同的部門和不同的應(yīng)用目的，其定義也不盡相同。

這些定義，有的側(cè)重于GIS的技術(shù)內(nèi)涵，有的則強(qiáng)調(diào)GIS的應(yīng)用功能。為了能更具體地認(rèn)識(shí)和真正了解GIS的概念，編者推薦美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會(huì)(FICCDC)關(guān)于GIS的定義及概念框架(圖1-1-2)。該定義認(rèn)為“GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題”。根據(jù)這個(gè)定義及它的概念框架，可得出GIS的如下基本概念：

(1)GIS的物理外殼是計(jì)算機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)又由若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成，如數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)、可視化表達(dá)與輸出子系統(tǒng)等。這些子系統(tǒng)的構(gòu)成直接影響著GIS的硬件平臺(tái)、系統(tǒng)功能和效率、數(shù)據(jù)處理的方式和產(chǎn)品輸出的類型。

(2)GIS的對(duì)象是地理實(shí)體。地理實(shí)體數(shù)據(jù)的最根本特點(diǎn)是每一個(gè)數(shù)據(jù)都按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)其定位、定性、定量和拓?fù)潢P(guān)系的描述。GIS以地理實(shí)體數(shù)據(jù)作為處理和操作的主要對(duì)象，這是它區(qū)別于其他類型信息系統(tǒng)的根本標(biāo)志，也是其技術(shù)難點(diǎn)之所在。

(3)GIS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于它的混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和有效的數(shù)據(jù)集成、獨(dú)特的地理空間分析能力、快速的空間定位搜索和復(fù)雜的查詢功能、強(qiáng)大的圖形創(chuàng)造和可視化表達(dá)手段，以及地理過程的演化模擬和空間決策支持功能等。其中，通過地理空間分析可以產(chǎn)生常規(guī)方法難以獲得的重要信息，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)支持下的地理過程動(dòng)態(tài)模擬和決策支持，這既是GIS的研究核心，也是GIS的重要貢獻(xiàn)。

地理信息系統(tǒng)根據(jù)其研究范圍，可分為全球性信息系統(tǒng)和區(qū)域性信息系統(tǒng)；根據(jù)其研究內(nèi)容，可分為專題信息系統(tǒng)和綜合信息系統(tǒng)；根據(jù)其使用的數(shù)據(jù)模型，可分為矢量信息系統(tǒng)、柵格信息系統(tǒng)和混合型信息系統(tǒng)。(三)地理信息系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系

從操作、管理的信息種類的不同，信息系統(tǒng)又可分為企業(yè)、事業(yè)管理信息系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理信息系統(tǒng)等一般管理信息系統(tǒng)(ManagementInformationSystem,MIS)和空間信息系統(tǒng)(SpatialInformationSystem,SIS)?？臻g信息系統(tǒng)采集、管理和分析的對(duì)象是空間信息，而地理信息系統(tǒng)就是一種十分重要的空間信息系統(tǒng)(圖1-1-3）。圖1-1-3信息系統(tǒng)分類1、GIS與一般MIS

GIS離不開數(shù)據(jù)庫技術(shù)。數(shù)據(jù)庫中的一些基本技術(shù)，如數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)檢索等都是GIS廣泛使用的核心技術(shù)。GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)共同管理、分析和應(yīng)用，而一般MIS（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）側(cè)重于非圖形數(shù)據(jù)（屬性數(shù)據(jù)）的優(yōu)化存儲(chǔ)與查詢，即使存儲(chǔ)了圖形，也是以文件的形式存儲(chǔ)，不能對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢索、分析，沒有拓?fù)潢P(guān)系，其圖形顯示功能也很有限。

如電話查號(hào)臺(tái)是一個(gè)一般MIS，只能回答用戶詢問的電話號(hào)碼，而通信信息系統(tǒng)除了可查詢電話號(hào)碼外，還提供用戶的地理分布、空間密度、最近的郵局等空間關(guān)系信息。2、GIS與CAD/CAM

管理了圖形數(shù)據(jù)和非空間屬性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)不一定是GIS，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAdidedDesign，ＣＡＤ)，計(jì)算機(jī)輔助制圖(ComputerAdidedMap，ＣＡＭ)。它們之間的異同點(diǎn)見圖1-1-4和1-1-5.§1.2地理信息系統(tǒng)的組成

介紹地理信息系統(tǒng)的五個(gè)主要組成部分：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。

一個(gè)實(shí)用的GIS系統(tǒng)，要支持對(duì)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(gè)主要部分：一、系統(tǒng)硬件:包括各種硬件設(shè)備，是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)；二、系統(tǒng)軟件:支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、加工、回答用戶問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)；三、空間數(shù)據(jù):系統(tǒng)分析與處理的對(duì)象，構(gòu)成系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)；四、應(yīng)用人員:GIS服務(wù)的對(duì)象，分為一般用戶和從事建立、維護(hù)、管理和更新的高級(jí)用戶；五、應(yīng)用模型:解決某一專門應(yīng)用的應(yīng)用模型，是GIS技術(shù)產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在

各組成部分之間的關(guān)系如1-2-1所示。一、系統(tǒng)硬件

GIS硬件平臺(tái)的基本類型如圖1-2-2所示，用以存儲(chǔ)、處理、傳輸和顯示地理信息或空間數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)與一些外部設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的聯(lián)接構(gòu)成GIS的硬件環(huán)境。1、計(jì)算機(jī)是GIS的主機(jī)：它是硬件系統(tǒng)的核心，包括從主機(jī)服務(wù)器到桌面工作站，用作數(shù)據(jù)的處理、管理與計(jì)算。2、GIS外部設(shè)備：包括輸入設(shè)備即數(shù)字化儀、掃描儀和全站型測量儀器等；3、輸出設(shè)備：即繪圖儀、打印機(jī)和高分辨率顯示裝置等；4、GIS的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：包括布線系統(tǒng)、網(wǎng)橋、路由器和交換機(jī)等，具體的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)來確定。5、數(shù)據(jù)存貯與傳送設(shè)備，即磁帶機(jī)、光盤機(jī)、活動(dòng)硬盤和硬盤陣列等。二、系統(tǒng)軟件

GIS軟件是系統(tǒng)的核心，用于執(zhí)行GIS功能的各種操作，包括數(shù)據(jù)輸入、處理、數(shù)據(jù)庫管理、空間分析和圖形用戶界面(GUI)等。按照其功能分為：GIS專業(yè)軟件，數(shù)據(jù)庫軟件，系統(tǒng)管理軟件等，其層次結(jié)構(gòu)見圖1-2-5。1、GIS專業(yè)軟件：

GIS專業(yè)軟件一般指具有豐富功能的通用GIS軟件，它包含了處理地理信息的各種高級(jí)功能，可作為其他應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的平臺(tái)。其代表產(chǎn)品有ARC/INFO、MGE、MAPINFO、MAPGIS、GEOSTAR等。它們一般都包含有以下的主要核心模塊：

數(shù)據(jù)輸入和編輯：支持?jǐn)?shù)字化儀手扶跟蹤數(shù)字化、圖形掃描及矢量化，以及對(duì)圖形和屬性數(shù)據(jù)提供修改和更新等編輯操作；

空間數(shù)據(jù)管理：能對(duì)大型的、分布式的、多用戶數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有效的存儲(chǔ)檢索和管理；數(shù)據(jù)處理和分析能轉(zhuǎn)換各種標(biāo)準(zhǔn)的矢量格式和柵格格式數(shù)據(jù)，完成地圖投影轉(zhuǎn)換，支持各類空間分析功能等；

數(shù)據(jù)輸出：提供地圖制作、報(bào)表生成、符號(hào)生成、漢字生成和圖像顯示等；

用戶界面：提供生產(chǎn)圖形用戶界面工具，使用戶不用編程就能制作友好和美觀的圖形用戶界面；

系統(tǒng)二次開發(fā)能力：利用提供的應(yīng)用開發(fā)語言，可編寫各種復(fù)雜的GIS應(yīng)用系統(tǒng)。2、數(shù)據(jù)庫軟件：

數(shù)據(jù)庫軟件除了在GIS專業(yè)軟件中用于支持復(fù)雜空間數(shù)據(jù)的管理軟件以外，還包括服務(wù)于以非空間屬性數(shù)據(jù)為主的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這類軟件有：ORACLE，SYBASE，INFORMIX，DB2，SQLServer,Ingress等。它們也是GIS軟件的重要組成部分，而且由于這類數(shù)據(jù)庫軟件具有快速檢索、滿足多用戶并發(fā)和數(shù)據(jù)安全保障等功能，目前已實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)成的關(guān)系型商業(yè)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)GIS的空間數(shù)據(jù)，例如SDE(SpaticalDatabaseEngine)就是最好的解決方案。3、系統(tǒng)管理軟件：

系統(tǒng)管理軟件主要指計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，當(dāng)今使用的操作系統(tǒng)有：ＭＳ-ＤＯＳ，UNIX，Windows95/98/2000,WindowsNT,VMS等。它們關(guān)系到GIS軟件和開發(fā)語言使用的有效性，因此也是GIS軟硬件環(huán)境的重要組成部分。三、空間數(shù)據(jù)

空間數(shù)據(jù)是地理信息的載體，是地理信息系統(tǒng)的操作對(duì)象，它具體描述地理實(shí)體的空間特征、屬性特征和時(shí)間特征?？臻g特征是指地理實(shí)體的空間位置及其相互關(guān)系；屬性特征表示地理實(shí)體的名稱、類型和數(shù)量等；時(shí)間特征指實(shí)體隨時(shí)間而發(fā)生的相關(guān)變化。

根據(jù)地理實(shí)體的空間圖形表示形式，可將空間數(shù)據(jù)抽象為點(diǎn)、線、面三類元素，它們的數(shù)據(jù)表達(dá)可以采用矢量和柵格兩種組織形式，分別稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

