GIS的一些基本概念

GIS的一些基本概念

GIS的一些基本概念

一个好的、完整的GIS 系统,存储了该地区或该目标的众多空间信

息,这些信息能随时方便地从数据库中调用,能快速地以图形、图象、表

格或文本形式在屏幕上显示,或者打印、绘制出 来,并且可以对这些信息

进行综合分析、提取有用信息,通过计算来模拟真实世界,进而提出相应

的决策意见,它是规划、管理和决策的有效工具。图2.1表明了 GIS的

这么一个性能。

从GIS这个功能可看出,一个GIS 系统应有三个主要的组成部分：

（1）计算机及其外围设备,这是其硬件基础；（2）一系列的应用软件

模块,包括数据和图形的输入/输出、图形和图象处理、图 形和图象的

显示、数据库管理、统计分析、模拟计算以及实际应用模式等；（3）

组织有序的信息内容,即数据库中要有充分的与地理位置有关的信息。

这些信息的 含义与表达方式有其独自的特点,下面就它们的一些基本概

念作一些说明。

2.1 地图和专业图

早在古代文明时期,地图已用来描述地表信息了。很早以前,在埃及

发现了公元前2300年左右的粘土板,在板上刻有一些土地图形,这是世

界上描述土地特征 最早的样本,而在古墓中也发现几乎与此同年代的印

制的地图。一些资料表明,古巴比伦和古埃及时期,人们就试图把土地的

形状和大小作为统一体表达出来。在古 希腊时期之前,地理学家就开始

对地球的自然性质加以推测和总结。在罗马时代,土地测量和地图制作

成为政府的一项重要工作。随着人们对大自然的探索和认识, 地图和专

业图件越来越多地被用来记录和表达世界的真实地理信息。

从某种意义上讲,地图本身就是一种信息系统,它是在平面介质上表

达的,具有一定比例尺的图件。在图上可以标出与地表有关的、选定的

物体的性质。如同数学 上常用图形这个形式来表达数据一样,制图家把

地表的信息转移到图纸上,它也可广义地定义为信息的可视性表达,尤其

是对一些信息的概括性的图解表达。

2.1.1 图件的类型

除了地图之外,随着科学技术和社会生产发展的需要,又出现了不少

专业图件,以满足专业活动的要求,例如：

航海图：沿海地区和海域的地图,它提供有关导航的信息。

航空图：向飞机驾驶员和导航员提供航线基本数据,它是一种集中

所有有助于导航信息的小比例尺地形图。

地形图：根据一定的比例尺绘出地表某部分自然和人工特征的图

示。图上可看到地形和重要信息的完整清单,因而可用于土地利用和发

展等目的。地形图也为其它专门用途的图件提供蓝图,为较小比例尺的

通用图件的编辑提供数据。

主题图：包含一个单一主题或课题信息的专门图件。用此工具可

以沟通不同地理概念之间的交互,例如：土地利用、人口密度、农作物

生长区、土壤、土地形状、 试验区中的PH值分布等等。主题图也可

以是定量的,如土壤的有效厚度。它们可以表示为色阶图或由边界分开

的等值范围图,例如土地利用图、土壤图、户籍图或 者行政区划图。也

可用等值线图来表示,即用数学模型来拟合连续表面,利用连接相同值的

等值线的形态来描述变化趋势,用来描述定量化的数据。等值线图往往

用 来描述光滑变化的现象,如温度、沉积厚度或人口密度。

图件的比例尺表明了图上的距离和相应实际距离之间的比值。大

比例尺图用来表示大量的细节；而小比例尺图仅仅描述主要的特性。

图的比例尺与图所包含的信息程度有关,大比例尺图比小比例尺图有更

多的细节和信息。

2.1.2 地图的投影

地图投影的根本问题是在平面上表达曲面,也就是说要在平面图上

表示地球的表面。地图投影问题可以用桔子皮这个简单例子来粗略地

说明：为了将撕破的桔子皮 拼成一块平的、连续接触的桔子皮,每个小

块必须经过拉伸,扭曲或再撕裂,才能完成。因此,这个例子也很好地表明

了完美的投影几乎是不可能的。

在平面上表示一个曲面,必定包括“拉伸”或“皱缩”造成的扭曲,

