環(huán)信息系統(tǒng)及實驗chp3 環(huán)境信息系統(tǒng)GIS基礎 01講 GIS導論

1、南京信息工程大學環(huán)境科學與工程學院李鳳英 本部分分為6講第1講 地理信息系統(tǒng)（gis）導論第2講 地理空間數(shù)據(jù)組織第3講 地理空間數(shù)據(jù)管理第4講 地理空間數(shù)據(jù)處理第5講 空間分析的一般方法第6講 地理制圖及輸出第第1講講 地理信息系統(tǒng)導論地理信息系統(tǒng)導論學習目標：學習目標： 理解gis的相關概念，說明gis和相關學科的關系 掌握gis的特點、類型與組成 了解gis的基本功能和用途 了解gis的發(fā)展概況 重點：gis的基本概念、組成及功用地理信息系統(tǒng)導論地理信息系統(tǒng)導論第一節(jié)第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生第二節(jié)第二節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念地理信息系統(tǒng)的基本概念第三節(jié)第三節(jié) 地理信

2、息系統(tǒng)的特點和功能地理信息系統(tǒng)的特點和功能第四節(jié)第四節(jié) 地理信息系統(tǒng)的組成地理信息系統(tǒng)的組成第五節(jié)第五節(jié) 地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容 第六節(jié)第六節(jié) 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 電子技術、計算機技術、遙感技術、空間技術、自動成圖技術及通信技術發(fā)展給gis產(chǎn)生與發(fā)展創(chuàng)造了條件；地理信息系統(tǒng)脫胎于地圖，它們都是地理信息的載地理信息系統(tǒng)脫胎于地圖，它們都是地理信息的載體，具有存貯、分析和顯示地理信息的功能。體，具有存貯、分析和顯示地理信息的功能。計算機制圖技術的發(fā)展對gis的產(chǎn)生起了有力的促進作用；海量資源信息，客觀上需要gis為之服務第一節(jié)第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)

3、生地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生第一節(jié)第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生 地理信息系統(tǒng)概念是地理信息系統(tǒng)概念是60年代加拿大測繪學家結(jié)合年代加拿大測繪學家結(jié)合計算機發(fā)展趨勢，提出的計算機發(fā)展趨勢，提出的利用計算機和數(shù)據(jù)庫技利用計算機和數(shù)據(jù)庫技術結(jié)合管理地球空間信息的概念體系術結(jié)合管理地球空間信息的概念體系，并于，并于1971年建成第一個地理信息系統(tǒng)。年建成第一個地理信息系統(tǒng)。 地理信息系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)（gis）是在計算機軟硬件支持下）是在計算機軟硬件支持下，運用信息科學、管理科學，對，運用信息科學、管理科學，對空間地理信息空間地理信息進進行行綜合處理、分析和應用綜合處理、分析和應用的系統(tǒng)的系統(tǒng)

4、數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)與信息地理信息與地圖地理信息與地圖地理系統(tǒng)與地理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)基本概念基本概念信息的特點信息的特點數(shù)據(jù)與信息的區(qū)別數(shù)據(jù)與信息的區(qū)別第二節(jié)第二節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念地理信息系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)與信息地理信息與地圖地理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)(1)信息的客觀性(2)信息的適用性(3)信息的傳輸性 (4)信息的共享性信息的特點：信息的特點：數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)與信息地理信息與地圖地理信息與地圖地理系統(tǒng)與地理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是客觀事物的屬性、數(shù)量、位置及其相互關系等的抽象表示，隨載荷它的物理設備的形式而改變。信息信息是向人們或機器提供關于現(xiàn)實世界各種

