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13. 附录:地理信息系统基础概念

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13.2. GIS数据的基本格式


本教程由OSGeo中国中心维护

13.1. 地理信息系统的概念与功能

13.1.1. 什么是地理信息系统(GIS)

日常生活中,我们通过电子地图寻找聚会地点,或者利用 Google Earth 查询各地卫星影像、道路。其他如搜寻公交车路线、汽车卫星导航等等, 这些东西都可以说是地理信息系统(GIS)应用的一部分, 我们的生活可说无时无刻都在接触 GIS ,那么到底什么是 GIS 呢?

地理信息系统(Geographic Informaiton System,GIS)是一个可以建立、浏览、 查询、分析地理空间数据的软件系统,其功能小至地图的展示,大至空间决策分析与支持。

这些地理信息系统所处理的地理空间数据,可以是真实地表或地下信息、人文活动或历史纪录数据, 它是真实世界简化与数值化的结果,但可以表达出真实世界的地理位置与讯息。 比如地表及地下自然生态之分布(河道、地表高程、水系、植物、生物、森林资源、 天气、地下水流动、地层、土壤分布)、人文活动分布(路网、土地利用分布)等等均可视为地理空间数据, 如 图 13.1

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图 13.1 地理信息系统真实与空间数据表示

地理空间数据是隐涵着空间位置,包含地理坐标-经纬度数值, 可透过地理信息系统做静态或动态的展示与分析。 一般地理信息的组成内容如 图 13.2 所示。

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图 13.2 地理信息的组成

  • 计算机:计算机主机与显示器可执行 GIS,透过显示器数化、展示、建立数据,扫描器输入空间数据,打印机输出数据等。

  • 软件:GIS 软件包含程序与使用接口,让用户可以存取数据。常见的接口包含工具栏、图标及指令。

  • 人员:人员是使 GIS 可以执行的重要环节,提供使用 GIS 的目的、判断与决策。

  • 资料:对GIS最难得也最耗时的就是资料。且数据质量的好坏与正确性对于之后的分析有绝对性的影响,若未发现数据错误,将使得分析结果产生错误,进而影响决策。

  • 理论方法:成功的GIS分析结果来自于正确的设计以及理论模式与技术建立。他们,它们是独特、创新而且唯一的,能有效解决问题。

13.1.2. 地理信息系统(GIS)的功能

地理信息系统除了展示地图信息外,还可以透过计算机进行计算与分析,如 图 13.3 ,包含下列六大类功能。

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图 13.3 地理信息系统功能

1.空间数据输入

GIS可应用于空间建构与扩展,除了使用原本的数据外,还可以建立新数据。 使用者关注的是如何获取公共或私人空间讯息等数据, 新的GIS 数据可以从卫星影像、GPS 或是传统地图数值化,建立出属性、点线面图征, 以及拥有正确的坐标系统。

2.属性数据管理

GIS 中包括了数据库系统,可进行地理数据的更新、管理储存。 数据库管理妥当与否可直接影响数据的管理使用效率、分析与更新的功能。 妥善的管理、储存GIS 数据库可提供用户使用上的便利。

3.资料展示

集合地图、属性、以及图表数据展示。一个完整的地图组成包含了标题、 主体、图例、指北针、比例尺、符号设计等。同时必须传达出正确的空间信息给读者。

4.数据查询

透过数据空间与属性查询,可以让用户对资料得到概略的了解, 有助于了解数据本身的特性,以及提出好的问题与假设。 此外,地理可视化(Geographic Visualization)有助于提供数据分类与整合以及地图比较。

5.资料分析

常见的矢量资料分析有拓扑、叠加、距离度量; 栅格式数据分析包含地区、邻近、区域、全球性的功能。另外还有数值地形分析、空间分析等等。

6.地理模型建立

指的是使用 GIS 建立一些空间数据的分析模式。 对于模式的建立,GIS 相当有用的功能就是迭图,结合不同变量的空间与属性数据于地图中, 根据要素地区性差异,可以获取新的信息。

13.1.3. 地理信息系统应用

过去在地理信息系统刚发展的阶段只限于地理学、测量学、制图学、计算机信息科学等领域使用。 然而在计算机技术革新、Internet发明,以及商业与资源利用全球化的影响下, 人们的生活与空间不断地发生关联,如何去呈现空间分布与影响,也愈来愈显的重要, 对于GIS在空间分析的需求也因此更加需要。例如:市场分析需要知道客户空间来源、交通网络的影响, 这些都可以由GIS 将信息快速提供给决策者以做出正确的规划。 GIS 技术与 Internet技术的融合形成 WebGIS。和传统的基于 Client/Server 的 GIS 相比, WebGIS提供简单的 GIS操作,使用者不需购买昂贵的软件,不需要专业训练的背景,就可以轻易地操作, 并且得到与生活信息相关的讯息,是最容易被一般大众所接受一种GIS 表现方式。

国内地理信息系统发展开始于 1980年代,但多为理论介绍与讨论, 仅止于少数空间信息部门或与之相关的学系应用。之后在专家学者的呼吁下, 于1990年由内政部邀集相关机关单位成立“国土信息系统推动小组”, 正式展开全面推动地理信息系统的工作,间接也带动了国内不同领域在GIS 的应用与快速发展。 目前有关 GIS的应用领域包含了土地利用、交通网络规划、都市计划发展规划、场址分析、市场分析、 灾情预报监测、防灾体系建立、空间图资数值化管理等等。 提供民众便捷的生活有电子地图、GoogleEarth ,卫星导航等等。

13.1.4. 目前常见的GIS软件

自由软件或免费软件:

商业软件:

Google Earth / Google Map:

提供全世界范围的卫星影像(含历史卫星影像)、地图、地形图、道路、3D建筑物, 使用者可以任意探索世界各地的地理信息,储存浏览过的地方,做有系统的规划与管理。 历史卫星影像可供用户询区域性的时序变迁; 另外,也整合海底与水面研究数据,提供地球环境全方位的资料见下图 图 13.4

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图 13.4 卫星影像