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什么是地理学的系统组成？

一个实用的地理信息系统，要支持对空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，其基本构成包括以下四个主要部分: 系统硬件、系统软件、数据库系统、系统管理和操作人员。这里，计算机系统软、硬件是其核心部分，空间数据反映 GIS 的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式 ( 图 10-2) 。

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图 10-2 GIS 的组成

1. 系统硬件

GIS 由于其任务的复杂性和特殊性，必须由计算机设备支持。计算机硬件系统是计算机系统中的实际物理装置的总称，可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或装置，是 GIS 的物理外壳。GIS 系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件都与硬件有极大的关系，受硬件指标的支持和制约。构成计算机硬件系统的基本组件包括输入/输出设备、中央处理单元 ( CPU) 、存储器 ( 包括主存储器、辅助存储器) 等，这些硬件组件协同工作，向计算机系统提供必要的信息，使其完成任务，并将处理得到的结果或信息提供给用户，同时保存数据以备现在或将来使用。图 10-3 为常见的实现输入/输出功能的计算机外围设备。

图 10-3 GIS 的硬件组成

2. 系统软件

GIS 软件是系统的核心，用 于 执 行 GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面等，按照其功能分为 GIS 专业软件、数据库软件和系统管理软件等，如图 10-4 所示。

GIS 专业软件一般指具有丰富功能的通用 GIS 软件，它包含了处理地理信息的各种高级功能，可作为其他应用系统建设的平台。代表产品有 Arc/Info，MGE，MapInfo，MapGIS 等。它们一般都包含如下核心模块:数据输入与编辑、空间数据管理、数据处理与分析、数据输出、用户界面、系统二次开发功能。

图 10-4 GIS 的软件层次

数据库软件除了在 GIS 专业软件中用于支持复杂空间数据的管理以外，还包括服务于非空间属性数据为主的数据库系统，这类软件有: Oracle，Sybase，Informix，DB2，SQLserver 等。由于这类数据库软件具有快速检索、满足多用户并发和数据安全保障等功能，目前能在这些现成的关系型商业数据库中存储 GIS 的空间数据。

系统管理软件主要指计算机操作系统，如 Windows XP，Vista，Linux 等，它们关系到GIS 软件和开发语言使用的有效性，因此也是 GIS 软硬件环境的重要组成部分。

3. 数据库系统

数据库系统是地理信息系统的操作对象与管理内容，它是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。这些数据可以是数字、文字、表格、图像和图形等，它们由系统建造者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他输入设备输入到地理信息系统中，其相应的区域信息包括位置信息、属性信息和空间关系等。

地理信息系统中的数据类型有空间数据和非空间的属性数据两大类。

空间数据用来确定图形和制图特征的位置，是以地球表面空间位置为参照。根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素。空间数据具体反映了两方面信息: ①在某个已知坐标系中的位置，也称几何坐标，主要用于标识地理景观在自然界或包含某个区域的地图的空间位置，如经纬度、平面直角坐标、极坐标等; ②实体间的空间相关性，即拓扑关系 ( Topology) ，用于表示点、线、网、面等实体之间的空间联系，如边界线与面实体间的构成关系，面实体与岛或内部点的包含关系等。空间拓扑关系对于地理空间数据的编码、录入、格式转换、存储管理、查询检索和模型分析都有重要意义，是地理信息系统的特色之一。

非空间的属性数据用来反映与几何位置无关的属性，即通常所说的非几何属性，它是与地理实体相联系的地理变量或地理意义，一般是经过抽象的概念，通过分类、命名、量算、统计等方法得到。非几何属性分为定性和定量两种，前者包括名称、类型、特性等，如岩石类型、土壤种类、土地利用、行政区划等; 后者则包括数量和等级等，如面积、长度、土地等级、人口数量、降雨量、水土流失量等。任何地理实体至少包含一个属性，而地理信息系统的分析、检索主要是通过对属性的操作运算来实现的。

