车载导航电子地图数据采集处理时，下列道路附属设施中，可以表示为面要素的是（）。
A 、交通灯
B 、路面标记
C 、安全设备
D 、人行横道
参考答案
【正确答案：D】
人行横道可根据数据表达精度不同表示为点要素，线要素或面要素。
导航电子地图内容包括哪些、获取导航电子地图数据的技术方法、哪些内容不能采？
导航电子地图数据属性数据在G1S中是空间实体不可分割的组成部分。例如，道路可以数字化为一组连续的像素或矢量表示的线实体，并可用一定的颜色、符号把GIS的空间数据表示出来，这样，道路的类型就可用相应的符号来表示。而道路的属性数据则是指用户还希望知道的道路宽度、表面类型、建筑方法、建筑日期、人口覆盖、水管、电线、特殊交通规则、每小时的车流量等。这些数据都与道路这—空间实体相关。这些属性数据可以通过给予一个公共标识符与空间实体联系起来。
属性数据即空间实体的特征数据,一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式。属性数据的内容有时直接记录在栅格或矢量数据文件中，有时则单独输入数据库存储为属性文件，通过关键码与图形数据相联系。属性数据常常包括统计数据、遥感影像数据、实测数据、和其他系统的数据。
属性数据的采集方法通常有六种：
（1）键入法。
（2）使用光学的字符识别技术。
（3）在数宇化或矢量化的过程中赋值。
（4）人工编辑：使用一些分析方法进行自动赋值。
（5）影像处理和信息提取：由遥感影像上直接提取专题信息，影像处理技术包括几何纠正、光谱纠正、影像增强、图像变换、结构信息提取、影像分类等。
由图像处理技术支持的交互式人机对话判读技术，可支持用户采用键盘、鼠标器或光笔在影像屏幕上直接解译，经编辑和拓扑生成后，更新GIS数据，是目前技术水平下一种十分有效的快速信息采集方法。
（6）数据通讯：数据通讯是在联网方式下，获得有关的其他信息系统的信息，经过变换，进入系统数据库，是系统信息共享的一种方式。
当属性数据的数据量较小时，可以在输入几何数据的同时，用键盘输入；当数据量较大时，一般与几何数据分别输入，并检査无误后转入到数据库中。
为了把空间实体的几何数据与属性数据联系起来，必须在几何数据与属性数据之间有一公共标识符。标识符可以在输入几何数据或属性数据时手工输入，也可以由系统自动生成(如用顺序号代表标识符)。只有当几何数据与属性数据有一共同的数据项时，才能将几何数据与属性数据自动地连接起来；当几何数据或属性数据没有公共标识码时，只有通过人机交互的方法，如选取一个空间实体，再指定其对应的属性数据表来确定两者之间的关系，同时自动生成公共标识码。
当空间实体的几何数据与属性数据连接起来之后，就可进行各种GIS的操作与运算了。当然，不论是在几何数据与属性数据连接之前或之后，GIS都应提供灵活而方便的手段以对属性数据进行增加、删除、修改等操作。
对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须先对其进行编码，将各种属性数据变为计算机可以接受的数字或字符形式，便于GIS存储管理。
“3S”技术集成与应用
“3S”系统是GIS,RS,GPS的简称，即地理信息系统、遥感及全球定位系统的总称。作为空间信息处理的这三个技术系统，在空间信息管理中各具特色，均可独立完成自身的功能。同时，它们所能解决的问题之间又有很多关联性，在解决问题的功能上又各自存在着优点和不足。因此三者的结合和集成已成为空间信息系统的发展方向，也是空间科学发展的必然趋势。在“3S”系统中，GIS具有较强的空间查询、分析和综合处理能力，但获取数据困难；RS能高效地获取大面积的区域信息，但受光谱波段的限制，且数据定位及分类精度差；GPS能快速地给出目标的位置，对空间数据的确定具有特殊意义，但本身通常无法给出目标点的地理属性。因此，只有三者结合起来形成一个有机系统，实现各种技术的综合，才能发挥更大的作用。
一、全球定位系统（GPS）
GPS（Global Positioning System）是建立在无线电定位系统、导航系统和定时系统基础上的空间导航系统。它以距离为基本观测量，通过同时对多颗卫星进行伪距离测量来计算接收机的位置。由于测距是在极短时间内完成的，故可实现动态测量。GPS主要由空间导航卫星、地面监控站组和用户设备三部分组成。
1.GPS卫星
