說明：
本文為湯國安《地理信息系統(tǒng)教程》（第二版）筆記，
適用于南京師范大學考研初試專業(yè)課地理信息系統(tǒng)842，
主要內容為課本簡化，帶有些許個人理解。
作者水平有限，難免錯漏，如有還請指出。

第1章 概論

1.1 GIS基本概念

1.1.1 信息與地理信息

數(shù)據(jù)與信息

數(shù)據(jù)：人類在認識世界和改造世界過程中，定性或定量描述食物和環(huán)境的直接或間接原始記錄。（未經(jīng)加工的對客觀對象的表示）

信息：用文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等介質來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內容、數(shù)量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關于現(xiàn)實世界新的事實和知識，作為生產(chǎn)、建設、經(jīng)營、管理、分析和決策的依據(jù)。

信息的特征：客觀性、適用性、可傳輸性、共享性

地理數(shù)據(jù)和地理信息

地理數(shù)據(jù)：表達地理特征和地理現(xiàn)象之間關系的數(shù)據(jù)。

地理信息：有關地理實體和地理現(xiàn)象的性質、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對表達地理特征和地理現(xiàn)象之間關系的地理數(shù)據(jù)的解釋。

地理數(shù)據(jù)的特征

• 空間上的分布性：地理信息具有空間定位的特點，先定位后定性，并在區(qū)域上表現(xiàn)出分布式特點，其屬性表現(xiàn)為多層次，因此地理數(shù)據(jù)庫的分布或更新也應是分布式。
• 時間上的序列性：地理信息隨著時間呈現(xiàn)變或不變的特性。
• 數(shù)量上的海量性：反映地理數(shù)據(jù)的巨大性，地理數(shù)據(jù)既有空間特征，又有屬性特征，還具有時間特征，因此數(shù)據(jù)量巨大。
• 載體的多樣性：地理信息的載體有地理實體和 地理現(xiàn)象的文字、數(shù)字、地圖和影像等符號信息載體（主要），以及紙質、光盤、硬盤等物理介質載體。

地理實體或地理對象的數(shù)據(jù)描述：空間位置、屬性數(shù)據(jù)、時域數(shù)據(jù)

地理信息的特征

• 空間相關性：任何地理事物都是相關的，并且在空間上相距越近則空間相關性越大，反之越小，同時地理事物的空間相關性具有區(qū)域性特點。
• 空間區(qū)域性：空間區(qū)域性是地理信息的天然特性，不僅體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上的分區(qū)組織，而且在應用方面也是面向區(qū)域的，即一個部門或專題必然也是面向所管理的服務或區(qū)域的。
• 空間多樣性：在不同區(qū)域和地方，地理數(shù)據(jù)的變化趨勢是不同的，所以地理信息的分析結果需要依賴于其位置；不同區(qū)域對地理信息的需求不一樣，特別對于地理信息服務，信息的生產(chǎn)、存儲和使用安排需要考慮不同地方對信息的需求不同。
• 空間層次性：同一區(qū)域上的地理對象具有多重屬性；不同空間尺度數(shù)據(jù)具有不同的空間信息特征。

1.1.2 信息系統(tǒng)

信息系統(tǒng)：具有采集、管理、分析和表達數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng)，由計算機硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素（+知識）組成。

信息系統(tǒng)的類型

按處理對象的不同類型分：

• 空間信息系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)）
• 非空間信息系統(tǒng)

按應用層次分

• 事務處理系統(tǒng)
• 管理信息系統(tǒng)
• 決策支持系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)）

1.1.3 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)定義

地理信息系統(tǒng)：既是跨越地球科學、空間科學和信息科學的一門應用基礎學科，有是一項工程應用技術，是以地學原理為依托，在計算機軟硬件系統(tǒng)支持下，研究空間數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、管理、分析、建模、顯示和傳播的相關理論方法和應用技術，以解決復雜的管理、規(guī)劃和決策等問題。

