第二节 地理信息系统组成及其功能
二、地理信息系统的功能
作为地理信息自动处理与分析系统，地理信息系统的功能遍历数据采集—分析—决策应用的全部过程，并能回答和解决以下五类问题：
（1）位置，即在某个地方有什么的问题。位置可表示为地方名、邮政编码、地理坐标等。
（2）条件，即符合某些条件的实体在哪里的问题。例如在某个地区寻找面积不小于1000m2的不被植被覆盖的，且地下条件适合于大型建筑的区域。
（3）趋势，即某个地方发生的某个事件及其随时间的变化过程。
（4）模式，即某个地方存在的空间实体的分布模式的问题。模式分析揭示了地理实体之间的空间关系。
（5）模拟，即某个地方如果具备某种条件会发生什么的问题。地理信息系统的模拟是基于模型的分析。
由于地理信息系统发展的多源性，其功能具有可扩充性以及应用的广泛性。Mauguire等按照地理信息系统中数据流程，将地理信息系统的功能分为以下5类10种：①采集、检验与编辑；②格式化、转换、概化；③存储与组织；④分析；⑤显示。在分析功能中，把空间分析与模型分析功能称为地理信息系统高级功能。
1．地理信息系统的基本功能
（1）数据采集、检验与编辑。主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性（即所谓的无隙数据库，Seamless Database）、数据值逻辑一致、无错等。一般而论，地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的70％或更多，并且这种比例在最近不会有明显的改变。为此，信息共享与自动化数据输入成为地理信息系统研究的重要内容。目前可用于地理信息系统数据采集的方法与技术很多，有些仅用于地理信息系统，如手扶跟踪数字化仪，而自动化扫描输入与遥感数据的集成最为人们所关注。扫描技术的应用与改进是一个富有挑战性的问题，扫描数据的自动化编辑与处理仍是地理信息系统主要研究的技术关键。
（2）数据格式化、转换、概化，通常称为数据操作。数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换，是一种耗时、易错、需要大量计算量的工作，应尽可能避免。
数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变换。在数据格式的转换方式上，矢量到栅格的转换要比其逆运算快速、简单。数据比例尺的变换涉及到数据比例尺缩放、平移、旋转等方面，其中最为重要的是投影变换。许多软件系统都对常见的投影进行定义，如ARC／INFO定义了几十种投影方式。由于我国多采用高斯-克吕格投影，而这种投影在一般的地理信息系统软件中未给予定义，因此在使用一些软件时，需要重新定义高斯-克吕格投影及与其它投影的变换关系。
数据概化包括数据平滑、特征集结等。目前地理信息系统所提供的数据概化功能极弱，与地图综合的要求还有很大差距，需要进一步发展。
（3）数据的存储与组织。这是一个数据集成的过程，也是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格／矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能。混合型数据结构利用了矢量与栅格数据结构的优点，为许多成功的地理信息系统软件所采用。目前，属性数据的组织方式有层次结构、网络结构与关系数据库管理系统等，其中关系型数据库系统是目前最为广泛应用的数据库系统。
在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。大多现行系统都是将二者分开存储，通过公共项（一般定义为地物标识码）来连接。这种组织方式的缺点是无法有效地记录地物在时间域上的变化属性，数据的定义与数据操作相分离。目前，时域地理信息系统（Temporary GIS）、面向对象数据库（Object-orientedDatabase）的设计都在努力解决这些根本性的问题。
（4）查询、检索、统计、计算功能。查询、统计、计算是地理信息系统以及许多其它自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能。
（5）空间分析是地理信息系统的核心功能。也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别。模型分析意指在地理信息系统支持下，分析和解决问题的方法体现，它是地理信息系统应用深化的重要标志。
（6）显示。地理信息系统为用户提供了许多用于显示地理数据的工具，其表达形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件，尤其要强调的是地理信息系统的地图输出功能。一个好的地理信息系统应能提供一种良好的、交互式的制图环境，以供地理信息系统的使用者能够设计和制作出具有高品质的地图。