GPS卫星由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。工作卫星分布在6个轨道面内，卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55°，每个轨道平面配置3颗卫星，每隔一条轨道平面配备一颗备用卫星，轨道的平均高度约为20200km，卫星运行周期为11小时58分钟。因此，在同一测站上，每天出现的卫星分布图相同，只是每天提前几分钟。每颗卫星对地球的可见面积为地球总面积的38%，每颗卫星每天约有5小时在地平线上。同时位于地平面上的卫星数目最少为4颗，最多为11颗。这样的空间配置，可保证在地球上任何时间、任何地点至少可同时观测到4颗卫星，加上卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此，GPS是一种全球、全天候的连续实时导航定位系统。
2.地面控制系统
GPS的地面监控部分由5个监控站、3个注入站和1个主控站组成。监控站是数据自动采集中心，它包括双频GPS接收机、高精度原子钟、传感器及计算设备，它主要为主控站提供各种观察数据。主控站是系统管理和数据处理的中心，其主要任务是用监控站和本站提供的观测数据计算卫星的星历、卫星钟差和大气延迟修正参数，提供全球定位系统时间基准，并将这些数据传到注入站，调整卫星运行轨道，启动备用卫星等。注入站将主控站推算出的卫星星历、钟差、导航电文等控制指令注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。
3.用户设备系统
用户设备系统包括GPS接收机、天线、计算设备和相关软件。用户设备的核心是GPS接收机，以利用定位卫星提供信号来得到位置、时间、运动方向、速度等信息。接收机按功能分为GPS导航接收机和GPS接收机两种，按接收信号方式分并行和串行接收机。并行接收机具有多个信道，每个信道追踪一颗卫星，并解调各信道信号；串行接收机只有一个信道，利用内部切换逐步处理各个卫星信号。
二、“3S”技术
1.GIS与RS的结合
遥感与地理信息系统是近年来迅速发展起来的空间信息获取和处理的新技术，已广泛应用于资源与环境管理各个领域。遥感信息具有周期性、动态性、信息丰富、获取效益高，可直接以数字方式记录传送等特点；GIS（地理信息系统）则是具有高效的空间数据管理和灵活的空间数据综合分析能力的计算机技术系统，二者相结合，既可保证GIS具有高效稳定的信息源，也可以对遥感信息进行实时处理、科学管理和综合分析，实现监测、预测和决策的目的，这是空间技术发展的必然趋势。二者的结合主要有以下方面：
（1）从地理信息系统本身的角度出发，随着其应用领域的开拓和深入，首先要求存储大量的数据，通过不断的积累和延伸，从而具备反映自然历史过程和人为影响的趋势的能力，揭示事物发展的内在规律。但是，地理信息系统数据库几乎只是通过地图数字化建立起来的，用户不能接触到原始资料及其有关信息。
（2）地理信息系统为了保持系统的动态性和现势性，它还要求及时地更新系统中的数据。这是因为一切事物都处在发展变化之中，而地理信息系统中存储的信息只是现实世界的一个静态模型，需要及时、定时地更新。遥感作为一种获取和更新空间数据的强有力手段，能及时地提供准确、综合和大范围内进行动态监测的各种资源与环境数据，因此遥感信息就成为地理信息系统十分重要的信息源，尤其是大范围的以统计为主的地理信息系统。当前遥感的应用也正经历着一场质的转变，它正逐渐从单一的遥感数据的分析应用向多波段、多时相的分析应用过渡，从静态分布向动态过程预测过渡，从定性调查到定量分析过渡。
2.RS与GPS的结合
从GIS的角度看，GPS与RS都可看作为数据源获取系统。然而GPS和RS既分别具有独立的功能，又可以互相补充完善对方，这就是GPS和RS结合的基础。
（1）GPS的精选定位功能克服了RS定位困难的问题。在没有GPS以前，地面同步光谱测量、遥感的几何校正和定位等都是通过地面控制点进行大地测量才能确定，这不但费时费力，而且当无地面控制点时便无法实现，从而严重影响数据实时进入系统。而GPS的快速定位为RS数据实时、快速进入GIS系统提供了可能。也就是说，借助GPS可使RS迅速进入GIS分析系统，保证了RS数据及地面同步监测数据获取的动态配准。
（2）利用RS数据实现GPS定位遥感信息查询。
（3）利用GPS形成的新技术，如GPS气象遥感技术，利用GPS卫星和接收机之间无线电信号在大气电离层和对流层中的延迟时间，可了解电离层中电子浓度和对流层中温度湿度等大气参数及其变化情况。因而目前建立和正在建立的全球许多GPS观测网将是提供大气参数的一个重要新数据源，对天气预报尤其是短期天气预报将发挥巨大作用。
