(一) 地理信息系统的基本概念

GIS技术是以地理空间数据库为基础，在计算机软件和硬件的支持下，采用地理模型分析方法，运用系统工程和信息科学的理论，对整个或部分地球表面(包括大气层)与地理空间分布有关的数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和表达，为地理研究和地理决策服务提供多种空间地理信息的技术系统。

GIS的硬件包括计算机主机、数字化仪、图像扫描仪、绘图仪、打印机、磁带(盘)机等;其软件包括五个基本模块，即数据输入和检验、数据存储和管理、数据变换、数据输出和表示、用户接口等;数据是GIS的基本组成，包括图形数据、图像数据和属性数据三类。

GIS具有三个方面的特征: ①具有采集、管理、分析和输出多种空间信息的能力，具有空间性和动态性; ②以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息; ③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。

(二) GIS软件的主要功能

GIS软件的主要功能是实现空间数据输入与输出、图形及属性数据编辑、空间数据库管理、空间数据处理和分析以及专业应用模型等。

1. 空间数据输入管理

空间数据输入管理是将现有地图、野外测量数据、调查记录、遥感影像等数据转换成软件所要求的数字格式，再进行存储。

2. 图形及属性数据编辑

GIS都具有很强的图形编辑功能，用于编辑修改原始输入有误的数据，进行系统数据的更新，修饰图形，设计实体的线型、颜色、符号、注记等，还要创建拓扑关系、进行图幅接边、输入和修改属性数据等。

3. 空间数据库管理

空间数据库涉及数据类型多、内容多，且数据量大，因此，既要遵循常规关系型数据库管理系统管理数据，还要采用一些特殊的技术和方法，以管理常规数据库无法解决的空间数据问题。

4. 空间数据查询和分析

GIS软件可以进行空间数据查询和分析，满足空间查询的要求，进行地形分析、网络分析、叠置分析、缓冲分析、决策分析等工作。

5. 空间数据输出管理

GIS中输出数据种类很多，输出方式可以是图形、报表、文字和图像等;输出介质可以是纸、光盘、磁盘及显示终端等。

6. 应用模型和应用系统开发

由于GIS应用范围越来越广，GIS软件平台提供的基本处理和分析功能很难满足所有用户的要求。用户可根据各类应用模型，基于组件技术开发各种GIS应用系统。

(三) 地理空间与空间数据

1. 地理空间(www.daowen.com)

地理学上的地理空间是指物质、能量、信息的存在形式，在形态、结构过程、功能关系上的分布方式、格局及其在时间上的延续，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。GIS中的地理空间，是指经过投影变换后，在笛卡儿坐标系中的地球表层特征空间，一般包括地理空间定位框架及其所联结的地理空间特征实体。地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成。地理空间特征实体表示地理空间信息的几何形态、时空分布规律及其相互之间的关系，是指具体形状、属性和时序性的空间对象或地理实体，包括点、线、面、曲面和体，是GIS表示和建库的主要对象。

2. 空间数据

地理空间数据就是以地球表面作为基本定位框架的空间数据，是指用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，以表示地球表层一定范围的地理事物及其关系。空间数据描述的是所有呈现二维、三维甚至多维分布的关于区域的现象，它不仅包括表示空间实体本身的空间位置及形态信息，而且还包括表示实体属性和空间关系的信息。GIS中包含大量的空间数据，基本上可以分为地图数据、影像数据、地形数据、属性数据和元数据等五种类型。

空间数据主要通过栅格方式和矢量方式进行表达，分别形成了栅格数据结构和矢量数据结构。栅格表达法是用离散的量化的格网值来表示和描述空间实体，是用数字表示的像元阵列，描述了地理实体的级别分布特征及其位置;栅格数据结构将空间规则地划分为栅格，栅格的行和列规定了实体所在的坐标空间，而数字矩阵本身则描述了实体的属性或属性编码。矢量表达法集中了地理实体的形状特征以及不同实体之间的空间关系分布;矢量数据结构是用离散的点、线、面来表示和描述连续地理空间中的实体。

空间数据具有空间性、专题性和时间性。空间性是空间信息的最主要特性，其表示了空间实体的位置或所处的地理位置、空间实体几何特征等，从而形成空间物体的位置、形态以及由此产生的一系列特性;专题性是指在一个坐标位置上地理信息具有专题属性信息;时间性是指空间数据的空间特征和属性特征随时间变化的动态变化特征。

(四) 空间分析技术

空间分析通过对空间数据的分析处理，从而获取地理对象的空间位置、分布、形态、演变等新信息。GIS系统提供的空间分析功能主要包括空间数据查询检索分析、叠置分析、缓冲分析、空间网络分析、空间形态分析、空间统计分析等。

1. 空间数据查询

空间数据查询是GIS最基本的功能，其实质是找出满足属性约束条件或空间约束条件的地理对象。从空间数据特性及其使用的角度来看，空间数据查询的方式主要有基于属性特征的查询、基于空间特征的查询和基于空间特征和属性特征的联合查询。

2. 叠置分析

空间数据叠置分析以空间层次分析理论为基础。空间数据的叠置是将两幅或多幅专题图重叠在一起，以生成新图和对应的属性。空间数据的叠置在图间进行，被叠置的图必须是同一地区、同一比例尺、同一投影方式，且各图均已进行配准。叠置分析，根据叠置方式不同，可以分为视觉叠置和信息复合叠置;根据叠置对象的不同，可以分为点和面的叠置、线和面的叠置、面和面的叠置、线和线的叠置、点和点的叠置及点和线的叠置;按叠置采用的数据结构不同，可分为矢量叠置和栅格叠置;按叠置功能不同，可分为类型合成叠置、统计叠置和信息提取叠置。

3. 缓冲分析

缓冲分析是解决邻近度问题的分析工具。缓冲分析过程中建立的缓冲区，是指GIS中基本空间要素点、线、面实体周围建立的具有一定宽度的邻近区域，分别称为点缓冲区、线缓冲区、面缓冲区。缓冲分析必须具备主体对象、邻近对象和对象的作用条件三个要素。

4. 空间网络分析

空间网络分析是对地理网络进行地理分析和模型化。此处的地理网络是指由一组线状要素相互联结形成的网状结构。网络分析的实质是通过研究网络的状态，模拟和分析资源在网络上的流动和分配，以实现网络上资源的优化。网络分析主要包括路径分析、定位与配置分析、连通分析和流分析。

5. 空间密度分析

空间密度分析是根据要素的数据集计算整个区域的数据聚集状态，从而产生一个连续的密度表面。密度分析主要是基于点要素进行的，以每个待计算的格网点为中心，进行圆形区域搜寻，计算每个格网点的密度值。其本质是通过离散采样点进行表面内插的过程。

6. 空间统计分析

空间数据之间存在着许多相关性和内在联系，为了找出空间数据之间的主要特征和关系，需要对空间数据进行分类和评价，即进行空间统计分析。通常用户可以根据不同的使用目的，选择GIS中存储的空间数据，运用适当的统计方法，获得所需信息。常用的空间统计分析方法有主成分分析、层次分析、聚类分析和判别分析等。