【文章內容簡介】 組合框等，并生成對應的變量，然后，通過這些變量控制控件的值。第三講 地理信息系統(tǒng)基本概念 GIS原理概述 GIS概念地理信息系統(tǒng)（GIS）是在計算機軟硬件支持下，以采集、存貯、管理、檢索、分析和描述空間物體的地理分布數(shù)據(jù)及與之相關的屬性，并回答用戶問題等為主要任務的技術系統(tǒng)。 GIS發(fā)展1）起始發(fā)展階段(60年代)(CGIS)。1963年美國哈佛大學城市建筑和規(guī)劃師Howard 。1966年美國成立了城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會(URISA)，1968年國際地理聯(lián)合會(IGU)設立了地理數(shù)據(jù)收集委員會(CGDSP)。1969年，又建立起州信息系統(tǒng)國協(xié)會(NASIS)。2）發(fā)展鞏固階段(70年代)70年代，GIS朝實用方向發(fā)展。各國對GIS的研究均投入了大量人力、物力、財力。不同規(guī)模、不同專題的信息系統(tǒng)得到很大發(fā)展。從1970年到1976年美國地質調查局發(fā)展了50多個地理信息系統(tǒng)。GIS受到政府、商業(yè)和學校的普遍重視。3）推廣應用階段(80年代)80年代，GIS在全世界范圍內全面推廣應用，應用領域不斷擴大，開始用于全球性的問題。開展GIS工作的國家更為廣泛，國際合作日益加強。GIS軟件開發(fā)具有突破性的進展，僅1989年市場上有報價的軟件達70多個。代表性的有ARC/INFO（美國）、GENAMAP（澳大利亞）、SPANS（拿加大）、MAPINFO（美國）、MGE（美國）、System9（瑞士/美國）、ERDAS（美國）。4）蓬勃發(fā)展階段(90年代以后)90年代，隨著地理信息產生的建立和數(shù)字化信息產品在全世界的普及，GIA已成為確定性的產業(yè)，投入使用的GIS系統(tǒng)，每2～3年就翻一番，GIS市場的年增長率為35%以上，從事GIS的廠家已超過300家。GIS已滲透到各行各業(yè)，涉及千家萬戶，成為人們生產、生活、學習和工作中不可缺少的工具和助手。 GIS組成1）數(shù)據(jù)輸入和檢驗2）數(shù)據(jù)存儲和管理3）數(shù)據(jù)變換4）數(shù)據(jù)輸出和表示5）用戶接口 GIS功能1）數(shù)據(jù)采集與輸入數(shù)據(jù)采集與輸入，即在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中將系統(tǒng)外部的原始數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)內部，并將這些數(shù)據(jù)從外部格式轉換為系統(tǒng)便于處理的內部格式的過程。主要有圖形數(shù)據(jù)輸入，如管網(wǎng)圖輸入；柵格數(shù)據(jù)輸入，如遙感圖像的輸入；測量數(shù)據(jù)輸入，如全球定位系統(tǒng)（GPS）數(shù)據(jù)的輸入；屬性數(shù)據(jù)輸入,如數(shù)字和文字的輸入。2）數(shù)據(jù)編輯與更新數(shù)據(jù)編輯主要包括圖形編輯和屬性編輯。屬性編輯主要與數(shù)據(jù)庫管理結合在一起完成，圖形編輯主要包括拓撲關系建立、圖形編輯、圖形整飾、圖幅拼接、圖形變換、投影變換、誤差校正等功能。數(shù)據(jù)更新即以新的數(shù)據(jù)項或記錄來替換數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫中相對應的數(shù)據(jù)項或記錄，它是通過刪除、修改、插入等一系列操作來實現(xiàn)的。 3）數(shù)據(jù)存貯與管理屬性數(shù)據(jù)管理一般直接利用商用關系數(shù)據(jù)庫軟件，如ORACLE、ACCESS、FoxBase、FoxPro等進行管理?？臻g數(shù)據(jù)管理是GIS數(shù)據(jù)管理的核心，各種圖形或圖像信息都以嚴密的邏輯結構存放在空間數(shù)據(jù)庫中。4）空間查詢與分析空間查詢與分析是GIS核心，主要包括數(shù)據(jù)操作運算、數(shù)據(jù)查詢檢索與數(shù)據(jù)綜合分析。包括矢量數(shù)據(jù)疊合、柵格數(shù)據(jù)迭加等操作、算術運算、關系運算、邏輯運算、函數(shù)運算等。綜合分析主要包括信息量測、屬性分析、統(tǒng)計分析、二維模型分析、三維模型分析、多要素綜合分析等。