环境信息系统

第一章：环境信息系统信息：用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、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。信息的特点：信息的客观性—与客观事物紧密相联系的；信息的适用性—信息对决策是十分重要；信息的传输性—信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备(包括远程终端)，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。信息的共享性—信息与实物不同，它可以传输给多个户，为多个用户共享，而其本身并无损失。数据：是一组可识别的符合、包括字母、数字、图像、声音或其他符号。在计算机化的环境信息系统中，数据的格式往往和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。数据的特点：（1）数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。（2）环境信息系统的建立，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，其目的就是为了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）信息与数据是不可分离的，即信息是数据的内涵，而数据是信息的表达。也就是说数据是信息的载体。系统：一系列相互作用以完成某个目标的元素或组成部分的集合。系统也可以是指由相互联系、相互作用又相互依存的若干单元所组成的，具有一个共同目标的有机整体。系统的特点：目的性，关联性，结构性（层次性），整体性。信息系统：指输入数据，经过加工处理，输出信息的系统。信息系统的构成：对象的处理模型，信息处理模型，系统实现的物质基础。环境信息系统：将一切用于环境管理、环境科学研究等与环境保护相关的信息系统。环境信息系统的功能：（1）从功能上：环境信息系统指一个获得、存取、编辑、处理、分析和显示环境数据的系统。（2）从内容上：环境信息系统指一个包含了计算机软件、计算机硬件、环境数据和专业人员的系统。环境信息系统的特点：（1）内容上的跨学科、方法上的高新技术集成；（2）数据量大，数据种类复杂，且具有严格的时空意义；（3）数据精度要求高；用户界面要求高。EIS的基本功能：输入；查询；编辑；分析；输出。环境信息系统的应用：（1）人们应用EIS对地球表层环境状况和自然资源等多种信息进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境状况和环境要素的空间分布、空间结构、空间联系和空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发及环境综合治理的依据，从而为区域经济发展服务。（2）环境虚拟与模拟；环境状况调查与管理；环境规划；环境监测；环境保护；环境地理信息系统；环境影响评价；宏观决策支持。第二章：环境空间数据库数据库系统：由计算机软、硬件资源组成的系统，它实现了有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问。数据库的特点：（1）有效地组织数据，即对数据进行合理设计，以便计算机存取；（2）方便地将数据输入到计算机中；根据用户的要求将数据从计算机中抽取出来。数据库的组成：用户——数据库管理系统——储存设备上的数据——计算机硬件。数据库系统的特点：A、数据共享性：所有用户可以同时存取数据；数据库不仅可以为当前的用户服务，也可以为将来的用户服务；可以使用多种语言完成与数据库的接口。B、数据独立性：物理数据独立；逻辑数据独立。C、减少数据冗余度。D、数据的一致性。空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关的地理空间数据的总合，以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介质上。空间数据库（系统）组成：包括3部分：（1）空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关的地理空间数据的总合，一般是以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介质上。（2）空间数据库管理系统：是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义，提供必需的空间数据查询检索和存取功能，以及能够对空间数据进行有效的维护和更新的一套软件（3）数据库应用系统：应用模块。常规数据库管理系统扩展：直接对常规数据库管理系统进行扩展，加入一定数量的空间数据存储与管理功能。空间数据库引擎：在常规数据库管理系统上加一层空间数据库引擎，实现空间数据的存储与管理。空间数据库的设计过程：①人类对客体的认识、抽象，建立概念模型。②将概念模型转换为计算机能够接受的形式，即数据模型。地理空间是一个三维空间，有四个基本实体：点实体；线实体；面实体；体实体地理空间实体间的联系：（1）空间联系：空间位置，空间分布，空间形态、空间相关等空间信息反映了空间分析所能揭示的信息，彼此互有联系（2）时间联系：通过实体变化过程来反映。（3）属性联系：实体间的属性主要体现为属性多级分类体系中的从属关系、聚类关系和相关关系。数据库的模型：实体模型：客观事物在人们头脑中的反映；数据模型：客观事物在计算机系统中的描述实体：客观事物在信息世界中称为实体。实体集：性质相同的同类实体的集合称为实体集。属性：实体有许多特性，每一特性在信息世界中都称为属性。实体联系：一对一；一对多；多对多。数据模型：实体模型的数据化。字段：对应实体的属性，也称数据项。记录：字段的有序集合称为记录，它用来描述一个实体，是相应于这一实体的数据表：同一类记录的集合关键字：能唯一标识表中每一个记录的一个或多个字段的最小组合称为关键字。常见数据模型：层次模型——层次数据库；网状模型——网状数据库；关系模型——关系数据库。层次数据库模型：将数据组织成一对多（或双亲与子女）关系的结构。特点为：（1）有且仅有一个结点无双亲，这个结点即树的根；（2）其它结点有且仅有一个双亲。层次模型的优点：层次和关系清楚，检索路线明确。