地理信息系統主要技術

① 地理信息系統的技術特點

地理信息系統 (Geographical Information System)

簡述
簡單的幾句話，是不能解釋地理信息系統概念的。這里僅僅是泛泛的介紹。首先，GIS是一種計算機系統，它具備一般計算機系統所具有的功能，如採集、管理、分析和表達數據等功能。其次，GIS處理的數據都和地理信息有著直接間接的關系。地理信息是有關地理實體的性質、特徵、運動狀態的表徵和一切有用的知識，而地理數據則是各種地理特徵和現象間關系的符號化表示，包括空間位置、屬性特徵（簡稱屬性）及時域特徵三部分。空間位置數據描述地物或現象所在位置；屬性數據有時又稱作非空間數據，是屬於一定地物或現象、描述其特徵的定性或定量指標；時域特徵是指地理數據採集或地理現象發生的時刻或時段。由此，可以簡單地定義地理信息系統為用於採集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的計算機信息系統。地理信息系統是有關空間數據管理和空間信息分析的計算機系統。依照其應用領域，地理信息系統可分為土地信息系統、資源管理信息系統、地學信息系統等；根據其使用的數據模型，可分為矢量、柵格和混合型信息系統；根據其服務對象，可分為專題信息系統和區域信息系統等等。

與一般的管理信息系統相比，地理信息系統具有以下特徵：（1）地理信息系統在分析處理問題中使用了空間數據與屬性數據，並通過資料庫管理系統將兩者聯系在一起共同管理、分析和應用，從而提供了認識地理現象的一種新的思維方法；而管理信息系統則只有屬性資料庫的管理，即使存儲了圖形，頁往往以文件形式等機械形式存儲，不能進行有關空間數據的操作，如空間查詢、檢索、相鄰分析等，更無法進行復雜的空間分析。（2）地理信息系統強調空間分析，通過利用空間解析式模型來分析空間數據，地理信息系統的成功應用依賴於空間分析模型的研究與設計。

地理信息系統理解的歧意

目前，對地理信息系統的定義還存在分歧。這種分歧起因於地理信息系統本身誕生歷史不長、發展速度很快、應用領域廣泛等因素。因此，地理信息系統的定義可能基於系統具備的功能，也可能基於應用或其它方面。 David J．Cowen（1988）在分析現有地理信息系統定義的基礎上，將其歸結為以下四類：

（l）面向數據處理過程的定義。認為地理信息系統由地理數據的輸入、存儲、查詢、分析與輸出等子系統組成。過程定義本身很清楚，強調數據的處理流程，但其外延太廣泛，不利於將地理信息系統與其它地理數據自動化處理系統分開。

（2）面向專題應用的定義。在面向過程定義的基礎上，按其分析的信息類型來定義地理信息系統，如土地利用信息系統、礦產資源管理信息系統、投資環境評估信息系統、城市交通管理信息系統等。應用定義有助於描述地理信息系統的應用領域范疇。

（3）工具箱定義。這種定義基於軟體系統分析的觀點，認為地理信息系統包括各種復雜的處理空間數據的計算機程序和各種演算法。工具箱定義系統地描述了地理信息系統軟體應具備的功能，為軟體系統的評價提供了基本的技術指標。

（4）資料庫定義。在工具箱定義的基礎上，更加強調分析工具和資料庫間的聯接。一個通用的地理信息系統可看成是許多特殊的空間分析方法與數據管理系統的結合。

另外，從地理信息系統在實際應用中的作用與地位來看，目前對地理信息系統的認識可歸納為三個相互獨立又相互關聯的觀點。一是地圖觀點，強調地理信息系統作為信息載體與傳播媒介的地圖功能，認為地理信息系統是一種地圖數據處理與顯示系統，在此，每個地理數據集可看成是一張地圖，通過地圖代數實現數據的操作與運算，其結果仍然表現為一張具有新內容的地圖。測繪及各種專題地圖部門非常重視地理信息系統的快速生產高質量地圖的能力。第二種觀點稱為資料庫觀點，多為具有計算機科學背景的用戶所接納，強調資料庫系統在地理信息系統中的重要地位，認為一個完整的資料庫管理系統是任何一個 成功的地理信息系統不可缺少的部分。第三種觀點則是分析工具觀點，強調地理信息系統的空間分析與模型分析功能，認為地理信息系統是一門空間信息科學。第三種觀點普遍地為地理信息系統界所接受，並認為這是區分地理信息系統與其它地理數據自動化處理系統的唯一特徵。

綜上所述，地理信息系統可定義為：由計算機系統、地理數據和用戶組成的，通過對地理數據的集成、存儲、檢索、操作和分析，生成並輸出各種地理信息，從而為土地利用、資源管理、環境監測、交通運輸、經濟建設、城市規劃以及政府各部門行政管理提供新的知識，為工程設計和規劃、管理決策服務。

