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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) 。
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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。
（一）GIS简介--什么是GIS ？
地理信息系统 (GIS, Geographic Information System) 是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使 GIS与其他信息系统相区别，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。
我们当今面临世界的最主要的挑战是——人口过多，环境污染，森林破坏，自然疾病等。这些都与地理因素有关。
不论是从事一种新的职业，还是寻找生长香蕉的最合适的土壤，或是为救护车计算最佳的行车路线，这些本地问题也都有地理因素。
地图制作和地理分析已不是新鲜事，但GIS执行这些任务比传统的手工方法更好更快。而且，在GIS技术出现之前，只有很少的人具有利用地理信息来帮助做出决定和解决问题的能力。
今天，GIS 已是一个全球拥有数十万的人员和数十亿美元的产业。GIS已在全世界的中学、学院、大学里被讲授。在每个领域里的专家不断地意识到按地理的观点来思考和工作所带来的优越性。
（二）GIS简介----一个GIS的组成
GIS 由五个主要的元素所构成： 硬件、软件、数据、人员和方法。
硬 件
硬件是GIS所操作的计算机。今天，GIS软件可以在很多类型的硬件上运行。从中央计算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境。
软 件
GIS软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：
输入和处理地理信息的工具
数据库管理系统(DBMS)
支持地理查询、分析和视觉化的工具
容易使用这些工具的图形化界面(GUI)
数 据
一个GIS系统中最重要的部件就是数据了。地理数据和相关的表格数据可以自己采集或者从商业数据提供者处购买。GIS将把空间数据和其他数据源的数据集成在一起，而且可以使用那些被大多数公司用来组织和保存数据的数据库管理系统，来管理空间数据。
人 员
GIS技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么价值。GIS的用户范围包括从设计和维护系统的技术专家，到那些使用该系统并完成他们每天工作的人员。
方 法
成功的GIS系统，具有好的设计计划和自己的事务规律，这些是规范而且对每一个公司来说具体的操作实践又是独特的。
（三）GIS简介--GIS如何工作
GIS就是用来存储有关世界的信息，这些信息是可以通过地理关系连接在一起的所有主题层集合。这个简单却非常有力和通用的概念，对于解决许多真实世界的问题具有无价的作用，这些问题包括：跟踪传输工具、记录计划的详细资料，模拟全球的大气循环等。
地理参考系统
地理信息包含有明确的地理参照系统，例如经度和纬度坐标，或者是国家网格坐标。也可以包含间接的地理参照系统，例如地址、邮政编码、人口普查区名、森林位置识别、路名等。一种叫做地理编码的自动处理系统用来从间接的参照系统，如地址描述，转变成明确的地理参照系统，如多重定位。这些地理参考系统可以使你定位一些特征，例如商业活动、森林位置，也可以定位一些事件，例如地震，用于做地表分析。
矢量和栅格模式
地理信息系统工作于两种不同的基本地理模式——矢量模式和栅格模式。
在矢量模式中，关于点、线和多边形的信息被编码并以x、y坐标形式储存。一个点特征的定位，例如一个钻孔，可以被一个单一的x、y坐标所描述。线特征，例如公路和河流，可以被存储于一系列的点坐标。多边形特征，例如销售地域或河流聚集区域，可以被存储于一个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于描述一些离散特征，但对连续变化的特征，例如土壤类型或赶往医院的开销等，就不太有用。
栅格模式发展为连续特征的模式。栅格图象包含有网格单元，有点像扫描的地图或照片。不管是矢量模式还是栅格模式，用来存储地理数据，都有优点和缺陷。现代的GIS都可以处理这两种模式。
（四）GIS简介--GIS 的任务
一般来说，GIS有以下五个过程或任务：