在地理信息系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)是以結(jié)構(gòu)化的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的，稱為地理空間數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)庫實(shí)體和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)庫實(shí)體存儲(chǔ)有許多數(shù)據(jù)文件和文件中的大量數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要用于對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，包括查詢、檢索、增刪、修改和維護(hù)等。

由于GIS數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包含空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，它們之間具有密切的聯(lián)系。因此，如何實(shí)現(xiàn)兩者之間的聯(lián)接、查詢和管理，是GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須解決的重要問題。目前采用的解決方法有混合式、擴(kuò)展式和開放式三種方式。四、應(yīng)用人員

GIS應(yīng)用人員包括系統(tǒng)開發(fā)人員和GIS技術(shù)的最終用戶，他們的業(yè)務(wù)素質(zhì)和專業(yè)知識(shí)是GIS工程及其應(yīng)用成敗的關(guān)鍵(圖1-2-6）

圖1-2-6地理信息系統(tǒng)開發(fā)失敗的因素構(gòu)成

GIS的開發(fā)是一項(xiàng)以人為本的系統(tǒng)工程，包括用戶機(jī)構(gòu)的狀況分析和調(diào)查，機(jī)構(gòu)GIS系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)的確定，系統(tǒng)開發(fā)的可行性分析，系統(tǒng)開發(fā)方案的選擇和總體設(shè)計(jì)書的撰寫等。開發(fā)人員要特別重視對(duì)用戶機(jī)構(gòu)的狀況和要求進(jìn)行具體分析，切忌只注重技術(shù)的細(xì)節(jié)。

系統(tǒng)開發(fā)過程中，對(duì)具體開發(fā)策略的確定、系統(tǒng)軟硬件的選型和空間數(shù)據(jù)庫的建立等問題的解決，系統(tǒng)開發(fā)人員必須根據(jù)GIS工程建設(shè)的特點(diǎn)和要求，并在深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，使確定的開發(fā)策略能適應(yīng)GIS用戶隨時(shí)變化的需求，使系統(tǒng)的軟硬件投入能獲得較高的效益回報(bào)，以及使建立的數(shù)據(jù)庫能具有完善的質(zhì)量保證。

在使用GIS時(shí)，應(yīng)用人員不僅需要對(duì)GIS技術(shù)和功能有足夠的了解，而且需要具備有效、全面和可行的組織管理能力，尤其在當(dāng)前GIS技術(shù)發(fā)展十分迅速的情況下，為使現(xiàn)行系統(tǒng)始終處于優(yōu)化的運(yùn)作狀態(tài)，其組織管理和維護(hù)的任務(wù)包括：GIS技術(shù)和管理人員的技術(shù)培訓(xùn)，硬件設(shè)備的維護(hù)和更新，軟件功能擴(kuò)充和升級(jí)，操作系統(tǒng)升級(jí)，數(shù)據(jù)更新，文檔管理，系統(tǒng)版本管理和數(shù)據(jù)共享性建設(shè)等。五、應(yīng)用模型

GIS應(yīng)用模型的構(gòu)建和選擇也是系統(tǒng)應(yīng)用成敗至關(guān)重要的因素。雖然GIS為解決各種現(xiàn)實(shí)問題提供了有效的基本工具，但對(duì)于某一專門應(yīng)用目的的解決，必須通過構(gòu)建專門的應(yīng)用模型，例如土地利用適宜性模型、選址模型、洪水預(yù)測模型、人口擴(kuò)散模型、森林增長模型、水土流失模型、最優(yōu)化模型和影響模型等。

這些應(yīng)用模型是客觀世界中相應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)由觀念世界到信息世界的映射，反映了人類對(duì)客觀世界利用改造的能動(dòng)作用，并且是GIS技術(shù)產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在，也是GIS生命力的重要保證，因此在GIS技術(shù)中占有十分重要的地位。

構(gòu)建GIS應(yīng)用模型，首先必須明確用GIS求解問題的基本流程(圖1-2-7)；其次根據(jù)模型的研究對(duì)象和應(yīng)用目的，確定模型的類別、相關(guān)的變量、參數(shù)和算法，構(gòu)建模型邏輯結(jié)構(gòu)框圖；然后確定GIS空間操作項(xiàng)目和空間分析方法；最后是模型運(yùn)行結(jié)果的驗(yàn)證、修改和輸出。

圖1-2-7用GIS求解問題的基本流程

顯然，應(yīng)用模型是GIS與相關(guān)專業(yè)連接的紐帶，它的建立絕非是純數(shù)學(xué)或技術(shù)性問題，而必須以堅(jiān)實(shí)而廣泛的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)相關(guān)問題的機(jī)理和過程進(jìn)行深入的研究，并從各種因素中找出其因果關(guān)系和內(nèi)在規(guī)律，有時(shí)還需要采用從定性到定量的綜合集成法，這樣才能構(gòu)建出真正有效的GIS應(yīng)用模型?！疚闹性~匯解釋】GIS主機(jī)

目前運(yùn)行GIS的主機(jī)，包括大型、中型、小型機(jī)，工作站、服務(wù)器/客戶機(jī)和微型計(jì)算機(jī)。其中各種類型的服務(wù)器/客戶機(jī)成為GIS的主流，特別是由Intel硬件和WindowsNT構(gòu)成的PC工作站正成為工作站市場的新寵，傳統(tǒng)UNIX陣營的用戶正在逐漸向它轉(zhuǎn)移。NT工作站對(duì)GIS用戶的吸引力，包括相對(duì)低成本、可管理性、標(biāo)準(zhǔn)圖形化平臺(tái)和具有PC結(jié)構(gòu)與效率等，因此廣泛應(yīng)用于GIS和某些科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。

例如，ARC/INFO、INTERGRAPH、MAPINFO和GENAMAP等主流GIS產(chǎn)品，都相繼開發(fā)出其NT版本，但目前功能與UNIX版相比仍有待提升。服務(wù)器作為在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提供資源共享的主流計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，具有可靠性、高性能、高吞吐能力、大內(nèi)存容量等特點(diǎn)，具備強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和友好的人機(jī)界面，是以網(wǎng)絡(luò)為中心的GIS和現(xiàn)代計(jì)算環(huán)境的關(guān)鍵，其中以低價(jià)格和高性能為特點(diǎn)的PC服務(wù)器，正在迅速縮小與UNIX服務(wù)器之間的差距，日益引起GIS設(shè)計(jì)者和用戶的廣泛關(guān)注。

目前，GIS工作站和服務(wù)器主要有UNIX和NT兩大類型，其產(chǎn)品包括SUN、HP、IBM、SGI和COMPAQ等，不同種類機(jī)型的界線逐漸模糊。由于服務(wù)器/客戶機(jī)環(huán)境的流行，多媒體技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)的融合，促使GIS向不依賴于平臺(tái)的方向發(fā)展，GIS軟件標(biāo)準(zhǔn)逐漸統(tǒng)一。GIS外部設(shè)備

GIS外部設(shè)備主要包括各種輸入和輸出設(shè)備。主要的輸入設(shè)備有圖形跟蹤數(shù)字化儀、圖形掃描儀、解析和數(shù)字?jǐn)z影測量設(shè)備等。

圖形跟蹤數(shù)字化儀盡管成本高、工序繁瑣、對(duì)操作人員素質(zhì)要求較高，但至今仍為空間數(shù)據(jù)采集的主要方式。市場上出售的數(shù)字化儀，例如CalcompDrawingBoard系統(tǒng)數(shù)字化儀，其有效面積從12inch×12inch(305mm×305mm)到44inch×60inch(1118mm×1524mm)，有多種配置可供選擇，如不透光的或帶背光的板面，有線或無線的，筆式或鼠標(biāo)式定標(biāo)器，和所有的應(yīng)用軟件都能兼容。用戶可用命令設(shè)置數(shù)字化板的菜單和定標(biāo)器的按鍵，操作模式有：Prompt,Point,Run,Line,Track,Increment,Mouse,Delta,GridUpdate等。圖形數(shù)字化儀由電磁感應(yīng)板、游標(biāo)和相應(yīng)的電子線路組成。當(dāng)使用者在電磁感應(yīng)板上移動(dòng)游標(biāo)的十字絲交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)指定圖形的點(diǎn)位時(shí)，按動(dòng)相應(yīng)的按鈕，數(shù)字化儀便將對(duì)應(yīng)的命令符號(hào)和該點(diǎn)的坐標(biāo)(X,Y)通過接口(多用串行接口)電路傳送給計(jì)算機(jī)，定位點(diǎn)的精度可達(dá)0.005～0.001inch(0.13～0.025mm)。手扶跟蹤數(shù)字化儀的速度慢，工作效率較低，而柵格數(shù)據(jù)的獲取則相對(duì)容易得多。

目前新一代大幅面圖形掃描儀提供高分辨率、真彩色、近乎完美的圖像效果，其中ANATech公司為用戶提供了一整套應(yīng)用于各領(lǐng)域的高精度大幅面掃描儀以及相配套應(yīng)用軟件，是圖形、圖像數(shù)據(jù)錄入和采集最有效的工具之一。ANATech系列掃描儀包括：

EvolutionSLI3840高速大幅面掃描儀；

Evolution4080ET超大幅面高分辨率掃描儀；

Evolution4080C超大幅面高分辨率彩色掃描儀；

Evolution4240超大幅面掃描儀；

Evolution4240C超大幅面彩色掃描儀；

Evolution3840大幅面掃描儀掃描一幅A0圖紙的時(shí)間僅需15s，精度為0.05%，失真率小于0.1%。用戶可在800dpi范圍內(nèi)任選掃描分辨率，可以按黑白二值或256級(jí)灰度方式掃描，可以邊顯示邊掃描，并具有實(shí)時(shí)消藍(lán)去污功能。根據(jù)用戶需求可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)線、校正、鏡像、反轉(zhuǎn)等功能。地圖掃描數(shù)字化得到圖像信息，然后再經(jīng)過目標(biāo)識(shí)別和由柵格到矢量的轉(zhuǎn)換過程，如圖1-2-3所示。GIS輸出設(shè)備