地理信息系統與地圖學及電子地圖

地圖作為記錄地理信息的一種圖形語言形式，最為古老，久負盛譽。從歷史發展看，地理信息系統脫胎於地圖，並成為地圖信息的又一種新的載體形式，它具有存儲、分析、顯示和傳輸的功能，尤其是計算機制圖為地圖特徵的數字表示、操作和顯示提供了成套方法，為地理信息系統的圖形輸出設計提供了技術支持；同時，地圖仍是目前地理信息系統的重要數據來源之一。但二者間有著一定的差別：地圖強調的是數據分析、符號化與顯示，而地理信息系統則注重於信息分析。同時，地圖學理論與方法對地理信息系統的發要的影響，並成為地理信息系統發展的根源之一。

地理信息系統與制圖系統的關系存在兩種看法。其一，計算機輔助制圖系統是地理信息系統的一部分；其二，地理信息系統是機助制圖系統之上的超結構（Superconstructure）。從地理信息系統的發展過程可以看出，地理信息系統的產生、發展與制圖信息系統存在著密切的聯系，兩者的相通之處是基於空間資料庫的空間信息的表達、顯示和處理。

從系統組成和功能上，一個地理信息系統擁有機助制圖系統的所有組成和功能，並且地理信息系統還有數據處理的功能。但隨著電子制圖系統（Electronic manning system，EMS）的出現和發展，出現了電子圖集。與傳統地圖集相比，電子地圖集有許多新的特徵:①聲、圖文和數據多媒體集成，把圖形的直觀性、數字的准確性、聲音的引導性和親切感相結合，充分利用了讀者的各種感官；②查詢檢索和分析決策功能，能夠支持從地圖圖形到屬性數據和從屬性數據到圖形的雙向檢索；③圖形動態變化功能，從開窗縮放、創覽閱讀等基本功能到地圖動畫功能、多維動畫圖形模擬等；④具有良好的用戶界面，使讀者介入地圖的生成過程；⑤多級比例尺之間的相互轉換，由於計算機屏幕幅面的限制和計算機潛在的計算功能和巨大的存貯能力，要求具有多級比例尺不同程度的制圖綜合功能。與地理信息系統相比，由於電子制圖系統具有電子地圖集的功能，因此它所擁有的表達與顯示空間信息的功能更強。好的電子制圖系統應具有地理信息系統的所有功能，並且具有在電子媒體上應用各種不同的格式來創建、存貯和表達資料信息的能力。

節選自《地理信息系統導論》陳述彭等編著

② 地理信息系統專業主要學些什麼 開設課程有哪些

理信息系統與地圖學的基本知識、基本知識、基本技能，能在科研機版構或高等學校從事科學權研究或教學工作，能在城市、區域、資源、環境、交通、人口、住房、土地、基礎設施和規劃管理等領域從事與地理信息系統有關的應用研究、技術開發、生產管理和行政管理等工作.主要課程:自然地理學、人文地理學、經濟地理學、地圖學、遙感技術、資料庫技術、地理信息系統原理、地理信息系統設計與應用等。

③ 地理信息技術的主要功能是什麼

人類生活在地球上，80%以上的信息與地球上的空間位置有關。GIS的出現是信息技術及其應用發展到一定程度的必然產物。地理信息系統萌芽於上世紀的60年代。1962年，加拿大的Roger F. Tomlinson提出利用數字計算機處理和分析大量的土地利用地圖數據，並建議加拿大土地調查局建立加拿大地理信息系統（CGIS），以實現專題地圖的疊加、面積量算、自然資源的管理和規劃等；與此同時，美國的Duane F. Marble在美國西北大學研究利用數字計算機研製數據處理軟體系統，以支持大規模城市交通研究，並提出建立地理信息系統的思想。70年代是地理信息系統走向實用的發展期。美國、加拿大、英國、西德、瑞典和日本等國對GIS的研究均投入了大量人力、物力和財力。到1972年CGIS全面投入運行與使用，成為世界上第一個運行型的地理信息系統；在此期間美國地質調查局發展了50多個地理信息系統，用於獲取和處理地質、地理、地形和水資源信息；1974年日本國土地理院開始建立數字國土信息系統，存儲、處理和檢索測量數據、航空像片信息、行政區劃、土地利用、地形地質等信息；瑞典在中央、區域和城市三級建立了許多信息系統，如土地測量信息系統、斯德哥爾摩地理信息系統、城市規劃信息系統等。但由於當時的GIS系統多數運行在小型機上，涉及的計算機軟硬體、外部設備及GIS軟體本身的價格都相當昂貴，限制了GIS的應用范圍。

80年代是GIS的推廣應用階段，由於計算機技術的飛速發展，在性能大幅度提高的同時，價格迅速下降，特別是工作站和個人計算機的出現與完善，使GIS的應用領域與范圍不斷擴大。GIS與衛星遙感技術相結合，開始用於全球性問題的研究，如全球變化和全球監測、全球沙漠化、全球可居住區評價、厄爾尼諾現象及酸雨、核擴散及核廢料等(李德仁，1994)；從土地利用、城市規劃等宏觀管理應用，深入到各個領域解決工程問題，如環境與資源評價、工程選址、設施管理、緊急事件響應等。在這一時期，出現了一大批代表性的GIS軟體，如ARC／INFO、GENAMAP、SPANS、MAPINPO、ERDAS、Microstation等，其中ARC／INFO已經愈來愈多地為世界各國地質調查部門所採用，並在區域地質調查、區域礦產資源與環境評價、礦產資源與礦權管理中發揮越來越重要作用。

