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地理信息系统(Geographic Information System或 Geo-Information system,GIS)有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系,包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等,用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程,解决复杂的规划、决策和管理问题。
通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念:
1、GIS的物理外壳是计算机化的技术系统,它又由若干个相互关联的子系统构成,如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等,这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
2、 GIS的操作对象是空间数据,即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码,实现对其定位、定性和定量的描述、这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志,也是其技术难点之所在。
3、GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力,可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息,实现地理空间过程演化的模拟和预测。
4、 GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数;电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用,可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品,为GIS提供丰富和更为实时的信息源,并促使GIS向更高层次发展。地理学是GIS的理论依托。有的学者断言,“地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。如果说GIS的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙,那么,信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门,必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。GIS被誉为地学的第三代语言——用数字形式来描述空间实体。
GIS按研究的范围大小可分为全球性的、区域性的和局部性的;按研究内容的不同可分为综合性的与专题性的。同级的各种专业应用系统集中起来,可以构成相应地域同级的区域综合系统。在规划、建立应用系统时应统一规划这两种系统的发展,以减小重复很费,提高数据共享程度和实用性。
在配电自动化系统中地理信息系统(GIS)是一个重要内容:由于配电网节点多,设备分散,其运行管理工作常于地理位置有关,引入配电地理信息系统(GIS)系统,可以更加直观的进行运行管理;其内容主要包括:设备管理(FM),是将变电站、馈线、变压器、开关、电杆等设备的技术数据反映在地理背景图上;用户信息系统(CIS),指借助GIS对大量用户信息,如用户名称、地址、帐号、电话、用电量和负荷、供电优先级、停电记录等进行处理,便于迅速判断故障的影响范围,而用电量和负荷的统计信息还可作为网络分析的依据;停电管理系统(OMS),是指接到停电投诉后,GIS通过调用CIS和SCADA功能,迅速查明故障地点和影响范围,选择合理的操作顺序和路径,显示处理过程中的进展,并自动将有关信息转给用户投诉电话应答系统;另外GIS还可具有辅助配电网发展规划设计功能等。
我国地理信息系统的起步稍晚,但发展势头相当迅猛,大致可分为以下三个阶段。
第一是起步阶段。20世纪70年代初期,我国开始推广电子计算机在测量、制图和遥感领域中的应用。随着国际遥感技术的发展,我国在1974年开始引进美国地球资源卫星图像,开展了遥感图像处理和解译工作。1976年召开了第一次遥感技术规划会议,形成了遥感技术试验和应用蓬勃发展的新局面,先后开展了京津唐地区红外遥感试验。新疆哈密地区航空遥感试验、天津渤海湾地区的环境遥感研究、天津地区的农业土地资源遥感清查工作。长期以来,国家测绘局系统开展了一系列航空摄影测量和地形测图,为建立地理信息系统数据库打下了坚实的基础。解析和数字测图、机助制图、数字高程模型的研究和使用也同步进行。1977年诞生了第一张由计算机输出的全要素地图。1978年,国家计委在黄山召开了全国第一届数据库学术讨论会。所有这些为GIS的研制和应用作了技术上的准备。
第二是试验阶段。进入80年代之后,我国执行“六五”、“七五”计划,国民经济全面发展,很快对“信息革命”作出热烈响应。在大力开展遥感应用的同时,GIS也全面进入试验阶段。在典型试验中主要研究数据规范和标准、空间数据库建设、数据处理和分析算法及应用软件的开发等。以农业为对象,研究有关质量评价和动态分析预报的模式与软件,并用于水库淹没损失、水资源估算、土地资源清查、环境质量评价与人口趋势分析等多项专题的试验研究。在专题试验和应用方面,在全国大地测量和数字地面模型建立的基础上,建成了全国1:100万地留数据库系统和全国土地信息系统、1:4见万全国资源和环境信息系统及1:25o万水土保持信息系统,并开展了黄土高原信息系统以及洪水灾情预报与分析系统等专题研究试验。用于辅助城市规划的各种小型信息系统在城市建设和规划部门也获得了认可。
