【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 空間信息系統(tǒng)（Spatial Information System，簡(jiǎn)稱(chēng) SIS）是對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、管理和分析的信息系統(tǒng)。由于空間數(shù)據(jù)的特殊性，使空間信息系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)及處理方法有別于一般的信息系統(tǒng)?？臻g信息系統(tǒng)主要有地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡(jiǎn)稱(chēng) GIS） 、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡(jiǎn)稱(chēng) GPS） 、遙感（ Remote Sensing，簡(jiǎn)稱(chēng) RS） 、對(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)（Earth Observation System，簡(jiǎn)稱(chēng) EOS） 、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)（Digital Photogrammetric System，簡(jiǎn)稱(chēng) DPS）等。 地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographical Information System）是地理信息的管理系統(tǒng)。它以地理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，是在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、模擬、分析和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。 GIS 是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。地理信息系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其存儲(chǔ)和處理的信息是經(jīng)過(guò)地理編碼的，地理位置及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。第二章 地理信息系統(tǒng)概述6 在地理信息系統(tǒng)中，現(xiàn)實(shí)世界被表達(dá)成一系列的地理要素和地理現(xiàn)象，這些地理特征至少由空間位置參考信息（空間數(shù)據(jù)）和非位置信息（屬性數(shù)據(jù)）兩個(gè)組成部分。如圖 22 所示：圖 22 GIS 組成[此圖不清晰，重繪] GIS 研究的對(duì)象是地理空間數(shù)據(jù)，研究?jī)?nèi)容包括 GIS 理論基礎(chǔ)、GIS 技術(shù)系統(tǒng)及 GIS 應(yīng)用方法，三方面互相聯(lián)系、相互促進(jìn)。 地理信息系統(tǒng)的組成地理信息系統(tǒng)組成（Geographic Information Systems） ，包括四部分，計(jì)算機(jī)硬件、計(jì)算機(jī)軟件、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)管理和使用人員。如圖 23 所示：圖 23 地理信息系統(tǒng)的組成第二章 地理信息系統(tǒng)概述7（1）計(jì)算機(jī)硬件圖 24 計(jì)算機(jī)硬件組成[此圖不清晰，重繪]（2）計(jì)算機(jī)軟件 系統(tǒng)軟件：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（如 Windows Server，Windows Professional，Unix 等） GIS 平臺(tái)及其支持軟件：包括通用的 GIS 軟件，以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖形軟件包、計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)、CAD 等，用于支持對(duì)空間數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、輸出和與用戶(hù)接口 應(yīng)用分析軟件：是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員或用戶(hù)根據(jù)地理專(zhuān)題或區(qū)域分析模型開(kāi)發(fā)的用于某種特定應(yīng)用任務(wù)的程序，是 GIS 功能的擴(kuò)充與延伸。（3）系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、管理和使用人員 人是 GIS 中的重要構(gòu)成因素，GIS 不同于一幅地圖，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)的地理模型。僅有系統(tǒng)軟硬件和數(shù)據(jù)還不能構(gòu)成完整的地理信息系統(tǒng)，需要人進(jìn)行系統(tǒng)組織、管理、維護(hù)和數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)擴(kuò)充完善、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，并靈活采用地理分析模型提取多種信息，為研究和決策服務(wù)。 （4）數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是 GIS 的核心與基礎(chǔ)，GIS 需要表示兩類(lèi)信息：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù) （Spatial and NonSpatial data） 地理信息系統(tǒng)的主要特征和類(lèi)型地理信息系統(tǒng)的主要特征地理信息系統(tǒng)是對(duì)地球及表面有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、第二章 地理信息系統(tǒng)概述8處理、分析、描述和三維可視化的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息處理技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，同時(shí)，地理信息系統(tǒng)的發(fā)展在很大程度上與計(jì)算機(jī)硬件水平的發(fā)展密切相關(guān)，即地理信息系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件技術(shù)的系統(tǒng)。