而且“撕裂”成小的断块。投影的质量可用下面三个标准来评价：

（ａ）等距性枣正确地表示距离,投影保证任意两点间的距离的正

确。

（ｂ）同形性（正确形态）枣正确地表达形状和方向。

（ｃ）等价性枣正确地表达面积。

由于历史发展的原因,我们的图件有着许多的地理投影和坐标系统,

所有这些投影,可归纳为三类：等积投影、等距投影和等角投影。例如：

等距园柱投影、等距 园锥投影、多园锥投影、正射投影、极射平面投

影、球极平面投影、正弦投影和格灵顿投影等等。而在投影的同时,又

要选择投影的参考椭球体。

在实际应用中,同一地区的图件,会有不同的比例尺、不同的投影坐

标系统,但是在同一GIS系统中,必须首先根据项目（任务）的要求,来选

择合适的地理坐标投影系统,作为一个标准的坐标系统,所有的资料、信

息都要转换到这个系统上来。

2.2 GIS数据的类型和结构

任何一个真实世界都可以用地理信息来描述和表达,这些信息都必

须以一定的数据格式存放在计算机里,它们可分成三大类：空间数据、

属性数据和栅格化数据(即光栅数据)。

2.2.1 空间数据

一个几何实体可用空间数据来描述,空间数据的编码有四类：点、

线、多边形和连续表面。图2.2为一些点、线、面的例子。

点数据：点（无维数,只有空间的位置而无长度的目标）为空间数

据中最简单的类型。这是最基本的数据,虽然只有一个X、Y坐标来描

述它的空间位置,但任何几何实体都可以用点的集合来表示。

点有两种形式：一种是离散分布的目标,如钻井、油井、水井或地

面采矿点；另一种是固定点上随时间而连续分布的观测,如水位、降雨

量、风速和土壤温度测量。

线数据：线实体（一维,具有长度的物体）为具有线性特性的实体,

由二对或二对以上的XY坐标组成直线段。线性实体可以是稳定的（结

构类）或动态的（流体 类）。结构类的线性实体例子有交通运输网

（高速公路、铁路....）、服务设施系统( 煤气管道、供电网、电线、电

话线、自来水管网....) 等。为确定现有交通运输网上的车流情况和运输

能力而收集的车流流量数据的线段网,则为动态线数据。地质中的线性

特征和断层分别是相连或不相连线数据的例 子。曲线也可用一组X、Y

坐标对来描述,都是连续的复杂线实体。

多边形数据：多边形（二维,具有长和宽的物体）构成GIS中最常

用的数据类型。多边形也是有边界的区域。区域的边界可由土地形状

如森林边界等自然现象, 或人类活动形成的边界如土地利用等来定义。

最常见的多边形是自然资源环境,如土地覆盖、地质、流域范围、土壤、

社会经济带---人口区域、土地边界等等。

当多边形的边界由另一个多边形共享时,必须对多边形数据加以调

整,以使其真正吻合和共享；而不同属性的小区完全被另一个区所包含

时,可以采用嵌套的办法。

连续表面：连续表面（三维,具有长、宽、高／深的物体）有水准

高程（作为地形数据的一部分）、降雨量、温度、人口密度等。尽管

大部分GIS商业产品能处 理地形数据（通常为数字高程模型DEM：

Digital Elevation Model）并显示等值线图、立体图等,但它们并不能

处理真正的三维数据。大部分DEM用网格化的高程矩阵或不规则三角

网 （TIN：Triangulated Irregular Network）来表示地形。在这种情

况下,高程（或称为Z坐标）是一个重要的变量。有些系统允许有其它

图件特点的整理,例如将土壤、土地覆盖数据或卫星 图象（Landsat、

Nova、MSS或TM、SPOT）复合在立体的地形高程面上,从而建立一

个三维的形象。

一般来说,GIS主要应用于二维的地表现象,如土地利用、森林或土

壤数据。在有些应用情况下,也可以通过对物体表面的处理将三维表达

简化为二维的表达。 例如表达层面的表面,可以用等值线图或立体图来

