地理信息系统的主要功能介绍及应用

空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的一种空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。通过空间分析可以揭示数据库中数据所包含的更深刻、更内在的规律和特征。因此，空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别。

在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。目前大多数系统都是将二者分开存储，通过公用项来连接。这种组织方式的缺点是数据的定义与数据操作相分离，无法有效地记录地物在时间域上的变化属性。目前，时域地理信息系统和面向对象数据库的设计都在努力解决这些根本性的问题。

1.数据采集、检验与编辑
主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数据值逻辑上的一致性等。通常，地理信息系统数据库的建设投资占整个系统投资的70%或更多。因此，信息共享与自动化数据输入成为地理信息系统研究的主要内容。目前，可用于地理信息系统数据采集的方法与技术很多，而自动化扫描输入与遥感数据的集成最为人们所关注，扫描数据的自动化编辑与处理仍是地理信息系统主要研究的技术关键。

2.数据处理
初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。数据的格式化是指不同数据结构之间的转化；数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变换。在数据格式的转换方式上，矢量到栅格的转换要比其逆运算快速、简单。数据比例尺的变换涉及到数据比例尺缩放、平移、旋转等方面，其中最为重要的是投影变换；数据概括包括数据平滑、特征集结等。目前地理信息系统所提供的数据概化功能极弱，与地图综合的要求还有一定的差距。

3.数据的存储与组织 
这是一个数据集成的过程，也是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格与矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能。混合型数据结构利用了矢量与栅格数据结构的优点，为许多成功的地理信息系统软件所采用。目前，属性数据的组织方式有层次结构、网络结构和关系数据库管理系统等，其中关系型数据库系统是应用最为广泛的数据库系统。

在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。目前大多数系统都是将二者分开存储，通过公用项来连接。这种组织方式的缺点是数据的定义与数据操作相分离，无法有效地记录地物在时间域上的变化属性。目前，时域地理信息系统和面向对象数据库的设计都在努力解决这些根本性的问题。

4.查询、检索功能 
查询、检索是地理信息系统以及许多其它自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能。GIS 的查询功能可以概括为4种类型：属性查询、图形查询、关系查询和逻辑查询。

属性查询   GIS允许用户在图形环境下，借助光标点击屏幕上的图形要素，以查询检索相关的属性要素；也可以在屏幕上指定一个矩形或多边形范围，检索该区域内所有图形的相关属性。GIS还允许用户在属性环境下，按照一定的逻辑条件查询属性数据。对查询检索得到的数据，可以在屏幕上显示，也可以生成报表输出。

图形查询   在GIS图形环境下，用户可以根据分层编码检索图形数据，也可以根据属性特征值查询相应的图形数据，或者按照一定的区域范围查询图形数据，或者按照一定的逻辑条件查询相应的图形数据。

关系查询   空间目标的拓扑关系有两类：一种是几何元素的结构关系，如点、线、面之间的组成关系，可用于描述和表达几何元素的形态；另一种是空间目标之间的位置关系，可以描述和表达几何元素之间的分布特征，如邻接关系、包含关系等。GIS的空间关系查询就是查询检索与指定目标位置相关的空间目标，通常包括：面-面关系查询、线-线关系查询、点-点关系查询、线-面关系查询、点-线关系查询、点-面关系查询6种。

逻辑查询   逻辑查询是指用数据项与运算符组成的逻辑表达式，查询检索相应的图形或属性，其中数据项可以是数据库中的任意项，运算符可以是所有逻辑运算符和算术运算符。

5.空间分析功能
空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的一种空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。通过空间分析可以揭示数据库中数据所包含的更深刻、更内在的规律和特征。因此，空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别。

叠置分析   叠置分析是将同一地区、同一比例尺的两个或两个以上的数据层进行叠置，生成一个新的数据层，让新数据层的各个目标具有各叠置层目标的多重属性或各叠置层目标属性的统计特征。前者称为合成叠置，后者称为统计叠置。

缓冲区分析   缓冲区分析是根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定范围内的缓冲区多边形，这是GIS重要的和基本的空间分析功能之一。

泰森多边形分析   泰森多边形可用于定性分析、统计分析、邻近分析等。如可用离散点的性质来描述泰森多边形区域的性质；可用离散点的数据来计算泰森多边形的数据；判断一个离散点与其他离散点相邻时，可根据泰森多边形直接得出。
地形分析   地性分析的主要是利用DEM和DTM模型描述地表起伏状况，用于提取各种地形参数，如坡度、坡向、粗糙度等，并进行通视分析、地表曲面拟合、地形自动分割等分析。
网络分析   网络关系是自然界和人类社会中的客观存在，如水系网、交通网、通讯网等。GIS的网络分析就是针对客观的网络关系和人类社会的需要，进行诸如最佳路径分析、最佳流量配置、服务网点布设、洪水汇流过程分析等。

6.显示功能 
地理信息系统为用户提供了许多用于显示地理数据的工具，其表达形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是报告、表格、地图等硬拷贝图件，尤其要强调的是地理信息系统的地图输出功能。一个好的地理信息系统应能够提供一种良好的、交互式的制图环境，以供地理信息系统的使用者设计和制作出具有高品质的地图产品。