第一章 緒論
本章概述：本章主要為深入學習地理信息系統(tǒng)的具體技術和方法打基礎，介紹地理信息系統(tǒng)所涉及的一些基本概念，回答什么是地理信息系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)有哪些組成部分，地理信息系統(tǒng)能做什么，地理信息系統(tǒng)的過去和今后怎樣發(fā)展等問題。
§1.1 地理信息系統(tǒng)的概念
首先介紹一個地理信息系統(tǒng)應用實例,之后給出信息與數(shù)據(jù)，地理信息與地學信息，信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)等基本概念，最后闡述地理信息系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的關系和區(qū)別。
§1.2 地理信息系統(tǒng)的組成
介紹地理信息系統(tǒng)的五個主要組成部分：系統(tǒng)硬件，系統(tǒng)軟件，空間數(shù)據(jù)，應用人員和應用模型。
§1.3 地理信息系統(tǒng)的功能和應用
介紹地理信息系統(tǒng)的具備的基本功能和主要的一些應用領域。
§1.4 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展
介紹地理信息系統(tǒng)在國際、國內(nèi)的發(fā)展狀況和今后的發(fā)展趨勢。
人類社會正從工業(yè)經(jīng)濟邁向知識經(jīng)濟時代，一場以信息技術為核心的革命正在深刻改變著人類生活與社會面貌。作為全球信息化浪潮重要組成部分的地理信息系統(tǒng)的建設與應用，正日益引起科技界、企業(yè)界和政府部門的廣泛關注。地理信息系統(tǒng)是處理眾多空間問題的有力輔助工具，正確理解地理信息的含義對使用和開發(fā)地理信息系統(tǒng)有重要意義。
一、公園選址輔助決策介紹一個郊游公園選址例子，闡述地理信息系統(tǒng)在其中起到的輔助決策作用；
二、數(shù)據(jù)與信息 介紹地理信息系統(tǒng)首先遇到的兩個基本概念：數(shù)據(jù)、信息，并講述二者之間的區(qū)別和聯(lián)系。
地理信息系統(tǒng)的操作對象是地理信息，它包含在地學信息的范圍之內(nèi)。
四、信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng) 闡述信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)的概念，重點區(qū)分了地理信息系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的區(qū)別。 為了說明地理信息系統(tǒng)如何服務于區(qū)域規(guī)劃等領域，先看一個地理信息系統(tǒng)為郊游公園選址提供輔助決策的例子（圖1-1-1）。 郊游公園具體位置的選擇需要滿足一定的要求： 1）依山傍水，地形有一定起伏，必須靠近天然的小河流； 2）交通方便，但周圍環(huán)境較安靜，公園距公路的距離最遠不得超過1.25km，最近不得小于0.25km； 3）空氣新鮮，有一定的植被覆蓋率； 4）等等其它條件； 類似公園選址這樣的空間決策問題涉及各方面影響因素，需要將大量的多種空間信息進行綜合的分析、利用。過去，使用人工操作方式，工作量大，問題復雜，當條件發(fā)生變化時，工作需重新開始。現(xiàn)在，將地理信息系統(tǒng)作為輔助決策支持工具，工作將變得輕松許多。 地理信息系統(tǒng)首先從現(xiàn)實世界中<>>采集、獲取與上述要求有關的地形信息、水系信息、道路信息和植被信息等各類信息，以一定的結(jié)構(gòu)存儲起來，即<>>建立空間數(shù)據(jù)庫，并提供各類空間數(shù)據(jù)處理和綜合分析手段，當用戶針對此問題提供一套條件，系統(tǒng)將返回一套方案，一個問題，考慮問題的角度不同，往往會有多個可選方案，當用戶更改條件，系統(tǒng)將快速返回與之對應的另一套方案。而最后方案的確定還涉及到許多非量化的復雜因素，需要規(guī)劃專家的智能選擇。所以說，地理信息系統(tǒng)是解決空間問題的有效的輔助決策支持工具。目前，地理信息系統(tǒng)還不能完全代替最終決策者。 從公園選址輔助決策的例子可知，認識地理信息系統(tǒng)首先會接觸到信息與數(shù)據(jù)這兩個名詞。 1、定義：信息是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映。它以文字、數(shù)據(jù)、符號、聲音、圖像等形式記錄下來，進行傳遞和處理,為人們的生產(chǎn)，建設，管理等提供依據(jù)。 2、特性： 1）客觀性：任何信息都是與客觀事實相聯(lián)系的，這是信息的正確性和精確度的保證； 2）適用性：問題不同，影響因素不同，需要的信息種類是不同的。