目前使用的地理信息系統(tǒng)處理、傳輸?shù)男畔⒘靠筛哌_(dá)數(shù)吉字節(jié)（GB） 、甚至太字節(jié)（TB） ，這對(duì)于計(jì)算機(jī)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、快速處理分析和三維可視化等提出了極高的要求。盡管地理信息系統(tǒng)的定義不盡相同，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有以下特征：（1）地理信息系統(tǒng)應(yīng)包括數(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)、數(shù)據(jù)輸出子系統(tǒng)等。（2）地理信息系統(tǒng)技術(shù)難點(diǎn)在于其處理的數(shù)據(jù)具有空間位置特征，包括點(diǎn)、線(xiàn)、面、體等三維空間特征。數(shù)據(jù)都是按照統(tǒng)一的地理坐標(biāo)系編碼，以便進(jìn)行地理實(shí)體的空間定位、定性和定量的描述。地理信息系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)空間分析，通過(guò)建立空間模型來(lái)分析空間數(shù)據(jù)，地理信息系統(tǒng)的成功應(yīng)用有賴(lài)于空間分析技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。（3）地理信息系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在于空間數(shù)據(jù)的空間特性和屬性特性關(guān)聯(lián)、空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，具有空間建模、分析和三維可視化的能力；可以模擬空間運(yùn)行過(guò)程，實(shí)現(xiàn)輔助決策和預(yù)測(cè)。（4）地理信息系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)具有多樣性，包括描述地理空間的空間特征、屬性特征數(shù)據(jù)、也包括地圖和影像等數(shù)據(jù)。其處理的數(shù)據(jù)載體可以是磁帶、光盤(pán)等物理載體。地理信息系統(tǒng)的主要類(lèi)型（1）專(zhuān)題地理信息系統(tǒng)（Thematic GIS）具有專(zhuān)業(yè)或行業(yè)特點(diǎn)的地理信息系統(tǒng)，為特定的專(zhuān)門(mén)目的服務(wù)。例如，森林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)、水資源管理信息系統(tǒng)、礦業(yè)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)作物估產(chǎn)信息系統(tǒng)、草場(chǎng)資源管理信息系統(tǒng)、水土流失信息系統(tǒng)等。 （2）區(qū)域地理信息系統(tǒng)（Regional GIS）主要以區(qū)域綜合研究和全面的信息服務(wù)為目標(biāo)，可以有不同的規(guī)模，如國(guó)家級(jí)的、地區(qū)或省級(jí)的、市級(jí)和縣級(jí)等為各不同級(jí)別行政區(qū)服務(wù)的區(qū)域信息系統(tǒng)；區(qū)域信息系統(tǒng)如加拿大國(guó)家信息系統(tǒng)、中國(guó)黃河流域信息系統(tǒng)、數(shù)字港城、數(shù)字昆明、數(shù)字鄉(xiāng)村等。 （3）地理信息系統(tǒng)平臺(tái)（GIS Tools）是一組具有圖形圖像數(shù)字化、存儲(chǔ)管理、查詢(xún)檢索、分析運(yùn)算和多種輸出等地理信息系統(tǒng)基本功能的軟件包。如 ArcGIS、MapInfo 等 。第二章 地理信息系統(tǒng)概述9 地理信息系統(tǒng)的基本功能地理信息系統(tǒng)的基本功能包括：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)可視化、空間查詢(xún)、空間分析、數(shù)據(jù)輸出等。（1）數(shù)據(jù)獲取通過(guò)通用和專(zhuān)用設(shè)備對(duì)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)測(cè)、編輯和處理。目前 GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)已成為 GIS 的主要數(shù)據(jù)源。 （2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用一定的空間數(shù)據(jù)模型（如柵格數(shù)據(jù)模型或矢量數(shù)據(jù)模型） ，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的組織和管理，并存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，支持空間查詢(xún)、分析與決策。GIS 通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)無(wú)縫集成與管理。（3）數(shù)據(jù)可視化基于地圖學(xué)的基本原理，采用地理坐標(biāo)及地圖符號(hào)，實(shí)現(xiàn)地理要素的圖形化顯示。（4）空間查詢(xún)與空間分析空間查詢(xún)與空間分析是地理信息系統(tǒng)的核心功能，也是地理信息系統(tǒng)與其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的根本區(qū)別。用戶(hù)只需通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作，即可實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的檢索、空間拓?fù)浞治雠c空間模型分析。