3.GPS与GIS的结合
GPS和GIS的结合，不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥，而且还能产生许多更高级的功能，从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。
通过GIS系统，可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时的、准确的、形象的反映及漫游查询。通常GPS接收机所接收的信号无法输入底图。若从GPS接收机上获取定位信息后，再回到地形图或专题图上查找，核实周围地理属性，该工作十分复杂，而且花费时间长，在技术手段上也是不合理的。如果把GPS的接收机同电子地图相配合，利用实时差分定位技术，加上相应的通信手段组成各种电子导航和监控系统，可广泛用于交通、车船驾驶及科学种田等方面。
GPS可为GIS及时采集、更新或修正数据。例如在外业调查中通过GPS定位得到的数据，输入给电子地图或数据库，可对原有数据进行修正、核实，赋予专题图属性以生成专题图。
三、喀斯特资源与环境研究中的“3S”技术
喀斯特地区自然条件复杂，环境差异特殊，给开发、治理、保护的决策与实施造成极大困难。例如，喀斯特峰丛峡谷和峰丛洼地地区，由于地表破碎、切割幽深、可进入性差，使用遥感技术研究环境现状及其演化趋势甚为必要。高质量的信息能给我们提供资源优化开发、利用与环境保护的基础和依据。因此，提高决策科学化水平的关键在于掌握高质量的信息。利用遥感与地理信息系统这一高新技术建立资源环境信息系统，在知识经济与信息化时代的今天，不仅是在喀斯特地区通过建立人口、资源、环境、经济系统动态监测与评价运行模型，提出在具有喀斯特特色的多目标优化决策理论模式，其经验对全国同类喀斯特地区也有指导意义。
1.喀斯特资源与环境数据库建设
自从20世纪90年代以来，“3S”技术之间的密切结合，共同发展，在全球和区域资源与环境动态监测、趋势预报，重大自然灾害监测预报以及灾情评估与减灾对策，城市经济开发区的规划、开发与管理，全球环境变化等方面发挥了科技的先导作用。“3S”技术在喀斯特资源与环境数据库建设上主要体现在以下几方面：
（1）基本数据库建设，包含了行政区划、交通运输、地形地貌、碳酸盐岩、地势坡度、社会经济、区域人口、民族、交通、城镇以及区域外其他信息等基本数据库。
（2）资源与环境信息系统，首先涉及的内容是资源，在考虑喀斯特资源在自然界中的空间位置、资源的属性、用途、开发利用条件等，对喀斯特地区的不同类型资源建立相应的数据库，如土地资源信息数据库（土壤、水田、旱地、耕地、坡耕地等）、陆地水资源数据库（流域、水系、水量、水质等）、生物资源数据库（森林、灌丛、草地、陆生动物、水生动物等）、气候资源数据库（气温、降水、风力等）、旅游资源数据库（风景名胜区、自然保护区、客源市场等）、矿产资源信息数据库（煤炭、石油、天然气、黑色金属、有色金属、稀土元素及非金属等）。
（3）生态环境数据库建设，如环境条件数据库（地质构造、地貌类型、坡度、降水、气温等）、环境质量数据库（生态环境质量类型，如污染源等）、环境灾害数据库（水土流失、石漠化、滑坡、泥石流等）、环境污染数据库（污染源、污染监测、污染影响等）、环境保护与环境管理等数据库（环境规划、环境治理、生态恢复等）。
2.利用“3S”技术的分析与应用模型
（1）多年遥感数据分析：采用多时相、多波段的遥感数据对喀斯特地区遥感在资源及环境方面的应用与解译方法和模式研究。
（2）地理信息系统的建立与分析：GIS的设计模型、系统的建立、数据库的研究与建立、数据库的发展、计算机辅助制图研究及开放地理信息系统与互操作技术。
（3）“3S”技术的集成研究与应用：各种资源卫星、气象卫星与航空、地面观测、物探数据的复合和分析；解决RS数据、GPS数据与GIS的接口，增强遥感及GPS信息处理分析能力，并反馈用于地理信息系统的更新；向智能化方向发展，改进应用系统的数据管理，提高识别能力与解译水平。
（4）喀斯特资源环境评价预测规划模型：资源环境的控制系统模型、资源环境的数学规划模型、资源环境的开发与分配模型等。
（5）喀斯特资源环境空间决策支持系统：资源环境的空间分布模型、资源环境的持续利用策略、资源环境的总体态势与对策等。
3.“3S”技术在贵州典型喀斯特区域的研究及应用示范
