什麼是地理信息系統的應用模型

『壹』 地理信息系統的基本功能和應用功能的區別和聯系

地理信息系統（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時又稱為「地學信息系統」。它是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟體系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行採集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。
應用功能:GIS是一種基於計算機的工具，它可以對空間信息進行分析和處理（簡而言之，是對地球上存在的現象和發生的事件進行成圖和分析）。 GIS 技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的資料庫操作（例如查詢和統計分析等）集成在一起。

『貳』 地理信息系統的應用有哪些

地理信息系統的應用有：城市規劃、建設管理，農業氣候區劃，大氣污染監測管理，道路交通管理，地震災害和損失估計，醫療衛生，軍事。

城市規劃、建設管理

城市是人類活動高度集中的區域，同時也是信息、物質高度集中的區域。隨著科技的進步和經濟的發展，城市系統越來越復雜，數據和信息越來越多，服務要求越來越高。城市管理面臨著新的挑戰，為了城市的現代化、生態平衡和持續發展，城市需要全面的規劃，而地理信息系統給城市的規劃和管理帶來了新的工

農業氣候區劃

採用新技術、新方法、新資料，開發"農業氣候區劃信息系統（Agriculture & Climate Distributed Information System,簡稱ACDIS）"軟體，建立氣候資源開發利用和保護監測體系，實行資源平面與立體，時間與空間全方位優化配置；發揮區域氣候優勢，趨利避害減輕氣候災害損失，提高資源開發的總體效益。為各級政府分類指導農業生產，農村產業結構調整，退耕還林防止水土流失等提供決策依據，為地方政府服務。

大氣污染監測管理

隨著經濟的發展，環境污染直接影響了人們的生活質量，環境質量問題也得到了越來越多的重視。污染環境包括水污染、大氣污染、固體廢棄物污染等，其中就大氣污染而言，城市區域由於受到工業生產、居民生活的影響，成為大氣污染發生的集中區域，歷史上幾次嚴重的污染事故，如倫敦煙霧事件（1952）、洛杉磯光化學煙霧事件（1943），都是發生在大城市。近幾十年來，研究者對大氣污染問題進行了大量研究，並且通過實驗或計算來建立適合於特定區域的大氣污染物擴散模式以及確定相關參數的計算方法。

道路交通管理

近年來，GIS在交通方面的應用得到了廣泛的重視，並形成了專門的交通地理信息系統GIS-T，以滿足道路交通管理方面的要求。路廓設計是公路設計中的一個重要環節，是定出公路最終線向的一個步驟。在路廓設計中，要綜合分析多種空間數據，包括大比例尺的土地利用圖、地形圖以及現有的道路網等。

地震災害和損失估計

對地震災害以及地震次生災害的評估對於一個區域的降低危險，資源分配以及緊急響應規劃具有重要的意義，而通過存儲和分析地質構造信息，利用GIS可以預測地震發生的"場景"並估計該區域由於地震引發的潛在損失。此外，GIS也提供了有力的工具使得在地震實際發生時，分析災害嚴重程度的空間分布，幫助政府分配緊急響應資源。

地貌

地貌學理論發展和生產實踐需要加強計量地貌研究。然而，由於地貌現象的復雜性、地貌數據的龐大等多方面的原因，需要在地貌研究中採用GIS工具，使其成為地貌定量研究的一個有效途徑。

醫療衛生

由於流行病是用於描述和解釋某種疾病的發病率，從空間的角度來看，流行病學需要很好地描述流行病發病率空間分布特徵的手段，進而可以研究發病率模型，以發現流行病和周圍環境的關系。通常，GIS在流行病研究中主要提供了如下三個方面的功能：流行病數據的可視化，空間數據分析，流行病模型等。

軍事

軍事是以准備和實施戰爭為中心的社會活動。一切軍事行動都是在一定的地理環境中進行的，地理環境對軍事行動有著極其重要的影響與作用。隨著人類社會向信息化迅速發展，未來高技術戰爭中信息對抗的含量將越來越高，特別是高技術條件下的局部戰爭，由於戰爭爆發突然，戰爭進程加快、戰機稍縱即逝等特點，對作戰指揮的時效性有了更高的要求。指揮決策智能化、作戰指揮自動化、武器裝備信息化成為未來戰爭取勝的關鍵。在這種需求下，出現了數字化戰場，數字化的地理環境信息已成為指揮決策的必要條件之一。因此，作為空間軍事信息保障的軍事地理信息系統已成為現代化軍事斗爭的一項重要內容。

『叄』 地理信息系統的數據模型包括那些相互聯系的方面試舉例說明

1.引言

經過幾十年的發展，今天的GIS系統已經具備了較強的數據存貯、管理和輸入輸出功能，但目前大多數的GIS仍然是以數據為中心的，在完整表達客觀地理世界、進行高層次的空間分析和直接提出決策方案的能力方面還遠遠不夠，導致這種情況的根本原因在於現有GIS的數據模型不能准確地表達客觀地理世界。為此，作者為現有GIS軟體總結了兩種典型的數據模型[1]：拓撲關系數據模型和面向實體的數據模型，並分析了它們各自的優缺點，指出應該在整體論的基礎上為地理空間建立一個能夠直接反映人們認知的整體數據模型。

