gis基础
转自DIS学院1．1 信息（Information） <BR>——信息（Information）是近代科学的一个专门术语，已广泛地应用于社会各个领域。广义含义的信息是指主体和客体在相互交往与联系中，用来表征事物特征的一种基本形式。这里的主体与客体包括自然界一切有生命和无生命的物体，人、生物和自然界所有的物体均属于主体和客体的范畴。信息可以用不同的介质和符号加以记录，但并不是所有的信息都能被记录下来。<BR><BR>1．2 数据（Data） <BR>数据（Data）是记录信息的一种符号手段。它包括数字、文字、符号、图形、图像以及各种可以转换成数据的现象。在信息科学领域中，信息与数据是不可分离的，信息是由记录在各种物理介质中的数据来表达，数据中所包含的意义就是信息。数据是信息的载体，但并不就是信息，只有理解了数据的含义，对数据做出解释，才能得到数据中所包含的信息。对数据进行分析处理，包括分类、编码、排序和运算，分析就是为了提取数据中所包含的信息。从数据中能提取的信息多少与人的知识水平和提取手段密切相关，但也与数据记录的形成手段有关。 <BR><BR>任何信息内容都具有空间定位、时间分布和属性的特征。因此，记录信息的数据除其所包含的内容外，也都具有空间定位、时间分布和属性的特征，例如： <BR><BR>地图：显然地图均具有空间性质，地图所表示的内容也都具有时间和属性特性。 <BR><BR>数字数据：任何传统的统计数据，均有显著的空间定位和时间分布和属性显著特性。如一场洪水灾害的统计数据，一定有灾害发生的时间和地点及属性。 <BR><BR>照片：照片总是对客观世界某一位置的反映，也具有时空分布及属性的特性。 <BR><BR>此外，还有文本、录像、声音、气味等也都具有空间定位和时间分布和属性的特征。由此可见，任何信息均包含有空间定位和时间分布及属性的特征，只是由于数据记录手段不同，而所表现的形式有所不同。例如，一场洪水灾害可以用图形表示，也可用统计表格表示，既可以用文字、照片、录像来表示，也可以用几种不同手段来综合的表示。但不管用那种手段表示，其所表述的对象和内容的性质是不会发生根本变化。任何信息都具有多维空间特性，为了记录和表述信息这种具有多维空间的特性，人们进行了长期不懈地努力，建立了信息科学来专门研究信息的记录、传输、存贮、提取和表述，以服务于人们预测和决策的需要。<BR><BR>1．3系统（System）与信息系统（Information System） <BR>——系统（System）是具有特定功能的、相互有机联系的许多要素所构成的一个整体。信息系统（Information System）是集信息的记录、传输、存贮、提取和表述于一体，具有处理、管理和分析数据能力，为决策过程提供有用信息的系统。在计算机时代，大部分的信息系统都部分或全部由计算机系统支持。例如，图书情报信息系统、金融管理信息系统、财务管理信息系统、资源与环境信息系统、灾害监测与评估信息系统等。由此可见，信息必须为实现某些特定的目标和功能，按照一定关联关系，组成系统才能成为有用的信息。无规划、杂乱无章的信息很可能成为一堆"垃圾"。<BR>——由于任何信息均有空间定位和时间分布特征，因此任何信息系统也均有空间定位和时间分布特征，均属于空间信息系统。本处强调"空间"一词是强调在信息系统建设过程中强化对信息的地理空间位置的记录和表述，以使系统能更好地服务于决策分析过程，而有别于现行的数据库管理系统。因此，它强调建立信息系统的技术手段的改进和提高，使系统记录的内容更丰富、表述方法更简洁、查询传输更方便，而不是改变信息的本质和内涵。<BR>——信息空间位置的记录和表述方法的任何重大变革，都与人类社会的发展、生产和科技水平的提高紧密的联系在一起的。在信息时代，由于计算机技术和系统分析方法的应用，对信息的采集、管理和分析提出了更高的要求，产生了地理学、信息科学和计算机技术等相结合的一门边缘学科－－地理信息系统，这是空间信息系统中的一颗耀眼的明珠。<BR><BR>1．4 地理空间数据及其表示 <BR>——地理空间数据是指人们观测地球得到的地球某些位置上地物景观的空间数据，以用来描述地球上可更新或不可更新的自然资源、人类赖以生存的自然环境、人文经济与劳动力资源等有关的信息，包括：地形、地貌、水文气象、土壤、岩石矿藏、植被、土地利用、行政区划、交通网络、邮政区、公共设施位置、土地界限、土地价值、土地所有权、人口普查分区、人口分布、经济分区、环境污染、疾病影响范围、自然灾害分布等。地理空间数据可以由位置组合变量的表格形式表示，也可用相对位置在地图或图像上表示。地图是地理学家最常用的地理信息载体和地理语言，也是最受人们欢迎的地理空间数据表示方法之一。<BR>——地图通常包括三个方面的内容：<BR>地球表面上点的地理坐标（或其他坐标）与这些点在地图平面上的直角坐标（或其他坐标）之间的严格的映射函数关系。确定了这些函数关系就可以在地图上来研究它所表示地物的空间关系。<BR>——采用特珠的符号系统，来表示空间定位上的各种现象及属性和相互关系，从而在地图上构成客观实际的空间形象。<BR>由于地图图幅比例和图解符号的限制，每一幅地图都要按照其用途，对其所表示地理空间信息进行取舍和概括，因此每一幅地图都是制图人和视图人按照制图符号的"约定"进行交流空间信息的图像载体。<BR>——地图表达的对象可以是具体的（如居民点、植被、土壤等）和抽象的（如人口密度、工农业产值、经济增长等）、现实的（如河网、道路、耕地等）和预期的（如规划的道路、居民点、灌溉网等）。由于地图具有简洁、丰富、动态、灵活表达空间地理信息的优点，因此地图是人们在日常生活和国家管理建设中最重要的工具和手段之一。除地图外，地理空间数据还可以用名称或编码等可标识的数码和表格表示，如邮政编码、街区地址、门牌号码等。文字、图形、图像也是用来表示地理空间数据的一种重要手段。<BR>——地理空间数据是量大而面广的海量数据，在信息时代以前，不可能只用一种手段或工具就能使其得到完整的表达和存贮。随着计算机技术的飞速发展，数据库、地理信息系统、专家系统和多媒体技术的推出和完善，使地理空间数据的存贮和表达产生了巨大的变革。<BR> 勤奋工作，快乐生活！ 2．1地理信息系统（GIS）的中文定义 <BR>——地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种采集、处理、传输、存储、管理、查询检索、分析、表达和应用地理信息的计算机系统，是分析、处理和挖掘海量地理数据的通用技术。它是六十年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物。<BR>地理信息系统是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统，具有以下三个方面的特征：<BR>1. 具有采集、管理、分析和输出多种地理实间信息的能力，具有空间性和动态性；<BR>2. 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息；<BR>3. 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。<BR><BR>2．