90年代為GIS的用戶時代，隨著地理信息產業的建立和數字化信息產品在全世界的普及，GIS成為了一個產業，投入使用的GIS系統，每2～3年就翻一番，GIS市場的增長也很快。目前，GIS的應用在走向區域化和全球化的同時，己滲透到各行各業，涉及千家萬戶，成為人們生產、生活、學習和工作中不可缺少的工具和助手。與此同時，GIS也從單機、二維、封閉向開放、網路(包括Web GIS)、多維的方向發展。

我國地理信息系統方面的工作始於80年代初。地理信息系統進入發展階段的標志是第七個五年計劃的開始，地理信息系統研究作為政府行為，正式列入國家科技攻關計劃，開始了有計劃、有組織、有目標的科學研究、應用實驗和工程建設工作。許多部門同時展開了地理信息系統研究與開發工作。1994年中國GIS協會在北京成立，標志中國GIS行業已形成一定規模。九五期間，國家將地理信息系統的研究應用作為重中之重的項目予以支持，1996年，為支持國產GIS軟體的發展，原國家科委開始組織軟體評測，並組織應用示範工程。這一系列的舉措極大的促進了國產GIS軟體的發展與GIS的應用。1998年，國產軟體打破國外軟體的壟斷，在國內市場的佔有率達25%。同年，在抽樣調查25個省市19個行業的1000多個單位中，全部使用了地理信息系統(秦其明、袁勝元，2001)。地理信息系統在資源調查、評價、管理和監測，在城市的管理、規劃和市政工程、行政管理與空間決策、災害的評估與預測、地籍管理及土地利用，在交通、農業、公安等諸多領域得到了廣泛的應用。 2. 地理信息系統的組成
GIS的應用系統由五個主要部分構成，即硬體、軟體、數據、人員和方法。

④ 地理信息系統研究熱點，包括哪些關鍵理論，技術

1 空間資料庫的准確性研究
地理信息數據中誤差處理和不確定性錯誤處理的方法和技術 ,包括 :
不確定性誤差模型 ;
誤差跟蹤並對誤差進行編碼的方法 ;
計算和表達在 GIS應用中的誤差 ;
數據精度的評估 ;
數據質量、元數據、數據標准等問題研究。

2 空間關系語言研究
以地理空間概念的規范化形式為基礎 ,利用自然語言和數學方法 , 形成空間關系表達的理論 ;
關於定位表達的計算模型 ;
空間概念的獲取和表達 ;
拓撲關系的定義 ;
空間信息的可視化 ;
GIS的用戶介面。

3 空間數據的多種表達方式研究
為高效數據提取而組織的不同版本的數據及相應的拓撲關系 ,以及空間數據的多種表達方式 ;
滿足數據一致性和精度要求的地圖制圖規則 ;
數據模型、鏈接、多機構、多尺度等對數據的需求。

4 地理信息的使用和價值研究
對 GIS獲取、實現和使用起關鍵作用的因素和過程的理解 ;
GIS傳播模型建立方法 ;
確定 GIS的經濟價值。

5 海量空間資料庫的結構體系研究
海量資料庫中數據模型、結構、演算法、用戶介面等問題的實現方法 ;
空間代數學 ;
基於邏輯的計算機查詢語言 ;
元數據的具體內容和組織 ;
數據壓縮和加密方法。

6 空間決策支持系統
GIS及其相關學科在決策形成中的作用 ;
區域災害問題解決的空間決策支持方法 ;
空間決策支持系統的模型和數據 ;
空間決策支持系統技術和實現 ;
用戶需求和組織等問題研究。

7 空間信息的可視化研究
數據質量的管理和可視化表達構成研究 ;
誤差模型和數據質量指標 ;
資料庫中數據的質量管理 ;
使內在表達和地圖顯示更容易的可視化工具 ;
對數據質量信息的用戶需求評估。

8 地圖制圖的規范化研究
研究相應的方法和准則 ,以提高空間數據的一致性 , 以及空間數據在表達方式和空間分析方面的效率和准確性 ;
地圖制圖語言規范化研究 ;
規范化設計評估體系 ;
將知識推理嵌入數據模型。

9 地理信息數據共享的研究
由地理信息和技術共享到空間數據共享 ;
空間數據共享的理論研究 ;
空間數據共享的場所 ;
空間數據共享的處理方法。

10 GIS中時空關系的研究
地理空間中空間、時間以及和變化相關聯的對象研究 ;
不同時間概念的劃分 ,如 :離散的、連續的、單調的等 ;
具體應用中 ,笛卡兒坐標和歐幾里得坐標的選擇 ;
將人類對時間和空間的認知過程具體化、形式化 ;
空間現象的模擬計算模式。