2.面向對象的整體數據模型

GIS本質上是對客觀地理世界的近似模擬，其理想狀態應該是盡可能准確地反映地理世界，同時做到數據量最小，又便於人們從中獲取所需要的信息和規律。要達到這種理想狀態，我們需要做好兩步工作：1）准確理解地理空間；2）為地理空間建立面向對象的整體數據模型---一個基於地理空間整體論、完全以面向對象方式組織的GIS數據模型。
地理空間的理解可以簡單概括為[1]：地理空間是一個目標組合排列集，每個目標或說對象都具有位置、屬性和時間信息，及與其它對象的拓撲關系、語義關系等。基於這一認識，我們可以得到，表達地理空間的整體GIS數據模型有如下特徵：
■ 將地理空間按照人的思維方式理解為基於目標的空間和定義在地球表層目標集上的關系。除了要研究對象的幾何位置及拓撲關系外，還要重視研究對象間的語義關系。
■ 整體數據模型雖然要求我們將客觀世界作為整體看待，但在執行具體的數據組織時也需要對眾多的地理實體進行分層。分層是基本的和必要的，但由於為一種目的進行的分層很難滿足另外的需求，因此重要的不是提供一種通用的分層，而是對方便地加入、刪除對象等維護層的操作予以足夠的支持。復合圖層含有不按對象維數分層的含義，能夠很好地體現客觀 世界的整體特徵，為不同層中的關聯對象或用戶感興趣的不同類型對象提供了一個集中存貯與交互的獨立空間，整體數據模型尤其應該增強復合圖層的功能，使用戶能夠自由地加入、刪除、修改、查詢任意類型（點、線、面和復雜實體）的地理實體，同時能夠進行強大的空間分析；
■ 雖然傳統的GIS數據模型常將基於對象的模型用矢量結構表達，而將基於場的模型用柵格結構表達[2][3]，其實可將對象和連續場這兩種看似對立的模型統一在面向對象的整體數據模型中，因為面向對象的方法作為一種框架不僅可以描述基於對象的模型，也可以描述基於場的模型[3][4]。
■ 空間對象是處在三維空間中的，並具有多尺度特徵。
■ 整個數據模型完全以面向對象的方式組織。

由上可見，在整體數據模型中，地理空間被表達為一個具有相互關系的對象集。每個對象不僅具有自己的幾何信息、屬性信息和時間信息，而且與其它對象之間具有拓撲關系和語義關系。所有這些信息在整體數據模型中都處於同等重要的地位，其中起著連接作用的是對象本身。根據對象的形狀特點，同時為了方便計算機實現與管理，我們可以將地理空間中的對象分為5種基本對象：點、線、面、注記和復雜對象。其中，前面四種對象比較簡單，統稱為簡單對象，這里只介紹第5種對象---復雜對象。
復雜對象是由簡單對象組合派生的，可以劃分為如下兩種類型：
1）單純型復雜對象
多個同樣類型的對象合並成為一個單純型復雜對象。·復雜點：點群，由多個點狀對象構成的集合，整個集合是一個對象，如聚集在一起的多個水文站等；•復雜線：線群，由多個線狀對象構成的集合，整個集合是一個對象，如一線狀水系，一徑流網路等；·復雜面：面群，由多個面狀對象構成的集合，整個集合是一個對象，如一湖泊群，一海洋群島等。
2）混合型復雜對象
點、線、面共存的復雜對象。混合型復雜對象的混合種類包括：點與線混合，點與面混合、線與面混合及點、線、面同時存在的混合，多個不同類型對象合並成一個就構成了混合型復雜對象，因此混合型復雜對象不屬於點、線、面中的某一基本類型，在屬性上也就不具備這些基本類型對象的一些特有信息，如線對象的長度，面對象的面積和周長等，這在資料庫表結構的設計中要予以必要的考慮。
單純型復雜對象可以在相應類型的簡單對象集中存貯和在相應圖層中顯示，也可以在復合對象集中存貯和在復合圖層中顯示；混合型復雜對象只能在復合對象集中存貯和在復合圖層中顯示，它們不適合存入簡單對象集，也不宜在點、線、面簡單圖層中顯示，因為它們的加入會破壞簡單對象集和簡單圖層的專題特性，也不便於管理。
上面介紹的這5種對象在地理空間中都是以三維形態存在的，但由於三維GIS建設的成本較高，在技術實現上也有相當的難度，而目前二維GIS能夠滿足大部分實際需求，因此我們在表達三維客觀地理世界、實現整體GIS數據模型時以開發二維GIS為主，而在某些需要查看具體三維細節的地方提供機制以表現其三維結構，例如可以另開辟一個小的三維地圖窗口來表現對象的三維形狀、結構和拓撲關系等。
時間問題[5]-[8]、語義關系和拓撲關系[9]-[11]一直是GIS界長期研究的熱點，雖然它們在整體數據模型裡面佔有很重要的位置，但是本文的重點在於確定整個數據模型和系統的總體組織，對它們的具體討論將在以後逐步展開。