地理信息系統(tǒng)的內涵

GIS的基本內涵：

• GIS的物理外殼是計算機化的技術系統(tǒng)，它又由若干個相互關聯(lián)的子系統(tǒng)構成，這些子系統(tǒng)的結構及其優(yōu)劣程度直接影響著GIS的硬件平臺的功能和效率、數(shù)據(jù)處理的方式和產(chǎn)品輸出的類型。
• GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù)，即點、線、面、體這類有空間位置和空間形態(tài)特征并且能夠很好地表達地理實體和地理現(xiàn)象的基本元素。每一個空間技術都按統(tǒng)一的地理坐標進行編碼，這也是GIS區(qū)別于其它信息系統(tǒng)的根本標志和技術難點。
• GIS的技術優(yōu)勢在于它的數(shù)據(jù)綜合、模擬和分析評價能力，可以得到常規(guī)方法或普通信息系統(tǒng)難以得到的重要信息，實現(xiàn)地理空間過程演化的模擬和預測。
• GIS與測繪學和地理學有著密切的關系
  • 測繪學
    • 為空間實體提供不同比例尺和精度的定位數(shù)
    • 現(xiàn)代測繪技術獲得數(shù)字信息產(chǎn)品為GIS提供豐富和更為及時的信息源，并促使GIS向更高層發(fā)展
  • 地理學
    • GIS的理論依托
    • 信息地理學
    • 地學的第三代語言——用數(shù)字形式來描述空間實體

3.地理信息系統(tǒng)基本特征

• 數(shù)據(jù)的空間定位特征：空間位置特征是地理數(shù)據(jù)獨有的
• 空間關系處理的復雜性
  • 空間數(shù)據(jù)處理的復雜性：地理信息系統(tǒng)除了要完成一般信息系統(tǒng)的工作外，還要處理與之對應的空間位置和空間關系，以及與屬性數(shù)據(jù)的一一對應問題；
  • 數(shù)據(jù)的管理：空間數(shù)據(jù)是不定長的，而且新的空間數(shù)據(jù)及其關系在空間分析過程中能不斷產(chǎn)生
• 海量數(shù)據(jù)特征
  • 地理數(shù)據(jù)本身是海量數(shù)據(jù)
  • 空間分析過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也是海量數(shù)據(jù)
  • 海量數(shù)據(jù)帶來系統(tǒng)運轉、數(shù)據(jù)組織、網(wǎng)絡傳輸?shù)纫幌盗械募夹g難題

1.1.4 地理信息系統(tǒng)外延

地理信息系統(tǒng)術語

GIS定義的四種觀點：

• 面向數(shù)據(jù)處理過程的定義：從GIS的數(shù)據(jù)流程角度來定義，即把GIS定義為空間數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理和分析的技術系統(tǒng)
• 面向專題應用的定義：在面向過程定義的基礎上，強調GIS處理的數(shù)據(jù)類型
• 面向工具箱的定義：基于軟件系統(tǒng)，認為GIS是處理復雜地理空間數(shù)據(jù)工具的集合
• 面向數(shù)據(jù)庫的定義：在面向工具箱的定義的基礎上，更加強調分析工具和數(shù)據(jù)庫間的鏈接，GIS是空間分析方法和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的集合

GIS中“S”含義演變

• 地理信息系統(tǒng)Geographic Information System
• 地理信息科學Geographic Information Science
• 地理信息服務Geographic Information Service

1.2 GIS的組成

• 硬件系統(tǒng)
• 軟件系統(tǒng)
  • GIS支撐軟件
    • 操作系統(tǒng)OS
    • 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS
  • GIS平臺軟件
    • 基礎應用程序ArcMap
    • 軟件開發(fā)包（Software Development Kit, SDK）
  • GIS應用軟件（支持具體領域需要）
• 空間數(shù)據(jù)（幾何坐標、拓撲關系、非幾何屬性）
• 地學模型：根據(jù)具體的地學目標和問題，根據(jù)GIS已有的操作和方法為基礎，構建表達或模擬特定現(xiàn)象的地學模型ArcGIS的Model Buildings
• 應用人員
  • 科學研究人員
  • 項目管理人員
  • 軟件設計人員
  • 系統(tǒng)開發(fā)人員
  • 數(shù)據(jù)維護人員
  • 普通用戶