主要的輸出設(shè)備有各種繪圖儀、圖形顯示終端和打印機(jī)等。

繪圖儀如HPDesignJet750C彩色噴墨繪圖儀，是一種快速、可靠、便于連網(wǎng)且可在多種介質(zhì)上進(jìn)行高質(zhì)量輸出的繪圖儀，是目前廣泛使用的主流GIS產(chǎn)品輸出設(shè)備。它采用根據(jù)對(duì)象空間分布形式和輸出產(chǎn)品的特征，選擇適當(dāng)?shù)膱D形表示方法、結(jié)合色彩、線條、符號(hào)、文字等表示手段，具有600dpi分辨率的高精度黑白輸出，彩色輸出在300dpi時(shí)，顏色可多達(dá)1600多種，可獲得極高清晰度的繪圖質(zhì)量。

圖形顯示終端用于圖形的交互式輸入、編輯、分析、處理和輸出。目前有多種系列和型號(hào)的顯示終端，如Teltronix公司生產(chǎn)的4128、4335型，與IBM-PC機(jī)兼容的SGS-430三維轉(zhuǎn)換器等。GIS還有多種表格、文字的數(shù)據(jù)需要輸出，可利用多種打印機(jī)完成。打印機(jī)的類型有針式打印機(jī)、激光打印機(jī)、液晶打印機(jī)等。HPDesignJet彩色打印機(jī)還能打印出豐富絢麗的彩色圖形和細(xì)膩的文字。GIS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

20世紀(jì)90年代以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展不斷改變著GIS的結(jié)構(gòu)體系，從主機(jī)及終端結(jié)構(gòu)到Client/Server，再到Internet/Intranet。目前，基于服務(wù)器/客戶機(jī)體系結(jié)構(gòu)并在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或因特網(wǎng)支持下的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(圖1-2-4)已經(jīng)成為GIS硬件系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和計(jì)算機(jī)通訊線路的設(shè)計(jì)成為GIS硬件環(huán)境的重要組成部分。圖1-2-4分布式GIS的體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括布線系統(tǒng)、網(wǎng)橋、路由器和交換機(jī)等。在進(jìn)行GIS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，必須首先確定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，然后具體考慮網(wǎng)絡(luò)類型、互聯(lián)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和服務(wù)器的選擇，以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)布線和網(wǎng)絡(luò)安全性保障等。只有通過對(duì)新技術(shù)的深刻理解、對(duì)新產(chǎn)品的廣泛關(guān)注以及對(duì)應(yīng)用需求的準(zhǔn)確把握，才能設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的GIS網(wǎng)絡(luò)。§1.3地理信息系統(tǒng)的功能和應(yīng)用

介紹地理信息系統(tǒng)的具備的基本功能和主要的一些應(yīng)用領(lǐng)域。

由計(jì)算機(jī)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(jí)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，被廣泛地應(yīng)用于資源管理、區(qū)域規(guī)劃等領(lǐng)域，滿足用戶的廣泛需求。一、基本功能:

包括數(shù)據(jù)采集與編輯，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，數(shù)據(jù)處理和變換,空間查詢和分析和數(shù)據(jù)顯示、輸出功能(圖1-3-1)。二、主要應(yīng)用領(lǐng)域:

由于GIS具有許多功能和優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛地應(yīng)用資源管理、區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測環(huán)境評(píng)估等各領(lǐng)域(圖1-3-2)一、基本功能1、數(shù)據(jù)采集與編輯

地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通常抽象為不同的專題或?qū)?圖1-3-3)。數(shù)據(jù)采集編輯功能就是保證各層實(shí)體的地物要素按順序轉(zhuǎn)化為X、Y坐標(biāo)及對(duì)應(yīng)的代碼輸入到計(jì)算機(jī)中，各類數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和輸入方法如圖1-3-4所示。

圖1-3-3GIS數(shù)據(jù)分層概念

圖1-3-4GIS數(shù)據(jù)采集流程2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理

數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的最新技術(shù)，是一種先進(jìn)的軟件工具。GIS數(shù)據(jù)庫是區(qū)域內(nèi)一定地理要素特征以一定的組織方式存儲(chǔ)在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。由于GIS數(shù)據(jù)庫具有數(shù)據(jù)量大，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)具有不可分割的聯(lián)系，以及空間數(shù)據(jù)之間具有顯著的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，因此GIS數(shù)據(jù)庫管理功能除了與屬性數(shù)據(jù)有關(guān)的DBMS功能之外，對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理技術(shù)主要包括：空間數(shù)據(jù)庫的定義，數(shù)據(jù)訪問和提取，從空間位置檢索空間物體及其屬性，從屬性條件檢索空間物體及其位置，開窗和接邊操作，數(shù)據(jù)更新和維護(hù)等。3、數(shù)據(jù)處理和變換

由于GIS涉及的數(shù)據(jù)類型多種多樣，同一種類型數(shù)據(jù)的質(zhì)量也可能有很大的差異。為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的規(guī)范和統(tǒng)一，建立滿足用戶需求的數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)處理是GIS的基礎(chǔ)功能之一。數(shù)據(jù)處理的任務(wù)和操作內(nèi)容有：1)數(shù)據(jù)變換：指對(duì)數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)，包括投影變換、輻射糾正、比例尺縮放、誤差改正和處理等；2)數(shù)據(jù)重構(gòu)：指對(duì)數(shù)據(jù)從一種幾何形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種幾何形態(tài)，包括數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)截取、數(shù)據(jù)壓縮、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換等；3)數(shù)據(jù)抽?。褐笇?duì)數(shù)據(jù)從全集合到子集的條件提取，包括類型選擇、窗口提取、布爾提取和空間內(nèi)插等。4、空間查詢和分析

空間查詢和分析功能是GIS的一個(gè)獨(dú)立研究領(lǐng)域，它的主要特點(diǎn)是幫助確定地理要素之間新的空間關(guān)系，它不僅已成為區(qū)別于其他類型系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志，而且為用戶提供了靈活地解決各類專門問題的有效工具。1)空間查詢（圖1-3-5）：空間查詢是GIS最基本的功能，包括已知屬性查圖形，已知圖形查屬性及多種條件的綜合查詢；2)拓?fù)浏B加（圖1-3-6）：通過將同一地區(qū)兩個(gè)不同圖層的特征相疊加，不僅建立新的空間特征，而且能將輸入的特征屬性予以合并，易于進(jìn)行多條件的查詢檢索、地圖裁剪、地圖更新和應(yīng)用模型分析等；

圖1-3-5空間查詢

圖1-3-6疊加分析3)緩沖區(qū)建立（圖1-3-7）：它是研究根據(jù)數(shù)據(jù)庫的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立各種類型要素的緩沖多邊形，用以確定不同地理要素的空間接近度或鄰近性。它是GIS重要的和基本的空間分析功能之一。例如規(guī)劃建設(shè)一個(gè)開發(fā)區(qū)，需要通知一定范圍內(nèi)的居民動(dòng)遷；在林業(yè)規(guī)劃中，需要按照距河流一定縱深范圍來確定森林砍伐區(qū)，以防止水土流失等等；4)網(wǎng)絡(luò)分析（圖1-3-8）：網(wǎng)絡(luò)分析是GIS空間分析的重要組成部分。網(wǎng)絡(luò)模型是運(yùn)籌學(xué)中的一個(gè)基本模型，例如在城市各街道區(qū)建立圖書館、醫(yī)院等公共設(shè)施，希望各居民住家能到這些設(shè)施的路途最短，而在建立消防站、救護(hù)車站時(shí)，需要路途最短，花費(fèi)時(shí)間最少等。

圖1-3-7緩沖區(qū)分析

圖1-3-8網(wǎng)絡(luò)分析4)數(shù)字地形分析（圖1-3-9）：GIS提供了構(gòu)造數(shù)字高程模型及有關(guān)地形分析的功能模塊，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷線、山脊線、日照強(qiáng)度、庫容量、表面積、立體圖、剖面圖和通視分析等，為地學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)和輔助決策提供重要的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。5、數(shù)據(jù)顯示與輸出（圖1-3-10）：GIS為用戶提供了許多用于地理數(shù)據(jù)表現(xiàn)的工具，其形式既可以是計(jì)算機(jī)屏幕顯示，也可以是諸如報(bào)告、表格、地圖等硬拷貝圖件。

圖1-3-9地形分析

圖1-3-10數(shù)據(jù)顯示與輸出二、主要應(yīng)用領(lǐng)域1、資源管理

資源的清查、管理和分析是GIS應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是目前趨于成熟的主要應(yīng)用領(lǐng)域，包括森林和礦產(chǎn)資源的管理、野生動(dòng)植物的保護(hù)、土地資源潛力的評(píng)價(jià)和土地利用規(guī)劃以及水資源的時(shí)空分布特征研究等。系統(tǒng)的主要任務(wù)是將各種來源的數(shù)據(jù)和信息有機(jī)地匯集在一起，GIS軟件能在一個(gè)連續(xù)無縫的方式下管理大型的地理數(shù)據(jù)庫，這種功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)環(huán)境允許集成各種應(yīng)用，最終用戶通過GIS的客戶端軟件可直接對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢、顯示、統(tǒng)計(jì)、制圖以及提供區(qū)域多種組合條件的資源分析，為資源的合理開發(fā)利用和規(guī)劃決策提供依據(jù)。2、區(qū)域規(guī)劃

