【正文】 地理信息系統(tǒng)與 全球定位系統(tǒng) 在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用 水利部水土保持監(jiān)測中心 監(jiān) 測 處 嚴(yán)慕綏 電話： 010 — 63204529 GIS是地理信息系統(tǒng) Geographical Information System的英文縮寫 。 中文翻譯有時也譯成 “ 土地資源 與環(huán)境信息系統(tǒng) ” 和 “ 土地資源信息系統(tǒng) ” 。 GPS全球定位系統(tǒng)英文全稱 Global Positioning System， 是美國從本世紀(jì) 70年代開始研制 ， 于 1994年 全面建成 ， 具有在海 、 陸 、 空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo) 航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng) 。 第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)基本概念 一、地理實體 二、地理數(shù)據(jù) 三、地理信息系統(tǒng) 四、地理信息系統(tǒng)常用軟件 一、地理實體 地理實體描述的是分布于地球表面的自然現(xiàn)象。 地理實體的空間特性十分明顯，這里 “ 地理 ” 二字是 指地理坐標(biāo)參照系統(tǒng)，是廣義的，是一個空間概念。 地理實體是一種綜合體，按其內(nèi)容可以分為自然要 素和社會要素。 第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)基本概念 地理實體 自然要素 社會要素 資源 環(huán)境 基礎(chǔ) 經(jīng)濟(jì) 人文 人 土 生態(tài) 工業(yè) 農(nóng)業(yè) 商業(yè) 人口 家庭 圖 51 地理實體構(gòu)成層次 經(jīng)濟(jì) 人文 人 土 生態(tài) 工業(yè) 農(nóng)業(yè) 商業(yè) 人口 家庭 地理實體構(gòu)成層次圖 地理實體 自然要素 社會要素 人口 基礎(chǔ) 環(huán)境 資源 生態(tài) 人文 農(nóng)業(yè) 土 工業(yè) 人 二、地理數(shù)據(jù) 地理數(shù)據(jù)有兩個要素，即空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。 地理要素的數(shù)據(jù)表示 ： 按其空間分布特征可抽象歸 結(jié)為點、線、面三種數(shù)據(jù)表示 。 空間數(shù)據(jù) ： 空間數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是 關(guān)聯(lián)地理特征的各種信息紐帶。空間數(shù)據(jù)可分為圖形數(shù) 據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)。 屬性數(shù)據(jù) ： 屬性數(shù)據(jù)是人類在生活和生產(chǎn)實踐中產(chǎn) 生的各種復(fù)雜的信息，表達(dá)方式是字符串、各種代碼或 統(tǒng)計數(shù)值等。 第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)基本概念 三、地理信息系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)是在公共的地理基礎(chǔ)、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)管理和多維信息結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立的。它具有信息共享、區(qū)域綜合分析、及時反應(yīng)、輔助決策、動態(tài)預(yù)測的基本特點。它與其它管理信息系統(tǒng)的最大差別在于，這種系統(tǒng)的處理對象為空間實體，它的工作過程主要是通過空間實體的空間位置與空間關(guān)系來進(jìn)行的，當(dāng)然也可以通過它們的屬性來實現(xiàn)。它除對空間數(shù)據(jù)管理、檢索外，還必須進(jìn)行各種運(yùn)算和分析。輸出成果除了數(shù)據(jù)、表格、文字外，主要形式是圖形即各類專題圖。而其它管理信息系統(tǒng)則沒有空間概念 。 第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)基本概念 第二節(jié) 地理信息系統(tǒng)原理 一、地理信息系統(tǒng)的基本組成 二、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 三、空間數(shù)據(jù)的基本特征及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 四、空間分析基本操作 一、地理信息系統(tǒng)的基本組成 （ 一）基礎(chǔ)部 組織管理機(jī)制 ：組織機(jī)構(gòu)、人員分工、管理方法和 規(guī)章制度等； 計算機(jī)硬件系統(tǒng) ：中央處理機(jī)、數(shù)據(jù)的輸入和輸出 設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備等； 計算機(jī)軟件系統(tǒng) ：軟件系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)的重要 組成部分。除具備基本的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、 高級語言編譯系統(tǒng)軟件外，還應(yīng)具有豐富的能滿足地理 信息系統(tǒng)基本功能需求的應(yīng)用軟件。 