（1）喀斯特地貌与洞穴信息系统研究。贵州喀斯特地貌与洞穴信息系统研究，以“3S”技术为基础的新型空间信息管理系统，将为喀斯特地貌与洞穴数据资料查询、发生分布规律、空间相关关系、潜在资源开发、部门辅助决策和把贵州的洞穴信息走向“信息高速公路”等方面作出重要的贡献，具有重大的理论意义和社会经济价值。该研究是将全贵州的喀斯特地貌与洞穴（群）从整个面上进行计算机统计分析，以15万地形图为基础，从发育分布规律方面建立相关信息库，其中包含了洞穴的洞口海拔高程、洞穴长度、发育方向、岩性、水洞的流量以及经纬度坐标等参数。以GIS技术为平台进行数据处理，并采用其相应的集成技术GPS和RS进行洞穴的地址纠正及匹配，提高信息的可靠性，建立一个动态的贵州喀斯特地貌与洞穴信息系统。此外，应用“3S”技术研究喀斯特地貌与洞穴，从统计的角度，从大量的信息资料上研究喀斯特地貌与洞穴的成因（洞穴的形成与水、岩石、地质构造运动有关），洞穴的形成蕴含有大量古气候、古水文地质及构造运动的信息，数理统计分析能更有效地揭示这些信息，为研究贵州地区地质构造运动、河流的下切、侵（溶）蚀喀斯特地貌与洞穴成因提供有力证据。在此基础上，得出洞穴的分布规律及要素间的相关关系，并为贵州喀斯特地貌与洞穴的开发、利用及保护等提出建议。
（2）喀斯特地区水土流失监测系统研究。土壤侵蚀是土地退化的根本原因，也是导致生态环境恶化的重要因素。中国是世界上水土流失最严重的国家之一。近几年来，水土流失状况仍呈加剧趋势，不断出现的洪涝灾害，对水土保持工作提出了更高的要求。在GIS支持下的遥感技术，同时结合GPS野外调查，是目前普遍采用的国内外最先进的大面积水土流失调查、评价方法，可用来了解、掌握水土流失现状，并完善相关的技术方法，为水土流失的防治提供可靠的技术资料。贵州省水土流失监测系统研究是在“3S”技术的支持下完成的贵州省多年水土流失空间分布及分地（市）、县（市）数据库，利用多时相的遥感TM影像对水土流失情况进行解译，可以得出不同年分的水土流失空间分布并预测其发展趋势，特别是在喀斯特地区，地形地貌复杂，水土流失破坏性大，生态环境趋于恶劣，与其他地区相比，在解译和监测上有着较大的特殊性，利用“3S”技术成功地解决了这一难题，为贵州省的水土保持规划及生态环境建设提出了相应的治理对策及合理建议。
（3）喀斯特土地石漠化研究。以完成空间定位的TM卫星影像数据为基础，进行TM卫星影像数据的多光谱信息提取，获得喀斯特地区石漠化的空间分布状况，结合喀斯特地貌分布，对典型区域的石漠化解译结果进行验证，完成喀斯特地貌与土地石漠化的空间分布数据库。喀斯特石漠化状况的研究在贵州已有较长时间，但迄今为止，由于研究条件所限，技术手段不统一等原因，石漠化状况面积、分布等数据不够统一。项目首次采用“3S”作为技术支持，利用多学科结合的优势进行综合性的相关分析，以统一的标准对贵州石漠化现象及成因、对策进行研究，技术方法严密、客观，避免了传统方法进行这类大面积研究中人力物力投入过大、标准难以控制等带来的弊病。对贵州喀斯特地区石漠化问题做专项研究，通过应用多时相（1959年、1979年、1995年）、多波段、多平台的遥感数据，在大量野外GPS技术调查验证的基础上编制研究区域不同年代的喀斯特土地石漠化图；利用GIS对数据资源进行分析、处理，旨在查明贵州喀斯特石漠化的现状、分布及发展趋势，分析土地石漠化的主要原因、发生机制和演变过程。本项研究采用目前最先进的监测、评价技术，以地理信息系统技术为支撑，以遥感资料为主要信息源，同时采用野外GPS调查验证，结合由地形图派生的坡度图，由区域地质图派生出喀斯特与非喀斯特及石山半石山的石漠化背景图。采用植被覆盖、土壤背景、地面坡度等决定石漠化的主要因素，参考降水量、降雨强度等有关因素建立石漠化定量分析模型，应用现代建模技术进行石漠化强度评价和调查制图；结合行政区划，得到全贵州省喀斯特地区各地（市）、县（市）石漠化空间分布图和数据。
（4）喀斯特地区国土资源综合调查与数据库建设：①喀斯特地区林业资源与生态信息数据库建设，以TM遥感影像数据、DEM数据、土地利用数据为基础，建立分布式与集中式相结合的林业资源与生态信息共享数据库，实现属性数据的空间化与网络化共享（数据资源内容包括：林业资源信息，森林资源数据，省级森林资源空间分布数据，森林灾害数据，森林生物多样性数据库，林产市场发展数据等；林业生态环境信息，省、县级生态环境背景数据，重点县生态环境现状数据，生态建设规划属性数据与空间数据，重点生态工程信息数据，资源与生态环境基础数据，常用树种、草种数据等）②喀斯特典型地区国土资源环境信息平台建设及其应用，喀斯特典型地区国土资源环境空间数据库建设，以TM卫星遥感影像为数据源，以地形图为空间定位基础，对TM图像进行空间定位，由人工对定位遥感影像进行解译，获取全省土地利用状况分布空间数据，建立分布式与集中式相结合的国土资源信息共享数据库群；