11 遙感和 GIS的集成研究
解決遙感和 GIS集成方面的關鍵問題 ,主要包括 :
數據結構和存取問題 ;
數據處理流程 ;
誤差分析 ;
機構問題。

12 GIS的用戶介面研究
人機交互的用戶介面設計和實現 ;
在 GIS環境中 ,人和計算機相互作用的研究 ;
不同背景、語言、文化對人機交互的影響
GIS軟體用戶介面設計的准則和方法。

13 GIS和空間分析研究
空間統計學地理數據的空間統計分析 ;
地理邊界和地圖比例尺在空間數據體系中的作用 ;
空間數據的采樣和內插 ;
GIS數據結構和空間統計計算之間的關系。

14 GIS在全球變化中的作用研究
全面、定量地理解 GIS應用對全球變化所起的作用 ;
從小尺度的研究出發 ,建立理論基礎和計算結構 ;
全球數據質量的評估。

15 法律、信息政策和空間資料庫關系研究
GIS數據適用范圍 ;
科學地理解空間資料庫環境中的法律和政策 ;
如何完善 GIS方面法律的內容和質量 ;
空間資料庫在公眾政策和法律建設方面的作用
GIS在公眾政策和法律方面的有用性嘗試。

16 通過協作形成空間決策系統的研究
提供開發和評估工具 ,以解決復雜空間問題 ;
建立知識獲取方法 ;
建立評估方案 ;
確定協作方的相互聯系方式 ;
在相互作用的環境中解決沖突的方法。

17 在社會背景中 ,如何在 GIS中表達人、空間與環境的研究
人口的管理和控制 ;
確定沖突影響的人口范圍 ;
政治經濟關心的自然資源的開采和使用。

18 地理信息系統的互操作研究
開放的、分布式存儲的 GIS結構 ;
地理數據語義特性獲取方法 ;
數據抽象和處理模型研究 ;
地理空間數據的粒度 (Granularity)。

19 地理世界的規范化模式研究
地理世界的規范化表達 ;
用空間數據結構表達現實世界時 ,基本的描述元素 ;
GIS用戶對地理世界的直覺看法。

⑤ GIS基本技術有哪些

引言

地理信息系統(Geographic Information System，簡稱GIS)是計算機科學、地理學、測量學、地圖學等多門學科綜合的技術[1]。GIS的基本技術是空間資料庫、地圖可視化及空間分析，而空間資料庫是GIS的關鍵。空間數據挖掘技術作為當前資料庫技術最活躍的分支與知識獲取手段，在GIS中的應用推動著GIS朝智能化和集成化的方向發展。

1 空間資料庫與空間數據挖掘技術的特點

隨著資料庫技術的不斷發展和資料庫管理系統的廣泛應用，資料庫中存儲的數據量也在急劇增大，在這些海量數據的背後隱藏了很多具有決策意義的信息。但是，現今資料庫的大多數應用仍然停留在查詢、檢索階段，資料庫中隱藏的豐富的知識遠遠沒有得到充分的發掘和利用，資料庫中數據的急劇增長和人們對資料庫處理和理解的困難形成了強烈的反差，導致「人們被數據淹沒，但卻飢餓於知識」的現象。

空間資料庫(數據倉庫)中的空間數據除了其顯式信息外，還具有豐富的隱含信息，如數字高程模型〔DEM或TIN〕，除了載荷高程信息外，還隱含了地質岩性與構造方面的信息；植物的種類是顯式信息，但其中還隱含了氣候的水平地帶性和垂直地帶性的信息，等等。這些隱含的信息只有通過數據挖掘才能顯示出來。空間數據挖掘（Spatial Data Mining，簡稱SDM），或者稱為從空間資料庫中發現知識，是為了解決空間數據海量特性而擴展的一個新的數據挖掘的研究分支，是指從空間資料庫中提取隱含的、用戶感興趣的空間或非空間的模式和普遍特徵的過程[2]。由於SDM的對象主要是空間資料庫，而空間資料庫中不僅存儲了空間事物或對象的幾何數據、屬性數據，而且存儲了空間事物或對象之間的圖形空間關系，因此其處理方法有別於一般的數據挖掘方法。SDM與傳統的地學數據分析方法的本質區別在於SDM是在沒有明確假設的前提下去挖掘信息、發現知識，挖掘出的知識應具有事先未知、有效和可實用3個特徵。

空間數據挖掘技術需要綜合數據挖掘技術與空間資料庫技術，它可用於對空間數據的理解，對空間關系和空間與非空間關系的發現、空間知識庫的構造以及空間資料庫的重組和查詢的優化等。

2 空間數據挖掘技術的主要方法及特點

常用的空間數據挖掘技術包括：序列分析、分類分析、預測、聚類分析、關聯規則分析、時間序列分析、粗集方法及雲理論等。本文從挖掘任務和挖掘方法的角度,著重介紹了分類分析、聚類分析和關聯規則分析三種常用的重要的方法。

2.1、分類分析

分類在數據挖掘中是一項非常重要的任務，目前在商業上應用最多。分類的目的是學會一個分類函數或分類模型(也常常稱作分類器)，該模型能把資料庫中的數據項映射到給定類別中的某一個。分類和我們熟知的回歸方法都可用於預測，兩者的目的都是從歷史數據紀錄中自動推導出對給定數據的推廣描述，從而能對未來數據進行預測。和回歸方法不同的是，分類的輸出是離散的類別值，而回歸的輸出則是連續的數值。二者常表現為一棵決策樹，根據數據值從樹根開始搜索，沿著數據滿足的分支往上走，走到樹葉就能確定類別。空間分類的規則實質是對給定數據對象集的抽象和概括，可用宏元組表示。

