GIS简介

 GIS简介

陈玉进 李泉 南京跬步科技有限公司（http://www.creable.cn）

 

地理信息系统，又称GIS（Geographic Information System），是计算机应用在地理方面的一门信息学科，涵盖了计算机、地理学以及相关方面的众多领域，也衍生出了许多的研究方向。尽管如此，GIS还是建立在计算机地图制图的基础之上，众多的应用也都是围绕地理信息的可视化而展开的，地理信息的表达、处理、存储、分析都与图形图象有关，所以，计算机图形学、数字图像处理，是计算机在地理学应用最直接的学科。下面给出一个简单框架：

 

空间数据表达，就是用一种逻辑数据模型来描述地理现实世界，进而再转化为计算机世界中的数据表达。地理数据有图形（或图象）数据、属性数据和拓扑数据构成，有的时候便于简化问题，拓扑数据隐藏在图形数据之中。目前，最主要的空间数据表达形式有两种：矢量和栅格。

矢量采用图形坐标的形式来表达地理数据：

点图元——（x,y） 一个坐标对

线图元——（x0,y0）（x1,y1）(x2,y2)。。。。。。（xi,yi） 一串坐标对

面图元——（x0,y0）（x1,y1）(x2,y2)。。。。。。（xn,yn）(x0,y0) 一串坐标对，且首尾相连

属性数据，采用数据表记录字段的方式来存储，通过中间关系，实现与图元的一一对应关系

 

栅格采用图象栅格的形式来表达地理数据：

每个像元存储了各个通道分量的灰度信息，一副图象采用像元矩阵的形式来表达。地理的空间位置信息隐藏在对应像元的栅格位置上，灰度信息传递了某种空间信息和属性信息

 

空间数据处理，包括空间数据的获取、纠正、投影、编辑、压缩、变换等，最终整理成满足实际应用需求、规范的空间数据。每种处理都有相应的理论和算法来实现。

空间数据存储，是将空间数据以某种格式存储在文件或数据库中，空间数据的格式，是空间数据存取性能的关键环节，涉及到空间数据的逻辑组织模型和物理组织方式。坐标数据或栅格数据是以二进制形式存储的，数据内容的组织模型、索引方式、排列顺序、更新模式都是空间数据存储的核心内容。

空间分析，是GIS与其他信息系统最本质的区别，它能进行基于地理空间位置关系的分析，常用的分析有，叠置分析、缓冲区分析、路径规划、空间关系判断、地理建模、遥感图象的分类与识别、空间推理、甚至“空间数据挖掘”。空间分析是GIS从空间数据中获取信息的重要手段，不同的空间分析，有不同的用途，涉及到不同的理论与算法，是GIS真正走向实用的必由之路。

空间数据、空间信息的展示，是以一种更接近用户、更直观的方式来呈现地理空间，是GIS以上各个环节的集中体现。桌面GIS、WEBGIS、移动GIS展现的形式都差不多，都是二维的图形渲染出的图片，只是承载的方式不同而已，而真三维的3DGIS，把展示的空间扩展到了三维，建立地形表面，空间地物三维建模，把抽象的空间进一步具体化，并逐步走向“虚拟现实”。

由此可见，GIS是一门计算机的应用学科，计算机技术的发展，在GIS中起着至关重要的作用，决定着GIS发展的水平。除了之前所提到的“计算机图形学”、“数字图象处理”两门学科以外，还重点涉及到“操作系统”、“数据库原理”、“计算机网络”、“人工智能与数据挖掘”、“数据结构与算法”、“软件工程”等基础学科。

此外，测绘学、地图制图学、地理学、遥感以及其他应用行业内的基础学科，给计算机在地理相关的各行业应用提供了理论基础和方法论思想，用计算机作为工具，来扫除GIS实践中所遇到的各种技术阻碍，并能最终回到地理学中，解决地理学所面临的各种挑战和问题，为最终建立“数字地球”积累技术。