5、事實的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義。它不隨載體的物理形式的改變而改變。數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)與信息地理信息與地圖地理信息與地圖地理系統(tǒng)與地理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)與信息是不可分離的，數(shù)據(jù)是信息的表達，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。數(shù)據(jù)本身并沒有意義，數(shù)據(jù)只有對實體行為產(chǎn)生影響時才成為信息數(shù)據(jù)與信息的關系基本概念基本概念地理信息的特征地理信息的特征地圖與地理信息的關系地圖與地理信息的關系數(shù)據(jù)與信息地理信息與地圖地理信息與地圖地理系統(tǒng)與地理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)地理信息地理信息是指表示地理環(huán)境諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征及其相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖象和圖形等的總稱。地圖地圖

6、是將地理環(huán)境諸要素按照一定的數(shù)學法則，運用符號系統(tǒng)并經(jīng)過制圖綜合縮繪于平面上的圖形，以傳遞各種自然和社會現(xiàn)象的數(shù)量與質(zhì)量的空間分布和聯(lián)系以及隨時間的發(fā)展變化。 數(shù)據(jù)與信息地理信息與地圖地理信息與地圖地理系統(tǒng)與地理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)基本概念(1)屬于空間信息(2)具有多維結(jié)構(gòu)的特征(3)時序特征十分明顯數(shù)據(jù)與信息地理信息與地圖地理信息與地圖地理系統(tǒng)與地理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)地理信息的特征地理信息的特征1. 地圖是地理信息載體2. 地圖是地理信息的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源3.地圖是gis的查詢與分析結(jié)果的表示方法（主要輸出形式）數(shù)據(jù)與信息地理信息與地圖地理信息與地圖地理系統(tǒng)與地理系統(tǒng)與地理

7、信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)地圖與地理信息的關系 地理系統(tǒng)地理系統(tǒng)是一個多層次的巨系統(tǒng)，它具有多層次的結(jié)構(gòu)和泛目標的功能，需要多學科的知識結(jié)構(gòu)和多種形式技術體系的支持。地理系統(tǒng)是認識地理圈的事物、現(xiàn)象和發(fā)生發(fā)展過程，理解物質(zhì)遷移與能量轉(zhuǎn)換內(nèi)外循環(huán)的規(guī)律，認識地理規(guī)律、掌握地理信息，以調(diào)控資源與環(huán)境為目的的邏輯思維過程。 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術系統(tǒng)。簡單的說，地理信息系統(tǒng)就是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術系統(tǒng)。 地理系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)的科學依據(jù)

8、；地理地理系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)的科學依據(jù)；地理信息系統(tǒng)是研究地理系統(tǒng)的科學技術保證。信息系統(tǒng)是研究地理系統(tǒng)的科學技術保證。數(shù)據(jù)與信息地理信息與地圖地理信息與地圖地理系統(tǒng)與地理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的分類地理信息系統(tǒng)的分類地理信息系統(tǒng)的功能地理信息系統(tǒng)的功能地理信息系統(tǒng)的應用地理信息系統(tǒng)的應用地理信息系統(tǒng)的特點地理信息系統(tǒng)的特點第三節(jié)第三節(jié) 地理信息系統(tǒng)的特點和功能地理信息系統(tǒng)的特點和功能地理信息系統(tǒng)區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的主要特點：地理信息系統(tǒng)區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的主要特點：u 地理空間數(shù)據(jù)和信息的特殊復雜性地理空間數(shù)據(jù)和信息的特殊復雜性u 必須具備科學可視化功能必須具備科學可視化

9、功能u 區(qū)域性和多層次區(qū)域性和多層次u 數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)量大u 注重空間分析注重空間分析一、地理信息系統(tǒng)的特點專題地理信息系統(tǒng)(thematic gis)區(qū)域地理信息系統(tǒng)(regional gis)地理信息系統(tǒng)工具(gis tools)城市信息系統(tǒng)自然資源查詢信息系統(tǒng)規(guī)劃與評估信息系統(tǒng)土地管理信息系統(tǒng)等。按功能分類按內(nèi)容分類二、地理信息系統(tǒng)的分類gis的主要任務：u某個地方有什么？u復合某些條件的實體在哪里？u變化趨勢u空間結(jié)構(gòu)特征u模擬三、地理信息系統(tǒng)的功能利用地物或者區(qū)域的屬性數(shù)據(jù)或信息，來查找滿足給定條件的地物或區(qū)域的地理位置信息。利用地物或者區(qū)域的空間位置數(shù)據(jù)或信息，來查詢、獲取地物或區(qū)域

