第四章 地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)

物流信息技術(shù)第四章 地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)第四章地理信息系統(tǒng)技術(shù)第三節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第一節(jié)GIS概述(GeographicalInformationSystem)GIS的運(yùn)行機(jī)理GIS在物流信息系統(tǒng)中的作用GIS的組成和功能第四節(jié)GIS工具軟件第五節(jié)江西省萬安縣臍橙種植區(qū)劃包頭市大氣二氧化硫分布圖第一節(jié)GIS概述GIS的定義GIS的分類GIS的特征312第三種觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)地理信息系統(tǒng)的社會作用，認(rèn)為GIS從根本上改變了一個(gè)組織或部門（如政府規(guī)劃部門）運(yùn)作的方式。第二種觀點(diǎn)認(rèn)為地理信息系統(tǒng)是信息系統(tǒng)的特例。第一種觀點(diǎn)把地理信息系統(tǒng)描述為一個(gè)工具箱，其中包含有一套用于采集、存儲、管理、處理、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)軟件工具。一、GIS的定義一、GIS的定義

GIS即地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem），地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。簡單的說，GIS是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)，是以測繪測量為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)儲存和使用的數(shù)據(jù)源，以計(jì)算機(jī)編程為平臺的全球空間分析即時(shí)技術(shù)。

一、GIS的定義地理信息系統(tǒng)區(qū)別于其他信息系統(tǒng)和信息技術(shù)的四大特點(diǎn)：首先，GIS具備處理地理數(shù)據(jù)的能力。其二，GIS是在統(tǒng)一的地表定位坐標(biāo)系統(tǒng)下，以特定的數(shù)據(jù)模型輸入、組織、存儲和管理（包括更新）地理數(shù)據(jù)，并允許用戶根據(jù)地理空間位置訪問數(shù)據(jù)，或根據(jù)專題屬性訪問數(shù)據(jù)，以地圖的形式表示地理數(shù)據(jù)。其三，GIS擁有一套特殊的用于處理和分析地理數(shù)據(jù)的基本工具。最后，GIS具有很強(qiáng)的地理數(shù)據(jù)的輸出功能。

二、GIS的分類地理信息系統(tǒng)按照范圍大小可分為全球的、區(qū)域的和局部的三種。按照表達(dá)空間數(shù)據(jù)維數(shù)，可分為2維、2.5維、布滿整個(gè)三維空間的真三維地理信息系統(tǒng)、考慮時(shí)間維的時(shí)態(tài)地理信息系統(tǒng)和4維地理信息系統(tǒng)。按照地理空間數(shù)據(jù)模型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可分為地理相關(guān)模型、地理關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ偷牡乩硇畔⑾到y(tǒng)。按照內(nèi)容來分，可以分為專題地理信息系統(tǒng)、綜合地理信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)工具。

二、GIS的分類1）專題地理信息系統(tǒng)（ThematicGIS），是具有有限目標(biāo)和專業(yè)特點(diǎn)的地理信息系統(tǒng)，為特定的專門目的服務(wù)?！謩討B(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)、水資源管理信息系統(tǒng)、礦業(yè)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)作物估產(chǎn)信息系統(tǒng)、草場資源管理信息系統(tǒng)、水土流失信息系統(tǒng)等。2）區(qū)域信息系統(tǒng)（RegionalGIS），主要以區(qū)域綜合研究和全面的信息服務(wù)為目標(biāo)，可以有不同的規(guī)模，如國家級的、地區(qū)或省級的、市級和縣級等為各不同級別行政區(qū)服務(wù)的區(qū)域信息系統(tǒng)；也可以按自然分區(qū)或流域?yàn)閱挝坏膮^(qū)域信息系統(tǒng)。——區(qū)域信息系統(tǒng)如加拿大國家信息系統(tǒng)、中國黃河流域信息系統(tǒng)等。許多實(shí)際的地理信息系統(tǒng)是介于上述二者之間的區(qū)域性專題信息系統(tǒng)，如北京市水土流失信息系統(tǒng)、海南島土地評價(jià)信息系統(tǒng)、河南省冬小麥估產(chǎn)信息系統(tǒng)等。三、GIS的特征地理信息系統(tǒng)具有采集、管理、分析和輸出多種地理信息的能力，具有空間性和動態(tài)性。地理信息系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法、作用與空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息。地理信息系統(tǒng)以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預(yù)測的能力，并能產(chǎn)生高層次的地理信息。地理信息系統(tǒng)在分析處理問題中使用了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將兩者聯(lián)系在一起共同管理、分析和應(yīng)用，從而提供了認(rèn)識地理現(xiàn)象的一種新的思維方法。地理信息系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)空間分析，通過利用空間解析式模型來分析空間數(shù)據(jù)，地理信息系統(tǒng)的成功應(yīng)用依賴于空間分析模型的研究與設(shè)計(jì)。三、GIS的特征三、GIS的特征第二節(jié)GIS的組成和功能計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)地理空間數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)庫）GIS應(yīng)用模型GIS用戶一個(gè)典型的、完整的GIS，其基本組成一般包括以下5個(gè)主要部分：（1）硬件系統(tǒng)（2）計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)軟件和其他支持軟件