3 系統數據組織

3.1 對象集

對象集是指由眾多對象構成的集合。劃分對象集的目的在於存儲和管理對象的方便，它可以是由同種幾何類型的對象構成的集合，也可以是由不同類型對象組成的集合。在整體GIS數據模型中，有如下三類對象集：
■ 簡單對象集：包括簡單點對象集、線對象集、面對象集和注記對象集四類；點對象集是由簡單點對象或單純型復雜點對象組成的集合，線對象集是由簡單線對象或單純型復雜線對象組成的集合，面對象集是由簡單面對象或單純型復雜面對象組成的集合。簡單對象集也可稱為專題對象集。
■ 復合對象集：由簡單點、線、面對象、注記對象、單純型復雜對象或混合型復雜對象等不同類型對象組成的集合。在這種對象集合中，可以包含任意類型的對象元素；
■ 場：場是由有機關聯的對象構成的集合，其中的元素在幾何上不再相互獨立，而是緊密相關，這一點與以上兩種對象集不同。如TIN、GRID、影像和網路等。場中的元素對象一般較多，場本身就是一個對象集，因此我們在概念上不再另設場對象和場對象集。
由上可見，對象類型與對象集類型並不是完全一一對應的，例如：單純型復雜線對象與簡單線對象一樣分別存貯與顯示在簡單線對象集和簡單線圖層中，不必要專門的單純型復雜線對象集和單純型復雜線圖層來存貯和顯示。
除了點、線、面三種單純型復雜對象外，其它各種對象（點、線、面簡單對象、注記對象和混合型復雜對象）與對象集類型都是一一對應的。另外，場是一種對象集，不過由於其中的元素並不是場對象（沒有場對象概念），因而場與場中的元素也不存在一一對應的關系，但在實現時開發者完全可以設計一個場類來管理各種各樣的場。
值得指出的是，整體GIS數據模型認為人們感知的客觀世界是一個由眾多類型不同的地理實體組成的整體世界，而不是人為分割的、僵化的對象層，但由於分層能夠為GIS管理和顯示地理對象提供極大的方便，因此我們在基本分層（在本文中是對象集）的基礎上，特別提出並強調復合對象集的概念，以此來表達和實現整體GIS數據模型的整體思想。復合對象集打破了GIS中傳統分層的框架，為不同對象集中的關聯對象或用戶感興趣的不同類型對象提供了一個集中存貯與交互的獨立空間，但同時也為系統開發和管理帶來了一定難度。比如，單純型對象集的顯示、修改、存貯、管理、分析和輸出都可採用統一的方法進行，而復合對象集的這些操作則必須在內部進行分別處理（按對象類型）。雖然如此，但單純型對象集與復合對象集都是為了滿足不同的用戶需求而設計的，二者在對象組織、系統實現和空間分析上各有優缺點，一個功能強大的GIS應該同時支持它們。

3.2 圖層

對象集加上自己特有的顯示屬性即是圖層，因此對象集類型與圖層類型是一一對應的。由於對象集包括點、線、面、注記對象集、復合對象集和場6種基本類型，因此圖層也有相應的點、線、面、注記圖層、復合圖層和場圖層6種基本類型。對象集用來存貯對象的空間與屬性數據，而圖層則用來設置對象集的顯示風格並控制對象集的顯示範圍、顯示比例和操作特性（如可顯示、可選擇、可編輯和可捕捉等），二者各司其職又相互聯系。在對應關繫上，一個圖層只對應一個對象集，而一個對象集卻可顯示在不同的地圖窗口中對應多個圖層，因此對象集與圖層之間的關系是一對多的關系。

表1 各種對象的存貯與顯示對比表
Tab.1 Contrast of store and display of all kinds of objects

對象類型
存貯的對象集
顯示的圖層

點與單純型復雜點
簡單點對象集表
簡單點圖層

線與單純型復雜線
簡單線對象集表
簡單線圖層

面與單純型復雜面
簡單面對象集表
簡單面圖層

混合型復雜對象
復合對象集表
復合圖層

場
多個非同類簡單對象集表
場圖層

注記對象
注記對象集表
注記圖層

3.3 資料庫

我們這里所說的資料庫是指廣義的資料庫，其定義為「存貯對象的集合」。物理上不管是以文件形式還是以商業資料庫形式存在，只要存貯有對象，我們都稱為資料庫。就綜合性能而言，一般是文件系統在小量數據方面有自己的長處，而商業資料庫則對大量數據的支持有著文件系統無法替代的優勢。

3.4 地圖或地圖窗口

對象集是用來存貯地理對象的，圖層是用來控制對象的顯示的，兩者都不等同於地圖或地圖窗口。我們的地圖或地圖窗口是一種框架，是顯示對象的實際載體，也是控制圖層並對之進行操作和分析的主體。

3.5 工作空間

工作空間是為系統管理方便而設計的，相當於一個大的倉庫，裡面存貯有數據的基本信息，如資料庫的名字與尺寸、地圖和其它資源（如點、線、面型符號）。系統運行時可調入資料庫對之進行管理控制。

4 數據存儲與訪問

4.1 存儲結構

4.1.1 簡單對象集對應的表結構

如前文所述，對象集包括點、線、面、注記對象集、復合對象集和場6種基本類型，因此在資料庫中應該設計與之對應的6種表。對於文件系統而言，表的概念可以擴展為結構，也就是說用6種結構來存貯這些對象集的各個元素。其中，結構的成員與表的欄位是一一對應的，為了操作方便，我們還可以定義一個專門的類來管理這個結構。對於商業資料庫而言，表就是關系資料庫系統中的普通表，不必進一步考慮。
不同的對象類型對應不同的表，但所有對象集都可採取形如表2的結構，當然不同類型的對象集在空間坐標串的組織及屬性欄位名字上會有不同。由於點對象與單純型復雜點對象除了空間坐標串組織方式稍有不同外（不過都是用同樣的方法打包成外部不可見的二進制塊，可視為相同），其餘欄位都相同，因此它們可以共存於一個表，也可以一起顯示在同一圖層中，在各方面的處理上幾乎沒有什麼差別。線對象與單純型復雜線對象、面對象與單純型復雜面對象的關系與此類似，也可同存於一個表和在同一圖層中顯示。當然，簡單對象與單純型復雜對象的空間坐標串的組成結構不同，單純型復雜對象應該有能夠識別多個同類型簡單子對象的格式或標記。對於混合型復雜對象，必須用單獨的混合型復雜對象表存貯，表結構中除了沒有簡單對象公有的長度、面積等欄位外，其它欄位均可根據需要進行設置，結構形式仍同於表2。

