GIS基础概述（一）

什么是GIS？

地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经普遍的应用在不一样的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”（Geographic Information Science），近年来，也有称GIS为"地理信息服务"（Geographic Information service）。GIS是一种基于计算机的工具，它能够对空间信息进行分析和处理。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与通常的数据库操做集成在一块儿。

GIS组成

GIS能够分为如下五部分：
人员，是GIS中最重要的组成部分。开发人员必须定义GIS中被执行的各类任务，开发处理程序。 熟练的操做人员一般能够克服GIS软件功能的不足，可是相反的状况就不成立。最好的软件也没法弥补操做人员对GIS的一无所知所带来的负做用。
数据，精确的可用的数据能够影响到查询和分析的结果。
硬件，硬件的性能影响到软件对数据的处理速度，使用是否方便及可能的输出方式。
软件，不只包含GIS软件，还包括各类数据库，绘图、统计、影像处理及其它程序。
过程，GIS 要求明肯定义，一致的方法来生成正确的可验证的结果。
GIS属于信息系统的一类，不一样在于它能运做和处理地理参照数据。地理参照数据描述地球表面空间要素的位置和属性，在GIS中的两种地理数据成分：空间数据，与空间要素几何特性有关；属性数据，提供空间要素的信息。地理信息与地理数据既有联系，又有区别。

地理数据和地理信息

信息，狭义信息论将信息定义为“两次不定性之差”，即指人们得到信息先后对事物认识的差异；广义信息论认为，信息是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体与客体之间的一切有用的消息或知识。咱们认为信息是经过某些介质向人们提供关于现实世界新的事实的知识，它来源于数据且不随载体变化而变化，它具备客观性、实用性、传输性和共享性的特色。
数据，是定性、定量描述某一目标的原始资料，包括文字、数字、符号、语言、图像、影像等，它具备可识别性、可存储性、可扩充性、可压缩性、可传递性及可转换性等特色。信息与数据是不可分离的，信息来源于数据，数据是信息的载体。数据是客观对象的表示，而信息则是数据中包含的意义，是数据的内容和解释。对数据进行处理就是为了获得数据中包含的信息。数据包含原始事实，信息是数据处理的结果，是把数据处理成有意义的和有用的形式。
地理数据，是各类地理特征和现象间关系的符号化表示，是指表征地理环境中要素的数量、质量、分布特征及其规律的数字、文字、图像等的总和。地理数据主要包括空间位置数据、属性特征数据及时域特征数据三个部分。空间位置数据描述地理对象所在的位置，这种位置既包括地理要素的绝对位置，也包括地理要素间的相对位置关系。属性数据有时又称非空间数据，是描述特定地理要素特征的定性或定量指标，如公路的等级、宽度、起点、终点等。时域特征数据是记录地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。时域特征数据对环境模拟分析很是重要，正受到地理信息系统学界愈来愈多的重视。空间位置、属性及时域特征构成了地理空间分析的三大基本要素。
地理信息，是地理数据中包含的意义，是关于地球表面特定位置的信息，是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识。做为一种特殊的信息，地理信息除具有通常信息的基本特征外，还具备区域性、空间层次性和动态性特色。
GIS数据以数字数据的形式表现了现实世界客观对象。 现实世界客观对象可被划分为二个抽象概念: 离散对象 和连续的对象领域。这二种抽象体在GIS系统中存储数据主要的二种方法为：栅格（网格）和矢量。

栅格和矢量

栅格数据，由存放惟一值存储单元的行和列组成。它与栅格图像是相似的，除了使用合适的颜色以外，各个单元记录的数值也多是一个分类组、一个连续的值或是当数据不是可用时记录的一个空值。栅格数据集的分辨率取决于地面单位的网格宽度。一般存储单元表明地面的方形区域，但也能够用来表明其它形状。栅格数据既能够用来表明一块区域，也能够用来表示一个实物。
矢量数据，利用了几何图形例如点、线，或是面来表现客观对象。矢量一样能够用来表示具备连续变化性的领域。利用等高线和不规则三角形格网来表示海拔或其余连续变化的值。TIN的记录对于这些链接成一个由三角形构成的不规则网格的点进行评估。三角形所在的面表明地形表面。
因为数字数据以不一样的方法收集和存储，两种数据源可能会不彻底兼容。所以GIS必须可以将地理数据从一种结构转换到另外一种结构。

系统转换

GIS中的地图数据必须能被操做以使其与从其它地图得到的数据对齐或相配合。在数字数据被分析前，它们可能得通过其它一些将它们整合进GIS的处理，好比，投影与坐标变换。 地球能够用多种模型来表示，对于地球表面上的任一给定点，各个模型均可能给出一套不一样的坐标（如纬度，经度，海拔）。最简单的模型是假定地球是一个理想的球体。随着地球的更多测量逐渐累积，地球的模型也变得愈来愈复杂，愈来愈精确。事实上，有些模型应用于地球的不一样区域以提供更高的精确度（如北美坐标系统，1983-NAD83-只适合在美国使用，而在欧洲却不适用）。
投影是制做地图的基础部分，它是从地球的一种模型中转换信息的数学方法，它将三维的弯曲表面转换成二维的媒介（好比纸或电脑屏幕）。不一样类型的地图要采用不一样的投影系统，由于每种投影系统有其自身的合适的用途。好比一种能够精确反映大陆形状的投影会歪曲大陆的相对尺寸。

空间分析

空间分析能力是GIS的主要功能，也是GIS与计算机制图软件相区别的主要特征。空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，以及对空间事物作出定量的描述。空间分析须要复杂的数学工具，其中最主要的是空间统计学、图论、拓扑学、计算几何等，其主要任务是对空间构成进行描述和分析，以达到获取、描述和认知空间数据；理解和解释地理图案的背景过程；空间过程的模拟和预测；调控地理空间上发生的事件等目的。