1.3 GIS功能

1.3.1 基本功能需求

• 位置：某個地方有什么→空間查詢
• 條件：符合某些條件的地理對象在哪里→較為復雜的空間查詢SQL
• 趨勢：某個地方發(fā)生的某個時間及其隨事件變化的過程
• 模式：地理對象實體和現(xiàn)象的空間分布之間的空間關系問題
• 模擬：某個地方如果具備某種條件會發(fā)生什么的問題

1.3.2 GIS的基本功能

• 數(shù)據(jù)采集
• 數(shù)據(jù)編輯與處理
• 數(shù)據(jù)存儲、組織和管理
• 空間查詢與空間分析
• 數(shù)據(jù)輸出和可視化表達
• 應用模型與系統(tǒng)開發(fā)

1.3.3 GIS應用功能

可以從五個方面考慮：

• 社會經(jīng)濟/政府
  • 地方管理
  • 交通規(guī)劃
  • 社會服務規(guī)劃
  • 城市管理
  • 援助與發(fā)展
• 國防警務
  • 目標位置識別
  • 戰(zhàn)術支持決策
  • 智能數(shù)據(jù)集成
  • 國土安全與防恐
• 商業(yè)
  • 市場份額分析
  • 運輸車輛管理
  • 保險
  • 零售點位置
• 公共服務
  • 網(wǎng)絡管理
  • 服務提供
  • 電力與通信
  • 緊急維護
• 環(huán)境管理
  • 垃圾填埋場選擇
  • 礦物分布制圖
  • 污染檢測
  • 自然災害評估
  • 災害管理與救濟
  • 資源管理
  • 環(huán)境影響評估

1.4 GIS與其它學科的關系

1.4.1 與相關學科關系

• 地理學（地理科學）
  • GIS的理論基礎
  • GIS幫助地學發(fā)展
• 測繪學和遙感
  • 為GIS提供快速、可靠、多時相、可靠的信息源
  • 理論和算法可直接用于空間數(shù)據(jù)的變換、處理
• 機助地圖制圖系統(tǒng)
  • 早期的GIS受影響較大，但不應局限于制圖
• 計算機輔助設計（CAD）
  • 提供數(shù)據(jù)輸入和圖形顯示的基礎軟件
• 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS
  • GIS的核心
• 數(shù)學
  • 應用于GIS空間數(shù)據(jù)的分析

1.4.2 與其它信息系統(tǒng)區(qū)別與聯(lián)系

GIS與機助地圖制圖系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系

• 機助地圖制圖系統(tǒng)類似GIS中空間數(shù)據(jù)處理、顯示與表達部分的特化系統(tǒng)
• GIS還需要有豐富的空間分析功能

GIS與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS的區(qū)別與聯(lián)系

• GIS需要功能強大的空間數(shù)據(jù)的管理功能
• GIS還需要圖形數(shù)據(jù)的采集、空間數(shù)據(jù)的可視化和空間分析等功能

GIS和計算機輔助設計CAD的區(qū)別與聯(lián)系：

• 共同點是兩者都有坐標參考系統(tǒng)，都能描述處理圖形數(shù)據(jù)機器空間管理，也都能處理非圖形數(shù)據(jù)
• 區(qū)別是CAD處理多為幾何圖形機器組合，屬性功能較弱，多為單幅操作；GIS處理多為地理空間的自然目標和人工目標，圖形復雜，有較強的空間分析功能，對海量數(shù)據(jù)管理能力更強
• 需要注意的是，CAD圖形處理能力尤為突出，可以作為機助地圖制圖系統(tǒng)使用

