一、基本概念
(一)信息与数据
(1)信息
信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、现象等的内容、数量或特征,从而向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实和知识,作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
(2)数据
数据是指输入计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图像等。数据是用以载荷信息的物理符号,在计算机化的地理信息系统中,数据的格式往往与具体的计算机系统有关,随载荷它的物理设备的形式而改变。
数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。例如“1”和“0”,当用来表示某一种实体在某个地域内存在与否时,它就提供了有(1 表示)、无(0 表示)的信息。地理信息系统的建立,首先是收集数据,然后对数据进行处理,即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等,其目的是得到数据中包含的信息。对同一数据每个人的解释可能不同,因而获得信息量的多少与人的知识水平和经验有关。
(3)信息与数据的关系
①数据是信息的载体,信息是数据中所包含的意义。
②数据是信息的载体,但并不就是信息。只有理解了数据的含义,对数据作出解释,才能提取数据中所包含的信息。
③数据是记录下来的某种可以识别的符号,具有多种多样的形式,也可以由一种数据形式转换为其他数据形式,但其中包含的信息内容不会改变。
(二)空间数据与地理信息
(1)空间数据
空间数据是指任何与空间位置有关的数据,可包括地球、月球的数据。通常人们也把与地球有关的数据称为地理数据或地球空间(geospatial)数据。
空间数据具有以下特征:空间位置特征,即表示现象的空间位置(地理分布);时间特征,即表示现象或物体随时间变化的特征;属性特征,即描述自然现象、物体的质量和数量特征。
空间数据由空间特征数据(又称定位数据或几何数据)、时间属性数据(又称尺度数据)、专题属性数据(又称非定位数据)组成。
空间特征数据记录的是空间物体的位置、形状和大小等几何特征,以及与相邻物体的拓扑关系。这是地理信息系统区别于其他数据库管理系统的标志。位置和拓扑关系是地理或空间信息系统所独有的。空间位置由不同的坐标系统来描述。拓扑关系是指两个对象之间的空间位置关系,人类对空间目标的定位一般不是通过记忆其空间坐标,而是确定某一目标与其他更熟悉的目标间的空间位置关系,这种关系就是拓扑关系。
时间特征数据是以各种数据形式表示的地理实体随时间变化的特征或数据采集的时间。严格来讲,任何空间数据都具有一定的时间特征,因为它们总是在某一特定时间或时间段内存在、采集得到或计算产生的。由于有些空间数据随时间变化相对较慢,因而有时被忽略。
专题属性数据是用来描述对象的专题属性。专题属性是指实体所具有的各种性质,如房屋的结构、高度、层数、使用的主要建筑材料、功能等。专题属性可以用数字、符号、文本和图像等方式表达。专题属性的表达方式主要有两种,即表格和图像。表格表达专题属性是通过固定的表格格式详细列出空间实体的参数和描述数据。一般情况下,表格数据精确、明了,易于理解。如果属性特征是通过属性值的级别来表达的,那么,就可以用图形或图像来表达,即在同一级别的空间范围内充填一定的颜色或图例符号。以图形图像表达的属性数据具有隐含的性质,必须通过图例或有关技术规范才能加以理解。
(2)地理信息
地理信息是表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称,是对地理数据的解释。
地理信息属于空间信息,其位置的识别是与数据联系在一起的,这是地理信息区别于其他类型信息的最显著标志。地理信息的这种定位特征,是通过经纬网或公里网建立的地理坐标来实现空间位置的识别;地理信息还具有多维结构的特征,即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构,而各个专题属性与之间通过属性码进行关联,这就为地理系统各圈层之间的综合研究提供了可能,也为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供了方便。地理信息的时序特征十分明显,因此可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的(如台风、地震)、短期的(如江河洪水、秋季低温)、中期的(如土地利用、作物估产)、长期的(如城市化、水土流失)、超长期的(如地壳变动、气候变化)等。地理信息的这种动态变化的特征,一方面要求地理信息的获取要及时,并定期更新;另一方面要从其自然的变化过程中研究其变化规律,从而做出地理事物的预测与预报,为科学决策提供依据。认识地理信息的这种区域性、多层次性和动态变化的特征对建立地理信息系统,实现人口、资源、环境等的综合分析、管理、规划和决策具有重要意义。
(三)地理信息系统
地理信息系统由两个部分组成:一方面,地理信息系统是一门学科,是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科;另一方面,地理信息系统是一个技术系统,它是以地理空间数据库为基础,在计算机软硬件环境的支持下,对空间相关数据进行采集、存储、管理、操作、分析、模拟和显示,并采用地理模型分析方法,适时提供多种空间和动态的地理信息,为地理研究、综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立起来的一类计算机应用系统。
地理信息系统中“地理”的概念并非指地理学,而是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性数据以及以此为基础而演绎出来的知识。
地理信息系统具有以下特征:
第一,具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力,具有空间性和动态性。第二,由计算机系统支持进行空间地理数据管理,并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法,作用于空间数据,产生有用信息,完成人类难以完成的任务。第三,计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征,因而使得地理信息系统能以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。