第一章GIS与ArcView第一节地理信息系统简介一、什么是地理信息系统在信息化高速发达的现代社会，至少在知识界，人们对“信息系统”都不感陌生，各种各样的管理信息系统、咨询服务系统、决策支持系统乃至专家系统在夜以继日地帮助着人们进行着规划、管理、决策、事务处理及信息咨询，极大地提高了人们的工作效率和方便了人们的生活。但在更多的时候，人们规划、管理、决策、事务处理及信息咨询的信息内容常常要求必须与周围的地理环境和地理位置相联系，就像人们经常使用的地图或图纸，不仅要求能表达事件发生的过程和结果，还要求能表达事件发生的地点、周围环境、以及与其它事物之间的空间相互关系等，这就产生了地理信息系统(GeographicInformationSystem，简称GIS）。从地理信息系统的专业角度看，可以将人们经常使用的信息划分为两类信息一即空间信息和非空间信息，所谓空间信息，就是信息内容本身就包含有形状、分布、空间定位、空间相互关系等内容的信息。如一条道路，一座桥梁，或一幢建筑物，一个行政区，一个天体等的几何形状及其所处的空间位置等。地理信息是人们应用最多的空间信息，根据统计，人们日常使用的信息80%以上都是地理信息。远在四千多年前，人们就知道了使用地图，从而掌握与地理空间信息打交道的直观、简易的方法。而现代科学技术的发展，已将人们带入了一个以前从未想象到的高速发展的信息时代，计算机的使用和数据库技术的快速发展更使得人们学会了用信息系统管理和使用信息。地理信息系统就是能够输入、存储、管理并处理分析地理空间数据的信息系统。地理信息系统是信息系统技术发展到高级阶段的产物，这不仅是随机算机软件技术发展的“应运而生”，其实在很大程度上也得益于计算机硬件水平的发展，试想，一个有实际应用价值的地理信息系统少则几十兆、大则数十G（1G=109）字节或更大规模的图形或图像信息，其存储、显示和快速的处理分析，对早期的计算机系统，特别是早期的微型计算机系统来说是多么的不可思义！二、地理信息系统的产生地理信息系统最早萌芽于北美，上世纪60年代初，加拿大的RogerF.Tomlinson和美国的DuaneF.Marble在不同的地方、从不同角度提出了地理信息系统的构想。Tomlinson于1962年提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用数据，编建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息统（CGIS）。到1972年，CGIS全面投入运行，成为世界上第一个运行的地理信息系统。CGIS提出的地理数据模型、栅格-矢量数据相互转换、空间数据、属性数据连接及空间数据空间上分块、内容上分层等基本的设计思想，为地理信息系统技术的后来发展起到了奠基的作用。几乎在同一时间，DuaneF.Marble在美国的西北大学研究了利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出了地理信息系统软件系统的思1
1 第一章 GIS 与 ArcView 第一节 地理信息系统简介 一、什么是地理信息系统 在信息化高速发达的现代社会，至少在知识界，人们对“信息系统” 都不感陌 生，各种各样的管理信息系统、咨询服务系统、决策支持系统乃至专家系统在夜以继 日地帮助着人们进行着规划、管理、决策、事务处理及信息咨询，极大地提高了人们 的工作效率和方便了人们的生活。但在更多的时候，人们规划、管理、决策、事务处 理及信息咨询的信息内容常常要求必须与周围的地理环境和地理位置相联系，就像人 们经常使用的地图或图纸，不仅要求能表达事件发生的过程和结果，还要求能表达事 件发生的地点、周围环境、以及与其它事物之间的空间相互关系等，这就产生了地理 信息系统(Geographic Information System，简称 GIS）。 