在学术交流和人才培养方面得到很大发展。在国内召开了多次关于GIS的国际学术讨论会。1985年,中国科学院建立了“资源与环境信息系统国家级重点开放实验室”,1988年和1990年武汉测绘科技大学先后建立了“信息工程专业”和“测绘遥感信息工程国家级重点开放实验室”。我国许多大学中开设了rs方面的课程和不同层次的讲习班,已培养出了一大批从事GIS研究与应用的博士和硕土。
第三是GIS全面发展阶段。80年代末到90年代以来,我国的GIS随着社会主义市场经济的发展走上了全面发展阶段。国家测绘局正在全国范围内建立数字化测绘信息产业。1:100万地图数据库已公开发售,卫:25万地图数据库也已完成建库,并开始了全国1石万地图数据库生产与建库工作,各省测绘局正在抓紧建立省级1:1万基础地理信息系统。数字摄影测量和遥感应用从典型试验逐步走向运行系统,这样就可保证向GIS源源不断地提供地形和专题信息。进入90年代以来,沿海、沿江经济开发区的发展,土地的有偿使用和外资的引进,急需GIS为之服务,有力地促进了城市地理信息系统的发展。用于城市规划、土地管理、交通、电力及各种基础设施管理的城市信息系统在我国许多城市相继建立。
在基础研究和软件开发方面,科技部在“九五”科技攻关计划中,将“遥感、地理信息系统和全球定位系统的综合应用”列入国家“九五”重中之重科技攻关项目,在该项目中投入相当大的研究经费支持武汉测绘科技大学、北京大学、中国地质大学、中国林业科学研究院和中国科学院地理研究所等单位开发我国自主版权的地理信息系统基础软件。经过几年的努力,中国GIS基础软件与国外的差距迅速缩小,涌现出若干能参与市场竞争的地理信息系统软件,如GeoStar, MapGIS, OityStar, ViewGIS等。在遥感方面,在该项目的支持下,已建立全国基于IK4遥感影像土地分类结果的土地动态监测信息系统。国家这一重大项目的实施,有力地促进了中国遥感和地理信息系统的发展
以下是国内外专家对地理信息系统给出的不同定义
( 国外一些地理信息系统的定义摘自David J.Maguire,1991)。
1、DoE(1987:132)
a system for capturing storing checking, manipulating analysing and displaying data which are spatially referenced the Earth.
2、Aronoff(1989:39)
any manual or computer based set of procedures used to store and manipulate geographically referenced data.
3、Carter(1989:3)
an institutional entiry, reflecting an organizational structure that integrates technology with a database, expertise and continuing, financial support over time.
4、Parker(1988:1547)
an information technology which stores, analyses, and displays both spatioal and non-spatial data.
5、Dueker(1979:106)
a special case of information systems where the database consists of observations on spatioally distributed features, activities, or events, which are definable in space as points, lines, or areas. A GIS manipulates data about these points, lines, and areas to retrieve data for ad hoc queries and analysis.
6、Smith et al.(1987:13)
a database system in which most of the data are spatially indexed, and upon which a set of procedures operated in order to answer queries about spatiol entities in the database.
7、Ozemoy, Smith and Sicherman(1981:92)
an automated set of functions that provides professionals with advanced capabilities for the storge, retrieval, manipulation, and display of geographically located data.
8、Burrough(1986:6)
a powerful set of tools for collecting, storing, retrieving at will, transforming and displaying spatial data from the real world.
9、Cowen(1988:1544)
a decision support system involving the integration of spatially referenced datain a problem-soling environment.
10、Koshkariov, Tikunov and Trofimov(1989:256)
a system with advanced geo-modelling capabilites.
11、Devine and Field(1986:18)
a form of MIS[Management Informaion System]that allows map display of the general information.
