GIS基礎概述（一）

什麼是GIS？

地理信息系統（GIS，Geographic Information System）是一門綜合性學科，結合地理學與地圖學以及遙感和計算機科學，已經普遍的應用在不一樣的領域，是用於輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數據的計算機系統，隨着GIS的發展，也有稱GIS爲「地理信息科學」（Geographic Information Science），近年來，也有稱GIS爲"地理信息服務"（Geographic Information service）。GIS是一種基於計算機的工具，它能夠對空間信息進行分析和處理。 GIS 技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與通常的數據庫操做集成在一塊兒。

GIS組成

GIS能夠分爲如下五部分：
人員，是GIS中最重要的組成部分。開發人員必須定義GIS中被執行的各類任務，開發處理程序。 熟練的操做人員一般能夠克服GIS軟件功能的不足，可是相反的狀況就不成立。最好的軟件也沒法彌補操做人員對GIS的一無所知所帶來的負做用。
數據，精確的可用的數據能夠影響到查詢和分析的結果。
硬件，硬件的性能影響到軟件對數據的處理速度，使用是否方便及可能的輸出方式。
軟件，不只包含GIS軟件，還包括各類數據庫，繪圖、統計、影像處理及其它程序。
過程，GIS 要求明肯定義，一致的方法來生成正確的可驗證的結果。
GIS屬於信息系統的一類，不一樣在於它能運做和處理地理參照數據。地理參照數據描述地球表面空間要素的位置和屬性，在GIS中的兩種地理數據成分：空間數據，與空間要素幾何特性有關；屬性數據，提供空間要素的信息。地理信息與地理數據既有聯繫，又有區別。

地理數據和地理信息

信息，狹義信息論將信息定義爲「兩次不定性之差」，即指人們得到信息先後對事物認識的差異；廣義信息論認爲，信息是指主體與外部客體之間相互聯繫的一種形式，是主體與客體之間的一切有用的消息或知識。咱們認爲信息是經過某些介質向人們提供關於現實世界新的事實的知識，它來源於數據且不隨載體變化而變化，它具備客觀性、實用性、傳輸性和共享性的特色。
數據，是定性、定量描述某一目標的原始資料，包括文字、數字、符號、語言、圖像、影像等，它具備可識別性、可存儲性、可擴充性、可壓縮性、可傳遞性及可轉換性等特色。信息與數據是不可分離的，信息來源於數據，數據是信息的載體。數據是客觀對象的表示，而信息則是數據中包含的意義，是數據的內容和解釋。對數據進行處理就是爲了獲得數據中包含的信息。數據包含原始事實，信息是數據處理的結果，是把數據處理成有意義的和有用的形式。
地理數據，是各類地理特徵和現象間關係的符號化表示，是指表徵地理環境中要素的數量、質量、分佈特徵及其規律的數字、文字、圖像等的總和。地理數據主要包括空間位置數據、屬性特徵數據及時域特徵數據三個部分。空間位置數據描述地理對象所在的位置，這種位置既包括地理要素的絕對位置，也包括地理要素間的相對位置關係。屬性數據有時又稱非空間數據，是描述特定地理要素特徵的定性或定量指標，如公路的等級、寬度、起點、終點等。時域特徵數據是記錄地理數據採集或地理現象發生的時刻或時段。時域特徵數據對環境模擬分析很是重要，正受到地理信息系統學界愈來愈多的重視。空間位置、屬性及時域特徵構成了地理空間分析的三大基本要素。
地理信息，是地理數據中包含的意義，是關於地球表面特定位置的信息，是有關地理實體的性質、特徵和運動狀態的表徵和一切有用的知識。做爲一種特殊的信息，地理信息除具有通常信息的基本特徵外，還具備區域性、空間層次性和動態性特色。
GIS數據以數字數據的形式表現了現實世界客觀對象。 現實世界客觀對象可被劃分爲二個抽象概念: 離散對象 和連續的對象領域。這二種抽象體在GIS系統中存儲數據主要的二種方法爲：柵格（網格）和矢量。

柵格和矢量

柵格數據，由存放惟一值存儲單元的行和列組成。它與柵格圖像是相似的，除了使用合適的顏色以外，各個單元記錄的數值也多是一個分類組、一個連續的值或是當數據不是可用時記錄的一個空值。柵格數據集的分辨率取決於地面單位的網格寬度。一般存儲單元表明地面的方形區域，但也能夠用來表明其它形狀。柵格數據既能夠用來表明一塊區域，也能夠用來表示一個實物。
矢量數據，利用了幾何圖形例如點、線，或是面來表現客觀對象。矢量一樣能夠用來表示具備連續變化性的領域。利用等高線和不規則三角形格網來表示海拔或其餘連續變化的值。TIN的記錄對於這些鏈接成一個由三角形構成的不規則網格的點進行評估。三角形所在的面表明地形表面。
因爲數字數據以不一樣的方法收集和存儲，兩種數據源可能會不徹底兼容。所以GIS必須可以將地理數據從一種結構轉換到另外一種結構。

系統轉換

GIS中的地圖數據必須能被操做以使其與從其它地圖得到的數據對齊或相配合。在數字數據被分析前，它們可能得通過其它一些將它們整合進GIS的處理，好比，投影與座標變換。 地球能夠用多種模型來表示，對於地球表面上的任一給定點，各個模型均可能給出一套不一樣的座標（如緯度，經度，海拔）。最簡單的模型是假定地球是一個理想的球體。隨着地球的更多測量逐漸累積，地球的模型也變得愈來愈複雜，愈來愈精確。事實上，有些模型應用於地球的不一樣區域以提供更高的精確度（如北美座標系統，1983-NAD83-只適合在美國使用，而在歐洲卻不適用）。
投影是製做地圖的基礎部分，它是從地球的一種模型中轉換信息的數學方法，它將三維的彎曲表面轉換成二維的媒介（好比紙或電腦屏幕）。不一樣類型的地圖要採用不一樣的投影系統，由於每種投影系統有其自身的合適的用途。好比一種能夠精確反映大陸形狀的投影會歪曲大陸的相對尺寸。

空間分析

空間分析能力是GIS的主要功能，也是GIS與計算機制圖軟件相區別的主要特徵。空間分析是從空間物體的空間位置、聯繫等方面去研究空間事物，以及對空間事物作出定量的描述。空間分析須要複雜的數學工具，其中最主要的是空間統計學、圖論、拓撲學、計算幾何等，其主要任務是對空間構成進行描述和分析，以達到獲取、描述和認知空間數據；理解和解釋地理圖案的背景過程；空間過程的模擬和預測；調控地理空間上發生的事件等目的。