③喀斯特典型地区人口、社会经济数据的空间化及数据库建设，以喀斯特典型地区人口及社会经济统计数据为基础，建立该地区人口、社会经济数据库，利用相关空间数据处理手段，处理这些统计数据，使其能够与其他空间数据，如国土资源调查空间数据，在同一平台上实现有机集成。在此基础上，建立该地区的人口、社会经济数据库。
另外，还可进行自然保护区和风景名胜区信息系统及生物资源信息系统等工作。
RS、GIS和GPS集成——3S技术系统
当前，以地理信息系统为核心的三S技术（遥感技术RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS）与多媒体（MM）技术有机结合一体化，以其强大的空间信息（数据）采集、处理、分析综合和表达与管理能力，为各行业实际应用部门提供了各种有用的决策信息，大大提高应用部门的生产力及其管理水平，已成为直接为国土资源勘查、生态环境和自然灾害调查、评价、监测与防治等工作及社会生产与管理部门服务的一种实用技术方法。
20.2.1 地理信息系统（GIS）
20.2.1.1 地理信息系统的概念及其作用
地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）集计算机科学、地理学、测绘、环境科学、空间科学、地质学、信息科学和管理科学等为一体的多学科结合的新兴边缘学科。它以空间数据为研究对象，以计算机为工具，通过人的参与进行一系列空间操作和分析，为地球科学、环境科学、灾害监测与评价、工程设计乃至企业经营等工作提供规划管理的决策科学信息。
地理信息系统已被广泛用于国土资源勘查和环境监测与评价等方面，特别在遥感制图、矿产资源定量预测、工程布置的点位优选、勘探靶区优选等等方面，已有相当的成功实例与经验。目前，地理信息系统已经作为一种主要的信息产业，取得了显著的社会与经济效益。实际上，地理信息系统所研究的对象及覆盖面远远超出了地理学的范畴。
地理信息系统是管理空间数据的计算机系统。空间数据是指不同来源的用遥感和非遥感手段所获取的数据，它有多种数据类型，包括地图、遥感影像、统计数据等，其共同特点是都有确定的空间位置——地理坐标参照系统。其工作过程主要是通过空间实体的空间位置与空间关系来进行的，当然也可以通过它们的属性来进行。它对空间数据除管理、检索、查询外，还必须进行各种运算和分析。其输出除表格、文字、数据外，主要的形式是图形。地理信息系统主要用来分析和管理在一定地理区域内分布的各种地学、社会现象和过程。它是地学、计算机、系统工程等学科知识的融合，是跨学科的技术系统。
遥感是地理信息系统重要的数据源和强有力的数据更新手段。遥感的多时相、量纲统一的、动态的全球范围内的快速监测数据，是其他手段所不能替代和比拟的，因而地理信息系统作为一种空间数据管理、分析的有效技术，可为遥感提供各种有用的辅助信息和分析手段。目前，地理信息系统的一个重要发展趋势，是加强空间信息管理系统与遥感图像处理系统的结合，以提高资源与环境信息系统在动态分析、监测与预报方面的能力，改善遥感分析的精度。
20.2.1.2 系统构成
地理信息系统主要是由GIS的硬件、软件、地理数据（库）和系统的管理操作人员四个部分组成。
GIS硬件主要是计算机，包括必备的外部设备如数字化仪、打印机及绘图仪。可选设备有扫描仪、激光绘图仪及打印机、磁带机等。
地理空间数据是指以地球表面空间位置作为参照系的各种景观数据（如自然的、社会的、人文经济的等）。这些数据可以是图形、图像、文字、表格和数字等形式，由系统的建立者通过有关的量化工具和介质输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。
早期的GIS一直是以各种类型的地图作为主要的数据源。随着遥感技术的兴起，遥感信息以其周期性、动态性、信息丰富、获取效率高并可直接以数字方式记录传送等优点成为重要的GIS信息源和数据更新手段。遥感与GIS的结合是空间技术发展的趋势。
系统开发、管理和使用人员是GIS的重要构成因素。因为GIS是一个动态的地理模型，光有系统软硬件和数据不能构成完整的GIS，需要由人进行系统的组织、管理、维护和数据更新，使系统不断得到完善，并合理使用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。
