浅谈地理信息系统（GIS）的组成及主要功能

摘　要：目前地理信息系统在交通、地籍、城市信息、土地监控等领域得到广泛的应用，本文解释了地理信息系统的概念，对地理信息系统的组成及功能进行了阐述，这是其他系统应用地理信息系统的基础。

关键词：地理信息系统（GIS）；组成；功能
1、地理信息系统简述
　　地理信息系统，简称GIS(Geographic information System)，它是一套可以整合各项相关地理资料的信息化操作系统,其架构于一完整丰富的地理数据库之上,并具有资料撷取、编修、更新、储存、查询、处理、分析及展示等不同功能。举例如都市信息系统、土地监控系统、地籍信息系统、交通信息系统及环境监控系统、流域管理系统等等,皆属于地理信息系统的一环。
2、GIS的组成
　　GIS的应用系统由五个主要部分构成，即硬件、软件、数据、人员和方法。
　　2.1  硬件
　　硬件是指操作GIS所需的一切计算机资源。目前的GIS软件可以在很多类型的硬件上运行，从中央计算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境。一个典型的GIS硬件系统除计算机外，还包括数字化仪、扫描仪、绘图仪、磁带机等外部设备。根据硬件配置规模的不同可分为简单型、基本型、网络型。
　　2.2  软件
　　软件是指GIS运行所必须的各种程序。主要包括计算机系统软件和地理信息系统软件两部分。地理信息系统软件提供存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：输入和处理地理信息的工具；数据库管理系统工具；支持地理查询、分析和可视化显示的工具；容易使用这些工具的图形用户界面(GUI)。
　　2.3  数据
　　数据是一个GIS应用系统的最基础的组成部分。空间数据是GIS的操作对象，是现实世界经过模型抽象的实质性内容确良。
　　一个GIS应用系统必须建立在准确合理的地理数据基础上。数据来源包括室内数字化和野外采集，以及从其他数据的转换。数据包括空间数据和属性数据，空间数据的表达可以采用栅格和矢量两种形式。空间数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及几何拓扑关系。
　　2.4  方法
　　这里的方法主要是指空间信息的综合分析方法，即常说的应用模型。它是在对专业领域的具体对象与过程进行大量研究的基础上总结出的规律的表示。GIS应用就是利用这些模型对大量空间数据进行分析综合来解决实际问题的。如基于GIS的矿产资源评价模型、灾害评价模型等。
3、GIS软件系统主要功能
　　一个GIS软件系统应具备五项基本功能，即数据输入、数据编辑、数据存贮与管理、空间查询与空间分析、可视化表达与输出。下图是一个典型的GIS功能框图。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　

　　3.1  数据输入
　　数据输入是建立地理数据库必须的过程。数据输入功能指将地图数据、物化遥数据、统计数据和文字报告等输入、转换成计算机可处理的数字形式的各种功能。对多种形式、多种来源的信息，可实现多种方式的数据输入，如图形数据输入、栅格数据输入、GPS测量数据输入、属性数据输入等。用于地理信息系统空间数据采集的主要技术有两类，即使用数字化仪的手扶跟踪数字化技术和使用扫描仪的扫描技术。手扶跟踪数字化曾在相当长的时间内是空间数据采集的主要方式。扫描数据的自动化编辑与处理是空间数据采集技术研究的重点，随着扫描仪技术性能的提高及扫描处理软件的完善，扫描数字化技术的使用越来越普遍。
　　3.2  数据编辑与处理
　　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。
　　3.3  数据的存储与管理
　　数据的有效组织与管理，是GIS系统应用成功与否的关键。主要提供空间与非空间数据的存储、查询检索、修改和更新的能力。矢量数据结构、光栅数据结构、矢栅一体化数据结构是存储 GIS的主要数据结构。数据结构的选择在相当程度上决定了系统所能执行的功能。
　　3.4  空间查询与分析
　　空间查询与分析是GIS的核心，是GIS最重要的和最具有魅力的功能，也是GIS有别于其他信息系统的本质特征。地理信息系统的空间分析可分为三个层次的内容：
    （1）空间检索：包括从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体；
    （2）空间拓扑叠加分析：实现空间特征（点、线、面或图像）的相交、相减、合并等，以及特征属性在空间上的连接；
    （3）空间模型分析：如数字地形高程分析、BUFFER分析、网络分析、图像分析、三维模型分析、多要素综合分析及面向专业应用的各种特殊模型分析等。
　　3.5 可视化表达与输出
　　中间处理过程和最终结果的可视化表达是GIS的重要功能之一。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。　
　　除上述五大功能外，还有用户接口模块，用于接收用户的指令、程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。由于地理信息系统功能复杂，且用户又往往为非计算机专业人员，用户界面是地理信息系统应用的重要组成部分，使地理信息系统成为人机交互的开放式系统。
　　参考文献：
　　[1]上海市信息化委员会编著，《城市地理信息系统——原理、应用与项目管理》，科学出版社，2008。
　　[2]康玲编著，《地理信息系统原理与应用》，水利水电出版社，2009。