請教哪位知道gis具體是什么？

（一）GIS簡介--什么是GIS ？

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地理信息系統(tǒng) (GIS, Geographic Information System) 是一種基于計算機的工具，它可以對在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進行成圖和分析。 GIS 技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計分析等）集成在一起。這種能力使 GIS與其他信息系統(tǒng)相區(qū)別，從而使其在廣泛的公眾和個人企事業(yè)單位中解釋事件、預測結果、規(guī)劃戰(zhàn)略等中具有實用價值。

我們當今面臨世界的最主要的挑戰(zhàn)是——人口過多，環(huán)境污染，森林破壞，自然疾病等。這些都與地理因素有關。

不論是從事一種新的職業(yè)，還是尋找生長香蕉的最合適的土壤，或是為救護車計算最佳的行車路線，這些本地問題也都有地理因素。

地圖制作和地理分析已不是新鮮事，但GIS執(zhí)行這些任務比傳統(tǒng)的手工方法更好更快。而且，在GIS技術出現(xiàn)之前，只有很少的人具有利用地理信息來幫助做出決定和解決問題的能力。

今天，GIS 已是一個全球擁有數(shù)十萬的人員和數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。GIS已在全世界的中學、學院、大學里被講授。在每個領域里的專家不斷地意識到按地理的觀點來思考和工作所帶來的優(yōu)越性。

（二）GIS簡介----一個GIS的組成

GIS 由五個主要的元素所構成： 硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法。

硬 件

硬件是GIS所操作的計算機。今天，GIS軟件可以在很多類型的硬件上運行。從中央計算機服務器到桌面計算機，從單機到網(wǎng)絡環(huán)境。

軟 件

GIS軟件提供所需的存儲、分析和顯示地理信息的功能和工具。主要的軟件部件有：

輸入和處理地理信息的工具

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)

支持地理查詢、分析和視覺化的工具

容易使用這些工具的圖形化界面(GUI)

數(shù) 據(jù)

一個GIS系統(tǒng)中最重要的部件就是數(shù)據(jù)了。地理數(shù)據(jù)和相關的表格數(shù)據(jù)可以自己采集或者從商業(yè)數(shù)據(jù)提供者處購買。GIS將把空間數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成在一起，而且可以使用那些被大多數(shù)公司用來組織和保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，來管理空間數(shù)據(jù)。

人 員

GIS技術如果沒有人來管理系統(tǒng)和制定計劃應用于實際問題，將沒有什么價值。GIS的用戶范圍包括從設計和維護系統(tǒng)的技術專家，到那些使用該系統(tǒng)并完成他們每天工作的人員。

方 法

成功的GIS系統(tǒng)，具有好的設計計劃和自己的事務規(guī)律，這些是規(guī)范而且對每一個公司來說具體的操作實踐又是獨特的。

（三）GIS簡介--GIS如何工作

GIS就是用來存儲有關世界的信息，這些信息是可以通過地理關系連接在一起的所有主題層集合。這個簡單卻非常有力和通用的概念，對于解決許多真實世界的問題具有無價的作用，這些問題包括：跟蹤傳輸工具、記錄計劃的詳細資料，模擬全球的大氣循環(huán)等。

地理參考系統(tǒng)

地理信息包含有明確的地理參照系統(tǒng)，例如經(jīng)度和緯度坐標，或者是國家網(wǎng)格坐標。也可以包含間接的地理參照系統(tǒng)，例如地址、郵政編碼、人口普查區(qū)名、森林位置識別、路名等。一種叫做地理編碼的自動處理系統(tǒng)用來從間接的參照系統(tǒng)，如地址描述，轉變成明確的地理參照系統(tǒng)，如多重定位。這些地理參考系統(tǒng)可以使你定位一些特征，例如商業(yè)活動、森林位置，也可以定位一些事件，例如地震，用于做地表分析。

矢量和柵格模式

地理信息系統(tǒng)工作于兩種不同的基本地理模式——矢量模式和柵格模式。

在矢量模式中，關于點、線和多邊形的信息被編碼并以x、y坐標形式儲存。一個點特征的定位，例如一個鉆孔，可以被一個單一的x、y坐標所描述。線特征，例如公路和河流，可以被存儲于一系列的點坐標。多邊形特征，例如銷售地域或河流聚集區(qū)域，可以被存儲于一個閉合循環(huán)的坐標系。矢量模式非常有利于描述一些離散特征，但對連續(xù)變化的特征，例如土壤類型或趕往醫(yī)院的開銷等，就不太有用。

柵格模式發(fā)展為連續(xù)特征的模式。柵格圖象包含有網(wǎng)格單元，有點像掃描的地圖或照片。不管是矢量模式還是柵格模式，用來存儲地理數(shù)據(jù)，都有優(yōu)點和缺陷。現(xiàn)代的GIS都可以處理這兩種模式。