GIS软件是GIS技术的核心，它既是GIS技术的集中体现，又是这一技术的应用基础。一般商品化产品，如美国的ARC／INFO系统，中国的MAPGIS，主要由数据采集、数据管理、数据分析、数据转换和数据输出五部分构成。
（1）数据采集
其功能是完成地学数据采集与输入工作，可用扫描仪、数字化仪、图形终端或其他系统的磁盘数据文件输入。主要的信息源有：专题地图（包括地形图）、统计表格、遥感影像、实测数据以及其他系统的数据文件。
数据采集方式主要有以下几种：① 手工式，是早期和试验时采用的方法，效率和精度均低。
② 手扶跟踪数字化，是当前最有效的地图数字化方式，在手扶跟踪数字化仪和数字化板支持下进行。通过这种方式可得到矢量格式的地图数字化数据。
③ 自动扫描，是最有前途的数字化方式。由扫描仪进行，扫描仪可以每英寸300～600点（线）采集地图或影像的灰度或颜色，形成点阵像元数据或多波段数据。
④ 数据通讯，是在联网方式下获取有关的其他信息系统的一种方式。无论用何种方式采集，其目的都是要把数据源变为GIS可以存贮管理和分析的形式。
（2）数据管理
其功能是实现空间（几何）数据和属性（非几何）数据的存储、检索、查询、编辑、修改。GIS与其他信息系统最大的不同之处是对空间数据的管理。如何实现空间数据与属性数据的统一存储、检索、查询、编辑和修改是评价GIS的一个重要方面。
一个功能强大的GIS产品能够提供一个统一的空间数据库管理系统，提供各种范围内的双向查询、编辑、建模功能，允许快速地修正并更新空间数据及有关的描述数据。例如，最新推出的许多GIS软件都使用了一个优化的、面向目标的数据库管理系统，可以快速地存取大型关系文件，它把现实物体的空间关系、特征和属性存储在同一个网络分布式关系数据库中，所以做图、拓扑数据结构是这种数据模型的特征。
（3）数据分析
数据分析部分借助地学模型（预置式模型或用户自定义模型），完成地理数据的分析和计算工作，是GIS的核心内容。目前比较成熟的分析功能有地面数字高程模型、网络分析模型、邻近分析模型、区域分析模型、拓扑分析模型以及空间距离搜索模型等。
数字地面模型（DTM）在自然地理、地貌、水利、工程设计、管道布线等领域有着广泛的应用。当地图被数字化后，利用等高线通过插值可以生成数字地面高程模型（DEM），并由DEM进一步产生坡度、坡向、沟谷、山脊、地表粗糙度等10多个地形要素，构成DTM数据。利用这些地表信息与植被、土壤、人文要素的相关性，可建立不同的地学应用模型。
网络分析模型在经济地理、市场分析、交通管理等领域有着广泛的应用。此模型根据网络拓扑性质，可以在两点间选择最短路径，并绘出其长度和有关信息，也可以比较各个市场中心服务范围和影响区域。
定距离空间搜索（Buffer）模型和邻近区域分析模型在区域规划、国土整治、土地管理等领域有着广泛的应用。通过指定空间搜索距离，用户可以方便地进行空间检索、查询，了解在一定范围内地理现象的空间分布；通过邻近区域分析模型，用户可方便地进行邻近区域检索、查询、了解区域周围的环境情况。由于用模式来定义表，表和空间数据联系在一起，这样用户能进行集成的空间和属性处理、报表生成、专栏处理、属性标记和相互作用的属性修改、更新等项内容。
点、线、多边形是GIS图形数据的基本单元，与之相应的拓扑分析模型在自然资源管理、生态评价、土地评价和规划等领域有着广泛的应用。它通过多幅专题图或专题图与图像合并办法，生成新的专题图及新的属性表，为运用不同评价和规划模型，完成地理信息的分析和地理数据的计算提供了极大方便。
上述系统底层通用分析模型仅提供了某些数据分析的工具。在具体应用领域还需结合专业知识和实际要求建立用户的应用模型。
（4）数据转换
是提供不同空间数据集的集成途径。空间数据都是用矢量和栅格格式进行采集、存贮和处理的。矢量结构的数据更能表达我们的空间想像，因此它最常用于手工的数据采集。但是，数据自动采集方式往往产生与计算机的规则结构相匹配的栅格结构数据。因此，现代GIS应兼容矢量和栅格两种数据格式，提供多种方法进行两种数据的相互转换，满足多源信息综合分析的需求。
（5）数据输出
数据输出部分将GIS信息或分析结果以可视的形式表示，如屏幕，绘图仪、打印机输出等。系统同时支持软硬件拷贝显示，使用户能够获得在屏幕上所见结果，即在地图成图之前，用户能预先看到硬拷贝输出的图形。用户还可以在图形窗口内编辑地图，包括彩色设计，图廓整饰、生成比例尺、注记、图例、表格、公里网格等，最后由绘图仪或打印机输出。
20.2.2 全球定位系统（GPS）
