[科普中国]-地球信息系统

硬件部分

地球信息系统的硬件组成如右图。

从图可以看出，计算机外围设备以及专用输入设备，通过计算机总线系统与计算机联接起来，组成GIS的硬件系统。其核心部分是计算机，它被用于数据的管理和处理、加工和分析。

专用输入设备之一是数字化仪，它用来将图形转换成数据，称为矢量数据。扫描仪与数字化仪类似，但它将图形直接转换成栅格形式的数据，栅格数据经过识别与转换，可转换成矢量形式的数据。解析测图仪(或机助测图系统)，从航空像片上采集数据。上述这些输入设备采集的数据可以联机，直接输入到GIS，也可由有关的数字测图部门提供软盘或磁带进行输入。

输出设备有平板绘图仪、彩色喷墨绘图仪、静电绘图仪或其它的显示装置等，是用来产生目视化产品的。磁带机是用来存储数据量大、不经常调用的数据或程序。目前硬盘和光盘是GIS重要的存储介质。2

数据管理、加工、分析设备GIS的数据管理加工分析设备是计算机，它可以组成网络，也可以单独使用。计算机是由中央处理器(CPU)、内存储器(RAM)、显示器、键盘以及鼠标器等组成。主要部件是中央控制器和内存储器。

能运行地理信息系统的计算机，包括大型、中型、小型、微型计算机以及工作站。描述计算机的主要性能是处理速度、字长和内存储器的容量。

字长，由二进制位(bit)的多少组成。它是影响计算机效率的一个重要指标。

存储器，是能被中央处理器直接访问的存储区域。它也是影响计算机效率的一个重要指标。内存储器一般以千字节(KB)或兆字节(MB)为单位。微机的内存储器容量是由64KB、640KB、到现在的2MB、4MB、16MB。工作站的内存储器容量从8MB到32MB、512MB。

处理速度，是衡量计算机性能的另一个重要指标。估算处理速度方法有多种，较流行的有时钟的频率和MIPS。时种频率，是指每秒变换内存储器中某一个单元内容的次数，即指访问内存储器的效率。对于微机，时钟频率是衡量主机处理速度的主要指标。高档微机时钟频率可达100MHz以上，一般IBM/PC386/486微机时钟频率为25至66MHz之间。MIPS，是每秒钟百万条指令。工作站常用MIPS表示，一般处理速度为28.5至77.5MIPS，有的达100MIPS。

建立地球信息系统除软件外，首先要选择计算机平台，尽管现在许多商用的GIS软件在多种档次的计算机上都有不同的版本，但仍需要精心考虑选择哪一种类型的计算机才能满足自己的要求，达到最佳的性能价格比。在这里还应该指出，虽然个人用微型计算机处理速度已赶上大型机的速度，但是微机的内存储器和外存储器容量对GIS而言仍然偏小。特别是内存储器与硬盘之间的传输速率制约了GIS在微机上的应用。当然对于一个局部小区域的GIS应用也并不是不可以的。

工作站是GIS的主流机型, 这是因为工作站处理速度在70MIPS以上，内存储器容量达32MB到128MB以上，硬盘和光盘超过1GB，体积不大，价钱大大降低。工作站都配有大屏幕高分辨率的图形终端，配有专用的图形加速卡，特别适宜于GIS的图形图像处理。工作站还可以通过网络将各种微机联成一个网络系统，达到数据和资源共享。2

外存储器磁带和磁盘是计算机的主要外存储器。磁带有两种类型：一种是通常看到的圆盘磁带；另一种是类似录像带的盒式数据流磁带，体积相对小。存储量一般为150MB以上，微机和工作站上都可以配备这种磁带。

磁盘分软盘、硬盘和光盘三种。硬盘和光盘的存取速度以及存储容量都比软盘大得多。特别是可擦写光盘，容量达1GB以上, 工作站已装上这种光盘。

地球信息系统是数据密集型系统，一张地形图一般至少要有1到2MB的内存储器容量，一幅1024×1024遥感图像需要1MB，假如没有高密度的存储介质和较快的传输速度，在微机上建立地理信息系统及进行图像处理受到的局限性就很大。2