（四）GIS簡介--GIS 的任務

一般來說，GIS有以下五個過程或任務：

輸入

處理

管理

查詢和分析

可視化

輸入

在地理數(shù)據(jù)用于GIS之前，數(shù)據(jù)必須轉換成適當?shù)臄?shù)字格式。從圖紙數(shù)據(jù)轉換成計算機文件的過程叫做數(shù)字化。對于大型的項目，現(xiàn)代GIS技術可以通過掃描技術來使這個過程全部自動化，對于較小的項目，需要手工數(shù)字化（使用數(shù)字化桌）。

目前，許多地理數(shù)據(jù)已經(jīng)是GIS兼容的數(shù)據(jù)格式。這些數(shù)據(jù)可以從數(shù)據(jù)提供商那里獲得并直接裝入GIS中。

處理

對于一個特殊的GIS項目來說，有可能需要將數(shù)據(jù)轉換成或處理成某種形式以適應你的系統(tǒng)。例如，地理信息適用于不同的比例尺（街道中心線文件的比例尺也許是1:100,000；人口邊界是1:50,000；郵政編碼是1:10,000）。在這些信息被集成以前，必須轉變成同一比例尺。這可以是為了顯示的目的而做的臨時變換，也可以是為了分析所做的永久變換。GIS技術提供了許多工具來處理空間數(shù)據(jù)和去除不必要的數(shù)據(jù)。

管理

對于小的GIS項目，把地理信息存儲成簡單的文件就足夠了。但是，當數(shù)據(jù)量很大而且數(shù)據(jù)用戶數(shù)很多時，最好使用一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS），來幫助存儲、組織和管理數(shù)據(jù)。一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS就是用來管理一個數(shù)據(jù)庫—一個數(shù)據(jù)的完整收集——的計算機軟件。

有許多不同的DBMS設計，但在GIS中，關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設計是最有用的。在關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計中，概念上數(shù)據(jù)都被存儲成一系列的表格。不同表格中的共同字段可以把它們連接起來。這個令人驚訝的簡單設計被廣泛地應用，主要是由于它的靈活性以及在使用GIS和不使用GIS時，都被廣泛地采用。

查詢和分析

一旦你擁有一個包含你的地理信息的多功能的GIS系統(tǒng)，你可能開始提出象下面這樣的一些簡單問題：

這個角落上的這塊土地屬于誰？

兩個地方之間的距離是多少？

工業(yè)用地的邊界在哪里？

有關分析的問題可能是：

適合于蓋新房子的所有地點在哪里？

生長橡樹的最好的土壤類型是什么？

如果我要在這里建一條高速公路，它將如何影響交通？

GIS提供簡單的鼠標點擊查詢功能和復雜的分析工具，為管理者和類似的分析家提供及時的信息。當你分析地理數(shù)據(jù)用于尋找模式和趨勢，或提出“如果……怎么樣”設想時，GIS技術實際上正在被使用。現(xiàn)代的GIS具有許多有力的分析工具，但是有兩個是特別重要的。

1. 接近程度分析

在這片水域周圍100米范圍內有多少房子？

這家商店附近10公里范圍內共有多少消費者？

在這口井周圍500米范圍內紫花苜蓿這種植物占多大面積？

為了回答這些問題，GIS技術使用一個叫做緩沖的處理方法，來確定特征間的接近關系。

2. 覆蓋范圍分析

不同數(shù)據(jù)層的綜合方法叫做覆蓋。簡單的說，它可以是一個可視化操作，但是分析操作需要一個或多個物理連接起來的數(shù)據(jù)層。覆蓋，或空間連接，可以將稅收數(shù)據(jù)與土地、斜坡、植被或土地所有者等集成在一起。

可視化

對于許多類型的地理操作，最終結果最好是以地圖或圖形來顯示。圖件對于存儲和傳遞地理信息是非常有效的。制圖者已經(jīng)生產(chǎn)了上千年的地圖，GIS為擴展這種制圖藝術和科學提供了嶄新的和激動人心的工具。地圖顯示可以集成在報告、三維觀察、照片圖象和例如多媒體的其他輸出中。

（五）GIS簡介--相關技術

GIS與其他幾種信息系統(tǒng)密切相關，但由于其處理和分析地理數(shù)據(jù)的能力使其與它們相區(qū)別。盡管沒有什么硬性的和快速的規(guī)則來給這些信息系統(tǒng)分類，但下面的討論可以幫助區(qū)分GIS和桌面制圖、計算機輔助設計CAD、遙感、DBMS、以及GPS技術。

桌面制圖

桌面制圖系統(tǒng)用地圖來組織數(shù)據(jù)和用戶交互。這種系統(tǒng)的主要目的是產(chǎn)生地圖：地圖就是數(shù)據(jù)庫。大多數(shù)桌面制圖系統(tǒng)只有及其有限的數(shù)據(jù)管理、空間分析以及個性化能力。桌面制圖系統(tǒng)在桌面計算機上進行操作，例如PC機，Macintosh以及小型UNIX工作站。