显示。在这种情况下,表面的高程并非真正的独立变量,只是很好地定义

了类似三维或假三维数据。

2.2.2 属性数据

每个实体,除了用空间位置、特征来表达它的性质外,通常还用一些

别的重要属性来表达,这些属性既可以是文字（例土壤系列的名称、庄

稼类型．．．）也可以是标量,如水的深度、地形高程值等等。

一个真实存在的现象,用户能看到,由人类的理解而感觉化的概念,用

户也能感觉到。但是它们必须存在一个复杂的数据库中,并能用适当的

方式表达出来。在计 算机里有几种方法来组织这些地理数据。土地的

数学模型或实体的描述以及它们之间的关系,可借助于诸如点、线、地

区范围和面等基本实体来表示这些空间数据。 而对于这些实体的特性

方面的描述,即非空间数据或属性描述,则往往以表格形式存在关系数据

库管理系统中。

2.2.3 光栅数据

在GIS的信息源中,网格化的光栅数据也是常见的数据形式。光栅

数据结构由大小均匀的矩阵元组成,每一个元的位置由统一的位置索引

（线数、列数）来确 定。每一网格代表一个数或一个码,用这些网格表

达画出图形的属性值。光栅值可以是数值,也可以是文字符号。它相当

于将地表划分成规则的方格网,每个方格网 用一个值来表达,这个值就是

它的某个属性。

对于一个空间分布较少的数据来说,光栅结构会浪费计算机的存储

空间。虽然这个问题可以用一些数据压缩技术来克服,但这仍然是光栅

数据结构的主要缺点。

不少观测数据是在方格形测网上观测得到的,例如物探、化探数据

等,最为突出的例子是卫星遥感图象,各种资源或气象观测卫星在运行轨

道上,利用其矩阵排列 的传感器,对地球表面进行扫描,从而获得各波段

的卫星图象,这些图象就是网格化的数据,是GIS中相当重要的光栅数据

源。

2.2.4 数据模型

任何点、线、范围和面的空间分布数据,可用两种不同的数字形式

来表示：矢量模型和网格化的模型。图2.3 即为这两个模型。

矢量模型

矢量模型中用明确定义的点、线和多边形位置来表达真实物体

（数字模型）的位置。点同样是矢量模型中的最基础部分。任何物体

可以由连接点的直线来建立,这 些直线组也确定了物体的范围。对于两

个连接物体的公共边界可延伸为两种不同的名称：在图论中常用边端

这个名字；而有些则称之为用于连接链的顶点、线段或 弧。

因而,在矢量模型中,物体由定义它们边界的点、线表达。 每个物体

的位置则由坐标参考系统组织的在图件空间中的位置所确定。在地理

应用上,矢量模型用线作为基本逻辑单位,一系列落在线上的点的X、Y

坐标被记录为 单一数据记录的组合元。点也可以看作为零长度的线,或

看作为有同一起点和终点的线所组成的多边形。

最常用的矢量模型是完整的多边形结构和拓朴模型。

完整多边形模型：在完整多边型模型中,每个多边形作为逻辑编码

记录在数据库中,它由表达封闭范围的X、Y坐标弦线所定义。这个模

型的主要缺点为：

邻近两个多边形之间的公共线段,必须随两个多边形作两次数字化

并存储。

没有保留空间关系,因此,多边形之间存在的关系,必须通过多边形之

间的计算来导出。

局部的孤立体仅仅是图形建筑。

只有在可见的图形输出上加以比较才能实现编辑和修改数据库。

这种模型常用于简单形式的机助制图生产。在绘图处理过程中用不到

诸如空间关系等的外来信息的分析,因此这个模型能高效地再生产原始

图件。

拓朴模型：是GIS中最常用的矢量图件。在拓朴模型中,实体间的

空间关系按照已知的拓朴模型格式明确地记录下来。拓朴模型中基本

的逻辑实体仍然是直线 段,这些直线段都由与另一线的交点（或是线的

弯曲处）出发或终止,每条线段由两个端点坐标所记录。此外,在这线两

侧的多边形标识符或名字也要记录下来,这 样就更明确地记录较多的基

本空间关系,以备以后的分析使用。基本数据存在无冗余的记录中。