包括通用的GIS軟件包，也可以包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖形軟件包、計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)、CAD等，用于支持對空間數(shù)據(jù)輸入、存儲、轉(zhuǎn)換、輸出和與用戶接口。應(yīng)用分析程序

是系統(tǒng)開發(fā)人員或用戶根據(jù)地理專題或區(qū)域分析模型編制的用于某種特定應(yīng)用任務(wù)的程序，是系統(tǒng)功能的擴(kuò)充與延伸。（3）系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員

GIS不同于一幅地圖，而是一個(gè)動態(tài)的地理模型。需要人進(jìn)行系統(tǒng)組織、管理、維護(hù)和數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)擴(kuò)充完善、應(yīng)用程序開發(fā)，并靈活采用地理分析模型提取多種信息，為研究和決策服務(wù)。對于合格的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和使用來說，地理信息系統(tǒng)專業(yè)人員是地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵，而強(qiáng)有力的組織是系統(tǒng)運(yùn)行的保障。一個(gè)周密規(guī)劃的地理信息系統(tǒng)項(xiàng)目應(yīng)包括負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和執(zhí)行的項(xiàng)目經(jīng)理、信息管理的技術(shù)人員、系統(tǒng)用戶化的應(yīng)用工程師以及最終運(yùn)行系統(tǒng)的用戶。（4）空間數(shù)據(jù)

是指以地球表面空間位置為參照的自然、社會和人文經(jīng)濟(jì)景觀數(shù)據(jù)，可以是圖形、圖像、文字、表格和數(shù)字等。它是由系統(tǒng)的建立者通過數(shù)字化儀、掃描儀、鍵盤、磁帶機(jī)或其他系統(tǒng)通訊輸入GIS，是系統(tǒng)程序作用的對象，是GIS所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過模型抽象的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。在GIS中，空間數(shù)據(jù)主要包括：某個(gè)已知坐標(biāo)系中的位置、實(shí)體間的空間關(guān)系等。GIS的功能數(shù)據(jù)處理與編輯2數(shù)據(jù)輸入1數(shù)據(jù)存儲與管理3空間查詢與分析4數(shù)據(jù)顯示與輸出5（1）數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測與編輯主要用于獲取數(shù)據(jù)，保證地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在內(nèi)容與空間上的完整性、數(shù)值邏輯一致性與正確性等。一般而論，地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)占整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)投資的70%或更多，并且這種比例在近期內(nèi)不會有明顯的改變。（2）數(shù)據(jù)處理初步的數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)格式化、轉(zhuǎn)換、概括。（3）數(shù)據(jù)存儲與組織涉及到空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的組織。柵格模型、矢量模型或柵格/矢量混合模型是常用的空間數(shù)據(jù)組織方法。（4）空間查詢與分析（5）圖形與交互顯示地理信息系統(tǒng)為用戶提供了許多用于地理數(shù)據(jù)表現(xiàn)的工具，其形式既可以是計(jì)算機(jī)屏幕顯示，也可以是諸如報(bào)告、表格、地圖等硬拷貝圖件。第三節(jié)GIS的運(yùn)行機(jī)理地理空間概述地理空間數(shù)據(jù)模型地理空間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理空間數(shù)據(jù)庫地理數(shù)據(jù)的分類與編碼一二三四五地理空間數(shù)據(jù)的獲取和處理六一、地理空間概述