要構造分類器,需要有一個訓練樣本數據集作為輸入。訓練集由一組資料庫記錄或元組構成,每個元組是一個由特徵(又稱屬性)值組成的特徵向量,此外,訓練樣本還有一個類別標記。一個具體樣本的形式可為:( v1, v2, ..., vn; c )；其中vi表示欄位值，c表示類別。

分類器的構造方法有統計方法、機器學習方法、神經網路方法等等。統計方法包括貝葉斯法和非參數法(近鄰學習或基於事例的學習)，對應的知識表示是判別函數和原型事例。機器學習方法包括決策樹法和規則歸納法，前者對應的表示為決策樹或判別樹，後者則一般為產生式規則。神經網路方法主要是反向傳播（Back-Propagation,簡稱BP）演算法，它的模型表示是前向反饋神經網路模型(由代表神經元的節點和代表聯接權值的邊組成的一種體系結構)，BP演算法本質上是一種非線性判別函數[3]。另外，最近又興起了一種新的方法:粗糙集(rough set)，其知識表示是產生式規則。

不同的分類器有不同的特點。有三種分類器評價或比較尺度：1) 預測准確度；2) 計算復雜度；3) 模型描述的簡潔度。預測准確度是用得最多的一種比較尺度，特別是對於預測型分類任務，目前公認的方法是10番分層交叉驗證法。計算復雜度依賴於具體的實現細節和硬體環境，在數據挖掘中，由於操作對象是海量的資料庫，因此空間和時間的復雜度問題將是非常重要的一個環節。對於描述型的分類任務，模型描述越簡潔越受歡迎。例如，採用規則歸納法表示的分類器構造法就很有用，而神經網路方法產生的結果就難以理解。

另外要注意的是，分類的效果一般和數據的特點有關。有的數據雜訊大，有的有缺值， 有的分布稀疏，有的欄位或屬性間相關性強，有的屬性是離散的而有的是連續值或混合式的。目前普遍認為不存在某種方法能適合於各種特點的數據。

分類技術在實際應用非常重要，比如：可以根據房屋的地理位置決定房屋的檔次等。

2. 2 聚類分析

聚類是指根據「物以類聚」的原理，將本身沒有類別的樣本聚集成不同的組，並且對每一個這樣的組進行描述的過程。它的目的是使得屬於同一個組的樣本之間應該彼此相似，而不同組的樣本應足夠不相似。與分類分析不同，進行聚類前並不知道將要劃分成幾個組和什麼樣的組，也不知道根據哪些空間區分規則來定義組。其目的旨在發現空間實體的屬性間的函數關系，挖掘的知識用以屬性名為變數的數學方程來表示。聚類方法包括統計方法、機器學習方法、神經網路方法和面向資料庫的方法。基於聚類分析方法的空間數據挖掘演算法包括均值近似演算法[4]、CLARANS、BIRCH、DBSCAN等演算法。目前，對空間數據聚類分析方法的研究是一個熱點。

對於空間數據，利用聚類分析方法，可以根據地理位置以及障礙物的存在情況自動地進行區域劃分。例如，根據分布在不同地理位置的ATM機的情況將居民進行區域劃分，根據這一信息，可以有效地進行ATM機的設置規劃，避免浪費，同時也避免失掉每一個商機。

2.3 關聯規則分析

關聯規則分析主要用於發現不同事件之間的關聯性，即一事物發生時，另一事物也經常發生。關聯分析的重點在於快速發現那些有實用價值的關聯發生的事件。其主要依據是：事件發生的概率和條件概率應該符合一定的統計意義。空間關聯規則的形式是X－＞Y[S%，C%]，其中X、Y是空間或非空間謂詞的集合，S%表示規則的支持度，C%表示規則的置信度。空間謂詞的形式有3種：表示拓撲結構的謂詞、表示空間方向的謂詞和表示距離的謂詞[5]。各種各樣的空間謂詞可以構成空間關聯規則。如，距離信息（如Close_to(臨近)、Far_away(遠離)）、拓撲關系（Intersect（交）、Overlap（重疊）、Disjoin(分離)）和空間方位（如Right_of(右邊)、West_of(西邊)）。實際上大多數演算法都是利用空間數據的關聯特性改進其分類演算法，使得它適合於挖掘空間數據中的相關性，從而可以根據一個空間實體而確定另一個空間實體的地理位置，有利於進行空間位置查詢和重建空間實體等。大致演算法可描述如下：(1)根據查詢要求查找相關的空間數據；(2)利用臨近等原則描述空間屬性和特定屬性；(3)根據最小支持度原則過濾不重要的數據；(4)運用其它手段對數據進一步提純(如OVERLAY)；(5)生成關聯規則。

關聯規則通常可分為兩種：布爾型的關聯規則和多值關聯規則。多值關聯規則比較復雜，一種自然的想法是將它轉換為布爾型關聯規則，由於空間關聯規則的挖掘需要在大量的空間對象中計算多種空間關系，因此其代價是很高的。—種逐步求精的挖掘優化方法可用於空間關聯的分析，該方法首先用一種快速的演算法粗略地對一個較大的數據集進行一次挖掘，然後在裁減過的數據集上用代價較高的演算法進一步改進挖掘的質量。因為其代價非常高，所以空間的關聯方法需要進一步的優化。