計算機輔助設計CAD

計算機輔助設計(CAD)系統(tǒng)促進了產(chǎn)生建筑物和基本建設的設計和規(guī)劃。這種設計需要裝配固有特征的組件來產(chǎn)生整個結構。這些系統(tǒng)需要一些規(guī)則來指明如何裝配這些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系統(tǒng)已經(jīng)擴展可以支持地圖設計，但管理和分析大型的地理數(shù)據(jù)庫的工具很有限。

遙感和GPS

遙感是一門使用傳感器對地球進行測量的科學和技術，例如，飛機上的照相機，全球定位系統(tǒng)（GPS）接收器，或其他設備。這些傳感器以圖象的格式收集數(shù)據(jù)，并為利用、分析和可視化這些圖象提供專門的功能。由于它缺乏強大的地理數(shù)據(jù)管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。

DBMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)專門研究如何存儲和管理所有類型的數(shù)據(jù)，其中包括地理數(shù)據(jù)。DBMS使存儲和查找數(shù)據(jù)最優(yōu)化，許多GIS為此而依靠它。相對于GIS而言，它們沒有分析和可視化的工具。

（六）GIS簡介--GIS可以做什么？

進行地理信息查詢和分析

GIS搜索數(shù)據(jù)庫并進行地理信息查詢的能力，節(jié)約了許多公司數(shù)以百萬計的美元。GIS可以：

縮短回答客戶請求的時間

找到適合于開發(fā)的土地

在糧食、土壤和天氣之間找尋相關關系

電氣線路故障定位

房地產(chǎn)經(jīng)紀人可以用GIS在一定的區(qū)域內尋找滿足下列條件的所有房屋：瓦蓋的屋頂、 五個房間，并可列出它們的所有特點。

查詢可以通過增加準則來進一步細化：房價必須每平方英尺少于100美元。還可以列出這些房屋離學校在一定的距離之內。

改進機構集成

許多采用了GIS的機構發(fā)現(xiàn)其主要效益之一是改進了它們自己的機構和資源的管理。由于GIS具有將數(shù)據(jù)集合和地理信息鏈接起來的能力，促使它們之間共享和交流局部信息。通過產(chǎn)生可共享的數(shù)據(jù)庫，一個部門可從另一個部門的工作中得到好處，這是由于數(shù)據(jù)只需采集一次，但應用多次。

由于個人和部門之間的通訊在增加，冗余被減少，生產(chǎn)力提高，整體組織效率改進。因此，在一個有效的公司里，用戶和基本建設數(shù)據(jù)庫可以集成在一起，這樣，當需要進行維護時，受影響的用戶會得到計算機發(fā)出的信件。

做出好的決定

一個古老的格言“好的信息導致好的決定”，對于GIS和其他信息系統(tǒng)來說都是正確的。然而，一個地理信息系統(tǒng)（GIS），并不是一個自動決策系統(tǒng)，而是一個查詢、分析和支持作出決策處理的圖件數(shù)據(jù)工具。GIS技術已經(jīng)被用于幫助完成一些任務，例如：為計劃調查提供信息，幫助解決領土爭端，以最小化視覺干擾為原則設置路標。

GIS可以用于幫助一個新房址的選定，以使其受環(huán)境影響最小，在低風險區(qū)域，離人口聚集地近。可以以地圖和附加報告的方式簡潔而清晰的提供這個信息，使決策者集中精力于實際的問題，而不是花時間去理解數(shù)據(jù)。由于GIS結果能夠很快地獲得，多個假想的結果可以被高效地評價。

制圖

圖件在GIS中占有重要的一席之地。GIS的制圖方法比傳統(tǒng)的人工或自動繪圖方法要靈活得多。她開始于數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建。已經(jīng)存在的紙張圖件可以進行數(shù)字化，并可以把計算機兼容的信息轉換到GIS中。以GIS為基礎的圖形數(shù)據(jù)庫是可以延續(xù)的，比例尺也不受限制。圖件可以以任何地點為中心，比例尺任意，使用突出效果的特殊字符有效地顯示所選擇的信息。

地圖集和地圖叢書的特征可以用計算機程序編碼，并與最終的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品相比較。在其他GIS中使用的數(shù)字化產(chǎn)品還可以來自數(shù)據(jù)庫的簡單拷貝。在一個大的組織機構中，地形數(shù)據(jù)庫可以被其他部門用作參考構架。

請問哪里會用用到GIS？—GIS的廣泛應用

以下是地理信息系統(tǒng)在各自領域內的作用： 資源管理(Resource Management)

主要應用于農業(yè)和林業(yè)領域，解決農業(yè)和林業(yè)領域各種資源(如土地、森林、草場) 分布、分級、統(tǒng)計、制圖等問題。主要回答“定位”和“模式”兩類問題。 資源配置(Resource Configuration)