GIS中的地理空間是指經(jīng)過投影變換后的地球表層特征空間。它是定義在地球表層目標(biāo)集上的關(guān)系，即地理世界以實(shí)體為單位進(jìn)行組織，將客觀世界作為一個(gè)整體看待，每一個(gè)實(shí)體不僅具有空間位置屬性和空間上的聯(lián)系，更重要的是它與其他實(shí)體還具有邏輯上的語義聯(lián)系，它還具有時(shí)間屬性。

一、地理空間概述地理空間定性框架即大地測量控制，由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成。地理空間特征實(shí)體表示地理空間信息的幾何形態(tài)、時(shí)空分布規(guī)律及其相互之間的關(guān)系，指具有形狀、屬性和時(shí)序性的空間對象或地理實(shí)體，包括點(diǎn)、線、面、體。

GIS中的地理空間一般包括地理空間定位框架及其所聯(lián)結(jié)的地理空間特征實(shí)體。二、地理空間數(shù)據(jù)模型GIS空間數(shù)據(jù)模型由三個(gè)有機(jī)聯(lián)系的層次所組成：廣為采用的數(shù)據(jù)模型是基于平面圖的矢量數(shù)據(jù)模型和基于連續(xù)鋪蓋的柵格數(shù)據(jù)模型?？蓪⒖臻g邏輯數(shù)據(jù)模型分為采用結(jié)構(gòu)化模型和面向操作的模型兩大類。邏輯數(shù)據(jù)模型并不涉及員底層的物理實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，但計(jì)算機(jī)處理的是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，必須將邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為物理數(shù)據(jù)模型，即要設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)的物理組織、空間存取方法、數(shù)據(jù)庫總體存儲結(jié)構(gòu)等。概念數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型三、地理空間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標(biāo)的方式來表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的獲取方法主要有：手工數(shù)字化法、手扶跟蹤數(shù)字化法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、地理空間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

柵格結(jié)構(gòu)又稱為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（raster或gridcell）或象元結(jié)構(gòu)（pixel），是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)象元或象素，由行、列號定義，并包含一個(gè)代碼，表示該象素的屬性類型或量值，或僅僅包含指向其屬性記錄的指針。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、地理空間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)四、地理空間數(shù)據(jù)庫

GIS數(shù)據(jù)庫是指以特定的信息結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型（關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷龋﹣肀磉_(dá)、存儲和管理從地理空間中獲取的某類空間信息，以滿足Internet和Intranet上的不同用戶對空間信息需求的數(shù)據(jù)庫。四、地理空間數(shù)據(jù)庫

GIS數(shù)據(jù)庫除了一般數(shù)據(jù)特征外，還具有一些區(qū)別于其他一般數(shù)據(jù)庫的特征，表現(xiàn)在以下七個(gè)方面：空間特征抽象特征空間關(guān)系特征多尺度與多態(tài)性非結(jié)構(gòu)化特征分類編碼特征海量數(shù)據(jù)特征五、地理數(shù)據(jù)的分類與編碼類型名稱可以根據(jù)地理實(shí)體的形態(tài)（form）或功能（function）而定。分類體系的描述部分描述各類地理實(shí)體的基本功能和性質(zhì)。

地理數(shù)據(jù)的分類體系由兩部分組成：類型名稱和描述。五、地理數(shù)據(jù)的分類與編碼地理數(shù)據(jù)編碼是在數(shù)據(jù)分類的基礎(chǔ)上，以易于計(jì)算機(jī)和人識別的代碼（code）唯一地標(biāo)識地理實(shí)體的類型。六、地理空間數(shù)據(jù)的獲取和處理

數(shù)據(jù)源是指建立GIS地理數(shù)據(jù)庫所需的各種數(shù)據(jù)的來源，主要包括地圖、遙感圖像、文本資料、統(tǒng)計(jì)資料、實(shí)測數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等，可歸納為原始采集數(shù)據(jù)、再生數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)三種來源。

六、地理空間數(shù)據(jù)的獲取和處理

空間數(shù)據(jù)采集的任務(wù)是將現(xiàn)有的地圖、外界觀測成果、航空像片、遙感圖像、文本資料等轉(zhuǎn)換成GIS可以處理與接收的數(shù)字形式，通常要經(jīng)過驗(yàn)證、修改、編輯等處理。六、地理空間數(shù)據(jù)的獲取和處理圖形變換數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換圖像解釋圖像糾正圖幅拼接空間數(shù)據(jù)的處理GIS在