對於空間數據，利用關聯規則分析，可以發現地理位置的關聯性。例如，85%的靠近高速公路的大城鎮與水相鄰，或者發現通常與高爾夫球場相鄰的對象是停車場等。

3 空間數據挖掘技術的研究方向

3.1 處理不同類型的數據

絕大多數資料庫是關系型的，因此在關系資料庫上有效地執行數據挖掘是至關重要的。但是在不同應用領域中存在各種數據和資料庫，而且經常包含復雜的數據類型，例如結構數據、復雜對象、事務數據、歷史數據等。由於數據類型的多樣性和不同的數據挖掘目標，一個數據挖掘系統不可能處理各種數據。因此針對特定的數據類型，需要建立特定的數據挖掘系統。

3.2 數據挖掘演算法的有效性和可測性

海量資料庫通常有上百個屬性和表及數百萬個元組。GB數量級資料庫已不鮮見，TB數量級資料庫已經出現，高維大型資料庫不僅增大了搜索空間，也增加了發現錯誤模式的可能性。因此必須利用領域知識降低維數，除去無關數據，從而提高演算法效率。從一個大型空間資料庫中抽取知識的演算法必須高效、可測量，即數據挖掘演算法的運行時間必須可預測，且可接受，指數和多項式復雜性的演算法不具有實用價值。但當演算法用有限數據為特定模型尋找適當參數時，有時也會導致物超所值，降低效率。

3.3 交互性用戶界面

數據挖掘的結果應准確地描述數據挖掘的要求，並易於表達。從不同的角度考察發現的知識，並以不同形式表示，用高層次語言和圖形界面表示數據挖掘要求和結果。目前許多知識發現系統和工具缺乏與用戶的交互，難以有效利用領域知識。對此可以利用貝葉斯方法和演譯資料庫本身的演譯能力發現知識。

3.4 在多抽象層上互動式挖掘知識

很難預測從資料庫中會挖掘出什麼樣的知識，因此一個高層次的數據挖掘查詢應作為進一步探詢的線索。互動式挖掘使用戶能交互地定義一個數據挖掘要求，深化數據挖掘過程，從不同角度靈活看待多抽象層上的數據挖掘結果。

3.5 從不同數據源挖掘信息

區域網、廣域網以及Internet網將多個數據源聯成一個大型分布、異構的資料庫，從包含不同語義的格式化和非格式化數據中挖掘知識是對數據挖掘的一個挑戰。數據挖掘可揭示大型異構資料庫中存在的普通查詢不能發現的知識。資料庫的巨大規模、廣泛分布及數據挖掘方法的計算復雜性，要求建立並行分布的數據挖掘。

3.6 私有性和安全性

數據挖掘能從不同角度、不同抽象層上看待數據，這將影響到數據挖掘的私有性和安全性。通過研究數據挖掘導致的數據非法侵入，可改進資料庫安全方法，以避免信息泄漏。

3.7 和其它系統的集成

方法、功能單一的發現系統的適用范圍必然受到一定的限制。要想在更廣泛的領域發現知識，空間數據挖掘系統就應該是資料庫、知識庫、專家系統、決策支持系統、可視化工具、網路等技術的集成。

4 有待研究的問題

我們雖然在空間數據挖掘技術的研究和應用中取得了很大的成績，但在一些理論及應用方面仍存在急需解決的問題。

4.1 數據訪問的效率和可伸縮性

空間數據的復雜性和數據的大量性，TB數量級的資料庫的出現，必然增大發現演算法的搜索空間，增加了搜索的盲目性。如何有效的去除與任務無關的數據，降低問題的維數，設計出更加高效的挖掘演算法對空間數據挖掘提出了巨大的挑戰。

4.2 對當前一些GIS軟體缺乏時間屬性和靜態存儲的改進

由於數據挖掘的應用在很大的程度上涉及到時序關系，因此靜態的數據存儲嚴重妨礙了數據挖掘的應用。基於圖層的計算模式、不同尺度空間數據之間的完全割裂也對空間數據挖掘設置了重重障礙。空間實體與屬性數據之間的聯系僅僅依賴於標識碼，這種一維的連接方式無疑將丟失大量的連接信息，不能有效的表示多維和隱含的內在連接關系，這些都增加了數據挖掘計算的復雜度，極大地增加了數據准備階段的工作量和人工干預的程度。

4.3 發現模式的精煉

當發現空間很大時會獲得大量的結果，盡管有些是無關或沒有意義的模式，這時可利用領域的知識進一步精煉發現的模式，從而得到有意義的知識。

在空間數據挖掘技術方面，重要的研究和應用的方向還包括：網路環境上的數據挖掘、柵格矢量一體化的挖掘、不確定性情況下的數據挖掘、分布式環境下的數據挖掘、數據挖掘查詢語言和新的高效的挖掘演算法等。

5 小結

隨著GIS與數據挖掘及相關領域科學研究的不斷發展，空間數據挖掘技術在廣度和深度上的不斷深入，在不久的將來，一個集成了挖掘技術的GIS、GPS、RS集成系統必將朝著智能化、網路化、全球化與大眾化的方向發展。