5）數(shù)據(jù)顯示與輸出數(shù)據(jù)顯示是中間處理過程和最終結果的屏幕顯示，通常以人機交互方式來選擇顯示的對象與形式，對于圖形數(shù)據(jù)根據(jù)要素的信息量和密集程度，可選擇放大或縮小顯示。GIS不僅可以輸出全要素地圖，也可以根據(jù)用戶需要，分層輸出各種專題圖、各類統(tǒng)計圖、圖表及數(shù)據(jù)等。 GIS應用1）資源清查2）城鄉(xiāng)規(guī)劃3）災害監(jiān)測4）土地調查5）環(huán)境管理6）城市管網(wǎng)7）作戰(zhàn)指揮8）宏觀決策 GIS空間數(shù)據(jù)類型將工作區(qū)域的平面表象按一定分解力作行和列的規(guī)則劃分，形成許多格網(wǎng)，每個網(wǎng)格單元稱為象素，柵格數(shù)據(jù)結構實際上就是象元陣列，即象元按矩陣形式的集合，柵格中的每個象元是柵格數(shù)據(jù)中最基本的信息存儲單元，其坐標位置可以用行號和列號確定。 矢量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結構矢量數(shù)據(jù)就是代表地圖圖形的各離散點平面坐標（x，y）的有序集合。拓撲關系是指網(wǎng)結構元素結點、弧段、面域之間的空間關系，主要表現(xiàn)為下列三種關系：拓撲鄰接關系、拓撲關聯(lián)關系、拓撲包含關系 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構用填滿線性目標路徑和充滿面狀目標空間的表達方法作為一體化數(shù)據(jù)結構的基礎，每個線性目標除記錄原始取樣點外，還記錄路徑所通過的柵格，每個面狀地物除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。無論是點、線、還是面均采用面向目標的描述方法，即直接跟隨位置描述信息并進行拓撲關系說明，因而它可以完全保持矢量的特點，而原子空間充填表達建立了位置與地物的聯(lián)系，使之具有柵格的性質。 矢量與柵格數(shù)據(jù)比較矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲量數(shù)據(jù)存儲量小數(shù)據(jù)存儲量大空間位置精度空間位置精度高空間位置精度低連接關系用網(wǎng)絡連接法能完整描述拓撲關系難于建立網(wǎng)絡連接關系輸出效果輸出簡單容易，繪圖細膩、精確、美觀輸出速度快，但繪圖粗糙、不美觀信息處理可對圖形及其屬性進行檢索、更新和綜合便于面狀數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構復雜數(shù)據(jù)結構簡單數(shù)據(jù)獲取獲取數(shù)據(jù)慢快速獲取大量數(shù)據(jù)數(shù)學模擬數(shù)學模擬困難數(shù)學模擬方便疊合分析多種地圖疊合分析困難多種地圖疊合分析方便數(shù)字圖像處理不能直接處理數(shù)字圖像信息能直接處理數(shù)字圖像信息空間分析空間分析不容易實現(xiàn)空間分析易于進行模糊事物描述邊界復雜、模糊的事物難以描述容易描述邊界復雜、模糊的事物費用數(shù)據(jù)輸出的費用較高技術開發(fā)費用低 表31矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)比較 GIS數(shù)據(jù)管理 多樣性空間數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)主要包括矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有GIS系統(tǒng)是基于矢量的，具有比較成熟的管理和建立矢量數(shù)據(jù)庫的能力。同時，目前多數(shù)據(jù)GIS軟件都可以將數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)作為背景與矢量數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)進行套合顯示。由于遙感影像數(shù)據(jù)不斷增長，現(xiàn)有GIS軟件難以組織、調度、存儲與管理這樣的海量數(shù)據(jù)，因此開發(fā)能對多數(shù)據(jù)源、多比例尺、多時相影像數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理和集成的大型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是研究的主要方向。 