地理信息系統的功能概述鄭州

1. 地理信息系統的基本功能和應用功能的區別和聯系

地理信息系統（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時又稱為「地學信息系統」。它是一種特定的十分回重要的空間答信息系統。它是在計算機硬、軟體系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行採集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。
應用功能:GIS是一種基於計算機的工具，它可以對空間信息進行分析和處理（簡而言之，是對地球上存在的現象和發生的事件進行成圖和分析）。 GIS 技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的資料庫操作（例如查詢和統計分析等）集成在一起。

2. 地理信息系統功能的介紹

地理信來息系統包含了處理空源間或地理信息的各種基礎的和高級的功能，其基本功能包括對數據的採集、管理、處理、分析和輸出。同時，地理信息系統依託這些基本功能，通過利用空間分析技術、模型分析技術、網路技術和資料庫集成技術等，更進一步演繹豐富相關功能，滿足社會和用戶的廣泛需要。從總體上看，地理信息系統的功能可分為：數據採集與編輯、數據處理與存儲管理、圖形顯示、空間查詢與分析以及地圖製作。

3. 地理信息系統的功能

GIS的核心問題可歸納為5個方面的內容:位置、條件、變化趨勢、模式和模擬(見圖1.1)。

圖1.1 GIS的核心問題

(1)位置(Locations):即「在某個特定的位置有什麼」。一般通過地理對象的位置進行定位，然後利用查詢獲取性質，例如當前地塊名稱、所有者、地點、土地利用情況等。位置問題是地學領域最基本的問題，在GIS中反映為空間查詢技術。

(2)條件(Conditions):即「什麼地方有滿足某些條件的地理對象」。根據地理對象的屬性信息，通過從預定義的可選項中進行選取，列出條件表達式，進而查找滿足該條件的地理對象的空間分布位置，如在屏幕上將滿足指定條件的所有對象以高亮度顯示等。條件問題是GIS中一種較復雜的查詢問題。

(3)趨勢(Trends):該類問題需要在綜合現有數據的基礎上識別已經發生或正在發生變化的地理現象。它要求能夠根據現有的歷史數據、現狀數據等，對現象的變化過程做出分析判斷，對過去做出回溯，並能對未來做出預測。例如在研究地形演變問題時，可利用歷史的和現有的地形數據對不同歷史時期的地形發育情況進行展現，也可進一步對未來地形做出分析預測。

(4)模式(Patterns):即地理對象實體與現象的空間分布間的空間關系問題。第一步:確定模式，一般需要在熟悉現有數據、了解數據間的內在關系的基礎上通過長期的觀察來確定;第二步:獲得報告，說明該事件發生的時間、地點、顯示事件發生的系列圖件。例如，城市中居住人口分布與不同功能區的分布的關系模式。

(5)模擬(Models):即某個地理位置如果具備某種條件會發生什麼問題。是在模式和趨勢的基礎上，建立因素和現象之間的模型關系，進而發現普遍規律。例如，在對某礦區的突水和地質條件、含水層條件、隔水層條件等關系研究的基礎上，對其他礦區進行相關問題研究。一旦發現具有普遍規律，便可建立通用分析模型，並可進行相應的預測和決策。

GIS作為空間信息自動處理及分析系統，其功能遍及「數據採集—數據分析—決策應用」全過程。因此，一個GIS應該具備以下基本功能:

(1)數據採集功能。GIS的第一步就是數據採集，主要用於獲取數據。數據採集即通過各種數據採集設備(如GPS、全站儀、經緯儀等)獲取現實事物的描述數據，並輸入GIS。目前，可用於GIS數據採集的方法與技術很多，最典型的有兩類，一是跟蹤數字化技術，二是掃描數字化技術。隨著掃描技術的發展和廣泛應用，後者已經成為GIS數據採集的主要技術。

(2)數據處理。通過GIS數據採集獲取的數據為原始數據，其不可避免地存在誤差。為盡可能地減小誤差，保證數據在邏輯、數值上的完整性和一致性，需要對數據進行格式化、格式轉換和概化等一系列的處理工作。數據格式化是指不同數據結構數據間的轉換。數據轉換包括數據格式轉化、數據比例尺的變化等。數據概化包括數據平滑、特徵集結等。GIS應該提供強大的、互動式的數據處理功能。

(3)數據存儲、組織與管理功能。數據的有效組織與管理是成功建立GIS資料庫的關鍵步驟，也是GIS系統應用成功與否的關鍵。為了能高效的再現真實環境並進行各種分析，必須按照一定的結構對計算機中的數據進行組織管理。由於空間數據本身具有特定的特徵，GIS必須發展自己特有的數據存儲、組織和管理功能。目前常用的GIS空間數據組織方法有柵格模型、矢量模型和柵格/矢量混合模型，數據管理模式有面向對象數據管理模式、全關系型數據管理模式和文件－關系資料庫混合管理模式等。

(4)空間查詢與空間分析功能。空間查詢是GIS和其他許多自動化地理數據處理系統應具備的基本功能，空間分析是GIS特有的功能和的核心功能。

GIS可以方便地對地理信息進行檢索和查詢。雖然通用資料庫提供了諸如SQL語言的資料庫查詢語言，但對GIS而言，需要對其進行補充或改進，進而使之支持空間查詢。例如查詢穿過一個城市的公路、與某個城市相鄰的城市、某高速公路周圍6km范圍內的居民點等，這些查詢問題是GIS所特有的。因此一個功能強大的GIS軟體，應該滿足常見的空間查詢的要求，設計一些空間查詢語言。

空間分析是較空間查詢更深層次的應用，包括拓撲分析、疊置分析、網路分析、緩沖區分析等。隨著GIS應用范圍的拓廣，GIS的空間分析功能將繼續增加和完善。GIS的空間分析可分為3個不同的層次:①空間檢索，包括從屬性檢索空間物體和從空間位置檢索屬性。②空間拓撲疊加，本質為空間意義上的布爾運算，實現了輸入要素屬性在空間上的連接(Join)以及要素屬性的合並(Union)。③空間模擬分析，該層次的應用研究可以分為3類，即GIS內部的空間模型分析、GIS外部的空間模型分析及混合型的空間模型分析。其中空間模擬分析是GIS應用深化的標志。

(5)數據輸出功能。通過圖形、表格等方式顯示空間數據是GIS項目的必須。作為可視化工具，圖形是傳遞空間數據信息的最有效工具。GIS的主要功能之一就是計算機地圖制圖，包括地圖符號的設計與符號化、圖幅整飾、圖例與布局地圖注記、統計圖表製作等項內容。另外GIS軟體也應具備驅動列印設備或顯示設備的能力，因為對屬性數據也要設計報表輸出，且這些輸出結果需要在列印機、顯示器、繪圖儀上輸出。

圖1.2顯示了這些功能之間的關系及它們操作(Manipulation)數據的不同表現。

圖1.2 GIS功能概述(橢圓)以及它們的表現(矩形)