GIS的概念和需求

2023-01-21 04:42:04 字數 4957 閱讀 1377

第一章 gis 的概念和需求

理解gis的三種角度:

gis是乙個用於管理、分析和顯示地理資訊的系統。地理資訊可以通過一系列地理資料集來表達。而地理資料集則通過使用簡單的,普通資料結構來為地理資訊建模。

gis包含了一套用以處理地理資料的綜合工具。

我們可以從多個角度來理解地理資訊系統是如何工作於地理資訊的:

1. 從空間資料庫的角度看:gis是乙個包含了用於表達通用gis資料模型(要素、柵格、拓撲、網路等等)的資料集的空間資料庫。

2. 從空間視覺化的角度看:gis是一套智慧型地圖,同時也是用於顯示地表上的要素和要素間關係的檢視。底層的地理資訊可以用各種地圖的方式進行表達,而這些表現方式可以被構建成「資料庫的視窗」,來支援查詢、分析和資訊編輯。

3. 從空間處理的角度看:gis是一套用來從現有的資料集獲取新資料集的資訊轉換工具。這些空間處理功能從已有資料集提取資訊,然後進行分析,最終將結果匯入到資料集中。

這三種觀點在esri arcgis中分別用arccatalog(gis是一套地理資料集的觀點)、arcmap(gis是一幅智慧型的地圖)和arctoolbox(gis是一套空間處理工具)來表達。這三部分是組成乙個完整gis的關鍵內容,並被用於所有gis應用中的各個層面。

從空間資料庫的角度:

gis是世界上獨一無二的一種資料庫――空間資料庫(geodatabase)。它是乙個「用於地理的資訊系統」。從根本上說,gis是基於一種使用地理術語來描述世界的結構化資料庫

這裡我們來回顧一些在空間資料庫中重要的基本原理。

地理表現形式

作為gis空間資料庫設計工作的一部分,使用者要指定要素該如何合理的表現。例如,地塊通常用多邊形來表達,街道在地圖中是中心線(centerline)的形式,水井表現為點等等。這些要素會組成要素類,每個要素類都有共同的地理表現形式。

每個gis資料集都提供了對世界某一方面的空間表達,包括:

基於向量的要素(點、線和多邊形)的有序集合

諸如數字高程模型和影像的柵格資料集

網路地形和其它地表

測量資料集

其他型別資料,諸如位址、地名和製圖資訊

描述性的屬性

除了地理表現形式以外,地理資料集還包括傳統的描述地理物件的屬性表。許多表和空間物件之間可以通過它們所共有的字段(也常稱為「關鍵字」)相互關聯。就像它們在傳統資料庫應用中一樣,這些以表的形式存在的資訊集和資訊關係在gis資料模型中扮演著非常關鍵的角色。

空間關係:

拓撲和網路空間關係,比如拓撲和網路,也是乙個gis資料庫的重要部分。使用拓撲是為了管理要素間的共同邊界、定義和維護資料的一致性法則,以及支援拓撲查詢和漫遊(比如,確定要素的鄰接性和連線性)。拓撲也用於支援複雜的編輯,和從非結構化的幾何圖形來構建要素(例如,用線來構建多邊形)。

地理要素共享幾何形狀。可以使用節點、邊、面的關係來描述要素的幾何形狀

網路是描述乙個能夠相互貫通的 gis 物件相連的圖。這對於模擬路徑和交通、管線、裝置、水文學以及其它基於網路的應用非常重要。

在這個網路示例中,街道要素代表連線它們的端點

(稱為「連線」)的邊。轉向模型可用於控制從一邊到另一邊的通行能力

專題圖層與資料集:

gis將空間資料組織成一系列的專題圖層和**。由於gis中的空間資料集具有地理參考,因此它們具有現實世界的位置資訊並互相疊加。

gis 整合了多種型別的空間資料

在乙個gis中,同型別的地理物件集合被組織成圖層,例如地塊、水井、建築物、正射影像以及基於柵格的數字高程模型(dem)。明確定義的地理資料集對於乙個實用的地理資訊系統是相當重要的,同時專題資訊集合使用層來組織,這樣的思想也是gis資料集乙個關鍵的思想。

資料集可以用於表達:

原始量測值(例如衛星影像)

經過解譯的資訊

通過空間分析和建模處理而得來的資料

通過層之間共同的地理位置,我們可以很容易地得到多個層之間的空間關係。

gis使用普通的物件類來管理這些簡單的圖層,同時憑藉一套功能豐富的工具獲取資料層之間的關鍵聯絡。

gis會使用通常是來自不同組織機構,並且具有各種表現方式的大量資料集。因此對於gis資料集很重要的是:

使用簡單並易於理解

易於同其他的地理資料集結合使用

能夠被有效地編輯與校驗

能夠形成具有內容詳實,使用和目標描述明確的清晰文件

任何的gis資料庫或者用基於檔案的資料組織方式都遵循這些共同的原則與概念。每個gis都需要有乙個機制依據這些原則來描述地理資料,並且通過一套綜合的工具來使用和管理此資訊。

從空間視覺化的角度:

空間視覺化是指生成地圖以及其它地理資訊的表現形式,包括互動式地圖,3d場景,演示文稿,圖表,基於時間的瀏覽以及表現網路關係的**示意圖。

gis使用包括互動式的地圖和其它檢視來對地理資料集進行操作。地圖為人們如何方便地、互動地使用地理資訊提供了乙個強有力的途徑。對於大多數的gis應用來說,互動式地圖提供了主要的使用者介面,並且在不同級別的應用中――從手持移動裝置的到基於瀏覽器的網路繪圖以至高階的桌面gis,都可以看到互動式地圖的應用。

gis地圖類似於靜態的、列印出來的地圖,所不同的是你能夠互動地使用它們。你可以方便地漫遊、縮放一幅互動式地圖,可以讓某些圖層在適合的比例尺下自動顯示或關閉。你可以基於任意的屬性給乙個圖層設定符號。