空間數(shù)據(jù)的無縫組織1）以圖幅為單元建庫以圖幅為建庫單元的缺陷：查詢往往涉及到多幅圖或在不同專題間進行；地理實體的完整性和一致性難以維護；分幅管理對于數(shù)據(jù)共享和地理實體一級的安全管理增加了難度。2）邏輯上無縫組織Intergraph的MGE，ESRI的ARC/INFO等都能建立無縫GIS地理數(shù)據(jù)庫。能夠完成地理數(shù)據(jù)的幾何接邊和邏輯接邊，但物理上仍然按照圖幅的概念進行存儲管理，對同一地理實體的多個幾何標識進行后臺關聯(lián)處理，對用戶來說是不可見的。3）邏輯和物理上無縫組織工程和工作區(qū)：從邏輯上和物理上的無縫組織出發(fā)，一個完整的無縫空間數(shù)據(jù)庫可以被看成是一個工程，在工程中地物要保持存儲、表達的完整性和一致性，在工程中具有唯一的幾何標識和地物標識。工作區(qū)是為了方便使用空間數(shù)據(jù)庫，可以說是在應用時的工程的臨時子集，可以按規(guī)則大小劃分，也可以相互嵌套，最大可以為整個工程。工作區(qū)可以包括任何區(qū)域、任意一層或多層地物。4）數(shù)據(jù)無縫組織基于客戶/服務器結構，突破傳統(tǒng)圖幅分塊，保持地物完整性存放；空間地物的屬性數(shù)據(jù)在工程中統(tǒng)一管理，用關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行管理；為了在工程中有效地組織和表達空間實體，可以按照地物大小對其進行分級抽取，然后對不同大小地物的幾何對象標識進行整理、分層，建立空間索引。 圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接方式1）專題屬性作為圖形數(shù)據(jù)懸掛體：屬性數(shù)據(jù)是作為圖形數(shù)據(jù)記錄的一部分進行存貯的。這種方案只有當屬性數(shù)據(jù)量不大的個別情況下才是有用的。大量的屬性數(shù)據(jù)加載于圖形記錄上會導致系統(tǒng)響應時間的普遍延長。當然，主要的缺點在于屬性數(shù)據(jù)的存取必須經由圖形記錄才能進行。2）屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)完全獨立（完全分開）可以利用現(xiàn)有的CAD技術和DBS技術，維護難度大，相互操作難度大，CAD中刪除一個，必須去找DBS，DBS也必須刪除。3）屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)自成體系（混合處理）圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)自成體系，屬性數(shù)據(jù)有其專用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，很多情況下是用于事務管理的商業(yè)數(shù)據(jù)庫，并且在它基礎上建立了能夠從屬性到圖形的反向參照功能，圖形和屬性間連接是通過關鍵字和標識碼來連接。相互操作難度較大。例如ARC/INFO中ARC實現(xiàn)用拓撲關系定義了空間數(shù)據(jù)，INFO實現(xiàn)了用關系數(shù)據(jù)模型定義屬性數(shù)據(jù)，兩者通過內部代碼和用戶標識碼（USER—ID）作為公共數(shù)據(jù)項。4）屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)結構統(tǒng)一（完全結合）此結構中有雙向指針參照，且由一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來控制，使靈活性和應用范圍均大為提高。這一方案能滿足許多部門在建立信息系統(tǒng)時的要求。CAD中刪除一個圖元，DBS自動刪除。MAPGIS屬于這種類型。 主要GIS軟件的比較ＡＲＣ／ＩＮＦＯ：美國，ESRIＧＥＮＡＭＰ：澳大利亞，GENASYSＩＤＲＩＳＩ：美國，克拉克大學制圖部ＥＲＤＡＳ：美國，ERDASＩＬＷＩＳ：荷蘭，ITCＳｙｓｔｅｍ９：瑞士／美國，PRIME／ComputersionＭＧＥ：美國，intergraphＳＰＡＮＳ：加拿大，Tydel　technologies　cop?。裕桑牵遥桑樱好绹?，Intergraph cooparation 空間數(shù)據(jù)結構與數(shù)據(jù)管理高效的柵格與矢量互換算法；圖形空間數(shù)據(jù)壓縮技術；邏輯結構設計、物理存貯結構的研究從理論走向實用。 