表2 簡單點、線、面對象及單純型復雜點、線、面對象表
Tab.2 Data structure of all kinds of objects

對象ID
用戶ID
空間信息
語義關系1…
屬性1…
屬性n

…
…
…
…
…
…，三維結構與時間表存在的標志

由上可見，我們並未如拓撲關系模型那樣在面對象表的空間坐標欄位里用一系列弧段標識號來表示面對象的組成，而是直接用其坐標串。雖然這樣在多邊形的公共邊上會有重復存儲現象出現，但在計算機存儲設備日益增大的今天，這已經不再是主要問題，相反這種坐標存儲方式使面對象表不再依賴線對象表，其中的元素也變成為相對獨立、完整的對象，同時也將提高系統訪問數據的速度。這種方式是面向實體的數據模型和面向對象整體數據模型在內部實現機制上的一個特色，是一種以空間換時間的存儲方式。

4.1.2 三維結構與時間屬性的表結構

目前的GIS仍然以二維GIS為主，但有時又需要查看少數對象的三維結構與時間特性，因此我們在整體GIS的資料庫中為這部分對象單獨設計了「三維結構與時間表」。為了討論方便，我們把上面的表2稱為主表，而把這個表稱為副表（表3）。副表中並不存儲整個對象集的全部對象，而是只存儲部分具有三維結構與時間特性的對象。至於哪些對象能有三維結構與時間屬性存貯在副表中，則要看它們在主表中最後一個屬性欄位里的標志值。如果標志值為真，則有，否則在三維結構與時間屬性表中就沒有這些對象。
有時候對一部分對象我們只關心其三維結構或只關心其時間屬性，這部分對象的取值不能簡單地設為真或假，此時要修改標志變數的值域將之設置為4值域，即V={0, 1, 2, 3}，其中0表示既沒有三維結構又沒有時間屬性，1表示有三維結構但沒有時間屬性，2表示沒有三維結構卻有時間屬性，3表示兩者都有。如果整個對象集中存在值為1或2的對象，那麼該表就要拆分成兩部分以分別存儲它們的三維結構與時間屬性，當然這些對象的其它信息仍然存儲於主表中。

表3 三維結構與時間表
Tab.3 3D data structure and time attribute of all kinds of objects

對象ID
三維結構
時間屬性1
時間屬性2
時間屬性n

…
…
…
…
…

4.1.3 復合對象集對應的表結構

復合對象集是整體GIS數據模型中一個很重要的概念，對於復合對象集，我們可以用兩種方式存貯它。1）物理方式，即在物理上將對象的所有信息都集中存放於一個表中。由於不同類型對象的欄位不盡相同，因而必然會造成一些欄位的空間浪費，例如點對象的長度和面積欄位在現實世界中沒有實際意義，所佔空間自然就是浪費。顯然，復合對象集中對象的類型越多，造成的空間浪費就越大。不過，如果復合對象集中包含的對象類型只是簡單點與單純型復雜點，或簡單線與單純型復雜線，或簡單面與單純型復雜面，那麼就不會存在欄位不一致導致的空間浪費問題。2）邏輯方式，即復合對象集中只存貯對象的系統ID號，而實際的信息仍存在於簡單點、線、面對象和單純型點、線、面復雜對象表---主表中。只是當讀取復合對象集中對象的信息時，要打開並訪問相應類型的主表，需要耗費一定的系統時間。到底採用何種方式合適，要視具體情況而定。作者的建議是，當復合對象集中對象類型較少時，採用物理方式較為合適。反之，採用邏輯方式則更為合理。作為一個好的GIS系統，應該對這兩種存貯方式都進行強有力的支持。

4.1.4 場對應的表結構

面向對象的整體GIS數據模型不僅在概念上將地理對象作為一個個獨立的實體看待，而且在內部存儲上也是將它們獨立存儲，各對象表之間並不存在拓撲依賴關系，這一點與基於拓撲關系的數據模型有很大的不同。那麼，面向對象的整體GIS數據模型如何處理對象間的拓撲關系呢？我們知道，拓撲模型存貯對象間拓撲關系的一個很重要的目的是為了實現數據共享（同時也降低了訪問速度），整體GIS放棄了這一點，它在對象的單個表中為每個對象都存貯了完整的坐標信息。拓撲關系在GIS中並不是最基本的信息，當在特殊情況下需要時我們可以將它們臨時構建出來，生成的拓撲關系存放於新的對象集中，形成專門的具有拓撲關系的對象集，這種對象集就是場（這里特指矢量場）。場表的欄位設置基本上採用了拓撲關系數據模型的表結構，面與線之間的坐標存儲具有依賴關系。
其實，拓撲關系數據模型中預先存儲的拓撲關系和整體GIS數據模型中臨時構建的拓撲關系都是最基本的點、線、面鄰接關系，並未涉及到相交、相離、覆蓋等更多的拓撲關系，鄰接關系也是拓撲關系中最常用的一種，因此我們只討論點、線、面間的鄰接拓撲關系，其它關系可根據空間查詢和分析運算得到。
1）網路場
網路場是包含並強調點、線拓撲關系的最典型代表，網路場對應的對象表有兩個：以弧段為主的弧段---結點表（表中含坐標串欄位）與以結點為主的結點---弧段表（表中可含結點坐標欄位，也可不含）。其中結點---弧段表中可存貯弧段標識號，也可不存（如果不存，可在弧段---結點表中查得結點的弧段），但結點表一定要存在，因為結點有屬性要保存。網路場的兩個表包含了點與線之間的鄰接拓撲關系，我們可以通過它們查得任意結點的鄰接弧段和結點，可以查得任意弧段的起止結點。弧段的位置信息一般存於弧段---結點表的空間坐標串欄位中，端點的坐標可存於該欄位中，也可在結點---弧段表中設一坐標欄位存貯。
2）TIN場
TIN場由兩類表即可存貯：三角形表和點表。三角形的坐標存於點表的坐標欄位中，三角形表本身不存儲坐標信息，而只存三角形頂點序號，這些序號的排列有嚴格的順序，不能隨意顛倒。
3）點-線-面場
有了多邊形---弧段、弧段與結點和多邊形、結點---弧段三個表，我們就可以得到任意多邊形、任意弧段和任意結點的拓撲鄰接關系[1]。其中弧段與結點和多邊形表是樞紐，為弧段默認設置了空間坐標串欄位、從結點、到結點、左多邊形和右多邊形5個欄位。含有這種點、線、面之間拓撲關系的典型場有城市街區圖、地籍管理中的宗地等。
其它場如GRID模型、影像數據是柵格數據管理的范圍，數據結構相對簡單，本文不作討論。