从地理信息系统的专业角度看，可以将人们经常使用的信息划分为两类信息 — 即 空间信息和非空间信息，所谓空间信息，就是信息内容本身就包含有形状、分布、空 间定位、空间相互关系等内容的信息。如一条道路，一座桥梁，或一幢建筑物，一个 行政区，一个天体等的几何形状及其所处的空间位置等。 地理信息是人们应用最多的空间信息，根据统计，人们日常使用的信息 80%以上都 是地理信息。远在四千多年前，人们就知道了使用地图，从而掌握与地理空间信息打 交道的直观、简易的方法。而现代科学技术的发展，已将人们带入了一个以前从未想 象到的高速发展的信息时代，计算机的使用和数据库技术的快速发展更使得人们学会 了用信息系统管理和使用信息。 地理信息系统就是能够输入、存储、管理并处理分析地理空间数据的信息系统。地 理信息系统是信息系统技术发展到高级阶段的产物，这不仅是随机算机软件技术发展 的“应运而生”，其实在很大程度上也得益于计算机硬件水平的发展，试想，一个有 实际应用价值的地理信息系统少则几十兆、大则数十 G（1G=109）字节或更大规模的 图形或图像信息，其存储、显示和快速的处理分析，对早期的计算机系统，特别是早 期的微型计算机系统来说是多么的不可思义！ 二、地理信息系统的产生 地理信息系统最早萌芽于北美，上世纪 60 年代初，加拿大的 Roger F.Tomlinson 和美国的 Duane F.Marble 在不同的地方、从不同角度提出了地理信息系统的构想。 Tomlinson 于 1962 年提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用数据，编建议加 拿大土地调查局建立加拿大地理信息统（CGIS）。到 1972 年，CGIS 全面投入运行， 成为世界上第一个运行的地理信息系统。CGIS 提出的地理数据模型、栅格-矢量数据 相互转换、空间数据、属性数据连接及空间数据空间上分块、内容上分层等基本的设 计思想，为地理信息系统技术的后来发展起到了奠基的作用。 几乎在同一时间，Duane F.Marble 在美国的西北大学研究了利用数字计算机研制数 据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出了地理信息系统软件系统的思
想。来此美国西北技术研究所的HowardFisher教授在福特基金的资助下，建立了哈佛大学计算机图形与空间分析实验室，开发了SYMAPIODYSSEY等软件包，其中，SYMAP对当今的栅格地理信息系统有相当影响，而ODYSSEY则被认为是当代矢量地理信息系统的原型。其实，地理信息系统是计算机地理制图和计算机图像处理技术发展的必然产物。在上世纪60年代，随世界经济的快速发展，对地形图的数量和质量提出了更高要求，一般的手工作业方式已远远不能满足地形图生产的要求，也不能对地面日新月异的发展变化及时更新，而计算机技术的发展，就使得使用计算机进行地图制图成为了客观上的必然。而另一方面，航空和航天遥感技术的发展，又使得人们必须寻找遥感资料的快速与高精度的处理方法，这同样要用到计算机，这几方面的共同要求，就必然刺激到计算机图像处理技术的快速发展。由于计算机地理制图和计算机图像处理均主要是对地面地理对象进行的，两者之间必然有相同的基础和存在着许多共同的部分，如投影、误差、控制点、比例尺等基本制图信息，以及地名、行政界、交通、河流、居民点等基本地理信息，更重要的一点，是两者又往往是同一技术过程的不同阶段，也就是说，计算机图像处理和计算机地理制图往往是同一批人，从事同一项研究而进行的不同阶段的工作，所以，人们很自然地会将它们结合起来。