系统构成 计算机系统的组成
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地理信息系统主要是由GIS的硬件、软件、地理数据(库)和系统的管理操作人员四个部分组成。
GIS硬件主要是微型或中小型计算机或大型计算机工作站,目前具有从中小型机向工作站发展的趋势。GIS必备的外部设备有数字化仪、打印机及绘图仪。可选设备有扫描仪、激光绘图仪/打印机、磁带机、图像板、彩色喷墨等。
地理空间数据是指以地球表面空间位置作为参照系的各种景观数据(如自然的、社会的、人文经济的等)。这些数据可以是图形、图像、文字、表格和数字等形式,由系统的建立者通过有关的量化工具和介质输入GIS是系统程序作用的对象,是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。
早期的GIS一直是以各种类型的地图作为主要的数据源。随着遥感技术的兴起,遥感信息以其周期性、动态性、信息丰富、获取效率高并可直接以数字方式记录传送等优点成为重要的GIS信息源和数据更新手段。遥感与GIS的结合是空间技术发展的趋势。
系统开发、管理和使用人员是GIS的重要构成因素。因为GIS是一个动态的地理模型,光有系统软硬件和数据不能构成完整的GIS,需要由人进行系统的组织、管理、维护和数据更新,使系统不断得到完善,并合理使用地理分析模型提取多种信息,为研究和决策服务。
GIS软件是GIS技术的核心,它既是GIS技术的集中体现,又是这一技术的应用基础。一般商品化产品,如美国的ARC/INFO系统,主要是由数据采集、数据管理、数据分析、数据转换和数据输出五部分构成。
(一)数据采集
其功能是完成地学数据采集与输入工作,可用扫描仪、数字化仪、图形终端或其它系统的磁盘数据文件输入。主要的信息源有:专题地图(包括地形图)、统计表格、遥感影像、实测数据以及其它系统的数据文件。
数据采集方式主要有以下几种:①手工式,是早期和试验时采用的方法,效率和精度均低;②手扶跟踪数字化,是当前最有效的地图数字化方式,在手扶跟踪数字化仪和数字化板支持下进行。通过这种方式可得到矢量格式的地图数字化数据;③自动扫描,是最有前途的数字化方式。由扫描仪进行,扫描仪可以每英寸300、400或600点(线)采集地图或影像的灰度或颜色,形成点阵像元数据或多波段数据;④数据通讯,是在联网方式下获取有关的其它信息系统的一种方式。无论用何种方式采集,其目的都是要把数据源变为GIS可以存贮管理和分析的形式。
(二)数据管理
其功能是实现空间(几何)数据和属性(非几何)数据的存储、检索、查询、编辑、修改。GIS与其它信息系统最大的不同之处是对空间数据的管理。如何实现空间数据与属性数据的统一存储、检索、查询、编辑、修改是评价GIS的一个重要方面。
一个功能强大的GIS产品能够提供一个统一的空间数据库管理系统,提供各种范围内的双向查询、编辑、建模功能,允许快速地修正并更新空间数据及有关的描述数据。例如,最新推出的System 9,它使用一个优化的、面向目标的数据库管理系统,可以快速地存取大型关系文件,它把现实物体的空间关系、特征和属性存储在同一个网络分布式关系数据库中,所以作图,拓扑数据结构是这种数据模型的特征。
(三)数据分析
数据分析部分借助地学模型(予置式模型或用户自定义模型),完成地理数据的分析和计算工作,是GIS的核心内容。目前比较成熟的分析功能有:地面数字高程模型、网络分析模型、邻近分析模型、区域分析模型、拓扑分析模型、以及空间距离搜索模型等。
数字地面模型(DTM)在自然地理、地貌、水利、工程设计、管道布线等领域有着广泛的应用。当地图被数字化后,利用等高线通过插值可以生成数字地面高程模型(DEM),并由DEM进一步产生坡度、坡向、沟谷、山脊、地表粗糙度等12个地形要素,构成DTM数据。利用这些地表信息与植被、土壤、人文要素的相关性,可建立不同的地学应用模型。
网络分析模型在经济地理、市场分析、交通管理等领域有着广泛的应用。此模型根据网络拓扑性质,可以在两点间选择最短路径,并绘出其长度和有关信息,也可以比较各个市场中心服务范围和影响区域。
定距离空间搜索(Buffer)模型和邻近区域分析模型在区域规划、国土整治、土地管理等领域有着广泛的应用。通过指定空间搜索距离,用户可以方便地进行空间检索、查询,了解在一定范围内地理现象的空间分布;通过邻近区域分析模型,用户可方便地进行邻近区域检索、查询、了解区域周围的环境情况。由于用模式来定义表,表和空间数据联系在一起,这样用户能进行集成的空间和属性处理、报表生成、专栏处理、属性标记和相互作用的属性修改、更新等项内容。
点、线、多边形是GIS图形数据的基本单元,与之相应的拓扑分析模型在自然资源管理、生态评价、土地评价和规化等领域有着广泛的应用。它通过多幅专题图或专题图与图像合并办法,生成新的专题图及新的属性表,为运用不同评价和规划模型,完成地理信息的分析和地理数据的计算提供了极大方便。
上述系统底层通用分析模型仅提供了某些数据分析的工具。在具体应用领域还需结合专业知识和实际要求建立用户的应用模型。
(四)数据转换
是提供不同空间数据集的集成途径。空间数据都是用矢量和网格(栅格)格式进行采集、存贮和处理的。矢量结构的数据更能表达我们的空间想象,因此它最常用于手工的数据采集。但是,数据自动采集方式往往产生与计算机的规则结构相匹配的栅格结构数据。因此,现代GIS应兼容矢量和栅格两种数据格式,提供多种方法进行两种数据的相互转换,满足多源信息综合分析的需求。
(五)数据输出
数据输出部分将GIS信息或分析结果以可视的形式表示,如屏幕,绘图仪、打印机输出等。系统同时支持软硬件拷贝显示,使用户能够获得在屏幕上所见结果,即在地图成图之前,用户能预先看到硬拷贝输出的图形。用户还可以在图形窗口内编辑地图,包括彩色设计,图廓整饰、生成比例尺、注记、图例、表格、公里网格等,最后由绘图仪/打印机输出。
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