4.1.5 資料庫選擇

在資料庫類型選擇上，有三種模式可供參考：
■ 全文件方式，即空間數據和屬性數據都存貯在文件系統中；
■ 文件資料庫混合方式，即空間數據存貯在文件系統中，而屬性數據存貯在商業資料庫中；
■ 全資料庫方式，即空間數據與屬性數據都存貯在商業資料庫中，兩種數據可以存放於同一個表也可分別存放於兩個表中。

4.2 訪問機制

上一小節討論了地理對象的存貯方式，作為一個大的空間資料庫，僅有這些表是不夠的。6種基本對象集表只是給我們提供了裝載對象的空間，其中的商業資料庫表雖然也給我們提供了訪問介面（文件系統中表的介面則需要我們自己開發），但究竟如何進行有效的調度訪問則還需要進一步設計和組織。

4.2.1 空間索引

我們知道，由於每個表具有相對固定的欄位結構，因此一個表只適合存貯類型相同的對象，在整體GIS數據模型里，一個表通常對應一個對象集。一個資料庫中往往有多個表，為了管理表的方便，可以用一個統一的表---總表來管理所有對象集對應的表，總表使我們在不必訪問資料庫各表的情況下就能得到它們的基本信息（如對象集的范圍、對象集的索引表等）。一個資料庫中只存在一個總表。
在解決了統一管理對象集表的問題後，進一步，為了快速訪問各表中的地理對象，我們可以為每個表建立空間索引和屬性索引。屬性索引可以直接利用關鍵字在資料庫中建立，而空間索引則需要採用一定的演算法來實現，常用的方法有R樹索引、網格索引和四叉樹索引等。為每個對象分配的空間索引編號都存在該對象集的空間索引表中，即一個對象集表對應一個空間索引表。一個資料庫中所有對象集表和相應的空間索引表都只對應一個總表。

表4 對象集表對應的空間索引表
Tab.4 Spatial index table of all kinds of object sets

索引塊編號 索引塊內的對象ID集合

…
….

4.2.2 對象存取

關系資料庫以結構簡單規范著稱，訪問存取操作技術也易為人們理解和掌握。當我們把地理對象存入資料庫中以後，後面對這些對象的訪問、修改也就容易了，在表中加、刪記錄也相當簡單。採用的方法都是將給定的空間、屬性條件組織成標準的SQL語句，輸入查詢運算元裡面執行即可。當然，對於空間條件的處理，需要自己寫演算法實現。總體來說，對資料庫中對象的訪問是以記錄集為媒介的，不管是讀出對象信息，還是修改、加入、刪除記錄（寫進），都要通過記錄集進行，因此必須首先進行查詢（SQL查詢和空間查詢）得到帶有所需欄位的記錄集。對於不支持這種規范化操作的文件型資料庫，可以自己開發類似的訪問引擎實現對象存取。圖3表示了在資料庫中進行對象存取的一種機制。

5 系統實現

相對於以前的GIS數據模型而言，整體模型更能真實地逼近客觀世界，我們開發的商品化軟體---SuperMap 系列軟體很好地體現了整體GIS數據模型的思想，能夠滿足整體GIS的大部分需求，目前已經在國內外市場上得到了廣泛應用。

圖4展示的是SuperMap系列軟體之一的通用桌面GIS系統---SuperMap Deskpro 3.0版本，該系統完全以面向地理實體的方式組織，不僅存貯有地理實體的位置與屬性信息，而且能夠方便地存取實體之間的拓撲關系和語義關系。在圖層的組織方面，不僅符合用戶對地理世界的直接感知模式（通過復合對象集實現），而且支持用戶根據自己的需要對地理數據進行理性地思考、組織、存貯、管理與顯示（簡單對象集不僅能滿足用戶的專題需要，同時也能避免用戶誤操作對專題數據統一性的破壞）。在數據存貯與管理方面，既支持小數據量的文件型資料庫，同時也支持市場上廣為流行的大型商用資料庫，如SQL Server和Oracle等，空間索引和查詢的速度也滿足海量數據用戶的實際需求。作為桌面GIS系統，SuperMap Deskpro 3.0為用戶提供了友好的圖形界面，在操作上也為用戶批量處理數據提供了很大的方便。SuperMap Deskpro 3.0參加國家科技部和國家遙感中心組織的2001年度國產地理信息系統軟體測評後，作為優秀的桌面GIS產品獲得了科技部的表彰推薦。