输入设备数字化仪是GIS最基本的输入设备。它将地形图转换成数字形式(矢量数据)。地图数字化的精度受数字化仪本身的分辨率、数字化方式、操作者的经验和技术等多种因素影响。选择数字化仪时要注意它的实际分辨率一般比出厂标定的分辨率要低。

扫描仪既可以作为图形又可以作为图像输入的一种工具。随着图像识别、栅格矢量化技术的发展和提高, 扫描仪可代替数字化仪。

对原有的模拟测图仪进行改造，增加接口和相应的驱动软件，就变成了新一代解析测图仪，它与计算机相连形成了GIS图形数据采集站。2

输出设备GIS的输出设备主要包括矢量绘图仪、栅格式绘图仪和图形终端。

矢量绘图仪分平板和滚筒两种。矢量绘图仪的输出精度主要取决于笔控制马达的步进量，对制图来说, 步进量不应大于0.054mm。

行式打印机为栅格式绘图仪。它精度较低但经济，作为草图输出还是可以的。高精确度的彩色激光打印机比行式打印机要好，但经济性不足。

图形终端在数据输入编辑和检索等阶段都要用到。对于某些用户，许多图形输出不要求拷贝，只要求显示一下就可以了。微机上常见的有VGA或TVGA卡或适配器可用来支持微机系统。一个实用的GIS运行系统应该配备高分辨率的图形终端，至少达到1024x1024或1152x900；最好配图形卡，这样对图形图像处理速度可以加快。2

软件部分软件层次GIS的核心是它的软件，关系到GIS的功能。

右图为GIS的软件层次。最上面两层为操作系统和系统库。则两层与硬件有关，称为系统软件。再下一层为软件库，由此保证图形、数据库、窗口系统及GIS其他部分能够运行。上面三层称为基础软件。

下面三层包括基本功能软件、应用软件以及用户界面。这三层代表了地理信息系统的能力和用途。2

五大子系统五大子系统具体框图见右图。

数据输入与转换子系统，包括现有地图、航空像片、遥感数据、野外观测数据、文本资料等转换成计算机能接收的数字形式及其各种处理转换软件。许多计算机控制的外部设备，例如终端、数字化仪、扫描仪、磁带机、软盘等都可以作为输入设备。不同的输入设备配备相应的软件，并将得到的数据归一化后进入地理数据库。

图形和文本编辑子系统。经扫描仪和数字化仪输入的信息，GIS除了进行信息输入外，还要对图形进行编辑，一旦原始输入数据有错误，立即进行编辑修改。还可以对图形进行修饰、设计线型、颜色、符号注记, 建立拓扑关系、组合复杂地物、输入属性数据等。对于属性数据输入，虽然也可以在前述的数据输入子系统中输入，但在图形和文本编辑子系统中，是直接参照图形输入属性数据，即在图形输入的同时，输入属性数据，实现图形数据与属性数据的连接。

存储与管理的数据库子系统。数据存储与管理涉及地理元素(地物的点线面) 的位置，空间关系以及属性数据怎样结构和组织，使其便于机器的处理和用户的理解。数据模型决定了数据库管理系统的类型。

空间查询与空间分析子系统。数据库管理子系统一般提供数据库查询语言，如SQL语言。对GIS来说，要在常用的数据库查询语言的基础上，为支持空间查询，还需进行必要的扩充或重新设计GIS所特有的查询，例如查询，穿过一个城市的公路，某铁路二侧2公里的居民点等。空间分析，包括地形分析、土地适用性分析、网络分析、叠直分析、缓冲区分析等。

数据输出子系统可以在多种介质上以地图、图像、图表、表格、文字等各种形式向用户提供中间和最后分析结果。2