12、陈述彭等(1999,《地理信息系统导论》):
由计算机系统、地理数据和用户组成的,通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析,生成并输出各种地理信息,从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识,为工程设计和规划、管理决策服务。
- wpwipi
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计算机硬件系统
(1)计算机主机;
(2)数据输入设备:数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通信端口等;
(3)数据存储设备:光盘刻录仪、磁带机、光盘塔、移动硬盘、磁盘阵列等;
(4)数据输出设备:笔试绘图仪、喷墨绘图仪(打印机)、激光打印机等。
- 小菜G的建站之路
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输入设备有鼠标,数字化仪,扫描仪等
输出设备有屏幕,打印机等
- meira
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硬件配置的选择取决于系统的任务性质和经费条件,为了减轻用户负担 和使系统具有更广泛的适用性,选择最常见的机型(低档微机)和操作系统
(DOS,windows)。由于地理信息系统要求较强的图形功能,选择低档微机 意味着必须采用先进的软件技术加以弥补。
硬件设备的投资在 GIS 总投资中往往占较大比重,除按预算金额提出设 备清单外,还考虑投资使用的优先顺序,把工作开始就绝对需要的设备和一 段时间以后绝对需要的设备,作为优先和次优先购置的项目,今后有用而暂 时不用的设备留待以后购置。在一般情况下,选用低档 286 微机和 A3 小数字 化仪,并以彩色打印机作为输出设备,其经费一般中小单位是承担得起的。 硬件设备的选择还要根据软件的要求和软件的类型购置。一般情况下, 软件的设计是按特定机型和外围设备设计的,只能支持一定型号的硬件设 备。因此在考虑硬件选择时要知道软件能否支持,会不会造成运行困难等。
例如 SPACEMAN 其基本硬件配置为:
⊙主机 IBM—PC/XT、IBM—PC/AT、IBM386、486、586 或其兼容机,内存
1 兆以上;
⊙硬盘 80MB 以上,带单软盘或双软盘驱动器;
⊙高分辨率彩色监视器及其相应的图形适配卡(EGA、CGE、VGA、TVGA 等);
⊙一个以上串行通信口和一个并行通信口;
⊙8087、80287 或 80387 浮点运算协处理器;
⊙数字化仪(A0—A3);可配置 Calcomp、胜马、CD、TG、Kurta、等主 流机型;
⊙绘图仪(A3 以上);可配置 Calcomp、HP、Roland、DMP、Mouth 等主
流机型;
⊙彩色或黑白点阵打印机,可配置 EPSON、STAR,NEC,Brother 等系列。 又如加拿大地理信息系统,其研制的目标是能对地图进行读取存储、分 析和比较的计算机系统,用以处理广泛的地理数据和土地数据。该系统的硬
件配置如图 7-4 所示。
由于 GIS 是相当复杂的系统,可把 GIS 分成输入、输出和分析处理等组 成部分。硬件配置时分别按功能、价格等作些比较。例如数字化仪脱离主机, 与微机连接起来进行工作,花费的资金并不太多。扫描仪的选购应慎重考虑, 仅必须对大量高质量线数据(如等高线图)进行数字化时才值得购置。非空 间的属性数据输入用文本文件形式最容易,也可在微机上用标准字处理软件 来输入。空间数据与属性数据的连接与建立拓扑多边形网的原理一样,可由 专门的软件来完成。投影变换可在价格较低的微机上实现。如果用特殊的阵 列处理器来进行投影变换,处理时间可大大缩短,当然硬件费用则很高。数 据输出必须满足用户所需要的输出形式和输出质量。这虽然与硬件设备有 关,即未经专门训练的工作人员也能进行高质量的绘图操作,但要生产出高 质量的产品,还必须有熟练的制图技能的工作人员。质量非常高的光学绘图 或高精度胶片记录产品并不常用,如果需要这类输出时,借用一下有关部门的相应设备可以省去大笔投资。