2地理信息系统（GIS）的英文定义 <BR>以下是国外专家对地理信息系统给出的不同定义（摘自David J.Maguire，1991）。<BR>Aronoff(1989:39)<BR>any manual or computer based set of procedures used to store and manipulate geographically referenced data. <BR><BR>Carter(1989:3)<BR>an institutional entiry, reflecting an organizational structure that integrates technology with a database, expertise and continuing financial support over time.<BR><BR>Koshkariov, Tikunov and Trofimov(1989:256)<BR>a system with advanced geo-modelling capabilites.<BR><BR>Parker(1988:1547)<BR>an information technology which stores, analyses, and displays both spatioal and non-spatial data.<BR><BR>Cowen(1988:1544)<BR>a decision support system involving the integration of spatially referenced datain a problem-soling environment.<BR><BR>DoE(1987:132)<BR>a system for capturing,storing,checking,manipulating,analysing and displaying data which are spatially referenced to the Earth.<BR><BR>Smith et al.(1987:13)<BR>a database system in which most of the data are spatially indexed, and upon which a set of procedures operated in order to answer queries about spatiol entities in the database.<BR><BR>Burrough(1986:6)<BR>a powerful set of tools for collecting, storing, retrieving at will, transforming and displaying spatial data from the real world.<BR><BR>Devine and Field(1986:18)<BR>a form of MISthat allows map display of the general information.<BR><BR>Ozemoy, Smith and Sicherman(1981:92)<BR>an automated set of functions that provides professionals with advanced capabilities for the storage, retrieval, manipulation, and display of geographically located data.<BR><BR>Dueker(1979:106)<BR>a special case of information systems where the database consists of observations on spatioally distributed features, activities, or events, which are definable in space as points, lines, or areas. A GIS manipulates data about these points, lines, and areas to retrieve data for ad hoc queries and analysis.<BR><BR>2．3 如何理解GIS？ <BR>——从字面的意义讲，"地理"意味着数据项的在空间的位置，它可以是已知的(如地理经纬度)，也可以经计算获得(如经地图投影变换后得到的大地坐标)。绝大多数的GIS，主要处理二维空间数据，但也有一些针对特别问题的系统在处理真三维，这在地质学和海洋学等学科上最为突出。<BR>——"信息"意味着GIS中的数据经过加工所生产出的有用知识，这些知识既可通过图形、图象 的形式表达，也可以统计图、表格和各种各样的人机交互形式来表达。<BR>——"系统"意味着GIS是有一系列相互关系和联结而功能又有所不同的部件组合。 ——因此，GIS具有获取、输入、操作、传输、可视化、组合、查询、分析、建模和输出数据的能力。从这个意义讲，地理信息系统(GIS)是用于地理参考数据或地理空间数据的输入、存储、更新、操作、分析和输出的计算机系统，它可为土地利用、自然资源、环境、运输、城市设施和其它管理的规划与管理提供决策支持。<BR>——通俗地讲， 地理信息系统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，地理信息系统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年代以来，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。<BR>事实上，上述的定义是非常技术化的。从九十年代的科学与技术发展的潮流和趋势看，应从三个方面来审视地理信息系统的涵义：<BR>第一、 地理信息系统是一种计算机技术。这是人们的通常认识。<BR>第二、 地理信息系统是一种方法，这种方法是人们具有对过去束手无策的大量空间数据进行管理和操作的能力，借助这种能力使人们将上至全球变化、下至区域可持续发展等一系列复杂的问题统一、集成、融合为一体，使人们第一次得以全方位地审视我们这个星球上的每一个现象。<BR>第三、 地理信息系统使一种思维方式，我们认为，地理信息系统改变了传统的直线式的思维方式，而使人们能够关注与地理现象相关联的周围事件和现象的变化以及这些变化对本体所造成的影响，从这个意义上讲，地理信息系统是人的思想的延伸。正是这种延伸使人们的思维观念发生了根本性的改变. <BR> 3．1 空间可视化（Spatial Visualizaiton） <BR><BR>3.1.1 空间地物轮廓特征的可视化 <BR>——信息系统是对现实世界的计算机模拟，而地理信息系统则突出了它对现实世界空间关系的模拟。使用我们对于在空间中各事物的状态有一个非常直观的感受。