GIS基本理论之一：GIS的概念、构成结构、功能 信托基金结构的基本构成要素包括什么内容

 GIS基本理论之一：GIS的概念、构成结构、功能

1 地理信息系统的概念

    地理信息系统(Geographic Information System 简称GIS)是一项以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，它是以地理空间数据库为基础，在计算机硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型等分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。它的定义主要包含三个方面的内容：①GIS使用的工具：计算机软硬件系统；②GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性；③GIS数据建立过程：采集、存贮、管理、处理、检索、分析和显示。

    2 地理信息系统与相关技术(CAD、数字化制图)之间的关系

    地理信息系统与事务信息系、CAD和数字化制图都有很大的关系，但它们之间又存在着很多的不同点。

    与一般的事务信息系统相比，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二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；而事务信息系统只有属性数据库的管理，不能进行有关空间数据的操作；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；③地理信息系统的成功应用不仅仅取决于技术体系，而且依靠一定的组织体系；④虽然事务信息系统对地理信息系统的发展起着重要的作用。但实践证明，人的因素在地理信息系统得发展过程中越来越具有重要的影响作用，地理信息系统的应用问题已经超出了技术的范畴。

    CAD是指计算机辅助设计，是采用计算机辅助进行各种设计，广泛用于机械、建筑、工程和产品设计方面。GIS是在CAD基础上发展起来的一门学科，设计制图同时也是GIS的重要功能。CAD和GIS的关系密切。二者都具有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据，也能处理属性数据。根本区别在于使用目的不同，从而导致了功能和数据组织等方式上的区别。从使用目的来看，CAD主要偏向于制图和表达，而GIS更强调解决空间问题。因此，CAD的图形编辑功能较强，具有较强的排版和制图能力，GIS的核心功能是空间分析。GIS比CAD的图形数据具有更强的语义，表现在：①属性更为丰富；②空间对象之间的拓扑关系更强；③数据更海量。

    数字化制图与地理信息系统从它们的形成开始一起到发展至今，都是紧密联系在一起，有时很难区分。地理信息系统从建立到应用的各个环节，都需要数字化制图方法作为技术保证。地理信息系统建立前必须对各种数据进行收集与处理，而处理图形和文字等非数字信息时就要采用数字化制图中数字化的方法与原理。数据库建造中，从编码到建库都必须遵循一定的数据结构，数据与数据之间形成的关系等均需应用有关数字化制图的知识。建库后的数据管理和更新也必须借助数字化制图原理。地理信息系统成果的图形输出，更需要运用数字化制图的图形输出方法。它们之间的不同主要有以下几个方面：①数字化制图的目的是快速、精确地编制高质量的地图，而地理信息系统则是为地理研究和地理决策提供服务；②它们在数据采集、处理、输出过程中的侧重点有所不同；③数字化制图是利用计算机及其输入输出装置，通过数据库技术和图形数字处理方法，来进行地图制图的工作。数字化制图的整个过程是以处理数字为主要内容。而这些数字载负了地图或地理信息的具体内容。有了完整、精确的地图数据库，都能借助于计算机的处理，提供查询、分析的评价制图信息，编成新的地图。

    3 地理信息系统的构成结构

    地理信息系统主要由四部分组成：即计算机硬件系统，计算机软件系统，空间数据及系统的组织和使用维护人员即用户。其核心内容是计算机硬件和软件，空间数据反应了应用地理信息系统的信息内容，用户决定了系统的工作方式。

    计算机硬件系统是计算机系统中实际物理设备的总称，主要包括计算机主机，输入设备，存储设备和输出设备。

    计算机软件系统是地理信息系统运行时所必需的各种程序。包括：①计算机系统软件；②地理信息系统软件及其支撑软件。包括地理信息系统工具或地理信息系统实用软件程序，以完成空间数据的输入、存储、转换、输出及其用户接口功能等③应用程序。这是根据专题分析模型编制的特定应用任务的程序，是地理信息系统功能的扩充和延伸。

    空间数据是地理信息系统的重要组成部分，是系统分析加工的对象，是地理信息系统表达现实世界的经过抽象的实质性内容。它一般包括三个方面的内容：即空间位置坐标数据，地理实体之间空间拓扑关系以及相应于空间位置的属性数据。通常，它们以一定的逻辑结构存放在空间数据库中，空间数据来源比较复杂，随着研究对象不同，范围不同，类型不同，可采用不同的空间数据结构和编码方法，其目的就是为了更好地管理和分析空间数据。

