第三节 GIS功能

在建立一个实用的GIS过程中，从数据准备到系统完成，必须经过各种数据的转换，每个转换都有可能改变原有的信息。一般的GIS包括以下基本功能：

空间数据采集、空间数据处理(包括编辑)、空间数据存储、分析模型建立、空间信息分析、空间信息输出、各种地图制作等，其中空间分析功能是GIS的核心功能。GIS空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息，是GIS的主要特征，同时也是评价一个GIS功能的主要指标之一；是各类综合性地学分析模型的基础，它为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本方法。

一、数据采集与输入

数据采集与输入主要用于获取数据，保证GIS数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。一般而论，GIS数据库的建设占整个系统建设投资的70%或更多，并且这种比例在近期内不会有明显的改变。因此，信息共享与自动化数据输入成为GIS研究的重要内容。目前可用于GIS数据采集的方法与技术很多，有些仅用于GIS，如手扶跟踪数字化仪；而自动化扫描输入与遥感数据集成最为人们所关注。扫描技术的应用与改进，实现扫描数据的自动化编辑与处理仍是GIS数据获取研究的关键。

二、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的数据间变换，是一种耗时、易错、需要大量计算量的工作，应尽可能避免；数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化等。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；制图综合包括数据平滑、特征集结等。目前GIS所提供的数据概括功能极弱，与地图综合的要求还有很大差距，需要进一步发展。

三、数据存储与组织

这是建立GIS数据库的关键步骤，涉及空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格/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；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两者分开存储，通过公共项（一般定义为地物标识码）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，无法有效记录地物在时间域上的变化属性。

四、空间查询与分析

空间查询是GIS以及许多其他自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能；而空间分析是GIS的核心功能，也是GIS与其他计算机系统的根本区别，模型分析是在地理信息系统支持下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，它是GIS应用深化的重要标志。GIS的空间分析可分为三个不同的层次。

1.空间检索

空间检索包括从空间位置检索空间物体及其属性和从属性条件集检索空间物体。“空间索引”是空间检索的关键技术，如何有效地从大型的GIS数据库中检索出所需信息，将影响GIS的分析能力；另外，空间物体的图形表达也是空间检索的重要部分。

2.空间拓扑叠加分析

空间拓扑叠加实现了输入要素属性的合并（Union）以及要素属性在空间上的连接（Join）。空间拓扑叠加本质是空间意义上的布尔运算。

3.空间模型分析

在空间模型分析方面，目前多数研究工作着重于如何将GIS与空间模型分析相结合。其研究可分三类：

第一类是GIS外部的空间模型分析，将GIS当作一个通用的空间数据库，而空间模型分析功能则借助于其他软件。

第二类是GIS内部的空间模型分析，试图利用GIS软件来提供空间分析模块以及发展适用于问题解决模型的宏语言，这种方法一般基于空间分析的复杂性与多样性，易于理解和应用，但由于GIS软件所能提供空间分析功能极为有限，这种紧密结合的空间模型分析方法在实际GIS的设计中较少使用。

第三类是混合型的空间模型分析，其宗旨在于尽可能地利用GIS所提供的功能，同时也充分发挥GIS使用者的能动性。

五、图形与交互显示

GIS为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件，尤其要强调的是GIS的地图输出功能。一个好的GIS应能提供一种良好的、交互式的制图环境，以供GIS的使用者能够设计和制作出高质量的地图。