无论是在屏幕上展示一幅可以无级缩放和信息查询的地图，还是展现一幅三维的地形模型，都使我们对现实世界空间关系的认识更为直观、具体。或许我们可以用计算机科学中常用的"所见即所得"一词来解释这一点。 <BR><BR>3.1.2 具有空间参照特点的地物专题属性信息的可视化 <BR><BR>——地理信息系统的空间可视化功能还包括对空间分布的地物的属性信息的图形可视化，这一点是由地理信息系统的一个重要特征来保证的，即GIS实现了空间信息和属性信息的集成管理，并能够完善地建立二者之间的联系。例如，利用一张中国的行政区划图，我们可以从地理信息系统数据库中提取各省、直辖市、自治区1994年的人口统计数据，计算人口密度，并按人口密度的分级指标指定不同的色彩和填充方式显示行政区所对应的图斑(这实现上是一个从属性到空间的关联过程)，这样空间地物的专题属性特征就可以通过地理信息系统工具实现具有空间参照信息的可视化。 <BR><BR>3．2 空间导向（Spatial Navigation）<BR><BR>——利用地理信息系统，我们不仅可以纵览研究区域的全域，还可以利用缩放和漫游等GIS所提供的基本功能深入到我们更感兴趣的区域去研究。<BR>——一个完善的地理信息系统提供了空间数据库功能，使用我们可以以小比例尺查看全局，以中比例尺查看局部，以大比例尺查看细部。在比例尺不断增大的同时，展现给用户的空间信息内容会不断更新。例如在浏览一个行政省全局时，只需要显示大的河流、省级公路铁路以及市县级行政分区图斑等全局信息，而随着比例尺的不断增大，就需要显示宗地、建筑物、公园等具体的空间地物。这些与地图学中强调的制图综合的概念是相似的。<BR>——地理信息系统的空间导向功能还可以从空间查询功能中得到体现。例利用一张省级土地利用图，我们可以通过空间查询找到"城市中的公园"，并即时将地图的显示范围缩放到所有"公园"空间分布的范围内，这样同样是空间导向作用的体现。<BR><BR>3．3 空间思维（Spatial Thinking）<BR><BR>——地理信息系统的空间数据库在存贮各地物的空间描述信息的同时，还存贮了地物之间的空间关系，这一特点为进行空间分析提供了基础。<BR>——地理信息系统的空间思维，就是要利用GIS数据库中已经存贮的信息，通过GIS的工具(例如缓冲区分析、叠置分析)，生成GIS空间数据库中并求存贮的信息。<BR>——地理信息系统将许多空间分析工具集成起来，并提供二次开发工具。在进行空间分析时，用户将各种分析工具按所研究领域的专业模型组织成一个程序(即计算机可以识别和操作的思路)，交由地理信息系统完成，最后提供空间可视化的分析结果。<BR>地理信息系统的空间思维功能使我们能够揭示空间关系、空间分布模式和空间发展趋势等其它类型信息系统所无法完成的任务。<BR>——城市与区域规划是地理信息系统技术体现空间思维特征的最典型的应用领域。<BR>地理信息系统作为一个功能强大的空间信息管理系统，主要由以下四个部分组成：<BR>（1） 计算机硬件设备：这是系统的硬件环境，用于存贮、处理、输入输出数字地图及数据。<BR>（2） 计算机软件系统：这是系统的软件环境，负责执行系统的各项操作与分析的功能。<BR>（3） 地理空间数据：它反映了GIS的管理内容，是系统的操作对象和原料。<BR>（4） 系统的组织管理人员：它包含了系统的建设管理人员和用户，它决定了系统的工作方式和信息的表示方式，这是GIS中最活跃、最重要的部分。<BR>这四部分的有机组成才能使GIS按照预定的目标，完成系统所承提的空间数据的管理任务。在这四个部分中最活跃，最有生命地是系统的设计开发管理人员和用户。一个没有系统建设管理人员的精心设计、精心开发、精心维护管理以及良好服务的地理信息系统是不会受到用户欢迎的，同样，一个没有用户的地理信息系统是没有生命和使用价值的系统。 <BR> 4．1 系统的硬件环境 <BR>地理信息系统的硬件环境主要由计算机及一些外围设备联接形成的，主要包括以下几个部分：<BR>（1） 计算机系统。它是系统操作、管理、加工和分析数据的主要设备，包括优良的CPU、键盘、屏幕终端、鼠标等。可以单机，也可以组成计算机网络（包括局域网和广域网）系统来应用。<BR>（2） 数据输入设备。它用于将各种需要的数据输入计算机，并将摸拟数据转换成数字数据。其他一些专用设备，如数字化仪、扫描仪、解析测图仪、数字摄影测量仪器、数码相机、遥感图象处理系统、机助制图系统、GPS等，均可以通过数字接口与计算机相联接。<BR>（3） 数据存贮设备。主要指存贮数据的磁盘、磁带及光盘驱动器等。<BR>（4） 数据输出设备。它包括图形终端显示设备、绘图机、打印机、磁介质硬拷贝机、可擦写光盘，以及多媒体输出装置等。它们将以图形、图象、文件、报表等不同形式显示数据的分析处理的结果。<BR>（5） 数据通讯传输设备。如果GIS是处于高速信息公路的网络系统中，或处于某些局域网络系统中，还需要架设网络连线、网卡及其它网络专用设施。<BR>——由于计算机技术的迅猛发展，硬件的有效生命期较短，设备的淘汰率较高，而且价格昂格，因此对GIS硬件环境的选择，必须根据系统的需求、系统所担负的任务与投资情况，进行系统总体设计，要考虑软、硬件环境整体配套、协调一致。<BR>4．2 系统的软件环境 <BR>——为了实现复杂的空间数据管理功能，GIS需要有与硬件环境相配套的多种软件功能模块。在软件层次上需要有系统软件、基础软件、基本功能软件、应用软件等多层次体系。根据GIS的功能可划分为以下几个子系统：<BR>4．2．1计算机系统软件和基础软件<BR>——由计算机厂家提供操作系统及各种维护使用手册、说明书等，以及某些基础软件（如C，C++等）。系统软件和基础软件是系统开发的一切软件基础，是GIS日常工作所必备的。<BR>4．2．2 数据输入子系统<BR>——它通过各种数字化设备（如数字化仪、扫描仪等）将各种已存在的地图数字化，或者通过通讯设备或磁盘、磁带的方式录入遥感数据和其他系统已存在的数据，也包括用其它方式录入的各种统计数据，野外数据和仪器记录的数据。<BR>输入的数据应进行校验，即通过观察、统计分析和逻辑分析，检查数据中存在的错误，并通过适当的编辑方式加以修正。<BR>输入的数据应进行存贮和管理，它包括空间景物的位置，相互间联系以及它们的地理意义（属性）的结构和组合，以及数据格式的选择和转换、数据压缩编码、数据的联接、查询、提取等。对应不同的数据输入、存贮和管理方式，系统都应配备有相应的支持软件。<BR>4．2．3 数据编辑子系统<BR>——GIS应具有较强的图形编辑功能，以便对原始数据输入错误进行编辑和修改。同时还需要进行图形修饰，为图形设计线型、颜色、符号、注记等，并建立拓扑关系，组合复杂地物，输入属性数据等。一般说来，GIS软件应具有以下编辑功能：<BR>（1）图形变换：开窗、放大、缩小、屏幕滚动、拖动等。<BR>（2）图形编辑：删除、增加、剪切、移动、拷贝等。<BR>（3）图形修饰：线型、颜色、符号、注记等。<BR>（4）拓扑关系：结点附合、多边形建立、拓扑检验等。<BR>（5）属性输入：属性联接、数据库实时输入、数据编辑修改等。<BR>4．2．4 空间数据库管理系统 <BR>——在GIS中既有空间定位数据，又有说明地理的属性数据。