信息系統(tǒng)將地理空間的巨大數(shù)據(jù)流收集，組織和管理起來，經(jīng)過處理、轉(zhuǎn)換和分析變?yōu)閷ιa(chǎn)、管理和決策具有重要意義的有用信息，這是由建立信息系統(tǒng)的明確目的性所決定的； 3）傳輸性：信息可在信息發(fā)送者和接受者之間進行傳輸信息的傳輸網(wǎng)絡，被形象地稱為“信息高速公路”。 4）共享性：信息與實物不同，信息可傳輸給多個用戶，為用戶共享，而其本身并無損失，這為信息的并發(fā)應用提供可能性。 指輸入到計算機并能被計算機進行處理的數(shù)字、文字、符號、聲音、圖像等符號。數(shù)據(jù)是對客觀現(xiàn)象的表示，數(shù)據(jù)本身并沒有意義。數(shù)據(jù)的格式往往和具體的計算機系統(tǒng)有關，隨載荷它的物理設備的形式而改變。 有人認為，輸入的都叫數(shù)據(jù)，輸出的都叫信息，其實不然。數(shù)據(jù)是信息的表達、載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是形與質(zhì)的關系。只有數(shù)據(jù)對實體行為產(chǎn)生影響才成為信息，數(shù)據(jù)只有經(jīng)過解釋才有意義，成為信息。 例如獨立的“1”、“0”均無意義。當它表示某實體在某個地域內(nèi)存在與否，它就提供了“有”“無”信息；當用它來標識某種實體的類別時，它就提供了特征碼信息。 1、定義：地理信息是指與研究對象的空間地理分布有關的信息,它表示地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征，相互聯(lián)系和變化規(guī)律的圖、文、聲、像等的總稱。 2、特性： 1）地域性：地理信息屬于空間信息，位置的識別與數(shù)據(jù)相聯(lián)系，它的這種定位特征是通過公共的地理基礎來體現(xiàn)的。這是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著標志； 2）多維結(jié)構(gòu)：在二維空間編碼基礎上，實現(xiàn)多專題的第三維信息結(jié)構(gòu)的組合，為地理信息各圈層之間的綜合研究提供可能，也為地理系統(tǒng)多層次的分析和信息的傳輸與篩選提供方便。 3）時序特征：時空的動態(tài)變化引起地理信息的屬性數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)的變化。因此，一實時的GIS系統(tǒng)要求能及時采集和更新地理信息，使得地理信息具有現(xiàn)勢性。以免過時的信息造成決策的失誤或因為缺少可靠的動態(tài)數(shù)據(jù)，不能對變化中的地理事件或現(xiàn)象作出合理的預測預報和科學論證。 指與人類居住的地球有關的信息都是地學信息，具有無限性、多樣性、靈活性等特點。地學信息是人們深入認識地球系統(tǒng)、合理開發(fā)資源、凈化能源、保護環(huán)境的前提和保證。 地理信息與地學信息的區(qū)別主要在于信息源的范圍不同，地理信息的信息源是地球表面的巖石圈、水圈、大氣圈和人類活動等；地學信息所表示的信息范圍更廣泛，不僅來自地表，還包括地下、大氣層甚至宇宙空間。 地理信息系統(tǒng)是一種非常重要的信息系統(tǒng)，兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別。 為了有效對信息流進行控制、組織管理，實現(xiàn)雙向傳遞，需要通過某種信息系統(tǒng)。它能對數(shù)據(jù)和信息進行采集、存儲、加工和再現(xiàn)，并能回答用戶一系列問題的系統(tǒng)，具有采集、管理、分析和表達數(shù)據(jù)的能力。由計算機硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素組成。 從適用于不同管理層次的角度出發(fā)，信息系統(tǒng)分為事務處理系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)。事務處理系統(tǒng)強調(diào)對數(shù)據(jù)的記錄和操作，主要支持操作層人員的日常事務處理，如圖書管理系統(tǒng)、各種定票系統(tǒng)等。決策支持系統(tǒng)是用以獲得輔助決策方案的交互式計算機系統(tǒng)，一般由語言系統(tǒng)、知識系統(tǒng)和問題處理系統(tǒng)共同構(gòu)成。 地理信息系統(tǒng)簡稱為GIS。關于它確切的全稱，多數(shù)人認為是Geographical Information System，也有人認為是Geo Information System。國際上現(xiàn)發(fā)行的兩種主要的專業(yè)雜志，就是各自采用不同的全稱，前者是英國出版的季刊的全稱，后者是德國出版的季刊的全稱。在加拿大和澳大利亞，則稱為Land Information System。在我國，通常稱為Resources and Environmental Information Systems。全稱雖有差異，但簡稱都是GIS。 那么，什么是GIS呢?對于不同的部門和不同的應用目的，其定義也不盡相同。 這些定義，有的側(cè)重于GIS的技術內(nèi)涵，有的則強調(diào)GIS的應用功能。為了能更具體地認識和真正了解GIS的概念，編者推薦美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會(FICCDC)關于GIS的定義及概念框架(圖1-1-2)。該定義認為“GIS是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設計用來支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規(guī)劃和管理問題”。根據(jù)這個定義及它的概念框架，可得出GIS的如下基本概念：一、公園選址輔助決策