随着技术的发展，将两者基础的部分和共同的部分统一为一致的理论与一致的方法，从而产生了地理信息系统。当由计算机地理制图和计算机图像处理产生了地理信息系统，地理信息系统就不再是纯淬的计算机地理制图系统或纯淬的计算机图像处理系统，并也再不是此两者功能的简单加和，它有了更广阔的应用领域和更深层的用途。三、当代GIS的发展趋势地理信息系统自上世纪60年代产生以来，发展已接近四十年的历程，其极大地拓宽了信息系统技术的应用范围和应用深度，特别随计算机硬、软件技术的快速发展，地理信息系统技术也发生着日新月异的变化，目前正处在一个极快的发展阶段，其应用已不仅限于测绘、地矿、制图、资源与环境管理等传统领域，其在设施管理、交通管理、工程建设、城市规划、灾害防治、灾害评估、文物考古等领域中也愈来愈扮演着重要的角色。此外，地理信息系统还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育等更为广泛的领域，甚至还和其他科学技术结合，进入了普通人的生活，其目前的发展趋势，主要集中在以下几点：1.面向大型的应用和面向公众的应用均加速发展在大型工程方面，如美国内务部土地管理局的自动土地与矿产资源系统（ALMRS）和森林局615工程，仅硬件和软件的耗资就高达12亿多美元，美国海军的海图计划，建库的费用也在数亿美元。另一方面，一些面向公众的应用，如城市交通咨询、旅游景点咨询等也通过计算机网络将各种空间信息传送到千家万户。如美国已有城市试验通过电视有线网向公众发布城市交通、市政设施等空间信息，香港地政署与香港旅游协会（TA）也正着手建立香港旅游信息系统。该系统的基础数据直接来源于地政处的大型数据库，旅游信息则由旅游部门提供。计划首先在尖沙嘴等旅游热点安装触摸屏，游客可以通过触摸屏直接了解香港的地理和旅游信息。2.GIS应用的微机化随计算机硬件技术的飞速发展，使原来主要运行于图形工作站上的地理信息系统大都转而面向个人电脑和微计算机系统。这一变化的实践意义远远超过了它在技术上的进步，由于微机、个人电脑的数量之多，分布之广远非任何计算机系统之可比，这2
2 想。来此美国西北技术研究所的 Howard Fisher 教授在福特基金的资助下，建立了哈佛 大学计算机图形与空间分析实验室，开发了 SYMAP\ODYSSEY 等软件包，其中， SYMAP 对当今的栅格地理信息系统有相当影响，而 ODYSSEY 则被认为是当代矢量地 理信息系统的原型。 其实，地理信息系统是计算机地理制图和计算机图像处理技术发展的必然产物。在 上世纪 60 年代，随世界经济的快速发展，对地形图的数量和质量提出了更高要求，一 般的手工作业方式已远远不能满足地形图生产的要求，也不能对地面日新月异的发展 变化及时更新，而计算机技术的发展，就使得使用计算机进行地图制图成为了客观上 的必然。而另一方面，航空和航天遥感技术的发展，又使得人们必须寻找遥感资料的 快速与高精度的处理方法，这同样要用到计算机，这几方面的共同要求，就必然刺激 到计算机图像处理技术的快速发展。 由于计算机地理制图和计算机图像处理均主要是对地面地理对象进行的，两者之 间必然有相同的基础和存在着许多共同的部分，如投影、误差、控制点、比例尺等基 本制图信息，以及地名、行政界、交通、河流、居民点等基本地理信息，更重要的一 点，是两者又往往是同一技术过程的不同阶段，也就是说，计算机图像处理和计算机 地理制图往往是同一批人，从事同一项研究而进行的不同阶段的工作，所以，人们很 自然地会将它们结合起来。随着技术的发展，将两者基础的部分和共同的部分统一为 一致的理论与一致的方法，从而产生了地理信息系统。 