⑥ 地理信息系統(GIS)技術系統原理是什麼

最簡單地來說，GIS是以測繪測量為基礎，以資料庫作為數據儲存和使用的數據源，以計算機編程為平台的全球空間分析即使技術。這是GIS的本質，也是核心。
物質世界中的任何事物都被牢牢地打上了時空的烙印。人們的生產和生活中百分之八十以上的信息和地理空間位置有關。地理信息系統（ Geographic Information System, 簡稱 GIS）作為獲取、存儲、分析和管理地理空間數據的重要工具、技術和學科，近年來得到了廣泛關注和迅猛發展。由於信息技術的發展，數字時代的來臨，理論上來說，GIS可以運用於現階段任何行業。 從技術和應用的角度， GIS 是解決空間問題的工具、方法和技術；
從學科的角度， GIS 是在地理學、地圖學、測量學和計算機科學等學科基礎上發展起來的一門學科，具有獨立的學科體系；
從功能上， GIS 具有空間數據的獲取、存儲、顯示、編輯、處理、分析、輸出和應用等功能；
從系統學的角度， GIS 具有一定結構和功能，是一個完整的系統。
簡而言之， GIS 是一個基於資料庫管理系統（ DBMS ）的分析和管理空間對象的信息系統，以地理空間數據為操作對象是地理信息系統與其它信息系統的根本區別。
GIS即地理信息系統（Geographic Information System），經過了40年的發展，到今天已經逐漸成為一門相當成熟的技術，並且得到了極廣泛的應用。尤其是近些年，GIS更以其強大的地理信息空間分析功能，在GPS及路徑優化中發揮著越來越重要的作用。GIS地理信息系統是以地理空間資料庫為基礎，在計算機軟硬體的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理、決策等所需信息的技術系統。簡單的說，地理信息系統就是綜合處理和分析地理空間數據的一種技術系統。

⑦ 地理信息系統目前主要應用到哪些領域

GIS 的應用領域
地理信息系統在最近的30多年內取得了驚人的發展，廣泛應用於資源調查、環境評估、災害預測、國土管理、城市規劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設施管理、農林牧業、統計、商業金融等幾乎所有領域。 (加測繪、應急、石油石化等國民經濟各個領域。)
以下地理信息系統的應用領域分別回答了在各自領域內的作用
◆ 資源管理 (Resource Management)
主要應用於農業和林業領域，解決農業和林業領域各種資源(如土地、森林、草場)分布、分級、統計、制圖等問題。主要回答「定位」和「模式」兩類問題。
◆ 資源配置 (Resource Configuration)
在城市中各種公用設施、救災減災中物資的分配、全國范圍內能源保障、糧食供應等到機構的在各地的配置等都是資源配置問題。GIS在這類應用中的目標是保證資源的最合理配置和發揮最大效益。
◆ 城市規劃和管理 (Urban Planning and Management)
空間規劃是GIS的一個重要應用領域，城市規劃和管理是其中的主要內容。例如，在大規模城市基礎設施建設中如何保證綠地的比例和合理分布、如何保證學校、公共設施、運動場所、服務設施等能夠有最大的服務面(城市資源配置問題)等。
◆ 土地信息系統和地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton)
土地和地籍管理涉及土地使用性質變化、地塊輪廓變化、地籍權屬關系變化等許多內容，藉助GIS技術可以高效、高質量地完成這些工作。
◆ 生態、環境管理與模擬 (Environmental Management and Modeling)
區域生態規劃、環境現狀評價、環境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環境與區域可持續發展的決策支持、環保設施的管理、環境規劃等。
◆ 應急響應 (Emergency Response)
解決在發生洪水、戰爭、核事故等重大自然或人為災害時，如何安排最佳的人員撤離路線、並配備相應的運輸和保障設施的問題。
◆ 地學研究與應用 (Application in GeoScience)
地形分析、流域分析、土地利用研究、經濟地理研究、空間決策支持、空間統計分析、制圖等都可以藉助地理信息系統工具完成。
◆ 商業與市場 (Business and Marketing)
商業設施的建立充分考慮其市場潛力。例如大型商場的建立如果不考慮其他商場的分布、待建區周圍居民區的分布和人數，建成之後就可能無法達到預期的市場和服務面。有時甚至商場銷售的品種和市場定位都必須與待建區的人口結構(年 齡構成、性別構成、文化水平)、消費水平等結合起來考慮。地理信息系統的空間分析和資料庫功能可以解決這些問題。房地產開發和銷售過程中也可以利用GIS功能進行決策和分析。
◆ 基礎設施管理 (Facilities Management)
城市的地上地下基礎設施(電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設施、 電力設施等)廣泛分布於城市的各個角落、且這些設施明顯具有地理參照特徵的。它們的管理、統計、匯總都可以藉助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。
◆ 選址分析 (Site Selecting Analysis)
根據區域地理環境的特點，綜合考慮資源配置、市場潛力、交通條件、地形特徵、環境影響等因素，在區域范圍內選擇最佳位置，是GIS的一個典型應用領域，充分體現了GIS的空間分析功能。
◆ 網路分析 (Network System Analysis)
建立交通網路、地下管線網路等的計算機模型，研究交通流量、進行交通規則、處理地下管線突發事件(爆管、斷路)等應急處理。 警務和醫療救護的路徑優選、車輛導航等也是GIS網路分析應用的實例。
◆ 可視化應用 (Visualization Application)
以數字地形模型為基礎，建立城市、區域、或大型建築工程、著名風景名勝區的三維可視化模型，實現多角度瀏覽，可廣泛應用於宣傳、城市和區域規劃、大型工程管理和模擬、旅遊等領域。
◆ 分布式地理信息應用 (Distributed Geographic Information Application)
隨著網路和Internet技術的發展，運行於Intranet或Internet環境下的地理信息系統應用類型，其目標是實現地理信息的分布式存儲和信息共享，以及遠程空間導航等。