（5）數(shù)據(jù)輸出提供良好的、交互式的制圖環(huán)境，完成地圖設(shè)計(jì)、制作及高質(zhì)量的地圖輸出、報(bào)表輸出。 GIS 的發(fā)展 GIS 的發(fā)展簡(jiǎn)史縱觀(guān)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，可將其分為以下幾個(gè)階段。（1）20 世紀(jì) 60 年代為地理信息系統(tǒng)開(kāi)拓期，注重空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理。加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS） ，是加拿大政府于 1963 年開(kāi)始研制實(shí)施，到 1971年投入正式運(yùn)行，被認(rèn)為是國(guó)際上最早建立的、較為完善的大型使用的地理信息系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)功能較弱，限制了軟件技術(shù)的發(fā)展。這一時(shí)期地理信息系統(tǒng)軟件的研制主要是針對(duì)具體的 GIS 應(yīng)用進(jìn)行的，圖形功能非常有限。（2）20 世紀(jì) 70 年代是地理信息系統(tǒng)的鞏固發(fā)展期。計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是大容量存取設(shè)備——硬盤(pán)的使用，為空間數(shù)據(jù)的錄入、存儲(chǔ)、檢索和輸出提供了強(qiáng)有力的手段。 美國(guó)、日本、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家先后建立了不同專(zhuān)題、不同規(guī)模、不同類(lèi)型的各具特色的地理信息系統(tǒng)。人機(jī)交互技術(shù)成熟，GIS 向著實(shí)用化方向發(fā)展。（3）20 世紀(jì) 80 年代是地理信息系統(tǒng)的大發(fā)展時(shí)期。地理信息系統(tǒng)技術(shù)全第二章 地理信息系統(tǒng)概述10面推向應(yīng)用，由發(fā)達(dá)國(guó)家推向發(fā)展中國(guó)家，并進(jìn)入多種學(xué)科領(lǐng)域。地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)具有更強(qiáng)的獨(dú)立性和通用性（1981 年，ESRI 發(fā)布 ArcInfo。1985 年，MapInfo 公司建立；1989 年，Intergraph 發(fā)布 MGE） ，為地理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑。 我國(guó)地理信息系統(tǒng)方面的工作自八十年代初開(kāi)始。以1980 年中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所成立的全國(guó)第一個(gè)地理信息系統(tǒng)研究室為標(biāo)志。（4）20 世紀(jì) 90 年代是地理信息系統(tǒng)的社會(huì)化階段。GIS 已深入到各行各業(yè)，成為人們生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)和工作中不可缺少的工具和助手。已成為政府機(jī)構(gòu)必備的工作系統(tǒng)，改變著人們生活和工作方式。中國(guó)地理信息系統(tǒng)步入快速發(fā)展階段，從初步發(fā)展時(shí)期的實(shí)驗(yàn)、局部應(yīng)用走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)重大問(wèn)題提供分析和決策依據(jù)。 地理信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)目前，地理信息系統(tǒng)正在科學(xué)研究、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中起著越來(lái)越重要的作用。隨著對(duì)地理觀(guān)測(cè)和信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)、空間信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、基于位置信息服務(wù)、Google Earth 等研究的發(fā)展，它們正在對(duì)整個(gè)地球科學(xué)學(xué)科產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。（1） 地球觀(guān)測(cè)與信息技術(shù)基于 RS、GIS、GPS 與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)，正在形成對(duì)地觀(guān)測(cè)與信息處理的技術(shù)體系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種空間信息的收集、處理、更新和共享。地球觀(guān)測(cè)與信息處理涉及地球科學(xué)、空間科學(xué)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等多學(xué)科交叉，實(shí)現(xiàn)地理空間信息的動(dòng)態(tài)獲取、處理、管理、分析、表達(dá)、傳輸和應(yīng)用。衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和遙感技術(shù)為獲取地球及其表面空間信息提供實(shí)時(shí)、連續(xù)、高精度、大范圍的技術(shù)手段，空間數(shù)據(jù)庫(kù)或地理信息系統(tǒng)為地球空間信息管理、分析和共享提供了智能平臺(tái)。（2）網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（Web GIS）是 Inter 技術(shù)和 GIS 技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是利用 Web 技術(shù)來(lái)擴(kuò)展地理信息系統(tǒng)的一項(xiàng)新技術(shù)。