对这两类数据的组织与管理并建立二者联系是至关重要的。为保证GIS有效的工作，保持空间数据的一致性和完整性，需要设计良好的数据库结构和数据组织方法，一般采用数据库技术来完成该项工作。<BR>4．2．5 空间查询与空间分析系统<BR>这是GIS面向应用的一个核心部分，也是GIS区别其它系统（如MIS）的一个重要方面，它应具有以下三方面的功能：<BR>（1）检索查询：包括空间位置查询、属性查询等。<BR>（2）空间分析：能进行地形分析、网络分析、叠置分析、缓冲区分析等。<BR>（3）数学逻辑运算：包括函数运算、自定义函数运算、以及驱动应用模型运算。<BR>——GIS通过对空间数据及属性的检索查询、空间分析、数学逻辑运算，可以产生满足应用条件的新数据，从而为统计分析、预测、评价、规划和决策等应用服务。<BR>4．2．6 数据输出子系统<BR>——功能是将检索和分析处理的结果按用户要求输出，其形式可以是地图、表格、图表、文字、图象等表达，也可在屏幕、绘图仪、打印机或磁介质上输出。<BR>——以上六个子系统是GIS软件系统必备的功能模块。一个优秀的GIS软件系统还应备有较强功能的用户接口模块和适宜的应用分析程序的支持。用户接口模块是保证GIS成为接收用户指令和程序，实现人－－机交互的窗口，使GIS成为开放式系统。有良好的应用程序的支持，将使GIS的功能得到扩充与延伸，使更具有实用性，这是用户最为关心的真正用于空间分析的部分。<BR> 5．1 一般基本功能 <BR>——地理信息系统属空间型数据管理系统，因此它同样应具备一般数据管理系统所具有的数据输入、存贮、检索、显示输出等项一般的基本功能。 <BR>5．1．1数据输入、存贮、编辑功能 <BR>数据输入：即在数据处理系统中，将外部多种来源、多种形式的原始数据（包括空间数据和属性数据）传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。它包括数字化、规范化和数据编码三个方面。数字化有扫描数字化和手扶跟踪数字化，经过模数变换、坐标变换等将外部的数据转化成系统所能接受格式的数据文件，存入数据库。规范化指对不同比例尺、不同投影坐标系统、统一记录格式，以便在同一基础上工作。而数据编码是根据一定的数据结构和目标属性特征，将数据转换为便于计算机识别和管理的代码或编码字符。<BR>数据存储：是将输入的数据以某种格式记录在计算机内部或磁盘、磁带等存储介质上。<BR>数据编辑：指系统可以提供修改、增加、删除、更新数据等，一般以人机对话方式实现。 <BR>5．1．2 数据的操作与处理 <BR>——为满足用户需求，必须对数据进行一系列的操作运算与处理。主要操作包括坐标变换、投影变换、空间数据压缩、空间数据内插、空间数据类型的转换、图幅边缘匹配、多边型叠加、数据的提取等。主要的运算有算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算等。 <BR>5．1．3 数据显示和结果输出 <BR>——图形数据的数字化、编辑和操作分析过程、用户查询检索结果等都可以显示在屏幕上。而最终结果输出，除屏幕显示外，可根据用户要求输出到打印机、绘图仪、或者记录在磁带、磁盘上。输出结果可以是数据、表格、报告、统计图、专题图等多种形式。针对不同的外围设备，系统应备有相应的接口支持软件。<BR>5．2 制图功能 <BR>——这是GIS最重要的一种功能，对多数用户来说，也是用得最多最广的一个功能。GIS的综合制图功能包括专题地图制作，在地图上显示出地理要素，并赋予数值范围，同时可以放大缩小以表明不同的细节层次。GIS不仅可以为用户输出全要素图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题地图，以显示不同要素和活动的位置，或有关属性内容。例如，矿产分布图、城市交通图、旅游图等。通常这种含有属性信息的专题地图主要有多边形图、线状图、点状图三种基本形式，也可由这几种基本图形综合组成各种形式和内容的专题图。<BR>5．3 地理数据库的组织与管理 <BR>——对于那些将地理位置作为基本变量或记录属性的数据库，GIS可以作为数据库集成和更新的重要工具之一。进行数据库的组织主要取决于数据输入的形式，以及利用数据库进行查询、分析和结果输出等方式，它包括数据库定义、数据库建立与维护、数据库操作、通讯等功能。<BR>5．4 空间查询与空间分析功能 <BR>——GIS的面向用户的应用功能不仅仅表现在它能提供一些静态的查询、检索数据，更有意义的在于用户可以根据需要建立一个应用分析的模式，通过动态的分析，从而为评价、管理和决策服务。这种分析功能可以在系统操作运算功能的支持下或建立专门的分析软件来实现，如空间信息量测与分析、统计分析、地形分析、网络分析、叠置分析、缓冲分析、决策支持等。系统本身是否具有建立各种应用模型的功能是判别它好坏的重要标志之一，因为这种功能在很大程度上决定了该系统在实际应用中的灵活性和经济效益。<BR>空间查询和空间分析是从GIS目标之间的空间关系中获取派生的信息和新的知识，用以回答有关空间关系的查询和应用分析。 <BR>5．4．1 拓扑空间查询 <BR>——在此操作中，用户将地图当作查询工具，而不仅仅是数据载体。空间目标之间的拓扑关系可以有两类：一种是几何元素的结点、弧段和面块之间的关联关系，用以描述和表达几何元素间的拓扑关系；另一种是GIS中地物之间的空间拓扑关系，可以通过关联关系和位置关系隐含表达，用户需通过特殊的方法查询。<BR>——这些空间关系主要有以下几项：面与面的关系，如检索与某个面状地物相邻的所有多边形及属性；线与线的关系，如检索与某一主干河相关联的所有支流；点与点的关系，如检索到某点一定距离内的所有点状地物；线与面的关系，如检索某公路所经过的所有县市或某县市内的所有公路；点与线的关系，如某河流上的所有桥梁；点与面的关系，如检索某市所有银行分布点。 <BR>5．4．2 缓冲区分析 <BR>——缓冲区用以确定围绕某地要素绘出的定宽地区，以满足一定的分析条件。点的缓冲区是个圆饼，线的缓冲区是个条带状，多边形的缓冲区则是个更大的相似多边形。缓冲区分析是GIS中基本的空间分析功能之一，尤其对于建立影响地带是必不可少的。如道路规划中建立缓冲区以确定道路两边若干距离内的土地利用性质。 <BR>5．4．3 叠加分析 <BR>——叠加分析提供根据两幅或两幅以上图层在空间上比较地图要素和属性的能力，通常有合成叠加和统计叠加之分，前者是根据两组多边形边界的交点建立具有多重属性的多边形，后者则进行多边形范围的属性特征统计分析（如图1-3所示）。合成叠加得到一张新的叠加图，产生了许多新多边形，每个多边形都具有两种以上的属性。统计叠加的目的是统计一种要素在另一种要素中的分布特征。 <BR>5．4．4 距离分析及相邻相接分析 <BR>——距离分析提供了在地图上距离的功能，相邻分析确定哪些地图要素与其它要素相接触或相邻，而相接分析则结合距离和相邻分析两者的针对性，提供确定地图要素间邻近或邻接的功能。相邻和相接分析广泛应用于环境规划和影响评价的公共部门。大多数GIS软件目前不能直接进行相邻相接分析，而是通过先建立一定要求的缓冲区，再与其它图形要素进行叠置分析的间接方法解决。<BR>5．