⑧ 地理信息系統專業是做什麼的

培養目標：本專業培養適應21世紀社會經濟發展的需要，德、智、體全面發展，基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高，富有創新精神的專門人才。該專業學生應具備地理信息系統及其相關學科的基本理論、基本知識、基本技能，能在科研機構或高等院校從事科研工作或教學工作，能在水利、環境、測量、交通、海洋、房產、土地、城鎮建設、區域規劃等領域從事與地理信息系統有關的應用研究、技術開發、生產管理等工作的地理信息系統高級專門人才。

培養要求：本專業學生主要學習地理信息系統和地圖學、遙感技術方面的基本理論和基本知識，受到應用基礎研究和技術開發方面的科學思維和科學實驗訓練，只有較好的科學素養，具有地理信息系統研究、設計與開發的基本技能及初步的教學、研究、開發和管理能力。

畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：

1．掌握數學、物理、計算機科學等方面的基本理論和基本知識；

2．掌握地理信息系統和地圖學的基本理論、基本知識和基本實驗技能，以及地理信息系統技術開發的基本原理和基本力法；

3．了解相鄰專業如地理學、資源環境與城鄉規劃管理、測繪工程等的一般原理和方法；

4．了解國家科學技術政策、知識產權、可持續發展戰略等有關政策和法規；

5．了解地理信息系統的理論前沿、應用前景和最新發展動態，以及地理信息系統產業發展狀況；

6．掌握資料查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；具有-定的實驗設計、創造實驗條件，歸納、整理、分析實驗結果，撰寫論文，參與學術交流的能力。

主幹學科：地理學、地圖學、計算機科學與技術。

主要課程：自然地理學、人文地理學、經濟地理學、地圖學、遙感技術、資料庫技術、地理信息系統原理、地理信息系統設計與應用等。

⑨ 地理信息系統專業的知識技能

畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：
1．掌握數學、物理、計算內機科學等方面的基本理論和基容本知識；
2．掌握地理信息系統和地圖學的基本理論、基本知識和基本實驗技能，以及地理信息系統技術開發的基本原理和基本力法；
3．了解相鄰專業如地理學、資源環境與城鄉規劃管理、測繪工程等的一般原理和方法；
4．了解國家科學技術政策、知識產權、可持續發展戰略等有關政策和法規；
5．了解地理信息系統的理論前沿、應用前景和最新發展動態，以及地理信息系統產業發展狀況；
6．掌握資料查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；具有-定的實驗設計、創造實驗條件，歸納、整理、分析實驗結果，撰寫論文，參與學術交流的能力。

⑩ 地理信息技術的地理信息系統

通過上述的分析和定義可提出GIS的如下基本概念：
1、的物理外殼是計算機化的技術系統，它又由若干個相互關聯的子系統構成，如數據採集子系統、數據管理子系統、數據處理和分析子系統、圖像處理子系統、數據產品輸出子系統等，這些子系統的優劣、結構直接影響著GIS的硬體平台、功能、效率、數據處理的方式和產品輸出的類型。
2、GIS的操作對象是空間數據，即點、線、面、體這類有三維要素的地理實體。空間數據的最根本特點是每一個數據都按統一的地理坐標進行編碼，實現對其定位、定性和定量的描述、這是GIS區別於其它類型信息系統的根本標志，也是其技術難點之所在。
3、GIS的技術優勢在於它的數據綜合、模擬與分析評價能力，可以得到常規方法或普通信息系統難以得到的重要信息，實現地理空間過程演化的模擬和預測。
4、GIS與測繪學和地理學有著密切的關系。大地測量、工程測量、礦山測量、地籍測量、航空攝影測量和遙感技術為GIS中的空間實體提供各種不同比例尺和精度的定位數；電子速測儀、GPS全球定位技術、解析或數字攝影測量工作站、遙感圖像處理系統等現代測繪技術的使用，可直接、快速和自動地獲取空間目標的數字信息產品，為GIS提供豐富和更為實時的信息源，並促使GIS向更高層次發展。地理學是GIS的理論依託。有的學者斷言，「地理信息系統和信息地理學是地理科學第二次革命的主要工具和手段。如果說GIS的興起和發展是地理科學信息革命的一把鑰匙，那麼，信息地理學的興起和發展將是打開地理科學信息革命的一扇大門，必將為地理科學的發展和提高開辟一個嶄新的天地」。GIS被譽為地學的第三代語言——用數字形式來描述空間實體。