6 結語

用戶感知到的地理世界是一個整體，而不是一個個數據層，而且是動態變化和處於三維空間中的。地理世界中的各種實體之間具有拓撲關系和語義關系。為了使做出來的GIS盡可能地符合用戶對地理世界的認知，面向對向的整體GIS數據模型及其實現系統需具有如下特點：

1) 強調拓撲關系與語義關系；
2) 強調特定對象的三維結構與時間屬性；
3) 重視在復合對象集與復合圖層方面增強功能，例如增加任意類型的對象與對象集；
4) 面向對象與拓撲關系數據結構相結合、面向實體與面向場數據模型共存；
5) 客觀世界是一個整體，本質上沒有GIS的分層概念，但有時在GIS系統中也需要跨層研究對象之間的關系。對於這種跨層拓撲關系我們可以用三種方法揭示：①將各層顯示在同一地圖窗口中進行觀察；②跨圖層查詢並將結果顯示在同一地圖窗口中，結果也可保存為地圖或復合對象集；③利用整體數據模型中的網路場和點-線-面場有效地模擬跨層之間的拓撲關系。
6) 地理實體之間的語義關系可以通過對象的屬性來標識。

『肆』 地理信息系統概論的目錄

第1章導論
第1節地理信息系統基本概念
一、數據與信息
二、地理信息與地理信息系統
第2節地理信息系統的基本構成
一、系統硬體
二、系統軟體
三、空間數據
四、應用人員
五、應用模型
第3節地理信息系統的功能簡介
一、基本功能
二、應用功能
第4節地理信息系統的發展概況
一、發展概況
二、基礎理論
復習思考題
第2章地理信息系統的數據結構
第1節地理空間及其表達
一、地理空間的概念
二、空間實體的表達
第2節地理空間數據及其特徵
一、GIS空間數據的分類
二、空間數據的基本特徵
三、空間數據的拓撲關系
四、空間數據的計算機表示
第3節空間數據結構的類型
一、矢量數據結構
二、柵格數據結構
三、曲面數據結構
第4節空間數據結構的建立
一、系統功能與數據源間的關系
二、空間數據的分類與編碼
三、矢量數據的輸入與編輯
四、柵格數據的輸入
五、曲面數據的輸入
復習思考題
第3章空間數據處理
第1節空間數據的變換
一、幾何糾正
二、地圖投影及其轉換
第2節空間數據結構的轉換
一、由矢量向柵格的轉換
二、由柵格向矢量的轉換
第3節多元空間數據的融合
一、遙感與GIS數據的融合
二、不同格式數據的融合
第4節空間數據的壓縮與重分類
一、空間數據的壓縮
二、空間數據的重分類
第5節空間數據的內插方法
一、點的內插
二、區域的內插
第6節空間拓撲關系的編輯
一、多邊形連接編輯
二、節點連接編輯
復習思考題
第4章地理信息系統空間資料庫
第1節空間資料庫概述
一、空間資料庫的概念
二、空間資料庫的設計
三、空間資料庫的實現和維護
第2節空間資料庫概念模型設計
一、語義數據模型
二、面向對象的數據模型
第3節空間資料庫邏輯模型設計
一、關系數據模型
二、邏輯模型設計
第4節空間資料庫的物理設計
一、空間資料庫的物理設計概念
二、空間資料庫的物理設計步驟
第5節空間數據查詢
一、空間關系查詢類型
二、屬性數據查詢
三、空間屬性聯合查詢
四、空間查詢語言
第6節空間資料庫索引
一、范圍索引
二、格網空間索引
三、四叉樹空間索引
第7節空間元數據
一、元數據及其作用
二、元數據實例
第8節空間資料庫引擎
一、空間資料庫引擎概述
二、空間資料庫引擎的工作原理
第9節空間時態資料庫
一、空間時態資料庫概述
二、時空一體化數據模型
復習思考題
第5章空間分析的原理與方法
第1節數字地形模型分析
一、地形因子的計算
二、地形剖面線計算
三、DEM的通視分析
第2節空間疊合分析
一、空間疊合分析的概念
二、基於矢量數據的疊合分析
三、基於柵格數據的疊合分析
第3節空間鄰近度分析
一、空間緩沖區分析
二、Voronoi多邊形分析
第4節空間網路分析
一、網路圖論的基本概念
二、計算最短路徑的Dijkstra演算法
復習思考題
第6章地理信息系統的應用模型
第1節GIS應用模型概述
一、GIs應用模型的分類
二、GIS應用模型的構建
第2節土地定級估價模型
一、技術路線
二、土地定級估價模型
三、應用實例
第3節適宜性分析模型
一、一般形式
二、應用實例
第4節發展預測模型
一、一般介紹
二、應用實例
第5節區位選擇模型
一、數據准備階段
二、綜合影響評價階段
三、區位選擇分析階段
第6節交通規劃模型
一、交通發生量預測模型
二、出行分布預測模型
三、交通量最優分配規劃
第7節地球科學模擬模型
一、確定土壤侵蝕的數值分析模型
二、設計土壤侵蝕數據處理流程
三、土壤侵蝕圖的輸出
復習思考題
第7章地理信息系統的設計與評價
第1節應用型GIS設計概述
一、系統設計的目的
二、系統設計的模式
三、系統設計的流程
第2節地理信息系統的設計
一、系統分析
二、系統設計
三、系統實施
四、系統運行和維護
第3節地理信息的標准化
一、地理信息標准化的內容
二、地理信息標准化的制定
第4節地理信息系統的評價
復習思考題
第8章地理信息系統產品的輸出設計
第1節地理信息系統產品的輸出形式
一、地理信息系統產品及其類型
二、網路地圖和數字地球
第2節地理信息系統圖形輸出系統設計
一、圖形坐標系與顏色模型
二、輸出的幾何變換
三、地形圖與專題地圖的輸出組織形式
第3節地理信息系統的可視化與虛擬現實
一、三維空間制圖模型
二、數字高程模型的構造
三、虛擬現實的設計與實現
復習思考題
附錄
參考文獻
……