5 地形分析功能 <BR>——通过数字地形模型DTM，以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形，再从中内插提取各种地形分析数据，地形分析包括以下内容：<BR>5．5．1 等高线分析<BR>——等高线图是人们传统上观测地形的主要手段，可以从等高线上精确地获得地形的起伏程度，区域内各部分的高程等。<BR>5．5．2 透视图分析<BR>——等高线虽然精确，但不够直观，用户往往需要从直观上观察地形的概貌，所以GIS通常具有绘制透视图的功能，有些系统还能在三维空间格网上着色，使图形更为逼真。<BR>5．5．3坡度坡向分析<BR>——在DTM中计算坡度和坡向，派生出坡度坡向图供地形分析（如日照分析、土地适宜性分析等）。<BR>5．5．4 断面图分析<BR>——用户可以在断面图上考察该剖面地形的起伏并计算剖面面积，以便用于工程设计和工程量算。<BR>5．5．5 地形表面面积和填挖方体积计算<BR>——利用DTM数据，可以比较容易地求出所需要地区的地形表面面积以及施工区域内填挖方的体积（土石方量）。 <BR>——制图功能、地理数据库、空间查询与空间分析能力是GIS最具有独特吸引力所在。而系统是否具有良好的用户接口和各种应用分析程序的支持也是至关重要的，但是应由GIS开发人员和用户来共同完成的。<BR>——地理信息系统技术广泛应用于农业、林业、国土资源、地矿、军事、交通、测绘、水利、广播电视、通讯、电力、公安、社区管理、教育、能源等几乎所有的行业，并正在走进人们日常的工作、学习和生活中。<BR>——地理信息系统的主要任务是对与地理空间位置或区域有关的社会经济、人文景观、自然资源及环境等多种信息进行综合管理和分析，主要任务有以下三个方面。 <BR> 6．1 进行区域信息管理 <BR>区域研究对GIS信息管理的要求是：<BR>（1）信息需求广泛，用户较多而背景各异。区域研究常涉及到众多的地理变量和各种类型的信息，因此数据项的选择应符合系统建设的目标和区域应用分析模型的要求。过多、过杂的数据项和要素会加大系统建设的难度和数据更新的周期，失去动态性特点；数据项和要素不足，有可能使建成的GIS达不到原有的目标，完不成预定的任务。此外，区域地理要素既相互关联，在形态和类型上又很不一致，既有具体的，又有抽象的，因此GIS数据结构要适合于各种形态，要素之间的地理关系应力求在数据结构中得到正确的反映，数据库的设计要具有开放性。<BR>（2）区域的范围可大可小，较大尺度的地理区域信息量大、类型多，在GIS设计中要正确估算信息的数量和存贮方法与设备，要采用适当的编码方法进行数据压缩、减少冗余。<BR>（3）区域具有系统性，因此对区域信息管理也必须按照区域等级系统划分为不同的层次和类别，并具有不同的精度。<BR>（4）为满足区域综合空间分析和系统性的要求，区域要素要按照共同的地理基础空间进行匹配。<BR>6．2 进行区域综合分析或专业分析 <BR>——由于GIS涉及到的用户面较广，遇到的问题类型各不相同，可以是结构化的、半结构化的和非结构化的问题，涉及到的用户可以是个人、团体、组织和社会。每个问题所需要的信息和解决方式均有很大差异，很难构造成通用的分析程序，因此在GIS软件工具包中只能提供一些基本的、常用的分析方法，对一些管理部门要求的专业分析应在二次开发中实现。GIS常用的区域分析方法有以下几种：<BR>（1）常规的数理统计方法<BR>常规的数理统计方法对区域或专业分析是具有重要意义。数理统计分析不是针对属性进行的，其结果必然与空间位置和图形相联系，通常有以下三种类型：<BR>① 点分析：即对某些重要的点的多个属性进行数理统计分析，分析结果与空间位置是紧密联系的，并可直接标识在地图上，它可以对离散点进行分析，也可逐点进行分析，但后者运算量过大，难以实现。<BR>② 线分析：这多用于交通、铁路、河流等线状地物的属性的数理统计分析，可以分段统计分析，也可是连续统计分析，但统计结果与空间线状地物位置是紧密联系的。<BR>③ 面分析：它是将属性相同或相近的空间，划分成若干子区，以子区为单位进行数理统计分析。这是应用最广泛的一种统计分析类型，例如以行政区为单位进行数理统计分析。<BR>（2）地理空间分析函数<BR>空间分析函数是对地理空间数据按一定规则进行转换的图象函数。它是基于一定的空间分析算法，由一个或多个数据平面作为输入，函数结果将产生新的数据平面。例如，在一些区域或专业的评价中，要求将某些中心城市、商业网点、公路、铁路等点状和线状地理实体的影响扩展到整个空间区域，通常要由以下空间分析函数运算来完成：<BR>① 由两点连线或线段的中分线来划分控制范围；<BR>② 按最小距离划控制范围圈；<BR>③ 空间的标值或拟合；<BR>④ 空间计数，如采用一定区域内的点数或线段长度作为指标，进行城市密度、交通网密度等指标的统计。<BR>⑤ 由理论公式决定影响范围。<BR>空间分析函数包括以下三种类型：<BR>① 点函数：即在不同的数据平面上进行具有相同地理坐标点的属性的纵向运算，包括代数运算、逻辑运算、统计运算。<BR>② 区域函数：如空间计数、区域面积、区域形态等涉及到某个地理区域内空间点的共同性质的空间分析函数计算。<BR>③ 邻域检测函数：涉及空间点与邻点的相应空间关系，以检测各空间点的邻点或某特定方向一定范围内的邻点的某种特性，它包括连通性、扩展性、距离、方位、地形坡度和坡向，离散点的标值与拟合、最佳路径搜索等。<BR>（3）地理分析模型与专业分析模型<BR>地理分析模型是用来描述地理各要素之间的相互关系和客观规律信息的语言的、或数字的、或其他的表现形式。通常反映了地理过程及发展趋势或结果，如空间相互作用模型、距离衰减模型、地面发育模型等。由于地理模型通常涉及同一区域的多种自然、经济、人文要素的空间数据，因此要求在同一区域不同专题的数据保持一致性，以保证分析结果的科学性。<BR>地理模型分析是地理信息系统区别于其他计算机系统的重要标志，没有强有力的地理分析模型的支持，地理信息系统只能停留在地理数据库的水平上。<BR>专业分析模型是用来描述专业领域各要素之间的相互关系，并通过逻辑推理和运算来揭示某些现象的产生、发展和结果。这是GIS扩展、延伸的不可缺少部分。专业分析模型中可能要涉及地理空间位置，但更多地是涉及各专业领域中的各种要素，具有强烈的专业特点，模型主要由各专业领域的科技人员来研制建立。因此，不可把与地理空间位置有关的一些专业分析模型与地理分析模型等同起来，使GIS具有包罗万象的分析功能，这样就混淆了GIS与其他领域分析模型的异同。<BR>6．3 区域空间过程模拟和预测 <BR>——地球上任何一个区域都是处于不断变化和发展过程中，GIS重要的任务之一就是探索其动态演化规律，预测自然和人为过程的发展趋势和结果，指导人类选择最佳的对策。要完成这一任务仅仅依靠GIS的自身是不够的，必须要有各个领域、各个类型专业分析模型强有力的支持，并有决策者的参与才有可能做到。GIS在这一过程的动态模拟和预测中的作用是不仅可以提取系统各个时期不同方面的多种空间指标和数据，而且还可以与专业分析模型结合，将自然发生或思维规划的动态过程进行演绎。使决策者在事件真实发生之前取得各种预测信息，以避免由于决策失误而带来的损失。