输入
处理
管理
查询和分析
可视化
输入
在地理数据用于GIS之前，数据必须转换成适当的数字格式。从图纸数据转换成计算机文件的过程叫做数字化。对于大型的项目，现代GIS技术可以通过扫描技术来使这个过程全部自动化，对于较小的项目，需要手工数字化（使用数字化桌）。
目前，许多地理数据已经是GIS兼容的数据格式。这些数据可以从数据提供商那里获得并直接装入GIS中。
处理
对于一个特殊的GIS项目来说，有可能需要将数据转换成或处理成某种形式以适应你的系统。例如，地理信息适用于不同的比例尺（街道中心线文件的比例尺也许是1:100,000；人口边界是1:50,000；邮政编码是1:10,000）。在这些信息被集成以前，必须转变成同一比例尺。这可以是为了显示的目的而做的临时变换，也可以是为了分析所做的永久变换。GIS技术提供了许多工具来处理空间数据和去除不必要的数据。
管理
对于小的GIS项目，把地理信息存储成简单的文件就足够了。但是，当数据量很大而且数据用户数很多时，最好使用一个数据库管理系统（DBMS），来帮助存储、组织和管理数据。一个数据库管理系统DBMS就是用来管理一个数据库—一个数据的完整收集——的计算机软件。
有许多不同的DBMS设计，但在GIS中，关系数据库管理系统的设计是最有用的。在关系数据库系统设计中，概念上数据都被存储成一系列的表格。不同表格中的共同字段可以把它们连接起来。这个令人惊讶的简单设计被广泛地应用，主要是由于它的灵活性以及在使用GIS和不使用GIS时，都被广泛地采用。
查询和分析
一旦你拥有一个包含你的地理信息的多功能的GIS系统，你可能开始提出象下面这样的一些简单问题：
这个角落上的这块土地属于谁？
两个地方之间的距离是多少？
工业用地的边界在哪里？
有关分析的问题可能是：
适合于盖新房子的所有地点在哪里？
生长橡树的最好的土壤类型是什么？
如果我要在这里建一条高速公路，它将如何影响交通？
GIS提供简单的鼠标点击查询功能和复杂的分析工具，为管理者和类似的分析家提供及时的信息。当你分析地理数据用于寻找模式和趋势，或提出“如果……怎么样”设想时，GIS技术实际上正在被使用。现代的GIS具有许多有力的分析工具，但是有两个是特别重要的。
1. 接近程度分析
在这片水域周围100米范围内有多少房子？
这家商店附近10公里范围内共有多少消费者？
在这口井周围500米范围内紫花苜蓿这种植物占多大面积？
为了回答这些问题，GIS技术使用一个叫做缓冲的处理方法，来确定特征间的接近关系。
2. 覆盖范围分析
不同数据层的综合方法叫做覆盖。简单的说，它可以是一个可视化操作，但是分析操作需要一个或多个物理连接起来的数据层。覆盖，或空间连接，可以将税收数据与土地、斜坡、植被或土地所有者等集成在一起。
可视化
对于许多类型的地理操作，最终结果最好是以地图或图形来显示。图件对于存储和传递地理信息是非常有效的。制图者已经生产了上千年的地图，GIS为扩展这种制图艺术和科学提供了崭新的和激动人心的工具。地图显示可以集成在报告、三维观察、照片图象和例如多媒体的其他输出中。
（五）GIS简介--相关技术
GIS与其他几种信息系统密切相关，但由于其处理和分析地理数据的能力使其与它们相区别。尽管没有什么硬性的和快速的规则来给这些信息系统分类，但下面的讨论可以帮助区分GIS和桌面制图、计算机辅助设计CAD、遥感、DBMS、以及GPS技术。
桌面制图
桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的主要目的是产生地图：地图就是数据库。大多数桌面制图系统只有及其有限的数据管理、空间分析以及个性化能力。桌面制图系统在桌面计算机上进行操作，例如PC机，Macintosh以及小型UNIX工作站。
计算机辅助设计CAD
计算机辅助设计(CAD)系统促进了产生建筑物和基本建设的设计和规划。这种设计需要装配固有特征的组件来产生整个结构。这些系统需要一些规则来指明如何装配这些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系统已经扩展可以支持地图设计，但管理和分析大型的地理数据库的工具很有限。
遥感和GPS
遥感是一门使用传感器对地球进行测量的科学和技术，例如，飞机上的照相机，全球定位系统（GPS）接收器，或其他设备。这些传感器以图象的格式收集数据，并为利用、分析和可视化这些图象提供专门的功能。由于它缺乏强大的地理数据管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。
DBMS数据库管理系统