『伍』 地理信息系統的應用有哪些

GIS 的應用領域
地理信息系統在最近的30多年內取得了驚人的發展，廣泛應用於資源調查、環境評估、災害預測、國土管理、城市規劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設施管理、農林牧業、統計、商業金融等幾乎所有領域。 (加測繪、應急、石油石化等國民經濟各個領域。)
以下地理信息系統的應用領域分別回答了在各自領域內的作用
◆ 資源管理 (Resource Management)
主要應用於農業和林業領域，解決農業和林業領域各種資源(如土地、森林、草場)分布、分級、統計、制圖等問題。主要回答「定位」和「模式」兩類問題。
◆ 資源配置 (Resource Configuration)
在城市中各種公用設施、救災減災中物資的分配、全國范圍內能源保障、糧食供應等到機構的在各地的配置等都是資源配置問題。GIS在這類應用中的目標是保證資源的最合理配置和發揮最大效益。
◆ 城市規劃和管理 (Urban Planning and Management)
空間規劃是GIS的一個重要應用領域，城市規劃和管理是其中的主要內容。例如，在大規模城市基礎設施建設中如何保證綠地的比例和合理分布、如何保證學校、公共設施、運動場所、服務設施等能夠有最大的服務面(城市資源配置問題)等。
◆ 土地信息系統和地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton)
土地和地籍管理涉及土地使用性質變化、地塊輪廓變化、地籍權屬關系變化等許多內容，藉助GIS技術可以高效、高質量地完成這些工作。
◆ 生態、環境管理與模擬 (Environmental Management and Modeling)
區域生態規劃、環境現狀評價、環境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環境與區域可持續發展的決策支持、環保設施的管理、環境規劃等。
◆ 應急響應 (Emergency Response)
解決在發生洪水、戰爭、核事故等重大自然或人為災害時，如何安排最佳的人員撤離路線、並配備相應的運輸和保障設施的問題。
◆ 地學研究與應用 (Application in GeoScience)
地形分析、流域分析、土地利用研究、經濟地理研究、空間決策支持、空間統計分析、制圖等都可以藉助地理信息系統工具完成。
◆ 商業與市場 (Business and Marketing)
商業設施的建立充分考慮其市場潛力。例如大型商場的建立如果不考慮其他商場的分布、待建區周圍居民區的分布和人數，建成之後就可能無法達到預期的市場和服務面。有時甚至商場銷售的品種和市場定位都必須與待建區的人口結構(年 齡構成、性別構成、文化水平)、消費水平等結合起來考慮。地理信息系統的空間分析和資料庫功能可以解決這些問題。房地產開發和銷售過程中也可以利用GIS功能進行決策和分析。
◆ 基礎設施管理 (Facilities Management)
城市的地上地下基礎設施(電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設施、 電力設施等)廣泛分布於城市的各個角落、且這些設施明顯具有地理參照特徵的。它們的管理、統計、匯總都可以藉助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。
◆ 選址分析 (Site Selecting Analysis)
根據區域地理環境的特點，綜合考慮資源配置、市場潛力、交通條件、地形特徵、環境影響等因素，在區域范圍內選擇最佳位置，是GIS的一個典型應用領域，充分體現了GIS的空間分析功能。
◆ 網路分析 (Network System Analysis)
建立交通網路、地下管線網路等的計算機模型，研究交通流量、進行交通規則、處理地下管線突發事件(爆管、斷路)等應急處理。 警務和醫療救護的路徑優選、車輛導航等也是GIS網路分析應用的實例。
◆ 可視化應用 (Visualization Application)
以數字地形模型為基礎，建立城市、區域、或大型建築工程、著名風景名勝區的三維可視化模型，實現多角度瀏覽，可廣泛應用於宣傳、城市和區域規劃、大型工程管理和模擬、旅遊等領域。
◆ 分布式地理信息應用 (Distributed Geographic Information Application)
隨著網路和Internet技術的發展，運行於Intranet或Internet環境下的地理信息系統應用類型，其目標是實現地理信息的分布式存儲和信息共享，以及遠程空間導航等。

『陸』 GIS是什麼、應用於什麼、能幹什麼用

GIS（地理信息系統）指地理信息系統

地理信息系統（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時又稱為「地學信息系統」。它是一個特殊的、非常重要的空間信息系統。它是在計算機硬體和軟體系統的支持下，收集、存儲、管理、計算、分析、顯示和描述整個或部分地球表面（包括大氣）的地理分布數據的技術系統。

(6)什麼是地理信息系統的應用模型擴展閱讀：

地理信息作為一種特殊的信息，它同樣來源於地理數據。地理數據是各種地理特徵和現象間關系的符號化表示，是指表徵地理環境中要素的數量、質量、分布特徵及其規律的數字、文字、圖像等的總和。地理數據主要包括空間位置數據、屬性特徵數據及時域特徵數據三個部分。空間位置數據描述地理對象所在的位置，這種位置既包括地理要素的絕對位置（如大地經緯度坐標），也包括地理要素間的相對位置關系（如空間上的相鄰、包含等）。

『柒』 地理信息系統的基本分析功能與應用模型之間的區別和聯系是什麼

分析功能是基於現有數據按照一定規律或者參數進行計算得出結果這些規律和參數就可以構成一個應用模型 比如降雨量計算模型或者風力強度計算模型等但應用模型很多是專業領域的模型 其表現可以是參數表格 也可以是圖表...