专家系统和决策支持系统为GIS与专业分析模型结合提供了良好的框架和结构，以共同完成过程模拟和预测的任务。完成区域空间过程模拟和预测任务必须有多学科的专业人参与和合作，才有可能实现。<BR>GIS用于模拟和预测需具备以下几个条件：<BR>（1）具有适用的地理数据库，且保持数据的一致性，即数据质量和精度的一致性。<BR>（2）在空间数据结构中应具有时间轴的标识。<BR>（3）具有支持快速的数据更新的功能。<BR>（4）具有支持空间查询与空间分析功能。<BR>（5）本身具有系统模拟和动态分析功能，或支持GIS与专家系统、决策支持系统、其它软件分析系统良好接口的功能。<BR>GIS在区域空间过程模拟和预测中的应用是GIS最高层次的应用，也是最广泛最有前途的应用。<BR> 7．GIS与相邻学科的关系 <BR>——地理信息系统技术的创立与发展是与地理空间信息的表示、处理、分析和应用手段的不断发展分不开的。从60年代开始，由计算机自动制图系统基础上逐渐发展起来的GIS技术，在发展和应用中不断吸取了其相邻研究领域的先进技术与方法，包括数据库与信息系统技术、系统工程方法、决策科学及专家系统技术、地图学、图象处理技术及计算机图形学等。其中，数据库与信息系统技术是GIS数据管理的基本理论和方法；系统工程方法使得GIS的设计与实现过程规范化、标准化，并与决策科学及专家系统技术一起指导了GIS建模、进行模型运算，用来解决复杂的管理和规划问题的理论依据；地图学是GIS空间数据组织与空间数据操作的基本框架；图象处理技术和计算机图形学则是GIS中算法设计的基础。GIS正是在这些相关学科与地理学相结合的基础上发展起来，不断完善，形成一门新的边缘学科（如图1-4所示）。但是，这些学科本身就是一个庞大而复杂的系统，它们都有其广泛的应用领域，GIS吸取了这些学科的一些先进技术，建立了一门新的边缘学科，但并不能取代原有学科的作用。在信息时代下，许多学科都快速的相互渗透，形成一些新的边缘学科。这些学科经常是你中有我，我中有你，相互补充，相互支持和发展，而不是相互替代。就GIS本身定义而言，仍属于空间信息管理系统范畴。<BR>8．1 地理信息系统平台（GIS Sytem Platform） <BR>——指具有数据输入、编辑、结构化存储、处理、查询分析、输出、二次开发、数据交换等全套功能的GIS软件产品。<BR>独立性强、规模大、功能全、费用高。<BR>自地理信息系统出现以来的主流产品，分为两类产品：<BR>大型系统：具有复杂的数据结构、完善的功能体系。<BR>桌面系统：为便于用户使用及与其它系统的结合，提取常用的GIS功能，采用简单的数据结构，实现了从输入、存储、查询、简单的分析和输出的完整流程。<BR>8．2 专业地理信息系统产品（Professional GIS） <BR>——GIS系统平台厂商利用自身开发系统平台时建立的开发工具集，针对某一专业领域和业务部门的工作流程，而开发的独立的GIS运行系统，旨在利用GIS工具有针对性地解决具体的问题。<BR>——符合专业领域或业务部门的工作流程、针对性强。<BR>——它是GIS产品向专业化发展的产物，对扩大GIS产品影响力具有重要作用。<BR>8．3 地理信息系统开发工具(GIS Developing Toolkit) <BR>——具有基本GIS功能，以嵌入方式或通讯方式，可供计算机系统开发工具(各种高级程序设计语言)进行用户化开发的GIS产品。<BR>嵌入方式：指ActiveX, JavaBean等控件产品，在高级程序设计语言中可以当作嵌入对象使用；<BR>通讯方式：指提供一个后台服务程序，前台系统发出指令，交由服务程序处理，并将计算结果返回，实现GIS功能的方式。<BR>可用户GIS服务提供商开发专业GIS产品使用，用户定制能力强。<BR>——它是计算机科学领域组件化技术的发展在GIS领域的体现。也是目前GIS产品发展的一个热点。 <BR>8．4 Web地理信息系统（Web GIS） <BR>——随着网络和Internet技术的发展，运行于Intranet或Internet环境下的地理信息系统，其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程空间导航等。 <BR>独立运行的WebGIS产品：系统具有通过Internet或Intranet远程调用、传输和发布地理信息的功能。<BR>嵌入式运行的WebGIS产品：嵌入到Web浏览器中运行的GIS软件系统。包括服务器WebGIS软件组件、浏览器WebGIS组件等。<BR>以GIS软件为服务器的WebGIS：是实现WebGIS的一种变通方式。Web浏览器发出GIS数据或分析的请求，交由作为服务器的GIS软件处理，并将结果返回给浏览器。<BR>——目前仅限于地理信息的分布式存储、空间信息的发布、地址查询和Internet环境中的地图显示。 是目前GIS领域中最新的热点领域<BR>3S技术是遥感（Remote Sensing）、地理信息系统(Geographical Information System)、全球定位系统（Global Position System）的统称。因这三个概念的相应英文中都分别含一个S而得名。 9．1 遥感（RS） <BR>9．1．1 遥感的定义<BR>——遥感，顾名思义，就是遥远地感知。传说中的"千里眼"、"顺风耳"就具有这样的能力。人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的形式－电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。<BR>——例如，大兴安岭森林火灾发生的时候，由于着火的树木温度比没有着火的树木温度高，它们在电磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更多的能量，这样，当消防指挥官面对着熊熊烈火担心不已的时候，如果这时候正好有一个载着热红外波段传感器的卫星经过大兴安岭上空，传感器拍摄到大兴安岭周围方圆上万平方公里的影像，因为着火的森林在热红外波段比没着火的森林辐射更多的电磁能量，在影像着火的森林就会显示出比没有着火的森林更亮的浅色调。当影像经过处理，交到消防指挥官手里时，指挥官一看，图像上发亮的范围这么大，而消防队员只是集中在一个很小的地点上，说明火情逼人，必须马上调遣更多的消防员到不同的地点参加灭火战斗。<BR>上面的例子简单的说明了遥感的基本原理和过程，同时涉及到了遥感的许多方面。除了上文提到的不同物体具有不同的电磁波特性这一基本特征外，还有遥感平台，在上面的例子中就是卫星了，它的作用就是稳定地运载传感器。除了卫星，常用的遥感平台还有飞机、气球等；当在地面试验时，还会用到地面象三角架这样简单的遥感平台。传感器就是安装在遥感平台上探测物体电磁波的仪器。针对不同的应用和波段范围，人们已经研究出很多种传感器，探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。原始图像被地面站接收后，要经过一系列复杂的处理，才能提供给不同的用户使用，他们才能用这些处理过的影像开展自己的工作。