在城市中各種公用設施、救災減災中物資的分配、全國范圍內能源保障、糧食供 應等到機構的在各地的配置等都是資源配置問題。GIS在這類應用中的目標是保證 資源的最合理配置和發(fā)揮最大效益。 城市規(guī)劃和管理(Urban Planning and Management)

土地和地籍管理涉及土地使用性質變化、地塊輪廓變化、地籍權屬關系變化等許 多內容，借助GIS技術可以高效、高質量地完成這些工作。 生態(tài)、環(huán)境管理與模擬(Environmental Management and Modeling)

區(qū)域生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境現(xiàn)狀評價、環(huán)境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環(huán) 境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的決策支持、環(huán)保設施的管理、環(huán)境規(guī)劃等。 應急響應(Emergency Response)

地形分析、流域分析、土地利用研究、經(jīng)濟地理研究、空間決策支持、空間統(tǒng)計 分析、制圖等都可以借助地理信息系統(tǒng)工具完成。ArcInfo系統(tǒng)就是一個很好的 地學分析應用軟件系統(tǒng)。 商業(yè)與市場(Business and Marketing)

商業(yè)設施的建立充分考慮其市場潛力。例如大型商場的建立如果不考慮其他商場 的分布、待建區(qū)周圍居民區(qū)的分布和人數(shù)，建成之后就可能無法達到預期的市場 和服務面。有時甚至商場銷售的品種和市場定位都必須與待建區(qū)的人口結構(年 齡構成、性別構成、文化水平)、消費水平等結合起來考慮。地理信息系統(tǒng)的空 間分析和數(shù)據(jù)庫功能可以解決這些問題。 房地產(chǎn)開發(fā)和銷售過程中也可以利用GIS功能進行決策和分析。 基礎設施管理(Facilities Management)

城市的地上地下基礎設施(電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設施、 電力設施等)廣泛分布于城市的各個角落、且這些設施明顯具有地理參照特征的。 它們的管理、統(tǒng)計、匯總都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。 選址分析(Site Selecting Analysis)

根據(jù)區(qū)域地理環(huán)境的特點，綜合考慮資源配置、市場潛力、交通條件、地形特征、 環(huán)境影響等因素，在區(qū)域范圍內選擇最佳位置，是GIS的一個典型應用領域，充 分體現(xiàn)了GIS的空間分析功能。 網(wǎng)絡分析(Newwork System Analysis)

建立交通網(wǎng)絡、地下管線網(wǎng)絡等的計算機模型，研究交通流量、進行交通規(guī)則、 處理地下管線突發(fā)事件(爆管、斷路)等應急處理。 警務和醫(yī)療救護的路徑優(yōu)選、車輛導航等也是GIS網(wǎng)絡分析應用的實例。 可視化應用(Visualization Application)

以數(shù)字地形模型為基礎，建立城市、區(qū)域、或大型建筑工程、著名風景名勝區(qū)的 三維可視化模型，實現(xiàn)多角度瀏覽，可廣泛應用于宣傳、城市和區(qū)域規(guī)劃、大型 工程管理和仿真、旅游等領域。 分布式地理信息應用(Distributed Geographic Information Application)