由于这个特点,拓朴数据成为自动制图分析的基础,拓朴过程能最有

效地进行诸如误差的自动预测和更正,以及其它多边形分析处理。拓朴

学本身研究几何结构的 关系与转换。当用于制图和自动空间分析时,就

要求把所有的线段都明确地、有序地联接成完整的数字线形,以便在计

算机环境下加以解释。

光栅模型

空间数据的光栅（网格化）结构是最简单的数据结构。格网模型

以空间的一个单元作为基本数据单元,在这个单元上记下单元的实体信

息。由空间排列的每一个单 元的值作为光栅结构的每个元的参数。光

栅文件中的每个元只有一个值相对应,实体的不同属性则分别存在不同

的光栅文件中。

主要的光栅模型有：格网式、嵌套格网和不规则格网。在方形网

格和其它规则格网模型中,采用了正方形、三角形和六边形网格。正方

形网格应用最广泛。在正方 形网格光栅排列里,每个元由行和列的序数

来确定并和一个代表图上的属性值组成光栅文件。光栅文件的原点通

常选在屏幕上的左上角,这个参考系统与其它参考系 统不同,如地学参考

系统的地理坐标原点是地表上的某一点。

正方形网格也有它的局限性：从每个元的中心到相邻元的中心点

距离不尽相等,沿线和列的方向上相同,但不同于对角线方向上的距离。

于是产生了六边形网格：元的中心点到六个方向上的相邻元中心点的

距离都相等。放射对称这个特点使这模型在放射状查索和调用的功能

上极为方便。

对于三角形网格,有它的优点：即所有的三角形不具有相同的方向。

这造成对一些象“单一元比较”这种简单处理的过程都变得较复杂。

它也有用三角形表达地形 和其它类型表面数据的缺点。六边形网和三

角形都有共同的缺点：不能进一步划分为与原来单元形状相同的更小

的元,而且数字系统也比方形网更为复杂。

光栅结构中的每个元对应于地表上的一个面积范围,这与最小的绘

图单元有不同的概念,最小绘图单元可由一个或多个光栅元组成。由于

每个元的属性作为唯一的 值存在文件中,每个光栅文件所占的存储空间

为文件中的线数与列数的乘积。因为文件的大小与覆盖的面积有关,所

以每个元代表的土地面积越小,说明这个文件数 据的分辨率就越高,其分

辨率随着每个元代表的面积的缩小以平方关系而升高。

方形网格可用于一般的处理,如计算空间特性的中心计算或诸如复

合和窗口等的空间处理。这些对方形网有效的处理方法,也很容易改为

三角形和六边形网。

把原有的图件转换为光栅结构可采取下列两种方法：点采样,由网

格单元的中心值来给出网格元的属性值；模型采样,网格单元的值由网

格范围内的主要值确定。图2.4 简单地表明了对一个图件进行光栅化处

理的例子。

在GIS中,自然要能对同一图件在两种不同的模型中进行互相转换。

当光栅数据转换为矢量数据时,两个均匀的单位之间的间隔确定了线元。

由于光栅数据的基 本单元为网格,当把光栅数据转换处理成矢量文件时,

得到的线条不一定是光滑的直线,而往往呈现出“台阶现象”。这种转

换的另一个问题是：由一系列光栅域内 定义的线所组成的多边形为一

拉长的多边形,或者是使多边形的边界变“粗”,这须要重新处理成一根

单一的线条。

嵌套式的格网模型：在这种模型里,格网单元可重复地再划分成具

有相同形状和方向的更小的单元。研究得最多的是四分树数据模型,其

基础就是重复地分解网 格。四分树模型将研究的图形或数据范围定为

一个正方形,并分成四个象限,每个象限再反复地分解为子象限,一直到每

个子象限的值是相同值为止,或者分解到事 先确定的分辨水平为止。由

于四分树模型的分辨率是可变的,并且自然地划分为分级途径,四分树结

构对处理和存储大的地理范围数据来说,颇为理想。

四分树模型通过大小可变的格网来作出更为细致的表达,来代替方

形网格中把一个地区划分为大小相同的元,这样一些细节部分可由更细

的划分来完成,从而在需 要的时候可以提高更高的分辨率。一般来说,主