城市與區(qū)域規(guī)劃具有高度的綜合性，涉及資源、環(huán)境、人口、交通、經(jīng)濟(jì)、教育、文化和金融等因素，但是要把這些信息進(jìn)行篩選并轉(zhuǎn)換成可用的形式并不容易，規(guī)劃人員需要切實(shí)可行的、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的信息，而GIS能為規(guī)劃人員提供功能強(qiáng)大的工具。例如規(guī)劃人員利用GIS對(duì)交通流量、土地利用和人口數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測將來的道路等級(jí)；工程技術(shù)人員利用GIS將地質(zhì)、水文和人文數(shù)據(jù)結(jié)合起來，進(jìn)行路線和構(gòu)造設(shè)計(jì)；GIS軟件幫助政府部門完成總體規(guī)劃、分區(qū)、現(xiàn)有土地利用、分區(qū)一致性、空地、開發(fā)區(qū)和設(shè)施位置等分析工作，是實(shí)現(xiàn)區(qū)域規(guī)劃科學(xué)化和滿足城市發(fā)展的重要保證。3、國土監(jiān)測

GIS方法和多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)，可以有效地用于森林火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報(bào)、洪水災(zāi)情監(jiān)測和淹沒損失估算、土地利用動(dòng)態(tài)變化分析和環(huán)境質(zhì)量的評(píng)估研究等。例如黃河三角洲地區(qū)的防洪減災(zāi)研究表明，在ARC/INFO地理信息系統(tǒng)支持下，通過建立大比例尺數(shù)字地形模型和獲取有關(guān)的空間和屬性數(shù)據(jù)，利用GIS的疊置操作和空間分析等功能，可以計(jì)算出若干個(gè)泄洪區(qū)域內(nèi)的土地利用及面積，比較不同泄洪區(qū)內(nèi)房屋和財(cái)產(chǎn)損失等，可以確定泄洪區(qū)內(nèi)人員撤退、財(cái)產(chǎn)轉(zhuǎn)移和救災(zāi)物資供應(yīng)的最佳路線，保證以最快的速度有效應(yīng)付突發(fā)事件的發(fā)生。4、輔助決策

GIS利用擁有的數(shù)據(jù)庫和互聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電子商貿(mào)的革命，滿足企業(yè)決策多維性的需求。當(dāng)前在全球協(xié)作的商業(yè)時(shí)代，90%以上的企業(yè)決策與地理數(shù)據(jù)有關(guān)，例如：企業(yè)的分布、客貨源、市場的地域規(guī)律、原料、運(yùn)輸、跨國生產(chǎn)、跨國銷售等。利用GIS迅速有效管理空間數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間可視化分析，確定商業(yè)中心位置和潛在市場的分布，尋找商業(yè)地域規(guī)律，研究商機(jī)時(shí)空變化的趨勢(shì)，不斷為企業(yè)創(chuàng)造新的商機(jī)，GIS和互聯(lián)網(wǎng)已成為最佳的決策支持系統(tǒng)和威力強(qiáng)大的商戰(zhàn)武器?！?.4地理信息系統(tǒng)的發(fā)展

本世紀(jì)中葉，計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用標(biāo)志著第一次信息革命的開始，人類社會(huì)隨之進(jìn)入信息時(shí)代。信息的巨大物化力量使得它逐漸成為一種重要的社會(huì)資源和社會(huì)動(dòng)力源，從而引起社會(huì)職能、模式、結(jié)構(gòu)、價(jià)值及人們工作、生活方式的變革，人們工作的重點(diǎn)從單獨(dú)的物質(zhì)生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到對(duì)信息的采集、處理、分析和利用上來。另外，由于社會(huì)的進(jìn)步，人們開始覺悟到對(duì)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(hù)結(jié)合起來進(jìn)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(duì)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(bào)表、統(tǒng)計(jì)圖表和手工制圖的方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足時(shí)代需求，如何利用計(jì)算機(jī)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(dòng)力。一、國際GIS發(fā)展?fàn)顩r:

介紹地理信息系統(tǒng)在國際上發(fā)展的四個(gè)階段：探索時(shí)期、發(fā)展時(shí)期、成熟階段和全面應(yīng)用階段。二、我國GIS發(fā)展?fàn)顩r:

介紹我國地理信息系統(tǒng)主要經(jīng)歷了準(zhǔn)備階段、試驗(yàn)階段、發(fā)展階段和產(chǎn)業(yè)化階段。三、當(dāng)代GIS發(fā)展動(dòng)態(tài):

介紹當(dāng)代地理信息系統(tǒng)技術(shù)上的幾個(gè)熱門研究領(lǐng)域：面向?qū)ο蠹夹g(shù)與GIS，真三維GIS和時(shí)空GIS，GIS應(yīng)用模型，InternetGIS，GIS與專家系統(tǒng)和GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合。一、國際GIS發(fā)展?fàn)顩r

1963年，加拿大測量學(xué)家R.Tomlinson首先提出地理信息系統(tǒng)這一術(shù)語之后，隨著技術(shù)的進(jìn)步、社會(huì)的需求、有關(guān)組織機(jī)構(gòu)的建立，GIS呈“星火燎原”之勢(shì)在全世界迅速發(fā)展起來。概括起來，GIS的發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段。1、20世紀(jì)60年代為GIS思想和技術(shù)方法的探索時(shí)期

由于40年代和50年代計(jì)算機(jī)科學(xué)、地圖學(xué)和航空攝影測量技術(shù)的發(fā)展，逐漸產(chǎn)生利用計(jì)算機(jī)匯總各種來源的數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)處理和分析這些數(shù)據(jù)，最后通過計(jì)算機(jī)輸出一系列結(jié)果，作為輔助決策的有用信息，這就產(chǎn)生了最早地理信息系統(tǒng)的基本框架。

在50年代末60年代>初，計(jì)算機(jī)獲得廣泛應(yīng)用以后，很快就被應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。計(jì)算機(jī)分析地圖內(nèi)容并提供信息，是從自然資源的管理和土地規(guī)劃任務(wù)開始的，在這個(gè)基礎(chǔ)上誕生了世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)——加拿大地理信息系(CGIS)。受計(jì)算機(jī)發(fā)展水平的限制，當(dāng)時(shí)的地理信息系統(tǒng)的特征是存儲(chǔ)能力小，磁帶存取速度慢。機(jī)助制圖能力較強(qiáng)，地學(xué)分析功能較簡單，實(shí)現(xiàn)了手扶跟蹤數(shù)字化方法，可以完成地圖數(shù)據(jù)的拓?fù)渚庉?，分幅?shù)據(jù)的自動(dòng)拼接，開創(chuàng)了格網(wǎng)單元的操作方法，發(fā)展了許多基于格網(wǎng)的系統(tǒng)。所有這些處理空間數(shù)據(jù)的主要技術(shù)，奠定了地理信息系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)。另外，紛紛成立的許多有關(guān)GIS的組織和機(jī)構(gòu)對(duì)傳播和發(fā)展地理信息系統(tǒng)也起了重要的指導(dǎo)作用。國際GIS60年代大事記(據(jù)張超）2、70年代是GIS的發(fā)展時(shí)期

在這期間，計(jì)算機(jī)發(fā)展到第三代，內(nèi)存容量大增，運(yùn)算速度達(dá)到10－６秒級(jí)，特別是大容量直接存取設(shè)備——磁盤的使用，為地理數(shù)據(jù)的錄入、儲(chǔ)存、檢索、輸出提供了強(qiáng)有力的手段。用戶屏幕和圖形、圖像卡的發(fā)展增強(qiáng)了人機(jī)對(duì)話和高質(zhì)量圖形顯示功能，促使GIS朝著實(shí)用化方向發(fā)展。

例如，從1970年至1976年，美國地質(zhì)調(diào)查所就建成了50多個(gè)信息系統(tǒng)，分別作為處理地理、地質(zhì)和水資源等領(lǐng)域空間信息的工具。其他一些發(fā)達(dá)國家，如加拿大、聯(lián)邦德國、瑞典等國，也先后發(fā)展了自己的地理信息系統(tǒng)。同時(shí)，一些商業(yè)公司開始活躍，GIS軟件在市場上受到歡迎，同時(shí)管理問題也開始受到重視。據(jù)IGU統(tǒng)計(jì)，在70年代約有300多個(gè)系統(tǒng)投入使用，其中較完整的系統(tǒng)軟件就有80個(gè)之多。1980年，美國地質(zhì)調(diào)查局出版了《空間數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)軟件》的報(bào)告，基本總結(jié)了1979年以前世界各國GIS的發(fā)展概況。此外，D.F.Marble等擬訂了處理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)軟件登錄的標(biāo)準(zhǔn)格式，對(duì)全部軟件作了系統(tǒng)的分類，提出GIS發(fā)展研究的重點(diǎn)是空間數(shù)據(jù)處理的算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫管理這三方面。同時(shí)，許多大學(xué)(如美國紐約州立大學(xué)等)開始注意培養(yǎng)GIS方面的人才，創(chuàng)建了GIS實(shí)驗(yàn)室。因此，地理信息系統(tǒng)這一技術(shù)受到了政府部門、商業(yè)公司和大學(xué)的普遍重視，成為引人注目的領(lǐng)域。國際GIS70年代大事記(據(jù)張超）3、80年代是GIS在理論、方法和技術(shù)上取得突破與趨向成熟的階段。

由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的問世，推出了第四代計(jì)算機(jī)，特別是微型計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程通訊傳輸設(shè)備的出現(xiàn)，為計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用創(chuàng)造了條件，加上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，使地理信息的傳輸效率得到極大的提高。另外，軟件開發(fā)工具的廣泛應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的推廣，推動(dòng)了GIS的數(shù)據(jù)處理能力，空間分析功能，人機(jī)交互對(duì)話，地圖的輸入、編輯和輸出技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，并逐漸走向成熟。地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用從解決基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃(如道路、輸電線等)轉(zhuǎn)向更加復(fù)雜的區(qū)域開發(fā)問題。