    地理信息系统是一个复杂的系统，仅有计算机硬件、软件及数据还不能构成一个完整的系统，必须要有系统的使用管理人员。其中包括具有地理信息系统知识和专业知识的高级应用人才；具有计算机知识和专业知识的软件应用人才以及具有较强实际操作能力的硬软件维护人才。

4 地理信息系统的功能

    地理信息系统的核心问题可归纳为五个方面的内容：位置、条件、变化趋势、模式和模型。

    ⑴位置（Locations）

    首先，必须定义某个物体或地区信息的具体位置，常用的定义方法有：通过各种交互手段确定位置，或者直接输入一个坐标；

    其次，指定了目标或区域的位置后，可以获得预期的结果以及其所有或部分特性，例如当前地块所有者、地址、土地利用情况、估价等。

    ⑵条件（Conditions）

    即什么地方有满足某些条件的东西

    首先，可以用下列方式指定一组条件，如从预定义的可选项中选择选取；填写逻辑表达式；在终端上交互式填写表格

    其次，指定条件后，可以获得满足指定条件的所有对象的列表，如在屏幕上以高亮度显示满足制定条件的所有特征，例如，其所位于的土地类型为居民区、估价低于200，000美元、有四个卧室而且是木制的房屋

    ⑶变化趋势（Trends）

    该类问题需要综合现有数据，以识别已经发生了或正在发生变化的地理现象。

    首先，确定趋势，当然趋势的确定并不能保证每次都正确，一旦掌握了一个特定的数据集，要确定趋势可能要依赖假设条件、个人推测、观测现象或证据报道等。     其次，针对该趋势，可通过对数据的分析，对该趋势加以确认或否定。地理信息系统可使用户快速获得定量数据以及说明该趋势的附图等。例如，通过GIS，可以识别该趋势的特性：有多少柑桔地块转作它用？现在作为何用？某一区域中有多少发生了这种变化？这种变化可回溯多少年？哪个时间段能最好反映该趋势？1年、5年还是10年？变化率是增加了还是减少了？     ⑷模式（Patterns）      该类问题是分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。地理信息系统将现有数据组合在一起，能更好地说明正在发生什么，找出发生事件与哪些数据有关。     首先，确定模式，模式的确定通常需要长期的观察、熟悉现有数据、了解数据间的潜在关系。     其次，模式确定后，可获得一份报告，说明该事件发生在何时何地、显示事件发生的系列图件。例如，机动车辆事故常常符合特定模式，该模式（即事故）发生在何处？发生地点与时间有关吗？是不是在某种特定的交叉处？在这些交叉处又具有什么条件？     ⑸模型（Models）      该类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案。     首先，建立模型，如选择标准、检验方法等。     其次，建立了一个或多个模型后，能产生满足特定的所有特征的列表，并着重显示被选择特征的地图，而且提供一个有关所选择的特征详细描述的报表。例如要兴建一个儿童书店，用来选址的评价指标可能包括10、15、20分钟可到达的空间区域。附近居住的10岁或10岁以下的儿童的人数、附近家庭的收入情况、周围潜在竞争的情况。     为了完成上述的地理信息系统的核心任务，需要采用不同的功能来实现它们。尽管目前商用GIS软件包的优缺点是不同的，而且它们在实现这些功能所采用的技术也是不一样的，但是大多数商用GIS软件包都提供了如下功能：数据的获取（Data Acquisition）、数据的初步处理（Preliminary data Processing）、数据的存储及检索（Storage and Retrieval）、数据的查询与分析（Search and Analysis）、图形的显示与交互（Display and Interaction）。     地理信息系统功能包括以下的部分：数据采集、监测与编辑（手扶跟踪数字化）；数据处理（矢栅转换、制图综合）；数据存储与组织（矢量栅格模型）；空间查询与分析（空间检索、空间拓扑叠加分析、空间模型分析）；图形交互与显示（各种成果表现方式）。

    下面分别来描述：

    数据采集、监测与编辑主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。一般而论，地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的70%或