题图在点、线和多边形边界的邻近区域要求较高的分辨率,而对于大的

多边形单一等级的编码来说,它与许多相同小 元组成的多边形的准确度

是一样的,因为在这区内,所有的属性都相同。四分树模型在使用中,允许

用大的单元（粗分辨率）来对大的均匀地区编码,而高一层的分 辨率则

用于有较大的空间变化的地区。四分树的缺点是在作旋转和转换换算

中,数据结构是变的,这样带来了麻烦,在作形状分析和模式识别时显得格

外困难。往往 需要中间处理程序。

矢量模型和光栅模型都有其优缺点。光栅模型适合于空间变化较

大的现象,而矢量模型适于网络分析。具体优缺点这里不详细叙述。

2.2.5 图象的压缩

由于许多单元都含有与相邻元数据相同的数值,这就产生了较大的

冗余。利用数据压缩技术可以有意义地削减数据文件的大小。更有效

地存储数据的方法有几种。 一些方法可以完全重现原来文件,即原始数

据可以准确无误地重现；而另一些方法,则通过舍弃和控制原始数据的

量来减少数据存储量,这就不能完全恢复原始数 据。

行程码是一种允许准确地恢复到原来文件的数据压缩技术。该方

法利用了许多数组具有大量均匀区域的事实,在记录时,记录了行的序数,

属性值数据和行的前 进方向具有相同数值的单元数。这种方法有效性

随数组本身的情况而异。在最坏的情况下,当沿着数组一行上顺序记录

数据时,如果没有任何重复数据时,其容量就 要比原来数组扩大一倍。

四分树模型则是不可完全重现原始数据文件的压缩方法例子之一。

3. GIS的图层和复合

在GIS 中,图层是图件的最基本的信息单元,任何一个真实的地理实

体,都可以用多个基本的信息单元---图层来描述,而这些图层的各种组

合可以形成具有不同实际应用价值的使用图件。

来自不同的光栅数据文件或不同数据层的相应元上的值可以用多

栅格文件的操作来显示和处理。这就是复合处理的基本概念,也就是说,

把多个二维排列的光栅文件数

据叠加起来,并分析对应于每个元位置上的多个数据值。此外,光栅

数据极易沟通常用的空间数据输入输出硬件。

图 2.6 为矢量图形简单复合迭加的的例子。从图中可以清楚地看

出：两个矢量图形迭加后,形成了更多不同含义的小子区,每个小区域的

属性都发生了变化,具有其新的属性。它们是通过图形的拓扑关系计算

得来的。

4 GIS信息和图件的收集与输入

信息与图件的收集和输入是建立地理信息库的基础,而且工作量巨

大。有了信息库,GIS才能进行各种各样的综合分析,才能作出合理的模

拟,从而提供可靠的管理和决策信息。

4.1 GIS信息的收集

地理信息系统收集数据的方法不断地得到发展,这些方法提供了与

信息本身应用程度相一致的准确性和可信性。深入的野外工作和充分

采样仍是确保数据准确性和 价值性的基础;遥感资料也是图形库的一个

重要组成部分;在自动遥测与数字传输技术高速发展的今天,实时数据也

成了动态GIS与实施分析的基础。图象的解释 成果也是数据收集的一

个主要内容。

4.2 GIS信息的输入

地理实体可由两种类型的数据来定义：几何数据与非几何数据,前

者与实体的地理位置有关,后者与实体的性质、特征等属性记录信息有

关。把图件转换成计算机 的数字化形式,是建立地理信息系统过程中最

花费时间的工作,且费用最昂贵。数据输入必须通过编辑来确认数据与

原图是否对应一致,并作适当的校正。

图件的数字化输入,是GIS建库的瓶颈。近十年来,将光栅文件自动

转换成矢量文件的软件发展较快,虽然并非真正地100%自动转换,但用

这些软件可大大提高图件矢量化的速度。

对于地面实时信息来说,有两种情况：(1)观测点是固定的,通过传感

器自动观测采样,数据通过有线或无线传输到RTU作必要的预处理,并等

待发送,这类 观测例子有水文观测、气象观测、地震台站监测等等；(2)