例如,土地的規(guī)劃利用、城市發(fā)展戰(zhàn)略研究、人口的規(guī)劃和安置等，地理因素成為投資標(biāo)準(zhǔn)決策不可缺少的依據(jù)。這個(gè)時(shí)期，GIS已跨越國界，開始用于解決全球性問題，如全球的沙漠化、全球可居住區(qū)的評(píng)價(jià)、ALNINO現(xiàn)象及酸雨、核擴(kuò)散等對(duì)世界環(huán)境潛在的影響等。因此，國際著名的GIS專家R.F.Tomlinson認(rèn)為，如果70年代是GIS發(fā)展的鞏固時(shí)期，那么，80年代是國際GIS發(fā)展具有突破性的時(shí)期。國際GIS80年代大事記(據(jù)張超）4、90年代，全面應(yīng)用

90年代以來，隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的建立和地球數(shù)字化產(chǎn)品的普及應(yīng)用，GIS的發(fā)展進(jìn)入用戶時(shí)代。這個(gè)期間，社會(huì)對(duì)GIS的認(rèn)識(shí)普遍提高，需求大幅度增加，GIS已成為許多機(jī)構(gòu)(特別是政府決策部門)必備的工作系統(tǒng)。國家級(jí)乃至全球級(jí)的地理信息系統(tǒng)已成為公眾關(guān)注的問題，地理信息系統(tǒng)已被列入“信息高速公路”計(jì)劃，也是美國前副總統(tǒng)戈?duì)柼岢龅摹皵?shù)字地球”戰(zhàn)略的重要組成部分。

90年代，GIS開發(fā)和研究主要集中在下列一些方向：空間信息分析的新模式和新方法；空間信息應(yīng)用模型；GIS的效益評(píng)價(jià)；三維、四維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型；人工智能和專家系統(tǒng)的引入；網(wǎng)絡(luò)GIS；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與GIS的結(jié)合等。國際GIS90年代大事記(據(jù)張超）二、我國GIS發(fā)展?fàn)顩r

我國地理信息系統(tǒng)的發(fā)展起步較晚，但發(fā)展較快，大體可分為下列幾個(gè)階段。1、準(zhǔn)備階段

70年代初，我國開始探討計(jì)算機(jī)在測量、地圖制圖和遙感領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，1972年開始研制制圖自動(dòng)化系統(tǒng)，1974年引進(jìn)美國地球資源衛(wèi)星圖像，開展了衛(wèi)星圖像的處理和信息解譯工作，隨后召開了各種區(qū)域性遙感技術(shù)規(guī)劃會(huì)議，先后開展了多項(xiàng)環(huán)境衛(wèi)星系列數(shù)據(jù)與圖像的接收、處理和應(yīng)用的試驗(yàn)，如京津唐地區(qū)紅外遙感試驗(yàn)、***哈密地區(qū)航空遙感實(shí)驗(yàn)等。此外，還開展了全國范圍的航空攝影測量與地形制圖，為我國地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，并于1977年誕生我國第一張全要素?cái)?shù)字地圖。所有這些都為我國地理信息系統(tǒng)的研制和開發(fā)做了物質(zhì)和技術(shù)準(zhǔn)備，為GIS的發(fā)展開辟了道路。2、試驗(yàn)階段

80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和我國對(duì)“信息革命”的熱烈響應(yīng)，地理信息系統(tǒng)這一新技術(shù)在我國正式進(jìn)入全面試驗(yàn)階段。我國在GIS理論探索、規(guī)范探討、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、軟件開發(fā)、系統(tǒng)建立、人才培養(yǎng)、典型試驗(yàn)和專題試驗(yàn)等方面都取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。在典型試驗(yàn)中主要研究建立數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、空間數(shù)據(jù)庫建立、數(shù)據(jù)處理和分析算法以及系統(tǒng)分析軟件和應(yīng)用軟件的開發(fā)等。在專題試驗(yàn)和應(yīng)用方面，探索地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，包括人口、資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)等廣泛專題的試驗(yàn)和應(yīng)用。建成的區(qū)域性系統(tǒng)有1∶100萬國土基本信息系統(tǒng)和全國土地信息系統(tǒng)、1∶400萬全國資源和環(huán)境信息系統(tǒng)、1∶250萬水土保持信息系統(tǒng)等，專題信息系統(tǒng)如黃土高原信息系統(tǒng)、洪水災(zāi)害預(yù)報(bào)與分析系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫等。一些用于輔助城市規(guī)劃的各種小型信息系統(tǒng)在城市建設(shè)和規(guī)劃部門獲得了認(rèn)可。此外，國際GIS學(xué)術(shù)會(huì)議多次在我國舉行，有關(guān)高校開設(shè)了地理信息系統(tǒng)課程，這一切均為GIS的進(jìn)一步發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。3、發(fā)展階段

從1986年到1995年前后，我國GIS隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展走上了全面發(fā)展道路。由于沿海、沿江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的發(fā)展，土地的有償使用和外資的引進(jìn)，急需GIS為之服務(wù)，推動(dòng)了GIS的發(fā)展和應(yīng)用。GIS研究作為政府行為，正式列入國家科技攻關(guān)項(xiàng)目，開始有計(jì)劃、有組織、有目標(biāo)地進(jìn)行理論研究和應(yīng)用建設(shè)。同時(shí)，全國許多行業(yè)部門和部分省市積極發(fā)展各自專業(yè)GIS和區(qū)域GIS，上海、北京、深圳、?？?、三亞、常州等大中城市都在積極建設(shè)城市GIS。4、產(chǎn)業(yè)化階段

1996年以來，我國GIS技術(shù)在技術(shù)研究、成果應(yīng)用、人才培養(yǎng)、軟件開發(fā)等方面進(jìn)展迅速，并力圖將GIS從初步發(fā)展時(shí)期的研究實(shí)驗(yàn)、局部應(yīng)用推向?qū)嵱没?、集成化、工程化，為國民?jīng)濟(jì)發(fā)展提供輔助分析和決策依據(jù)。GIS在研究和應(yīng)用過程中走向產(chǎn)業(yè)化道路，成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)普遍使用的工具，并在各行各業(yè)發(fā)揮重大作用。我國GIS大事記(據(jù)張超）三、當(dāng)代GIS發(fā)展動(dòng)態(tài)

自20世紀(jì)60年代世界上第一個(gè)GIS——加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)問世以來，經(jīng)過近40年的發(fā)展，GIS系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件日趨成熟和完善。過去，GIS往往被認(rèn)為是一項(xiàng)專門技術(shù)，其應(yīng)用主要限于測繪、制圖、資源和環(huán)境管理等領(lǐng)域。隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，GIS的社會(huì)需求量增大，GIS應(yīng)用日趨廣泛，甚至進(jìn)入千家萬戶。應(yīng)用需求促進(jìn)發(fā)展，GIS已從一門技術(shù)發(fā)展為一門獨(dú)立的新興學(xué)科。下面就GIS當(dāng)前的幾個(gè)熱門研究領(lǐng)域作一介紹。1、面向?qū)ο蠹夹g(shù)與GIS的結(jié)合

GIS一般采用圖形和屬性分開管理的數(shù)據(jù)模型管理數(shù)據(jù)，即實(shí)體的圖形數(shù)據(jù)用拓?fù)湮募鎯?chǔ)管理，屬性數(shù)據(jù)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理，二者通過惟一標(biāo)識(shí)符進(jìn)行連接。這種數(shù)據(jù)模型具有的弱點(diǎn)使得人們開始尋求一種能統(tǒng)一管理圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型。

面向?qū)ο蠹夹g(shù)將現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體都抽象為對(duì)象，利用四種數(shù)據(jù)抽象技術(shù)(分類、概括、聯(lián)合、聚集)可構(gòu)建復(fù)雜的地理實(shí)體，利用繼承和傳播這兩種數(shù)據(jù)抽象工具將所有實(shí)體對(duì)象構(gòu)建成一個(gè)分層結(jié)構(gòu)。面向?qū)ο蟮姆椒槊枋鰪?fù)雜的空間信息提供了一條適合于人類思維模式的直觀、結(jié)構(gòu)清晰、組織有序的方法，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型成為較為理想的統(tǒng)一管理GIS空間數(shù)據(jù)的有效模型。因而，面向?qū)ο蟮募夹g(shù)在GIS中的應(yīng)用，即面向?qū)ο蟮腉IS，已成為GIS的發(fā)展方向。SmallworldGIS是目前面向?qū)ο驡IS中最為典型的代表，一些傳統(tǒng)的GIS也開始部分采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，如ARC/INFO7.0,Intergraph的TIGRIS,SYSTEM9,FACET系統(tǒng)等。

然而，面向?qū)ο蟮腉IS仍存在一些有待進(jìn)一步研究的問題。2、真三維GIS和時(shí)空GIS

GIS處理的是在地球三維空間上連續(xù)分布的空間數(shù)據(jù)。然而，目前絕大多數(shù)的GIS采用二維或2.5維來表示現(xiàn)實(shí)三維現(xiàn)象，通常將三維分量Z值當(dāng)做一個(gè)屬性值，如DEM數(shù)據(jù)，這對(duì)于許多地學(xué)分析是非常不便的，甚至難以進(jìn)行。例如，地質(zhì)構(gòu)造研究中的斷層處，在一固定位置會(huì)有不同的高程值，因而不能用二維或2.5維表示，而真三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能真正表示這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，使得顯示和描述三維實(shí)體的幾何特征和屬性特征成為可能，因此真三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究，真三維GIS的應(yīng)用成為GIS發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。(真三維GIS主要研究方向)