隨著網(wǎng)絡和Internet技術的發(fā)展，運行于Intranet或Internet環(huán)境下的地理信息 系統(tǒng)應用類型，其目標是實現(xiàn)地理信息的分布式存儲和信息共享，以及遠程空間 導航等。 不可否認GIS的應用還是很廣泛的，可是還是有很多人不了解GIS，甚至都沒聽說過？那它真的有那么強大么？我們又為什么要用到GIS技術呢？下面來說一下GIS技術的強大之處 改進企業(yè)的數(shù)據(jù)綜合能力 應用GIS技術的一個最重要的好處就是提高管理企業(yè)和資源的能力。GIS系統(tǒng)能夠通過一些基于位置的數(shù)據(jù)（如地址等）將數(shù)據(jù)集關聯(lián)在一起，幫助企業(yè)中的各個部門和分部共享數(shù)據(jù)。通過建立共享數(shù)據(jù)庫，一個部門可以從其它部門的工作中獲利——數(shù)據(jù)只要被收集和整理一次，但可以被不同部門多次使用。更好地決策 “知己知彼”才能更好地決策，現(xiàn)在GIS為決策提供了更多、更直觀的信息。雖然GIS不是一個自動決策系統(tǒng)，但是一個作為決策過程提供查詢、分析和地圖數(shù)據(jù)支持的工具，GIS無疑是最優(yōu)秀的。舉例來說，GIS可以幫助房地產(chǎn)開發(fā)商找到最佳的建房地段，并且滿足如下一系列要求，最小的環(huán)境影響，在低風險、低犯罪率的地區(qū)，靠近人口密集的市中心。所有的這些數(shù)據(jù)都可以用地圖的形式簡潔而清晰地顯示出來，或者出現(xiàn)在相關的報告中，使得決策的制定者不必再浪費精力在分析和理解數(shù)據(jù)上，而可以直接關注真實的結果。因為GIS可以快速的生成結果，并且可以高效和快速地對這些方案進行評估。制作地圖 我們經(jīng)常把GIS軟件稱為“繪圖軟件”。而我們也經(jīng)常把GIS所做的繪圖工作與繪制地圖聯(lián)系起來，其實在很多情況下GIS技術可以靈活的繪制各種各樣的地形，甚至可以繪制人體。總而言之，GIS可以描繪任何你希望用圖形顯示的數(shù)據(jù)。 而GIS技術繪制地圖的好處就是比傳統(tǒng)的手工操作或自動制圖工具更加靈活。一個GIS系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)創(chuàng)建地圖，而且現(xiàn)有的紙質地圖也同樣可以數(shù)字化并轉化進GIS系統(tǒng)。 基于GIS的繪圖數(shù)據(jù)庫可以是連續(xù)的，也可以以任意比例尺顯示。也就是說可以生產(chǎn)以任意地段為中心，任意比例尺的地圖產(chǎn)品，并且可以有效地選擇各種符號高亮顯示某些特征。只要擁有數(shù)據(jù)，地圖可以用任意比例尺創(chuàng)建很多次。 模式識別是人類優(yōu)于其他動物之處。這一點非常重要，因為當我們說“我看見了”時常常意味的是“我理解了”。人們在表格中通過行和列了解數(shù)據(jù)和通過直觀的地圖了解數(shù)據(jù)有非常大的不同，這不僅僅是美學上的原因，而是根本上的不同——用直觀的方式了解數(shù)據(jù)會對你認識事務之間的關系和最終得出結論產(chǎn)生非常大的影響。

求GIS的幾大特點

1. 空間可視化(Spatial Visualizaiton)

a. 空間地物輪廓特征的可視化

信息系統(tǒng)是對現(xiàn)實世界的計算機模擬，而地理信息系統(tǒng)則突出了它對現(xiàn)實世界空間關系的模擬。使用我們對于在空間中各事物的狀態(tài)有一個非常直觀的感受。無論是在屏幕上展示一幅可以無級縮放和信息查詢的地圖，還是展現(xiàn)一幅三維的地形模型，都使我們對現(xiàn)實世界空間關系的認識更為直觀、具體。或許我們可以用計算機科學中常用的“所見即所得”一詞來解釋這一點。

b. 具有空間參照特點的地物專題屬性信息的可視化

地理信息系統(tǒng)的空間可視化功能還包括對空間分布的地物的屬性信息的圖形可視化，這一點是由地理信息系統(tǒng)的一個重要特征來保證的，即GIS實現(xiàn)了空間信息和屬性信息的集成管理，并能夠完善地建立二者之間的聯(lián)系。例如，利用一張中國的行政區(qū)劃圖，我們可以從地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中提取各省、直轄市、自治區(qū)1994年的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算人口密度，并按人口密度的分級指標指定不同的色彩和填充方式顯示行政區(qū)所對應的圖斑(這實現(xiàn)上是一個從屬性到空間的關聯(lián)過程)，這樣空間地物的專題屬性特征就可以通過地理信息系統(tǒng)工具實現(xiàn)具有空間參照信息的可視化。

2. 空間導向(Spatial Navigation)

利用地理信息系統(tǒng)，我們不僅可以縱覽研究區(qū)域的全域，還可以利用縮放和漫游等GIS所提供的基本功能深入到我們更感興趣的區(qū)域去研究。

一個完善的地理信息系統(tǒng)提供了空間數(shù)據(jù)庫功能，使用我們可以以小比例尺查看全局，以中比例尺查看局部，以大比例尺查看細部。在比例尺不斷增大的同時，展現(xiàn)給用戶的空間信息內容會不斷更新。例如在瀏覽一個行政省全局時，只需要顯示大的河流、省級公路鐵路以及市縣級行政分區(qū)圖斑等全局信息，而隨著比例尺的不斷增大，就需要顯示宗地、建筑物、公園等具體的空間地物。這些與地圖學中強調的制圖綜合的概念是相似的。

地理信息系統(tǒng)的空間導向功能還可以從空間查詢功能中得到體現(xiàn)。例利用一張省級土地利用圖，我們可以通過空間查詢找到“城市中的公園”，并即時將地圖的顯示范圍縮放到所有“公園”空間分布的范圍內，這樣同樣是空間導向作用的體現(xiàn)。

3. 空間思維(Spatial Thinking)

地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫在存貯各地物的空間描述信息的同時，還存貯了地物之間的空間關系，這一特點為進行空間分析提供了基礎。