当由计算机地理制图和计算机图像处理产生了地理信息系统，地理信息系统就不再 是纯淬的计算机地理制图系统或纯淬的计算机图像处理系统，并也再不是此两者功能 的简单加和，它有了更广阔的应用领域和更深层的用途。 三、当代 GIS 的发展趋势 地理信息系统自上世纪 60 年代产生以来，发展已接近四十年的历程，其极大地拓 宽了信息系统技术的应用范围和应用深度，特别随计算机硬、软件技术的快速发展， 地理信息系统技术也发生着日新月异的变化，目前正处在一个极快的发展阶段，其应 用已不仅限于测绘、地矿、制图、资源与环境管理等传统领域，其在设施管理、交通 管理、工程建设、城市规划、灾害防治、灾害评估、文物考古等领域中也愈来愈扮演 着重要的角色。此外，地理信息系统还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育等 更为广泛的领域，甚至还和其他科学技术结合，进入了普通人的生活，其目前的发展 趋势，主要集中在以下几点： 1. 面向大型的应用和面向公众的应用均加速发展 在 大 型工 程 方面 ，如 美 国内 务部 土 地管 理局 的自 动 土地 与矿 产 资源 系 统 （ALMRS）和森林局 615 工程，仅硬件和软件的耗资就高达 12 亿多美元，美国海军 的海图计划，建库的费用也在数亿美元。另一方面，一些面向公众的应用，如城市交 通咨询、旅游景点咨询等也通过计算机网络将各种空间信息传送到千家万户。如美国 已有城市试验通过电视有线网向公众发布城市交通、市政设施等空间信息，香港地政 署与香港旅游协会（TA）也正着手建立香港旅游信息系统。该系统的基础数据直接来 源于地政处的大型数据库，旅游信息则由旅游部门提供。计划首先在尖沙嘴等旅游热 点安装触摸屏，游客可以通过触摸屏直接了解香港的地理和旅游信息。 2. GIS 应用的微机化 随计算机硬件技术的飞速发展，使原来主要运行于图形工作站上的地理信息系统 大都转而面向个人电脑和微计算机系统。这一变化的实践意义远远超过了它在技术上 的进步，由于微机、个人电脑的数量之多，分布之广远非任何计算机系统之可比，这
实际上也就使得GIS这一新颖的技术可以迅速地普及到于家万户和社会的各个领域成为“寻常百姓”可以共享的技术，这无疑极大地拓宽了GIS的市场，也同时刺激了GIS技术的快速发展。3.GIS的网络化和WebGIS随计算机网络技术的发展及普及，基于网络的分布式地理信息系统已成为大、中型地理信息工程的必然选择。特别是基于政府的，或基于大、中行业的信息系统要求能实时、快速地连接各行政组织和基层单位快速变化着的各种信息，以便及时调整方案或做出决策，就必须建立全组织的基于网络的地理信息系统。而有的地理信息系统如城市交通管理信息系统、铁路运输调度系统等，其环境就必须是基于网络的。另一方面，Intenet的快速普及也极大地改变了人们的工作和生活，基于IntenetBrowser/Server的应用形式已成为一种工业标准，被广泛地应用于信息的发布、检验等诸多领域，成为世界上最大的信息网。因而在Intenet上发布和传输地理信息，使人们也能像在地理信息系统中一样用浏览器浏览和查询地理信息，甚至进行简单的地理分析，也成为众所向往的一种趋势。4.GIS与遥感及GPS的结合遥感实时、快速和大范围获得地面变化着的各种地理信息的能力使得遥感和GIS相结合的系统在许多关乎国民经济、人民生命财产安全和国家中、长期战略规划的应用中表现出了无可比拟的优越性。如在农作物估产、水主资源利用规划、交通能源规划、环境监测、森林火灾预警、干旱洪涝灾害防治等领域，地理信息系统和遥感数据采集系统相互配合、互为补充，就能及时、准确地将遥感实时观测数据与GIS中的基础地理数据、DEM、地名数据、社会经济统计数据相综合，并通过GIS各种预设的空间分析模型的计算分析，获得各种需要的分析结果和决策信息。