地理信息除具有空間特性外，還具有明顯的時(shí)序特征，即動(dòng)態(tài)變化特征。在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，如環(huán)境監(jiān)測、地震救援、天氣預(yù)報(bào)等，空間對(duì)象是隨時(shí)間變化的，描述和研究空間對(duì)象的時(shí)序特征在問題求解過程中起著十分重要的作用。由于受器件的限制和一些技術(shù)原因，傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)只考慮地物的空間特性，忽略了其時(shí)間特性。近幾年提出的空間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型也僅能處理空間二維和時(shí)間一維，不能完全表示和分析不斷變化的三維世界，因而需要開發(fā)時(shí)空四維GIS。實(shí)現(xiàn)時(shí)空復(fù)合操作，將空間分析問題進(jìn)一步拓展為時(shí)空分析范疇，已成為新一代GIS的重要研究課題。(時(shí)空GIS主要研究內(nèi)容)

3、GIS應(yīng)用模型的發(fā)展

GIS強(qiáng)大的生命力在于與各種實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合。然而，通用GIS的數(shù)據(jù)管理、查詢和空間分析功能對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)檫@些領(lǐng)域都有自己獨(dú)特的專用模型。根據(jù)某種應(yīng)用目標(biāo)或任務(wù)要求，從相應(yīng)專業(yè)或?qū)W科出發(fā)，對(duì)客觀世界進(jìn)行深入分析研究，并借助GIS技術(shù)的支持，建立GIS應(yīng)用模型，是GIS解決實(shí)際問題的能力、效率及產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在，因此日益受到重視。

為用戶提供建立專業(yè)應(yīng)用模型的二次開發(fā)工具和環(huán)境是目前大多數(shù)GIS軟件解決GIS建模問題的一般方法，如ARC/INFO提供的二次開發(fā)的宏語言AML。這種方法的一個(gè)主要問題是它對(duì)于普通用戶而言過于困難。最好的方式是GIS本身能支持建立專業(yè)應(yīng)用模型，這種GIS又稱為地理信息建模系統(tǒng)(GeographicInformationModellingSystem，簡稱GIMS)，它能支持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗(yàn)的環(huán)境，支持與用戶交互式的基于GIS的分析、建模和決策，GIMS是目前GIS研究的熱點(diǎn)問題之一，目前的GIS對(duì)用戶定義自己的專用模型的支持程度都是不夠的，離支持實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集定義、模型定義、模型生成和模型檢驗(yàn)的全過程仍有相當(dāng)大的距離。(通用GIS空間分析與各專業(yè)模型的主要途徑)4、Internet與GIS的結(jié)合

近年來，Internet技術(shù)的迅速發(fā)展與普及應(yīng)用為GIS發(fā)展提供了新的機(jī)遇，它改變了地理信息的獲取、傳輸、發(fā)布、共享、應(yīng)用和可視化等過程和方式，Internet已成為GIS新的操作平臺(tái)。Internet與GIS的結(jié)合即InternetGIS，利用Internet在Web上發(fā)布和出版空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢、制作專題圖和分析的功能，已經(jīng)成為GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。

InternetGIS的信息處理模式由傳統(tǒng)的集中式轉(zhuǎn)向客戶服務(wù)器模式，客戶機(jī)處理GIS應(yīng)用軟件，服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理GIS空間數(shù)據(jù)庫，并響應(yīng)客戶機(jī)對(duì)GIS應(yīng)用功能的服務(wù)請(qǐng)求。由于InternetGIS分布式管理與互操作的要求，InternetGIS又有組件式GIS和OpenGIS兩個(gè)研究熱點(diǎn)，但目前InternetGIS仍然存在著諸多不足。5、GIS與專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合

專家系統(tǒng)研究的是利用計(jì)算機(jī)模擬人類專家的推理思維過程，系統(tǒng)根據(jù)知識(shí)庫中的知識(shí)，對(duì)輸入的原始事實(shí)進(jìn)行復(fù)雜推理，并作出判斷和決策，從而起到人類專家的作用。

GIS經(jīng)過近40年的發(fā)展已逐漸趨于成熟，但它的應(yīng)用還主要停留在空間數(shù)據(jù)庫的建立與管理、空間實(shí)體查詢、空間疊置分析、緩沖區(qū)分析以及成果輸出上，由于缺乏知識(shí)處理和進(jìn)行啟發(fā)式推理的能力，其決策支持功能仍很弱，還無法解決多層次、多因素、非線性變化的復(fù)雜地學(xué)問題。解決這類問題是一項(xiàng)具有一定創(chuàng)造性的過程，需要大量的人為經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)。因此，將GIS和專家系統(tǒng)相結(jié)合，發(fā)展智能GIS或?qū)＜褿IS，是解決復(fù)雜地學(xué)問題的重要途徑。目前，這方面的研究受到廣泛的重視并取得一些令人鼓舞的成果。6、GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合

虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)是一種最有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，是當(dāng)代信息技術(shù)高速發(fā)展和集成的產(chǎn)物。從本質(zhì)上說，虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)用戶接口，通過計(jì)算機(jī)建立一種仿真數(shù)字環(huán)境，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像、聲音和觸摸感受，利用多種傳感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，用戶可以如同在真實(shí)世界那樣“處理”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所產(chǎn)生的虛擬物體。

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入GIS將使GIS更具吸引力，采用虛擬現(xiàn)實(shí)中的可視化技術(shù)，在三維空間中模擬和重建逼真的、可操作的地理三維實(shí)體，GIS用戶在客觀世界的虛擬環(huán)境中將能更有效地管理、分析空間實(shí)體數(shù)據(jù)。因此，開發(fā)虛擬GIS已成為GIS發(fā)展的一大趨勢(shì)。

隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展和虛擬現(xiàn)實(shí)硬件價(jià)格的降低，使得開發(fā)成本低廉的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件包成為可能，如用戶可通過VirtualGIS軟件在三維環(huán)境中觀察和分析GIS數(shù)據(jù)。KollerD等開發(fā)的一個(gè)實(shí)時(shí)三維GIS可使用戶在編輯、分析復(fù)雜的地形數(shù)據(jù)庫時(shí)產(chǎn)生一種臨境感。

當(dāng)前，GIS發(fā)展的動(dòng)態(tài)除以上幾點(diǎn)外，GIS與GPS、RS的進(jìn)一步集成，GIS與CAD的集成，并行處理技術(shù)在GIS中的應(yīng)用等都是GIS研究和發(fā)展的熱點(diǎn)。GIS的這些發(fā)展并不是孤立的，而是相互影響，相互促進(jìn)的，其目的都是為了讓GIS能更好地為人類管理和保護(hù)賴以生存的地球服務(wù)。【文中詞匯解釋】紛紛成立的有關(guān)GIS的組織和機(jī)構(gòu)

1967，成立美國城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會(huì)（URISA）。

1968，國際地理聯(lián)合會(huì)（IGU）成立了地理數(shù)據(jù)采集與處理委員會(huì)（CGDSP）

1969，成立美國信息系統(tǒng)全國協(xié)會(huì)（NASIS）。

這些組織相繼舉行了一系列GIS的國際研討會(huì)，對(duì)GIS技術(shù)的發(fā)展和傳播起到了重要的指導(dǎo)作用。圖形和屬性分開管理的數(shù)據(jù)模型的弱點(diǎn)

1)不利于空間數(shù)據(jù)的整體管理，以保證數(shù)據(jù)的一致性；

2)GIS的開放性和互操作性受限制；

3)數(shù)據(jù)共享和并行處理無保證。面向?qū)ο蟮腉IS有待進(jìn)一步研究的問題

1)大對(duì)象的操作仍受硬件條件的限制；

2)對(duì)象的獨(dú)立性與顆粒度問題；

3)矢量和柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)一的、支持動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和復(fù)合對(duì)象表示的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。真三維GIS主要研究方向

主要包括：

1)三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究，包括數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)狀態(tài)的表示和數(shù)據(jù)的可視化；

2)三維數(shù)據(jù)的生成和管理；

3)地理數(shù)據(jù)的三維顯示，包括三維數(shù)據(jù)的空間操作和分析，表面處理，柵格圖像、全息圖像顯示，層次處理等。時(shí)空GIS主要研究內(nèi)容

時(shí)空GIS主要研究時(shí)空模型，時(shí)空數(shù)據(jù)的表示、存儲(chǔ)、操作、查詢和時(shí)空分析。

目前較常用的做法是在現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上擴(kuò)充，如在關(guān)系模型的元組中加入時(shí)間，在對(duì)象模型中引入時(shí)間屬性。在這種擴(kuò)充的基礎(chǔ)上如何解決從表示到分析的一系列問題仍有待進(jìn)一步的研究。

另外，人們也在研究一種存儲(chǔ)和表示四維目標(biāo)的四維數(shù)據(jù)模型，ChengTao等運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)出一種面向?qū)ο罂臻g實(shí)時(shí)模型用于處理四維GIS數(shù)據(jù)。通用GIS空間分析與各專業(yè)模型的主要途徑

實(shí)現(xiàn)通用GIS空間分析功能與各種領(lǐng)域?qū)Ｓ媚Ｐ偷慕Y(jié)合主要有三種途徑：

1)松散耦合式，也稱為外部空間模型法。這種方法基本上將GIS當(dāng)做一個(gè)空間數(shù)據(jù)庫看待，在GIS環(huán)境外部借助其他軟件或計(jì)算機(jī)高級(jí)語言建立專用模型，其與GIS之間采用數(shù)據(jù)通訊的方式聯(lián)系。

2)嵌入式，也稱為內(nèi)部空間模型法。即在GIS中借助GIS的通用功能來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域的專用分析模型。