如下圖 25 所示：第二章 地理信息系統(tǒng)概述11圖 25 網(wǎng)絡(luò) GIS 硬件組成 （3）嵌入式地理信息系統(tǒng)嵌入式 GIS 是通過(guò)高級(jí) GIS 邏輯定制專(zhuān)門(mén) GIS 功能，其任務(wù)定制或組織在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)編輯器進(jìn)行，不需要功能完整的桌面 GIS。通常 GIS 用戶(hù)需要通過(guò)專(zhuān)業(yè) GIS 桌面，或 Web GIS 服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn) GIS。典型的嵌入式 GIS 應(yīng)用方式是通過(guò)定制任務(wù)訪(fǎng)問(wèn) GIS 功能，其應(yīng)用功能介于 Web 瀏覽器和高端 GIS 桌面之間，如在移動(dòng)設(shè)備中定制地圖顯示等 GIS 功能。（4）4D 地理信息系統(tǒng)4D GIS（也稱(chēng)為 TGIS）是建立在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)等基礎(chǔ)上的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。其研究對(duì)象是地球及表面實(shí)體或?qū)ο?，在過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)等時(shí)空狀態(tài)信息。4D GIS 是一種采集、存儲(chǔ)、管理、分析與顯示空間實(shí)體隨時(shí)間變化信息的空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)?？臻g實(shí)體 f（x,y,z,t）的時(shí)間、空間狀態(tài)，是描述空間實(shí)體和空間現(xiàn)象的基本特征，是反映空間實(shí)體狀態(tài)和演變過(guò)程的重要信息。（5）基于 Web 的空間信息服務(wù) 基于 Web 的空間信息服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)空間信息的跨部門(mén)、跨區(qū)域、跨專(zhuān)業(yè)通信、互操作和協(xié)同處理等提供技術(shù)服務(wù)。Web 的空間信息服務(wù)，要解決面向異構(gòu)數(shù)據(jù)、分布式資源、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)集成和互操作等技術(shù)。由于地理空間數(shù)據(jù)的多源、多格式、多時(shí)空、多比例尺、多語(yǔ)義以及分布管理等特點(diǎn)，不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，不同應(yīng)用部門(mén)對(duì)不同空間現(xiàn)象理解和表達(dá)不同，造成應(yīng)用系統(tǒng)間、不同領(lǐng)域間協(xié)作數(shù)據(jù)共享和交流存在困難，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)共享和互操作成為共識(shí)。請(qǐng)將 ArcGIS 一章合并到此作為一節(jié)。Inter輸入設(shè)備 多媒體系統(tǒng) 圖形圖像處理系統(tǒng)用戶(hù)用戶(hù)輸入設(shè)備 GIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)（服務(wù)器）局域網(wǎng)用戶(hù)組主干網(wǎng)絡(luò)第二章 地理信息系統(tǒng)概述12第三章 昆明市排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)特征13第三章 昆明排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)分析 空間數(shù)據(jù)及其基本特征[此部分請(qǐng)放到第二章中] 空間數(shù)據(jù)的概念空間數(shù)據(jù)是表征地理空間系統(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)律的數(shù)字、文字、圖形和圖像等的總稱(chēng)。地理空間數(shù)據(jù)是 GIS 的血液，實(shí)際上整個(gè) GIS 都是圍繞空間數(shù)據(jù)的采集、加工、存貯、分析和表現(xiàn)展開(kāi)的?？臻g數(shù)據(jù)源，空間數(shù)據(jù)的采集手段、生產(chǎn)工藝，數(shù)據(jù)的質(zhì)量都直接影響到 GIS應(yīng)用的潛力、成本和效率。GIS 中人們將地理要素抽象化，用數(shù)字表達(dá)方式來(lái)表示地理要素，包括：數(shù)字畫(huà)線(xiàn)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、數(shù)字標(biāo)高模型和地物的屬性數(shù)據(jù)。 空間數(shù)據(jù)的基本特征空間數(shù)據(jù)包括三大基本特征：空間、時(shí)間和主題特性。 空間特性 空間特征是地理信息系統(tǒng)或者說(shuō)空間信息系統(tǒng)所特有的。空間特征是指空間地物的位置、形狀和大小等幾何特征以及與相鄰地物的空間關(guān)系?？臻g位置可以通過(guò)坐標(biāo)來(lái)描述，GIS 中地物的形狀和大小一般也是通過(guò)空間坐標(biāo)來(lái)描述。生活中人們對(duì)空間目標(biāo)的定位不是記憶它的空間坐標(biāo)而是確定某個(gè)目標(biāo)與其他更熟悉的目標(biāo)的空間位置關(guān)系，而對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)最簡(jiǎn)單的空間定位方法就是使用空間坐標(biāo)。 時(shí)間特性嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，空間數(shù)據(jù)總是在某一特定時(shí)間或時(shí)間段內(nèi)采集得到或計(jì)算得到。有些空間數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化相對(duì)較慢，因而，有時(shí)被忽略。而在多數(shù)情況下，GIS 的用戶(hù)又把時(shí)間處理成專(zhuān)題屬性，或者在設(shè)計(jì)屬性時(shí)，考慮多了時(shí)態(tài)的信息，這對(duì)于大多數(shù) GIS 軟件來(lái)說(shuō)是可以做到的。主題特性 主題特征是指空間現(xiàn)象或空間目標(biāo)的屬性特征，它是指除了時(shí)間和空間特