观测点是移动的,它要传输的信息是各流动点的地理位置,往往在要观测

的流动目标上装置GPS系 统,自动定时记录其地理坐标,然后发送。

对于空间观测的信息,在有条件的地方,可以通过地面接受站,将实时

信息接收并转换到GIS系统中去,例如气象卫星的云图。

5 GIS信息和图件的数据库管理

GIS系统中信息量巨大。这些信息是进行综合分析的基础,要求能

方便、快速地查询、调用和显示。因此,保存和管理信息,是GIS的一个

核心部分。

5.1 数据库的基本概念

数据库是数据的计算机管理系统,能将所有具内在联系的数据收集

在一起,用最小的数据冗余,达到高度的数据组合,并方便地用于一个或多

个任务。

5.2 数据库结构

GIS采用三种主要的数据模型来建造数据库：分级数据模型、网络

数据模型和关系数据模型。数据模型包含了数据库的组织结构、描述

和维护。数据模型还包括管理数据库中数据的基本操作（一般以数据

语言,数据子语言或数据管理子语言为工具）。

下面是一个GIS软件中所用到的数据库实例,引进了ORACLE数据

库的基本部分,图4.1粗略地表明了它的结构。

5.3 GIS的数据库管理

与工程设计中常用的CAD软件不同,GIS中的信息都要存放在数据

库中,而不是一些简单的互不关联的信息文件。一般的GIS软件都采用

标准的数据库管理 系统（DBMS）,因为DBMS具有许多现成的功能可

以利用,否则的话,GIS必需自己在系统内编制相应的数据库程序。

5.3.1 数据库管理系统

DBMS的一些主要特征为：

数据的独立性：应用程序、数据结构和存储设备的关系是互相独

立的。数据库的数据也具有独立性,即用户看到的数据与实际储存的数

据互相隔离。用户把数据看作为完全独立的实际结果数据,而数据的个

别部分可以由几个用户共同享用。

数据目录：数据库的结构存在于数据目录中。数据目录专门用来

存储和调出有关由数据库系统定义的结构信息系统。数据目录也包含

数据库中数据的有关信息。

数据结构：如果数据库中的数据不能按照意义明确、精心设计的

方式存储,那么包含有大量数据项的数据库就会阻碍自身的应用。数据

库管理系统就是要提供有关功能,来构制数据和数据的存储,并能表达往

往是很复杂的数据项之间的关系。

确认性和修复：数据的共享改进了数据的组成结构,但另一方面,它

也潜在地造成另一个问题, 即数据库中的数据不仅影响用户本身,还影响

到共享此数据的其他用户。因此,数据管理系统在允许数据存入数据库

之前,必须加以确认,并提供可以理解的数据修复过程。

能控制的冗余：在文件处理环境中,分离的数据文件用于种种不同

的应用目的,很可能产生数据冗余。虽然有必要保留一些数据的多个拷

贝,然而冗余数据太浪费存 储空间。因此为了增大数据的有效存储,必须

定出一个有效的策略来更新数据的多份拷贝。DBMS可用来监视和削

减冗余的程度,并且为保留的多份数据拷贝作更 新处理。

用户显示：DBMS提供了极为方便的用户界面来建立和维持多用

户的屏幕显示。 因此,DBMS由一组对数据库中的数据进行处理和维护

的功能程序组成。开发这些程序,是为了让用户以顺序方式共享数据并

确保数据库的完整性和使其得到维护。

6 GIS信息的综合分析和信息处理功能

地理信息系统的最重要特点之一就是广泛的空间数据综合分析和

模型模拟能力，它能够对具有地理坐标的空间信息作拓扑分析和计算，

对空间的和非空间的属性进行 综合分析处理，并能对各类信息作出种

种统计分析，从而提供了极为丰富的综合评估和提取有用信息的手段。

常规的GIS的分析和处理能力包括图象的复合、重新 分类处理、近似

