地理信息系统原理_孔金玲_第二章地理信息系统的构成与功能

第二章地理信息系统的构成与功能主要内容：2.1地理信息系统的组成2.2地理信息系统的基本功能第二章地理信息系统的构成与功能2.1地理信息系统的组成GIS由四部分组成：计算机硬件系统、软件系统、地理数据和系统的管理、操作人员。2.1.1计算机硬件系统GIS的功能：对地理空间数据进行输入、存储、管理、分析和表达（描述）。要实现上述功能GIS硬件系统应包括：输入设备、存储设备、输出设备及计算机系统。第二章地理信息系统的构成与功能数字化仪扫描仪数字摄影测量系统测绘仪器计算机屏幕键盘鼠标硬盘磁带机光盘绘图仪打印机2.1地理信息系统的组成2.1.1计算机硬件系统第二章地理信息系统的构成与功能2.1地理信息系统的组成2.1.2GIS软件（1）GIS软件层次高水平低水平GIS与用户的接口、通讯软件GIS应用软件包标准软件（图形、数据库）系统库（编程语言、数学函数）操作系统（系统调用、设备运行）GIS基本软件包基础软件第二章地理信息系统的构成与功能2.1地理信息系统的组成2.1.2GIS的软件：（2）GIS软件模块空间查询与空间分析数据输入与转换地理数据库图形及文件编辑显示输出第二章地理信息系统的构成与功能2.1地理信息系统的组成2.1.3地理空间数据以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。包括三个相互联系的方面：（1）空间位置（地理坐标、大地直角坐标等）（2）空间关系（拓扑关系）（3）属性数据（包括定性、定量两方面）第二章地理信息系统的构成与功能2.1地理信息系统的组成2.1.4系统管理、操作人员（用户）进行系统的组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发、并采用地理分析模型提取多种信息，为地理学研究和地理决策服务。系统用户分为不同的层次：（1）高级用户（开发GIS平台）（2）中级用户（基于GIS平台开发应用系统）（3）初级用户（应用GIS系统）过渡第二章地理信息系统的构成与功能2.2地理信息系统的基本功能2.2.1数据采集与编辑功能（1）图形数据采集及编辑图形数据采集的设备：数字化仪、扫描仪、解析测图仪、测绘仪器等。其中数字化仪是联机作业，即GIS带有数据采集系统。数据编辑：图形编辑、修饰、符号设计、拓扑关系建立、属性数据编辑等功能。一个性能良好、用户界面友好的图形处理系统应具有的功能：①友好的人机交互窗口；②文件管理功能；③数据处理功能；④图形编辑窗口显示功能；⑤参数控制功能；⑥符号设计功能；⑦图形编辑功能；⑧建立拓扑关系功能；⑨属性数据输入与编辑功能；⑩地图修饰功能；⑾图形几何功能；⑿查询功能；⒀图形接边处理功能。第二章地理信息系统的构成与功能2.2地理信息系统的基本功能2.2.1数据采集与编辑功能（2）属性数据编辑与分析属性数据是用来描述对象的性质、特征。由于属性数据比较规范，适应于表格表示，所以地理信息系统一般采用关系数据库管理系统（RDBMS）管理。RDBMS为用户提供了一套功能很强的数据编辑和数据库查询语言即SQL语言，系统设计人员可适当组织SQL语言，建立友好的用户界面，以方便用户对属性数据的输入、编辑与查询。属性数据库管理模块的主要功能之一是用户定义各类地物的属性数据结构。数据库管理系统提供了数据的统计、报表及分析功能。GIS中的属性数据管理模块可以利用这些功能进行统计分析，计算平均值、查找最大值、最小值等等。另外，还可以按一定要求建立报表或绘制示意图提供给用户进行分析。映射第二章地理信息系统的构成与功能2.2地理信息系统的基本功能2.2.2地理数据的管理功能地理数据库管理系统的结构：子模式A子模式B概念模式物理模式DB用户B2用户B1用户A2用户A1映射第二章地理信息系统的构成与功能2.2地理信息系统的基本功能2.2.2地理数据的管理功能（1）数据库定义：通过数据库提供的数据描述语言实现。数据描述语言用来定义数据库的逻辑结构，数据库的结构框架。（２）数据库的建立与维护：将原始数据按要求的格式和结构输入数据库，数据库建立以后，需要维护，以确保数据库的安全，以及改善数据库的效率。（３）数据库操作：数据库管理系统接受用户发出的操作指令，对数据进行存贮、恢复、删除、修改等操作。（4）通讯功能：数据库是共享的，除了本系统的专业用户能够方便地应用数据库中的数据外，应能够与其他数据库系统通讯，发送或接收其他数据库系统的数据。第二章地理信息系统的构成与功能2.2地理信息系统的基本功能2.2.3空间查询与空间分析功能这里所述的空间查询与空间分析是从GIS目标之间的空间关系中获取派生的信息和新的知识，用以回答有关空间关系的查询和进行空间分析。（１）空间查询空间关系：点点线线面面可用来完成6种不同的空间查询。第二章地理信息系统的构成与功能2.2地理信息系统的基本功能2.2.3空间查询与空间分析功能（1）空间查询①点—点：检索到某点的距离小于３公里的所有点状地物。②线—线：检索所有与某一主河流关联的支流。③面—面：检索与某个面状地物相邻的所有多边形。④点—线：检索某河流上的桥梁。⑤点—面：检索某市所有的邮局分布点。⑥线—面：检索某国道所经过的所有县市。第二章地理信息系统的构成与功能2.2地理信息系统的基本功能2.2.3空间查询与空间分析功能（2）空间分析利用空间特征之间的空间关系通过空间运算得到新的信息或知识。空间分析是基于空间数据的分析技术，它以地学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态等信息。GIS中，空间分析是比空间查询更为深刻的内容，通过空间分析可以派生出新的信息（知识）。第二章地理信息系统的构成与功能2.2地理信息系统的基本功能2.2.3空间查询与空间分析功能（2）空间分析①缓冲区分析：对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形图，然后将这个图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠置分析，得到所需的结果。②空间叠置分析：同一地区，同一比例尺的两个或两个以上的图层进行叠置（其中至少有一个图层是多边形图层亦称基本图层，其它图层可以是点、线、面图层），生成具有多重属性的新的图层和属性。③泰森多边形分析：首先由离散点建立泰森多边形，然后由多边形内唯一一个离散点的值代表多边形的值。第二章地理信息系统的构成与功能2.2地理信息系统的基本功能2.2.4制图功能GIS的发展是从地图制图和地籍管理开始的，因此，GIS的主要功能之一是用于地图制图。通过图形的编辑清除了图形采集的错误，并根据用户的需要和地物的类型，对数字地图进行整饰，添加符号、颜色和注记。连接绘图仪硬拷贝输出，可以得到一张精美的地图。根据GIS的数据结构和绘图仪的类型，用户可能获得矢量地图或栅格地图。地理信息系统不仅可以为用户输出全要素地图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题地图。第二章地理信息系统的构成与功能2.2地理信息系统的基本功能2.2.5地形分析功能（1）数字高程模型的建立数字高程模型有三种主要的形式：格网DEM，不规则三角网（TIN），以及由两者混合组成的DEM。（2）地形分析①等高线分析②透视图分析③坡度、坡向分析④断面图分析⑤计算地形表面面积和填挖方体积