地理信息系統(tǒng)的空間思維，就是要利用GIS數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存貯的信息，通過GIS的工具(例如緩沖區(qū)分析、疊置分析)，生成GIS空間數(shù)據(jù)庫中并求存貯的信息。

地理信息系統(tǒng)將許多空間分析工具集成起來，并提供二次開發(fā)工具。在進行空間分析時，用戶將各種分析工具按所研究領域的專業(yè)模型組織成一個程序(即計算機可以識別和操作的思路)，交由地理信息系統(tǒng)完成，最后提供空間可視化的分析結果。

地理信息系統(tǒng)的空間思維功能使我們能夠揭示空間關系、空間分布模式和空間發(fā)展趨勢等其它類型信息系統(tǒng)所無法完成的任務。

城市與區(qū)域規(guī)劃是地理信息系統(tǒng)技術體現(xiàn)空間思維特征的最典型的應用領域

矢量化及MAPGIS相關技術

秦爽 李進化

（河南省地質博物館，鄭州450016）

摘要 地質圖件的矢量化，是解決地質圖件數(shù)字化瓶頸難題的必然途徑，隨著計算機與信息技術的迅速發(fā)展，數(shù)字化成圖方式已被廣泛應用，基于數(shù)字化地質圖的機助編繪勢在必行。本文從掃描矢量化的實際出發(fā)，從MAPGIS的基礎準備到具體操作等環(huán)節(jié)進行了分析，并結合了本人工作實踐，得出利用MAPGIS矢量化圖像的幾點體會。

關鍵詞 掃描；矢量化；柵格圖像；矢量圖形；MAPGIS；編輯；數(shù)字化

對于原有地質資料進行矢量化管理已成為趨勢。對圖件數(shù)字化不外乎兩種方法，一種是利用數(shù)字化儀進行數(shù)字化，誤差來源定向誤差，采集誤差等，這種方法在20世紀80、90年代曾流行一時，但由于投資較大，誤差較高，很少有人再使用；另一種方法是將圖件掃描成柵格圖像，并利用光柵矢量混合編輯軟件如MAPGIS、GTX、AutoCAD Overlay等來轉變成矢量數(shù)字圖形。

1 掃描矢量化的基本概念

（1）數(shù)字化。數(shù)字化是指把圖形、文字等模擬信息轉換成為計算機能夠識別、處理、貯存的數(shù)字信息的過程。

（2）矢量化。矢量化是指把柵格數(shù)據(jù)轉換成矢量數(shù)據(jù)的過程。

（3）光柵化。光柵化是指把矢量數(shù)據(jù)轉換成柵格數(shù)據(jù)的過程。

（4）柵格圖像。也稱光柵圖像，是指在空間和亮度上都已經(jīng)離散化了的圖像。我們可以把一幅柵格圖像考慮為一個矩陣，矩陣中的任一元素對應于圖像中的一個點，而相應的值對應于該點的灰度級，數(shù)字矩陣中的元素叫做像素。數(shù)字圖像與馬賽克拼圖相似，是由一系列像素組成的矩形圖案，如果所有的像素有且僅有兩個灰度級（黑或白），則稱其為二值圖像，即位圖；否者稱其為灰度圖像或彩色圖像。

（5）矢量圖形。在介紹矢量圖形之前，我們首先闡述矢量對象的概念。矢量對象是以矢量的形式，即用方向和大小來綜合表示目標的形式描述的對象。例如畫面上的一段直線，一個矩形，一個點，一個圓，一個填充的封閉區(qū)域等。矢量圖形文件就是由這些矢量對象組合而成的描述性文件。矢量圖形則是計算機軟件通過一定算法，將矢量對象的描述信息在顯示終端上重繪的結果。

紙質地圖經(jīng)掃描儀掃描后，初步保存為柵格圖像（常見的格式有TIFF、BMP、PCX、JPEG等）。柵格圖像在地理應用領域有著這樣的缺陷：首先，柵格圖像文件對圖像的每一像素點（不管前景或背景像素）都要保存，所以其存儲量特別大。另外，我們不能對圖像上的任一對象（曲線、文字或符號）進行屬性修改、拷貝、移動及刪除等圖形編輯操作，更不能進行拓撲求解，只能對某個矩形區(qū)域內的所有像素同時進行圖像編輯操作。此外，當圖像進行放大或縮小顯示時，圖像信息會發(fā)生失真，特別是放大時圖像目標的邊界會發(fā)生階梯效應，正如點陣漢字放大顯示發(fā)生階梯效應的原理一樣。

而矢量圖形則不同。在矢量圖形中每個目標均為單個矢量單位（點、線、面）或多個矢量單位的結合體。基于這樣的數(shù)據(jù)結構，我們便可以很方便地在地圖上編輯各個地物，將地物歸類，以及求解各地物之間的空間關系。并有利于地圖的瀏覽、輸出。矢量化則是利用數(shù)字圖像處理算法，將源圖上的各種柵格陣列識別為矢量對象，最后以一定格式保存的過程。矢量圖形在工業(yè)、制圖業(yè)、土地利用部門等行業(yè)都有廣泛的應用。在這些領域的許多成功軟件都基于矢量圖形，或離不開矢量圖形的參與，如MAPGIS、AutoCAD、ARC/INFO、Corel Draw、GeoStar等等。

