java面试造假:GIS原理一

第一章 绪论

    本章概述：本章主要为深入学习地理信息系统的具体技术和方法打基础，介绍地理信息系统所涉及的一些基本概念，回答什么是地理信息系统，地理信息系统有哪些组成部分，地理信息系统能做什么，地理信息系统的过去和今后怎样发展等问题。

§1.1 地理信息系统的概念

    首先介绍一个地理信息系统应用实例,之后给出信息与数据，地理信息与地学信息，信息系统与地理信息系统等基本概念，最后阐述地理信息系统与其它信息系统的关系和区别。

§1.2 地理信息系统的组成

    介绍地理信息系统的五个主要组成部分：系统硬件，系统软件，空间数据，应用人员和应用模型。

§1.3 地理信息系统的功能和应用

    介绍地理信息系统的具备的基本功能和主要的一些应用领域。

§1.4 地理信息系统的发展

    介绍地理信息系统在国际、国内的发展状况和今后的发展趋势。

§1.1 地理信息系统的概念

    人类社会正从工业经济迈向知识经济时代，一场以信息技术为核心的革命正在深刻改变着人类生活与社会面貌。作为全球信息化浪潮重要组成部分的地理信息系统的建设与应用，正日益引起科技界、企业界和政府部门的广泛关注。地理信息系统是处理众多空间问题的有力辅助工具，正确理解地理信息的含义对使用和开发地理信息系统有重要意义。

    介绍一个郊游公园选址例子，阐述地理信息系统在其中起到的辅助决策作用；

二、数据与信息

    介绍地理信息系统首先遇到的两个基本概念：数据、信息，并讲述二者之间的区别和联系。

    地理信息系统的操作对象是地理信息，它包含在地学信息的范围之内。

四、信息系统与地理信息系统

    阐述信息系统、地理信息系统的概念，重点区分了地理信息系统与其它信息系统的区别。

一、公园选址辅助决策

    地理信息系统是集地球科学、信息科学与计算机技术为一体的高新技术，目前已广泛应用于资源管理、环境监测、灾害评估、城市与区域规划等众多领域，成为社会可持续发展的有效的辅助决策支持工具。

    为了说明地理信息系统如何服务于区域规划等领域，先看一个地理信息系统为郊游公园选址提供辅助决策的例子（图1-1-1）。

    郊游公园具体位置的选择需要满足一定的要求：

    1）依山傍水，地形有一定起伏，必须靠近天然的小河流；

    2）交通方便，但周围环境较安静，公园距公路的距离最远不得超过1.25km，最近不得小于0.25km；

    3）空气新鲜，有一定的植被覆盖率；

    4）等等其它条件；

    类似公园选址这样的空间决策问题涉及各方面影响因素，需要将大量的多种空间信息进行综合的分析、利用。过去，使用人工操作方式，工作量大，问题复杂，当条件发生变化时，工作需重新开始。现在，将地理信息系统作为辅助决策支持工具，工作将变得轻松许多。

    地理信息系统首先从现实世界中<>>采集、获取与上述要求有关的地形信息、水系信息、道路信息和植被信息等各类信息，以一定的结构存储起来，即<>>建立空间数据库，并提供各类空间数据处理和综合分析手段，当用户针对此问题提供一套条件，系统将返回一套方案，一个问题，考虑问题的角度不同，往往会有多个可选方案，当用户更改条件，系统将快速返回与之对应的另一套方案。而最后方案的确定还涉及到许多非量化的复杂因素，需要规划专家的智能选择。所以说，地理信息系统是解决空间问题的有效的辅助决策支持工具。目前，地理信息系统还不能完全代替最终决策者。

二、数据与信息

    从公园选址辅助决策的例子可知，认识地理信息系统首先会接触到信息与数据这两个名词。

(一) 信息

1、定义：信息是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数据、符号、声音、图像等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。

2、特性：

1）客观性：任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息的正确性和精确度的保证；

2）适用性：问题不同，影响因素不同，需要的信息种类是不同的。信息系统将地理空间的巨大数据流收集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息，这是由建立信息系统的明确目的性所决定的；

3）传输性：信息可在信息发送者和接受者之间进行传输信息的传输网络，被形象地称为“信息高速公路”。

4）共享性：信息与实物不同，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，这为信息的并发应用提供可能性。

(二) 数据

    指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图像等符号。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。

(三) 两者关系

    有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，其实不然。数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵，是形与质的关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。