4. 系统管理和操作人员

人是 GIS 中的重要构成因素。GIS 不同于一幅地图，它是一个动态的地理模型，仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。对于合格的系统设计、运行和使用来说，地理信息系统专业人员是地理信息系统应用的关键，强有力的组织是系统运行的保障。一个周密规划的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师，以及最终运行系统的用户。

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SQL Server 2008为大地测量空间数据提供了geography数据类型，为平面空间数据提供了geometry数据类型。这两个都是Microsoft .NET Framework通用语言运行时(CLR)类型，并且可以用来存储不同种类的地理元素，例如点、线和多边形。这两个数据类型都提供了你可以用来执行空间操作的属性和方法，例如计算位置间的距离和找出两者间交叉的地理特性(例如一条河流经一个城镇。)

地理信息与地理信息系统

地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征，它是对表征地理特征与地理现象之间的地理数据的解释。地理数据包括空间位置、属性特征及时域特征三部分。空间位置数据描述地物所在位置; 属性特征数据是属于一定地物，且描述其特征的定性或定量指标; 时域特征数据是指地理数据采集或地理现象发生的时段/时刻 ( 如在矿井瓦斯监控系统中，如瓦斯浓度、巷道风速、井下压力随时间变化等) ( 刘桥喜等，2004) 。空间位置、属性特征及时域特征是地理空间分析的三个基本要素。

地理信息系统是融计算机图形和数据库于一体，对空间数据进行采集、存储、更新、分析、输出等处理的工具。地理信息系统的数据库包括空间数据 ( 又称图形数据) 和属性数据两部分，空间数据主要负责点 ( point) 、线 ( line，arc) 、面 ( surface) 等图形实体的管理，而各类图形实体的属性管理则由 SQLServer，Oracle 等数据库来承担。事实上，人类对地球三维空间中任意实体的表达，应该是图形和属性的并集，这样，才能对物体进行较为精确的描述。所以，只有地理信息系统才能对空间目标进行有效的描述 ( 石磊等，2005) 。

地理信息系统是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘科学。GIS 把这些技术与学科有机地融合在一起，并与不同数据源的空间和非空间数据相结合，通过空间操作和模型分析，提供对规划、管理和决策有用的信息产品 ( 刘铁民等，2004) 。

地理信息系统 ( GIS) 与管理信息系统 ( Manger Information System，MIS，如矿井巷道检索系统、通风管理系统等) 的主要区别在于: GIS 要对图形数据库和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS 的软硬件设备要复杂、系统功能要强; 而 MIS 则是只有属性数据库的管理，即使存储了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询，没有拓扑关系。如图 2. 3 所示，有一张煤层区域地质图，在计算机中没有存储图形，只存储了右边的列表。

图 2. 3 煤层区域图信息

图 2. 3 中数据是按矩阵排列，一行称为一个 “记录”，一列是同类项称为一个 “域”，每一行代表一个独立的矿井单元所具有的属性。查询时可以做逻辑运算，不受域和记录个数的限制。例如，可以检索煤层厚度大于 4m，瓦斯含量大于 15m3/ t 的矿井，查询结果为林北矿，安东矿和洪阳 2 井。这里虽然管理的是矿井资源信息，但没有反映空间结构( 与地理位置无关) ，因而该系统仍属于 MIS 的类型。

地理信息系统和地图数据库虽然都有空间查询、分析和检索功能，但是地图数据库不可能像 GIS 那样去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息。

地理信息系统与计算机辅助制图系统 ( CAD) 的共同特点是二者都有参考系统，都能描述图形数据，但 CAD 图形功能较强，属性库功能相对要弱 ( 刘铁民等，2004) 。相对而言，GIS 完善了上述各种系统存在的不足。实现数据输入、存储、编辑，操作运算，数据查询、检索，应用分析，数据显示，结果输出等功能。其他各种功能，下述各章还会进行详细介绍。

地理信息系统需要掌握的一些重要软件一哪些?

本人是地理信息系统研究生，我来说说我的意见：

重要软件包括：arcgis，envi， erdas，matlab，oracle

其他就是编程知识：包括现在主流编程语言如：c语言，C++，java，idl，以及matlab编程等等。

当然还包括arcengine编程等等。

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