全球定位系统（GPS：Global Position System）是美军自20世纪70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统。它由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。工作卫星分布在6个轨道面内，卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55°，每个轨道平面配置3颗卫星，每隔一条轨道平面配备一颗备用卫星，轨道的平均高度约为20200 km，卫星运行周期为11小时58分。因此，在同一测站上，每天出现的卫星分布图相同，只是每天提前几分钟。每颗卫星对地球的可见面积为地球总表面积的38%，每颗卫星每天约有5小时在地平线上。同时位于地平线上的卫星数目最少为4颗，最多为11颗。这样的空间配置，可保证在地球上任何时间，任何地点至少可同时观测到4颗卫星，加上卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此GPS是一种全球、全天候的连续实时导航定位系统。GPS的出现，为大量的野外高精度定位工作提供了极大方便，使定位与导航在精度和速度上都产生了质的飞跃，进入了电子化和自动化时代。
GPS作为新一代卫星导航与定位系统。不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性等优点，现在已广泛地在全球应用。需要指出，全球定位系统的导航和定位在概念上是有所不同的，所谓定位是指运动载体，如汽车上安装GPS信号接收机，然后实地测出接收天线所在的位置，这称为GPS定位，也称GPS动态定位。动态的意思是指定位是在极短的时间内完成的。如果GPS接收机在测得运动载体实时位置的同时，还测得运动载体的速度，时间和方位等状态参数，进而可“引导”运动载体驶向预定的目标位置，这称为导航。由此可知，导航是一种广义的动态定位。
GPS是从军事方面发展起来的，出于军事目的，它提供两种服务即标准定位服务SPS（Standard Positioning Service）和精确定位服务PPS（Precise Positioning Service）。前者用于民用事业，后者为美国军方服务。美国政府为限制非军事用户和其他国家使用GPS的精度，分别在 1991年和 1994年实施了“SA（Selective Availability）”技术和“AS（Anti-spoofing）”技术，即“有选择可用性”技术和“反电子欺骗技术”。使SPS服务水平定位精度降低到100 m，而在密码保护下的PPS服务精度提高到1 m。
针对实施的“SA”技术，各国纷纷采用技术对策，出现了差分GPS即DGPS（Differential GPS）。“差分”的概念在无线电导航领域早就被采用，差分GPS的提出，使差分技术提高到过去从未有过的重要地位。采用差分GPS几乎可以完全消除“选择可用性”带来的误差。它利用某些地面发射站送出的已知精确位置的基准信号，将其与GPS的定位信号进行比较和修正。这样，通过建立基准通讯链方式，使GPS数据实现精确校正。目前利用差分技术可使定位精度超过单独使用PPS所得到精度。因此，美国比其他许多国家更快地将DGPS投入到实际使用中，目前其精度可达1 cm，用它可监视地球和冰川的微小运动。2001年美国取消了“SA”技术限制，GPS的定位精度大大提高。
全球卫星定位系统的迅速发展，引起了各国军事部门和广大民用部门的普遍关注。GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力，也引起了广大测量工作者的极大兴趣。特别是近十多年来，GPS定位技术在应用基础的研究、新应用领域的开拓、软件和硬件的开发等方面都取得了迅速发展。广泛的科学实验活动为这一新技术的应用展现了极为广阔的前景，经典的大地测量技术经历了一场意义深远的变革，从而进入一个崭新的时代。
目前，GPS精密定位技术已经广泛地渗透到了经济建设和科学技术的许多领域，尤其对经典大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响。它在大地测量学及其相关学科领域，如地球动力学、海洋大地测量学、天文学、地球物理勘探、资源勘察、航空与卫星遥感、工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用，充分地显示了这一卫星定位技术的高精度与高效益。