GPS（GlobalPositionSystem，即“全球定位系统”）也是一种快速、高精度的获得地面定位信息的新技术，GIS和GPS相结合的系统在城市交通管理、智能化交通指导系统中显示了强大的功能，如通过车载GPS系统，出租车公司就可以对全公司的车辆进行动态管理，并可以在车内进行路线选择；GPS用于野外调查，可以大大提高野外调查的工作效率等等，GIS与GPS的结合，也是GIS当前应用领域发展的重要方向之一。5.GIS的智能化GIS的智能化，也就是GIS与专家系统的结合。随当前地理信息系统应用的广泛和深入，大型应用中要求处理或要求决策的问题愈来愈复杂，其中相当一部分问题是数学模型或其它模型也难以胜任的，这就要求地理信息系统与专家系统相结合，以借助于专家们的知识和经验，模拟专家们的决策方法，从而使复杂的决策问题简化。第二节GIS的数据模型在数字计算机中，GIS自然也是用数字来描述地理实体（或称为“地理对象”）的，地理实体在GIS中的这种数字组织与表达形式，即GIS的数据模型。GIS中，用于表示地理对象位置、分布、形状、空间相互关系等信息内容的数据，被称为“空间数据”，而表示地理对象与空间位置无关的其它信息，如颜色、质量、等级、类型等其它信息内容的数据，被称为“属性数据”。一般来讲，前者有较为复杂的数据结构，而后者却有较为丰富的数据形式。en
3 实际上也就使得 GIS 这一新颖的技术可以迅速地普及到千家万户和社会的各个领域， 成为“寻常百姓”可以共享的技术，这无疑极大地拓宽了 GIS 的市场，也同时刺激了 GIS 技术的快速发展。 3. GIS 的网络化和 Web GIS 随计算机网络技术的发展及普及，基于网络的分布式地理信息系统已成为大、中型 地理信息工程的必然选择。特别是基于政府的，或基于大、中行业的信息系统要求能 实时、快速地连接各行政组织和基层单位快速变化着的各种信息，以便及时调整方案 或做出决策，就必须建立全组织的基于网络的地理信息系统。而有的地理信息系统， 如城市交通管理信息系统、铁路运输调度系统等，其环境就必须是基于网络的。 另一方面，Intenet 的快速普及也极大地改变了人们的工作和生活，基于 Intenet Browser/Server 的应用形式已成为一种工业标准，被广泛地应用于信息的发布、检验等 诸多领域，成为世界上最大的信息网。因而在 Intenet 上发布和传输地理信息，使人们 也能像在地理信息系统中一样用浏览器浏览和查询地理信息，甚至进行简单的地理分 析，也成为众所向往的一种趋势。 4. GIS 与遥感及 GPS 的结合 遥感实时、快速和大范围获得地面变化着的各种地理信息的能力使得遥感和 GIS 相结合的系统在许多关乎国民经济、人民生命财产安全和国家中、长期战略规划的应 用中表现出了无可比拟的优越性。如在农作物估产、水土资源利用规划、交通能源规 划、环境监测、森林火灾预警、干旱洪涝灾害防治等领域，地理信息系统和遥感数据 采集系统相互配合、互为补充，就能及时、准确地将遥感实时观测数据与 GIS 中的基 础地理数据、DEM、地名数据、社会经济统计数据相综合，并通过 GIS 各种预设的空 间分析模型的计算分析，获得各种需要的分析结果和决策信息。 GPS（Global Position System，即“全球定位系统”）也是一种快速、高精度的获 得地面定位信息的新技术，GIS 和 GPS 相结合的系统在城市交通管理、智能化交通指 导系统中显示了强大的功能，如通过车载 GPS 系统，出租车公司就可以对全公司的车 辆进行动态管理，并可以在车内进行路线选择；GPS 用于野外调查，可以大大提高野 外调查的工作效率等等，GIS 与 GPS 的结合，也是 GIS 当前应用领域发展的重要方向 之一。 