<BR>——遥感通常是指通过某种传感器装置，在不与被研究对象直接接触的情况下，获取其特征信息（一般是电磁波的反射辐射和发射辐射），并对这些信息进行 提取、加工、表达和应用的一门科学和技术。<BR>9．1．2 遥感技术的内容及其分类<BR>——遥感技术包括传感器技术，信息传输技术，信息处理、提取和应用技术，目标信息特征的分析与测量技术等。<BR>遥感技术系统包括：空间信息采集系统（包括遥感平台和传感器），地面接收和预处理系统（包括辐射校正和几何校正），地面实况调查系统（如收集环境和气象数据），信息分析应用系统。<BR>——遥感技术依其遥感仪器所选用的波谱性质可分为：电磁波遥感技术，声纳遥感技术，物理场（如重力和磁力场）遥感技术。<BR>电磁波遥感技术是利用各种物体/物质反射或发射出不同特性的电磁波进行遥感的。其可分为可见光、红外、微波等遥感技术。按照感测目标的能源作用可分为：主动式遥感技术和被动式遥感技术。按照记录信息的表现形式可分为：图像方式和非图像方式。按照遥感器使用的平台可分为：航天遥感技术，航空遥感技术、地面遥感技术。按照遥感的应用领域可分为：地球资源遥感技术，环境遥感技术，气象遥感技术，海洋遥感技术等。<BR>9．1．3 遥感常用的传感器 <BR>常用的传感器有：<BR>航空摄影机（航摄仪）、全景摄影机、多光谱摄影机、多光谱扫描仪(Multi Spectral Scanner，MSS)、专题制图仪（Thematic Mapper,TM）、反束光导摄像管（RBV）、HRV（High Resolution Visible range instruments）扫描仪、合成孔径侧视雷达（Side-Looking Airborne Radar，SLAR）。<BR>常用的遥感数据有：<BR>美国陆地卫星（Landsat）TM和MSS遥感数据，法国SPOT卫星遥感数据，加拿大Radarsat雷达遥感数据。<BR>9．1．4 遥感技术的应用<BR>——遥感应用：陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等。<BR>——据不完全统计，迄今为止，美、俄、法、中、印度、加、日、德、意等国的人造卫星总数已超过2000颗，其中遥感卫星超过500颗，全球大型地面遥感卫星接收站超过100个。在下一世纪的头十年将有超过30颗的地球观测卫星发射。光谱分辨率高达纳米级，商品化遥感影象地面分辨率高达米级，雷达图像实现了多波段、多极化，遥感采集的数据极为丰富，仅地球行星计划一天的数据量就达1015字节。我国已经发射了68颗卫星，其中科学技术卫星10颗，气象卫星5颗，1颗资源卫星，17颗返回式遥感卫星，获取了高分辨率的全景摄影图像，建立了多个遥感卫星地面接收站，能够接收和处理Landsat TM 、SPOT和RADARSAT 等卫星图像数据；建立了许多气象卫星接收台站，接收和处理NOAA及静止气象卫星等数据；建立了中、低空高效机载对地观测组合平台和大量的地面观测台站。<BR>由于遥感在地表资源环境监测、农作物估产、灾害监测、全球变化等等许多方面具有显而易见的优势，它正处于飞速发展中。更理想的平台、更先进的传感器和影像处理技术正在不断地发展，以促进遥感在更广泛的领域里发挥更大的作用。当你旅游或野外考察时，为了不迷失方向，你可能会自备一个指南针或罗盘帮助你定位，确定行走路线，并在地图上作标记，而达到定位的目标。不过用这种方法定位时，要求你具备一定的技术，特别是判别周围目标相对位置的能力。那么，能否发现一种简单的仪器，直接告诉我们所处的准确位置呢？有，那就是全球定位系统。<BR>9．2 全球定位系统（GPS） <BR>9．2．1 GPS的定义 <BR>——全球定位系统（Global Position System，GPS）是本世纪70年代由美国国防部批准，陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是：为陆、海、空三大领域，提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座已经布设完成。<BR>与全球定位系统相似的还有俄罗斯的GLONASS。欧盟和日本等也正在研制。现已有同时接收GPS和GLONASS信号的接收机。 <BR>9．2．2 GPS的组成 <BR>全球定位系统共由三部分构成：<BR>（1） 地面控制部分，由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星注入导航电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成；<BR>（2） 空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上；<BR>（3） 用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。<BR>9．2．3 GPS的特点<BR>GPS全球定位系统的主要特点：<BR>（1） 全天候，不受天气影响；<BR>（2） 全球覆盖；<BR>（3） 三维定点、定速定时高精度；<BR>（4） 快速省时高效率；<BR>（5） 应用广泛多功能。<BR>全球定位系统技术的缺点是：<BR>（1） 受系统所有国的制约性；<BR>（2） 在森林和高楼群等环境中信号差；<BR>（3） 高精度接收机价格昂贵。<BR>9．2．4 GPS的主要用途<BR>GPS全球定位系统的主要用途：<BR>（1） 陆地应用，主要包括车辆导航、景点导游、应急反应、高精度时频对比、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；<BR>（2） 海洋应用，包括远洋船只最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋油井平台定位、海平面升降监测等；<BR>（3） 航空航天应用，飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。<BR>全球定位系统技术现广泛应用于农业、林业、水利、交通、航空、测绘、安全防范、军事、电力、通讯、城市管理等部门。 <BR>——GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。<BR>经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的高新技术国际性产业。<BR>——现在，除了美国的全球定位系统GPS之外，具有GPS 同类功能的卫星系统还有俄罗斯的全球卫星导航系统，以及正在发展中的欧洲导航定位卫星系统，日本的多功能卫星增强系统。全球定位系统或GPS仅是这类系统的代名词。<BR>人类从航空摄影测量转向基于遥感的航空航天数字摄影测量，从单一的地图制图转向电子地图数据库、地理信息系统的建设，技术结构也从单一技术向"3S"集成技术、基于网络环境的"3S"运行体系发展，已是一个历史发展的必然。<BR> 10．1 万维网地理信息系统的定义 <BR>——万维网地理信息系统是地理信息系统在万维网上的实现，是利用万维网技术对传统地理信息系统的改造和发展。