10、的自然或人文的有關屬性信息。根據(jù)已有數(shù)據(jù)，包括現(xiàn)狀的和歷史的數(shù)據(jù)，識別地理現(xiàn)象已經(jīng)發(fā)生或正在發(fā)生的變化，總結(jié)出變化趨勢，為用戶提供關于變化趨勢的圖表等。按指定的區(qū)域組合地理空間數(shù)據(jù)，探究與地理事件有關的其他地理空間因素，分析其間的patterns或空間相關關系，并采用各種方式向用戶報告分析結(jié)果。在發(fā)現(xiàn)變化趨勢和空間結(jié)構(gòu)特征的基礎上，進行更高層次的研究，建立分析模型并加以驗證，發(fā)現(xiàn)具有普遍意義的規(guī)律性，建立新的數(shù)據(jù)關系，產(chǎn)生解決方案。u數(shù)據(jù)采集和輸入u數(shù)據(jù)處理u數(shù)據(jù)存儲、組織和管理u顯示與輸出u空間查詢與分析空間查詢檢索定式化的空間分析功能其他的空間模型分析三、地理信息系統(tǒng)的功能四、地理信息系統(tǒng)

11、的應用1. 統(tǒng)計與量算；2. 規(guī)劃與管理；3. 預測與監(jiān)測；4. 輔助決策。 90%的政府部門 企業(yè)和商用領域 民用國外gis應用典型案例： 美國地質(zhì)調(diào)查局的“國家地圖”項目，提供全美范圍的地理空間數(shù)據(jù)，應用于自然災害、風險評估、美國安全和許多其他領域： 美國人口普查局維護的“在線地圖資源”網(wǎng)站，互聯(lián)網(wǎng)用戶可以在該網(wǎng)站繪制美國各個地域公共地理數(shù)據(jù)的地圖：/geo/www.maps/cp_onlinemapping.htm 美國住房和城市發(fā)展部的制圖項目，將住宅開發(fā)信息與環(huán)境數(shù)據(jù)結(jié)合在一起：http:/w

12、/offices/cio/emaps/index.cfm 美國森林服務機構(gòu)用gis和其他計算機技術繪制森林火災地圖，并建立火情模型：http:/www.fs.fed.us/fire/tools_tech/我國成功的應用案例我國成功的應用案例 國家測繪局的“國家動態(tài)地圖網(wǎng)”?；趪一A地理信息系統(tǒng)全國1:4000000、1:1000000數(shù)據(jù)庫，結(jié)合各權威部門公開發(fā)布的具有空間分布特征的社會、經(jīng)濟、自然等專題信息，以及與人民生活密切相關的城市、旅游信息等，實現(xiàn)在線或非在線發(fā)現(xiàn)與獲取，并對這些信息進行整理、組織和集成，對其進行綜合分析與利用，以各種形式進行表達，形成一系列內(nèi)容

13、不斷增加和更新的專題地圖，建立在線地圖制圖集成系統(tǒng)，為廣大用戶提供一個基于因特網(wǎng)信息的地圖界面和以地圖為形式的分析與表達工具，為政府管理決策、科學研究和教學提供參考資料，也為科學普及和公眾生活提供有益的信息源。 http:/ 地理信息系統(tǒng)的組成地理信息系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲信息輸入信息輸入系統(tǒng)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)支持系統(tǒng)支持地理分析地理分析硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)地理數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)輸入設備輸入設備存儲設備存儲設備輸出設備輸出設備計算機系統(tǒng)軟件計算機系統(tǒng)軟件gis軟件軟件應用分析程序應用分析程序地地理理數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫系統(tǒng)開系統(tǒng)開發(fā)、管理和使發(fā)、管理和使用人員用人員一、一、gi