隨著計算機科學、地理學、制圖學、遙感與攝影測量學、圖形圖像技術以及數(shù)據(jù)庫技術的不斷發(fā)展，地理信息系統(tǒng)已成為一種功能強大、性能完善的計算機系統(tǒng)，廣泛應用于規(guī)劃、土地、測繪、建設、環(huán)保、軍事等諸多部門，成為政府部門進行科學管理和快速決策時不可或缺的工具。而各具特點的 GIS和制圖應用軟件也給社會用戶提供更大的選擇性。MAP GIS作為較早發(fā)展起來的國產(chǎn) GIS軟件，國內擁有一定數(shù)量的用戶。

由中國地質大學開發(fā)的MAP GIS是一個具有國際先進水平的地理信息系統(tǒng)，它分為“圖形處理”、“庫管理”、“空間分析”、“圖像處理”及“實用服務”5大部分，共計21個子系統(tǒng)。使用時，用戶根據(jù)自己的不同需要，隨機選擇各個子系統(tǒng)。

2 MAPGIS 掃描矢量化輸入

掃描矢量化，通過掃描儀輸入掃描圖像，然后通過矢量追蹤，確定實體的空間位置。對于高質量的原資料，掃描是一種省時、高效的數(shù)據(jù)輸入方式。MAPGIS掃描矢量化的主要功能有：

圖像格式轉換功能——系統(tǒng)可接受掃描儀輸入的TIFF柵格數(shù)據(jù)格式，并將其轉換為MAPGIS系統(tǒng)的標準RBM格式。

矢量跟蹤導向功能——可對整個圖形進行全方位游覽，任意縮放，自動調整矢量化時的窗口位置，以保證矢量化的導向光標始終處在屏幕中央。在多灰度級圖像上跟蹤線劃時，保證跟蹤中心線。

多種矢量化處理功能——系統(tǒng)提供了交互式手動、半自動、細化全自動和非細化全自動矢量化方式，同時提供了全圖矢量化和窗口內矢量化功能，供用戶選擇。

自動識別功能——系統(tǒng)應用人工智能及模式識別的技術，在我國率先成功地實現(xiàn)灰度掃描地圖矢量化和彩色掃描地圖矢量化，克服了二值掃描地圖矢量化的致命弱點，使之彩色地圖可達全要素一次性矢量化。

編輯校正功能——系統(tǒng)提供了對矢量化后的圖元（包括點圖元和線圖元），進行編輯、修改等功能，可隨時進行任意大小比例的顯示，便于校對；對漢字、圖符等特殊圖元，可直接調用系統(tǒng)庫，根據(jù)給定的參數(shù)，自動輸入生成。

3 MAPGIS 的基本概念

MAP GIS把地圖數(shù)據(jù)根據(jù)基本形狀分為三類：點數(shù)據(jù)，線數(shù)據(jù)和區(qū)數(shù)據(jù)（亦即面數(shù)據(jù)）。與之相對應，文件的基本類型也分為三類：點文件（?.WT），線文件（?.WL）和區(qū)文件（?.WP）。只有包括所有地圖數(shù)據(jù)的三類文件都疊加起來時，才構成一幅完整的地圖。

3.1 點

點是地圖數(shù)據(jù)中點狀物的統(tǒng)稱，是由一個控制點決定其位置的符號或注釋。它不是一個簡單的點，而是包括各種注釋（英文、漢字、阿拉伯數(shù)字等）和專用符號（包括圓、弧、直線、五角星、亭子等各類符號）。它與線編輯中“線上加點”的點的概念不同，“線上加點”的點是坐標點。所有的點圖元數(shù)據(jù)都保存在點文件中（?.WT）。

3.2 線

線是地圖中線狀物的統(tǒng)稱。MAP GIS將各種線型（如點劃線、省界、國界、等高線、路、河堤）以線為單位作為線圖元來編輯。所有的線圖元數(shù)據(jù)都保存在線文件中（?.WL）。

3.3 區(qū)

區(qū)通常也稱面，它是由首尾相連的弧段組成封閉圖形，并以顏色和花紋圖案填充封閉圖形所形成的一個區(qū)域。如湖泊、居民地等。所有的區(qū)圖元數(shù)據(jù)都保存在區(qū)文件中（?.WP）。

3.4 圖層

在GIS的應用中，同一文件中有多種類型的地理要素。如一個線文件中可能包括等高線、公路、鐵路、河流等多種類型的線。為了便于編輯和管理，一般情況下，可以把同一類型的地理要素放到同一圖層，例如：將所有的鐵路線都放到鐵路圖層，而把所有的等高線都存放到等高線圖層，這樣所有的圖層都疊加起來就構成了一個完整的線文件。特殊情況下，一個圖層也可存為一個單獨的文件。

