地球信息系統

地球信息系統的硬件組成如圖1。

從圖1可以看出，計算機外圍設備以及專用輸入設備，通過計算機總線系統與計算機聯接起來，組成GIS的硬件系統。其核心部分是計算機，它被用於數據的管理和處理、加工和分析。

專用輸入設備之一是數字化儀，它用來將圖形轉換成數據，稱為矢量數據。掃描儀與數字化儀類似，但它將圖形直接轉換成柵格形式的數據，柵格數據經過識別與轉換，可轉換成矢量形式的數據。解析測圖儀(或機助測圖系統)，從航空像片上採集數據。上述這些輸入設備採集的數據可以聯機，直接輸入到GIS，也可由有關的數字測圖部門提供軟盤或磁帶進行輸入。

輸出設備有平板繪圖儀、彩色噴墨繪圖儀、靜電繪圖儀或其它的顯示裝置等，是用來產生目視化產品的。磁帶機是用來存儲數據量大、不經常調用的數據或程序。硬盤和光盤是GIS重要的存儲介質。 ^[2] 

數據管理、加工、分析設備

GIS的數據管理加工分析設備是計算機，它可以組成網絡，也可以單獨使用。計算機是由中央處理器(CPU)、內存儲器(RAM)、顯示器、鍵盤以及鼠標器等組成。主要部件是中央控制器和內存儲器。

能運行地理信息系統的計算機，包括大型、中型、小型、微型計算機以及工作站。描述計算機的主要性能是處理速度、字長和內存儲器的容量。

字長，由二進制位(bit)的多少組成。它是影響計算機效率的一個重要指標。

存儲器，是能被中央處理器直接訪問的存儲區域。它也是影響計算機效率的一個重要指標。內存儲器一般以千字節(KB)或兆字節(MB)為單位。微機的內存儲器容量是由64KB、640KB、到2MB、4MB、16MB。工作站的內存儲器容量從8MB到32MB、512MB。

處理速度，是衡量計算機性能的另一個重要指標。估算處理速度方法有多種，較流行的有時鐘的頻率和MIPS。時種頻率，是指每秒變換內存儲器中某一個單元內容的次數，即指訪問內存儲器的效率。對於微機，時鐘頻率是衡量主機處理速度的主要指標。高檔微機時鐘頻率可達100MHz以上，一般IBM/PC386/486微機時鐘頻率為25至66MHz之間。MIPS，是每秒鐘百萬條指令。工作站常用MIPS表示，一般處理速度為28.5至77.5MIPS，有的達100MIPS。

建立地球信息系統除軟件外，首先要選擇計算機平台，儘管許多商用的GIS軟件在多種檔次的計算機上都有不同的版本，但仍需要精心考慮選擇哪一種類型的計算機才能滿足自己的要求，達到最佳的性能價格比。在這裏還應該指出，雖然個人用微型計算機處理速度已趕上大型機的速度，但是微機的內存儲器和外存儲器容量對GIS而言仍然偏小。特別是內存儲器與硬盤之間的傳輸速率制約了GIS在微機上的應用。當然對於一個局部小區域的GIS應用也並不是不可以的。

工作站是GIS的主流機型, 這是因為工作站處理速度在70MIPS以上，內存儲器容量達32MB到128MB以上，硬盤和光盤超過1GB，體積不大，價錢大大降低。工作站都配有大屏幕高分辨率的圖形終端，配有專用的圖形加速卡，特別適宜於GIS的圖形圖像處理。工作站還可以通過網絡將各種微機聯成一個網絡系統，達到數據和資源共享。 ^[2] 

外存儲器

磁帶和磁盤是計算機的主要外存儲器。磁帶有兩種類型：一種是通常看到的圓盤磁帶；另一種是類似錄像帶的盒式數據流磁帶，體積相對小。存儲量一般為150MB以上，微機和工作站上都可以配備這種磁帶。

磁盤分軟盤、硬盤和光盤三種。硬盤和光盤的存取速度以及存儲容量都比軟盤大得多。特別是可擦寫光盤，容量達1GB以上, 工作站已裝上這種光盤。

地球信息系統是數據密集型系統，一張地形圖一般至少要有1到2MB的內存儲器容量，一幅1024×1024遙感圖像需要1MB，假如沒有高密度的存儲介質和較快的傳輸速度，在微機上建立地理信息系統及進行圖像處理受到的侷限性就很大。 ^[2] 