3)混合型空間模型法，是前兩種方法的結(jié)合，即盡可能利用GIS提供的功能，最大限度地減少用戶自行開發(fā)的工作量和難度，又保持外部空間模型法的靈活性。InternetGIS的兩個(gè)研究熱點(diǎn)

1)組件式GIS，即將已有的巨型GIS分解為若干可互操作的自我管理、相互獨(dú)立的組件，包括數(shù)據(jù)管理組件、空間查詢組件、數(shù)據(jù)獲取組件、專題制圖組件和顯示組件等。它們建立在分布式的對(duì)象結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，應(yīng)用了最新的分布式技術(shù)如OMG的CORBA,Microsoft的OLE/COM以及SUN的Java技術(shù)。這些組件具有與平臺(tái)和操作系統(tǒng)無關(guān)性，GIS應(yīng)用的開發(fā)者可以利用這些組件快速地組裝GIS應(yīng)用軟件。

組件式GIS有效地減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了獲取和管理多數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)，提供了分析地圖特征和查詢、空間分析、專題制圖等功能，并方便用戶二次開發(fā)。

2)OpenGIS，即開放式地理信息系統(tǒng)，是為了使不同的GIS軟件之間具有良好的互操作性，以及在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)信息共享的途徑。

由于InternetGIS用于發(fā)布分布式地理信息和處理與分析工具，使得InternetGIS必須使用已有的多種數(shù)據(jù)源和各種地理信息分析處理功能，即InternetGIS面臨地理信息的互操作性問題，因此，從數(shù)據(jù)的觀點(diǎn)看，OpenGIS是未來InternetGIS技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

由用戶和開發(fā)商組成的聯(lián)盟——開放地理信息聯(lián)合會(huì)(OpenGISConsortium,OGC)已經(jīng)成立，并研究制定了開放地理數(shù)據(jù)交互操作規(guī)程(OpenGeodataInteroperabilitySpecification,OGIS)。OGIS規(guī)范為開放系統(tǒng)地學(xué)處理奠定了基礎(chǔ)，使得GIS、遙感以及其他地學(xué)處理學(xué)科從專有的不兼容的數(shù)據(jù)格式和特定處理功能走向統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)空間和軟件組件。然而，OGIS只是對(duì)OpenGIS定義了抽象的互操作規(guī)程，具體如何實(shí)現(xiàn)將是21世紀(jì)GIS發(fā)展的任務(wù)。目前InternetGIS存在的不足

目前InternetGIS仍然存在著諸多不足，主要表現(xiàn)在：

1)支持單一數(shù)據(jù)源而非多數(shù)據(jù)源的獲取，因而不能滿足日益增長的信息交互與OpenGIS規(guī)范的需求；

2)數(shù)據(jù)集中而非分布式存放與管理，不利于信息的共享與更新；

3)缺乏統(tǒng)一的管理機(jī)制以實(shí)現(xiàn)大量分布式空間信息相互間的有機(jī)聯(lián)系；

4)缺乏豐富的空間信息表現(xiàn)手法以及與網(wǎng)絡(luò)資源特別是借助瀏覽器表達(dá)的能力；

5)空間信息獲取控制以及客戶與服務(wù)器端安全體系的建立不夠完善。

商品化的WebGIS還處于初級(jí)階段，提供的查詢和分析功能還不能滿足專業(yè)應(yīng)用的需要，但它的出現(xiàn)已開始改變GIS傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出和地圖發(fā)布的方式，為地理信息的高度社會(huì)化共享提供了可能。智能GIS的一些成果

1)GennertM.A.開發(fā)的原型網(wǎng)絡(luò)專家GIS用于土地資源管理，該系統(tǒng)由GIS完成位置分析工作，由基于規(guī)則知識(shí)庫的專家系統(tǒng)來評(píng)價(jià)，GIS與專家系統(tǒng)相結(jié)合，互為補(bǔ)充，組成專家GIS。

2)Sarasus、WayneA.等討論了智能GIS用于鐵路與高速公路交叉口的安全管理與分析問題。

3)LamDavid等建立了用于環(huán)境管理決策的GIS決策支持系統(tǒng)。此外還有專家GIS在地下水管理、地質(zhì)勘探、地學(xué)分析和軍事指揮等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。智能GIS的一些成果

1)GennertM.A.開發(fā)的原型網(wǎng)絡(luò)專家GIS用于土地資源管理，該系統(tǒng)由GIS完成位置分析工作，由基于規(guī)則知識(shí)庫的專家系統(tǒng)來評(píng)價(jià)，GIS與專家系統(tǒng)相結(jié)合，互為補(bǔ)充，組成專家GIS。

2)Sarasus、WayneA.等討論了智能GIS用于鐵路與高速公路交叉口的安全管理與分析問題。3)LamDavid等建立了用于環(huán)境管理決策的GIS決策支持系統(tǒng)。此外還有專家GIS在地下水管理、地質(zhì)勘探、地學(xué)分析和軍事指揮等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。第二章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)庫

本章概述：地理信息系統(tǒng)的操作對(duì)象是空間地理實(shí)體，建立一個(gè)地理信息系統(tǒng)的首要任務(wù)是建立空間數(shù)據(jù)庫，即將反映地理實(shí)體特性的地理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，這需要解決地理數(shù)據(jù)具體以什么形式在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和處理即空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題和如何描述實(shí)體及其相互關(guān)系即空間數(shù)據(jù)庫模型問題。本章重點(diǎn)介紹主要的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)庫模型?！?.1地理實(shí)體及其描述

介紹地理實(shí)體的概念，地理實(shí)體需要描述的內(nèi)容，實(shí)體的空間特征和實(shí)體間的空間關(guān)系。§2.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

講述矢量數(shù)據(jù)的圖形表示、獲取方式和表示(即矢量編碼方法)?！?.3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

講述柵格數(shù)據(jù)的圖形表示、柵格數(shù)據(jù)的組織、柵格結(jié)構(gòu)的建立和柵格數(shù)據(jù)的表示?！?.4矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

針對(duì)矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)互為優(yōu)缺點(diǎn)狀況，介紹集兩者優(yōu)點(diǎn)為一體的矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念和具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法?！?.5三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

主要闡述基于柵格的八叉樹三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本原理和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。在矢量結(jié)構(gòu)方面，介紹常用的三維邊界表示法的方法原理、特點(diǎn)和應(yīng)用?！?.6空間數(shù)據(jù)模型

首先介紹數(shù)據(jù)庫有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型如何存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)及其局限性，重點(diǎn)闡述面向?qū)ο蠹夹g(shù)、面向?qū)ο竽Ｐ秃陀糜诘乩硇畔⑾到y(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的類型?！?.7空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)、建立和維護(hù)

介紹空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)的內(nèi)容、建立過程和維護(hù)方法?！?.1地理實(shí)體及其描述

地理信息系統(tǒng)是以地理實(shí)體作為描述、反映現(xiàn)實(shí)世界中空間對(duì)象的單體。在地理信息系統(tǒng)中需要描述地理實(shí)體的名稱、位置、形狀、功能等內(nèi)容，這些內(nèi)容反映了地理實(shí)體的時(shí)間、空間和屬性三種特性，其中空間特性是地理信息所特有的，也是造成空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫模型異常復(fù)雜的原因所在。此外，實(shí)體間的空間關(guān)系對(duì)空間查詢和分析具有重要意義。一、地理系統(tǒng)和地理實(shí)體

介紹地理系統(tǒng)和地理實(shí)體的概念。二、實(shí)體的描述及存儲(chǔ)

介紹空間實(shí)體描述的內(nèi)容，空間數(shù)據(jù)的基本特征、空間數(shù)據(jù)類型和空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。三、實(shí)體的空間特征

空間特征是地理實(shí)體所特有的特征，是GIS數(shù)據(jù)組織、處理和維護(hù)的難點(diǎn)所在，可以從空間維數(shù)，空間特征類型和實(shí)體類型組合三個(gè)方面來考察。四、實(shí)體間的空間關(guān)系

實(shí)體間空間關(guān)系對(duì)于地理信息系統(tǒng)查詢和空間分析具有重要意義。在此闡述空間關(guān)系的類型，和拓?fù)淇臻g關(guān)系的定義、種類、表達(dá)及意義。一、地理系統(tǒng)和地理實(shí)體

地理信息來源于地理系統(tǒng)。著名數(shù)學(xué)家錢學(xué)森曾指出：地理系統(tǒng)是一個(gè)開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。所謂開放性是指地理系統(tǒng)與其它系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)，有物質(zhì)和信息的交往，不是一個(gè)封閉系統(tǒng)；復(fù)雜巨系統(tǒng)是指地理系統(tǒng)有成千上萬的種類繁多的子系統(tǒng)。

抽象是人們觀察和分析復(fù)雜事物和現(xiàn)象的常用手段之一。將地理系統(tǒng)中復(fù)雜的地理現(xiàn)象進(jìn)行抽象得到的地理對(duì)象稱為地理實(shí)體或空間實(shí)體、空間目標(biāo)，簡稱實(shí)體(Entity)。實(shí)體現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的，并可相互區(qū)別的事物。實(shí)體可以指個(gè)體，也可以指總體，即個(gè)體的集合.抽象的程度與研究區(qū)域的大小、規(guī)模不同而有所不同，如在一張小比例尺的全國地圖中，武漢市被抽象為一個(gè)點(diǎn)狀實(shí)體，抽象程度很大；而在較大比例尺的武漢市地圖上，需要將武漢市的街道、房屋詳盡地表示出來，武漢市則被抽象為一個(gè)由簡單點(diǎn)、線、面實(shí)體組成的龐大復(fù)雜組合實(shí)體，其抽象程度較前者而言較小。所以說，實(shí)體是一個(gè)具體有概括性、復(fù)雜性、相對(duì)意義的概念。二、實(shí)體的描述和存儲(chǔ)