分析、最优化缓冲区和其它制图模拟技术。

图件的再分类处理可指定已有图件的主题值为初始值，把它与每

个区域相伴随的位置、空间组成的大小和形状一起进行某个函数运算，

得到新的图件。例如，一个土壤图可以经过再分类，得到渗透性图。

这些功能既可以由系统自身完成， 也可以和其它统计模型共同实现。

距离功能可以确定距离及进行传导方向处理，以得到点之间的距

离和路径。

在制图模拟中，概念模型可以分解为能分别得到解决的子模型。

模型可由如下方式构成：每个个别的子模型的解组合起来形成原始模

型的解；而每个子模型又可以进 一步地分解为更小的、能直接解决的

子模型。这种将模型分解的关系模型也可用于决策模型。决策分析的

基本模型就是把决策问题分解为多个子问题，决策人分别对 子问题进

行讨论解决，最后完成对整体的决策。

它们可用于:土地高程、农业生态、农作物产量、水文模型、土地

降级、侵蚀模型、风险评价等方面。下面对其主要功能加以说明。

6.1 地理座标参照系统的设置和转换

为某个光栅文件确定地理坐标系统；由选定的几个点对栅格文件

按照某地理系统进行再采样和转换；根据坐标系统对两个栅格文件进

行拼接。

6.2 图形显示、处理和分析模块

图形和图象显示是GIS的信息可视化的主要优点之一，因此，它

有许多图形和图象处理的功能。

(1)它允许用户修改多边形名字和线段颜色；把栅格文件转换成矢

量文件；把包括线段的矢量文件转换成栅格文件，把包含多边形的矢

量文件转换成栅格文件；

(2)根据已知点的信息表格建立栅格文件；

(3)在彩色屏幕上显示或根据现有彩色显示图象存储栅格文件；用

户可选择、修改、控制彩色显示色阶；显示与屏幕上某点有关的资料；

显示栅格图上某点的值。

(4)在彩色屏幕上显示栅格数据的三维立体透视图；建立立体图象

对；利用三幅栅格图象进行彩色合成。

(5)对单一栅格图进行密度分割。对几个输入的栅格图象进行逻辑、

条件和代数运算；对两个栅格作交叉处理；对指定范围内的区域进行

面积计算；由用户定义目标计算距离。

(6)建立用于两幅图合成的二维表和原始图进行分类的分类表。

(7)计算栅格图象的直方图；计算一组栅格图象的协方差和相关矩

阵；进行主分量和因子分析。

6.3 信息的数字处理，综合分析及有用信息的提取

针对栅格图象信息，有些GIS应用系统中也溶入了一些图象处理

手段(尤其是遥感图象处理)，来突出有用信息及实现综合信息的提取。

来说，不存在理想的或所谓最好的图象处理，因为最 终结果还是由用

户自己来判断其结果是否有用，因此，了解图象处理的含义非常重要。

图象处理总体上可分为两种：点的计算和局部计算；点的计算只

是独立地改进每个象元的亮度；而局部计算则利用这个象元及其周围

象元的值参加运算。下面说明几种简单但又是常用而又有效的图象处

理手段。

6.3.1 图象增强处理，改善直观印象

遥感图象实质上是记录了在某个波段内，地表物质反射的波的能

量，不同物质反射的能量不同，从而形成图象上的差异。但是在某些

情况下，不同物质反射的可见光和近红外射线的量相差不大，导致其

对比度不大。

一些空间分布的数据，由于存在个别特别大的局部异常幅度，在

转换成栅格化图象文件时，若按常规图象化，会造成图象上大部分较

弱异常的对比度的压缩，从而降低了这些异常特征的分辨力。

遇到上述这些情况时，就需要对原有图象进行反差对比增强处理，

通过对比拉伸来区分不同的物质或不同场源的异常。对比增强有线性

与非线性两种。

线性对比增强最适合于那些在直方图上表现为高斯或似高斯分布

的图象。根据直方图上的值，可确定图象拉伸的极大值和极小值。