5. GIS 的智能化 GIS 的智能化，也就是 GIS 与专家系统的结合。随当前地理信息系统应用的广泛 和深入，大型应用中要求处理或要求决策的问题愈来愈复杂，其中相当一部分问题是 数学模型或其它模型也难以胜任的，这就要求地理信息系统与专家系统相结合，以借 助于专家们的知识和经验，模拟专家们的决策方法，从而使复杂的决策问题简化。 第二节 GIS 的数据模型 在数字计算机中，GIS 自然也是用数字来描述地理实体（或称为“地理对象”） 的，地理实体在 GIS 中的这种数字组织与表达形式，即 GIS 的数据模型。 GIS 中，用于表示地理对象位置、分布、形状、空间相互关系等信息内容的数据， 被称为“空间数据”，而表示地理对象与空间位置无关的其它信息，如颜色、质量、 等级、类型等其它信息内容的数据，被称为“属性数据”。一般来讲，前者有较为复 杂的数据结构，而后者却有较为丰富的数据形式
目前，表示地理对象空间特征的数据，主要有两种数据模型一即量数据模型和栅格数据模型，而地理对象属性数据的表示，则随其对应的空间数据模型的不同而有所不同。矢量数据模型.空间数据栅格数据模型GIS中的地理数据-厂矢量数据一向量模空间数据栅格数据一主题模型图1-1GIS数据模型一、量数据模型矢量数据模型是GIS主要的数据模型之一，类似于矢量地图，GIS的矢量数据模型也是用点、线（或称“弧”）、面（或称“多边形”）三种主要的图形元素来抽象表示地理对象的。由于面（多边形）是线（弧）所围成的区域，线（弧）文是点的有向序列，所以，坐标点是矢量数据模型最基本的数据元素。或者说：GIS的失量数据模型，就是以坐标点的方式，记录抽象的点、线、面地理实体。从理论上说，矢量数据描述的是连续空间，因而它能精确地表达地理实体的形状与位置，又可以通过点、线、面三种基本图元之间的联系，构筑地理实体及其图形表示的邻接、连通、包含等拓扑关系，从而有利于地理信息的查询、网络路径优化、空间相互关系分析等地理应用。GIS的矢量数据模型可以用相对较少的数据量，记录大量的地理信息，而且精度高，制图效果好，在地理信息系统发展早期，受计算机存储能力及计算速度的限制，其扮演了更为重要的角色，是地理信息系统基本的数据模型之一。二、栅格数据模型栅格数据就是用数字表示的像元阵列，其中，栅格的行和列规定了实体所在的坐标空间，而数字矩阵本身则描述了实体的属性或属性编码。栅格数据是计算机和其它信息输入输出设备广泛使用的一种数据模型，如电视机、显示器、打印机等的空间寻址。甚至专门用手失量图形的输入输出设备，如数字化仪、量绘图仪及扫描仪等，其内部结构实质上也是栅格的。栅格数据最显著的特点就是存在着最小的、不能再分的栅格单元，在形式上常表现为整齐的数字矩阵，因而便于计算机进行处理，特别是存储和显示。遥感数据是采用特殊扫描平台获得的栅格数据，遥感快速、实时和大面积获取地面信息的能力是地理信息系统最重要的数据来源之一，实践中更有以处理遥感影像数据为主的系统，因而实用的地理信息系统必然要求能够有效地处理来自遥感的栅格数据。DTM（数字地形模型）和DEM（数字高程模型）是GIS专门的研究与应用领域之一，其有着十分广泛的用途，而DTM及DEM常用的、也是最简单的表示形式就是栅格数字阵列，这些，都对地理信息系统处理栅格数据的能力提出了很高要求。此外，栅格数据存在着的“最小数据单元”，非常适宜于地理信息的“模型化”。因为无论怎样复杂的模型算法，在一个栅格单元内就成为了纯粹的属性运算。随计算4