輸入設備

數字化儀是GIS最基本的輸入設備。它將地形圖轉換成數字形式(矢量數據)。地圖數字化的精度受數字化儀本身的分辨率、數字化方式、操作者的經驗和技術等多種因素影響。選擇數字化儀時要注意它的實際分辨率一般比出廠標定的分辨率要低。

掃描儀既可以作為圖形又可以作為圖像輸入的一種工具。隨着圖像識別、柵格矢量化技術的發展和提高, 掃描儀可代替數字化儀。

對原有的模擬測圖儀進行改造，增加接口和相應的驅動軟件，就變成了新一代解析測圖儀，它與計算機相連形成了GIS圖形數據採集站。 ^[2] 

輸出設備

GIS的輸出設備主要包括矢量繪圖儀、柵格式繪圖儀和圖形終端。

矢量繪圖儀分平板和滾筒兩種。矢量繪圖儀的輸出精度主要取決於筆控制馬達的步進量，對製圖來説, 步進量不應大於0.054mm。

行式打印機為柵格式繪圖儀。它精度較低但經濟，作為草圖輸出還是可以的。高精確度的彩色激光打印機比行式打印機要好，但經濟性不足。

圖形終端在數據輸入編輯和檢索等階段都要用到。對於某些用户，許多圖形輸出不要求拷貝，只要求顯示一下就可以了。微機上常見的有VGA或TVGA卡或適配器可用來支持微機系統。一個實用的GIS運行系統應該配備高分辨率的圖形終端，至少達到1024x1024或1152x900；最好配圖形卡，這樣對圖形圖像處理速度可以加快。 ^[2] 

軟件層次

GIS的核心是它的軟件，關係到GIS的功能。

圖2為GIS的軟件層次。最上面兩層為操作系統和系統庫。則兩層與硬件有關，稱為系統軟件。再下一層為軟件庫，由此保證圖形、數據庫、窗口系統及GIS其他部分能夠運行。上面三層稱為基礎軟件。

下面三層包括基本功能軟件、應用軟件以及用户界面。這三層代表了地理信息系統的能力和用途。 ^[2] 

五大子系統

圖3 五大子系統(5張)

五大子系統具體框圖見圖3 。

數據輸入與轉換子系統，包括現有地圖、航空像片、遙感數據、野外觀測數據、文本資料等轉換成計算機能接收的數字形式及其各種處理轉換軟件。許多計算機控制的外部設備，例如終端、數字化儀、掃描儀、磁帶機、軟盤等都可以作為輸入設備。不同的輸入設備配備相應的軟件，並將得到的數據歸一化後進入地理數據庫。

圖形和文本編輯子系統。經掃描儀和數字化儀輸入的信息，GIS除了進行信息輸入外，還要對圖形進行編輯，一旦原始輸入數據有錯誤，立即進行編輯修改。還可以對圖形進行修飾、設計線型、顏色、符號註記, 建立拓撲關係、組合複雜地物、輸入屬性數據等。對於屬性數據輸入，雖然也可以在前述的數據輸入子系統中輸入，但在圖形和文本編輯子系統中，是直接參照圖形輸入屬性數據，即在圖形輸入的同時，輸入屬性數據，實現圖形數據與屬性數據的連接。

存儲與管理的數據庫子系統。數據存儲與管理涉及地理元素(地物的點線面) 的位置，空間關係以及屬性數據怎樣結構和組織，使其便於機器的處理和用户的理解。數據模型決定了數據庫管理系統的類型。

空間查詢與空間分析子系統。數據庫管理子系統一般提供數據庫查詢語言，如SQL語言。對GIS來説，要在常用的數據庫查詢語言的基礎上，為支持空間查詢，還需進行必要的擴充或重新設計GIS所特有的查詢，例如查詢，穿過一個城市的公路，某鐵路二側2公里的居民點等。空間分析，包括地形分析、土地適用性分析、網絡分析、疊直分析、緩衝區分析等。

數據輸出子系統可以在多種介質上以地圖、圖像、圖表、表格、文字等各種形式向用户提供中間和最後分析結果。 ^[2]