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第1章 绪论 1.1 地理信息系统发展概述 1.1.1 地理信息系统的基本概念 1. 地理信息 信息(information)是指用来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征的文字、数字、符号、语言、图像等介质。信息来自人类的社会活动又服务于人类的社会活动，向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实和知识，是人类生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。 信息与数据密切相关，数据是未经加工的原始资料，是对客观事物的性质、状态以及相互关系等进行记录描述的单一或组合物理符号，是信息的载体，数字、文字、符号、图像等都是数据；信息则是经过处理后并能够被识别的用于解释数据的数据，能够反映数据内涵的意义，是数据的内容和解释。 地理信息与研究对象的空间地理分布有关，指地球表层物体及环境所固有的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。 地理信息是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释，而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征(简称属性)及时序特征三部分。地球表层的岩石圈、水圈、大气圈和生物圈是地理信息的主要描述对象，这些信息与人类社会的生活、生产、管理和决策关系非常密切，是人类认识自然、了解自然的基础。 地理信息除了具有信息的一般特性外，还具有以下特点。 (1) 空间性 地理信息属于空间信息，有空间分布的特点。其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的一个最显著的标志。地理实体或目标具有空间特征，空间特征包括空间位置、几何特征(如方向、距离、面积等)和拓扑关系(地理实体之间的邻接、包含、关联等)，地理信息空间定位可通过公共的地理基础来实现，即按照特定地区的经纬网或公里网建立的地理坐标来实现空间位置的识别，并可以按照指定的区域进行信息的处理。 (2) 空间关联性 有些信息本身并不具有空间性，如大量的属性数据，也有人称为非空间数据。它是描述地理实体特征的定性或定量的指标，可以是关于地理目标的定性描述，也可以是地理目标的定量量测数据。 (3) 多维性 地理信息具有多维结构的特征，即在二维空间的基础上，实现多专题的第三维信息结构，也即某一空间位置上含有多重属性。一般地，在地理信息系统中分成多个专题地图层，各个专题或实体之间的联系是通过属性码进行的。这既对岩石圈-气圈-水圈-生物圈及其内部的相互作用进行综合性的研究提供了可能性，也为地理圈各层次的分析和信息的传递与筛选提供了方便。 (4) 时序变化性 时态特征是地理现象变化过程的时段表达，越来越受到地理信息系统学界的重视。地理信息的时序特征十分明显，因此可以按照时间尺度描述地理信息。地理信息的这种动态变化的特征，一方面要求及时获取信息、定期更新地理信息系统的空间数据库，另一方面要重视自然历史过程的积累和对未来的预测、预报。避免使用过时信息而造成决策失误，或者缺乏可靠的动态数据，不能对地理事件或现象做出合理的预测预报和科学论证。因此，要研究地理信息，首先必须把握地理信息的这种区域性、多层次和动态变化的特征，然后才能选择正确的手段，实现资源和环境的综合分析、管理、规划和决策。 2. 信息系统 为了有效地对信息流进行控制、组织和管理，实现信息的双向传递，就需要通过某种信息系统对数据和信息进行采集、存储、加工、再现和分析，实现信息的自动化分析和处理，节省人力物力，这就是信息系统开发和建设的依据和必要性。 信息系统有四大基本功能： 数据的采集、管理、分析和表达。从计算机技术在信息科学中的应用角度看，信息系统由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成。计算机硬件包括各类计算机处理机及终端和外部设备；软件是支撑数据和信息采集、存储、加工和输出的程序系统；数据是系统中的重要组成部分，是系统的支撑基础，包括定量和定性数据；用户是信息系统的服务对象或使用者，是系统的操作者或管理者，包括一般用户和实现系统设计、建设、维护、管理和更新的高级用户等。 根据信息系统所执行的任务，可将其分为信息管理系统和决策支持系统。信息管理系统强调数据的记录和操作，决策支持系统是用以获得辅助决策方案的交互式计算机系统。 3. 地理信息系统 世界上第一个地理信息系统是1963年由加拿大测量学家R.F.Tomlinson提出并建立的，称为加拿大地理信息系统(CGIS). 不同的部门和不同的应用目的，对地理信息系统的定义不尽相同。目前对GIS有以下三种观点： 地图观、数据库观与空间分析观。 持地图观点的人主要来自景观学派和制图学派，认为GIS是一个地图处理和显示系统。在该系统中，每个数据集被看成一幅图、一个图层(layer)、一个专题(theme)或一个覆盖(coverer)。这些地图常常以网格的方式储存，并通过各种逻辑运算以达到整合