第三章 GIS 数据表达
本章内容：
- GIS 的基本原理
- GIS 的广泛应用
- 现实世界的三种表现形式
- 模拟表面
- 模拟图像或取样数据
- 模拟不连续要素
- 比较空间数据的表达方式
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GIS 是一种支持地理科学的技术。对自然和人为环境的研究以用一些基本的方法来表达现实世界中的要素的想法为起点。
3.1 GIS 的基本原理
本节主要讨论用ArcInfo 建立高级数据模型需要理解的相关基本概念。
首先，对地理信息系统（GIS）作一个定义。你可以回顾一下GIS 的各组成部分，考虑一下GIS
是如何扩展数据库的，并分析一下GIS 应用的多样性。
然后，回顾一下地理数据建模的一些基本概念。我们会学习一些模拟连续表面、不连续要素及图像的方法。有时，对于同一个数据模型来讲，可能有多种合理的选择。
3.1.1 GIS 的各组成部分
地理信息系统（GIS）是技术人员、空间数据或描述数据、分析方法、计算机软、硬件相结合，各组成部分通过地理表达彼此协同处理、管理和传输信息的系统。
3.1.2 建立和使用GIS 的人员
在我们设计一个数据模型、开发一个应用软件或者书写用户文档时，搞清楚用户的类型对于我们的工作具有重要的指导意义。
GIS 中人员扮演的主要角色有：
地图使用者是GIS 的最终用户，他们阅读为通用或特定目的而创建的地图。所有公众都是地图使用者。
地图创建者用各种来源的地图并添加数据生成一幅定制的地图。
地图出版者印刷地图。这类人致力于高质量的地图输出。
分析家解决地理问题，如化学物质的散布，查找最优路径和定位地点等。
数据创建者使用几种技术——编辑、提炼和数据处理，来输入地理数据。
数据库管理人员管理GIS 数据库并确保GIS 的平稳操作。
数据库设计人员建立逻辑数据模型并实现物理数据库设计。
开发人员定制GIS 软件以服务于特定的行业需要。
3.1.3 GIS 的数据源
GIS 可以处理任意具有空间概念的数据。这些信息间有很大的不同——它可以是航空相片或卫星影像，也可以是地形等高线的数据集、建筑环境的数字地图或者是土地所有者的合法记录等。
地理数据可以存在于某些意想不到的地方，如某一个公司保存着它的客户资料，那么它就有地理数据。GIS
能从邮政地址计算出任意一个地方所处的位置。
3.1.4 过程和分析
操作GIS 的专家使用GIS 的某些功能，遵照一定的程序和过程，最后得出判断。这些人类经验的综合是GIS
一个不可或缺的组成部分。
下面是一些有关分析功能的例子：
- 应用于具有空间关系的科学，如水文学、气象学或流行病理学等
- 质量保证程序确保数据是准确的、一致的和正确的
- 解决线性网络查询或综合多边形拓扑空间查询的算法
- 应用制图设计原理生成优质地图表达的知识
3.1.5 计算机硬件
计算机有不同型号，从掌上电脑到大型机应有尽有。你可以购买适用于每一类计算的GIS
软件。
随着宽带网络技术的提高，客户机-服务器或n-层（n-tier）结构体系更受企业级GIS 的欢迎。
网络将计算机连入全球网络系统中并成为一种数据获取的重要途径。另一个趋势是全球定位系统（GPS）的广泛使用让我们可以实现实时定位。
3.1.6 GIS 软件：地理数据库
事实上，理解GIS 软件的关键出发点在于把GIS 软件当作是一个地理数据库管理系统。
Geodatabase 直接实现在商业关系或对象关系型数据库管理系统上。
这样做的原因是为了充分利用商业数据库软件的功能，包括数据备份、表定义、事务管理及系统管理工具等。GIS 扩展了关系型数据库，因此它能够有效地存贮地理数据、生成地图并且完成空间分析任务。
GIS 软件对关系型数据库管理系统的扩展功能有：
- 具有在数据库列中直接存贮要素几何形状的能力
- 具有根据数据定义图层和指定绘图方法的数据框架；它们能够用属性值来绘制
- 支持生成简单或复杂地图的底层构造。许多通用地图绘制任务都被简化了。
- 要素间拓扑关系的生成和存贮，如网络连接和综合多边形拓扑。
- 二维空间索引的生成，用以快速缩放地理要素。
- 一系列确定空间关系的算子，如相似分析（proximity）、邻近分析(adjacency)、叠加分析（overlap）、空间比较分析(spatial
comparison)。
- 支持空间查询的多种工具，如网络追踪和多边形叠加分析等。
- 工作流（work-flow）系统，允许多个用户编辑地理数据并管理各个版本。
我们可以把GIS 看作一个空间化的数据库管理系统。这种体系结构使我们拥有最好的
商业数据库技术和精深的地理信息系统软件。
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