4 目前，表示地理对象空间特征的数据，主要有两种数据模型 — 即矢量数据模型和 栅格数据模型，而地理对象属性数据的表示，则随其对应的空间数据模型的不同而有 所不同。 一、矢量数据模型 矢量数据模型是 GIS 主要的数据模型之一，类似于矢量地图，GIS 的矢量数据模型 也是用点、线（或称“弧”）、面（或称“多边形”）三种主要的图形元素来抽象表 示地理对象的。由于面（多边形）是线（弧）所围成的区域，线（弧）又是点的有向 序列，所以，坐标点是矢量数据模型最基本的数据元素。或者说：GIS 的矢量数据模 型，就是以坐标点的方式，记录抽象的点、线、面地理实体。 从理论上说，矢量数据描述的是连续空间，因而它能精确地表达地理实体的形状与 位置，又可以通过点、线、面三种基本图元之间的联系，构筑地理实体及其图形表示 的邻接、连通、包含等拓扑关系，从而有利于地理信息的查询、网络路径优化、空间 相互关系分析等地理应用。 GIS 的矢量数据模型可以用相对较少的数据量，记录大量的地理信息，而且精度 高，制图效果好，在地理信息系统发展早期，受计算机存储能力及计算速度的限制， 其扮演了更为重要的角色，是地理信息系统基本的数据模型之一。 二、栅格数据模型 栅格数据就是用数字表示的像元阵列，其中，栅格的行和列规定了实体所在的坐标空间，而数 字矩阵本身则描述了实体的属性或属性编码。 栅格数据是计算机和其它信息输入输出设备广泛使用的一种数据模型，如电视机、显示器、打 印机等的空间寻址。甚至专门用于矢量图形的输入输出设备，如数字化仪、矢量绘图仪及扫描仪 等，其内部结构实质上也是栅格的。 栅格数据最显著的特点就是存在着最小的、不能再分的栅格单元，在形式上常表现 为整齐的数字矩阵，因而便于计算机进行处理，特别是存储和显示。 遥感数据是采用特殊扫描平台获得的栅格数据，遥感快速、实时和大面积获取地面 信息的能力是地理信息系统最重要的数据来源之一，实践中更有以处理遥感影像数据 为主的系统，因而实用的地理信息系统必然要求能够有效地处理来自遥感的栅格数 据。 DTM（数字地形模型）和 DEM（数字高程模型）是 GIS 专门的研究与应用领域之 一，其有着十分广泛的用途，而 DTM 及 DEM 常用的、也是最简单的表示形式就是栅 格数字阵列，这些，都对地理信息系统处理栅格数据的能力提出了很高要求。 此外，栅格数据存在着的“最小数据单元”，非常适宜于地理信息的“模型化”。 因为无论怎样复杂的模型算法，在一个栅格单元内就成为了纯粹的属性运算。随计算 矢量数据模型 栅格数据模型 空间数据 矢量数据 — 向量模 型 栅格数据— 主题模型 空间数据 GIS 中的地理数据 图 1-1 GIS 数据模型
机硬、软件技术的发展与突破，栅格数据占用存储空间大、图形数据精度差等传统的缺点对一个实际运行的应用系统来说已愈来愈显得不严重了，从而成为解决许多复杂实际应用问题的有力武器。近年来，许多研究者在栅格数据模型和属性数据模型之外，探索一种失量一栅格一体化的数据模型，以实现这两种数据模型的统一。但这一探索目前尚仍处于研究阶段，其真正的实现还有待时日。三、属性数据及其表示GIS中地理对象与位置、分布、形状等空间信息无关的特性，用属性数据来表示。在失量数据模型中，空间数据的单元是抽象化的点、线、面数据对象，其属性数据的具体内容，一般要比空间数据灵活，原因是其在很大程度上依赖于系统设计对属性数据的内容和处理要求。如“道路”属性的描述，可以有名称、起点、到达点、长度、路宽、路面性质、路面等级、林荫带的有无、最大容许车速、最大容许承压等等。这些属性数据，对不同的信息系统，就有着各种选择的较大灵活性：如对于城市交通管理信息系统来说，这大部分内容都是必需的，甚至还要补充：而对于城市人口信息系统来说，以上数据信息未必都是必需的。另对于同样是“线”实体的河流来说，则属性数据又会有更大的不同，所以，同是点、线或面的空间数据类型，其属性数据会千差万别，或完全不同。