例如,你可以根據地塊的型別給它們施以不同的顏色,或者根據水井的水量給代表水井的點設定不同尺寸的符號。你也可以在一幅互動式地圖中指定地理物件來獲取更多的關於這個物件的資訊,並執行空間查詢和分析。例如,你可以找到學校附近200公尺以內的所有特定型別的商店,或者找到選定的道路500以內的所有沼澤地。

此外,大部分的gis使用者是通過互動式的地圖來編輯空間資料的。

地圖用以表達地理資訊,執行大量基於地圖的任務,包括高階

的資料編輯、製圖、分析、查詢和外業資料採集

除地圖以外,其他互動式的檢視,如按照時間順序發生的事件描述,全球模擬圖,以及**都在 gis 中被作為某種表現方式而使用。 gis 使用者通過互動地圖,實施眾多的從簡單到複雜的 gis 任務。這也是對於乙個組織來說一種最主要的獲得 gis 資訊的方式。

開發人員經常嵌入地圖到定製的應用中,許多使用者也為某種 gis 應用在 internet 上發布 web 上使用的地圖。

按照時間順序模擬颱風的軌跡

使用**顯示輸氣管道

在使用者開發的應用中嵌入地圖

使用 arcglobe 顯示珠穆朗瑪峰的登山路線

以上四個例子分別為在追蹤分析( tracking analyst )中顯示基於時間的資訊(此資訊可以被記錄為事件), arcgis schematics 的例子,使用 mapcontrol 控制項實現地塊搜尋的陷入式開發應用的例子和乙個 arcglobe 顯示的效果。

從空間處理的角度:

從另外乙個角度來看 gis 是一系列地理資料集的和應用於這些資料集的操作工具。地理資料集可以是原始的量測(比如衛星影象),被分析者解析和編譯出來的資訊(例如道路,建築物,土地型別),或者使用分析和模型運算從其他資料來源中得來的資訊。空間處理指的是用來生成派生資料集的工具和處理過程。

gis 包括了一套豐富的工具來處理和作用於地理資訊。這一工具集通常被用來操作 gis 資訊物件比如資料集,屬性字段,以及地圖列印用的製圖元素。這些綜合的命令和資料物件結合在一起就構成了空間處理框架的基礎。

資料+工具=新的資料

gis工具是建立複雜處理過程的基石。對乙個已有資料應用乙個工具處理是為了得到新的資料結果。在gis中,使用空間處理的框架將這些集中了多個步驟的操作貫穿起來。

把一系列的操作串起來就形成了乙個處理模型,這個模型可以被用來自動執行和記錄許多gis中的空間處理任務。這種處理組合和應用過程就被認為是空間處理。

乙個完整的 gis 包括常規的資訊和一組豐富的用於處理資訊的 gis 操作。例如, arcgis 擁有一套豐富的語言,以及上千個應用於各種 gis 資料型別的操作工具

空間處理過程

空間處理通過為資料從一種結構到另外一種結構的變換過程建模來實現多種gis任務。例如,從多種格式匯入資料,整合這些資料到gis中,對匯入的資料執行一些標準質量和有效性的檢查,這樣的乙個過程就可以用空間處理建立成模型。自動執行和重複這些流程是gis乙個強大的能力。

它已經被廣泛的使用於gis應用和方案中。

用來建立空間處理流程的一種途徑就是按照一定的順序來執行一些命令。使用者可以在arcgis中使用modelbuilder通過圖形的方式編寫這樣的過程,他們也可以使用先進的指令碼編輯工具比如python,vbscript,和j**ascript來寫指令碼。

空間處理實際上可以在gis的所有方面都加以應用,如資料的自動化生成和編輯,資料的管理,分析和建模以及高階製圖。

在乙個空間處理框架中, gis 包含一組工具和可以被處理的資料型別。在

arcgis 中可以建立,執行和共享這些多步驟的空間處理操作

資料編輯

使用空間處理建立的能自動執行的程式是需要能保證資料的質量和完整性的,以便能夠執行重複的質量保證/質量控制(qa/qc)任務。應用空間處理方式來自動完成工作流有助於一系列工作流程的共享和傳遞,完成批處理任務以及記錄派生資料的關鍵操作

分析和建模

空間處理對於建模和分析來說是乙個關鍵的框架,一些通常的建模應用包括:

為適宜性,可行性,**和選擇評估而建立的模型

整合gis外部模型

模型共享

在乙個組織內可被共享的通用模型

資料管理

在所有的gis應用中,管理gis的資料流是非常重要的。gis使用者應用空間處理的功能從資料集中匯入匯出資料,以多種格式發布資料,如地理標記語言(gml)規範,連線相鄰的資料集,更新gis資料庫的結構以及在資料庫中執行批處理。

合併已有資料,建立新資料

製圖 高階空間處理工具可以被用來獲得多比例的地圖,完成地圖綜合操作以及為列印高質量的地圖產品自動執行許多繪圖 qa/qc 工作流程。

gis 資訊管理:

地理資訊管理與標準的資訊科技體系結構有很多相同的概念和特徵,並且同樣可以在集中式的,企業級的環境中執行良好。例如,gis資料集可以在關係型資料庫中被管理,就像其他的企業資訊一樣。許多高階應用邏輯通常都可以應用於儲存在資料庫管理系統(rdbms)中的資料。

像其他的事務性企業資訊系統一樣,gis可以管理地理資料庫中資料連續的變化以及更新。但是gis和它們在許多重要的方面還是有所不同。

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