地理信息系统基本概念
GIS原理概述
3.1.1 GIS概念
地理信息系统（GIS）是在计算机软硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并回答用户问题等为主要任务的技术系统。
3.1.2 GIS发展
1）起始发展阶段(60年代)
1963年由加拿大测量学家R.F.Tomlinson提出并建立的世界上第一个地理信息系统是加拿大地理信息系统(CGIS)。
1963年美国哈佛大学城市建筑和规划师Howard T.Fisher设计和建立了SYMAP系统软件。
1966年美国成立了城市和区域信息系统协会(URISA)，1968年国际地理联合会(IGU)设立了地理数据收集委员会(CGDSP)。
1969年，又建立起州信息系统国协会(NASIS)。
2）发展巩固阶段(70年代)
70年代，GIS朝实用方向发展。各国对GIS的研究均投入了大量人力、物力、财力。不同规模、不同专题的信息系统得到很大发展。从1970年到1976年美国地质调查局发展了50多个地理信息系统。GIS受到政府、商业和学校的普遍重视。
3）推广应用阶段(80年代)
80年代，GIS在全世界范围内全面推广应用，应用领域不断扩大，开始用于全球性的问题。开展GIS工作的国家更为广泛，国际合作日益加强。GIS软件开发具有突破性的进展，仅1989年市场上有报价的软件达70多个。代表性的有ARC/INFO（美国）、GENAMAP（澳大利亚）、SPANS（拿加大）、MAPINFO（美国）、MGE（美国）、System9（瑞士/美国）、ERDAS（美国）。
4）蓬勃发展阶段(90年代以后)
90年代，随着地理信息产生的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS已成为确定性的产业，投入使用的GIS系统，每2～3年就翻一番，GIS市场的年增长率为35%以上，从事GIS的厂家已超过300家。G IS已渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。
3.1.3 GIS组成
1）数据输入和检验
2）数据存储和管理
3）数据变换
4）数据输出和表示
5）用户接口
3.1.4 GIS功能
1）数据采集与输入
数据采集与输入，即在数据处理系统中将系统外部的原始数据传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。主要有图形数据输入，如管网图输入；栅格数据输入，如遥感图像的输入；测量数据输入，如全球定位系统（GPS）数据的输入；属性数据输入,如数字和文字的输入。2）数据编辑与更新
数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成，图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、图形变换、投影变换、误差校正等功能。数据更新即以新的数据项或记录来替换数据文件或数据库中相对应的数据项或记录，它是通过删除、修改、插入等一系列操作来实现的。
3）数据存贮与管理
属性数据管理一般直接利用商用关系数据库软件，如ORACLE、ACCESS、FoxBase、FoxPro等进行管理。
空间数据管理是GIS数据管理的核心，各种图形或图像信息都以严密的逻辑结构存放在空间数据库中。4）空间查询与分析
空间查询与分析是GIS核心，主要包括数据操作运算、数据查询检索与数据综合分析。包括矢量数据叠合、栅格数据迭加等操作、算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算等。综合分析主要包括信息量测、属性分析、统计分析、二维模型分析、三维模型分析、多要素综合分析等。
5）数据显示与输出
数据显示是中间处理过程和最终结果的屏幕显示，通常以人机交互方式来选择显示的对象与形式，对于图形数据根据要素的信息量和密集程度，可选择放大或缩小显示。GIS不仅可以输出全要素地图，也可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图、图表及数据等。
3.1.5 GIS应用
资源清查
城乡规划
灾害监测
土地调查
环境管理
城市管网
作战指挥
宏观决策
3.2 GIS空间数据类型
3.2.1栅格数据数据结构
将工作区域的平面表象按一定分解力作行和列的规则划分，形成许多格网，每个网格单元称为象素，栅格数据结构实际上就是象元阵列，即象元按矩阵形式的集合，栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。
3.2.2 矢量数据数据结构
矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标（x，y）的有序集合。
拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关系
3.2.3 矢栅一体化数据结构
用填满线性目标路径和充满面状目标空间的表达方法作为一体化数据结构的基础，每个线性目标除记录原始取样点外，还记录路径所通过的栅格，每个面状地物除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面域栅格。无论是点、线、还面均采用面向目标的描述方法，即直接跟随位置描述信息并进行拓扑关系说明，因而它可以完全保持矢量的特点，而原子空间充填表达建立了位置与地物的联系，使之具有栅格的性质。3.2.4 矢量与栅格数据比较
矢量数据栅格数据
数据存储量数据存储量小数据存储量大
空间位置精度空间位置精度高空间位置精度低
连接关系用网络连接法能完整描述拓扑关系难于建立网络连接关系
输出效果输出简单容易，绘图细腻、精确、美观输出速度快，但绘图粗糙、不美观
信息处理可对图形及其属性进行检索、更新和综合便于面状数据处理
数据结构数据结构复杂数据结构简单
数据获取获取数据慢快速获取大量数据
数学模拟数学模拟困难数学模拟方便
叠合分析多种地图叠合分析困难多种地图叠合分析方便
