本讲主要讲解GIS相关的基本概念，包括：信息和数据、地理信息及其特征、信息系统。

1、信息

狭义信息论将信息定义: 为人们获得信息前后对事物认识的差别； 

广义信息论将信息定义: 信息是指主体(人、生物和机器)与外部客体  (环境、其它人、生物和机器)之间相互联系的一种形式。是主体和客体之间一切有用的消息和知识，是表征事物特征的一种普遍形式。 

本课程定义： 信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，以作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。

信息具有如下特点：

1）客观性：信息是与客观事物紧密相联系的； 

2）适用性：信息对决策是十分重要； 

3）可传输性：信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备(包括远程终端)，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。 

4）共享性：信息与实物不同，它可以传输给多个户，为多个用户共享，而其本身并无损失。信息的这些特点，使信息成为当代社会发展的一项重要资源。 

2、数据

数据是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，是用以载荷信息的物理符号。它是人类在认识世界和改造世界过程中，定性或定量对事物和环境描述的直接或间接原始记录，是一种未经加工的原始资料，是客观对象的表示。

数据可以以多种方式和存储介质存在，前者如数字、文字、符号、图像等，后者如记录本、地图、胶片、磁盘等，不同数据存储介质和格式可相互转换。在计算机化的地理信息系统中，数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。

数据与信息的关系：

1）数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。信息是一种客观存在，而数据是客观对象的一种表示，其本身并不是信息。

2） 数据所蕴涵的信息不会自动呈现出来，需要利用一种技术，如统计、解译、编码等对其解释，信息才能呈现出来。对同一数据每个人的解释可能不同，因而获得信息量的多少与人的知识水平和经验有关。

3）信息与数据是不可分离的，即信息是数据的内涵，而数据是信息的表达，也就是说数据是信息的载体。 

3、地理信息与地理数据

地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理数据的解释。相对的，地理数据就是表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称 。从另一个角度来说，一切与空间位置有关的信息都叫做地理信息。

作为信息的一种，地理信息具备信息的基本特征，即信息的客观性、适用性、可传输性和共享性；但从其本身而言，地理信息还具有一些独特的特性:

一是地理信息具有空间相关性：即任何地理事物都是相关的，并且，在空间上相距越近，则相关性越大，空间距离越远，则相关性越小，同时地理信息的相关性具有区域性特点。

地理信息的第二个特征是空间区域性：区域性是地理信息的天然特性，这不仅体现在数据上的分区组织，而且在应用方面也是面向区域的，即一个部门或专题必然也是面向所管理或服务的区域的。

地理信息的第三个特征是空间多样性：即在不同地方或区域上，地理数据的变化趋势是不同的，地理信息的多样性意味着地理信息的分析结果需要依赖于其位置，才能得出合乎逻辑的解释。同时，地理信息的多样性也体现在不同区域对地理信息的需求也不一样，特别是对于地理信息服务，信息的生产、信息的存储和信息的使用安排需要考虑不同地方对信息的需求。

地理信息的第四个特征是空间层次性：地理信息的层次性首先体现在同一区域上的地理对象具有多重属性，例如某区的土壤侵蚀研究，相关因素包括该地区的降雨、植被覆盖、土壤类型等；其次是地理信息在空间尺度上的层次性，不同空间尺度数据具有不同的空间信息特征。

4、信息系统

信息系统是指具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。在计算机时代，信息系统都部分地或全部地由计算机系统支持，并由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成。计算机硬件包括各类计算机处理及终端设备；软件是指支持数据信息的采集、存贮加工、再现和回答用户问题的计算机程序系统；数据则是系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础；用户是信息系统所服务的对象。

对数据的加工和信息提取能力是信息系统的基本特征。一个信息系统的优劣应当根据它所提供的信息质量和数量来判断，而这又取决于信息系统中的数据分析功能和数据分析模型。

根据数据处理对象的不同，信息系统可大致分为非空间信息系统和空间信息系统，非空间信息系统处理的是一般的、不包含空间特征的事务性数据，比如银行系统，而空间信息系统处理的是带有位置特征的数据，包括属性数据，如CAD系统和地理信息系统。

5、地理信息系统

地理信息系统，英文全称为Geographic Information System或Geo-Information System，简称GIS，有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它既是跨越地球科学、空间科学和信息科学的一门应用基础学科，又是一项工程应用技术，它是以地学原理为依托，在计算机软硬件的支持下，研究空间数据的采集、处理、存储、管理、分析、建模和显示的相关理论方法和应用技术，以解决复杂的管理、规划和决策等问题。

由于学科背景、应用目的以及应用部门的差异，导致对GIS所做出的定义也不同。比如GIS之父、加拿大的Roger Tomlinson 就认为“地理信息系统是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具”。俄罗斯学者也把地理信息系统定义为“一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合”。而美国学者Parker则认为，“地理信息系统是一种存储、分析和显示空间和非空间数据的信息技术”。最早提出“地理信息科学”概念的、美国的Michael Goodchild则把地理信息系统定义为“采集、存储、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”。

为了后面授课方便，本课程将地理信息系统定义为：一种用于获取、存储、查询、分析和显示地理空间数据的计算机系统。它也是一种特定的、十分重要的空间信息系统，是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层，包括大气层，的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

地理信息系统处理、管理的对象是多种地理实体和地理现象数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的地理线实体、现象及过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

从这个定义可以看出，GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，并由若干个相互关联的子系统构成。它的操作对象是空间数据，即点、线、面、体等这类有空间位置和空间形态特征并且能够很好地表达地理实体和地理现象的基本元素。而它的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，运用这些能力就可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息。同时，GIS与测绘学和地理学等学科有着密切的关系。

相比其它信息系统，地理信息系统具有以下三个方面的主要特征：

一是数据的空间定位特征：跟一般的信息系统相比，地理信息系统要具有对包含位置特征的空间数据进行管理、操纵和表示的能力。

第二个特征是空间关系处理的复杂性：地理信息系统除要完成一般信息系统的工作外，还要处理与之对应的空间位置和空间关系，这就涉及到不定长空间图形数据处理的复杂性。

第三个特征是具有海量数据管理的能力：地理数据是地理信息系统的管理对象，其本身就是海量数据；另外GIS 在执行空间分析的过程中，不断地产生新的空间数据，这些数据也具备海量特征。因此，地理信息系统必须具备海量数据的管理能力。