层次模型的缺点：不能表示多对多的联系。在GIS中若采用这种层次模型将难以顾及公共点、线数据共享和实体元素间的拓朴关系，导致数据冗余度增加，而且给拓朴查询带来困难。关系模型：二维表格中每一列中的元素是类型相同的数据；行和列的顺序可以任意表中元素是不可再分的最小数据项；表中任意两行的记录不能完全相同，表中不允许有表。关系模型中应遵循以下条件：（1）二维表中同一列的属性是相同的；（2）赋予表中各列不同名字（属性名）；（3）二维表中各列的次序是无关紧要的；（4）没有相同内容的元组，即无重复元组；（5）元组在二维表中的次序是无关紧要的。关系模型的优点：（1）结构灵活，可满足所有用布尔逻辑运算和数字运算规则形成的询问要求；（2）能搜索、组合和比较不同类型的数据；（3）加入和删除数据方便；（4）适宜地理属性数据的模型。关系模型的缺点：许多操作都要求在文件中顺序查找满足特定关系的数据，若数据库很大的话，这一查找过程要花很多时间。在网络模型中，各记录类型间可具有任意多连接的联系（见示例）。一个子结点可有多个父结点；可有一个以上的结点无父结点；父结点与某个子结点记录之间可以有多种联系（一对多、多对一、多对多）。网络模型的优点：可以描述实体间复杂的关系。网络模型的缺点：表示数据间联系的指针数据项会大大增加数据量；会增加数据库建立和维护的复杂性。DBMS功能：数据库定义功能；数据库管理功能；数据库建立和维护功能；通信功能。DBMS组成：（1）数据定义语言DDL及其翻译程序（2）数据操纵语言DML及其编译(或解释)程序（3）数据库管理例行程序：系统运行控制程序、语言翻译处理程序和DBMS的公用程序关系模型的三种关系操作：（1）选择：挑选出满足指定条件或指定范围的记录（2）投影：从数据库文件中将指定的字段挑选出来（3）连接：按照某个条件将两个数据库文件连接生成一个新的数据库文件标准DBMS存储空间数据的局限性：空间数据记录是变长的（如点数的可变性），而一般的数据库都只允许把记录的长度设定为固定；在存储和维护环境空间数据拓扑关系方面存在着严重缺陷；一般都难以实现对环境空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作；不能支持复杂的图形功能；单个环境地理实体的表达需要多个文件、多条记录，一般的DBMS也难以支持；难以保证具有高度内部联系的GIS数据记录需要的复杂的安全维护对象：是对客观世界实体的抽象描述，由信息（数据）和对数据的操作组合而成。类：是对多个相似对象共同特性的描述。消息：是对象之间通信的手段，用来指示对象的操作。分公有消息和私有消息。方法：是对象接收到消息后应采取的动作序列的描述。实例：是由一特定类描述的具体对象。元类：是相似的类的共同属性的抽象，元类的实例是类，类的实例是对象。对象具有封装性和继承性，涉及到分类、概括、聚集、联合、继承和传播等概念。协议：是一个对象对外服务的说明，它告知一个对象可以为外界。封装：是将某件实物包围起来，使外界不必知道其实际内容。继承：从某类对象得到另一类对象的特征和能力。如饭店子类从建筑物类继承地址、建筑日期等属性。引入类的继承，就出现了类的层次结构，也就有了超类（基类）、子类（派生类）的概念。概括：是把一组具有相同特征和操作的对象归纳在一个更一般的超类中。联合：是相似对象的抽象组合，可看作是更高层次的集合对象。聚集：是类似于联合的抽象化概念，不强调整个对象的具体细节传播：作为联合和聚集的一种工具，通过一种强制性的手段将子对象的属性信息传递给复杂对象。面向对象数据库系统的实现方式：一方面，它巧妙地容纳了EGIS中拓扑数据结构的思想，能有效地表达空间数据的拓扑关系。另一方面，面向对象数据模型在表达和处理属性数据时，又具有许多独特的优越性。第三章：地理信息系统数据：客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。信息：向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。信息的特点：(1)信息的客观性(2)信息的适用性(3)信息的传输性(4)信息的共享性数据与信息的关系：信息与数据是不可分离的，数据是信息的表达，信息是数据的内涵。数据本身并没有意义数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。地理信息：表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。地图：将地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化。地理信息的结构与特征：构成（S,T,A)S:空间要素；T:时间要素；A:属性要素特征：(1)属于空间信息；(2)具有多维结构的特征；(3)时序特征十分明显地图与地理信息的关系：1.地图是地理信息载体；2.地图是地理信息的传统数据源；3.地图是GIS的查询与分析结果的表示方法。地理系统：一个多层次的巨系统，它具有多层次的结构和泛目标的功能，需要多学科的知识结构和多种形式技术体系的支持。地理系统是认识地理圈的事物、现象和发生发展过程，理解物质迁移与能量转换内外循环的规律，认识地理规律、掌握地理信息，以调控资源与环境为目的的逻辑思维过程。地理信息系统：以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。地理系统是地理信息系统的科学依据；地理信息系统是研究地理系统的科学技术保证。地理信息系统的特点：1、公共的地理定位基础；2、具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力3、系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息；4、以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统。地理信息系统的功能：数据输入、存贮和编辑；操作运算；数据查询和检索；应用分析；图形显示和结果输出；数据更新地理信息系统的应用：1.统计与量算；2.规划与管理；3.预测与监测；4.辅助决策地理空间：指物质、能量、信息的形式与形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。地理信息：一个时空过程，它存在于一定物质、能量载体，并能从一种