数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其中包括地理数据。DBMS使存储和查找数据最优化，许多GIS为此而依靠它。相对于GIS而言，它们没有分析和可视化的工具。
（六）GIS简介--GIS可以做什么？
进行地理信息查询和分析
GIS搜索数据库并进行地理信息查询的能力，节约了许多公司数以百万计的美元。GIS可以：
缩短回答客户请求的时间
找到适合于开发的土地
在粮食、土壤和天气之间找寻相关关系
电气线路故障定位
房地产经纪人可以用GIS在一定的区域内寻找满足下列条件的所有房屋：瓦盖的屋顶、 五个房间，并可列出它们的所有特点。
查询可以通过增加准则来进一步细化：房价必须每平方英尺少于100美元。还可以列出这些房屋离学校在一定的距离之内。
改进机构集成
许多采用了GIS的机构发现其主要效益之一是改进了它们自己的机构和资源的管理。由于GIS具有将数据集合和地理信息链接起来的能力，促使它们之间共享和交流局部信息。通过产生可共享的数据库，一个部门可从另一个部门的工作中得到好处，这是由于数据只需采集一次，但应用多次。
由于个人和部门之间的通讯在增加，冗余被减少，生产力提高，整体组织效率改进。因此，在一个有效的公司里，用户和基本建设数据库可以集成在一起，这样，当需要进行维护时，受影响的用户会得到计算机发出的信件。
做出好的决定
一个古老的格言“好的信息导致好的决定”，对于GIS和其他信息系统来说都是正确的。然而，一个地理信息系统（GIS），并不是一个自动决策系统，而是一个查询、分析和支持作出决策处理的图件数据工具。GIS技术已经被用于帮助完成一些任务，例如：为计划调查提供信息，帮助解决领土争端，以最小化视觉干扰为原则设置路标。
GIS可以用于帮助一个新房址的选定，以使其受环境影响最小，在低风险区域，离人口聚集地近。可以以地图和附加报告的方式简洁而清晰的提供这个信息，使决策者集中精力于实际的问题，而不是花时间去理解数据。由于GIS结果能够很快地获得，多个假想的结果可以被高效地评价。
制图
图件在GIS中占有重要的一席之地。GIS的制图方法比传统的人工或自动绘图方法要灵活得多。她开始于数据库的创建。已经存在的纸张图件可以进行数字化，并可以把计算机兼容的信息转换到GIS中。以GIS为基础的图形数据库是可以延续的，比例尺也不受限制。图件可以以任何地点为中心，比例尺任意，使用突出效果的特殊字符有效地显示所选择的信息。
地图集和地图丛书的特征可以用计算机程序编码，并与最终的数据库产品相比较。在其他GIS中使用的数字化产品还可以来自数据库的简单拷贝。在一个大的组织机构中，地形数据库可以被其他部门用作参考构架。
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arcgis这个地理信息软件，对电脑配置有一定要求，主要是CPU和内存。
尤其是内存，内存低了，运行时会感觉的到明显卡顿。8G内存勉强够用，16G以上内存才能保证基本流畅。内存要格外注意，有条件可以选择双通道内存，性能更好一些。
其次,CPU的算力也要够强才行，建议选择4核以上CPU，主频在2.2GHZ以上的。一般最新一、两代的英特尔的i5或者AMD的R5就能满足需求了，不一定要上i7或R7。
最后，如果你除了要使用arcgis，还要用到Envi，erda等地理科学软件，那么固态容量也一定要够大，因为装的软件多了，就比较占用空间。装的软件较多，建议选择固态容量512G以上的。
ArcSDE是一个位于ArcGIS其它软件产品和关系型数据库之间的数据服务器，其广泛的应用使得在跨任何网络的多个用户群体中共享空间数据库以及在任意大小的数据级别中伸缩成为可能。
是一个可伸缩的，通过开放的Internet协议进行GIS地图，数据和元数据发布的地图服务器。ArcIMS已经在成千上万的应用中部署了，主要是为Web上的用户提供数据分发服务和地图服务。
是一个应用服务器，包含了一套在企业和Web框架上建设服务端GIS应用的共享GIS软件对象库。ArcGISServer是一个新产品，用于构建集中式的企业GIS应用，基于SOAP的Webservices和Web应用。
是一个集成了众多高级GIS应用的软件套件，它包含了一套带有用户界面组件的Windows桌面应用。
例如，ArcMap，ArcCatalogTM，ArcTooboxTM以及ArcGlobe。ArcGISDesktop具有三种功能级别――ArcReader,ArcView?，ArcEditorTM和ArcInfoTM，都可以使用各自软件包中包含的ArcGISDesktop开发包进行客户化和扩展。