20.2.3 RS、GIS和GPS多功能综合
作为空间信息处理的3S技术系统，在空间信息管理中各具特色，均可独立完成自身的功能。同时，它们所能解决的问题之间又有很多关联性，在解决问题的功能上又各自存在着优点和不足：GIS具有较强的空间查询，分析和综合处理能力，但获取数据困难；RS能高效地获取大面积的区域信息，但受光谱波段的限制，且数据定位及分类精度差；GPS能快速地给出目标的位置，对空间数据的精确定位具有特殊意义，但它本身通常无法给出目标点的地理属性。因此，只有三者有机结合起形成一个多功能综合的技术系统，才能发挥更大的作用（图20-3）。在3S系统中，简单地说，GIS相当中枢神经，RS相当传感器，GPS相当定位器，三者的共同作用将使地球能实时感受到自身的变化，使其在资源环境和区域管理等众多领域中发挥巨大作用。RS，GIS和GPS三者的结合与集成已成为当今空间信息系统的发展方向，也是空间科学发展的必然趋势。
图20-3 3S技术系统
20.2.3.1 GIS与RS的结合
GIS和RS都是独立发展起来的支撑现代地学的空间科学技术，其中GIS是管理与分析空间数据的有效工具，RS是空间数据采集和分类的有效工具，它们的研究对象都是空间实体，二者关系十分密切。
GIS和RS的结合主要表现在RS对GIS动态地提供和更新各种数据，而GIS作为空数据处理分析的技术工具，可大大提高RS空间数据的分析能力及分析精度。在实践中，RS和GIS结合的主要形式是利用遥感图像经过计算机图像处理、信息提取、目视解译等方式，编制各种专题图，而后通过数字化仪等输入设备将专题图上所需信息输入到地理信息系统中，或者遥感数据经图像处理、分类和模式识别等方式提取有关信息直接进入地理信息系统数据库。这种结合方式的实质是用遥感形成专题系列数据库（包括遥感图像库）提供给地理信息系统。数据库中各专题要素因来自同一信息源，保证了时相和图幅位置配准，所以很适合在地理信息系统中进行多重信息的综合与复合分析，从而派生出综合性数据及图件，最大限度地发挥有关数据的作用。例如，在流域综合治理中，根据单要素的坡度图、土壤类型图、地貌类型图及植被类型图，通过地理信息系统中的有关模型分析可得到土地利用评价图及土地利用规划图等。
20.2.3.2 RS与GPS的结合
GPS和RS都可看作为GIS的数据源的获取系统，而且，GPS和RS既分别具有独立的功能，又可以互相弥补其不足。
首先，GPS的精确定位功能解决了RS获取目标信息定位困难的问题。在GPS问世以前，地面同步光谱测量、遥感的几何校正和定位等都是通过地面控制点进行大地测量才能确定的，这不但费时费力，而且当无地面控制点时更无法实现，从而严重影响数据实时进入系统。GPS的快速定位为RS数据实时、快速进入GIS系统提供了可能。也就是说，借助GPS可使RS迅速进入GIS分析系统，保证了RS数据及地面同步监测数据获取的动态配准、动态地进入GIS数据库。
其次，利用RS数据实现GPS定位遥感信息查询。此外，利用GPS形成了一系列新技术，如GPS气象遥感技术，利用GPS卫星和接收机之间无线电讯号在大气电离层和对流层中的延迟时间，了解电离层中电子浓度和对流层中温度湿度获得大气参数及其变化情况。因而目前建立和正在建立的全球许多GPS观测网将是提供大气参数的一个重要新数据源。对天气预报尤其是短期天气预报发挥巨大作用。
20.2.3.3 GPS与GIS的结合
GPS和GIS的结合，不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥，而且还能产生许多更高级功能，从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。
通过GIS系统，可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时的，准确的形象的反映及漫游查询。通常GPS接收机所接收信号无法输入底图。若从GPS接收机上获取定位信息后，再要回到地形图或专题图上查找，核实周围地理属性，该工作十分繁杂，而且花费时间长，在技术手段上也是不合理的。如果把GPS的接收机同电子地图相配合，利用实时差分定位技术，加上相应的通信手段组成各种电子导航和监控系统，可广泛用于交通、公安侦破、车船自动驾驶、科学种田和海上捕鱼等方面。
GPS为GIS及时采集、更新或修正数据，例如在外业调查中通过GPS定位得到的数据，输入给电子地图或数据库，可对原有数据进行修正、核实、赋予专题图属性以生成专题图。