属性数据这种随应用而变化的随意性，决定了它不可能有统一的数据格式，因而从数据结构角度也难建立各数据项之间的彼此联系，所以，GIS矢量数据模型下的属性数据，一般处理为“属性向量”形式一一即将各属性项看作是彼此无关的独立量”（如图1-2）：属性1属性2属性3属性4属性5属性M...图1-2GIS的属性数据模型至于栅格数据，由于数据单元对应的是区域空间，区域空间在一般情况下都不具有一致的属性值，所以要表示区域空间内地物的属性，就只能对整个区域空间使用一种属性类的划分，这就是该栅格阵列的内容或“主题”。栅格数据这种以“主题”命名属性类别的方法我们姑且称之为“主题模型”。也就是说，一个栅格矩阵单元对应种属性主题，如DEM、地面坡度、坡向、土地利用类型等等，至于每一栅格单元的具体内容，不过是同一主题下的不同取值罢了。四、空间数据与属性数据的连接在GIS的失量数据模型中，由于空间数据和属性数据采用了完全不同的数据结构模式，为实现空间数据对象与其属性数据的统一，就必须将这两者连接起来。这通常通过一个共同的内部标识来实现。ID属性丨属性2属性3…属性MID图1-3空间数据与属性数据的连接
5 机硬、软件技术的发展与突破，栅格数据占用存储空间大、图形数据精度差等传统的 缺点对一个实际运行的应用系统来说已愈来愈显得不严重了，从而成为解决许多复杂 实际应用问题的有力武器。 近年来，许多研究者在栅格数据模型和属性数据模型之外，探索一种矢量—栅格一 体化的数据模型，以实现这两种数据模型的统一。但这一探索目前尚仍处于研究阶 段，其真正的实现还有待时日。 三、属性数据及其表示 GIS 中地理对象与位置、分布、形状等空间信息无关的特性，用属性数据来表 示。在矢量数据模型中，空间数据的单元是抽象化的点、线、面数据对象，其属性数 据的具体内容，一般要比空间数据灵活，原因是其在很大程度上依赖于系统设计对属 性数据的内容和处理要求。如“道路”属性的描述，可以有名称、起点、到达点、长 度、路宽、路面性质、路面等级、林荫带的有无、最大容许车速、最大容许承压等 等。这些属性数据，对不同的信息系统，就有着各种选择的较大灵活性：如对于城市 交通管理信息系统来说，这大部分内容都是必需的，甚至还要补充 ；而对于城市人口 信息系统来说，以上数据信息未必都是必需的。另对于同样是“线”实体的河流来 说，则属性数据又会有更大的不同，所以，同是点、线或面的空间数据类型，其属性 数据会千差万别，或完全不同。 属性数据这种随应用而变化的随意性，决定了它不可能有统一的数据格式，因而从 数据结构角度也难建立各数据项之间的彼此联系，所以，GIS 矢量数据模型下的属性 数据，一般处理为“属性向量”形式——即将各属性项看作是彼此无关的独立量” （如图 1-2）： 至于栅格数据，由于数据单元对应的是区域空间，区域空间在一般情况下都不具有 一致的属性值，所以要表示区域空间内地物的属性，就只能对整个区域空间使用一种 属性类的划分，这就是该栅格阵列的内容或“主题”。栅格数据这种以“主题”命名 属性类别的方法我们姑且称之为“主题模型”。也就是说，一个栅格矩阵单元对应一 种属性主题，如 DEM、地面坡度、坡向、土地利用类型等等，至于每一栅格单元的具 体内容，不过是同一主题下的不同取值罢了。 四、空间数据与属性数据的连接 在 GIS 的矢量数据模型中，由于空间数据和属性数据采用了完全不同的数据结构模 式，为实现空间数据对象与其属性数据的统一，就必须将这两者连接起来。这通常通 过一个共同的内部标识来实现。 ID 属性 1 属性 2 属性 3 . 属性 M I D 图 1-3 空间数据与属性数据的连接 属性 1 属性 2 属性 3 属性 4 属性 5 . 属性 M 图 1-2 GIS 的属性数据模型