GIS系统由哪些部分组成？
2022-10-05 · 技术研发知识服务融合发展。
中地数媒
一个实用的地理信息系统，要支持对空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，其基本构成包括以下四个主要部分: 系统硬件、系统软件、数据库系统、系统管理和操作人员。这里，计算机系统软、硬件是其核心部分，空间数据反映 GIS 的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式 ( 图 10-2) 。
图 10-2 GIS 的组成
1. 系统硬件
GIS 由于其任务的复杂性和特殊性，必须由计算机设备支持。计算机硬件系统是计算机系统中的实际物理装置的总称，可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或装置，是 GIS 的物理外壳。GIS 系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件都与硬件有极大的关系，受硬件指标的支持和制约。构成计算机硬件系统的基本组件包括输入/输出设备、中央处理单元 ( CPU) 、存储器 ( 包括主存储器、辅助存储器) 等，这些硬件组件协同工作，向计算机系统提供必要的信息，使其完成任务，并将处理得到的结果或信息提供给用户，同时保存数据以备现在或将来使用。图 10-3 为常见的实现输入/输出功能的计算机外围设备。
图 10-3 GIS 的硬件组成
2. 系统软件
GIS 软件是系统的核心，用 于 执 行 GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面等，按照其功能分为 GIS 专业软件、数据库软件和系统管理软件等，如图 10-4 所示。
GIS 专业软件一般指具有丰富功能的通用 GIS 软件，它包含了处理地理信息的各种高级功能，可作为其他应用系统建设的平台。代表产品有 Arc/Info，MGE，MapInfo，MapGIS 等。它们一般都包含如下核心模块:数据输入与编辑、空间数据管理、数据处理与分析、数据输出、用户界面、系统二次开发功能。
图 10-4 GIS 的软件层次
数据库软件除了在 GIS 专业软件中用于支持复杂空间数据的管理以外，还包括服务于非空间属性数据为主的数据库系统，这类软件有: Oracle，Sybase，Informix，DB2，SQLserver 等。由于这类数据库软件具有快速检索、满足多用户并发和数据安全保障等功能，目前能在这些现成的关系型商业数据库中存储 GIS 的空间数据。
系统管理软件主要指计算机操作系统，如 Windows XP，Vista，Linux 等，它们关系到GIS 软件和开发语言使用的有效性，因此也是 GIS 软硬件环境的重要组成部分。
3. 数据库系统
数据库系统是地理信息系统的操作对象与管理内容，它是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。这些数据可以是数字、文字、表格、图像和图形等，它们由系统建造者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他输入设备输入到地理信息系统中，其相应的区域信息包括位置信息、属性信息和空间关系等。
地理信息系统中的数据类型有空间数据和非空间的属性数据两大类。
空间数据用来确定图形和制图特征的位置，是以地球表面空间位置为参照。根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素。空间数据具体反映了两方面信息: ①在某个已知坐标系中的位置，也称几何坐标，主要用于标识地理景观在自然界或包含某个区域的地图的空间位置，如经纬度、平面直角坐标、极坐标等; ②实体间的空间相关性，即拓扑关系 ( Topology) ，用于表示点、线、网、面等实体之间的空间联系，如边界线与面实体间的构成关系，面实体与岛或内部点的包含关系等。空间拓扑关系对于地理空间数据的编码、录入、格式转换、存储管理、查询检索和模型分析都有重要意义，是地理信息系统的特色之一。
非空间的属性数据用来反映与几何位置无关的属性，即通常所说的非几何属性，它是与地理实体相联系的地理变量或地理意义，一般是经过抽象的概念，通过分类、命名、量算、统计等方法得到。非几何属性分为定性和定量两种，前者包括名称、类型、特性等，如岩石类型、土壤种类、土地利用、行政区划等; 后者则包括数量和等级等，如面积、长度、土地等级、人口数量、降雨量、水土流失量等。任何地理实体至少包含一个属性，而地理信息系统的分析、检索主要是通过对属性的操作运算来实现的。
4. 系统管理和操作人员
人是 GIS 中的重要构成因素。GIS 不同于一幅地图，它是一个动态的地理模型，仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。对于合格的系统设计、运行和使用来说，地理信息系统专业人员是地理信息系统应用的关键，强有力的组织是系统运行的保障。一个周密规划的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师，以及最终运行系统的用户。
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1. 硬件基础设施：包括服务器、工作站、网络设备等，用来支持GIS软件的运行和数据处理。
2. 软件应用程序：GIS软件是系统的核心，负责处理空间数据，执行各种分析功能，并提供用户接口。流行的GIS软件包括ESRI的ArcGIS、QGIS、MapInfo等。
3. 数据：GIS依赖于各种类型的地理数据，这些数据可以是矢量数据、栅格数据、属性表数据等。数据可以来源于不同的地方，如政府机构、商业供应商、实地调查等。
4. 用户界面：GIS软件通常配备了用户友好的界面，使非专业人士也能轻松操作基本的地图浏览和数据查询功能。
5. 数据库管理系统：为了有效地存储和检索地理数据，GIS系统通常集成了专业的数据库管理系统，如PostgreSQL/PostGIS、Oracle Spatial等。
6. 分析工具：GIS提供了一系列的地理空间分析工具，允许用户进行缓冲区分析、叠加分析、路径分析、网络分析等。
7. 可视化和输出：GIS能够生成静态地图、动态地图、三维场景等多种形式的地理信息产品，供用户查看和解读。
8. 元数据管理：GIS系统还包括元数据管理模块，帮助描述地理数据的内容、质量、条件和利用方法。
9. 扩展模块和APIs：一些GIS系统提供了额外的模块和应用编程接口（APIs），以便用户进行自定义开发或集成第三方应用程序。
总之，GIS系统是一个综合性的框架，它整合了硬件、软件、数据、用户界面和分析工具等要素，旨在支持地理空间数据的有效管理和分析。