GIS與遙感圖像處理系統(tǒng)的去和聯(lián)系

遙感圖像處理系統(tǒng)目前還不可用作地理信息系統(tǒng)，但有兩者集成的趨勢。

1.5 GIS應用范疇

略，但不代表不重要，參見書P18表1.3

1.6 地理信息系統(tǒng)發(fā)展歷程

地理信息系統(tǒng)的開拓期（1950s-1960s）

關注空間數(shù)據(jù)的地學處理，受硬件限制軟件技術發(fā)展緩慢，主要針對GIS應用進行研制

地理信息系統(tǒng)的鞏固發(fā)展期（1970s）

背景：硬件技術和軟件技術得到迅速發(fā)展。

特點：GIS充分利用了新的計算機技術，但系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能力仍然很弱；在地理信息系統(tǒng)技術方面為有新的突破；系統(tǒng)的應用與開發(fā)多限于某個機構；專家個人的影響削弱，政府的影響增強；人機圖形交互技術的發(fā)展成為這一時期軟件的最重要進展

地理信息系統(tǒng)技術大發(fā)展時期（1980s）

背景：集成電路、第四代計算機、計算機網(wǎng)絡、DBMS、OS；地理信息系統(tǒng)的應用領域迅速擴大，許多國家制定了GIS發(fā)展規(guī)劃，建立了GIS相關的政府、學術機構，商業(yè)化發(fā)展

特點：

• 矢量-柵格轉換技術、自動拓撲編碼以及多邊形中拓撲誤差檢測等方法得以發(fā)展，開辟了處理圖形和屬性數(shù)據(jù)的途徑；
• 具有屬性數(shù)據(jù)的單張或部分圖幅可以與其它圖幅或部分在圖邊自動拼接，從而構成更大圖幅文件
• 采用命令語言建立空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理功能

地理信息系統(tǒng)的應用普及年代（1990s）

特點：

• 多源數(shù)據(jù)信息共享
• 數(shù)據(jù)實現(xiàn)跨平臺操作
• 平衡計算負載和網(wǎng)絡流量負載
• 操作與管理簡單化
• 應用普及化、大眾化

標志技術：

• 數(shù)字地球：用數(shù)字化手段統(tǒng)一處理地球問題和最大限度利用信息資源

• 格網(wǎng)GIS（Grid GIS）：基于格網(wǎng)計算的GIS平臺

• 虛擬現(xiàn)實GIS（VR GIS）：通過虛擬建模語言（）virtual reality model language, VRML）把GIS數(shù)據(jù)轉換到VR中

• 移動GIS：無線通信技術、移動定位技術和WebGIS的結合

  • 無線定位服務wireless location service（基于位置的服務Location Based Service, LBS？）
  • geo-information for anyone and anything at anywhere and anytime，4A服務

地理信息系統(tǒng)的大變革時代（2000s-）

• 物聯(lián)網(wǎng)（the Internet of Things, IoT）與智慧城市
  • 物聯(lián)網(wǎng)技術是智慧城市的基礎
  • 對物聯(lián)網(wǎng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的管理和分析需要GIS實現(xiàn)
  • 物聯(lián)網(wǎng)也拓展了GIS的應用領域
• 云計算（cloud computing）與數(shù)據(jù)中心
  • 計算和分析都在云端完成
  • 已經(jīng)成為企業(yè)級GIS的核心技術
• 大數(shù)據(jù)與并行計算
  • 實時動態(tài)的時空大數(shù)據(jù)處理與分析
  • 基于Hadoop和Spark等并行計算基數(shù)的空間數(shù)據(jù)處理與管理技術方案
• 機器學習與人工智能

總結

以上是生活随笔為你收集整理的汤国安《地理信息系统教程》（第二版）笔记（1）——概论的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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