    例如独立的“1”、“0”均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了“有”“无”信息；当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息。

三、地理信息与地学信息

(一) 地理信息

1、定义：地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。

2、特性：

1）地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。这是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志；

2）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理信息各圈层之间的综合研究提供可能，也为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。

3）时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。因此，一实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。以免过时的信息造成决策的失误或因为缺少可靠的动态数据，不能对变化中的地理事件或现象作出合理的预测预报和科学论证。

(二) 地学信息

    指与人类居住的地球有关的信息都是地学信息，具有无限性、多样性、灵活性等特点。地学信息是人们深入认识地球系统、合理开发资源、净化能源、保护环境的前提和保证。

    地理信息与地学信息的区别主要在于信息源的范围不同，地理信息的信息源是地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等；地学信息所表示的信息范围更广泛，不仅来自地表，还包括地下、大气层甚至宇宙空间。

四、信息系统与地理信息系统

    地理信息系统是一种非常重要的信息系统，两者既有联系又有区别。

(一) 信息系统

    为了有效对信息流进行控制、组织管理，实现双向传递，需要通过某种信息系统。它能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统，具有采集、管理、分析和表达数据的能力。由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成。

    从适用于不同管理层次的角度出发，信息系统分为事务处理系统和决策支持系统。事务处理系统强调对数据的记录和操作，主要支持操作层人员的日常事务处理，如图书管理系统、各种定票系统等。决策支持系统是用以获得辅助决策方案的交互式计算机系统，一般由语言系统、知识系统和问题处理系统共同构成。

(二) 地理信息系统

    地理信息系统简称为GIS。关于它确切的全称，多数人认为是Geographical Information System，也有人认为是Geo Information System。国际上现发行的两种主要的专业杂志，就是各自采用不同的全称，前者是英国出版的季刊的全称，后者是德国出版的季刊的全称。在加拿大和澳大利亚，则称为Land Information System。在我国，通常称为Resources and Environmental Information Systems。全称虽有差异，但简称都是GIS。

    那么，什么是GIS呢?对于不同的部门和不同的应用目的，其定义也不尽相同。

    这些定义，有的侧重于GIS的技术内涵，有的则强调GIS的应用功能。为了能更具体地认识和真正了解GIS的概念，编者推荐美国联邦数字地图协调委员会(FICCDC)关于GIS的定义及概念框架(图1-1-2)。该定义认为“GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题”。根据这个定义及它的概念框架，可得出GIS的如下基本概念：

    (1)GIS的物理外壳是计算机化的技术系统。该系统又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、可视化表达与输出子系统等。这些子系统的构成直接影响着GIS的硬件平台、系统功能和效率、数据处理的方式和产品输出的类型。

    (2)GIS的对象是地理实体。地理实体数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述。GIS以地理实体数据作为处理和操作的主要对象，这是它区别于其他类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。

    (3)GIS的技术优势在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等。其中，通过地理空间分析可以产生常规方法难以获得的重要信息，实现在系统支持下的地理过程动态模拟和决策支持，这既是GIS的研究核心，也是GIS的重要贡献。

    地理信息系统根据其研究范围，可分为全球性信息系统和区域性信息系统；根据其研究内容，可分为专题信息系统和综合信息系统；根据其使用的数据模型，可分为矢量信息系统、栅格信息系统和混合型信息系统。

(三)地理信息系统与其它系统的区别和联系

    从操作、管理的信息种类的不同，信息系统又可分为企业、事业管理信息系统、财务管理信息系统等一般管理信息系统(Management Information System,MIS)和空间信息系统(Spatial Information System,SIS)。空间信息系统采集、管理和分析的对象是空间信息，而地理信息系统就是一种十分重要的空间信息系统(图1-1-3）。

图1-1-3 信息系统分类

1、GIS与一般MIS

    GIS离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等都是GIS广泛使用的核心技术。GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而一般MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询，即使存储了图形，也是以文件的形式存储，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。

    如电话查号台是一个一般MIS，只能回答用户询问的电话号码，而通信信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的地理分布、空间密度、最近的邮局等空间关系信息。

2、GIS与CAD/CAM

    管理了图形数据和非空间属性数据的系统不一定是GIS，如计算机辅助设计(Computer Adided Design，ＣＡＤ)，计算机辅助制图(Computer Adided Map，ＣＡＭ)。它们之间的异同点见图1-1-4和1-1-5.