『捌』 　地理信息系統

地理信息系統（GIS）出現於20世紀60年代。它作為地學領域專家的有力工具受到越來越普遍的關注，開始在多個領域得到應用。

GIS是對地球空間數據進行採集、存儲、檢索、分析、建模和表示的計算機系統。它不僅可以管理數字和文字（屬性）信息，而且可以管理空間信息（圖形），並能提供各種空間分析的方法，對多種不同的空間信息進行綜合分析解釋，解決空間實體之間的相互關系，分析在一定地理區域內發生的各種現象和過程。GIS為地質學家提供了在計算機輔助下對地質、地理、地球物理、地球化學和遙感等多源信息進行綜合分析和解釋的有力工具。由於GIS具有互動式處理能力和快速運算能力，通過反復嘗試，使地質學家能夠比較容易地完善自己的知識模型。

GIS按其研究開發的目的可以分為國家基礎地理信息系統、城市地理信息系統和企業地理信息系統等等；按其研究開發針對的范圍可分為全球的、區域的和局部的地理信息系統；按其時空模型可分為二維（位置模型）、三維（位置模型＋數字高程模型）和四維（三維＋時間模型）地理信息系統或動態地理信息系統。

除了軟體和硬體外，數據是地理信息系統的關鍵。GIS獲取數據的主要手段有GPS（Global Positioning System：全球定位系統）、DTS（數字全站儀）、DPS（數字攝影測量系統）和RS（遙感技術）。

GIS於20世紀80年代中期開始在地學界得到應用。美國地質調查局在1985年建立了GIS實驗室，鼓勵專業人員應用新技術。僅僅幾年時間在基礎地質、環境與災害、礦產資源評價和區域地質調查方面的信息管理項目即達幾十個。

GIS在地學中的應用前景很廣。信息經GIS分析處理，可繪出用常規測繪難以到達的地區如戈壁、沙漠、高原、雪山等的地形圖。目前GIS在地學中的應用主要包括：

（1）地質找礦及礦產資源預測評價

德國發射的SPOT衛星主要用於石油、天然氣及其他礦產的調查。它可對地貌進行立體觀測，產生高解析度、高精度的圖像。使用該圖像，在前期勘探階段能准確、迅速查明地形、地表露頭、岩性組合和覆蓋區地下構造的基本形態。

（2）國土資源管理

我國於1990年利用GIS建立了1:100萬全國國土資源信息系統和1:400萬全國自然資源綜合開發決策信息系統及某些省、市、縣的國土規劃與管理信息系統，用於國家與區域的經濟建設和規劃。

（3）自然災害的評估與防治

我國於1990年建立了洪水險情預報系統。在1991年我國江淮地區發生的特大洪災和1994年閩江和珠江流域等地發生的大洪災中，太湖流域的1:25萬GIS信息系統和1:20萬GIS土地規劃信息庫結合遙感圖像分別對洪水進行了監測，對災情進行了准確的評估，使洪災損失降到了最低限度。日本應用GIS分析1995年大阪神戶地震引起的滑坡也是一個突出的例子。

在抗震設防區劃和抗震防災規劃方面，利用GIS編制的抗震防災規劃具有應用方便、資料實用性強和能夠實現資源共享等特點。

（4）建立地學信息庫和編制地學圖件

目前，不少國家，如美國、德國、法國、加拿大和中國等均已利用GIS進行了這方面工作。

『玖』 地理信息系統的基本分析功能與應用模型之間的區別和聯系是什麼

分析功能是基於現有數據按照一定規律或者參數進行計算得出結果
這些規律和參數就可以構成一個應用模型 比如降雨量計算模型或者風力強度計算模型等
但應用模型很多是專業領域的模型 其表現可以是參數表格 也可以是圖表或者計算公式 不利於地理信息這種要與地理坐標相聯系並且需要特殊的可視化效果的信息分析與表達
因此要構建適合於地理信息分析和表達的應用模型就要把如氣象、農業等行業應用模型轉變或者結合地理信息 做成與空間信息相連接的模型用於應用分析
舉個例子：
用宗地圖和房地產統計數據作分析可以得到各地塊的房地產總價均價等，但房價與地塊之間的關系要做成一個應用模型，其中就涉及地理位置、房產市場行情、人口數量與構成、收入統計等這類因素，會有各類計算公式，就很復雜了。

『拾』 地理信息系統中常用的空間數據模型有哪些

1、概念模型（場模型：用於描述空間中連續分布的現象；對象模型：用於描述各種空間地物；網路模型：可以模擬現實世界中的各種網路）
2、邏輯數據模型（矢量數據模型,柵格數據模型和面向對象數據模型等）
3、物理數據模型（概念數據模型在計算機內部具體的存儲形式和操作機制,即在物理磁碟上如何存放和存取,是系統抽象的最底層.）