數(shù)據(jù)自動輸入技術屬性表格的掃描和識別；圖形掃描和跟蹤；拓撲關系自動生成；圖例符號的自動標識。 3S技術結合 時態(tài)GIS研究空間三維、時間維；三維地理矩陣：位置、屬性、時間作為行、列、高；十六叉樹表示：GIS空間——時間；基態(tài)修正法：不存儲研究區(qū)域中每個狀態(tài)的全部信息，只存貯某個時間的數(shù)據(jù)狀態(tài)（稱為基態(tài)）以及相對于基態(tài)的變化量。 三維GIS的研究三維數(shù)據(jù)結構研究，包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)狀態(tài)表示、數(shù)據(jù)可視化（八叉樹、三維邊界表示法）；三維數(shù)據(jù)生成和管理；三維數(shù)據(jù)顯示。 GIS軟件模式的發(fā)展經歷功能模塊→包式模塊→核心式軟件COMGISCOMGIS的基本思想：把GIS的各大功能模塊劃分為幾個控件，每個控件完成不同的功能，各個GIS控件之間，以及GIS控件與其它非GIS控件之間可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的GIS應用。COMGIS的實現(xiàn)技術主要是面向對象技術、組件式對象模型（COM）及相關技術（OLE、ActiveX）。 WEBGIS通用網(wǎng)關接口技術（Common Gate way Interface ，CGI）服務器應用程序接口方法（Server API）插入法（Plugins）Java語言開放式GIS（OPENGIS）開放式GIS是研究分布式環(huán)境下實現(xiàn)地理空間信息和交互操作的方法。特點： 從系統(tǒng)的信息表達，到系統(tǒng)的功能都易于修改和擴充。支持現(xiàn)有和未來的地理數(shù)據(jù)共享標準。 提供地理信息應用互操作標準接口。支持實時訪問遠程空間數(shù)據(jù)庫和空間信息處理資源的能力。OPENGIS實現(xiàn)技術：面向對象分布式技術、INTERNET技術、WWW技術。 當代GIS發(fā)展的若干技術面向對象技術（Object Oriented）客戶/服務器技術（client/server）部件對象模型（Component Object Model ，COM）對象鏈接與嵌入技術（Object Linking　and Embedding ，OLE）ActiveX技術超媒體技術互聯(lián)網(wǎng)技術通用網(wǎng)關接口技術（Common Gate way Interface ，CGI）服務器應用程序接口方法（Server API）插入法（Plugins）Java語言第四講 MAPGIS的基本概念和體系結構 MAPGIS二次開發(fā)的基本概念 成熟實用的地理信息系統(tǒng)（GIS）的重要標志就是它提供給用戶的二次開發(fā)能力。MAPGIS提供完整的二次開發(fā)函數(shù)庫。用戶完全可以在MAPGIS平臺上開發(fā)面向各自領域的應用系統(tǒng)。 操作系統(tǒng)、MAPGIS開發(fā)庫及MAPGIS應用程序的相互關系如圖41所示： MAPGIS應用程序 MAPGIS 開發(fā)庫圖形、圖象I/O窗口操作 空間分析圖庫操作…工作區(qū)管理 Windows 9Windows 2000、 Windows NT圖41 基于MAPGIS平臺的應用程序目前MAPGIS二次開發(fā)庫主要以API函數(shù)、MFC（Microsoft Foundation Class）類庫、Com組件、ActiveX 控件四種方式提供。開發(fā)庫被封裝在若干動態(tài)鏈接庫（DLL）中。API函數(shù)在使用方法上與Windows的API函數(shù)完全一樣，因此是獨立于開發(fā)工具的。無論您使用VC++、VB還是BC++、Dephi…，您在這些工具中如何調用Windows的API函數(shù)，您就可以怎么調用這些二次開發(fā)函數(shù)。MAPGIS類庫是為基于MFC類庫的C++開發(fā)者提供的多個可重用基類，它將應用程序所需的常見基本功能作了封裝，使用便利，改動靈活。開發(fā)者只需從類庫派生即可使自己的程序獲得從窗口顯示控制到圖形查詢編輯的各項功能。MAPGIS COM組件是MAPGIS新一代體系結構的表現(xiàn)，功能更加強大，使用更加便利。具有二次開發(fā)方便、易于集成、無限擴展等特點。支持多種開發(fā)軟件，包括Visual C++、Visual Basic、Delphi、Script、InterDev、Power Bu