第二節(jié) 地理信息系統(tǒng)原理 （二）功能部分 數(shù)據(jù)采集 ：對多種形式、多種來源的信息，實現(xiàn)多 種方式的數(shù)據(jù)錄入。 數(shù)據(jù)編輯 ： 修改、增加、刪除、更新數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)存儲管理 ：以某種格式將數(shù)據(jù)記錄在計算機(jī)內(nèi) 部或外部存儲介質(zhì)上。 數(shù)據(jù)查詢與空間分析 ：基本的查詢與空間分析操作 主要包括緩沖區(qū)分析，拓?fù)浏B加分析、拓?fù)淇臻g查詢等； 操作運(yùn)算與應(yīng)用分析 ： 數(shù)據(jù)格式變換、多邊形疊合、 拼接、切割等操作 ； 算術(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、 函數(shù)運(yùn)算等。 應(yīng)用分析功能可實現(xiàn)空間信息量測分析、統(tǒng)計分析、 多要素綜合分析等。 數(shù)據(jù)顯示與成果輸出 ： 結(jié)果以地圖、報表、統(tǒng)計圖 表等形式 顯示和輸出。 1～ 173 二、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （一）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際就是象元陣列，象元的位置由所 在行列號來定義，且具有每個象元記錄相應(yīng)空間實體的 屬性值。所以柵格數(shù)據(jù)又稱為 “ 屬性明顯，位置隱含 ”的 空間數(shù)據(jù)表達(dá)方式。每個象元是最基本的信息存儲單元 和處理單元。 點實體表示為一個象元；線實體則表示為在一定方 向上連接成串的相鄰象元集合；面實體由聚集在一起的 相鄰象元集合表示。 減少柵格數(shù)據(jù)存儲量的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方式有， 費爾曼鏈?zhǔn)骄幋a、游程長度編碼、塊式編碼、四叉樹編 碼等。 第二節(jié) 地理信息系統(tǒng)原理 （二）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適合于描述地理實體的空間屬性，它 直接以取樣點坐標(biāo)為基礎(chǔ)，通過記錄坐標(biāo)的方式，體現(xiàn) 地理實體的空間位置。 點實體 ：用一對坐標(biāo)（ X， Y）來定位； 線實體 ：用坐標(biāo)對的集合 [（ X1， Y1)， (X2， Y2)， …… （ Xn， Yn） ] 來記錄； 面實體 ：通過記錄面狀地物的邊界來實現(xiàn)。 數(shù)據(jù)的存儲采用隱式關(guān)系以最小的空間存儲復(fù)雜的 數(shù)據(jù)。 （三）柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)比較 柵格數(shù)據(jù) 矢量數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 相對簡單 ， 使用同一大小網(wǎng)格的行列表示 具有拓?fù)潢P(guān)系的點 、 線和多邊形 坐標(biāo) 存原點的現(xiàn)實世界坐標(biāo) ， 其它網(wǎng)格由此計算 所有特征都存貯現(xiàn)實世界 x、 y坐標(biāo) 分辨率 數(shù)據(jù)分辨率取決于網(wǎng)格的大小 取決于編輯方法和原始圖件的比例尺 屬性值 每個網(wǎng)格都有一個與其行列位置相聯(lián)系的值 每一特征都有一個唯一的標(biāo)示符 ， 與描述性屬性聯(lián)系在一起 存貯量 通常較大 ， 某些情況下可壓縮到很小 一般 ， 存貯量較柵格少 拓?fù)潢P(guān)系 難表示 易表示 疊置分析 易實現(xiàn) ， 效率高 較難實現(xiàn) ， 需要大量的數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)獲取 網(wǎng)格值累加在一起連續(xù)的特征 高程 土壤類型 溫度 具有離散邊界的特征 三、空間數(shù)據(jù)的基本特征及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) （一）空間數(shù)據(jù)的基本特征 1 ．空間分布特征 ： 地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容涉及 到分布于地球表面的自然現(xiàn)象，并跟其空間位置有關(guān)。 2．屬性特征 ： 由于地理特征存在著內(nèi)在本質(zhì)差異， 因而具有不同的屬性。 3．時間特征 ： 地理實體的時間特征是人們所收集 和存儲的有關(guān)地理實體的某些屬性記錄具有著在某一時 間范圍內(nèi)的特征，不同的時間特征可以反映出地理實體 的動態(tài)變化。地理實體的這種時間特征一般是通過屬性 碼來表示的。 第二節(jié) 地理信息系統(tǒng)原理 （二）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1．面積定義 ： 由一個或 多個弧段圍成的閉合區(qū)域來 確定多邊形面積的。 2．鄰接性 ： 鄰接性是確 定多邊形相互之間的鄰接關(guān) 系。如果兩個多邊形共用一 條弧，那么它們是相鄰關(guān)系。 3．連通性 ： 連通性指 的是對弧段連接的判別，是 由弧段 ─ 結(jié)點拓?fù)鋪肀硎? 的，如果多個弧段共用一個 結(jié)點，那么它們是連通的。 （三）空間數(shù)據(jù)的組織 對于地理信息系統(tǒng)來說，需要考慮一個非常重要的 問題，即數(shù)據(jù)的組織。層 Coverage的定義是地理特征以 及用于描述這些特征的屬性在邏輯意義上的集合。 構(gòu)造層的典型做法是將點、線