3.5 工程

一個工程由一個或一個以上的點文件、一個或一個以上的線文件和一個或一個以上的區(qū)文件組成。

3.6 編輯處理

數(shù)據(jù)輸入計算機后，就要進入圖形編輯、數(shù)據(jù)校正、圖廓整飾、鄰圖接邊、誤差消除等項工作。由MAP GIS圖形編輯子系統(tǒng)、拓撲結構編輯子系統(tǒng)、錯誤檢查和數(shù)據(jù)校正等子系統(tǒng)來完成上述各項編輯處理任務。

3.7 顏色設計

顏色是地學圖表現(xiàn)的一種重要要素，它直接影響地學圖的表現(xiàn)力和圖面效果。因此，地學圖對顏色的要求是非常嚴格的。MAP GIS對地學圖作了顏色的要求，在分析了地學圖印刷特點的基礎上，設計了一套靈活、方便、精確的顏色定義和色標系統(tǒng)。

3.8 圖形輸出

圖形輸出是MAP GIS系統(tǒng)中最后一道工序，通常是把顯示所需的圖形數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析、處理、編輯、用色、自檢、誤差消除等，在基本符合要求后，用彩色噴墨繪圖儀輸出彩色樣圖，對彩色樣圖進行校對和系統(tǒng)質量檢查。

4 利用 MAPGIS 矢量化圖像的幾點體會

在MAP GIS軟件使用過程中，制圖單位經(jīng)常會遇到這樣或那樣棘手的問題，針對這類問題，通過查閱MAP GIS參考手冊并總結計算機制圖工作經(jīng)驗，得出了以下利用MAP GIS繪制地質圖件的幾點體會，以供同行參考。

4.1 掃描數(shù)字化的圖件，可以直接用于MAPGIS 矢量化

我們掃描圖字化的圖件，有黑白二值、灰度和彩色（RGB模式）三種格式，MAP GIS正好支持這三種格式的TIF光柵文件（?.TIF），可以在PHOTOSHOP中打開此光柵文件，另存為TIF文件即可。

4.2 編輯

作為地質圖編輯者來說，不僅應有相關的專業(yè)技術能力，而且還要有一定的野外工作經(jīng)驗，美術特長和認真負責的態(tài)度，按照國家標準、行業(yè)規(guī)范進行編輯處理。在圖形輸入之前，編輯者必須對原圖進行全面閱讀，了解圖面內容，查看平面圖、圖切剖面、圖例、文字、地質事件、模式圖等是否合理和吻合。對地形圖編輯時，必須增加補充現(xiàn)勢性資料，如三角點、公路、鐵路、河流、湖泊、水庫、居民地及注記等。然后，對圖件的各項內容先進行錯誤消除，按地學圖制作要求，設計版面，按規(guī)范設置字體、字號、圖面整飾、設色方案等，這些都與編輯者密切相關。

4.3 校對

校對是一項反復的系統(tǒng)工程，又是出版物的一個重要環(huán)節(jié)，一般需經(jīng)過多次校對，才可能消除存在的錯誤，保證其質量。地質圖雖然在MAP GIS系統(tǒng)下經(jīng)過編輯和處理，往往還不能達到理想效果。那么，必須通過彩色噴墨繪圖儀輸出彩色樣圖（或素圖），進行一校、二校及質量檢查。在檢查過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷，應及時處理，使圖件規(guī)范化、標準化，彌補編圖者之不足，達到最佳效果。

值得注意的是：從彩色噴墨繪圖儀輸出的顏色和色標存在著一定的差異（水性顏色與油性油墨之間的差別），膠版紙和銅版紙紙質纖維、亮度的差別，只要按地質圖用色標準確定色號，印刷成品的顏色和色標顏色基本是一致的。

5 結束語

在掃描數(shù)字化的基礎上，對原有地質資料進行矢量化。MAP GIS作為一套優(yōu)秀的地理信息系統(tǒng)軟件，應用在很多行業(yè)中。我們可以通過MAP GIS的“輸入編輯”模塊，在地形圖或其他掃描后的柵格圖件上采集數(shù)據(jù)，矢量化，形成完整的點、線、面文件，結果或者出圖打印，或者進行各種應用分析，這是我們的發(fā)展趨勢。

參考文獻

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［2］秦爽，李進化.計算機地圖制圖.北京：測繪出版社.1991.

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［4］楊公之主編.檔案信息化建設實務.北京：中國檔案出版社.2003.

［5］董國臣，郝國杰，陳達，等.GIS在1：5萬榆關鎮(zhèn)幅區(qū)域地質調查中的應用［J］.中國區(qū)域地質，1998，17（4）.

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