從實(shí)體需要描述的內(nèi)容到計(jì)算機(jī)具體如何存儲(chǔ)實(shí)體的過程見圖2-1-1。

在地理信息系統(tǒng)中，根據(jù)具體要求需要描述實(shí)體各個(gè)側(cè)面如名稱、位置、形狀和獲取這些信息的方法、時(shí)間和質(zhì)量等，記錄實(shí)體的這些描述內(nèi)容的空間數(shù)據(jù)具有三個(gè)基本特征：空間特征、屬性特征和時(shí)間特征，根據(jù)反映實(shí)體特征的不同，空間數(shù)據(jù)可分為不同的類型：幾何數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)，而不同類型的空間數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中是以不同的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的。1、空間實(shí)體的描述

通常需要從如下方面對(duì)地理實(shí)體進(jìn)行描述：

1)編碼:用于區(qū)別不同的實(shí)體，有時(shí)同一個(gè)實(shí)體在不同的時(shí)間具有不同的編碼，如上行和下行的火車。編碼通常包括分類碼和識(shí)別碼。分類碼標(biāo)識(shí)實(shí)體所屬的類別，識(shí)別碼對(duì)每個(gè)實(shí)體進(jìn)行標(biāo)識(shí)，是唯一的，用于區(qū)別不同的實(shí)體。

2)位置:通常用坐標(biāo)值的形式(或其它方式)給出實(shí)體的空間位置。

3)類型:指明該地理實(shí)體屬于哪一種實(shí)體類型，或由哪些實(shí)體類型組成。

4)行為:指明該地理實(shí)體可以具有哪些行為和功能。

5)屬性:指明該地理實(shí)體所對(duì)應(yīng)的非空間信息，如道路的寬度、路面質(zhì)量、車流量、交通規(guī)則等。

6)說明:用于說明實(shí)體數(shù)據(jù)的來源、質(zhì)量等相關(guān)的信息。

7)關(guān)系:與其它實(shí)體的關(guān)系信息。2、空間數(shù)據(jù)的特征

空間數(shù)據(jù)具有三個(gè)基本特征（圖2-1-2)：圖2-1-2空間數(shù)據(jù)的基本特征

1)屬性特征——用以描述事物或現(xiàn)象的特性，即用來說明“是什么”，如事物或現(xiàn)象的類別、等級(jí)、數(shù)量、名稱等。

2)空間特征——用以描述事物或現(xiàn)象的地理位置，又稱幾何特征、定位特征，如界樁的經(jīng)緯度等。

3)時(shí)間特征——用以描述事物或現(xiàn)象隨時(shí)間的變化，例如人口數(shù)的逐年變化。

由于空間實(shí)體具有上述特征，所以在GIS中的表示是非常復(fù)雜的。目前的GIS還較少考慮到空間數(shù)據(jù)的時(shí)間特征，只考慮其屬性特征與空間特征的結(jié)合。實(shí)際上，由于空間數(shù)據(jù)具有時(shí)間維，過時(shí)的信息雖不具有現(xiàn)勢(shì)性，但卻可以作為歷史性數(shù)據(jù)保存起來，因而就會(huì)大大增加GIS表示和處理數(shù)據(jù)的難度。3、空間數(shù)據(jù)的類型

根據(jù)空間數(shù)據(jù)的特征，可以把空間數(shù)據(jù)歸納為三類：

1)屬性數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)的屬性特征的數(shù)據(jù)，也稱非幾何數(shù)據(jù)。即說明“是什么”，如類型、等級(jí)、名稱、狀態(tài)等。

2)幾何數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)的空間特征的數(shù)據(jù)，也稱位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)。即說明“在哪里”，如用X、Y坐標(biāo)來表示。

3)關(guān)系數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)，如空間數(shù)據(jù)的相鄰、包含等，主要是指拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)系是一種對(duì)空間關(guān)系進(jìn)行明確定義的數(shù)學(xué)方法。

此外，還有元數(shù)據(jù)，它是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。在地理空間數(shù)據(jù)中，元數(shù)據(jù)說明空間數(shù)據(jù)內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的背景信息，便于數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和用戶之間的交流。

若根據(jù)劃分角度不同，還可將空間數(shù)據(jù)劃分為不同的類型?？臻g數(shù)據(jù)的不同劃分

根據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同分為（據(jù)郭達(dá)志等)：

1)幾何圖形數(shù)據(jù)：主要來源于各種類型的地圖和實(shí)測幾何數(shù)據(jù)。

2)影象數(shù)據(jù)：主要來源于衛(wèi)星遙感和航空遙感等。

3)屬性數(shù)據(jù)：來源于實(shí)測數(shù)據(jù)，文字報(bào)表，或地圖中的各類符號(hào)說明，以及從遙感數(shù)據(jù)中通過解釋得到的信息等。

4)地形數(shù)據(jù)：來源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的格網(wǎng)狀的數(shù)字化搞成模型（DTM），或其他形式表示的地形表面（如TIN）等。

在具有智能化的GIS中還應(yīng)有規(guī)則和知識(shí)數(shù)據(jù)。

根據(jù)表示對(duì)象的不同分為分為（據(jù)鄔倫等)（圖2-1-3）：

1)類型數(shù)據(jù)：例如考古地點(diǎn)、道路線和土壤類型的分布等；

2)面域數(shù)據(jù)：例如隨機(jī)多邊形的中心點(diǎn)、行政區(qū)域界線和行政單元等；

3)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：例如道路交點(diǎn)、街道和街區(qū)等；

4)樣本數(shù)據(jù)：例如氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等；

5)曲面數(shù)據(jù)：例如高程點(diǎn)、等高線和等值區(qū)域；

6)文本數(shù)據(jù)：例如地名、河流名稱和區(qū)域名稱；

7)符號(hào)數(shù)據(jù)：例如點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)（暈線）等；4、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計(jì)算機(jī)存貯、管理、處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。換句話說，是指數(shù)據(jù)以什么形式在計(jì)算機(jī)中存貯和處理。數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)機(jī)中，是計(jì)算機(jī)正確處理和用戶正確理解的保證。

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是空間數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的具體組織方式。目前尚無一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)存儲(chǔ)上述各種類型的數(shù)據(jù)，而是將不同類型的空間數(shù)據(jù)以不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)（圖2-1-1）。一般來說，屬性數(shù)據(jù)與其他信息系統(tǒng)一樣常用二維關(guān)系表格形式存儲(chǔ)。元數(shù)據(jù)以特定的空間元數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)，而描述地理位置及其空間關(guān)系的空間特征數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)所特有的數(shù)據(jù)類型，主要以矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩種形式存儲(chǔ)。三、實(shí)體的空間特征

可用空間維數(shù)、空間特征類型和空間類型組合方式說明實(shí)體的空間特征。1、空間維數(shù)

有零維、一維、二維、三維之分，對(duì)應(yīng)著不同的空間特征類型：點(diǎn)、線、面、體。在地圖中實(shí)體維數(shù)的表示可以改變。如一條河流在小比例尺地圖上是一條線（單線河），在大比例尺圖上是一個(gè)面（雙線河）。2、空間特征類型

1）點(diǎn)狀實(shí)體：點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)、點(diǎn)狀實(shí)體。點(diǎn)：有特定位置，維數(shù)為0的物體。具體有下列類型的點(diǎn)：實(shí)體點(diǎn)、注記點(diǎn)、內(nèi)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)等不同類型（圖2-1-4)

2）線狀實(shí)體：具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，線或折線，由一系列的有序坐標(biāo)表示，并長度、彎曲度、方向性等特性，線狀實(shí)體包括線段，邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。

3）面狀實(shí)體（多邊形）：是對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述，在數(shù)據(jù)庫中由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)來表示。具有面積、范圍、周長、獨(dú)立性或與其它地物相鄰、內(nèi)島嶼或鋸齒狀外形、重疊性與非重疊性等特性。

4）體、立體狀實(shí)體：用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，它具有長度、寬度及高度等屬性，立體狀實(shí)體一般具有體積、每個(gè)二維平面的面積、內(nèi)島、斷面圖與剖面圖等空間特征。3、實(shí)體類型組合

現(xiàn)實(shí)世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)雜，往往由上述不同的空間類型組合而成，例如根據(jù)某些空間類型或幾種空間類型的組合將空間問題表達(dá)出來（圖2-1-5），復(fù)雜實(shí)體由簡單實(shí)體組合表達(dá)。四、空間關(guān)系

空間關(guān)系是指各空間實(shí)體之間的空間關(guān)系，包括拓?fù)淇臻g關(guān)系，順序空間關(guān)系和度量空間關(guān)系。由于拓?fù)淇臻g關(guān)系對(duì)GIS查詢和分析具有重要意義，在GIS中，空間關(guān)系一般指拓?fù)淇臻g關(guān)系。1、定義

拓?fù)潢P(guān)系是一種對(duì)空間結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行明確定義的數(shù)學(xué)方法。是指圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)?？梢约僭O(shè)圖形繪在一張高質(zhì)量的橡皮平面上，將橡皮任意拉伸和壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊，這時(shí)原來圖形的有些屬性保留，有些屬性發(fā)生改變，前者稱為拓?fù)鋵傩?，后者稱為非拓?fù)鋵傩曰驇缀螌傩?表2-1-1)。這種變換稱為拓?fù)渥儞Q或橡皮變換。2、拓?fù)潢P(guān)系的種類

點(diǎn)(結(jié)點(diǎn))、線(鏈、弧段、邊)、面(多邊形)三種要素是拓?fù)湓亍Ｋ鼈冎g最基本的拓?fù)潢P(guān)系是關(guān)聯(lián)和鄰接。

1)關(guān)聯(lián)：不同拓?fù)湓刂g的關(guān)系。如結(jié)點(diǎn)與鏈，鏈與多邊形等。

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