三、地理信息與地學信息
四、信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)
(1)GIS的物理外殼是計算機化的技術系統(tǒng)。該系統(tǒng)又由若干個相互關聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成，如數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)、可視化表達與輸出子系統(tǒng)等。這些子系統(tǒng)的構(gòu)成直接影響著GIS的硬件平臺、系統(tǒng)功能和效率、數(shù)據(jù)處理的方式和產(chǎn)品輸出的類型。
(2)GIS的對象是地理實體。地理實體數(shù)據(jù)的最根本特點是每一個數(shù)據(jù)都按統(tǒng)一的地理坐標進行編碼，實現(xiàn)對其定位、定性、定量和拓撲關系的描述。GIS以地理實體數(shù)據(jù)作為處理和操作的主要對象，這是它區(qū)別于其他類型信息系統(tǒng)的根本標志，也是其技術難點之所在。
(3)GIS的技術優(yōu)勢在于它的混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和有效的數(shù)據(jù)集成、獨特的地理空間分析能力、快速的空間定位搜索和復雜的查詢功能、強大的圖形創(chuàng)造和可視化表達手段，以及地理過程的演化模擬和空間決策支持功能等。其中，通過地理空間分析可以產(chǎn)生常規(guī)方法難以獲得的重要信息，實現(xiàn)在系統(tǒng)支持下的地理過程動態(tài)模擬和決策支持，這既是GIS的研究核心，也是GIS的重要貢獻。
地理信息系統(tǒng)根據(jù)其研究范圍，可分為全球性信息系統(tǒng)和區(qū)域性信息系統(tǒng)；根據(jù)其研究內(nèi)容，可分為專題信息系統(tǒng)和綜合信息系統(tǒng)；根據(jù)其使用的數(shù)據(jù)模型，可分為矢量信息系統(tǒng)、柵格信息系統(tǒng)和混合型信息系統(tǒng)。
(三)地理信息系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系
從操作、管理的信息種類的不同，信息系統(tǒng)又可分為企業(yè)、事業(yè)管理信息系統(tǒng)、財務管理信息系統(tǒng)等一般管理信息系統(tǒng)(Management Information System,MIS)和空間信息系統(tǒng)(Spatial Information System,SIS)。空間信息系統(tǒng)采集、管理和分析的對象是空間信息，而地理信息系統(tǒng)就是一種十分重要的空間信息系統(tǒng)(圖1-1-3）。
圖1-1-3 信息系統(tǒng)分類
1、GIS與一般MIS
GIS離不開數(shù)據(jù)庫技術。數(shù)據(jù)庫中的一些基本技術，如數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)檢索等都是GIS廣泛使用的核心技術。GIS對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)共同管理、分析和應用，而一般MIS（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）側(cè)重于非圖形數(shù)據(jù)（屬性數(shù)據(jù)）的優(yōu)化存儲與查詢，即使存儲了圖形，也是以文件的形式存儲，不能對空間數(shù)據(jù)進行查詢、檢索、分析，沒有拓撲關系，其圖形顯示功能也很有限。
如電話查號臺是一個一般MIS，只能回答用戶詢問的電話號碼，而通信信息系統(tǒng)除了可查詢電話號碼外，還提供用戶的地理分布、空間密度、最近的郵局等空間關系信息。
2、GIS與CAD/CAM
管理了圖形數(shù)據(jù)和非空間屬性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)不一定是GIS，如計算機輔助設計(Computer Adided Design，ＣＡＤ)，計算機輔助制圖(Computer Adided Map，ＣＡＭ)。它們之間的異同點見圖1-1-4和1-1-5.