万维网地理信息系统目前尚处在试验研究阶段，其最终目标是应能实现GIS与WWW技术的有机结合，GIS通过WWW成为大众使用的技术和工具。具体地讲，在WWW的任意一个节点上人们可以浏览检索Web上的各种地理信息和进行各种地理空间分析与预测，空间推理和决策等。<BR>10．2 WEBGIS的特点<BR>——万维网地理信息系统和传统地理信息系统相比有以下特点： <BR>10．2．1 更广泛的访问范围 <BR>——客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据，而这一Internet/Intranet所特有的优势大大方便了GIS的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。 <BR>10．2．2 平台独立性 <BR>——无论服务器/客户机是何种机器，无论WebGIS服务器端使用何种GIS软件，由于使用了通用的Web浏览器，用户就可以透明地访问WebGIS数据，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。 <BR>10．2．3 可以大规模降低系统成本 <BR>——普通GIS在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。WebGIS在客户端通常只需使用Web浏览器（有时还要加一些插件），其软件成本与全套专业GIS相比明显要节省得多。另外，由于客户端的简单性而节省的维护费用也不容忽视。 <BR>10．2．4 更简单的操作 <BR>——要广泛推广GIS，使GIS系统为广大的普通用户所接受，而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统操作的要求。通用的Web浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 <BR>10．2．5 平衡高效的计算负载 <BR>——传统的GIS大都使用文件服务器结构的处理方式，其处理能力完全依赖于客户端,效率较低。而当今一些高级的WebGIS能充分利用网络资源,将基础性、全局性的处理交由服务器执行,而对数据量较小的简单操作则由客户端直接完成。这种计算模式能灵活高效地寻求计算负荷和网络流量负载在服务器端和客户端的合理分配，是一种较理想的优化模式。<BR> 11．1 ComGIS的定义 <BR>——简单地说，ComGIS就是采用了面向对象技术和组件式软件的GIS系统（包括基础平台和应用系统）。ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个组件，每个组件完成不同的功能。各个GIS组件之间，以及GIS组件与其它非GIS组件之间，都可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS基础平台以及应用系统。<BR>——组件式GIS代表着当今GIS发展的潮流，其代表作当属全球最大GIS厂商ESRI（美国环境研究所）推出的MapObjects2.0和著名的桌面GIS厂商--美国MapInfo公司推出的MapX3．0，另外还有Intergragh公司的GeoMedia、德国西门子SICAD Geomatics公司的SICAD/OPEN ME6以及北京超图地理信息技术有限公司的SuperMap等。ComGIS给国内GIS基础软件的开发提供了一个良好的机遇，因为它打破了GIS基础软件由几个厂商垄断的格局，开辟了以提供专业组件来打入GIS市场的新途径。目前大多数GIS软件公司都把开发组件式软件作为一个重要的发展战略。<BR>11．2 组件式GIS系统的特点 <BR>——把GIS的功能适当抽象,以组件形式供开发者使用,将会带来许多传统GIS工具无法比拟的优点。<BR>11．2．1 小巧灵活、价格便宜 <BR>——在组件模型下,各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能。组件化的GIS平台集中提供空间数据管理能力,并且能以灵活的方式与数据库系统连接。在保证功能的前提下,系统表现得小巧灵活,而其价格仅是传统GIS开发工具的十分之一,甚至更少。这样,用户便能以较好的性能价格比获得或开发GIS应用系统。<BR>11．2．2 直接嵌入MIS开发工具 <BR>——组件的生产建立在严格的标准之上,因此,凡符合标准的组件都可在目前流行的各种开发工具上使用。这样,VB、VC、Delphi、PowerBuilder、Notes、Foxpro、Access等都可直接成为GIS或GMIS的优秀开发工具,它们各自的优点都能够得到充分发挥。这与传统GIS专门性开发环境相比,是一种质的飞跃。<BR>11．2．3 强大的GIS功能 <BR>——新的GIS组件都是基于32位系统平台的,采用InProc直接调用形式,所以无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统GIS软件逊色。小小的GIS组件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。<BR>11．2．4 开发简捷 <BR>——由于GIS组件可以直接嵌入MIS开发工具中,对于广大开发人员来讲,就可以自由选用他们熟悉的开发工具。而且,GIS组件提供的API形式非常接近MIS工具的模式,开发人员可以像管理数据库表一样熟练地管理地图等空间数据,无须对开发人员进行特殊的培训。在GIS或GMIS的开发过程中,开发人员的素质与熟练程度是十分重要的因素。这将使大量的MIS开发人员能够较快地过渡到GIS或GMIS的开发工作中,从而大大加速GIS的发展。<BR>11．3 组件式GIS开发平台的结构<BR>——组件式GIS开发平台通常可设计为三级结构:<BR>基础组件--面向空间数据管理,提供基本的交互过程。<BR>高级通用组件--面向通用功能。<BR>行业性组件--抽象出行业应用的特定算法,固化到组件中,进一步加速开发过程。 <BR>11．3．1 基础组件 <BR>——处于平台最低层,是整个系统的基础,主要面向空间数据管理,提供基本的交互过程,并能以灵活的方式与数据库系统连接。<BR>11．3．2 高级通用组件 <BR>——高级通用组件由基础组件构造而成。它们面向通用功能,简化用户开发过程,如显示工具组件、选择工具组件、编辑工具组件、属性浏览器组件等等。它们之间的协同控制消息都被封装起来。这级组件经过封装后,使二次开发更为简单。如一个编辑查询系统,若用基础平台开发,需要编写大量的代码,而利用高级通用组件,只需几句程序就够了。<BR>11．3．2 行业性组件 <BR>——以GPS监控为例。对于GPS应用,除了需要地图显示、信息查询等一般的GIS功能外,还需要特定的应用功能,如动态目标显示、目标锁定、轨迹显示等。这些GPS行业性应用功能组件被封装起来后,开发者的工作就可简化为设置显示目标的图例、轨迹显示的颜色、锁定的目标,以及调用、接受数据的方法等。<BR>
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