非线性对比拉伸这一方法适用于图象的直方图不是高斯分布的情

况，这时须由几段线性对比增强组成的非线性对比增强处理来完成对

式识别计算，从而达到岩性判别和自动填图等方面的目的。

6.3.3 图象复合进行综合分析

经过图象增强或滤波处理的基本图象图层和其它地学图形图象图

层一样，集中表现了某些信息，为了了解不同资料之间的相关关系，

进行综合解释，GIS中的图象 复合技术提供了极为便利而且有效的手

段。如图6.1所示，图象复合迭加是把几个选定的图象在坐标配准的前

提下，复合在一起，从而达到了解各种不同源信息的 相互关系的目的。

图6.1 图象复合示意图

复合迭加的关系可用下式来表现：

U=f(A，B，…) (6.1)

式中 A，B，…是参加复迭加的图象的属性值

U是复合迭加的结果图象

f为进行迭加的函数关系

迭加的函数关系可以是简单的算术运算，如加、减、乘、除…；

可以是逻辑运算，如逻辑与或非及其它条件；也可以是较复杂的函数

运算，如三角函数、乘方、开方或对数等。

从这个式子，可以看出，图件的复合也可以得到新的图件。用相

同位置上的两个或两个以上的图件相应的值，经过函数计算，得到复

合的新图。利用图象复合迭加技术可以极方便地进行各种信息图象的

组合，从而为综合分析提供许多便利而又灵活的途径。

6.3.4 分类处理

分类处理方法就是把二维分布的属性数据，按照相同、相近或相

关的属性归成一个类，用某种标记来表达，标记往往代表一定边界内

的某一类的平均值或总的描述。

我们可以根据目的、目标的尺寸以及针对重要的属性进行不同的

分类。

6.3.5 模式识别和综合信息提取

对于各种已转换成GIS中基本图层的不同源的地理信息， 除了利

用上述图象复合技术来进行信息综合外， 其它模式识别技术也可很好

地用来进行综合信息提取。例如主分量分析技术，可把复杂的多元数

据加以简化，以取得对多种信息更好的理解，实际上综合信息的标志

变量之间常常是相关的，通过主分量分析，选出排在前面的几个主元

再做彩色合成，往往能反映大部分有用信息。当然在实际工作中，采

用选择的主元分析，即选择 与有意义的信息高度相关的图象参加主元

分析，以避免丢失有用信息。

交互式的采样训练、盒子分类、最大或近似值分类和最近邻域分

类、最小距离分类方法，以及无监督的集群分析，也都是可用的模式

识别方法。

综上所述，GIS通过潜在效益的规划和模拟来协助决策者工作。它

向规划者提供了一个随时可以看到的与客观地球有关的信息源，并进

而利用它本身对这些信息进 行快速、灵活而又经济的分析和不同结果

的组合，来进行决策。那些与具体地点、可利用的自然资源的数量等

等有关的专家意识，则成为定量规划中的独立部分。

7 GIS信息和图件的表达方式

综合信息和决策依据的表达，是任何一个项目或任务的重要环节，

随着图形、图象技术的发展，一目了然的彩色成果图越来越为广大用

户所采用。

把处理好的图象或结果图形，用高分辨率的彩色打印机或彩色绘

图仪按比例尺输出，制成正规使用的图件，这点极为重要。

输出模块为用户提供的成果有：地图、图形、表格、照片和磁性

存储介质。

有一点必须强调：标准的GIS系统均具有数据和图形文件的格式

转换功能，便于与通用数据库及通用软件相兼容，有效地集成到信息

系统中去。例如转为 Arc/Info， AutoCad 的矢量文件，ASCII栅格文

件，Erdas栅格文件，Lotus 或 Ms Office 等等的表格或文本文件。

为了输出的图件更满足用户的需求，用户可增加或修改图例，建

立彩色打印的模式，由绘图仪、彩色打印机、单色打印机或激光输出

图件。