GIS的一些简单的地学基础

地理信息系统的地学基础

地理信息系统是信息技术和信息产业发展的产物，是一项发展迅猛的高新技术。它的应用已经渗透到有关空间信息的各个领域。以下主要分析了我国地理信息系统的发展概况及趋势，介绍了地理信息系统在地质制图、地质灾害的预测、石油勘探资料的管理、矿产资源的评价及预测等地质领域中的应用现状和部分科研成果，说明了地理信息系统在地质领域研究中的可行性及其广阔的前景。

地理信息系统简称GIS)是发展于20世纪60年代，并于20世纪80年代取得突破性进展的一门空间数据管理科学和智能化高新技术。该系统不仅能将统计数据、图形数据和影像数据等多种空间信息及空间位置输入、存贮、检索、显示、更新与输出，而且还能对上述各类型数据进行编辑、测量、运算与综合分析。随着计算机科学、数学和空间技术的发展，地理信息系统已经超出了“地理学”的应用范畴，

GIS的主要组成部分包括：用户界面、数据输入、数据转换、数据库管理(空间数据、属性数据)、空间数据分析，输出及开发工具等七个部分。

(一)用户界面：用户界面是使用者的操作平台，使用者通过界面直接与GIS的应用模块通讯进行有效操作。MapGIS的用户界面是中文菜单式、简单、易借、用户界面良好。

(二)数据输入：数据库有两种类型：属性库和图形库。属性库是专门用于定义矢量数据的属性结构，它以某种格式存入文件中，如果这种文件的格式是GIS输入软件所兼容的格式，则可以直接装载入库，否则，应在装入前转换成相应的格式，另一种方法是将待装入的数据用GIS提供的属性数据录入界面，用键盘输入。图形库数据可以用数字化仪输入或扫描仪输入来完成。

(三)数据转换：数据转换模块除了能将常规的数据库格式，如dBase、Foxbase、Foxpro 等转换成GIS数据库能接收的数据格式之外，更重要的是可以进行各种地图投影之间的坐标变换，这对于来自于不同比例尺或不同地图投影的图形数据操作是必不可少的先决条件，此外，GIS系统内部文件格式，如矢量与光栅文件的转换有利于数据的空间分折。

(四)数据库管理iGIS的数据库除了具备常规的非空间数据库功能之外，扩展了对空间信息的存储、检索和修改的能力，这是GIS数据库优于常规的DBMS数据库的重要功能，一个优秀的GIS系统应采用合理的存储数据的结构，一方面节省存储空间，另一方面有助于空间数据的检索，同时必须保证维护数据的独立性，安全性和完整性，并具有处理和管理大量数据的能力。

(五)空间数据分析：空间数据分析是GIS的核心部分，空间数据是根据地理位置和描述属性而定义的各个要素构成，其分析形式以点、线、面为基本特征。在计算机内部由两种主要的数据结构提供GIS进行空间分析，它们是栅格数据结构和矢量数据结构，空间数据分折就是通过这两种数据结构，对单一图层或组合图层进行图幅拼接，相邻搜索、拓扑分析、聚类统计和坡度计算等集合操作，这些操作以交互方式对拓扑结构的数据及非空间属性数据进行分析。

(六)输出：GIS的输出形式分为屏幕显示和利用外部设备输出。屏幕显示是将GIS分析和模拟所得到的结果以图形和表格的方式显示在屏幕上，或动态地再生成图件等用户可以通过屏幕输出的结果检查图形分析的质量，随意修改分析模式或编辑数据库数据，直到获得令人满意的图件和图表为止。利用外部设备输出是通过打印机、绘图仪、彩色胶片记录器、照像收录像设备，把GIS分析结果用硬拷贝的方式记录下来。

(七)开发工具：地理信息系统是一个通用的多学科工具，可适用于处理任何与空间位置

有关的信息，但各个学科有各自的独立性，为了获得空间数据满意的结果。往往需作一些特

殊的 处理 如在矿产资源预测中，对多层图件的叠加是通过某种数字模型或专家系统来实现

的，而地理信息系统中并不包括地质学家所要求的数字模型或专家系统，这就需要用户编写

相应的应用软件，作为模块加入到地理信息系统中，对这种特殊模块的开发，是由地理信息

系统提供了二次开发软件包来实现的，优秀的GIS 软件均为用户提供了二次开发的环境，使

甩户可以根据需要扩充地理信息系统的应用范畴。

地学基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分。它主要包括统一的地图投影

系统、统一的地理网格坐标系统以及统一的地理编码系统。统一的地图投影系统就是要为地

理信息系统选择和设计一种或几种适用的地图投影系统网格坐标系统。

一、地球模型

二、坐标参考系统 。统一的坐标系统是地理信息系统建立的基础

1）各国家的地理信息系统所采用的投影系统与该国的基本地图系列所用的投影系统一致；

2）各比例尺的地理信息系统中的投影系统与其相应比例尺的主要信息源地图所用的投影一

致；

3）各地区的地理信息系统中的投影系统与其所在区域适用的投影系统一致；

4）各种地理信息系统一般以一种或两种投影系统为其投影坐标系统，以保证地理定位框架

的统一。

三、地图投影。将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影

地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算。地球椭球体为不可展面。

地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析

建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的

点的地理坐标（λ，φ）与平面上对应点的平面坐标（x ，y ）之间的函数关系： ),()

,(21ϕλϕλf y f x ==

当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。

四、地图比例尺

五、制图综合。制图综合是指在地图主题与用途、比例尺和制图区域地理特点等条件下，通

过对地图内容的选取、概括和关系协调，建立起能反映区域地理规律和特点的新的地

图模型的理论、方法和过程.

六、地理信息编码。地理信息编码就是用数字或字符标记空间对象的属性。它既是标识空间

对象的标志，组织和编排地理数据的媒介，又是存储和检索的标志，是不可缺少的空间数据

的一个组成部分。

GIS 在地学研究中的主要优势

GIS 作为各相关学科的集成、现代有关高新技术的集成 被广泛的应用于地学研究中 不

仅极大的提高了工作效率 而且可以做很多人力根本无法做到的工作 所以世界各国对其投

入的人力、物力、财力日益增大。 GIS 技术也取得了突飞猛进的发展 功能不断增强 应用

领 域也越来越大。 GIS 有强大的数据库管理功能、空间数据分析功能及辅助决策功能而成

为一种全新的区域空间研究决策支持系统。它能够高效率、高精度、定量的实现真正地学意

义上的区域空间分析和过程模拟。首先它具有强大的数据库管理功能。它以数值的形式储存

地理空间数据 在计算机中以数字化的方法储存资料信息 使得这些被存储的资料具有高度