14、sgis的硬件系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)二、二、gisgis的軟件系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入和校驗數(shù)據(jù)輸入和校驗數(shù)據(jù)存儲和管理數(shù)據(jù)存儲和管理數(shù)據(jù)變換分析數(shù)據(jù)變換分析數(shù)據(jù)顯示和輸出數(shù)據(jù)顯示和輸出用戶接口模塊用戶接口模塊gis軟件軟件應用分析軟件應用分析軟件計算機系統(tǒng)軟件計算機系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)匯編程序匯編程序編譯程序編譯程序服務程序服務程序三、地理數(shù)據(jù)三、地理數(shù)據(jù)地理數(shù)據(jù)分類幾何數(shù)據(jù)幾何數(shù)據(jù)關系數(shù)據(jù)關系數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)度量關系延伸關系拓撲關系幾何坐標定性定量四、用四、用 戶戶系統(tǒng)組織、管理、維護和數(shù)據(jù)更新、應用程序開發(fā)、信息提取、地理決策一、研究內(nèi)容一、研究內(nèi)容gis基本理論基本理論技術系統(tǒng)技術系統(tǒng)應

15、用方法應用方法第五節(jié)第五節(jié) 地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容 概念、定義、內(nèi)涵構(gòu)成、特點、功能和任務理論體系發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢一、研究內(nèi)容一、研究內(nèi)容gis基本理論基本理論技術系統(tǒng)技術系統(tǒng)應用方法應用方法第五節(jié)第五節(jié) 地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容 硬件配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與表示輸入輸出系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)管理用戶界面gis工具軟件研制一、研究內(nèi)容一、研究內(nèi)容gis基本理論基本理論技術系統(tǒng)技術系統(tǒng)應用方法應用方法第五節(jié)第五節(jié) 地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容 應用系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)采集與校驗專題分析模型3s結(jié)合地學專家系統(tǒng)考古學考古學人文地理學人文地理學公共管理公共管理社會學社

16、會學流行病學流行病學健康護理規(guī)劃健康護理規(guī)劃森林學森林學土壤科學土壤科學地貌學地貌學環(huán)境科學環(huán)境科學地質(zhì)學地質(zhì)學生態(tài)學生態(tài)學水文學水文學氣象學氣象學公共信息查詢公共信息查詢礦產(chǎn)開發(fā)礦產(chǎn)開發(fā)設施維護設施維護產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)/商業(yè)商業(yè)市場市場旅游業(yè)旅游業(yè)資產(chǎn)管理資產(chǎn)管理計算機科學計算機科學制圖學制圖學可視化可視化符號學符號學測量測量遙感遙感照相測量法照相測量法數(shù)學數(shù)學數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫計算機計算機圖形學圖形學統(tǒng)計學統(tǒng)計學地理地理 統(tǒng)計學統(tǒng)計學人工人工智能智能認知科學認知科學社會經(jīng)濟測量地形測量環(huán)境測量二二 相關學科樹相關學科樹與其他信息系統(tǒng)的的區(qū)別與聯(lián)系ugis與機助制圖系統(tǒng)與機助制圖系統(tǒng)前者可以包括后者所有功

17、能，此外還應具有豐富的空間分析功能ugis與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)gis除了需要功能強大的空間數(shù)據(jù)的管理功能之外，還需具有圖像數(shù)據(jù)的采集、空間數(shù)據(jù)的可視化和空間分析等功能ugis與與cad二者都有坐標參考系統(tǒng)，都能描述和處理圖形數(shù)據(jù)及其空間關系，也都能處理非圖形屬性數(shù)據(jù)。cad處理的多為規(guī)則幾何圖形及其組合，圖形功能極強，屬性功能較弱，且一般僅在單幅圖上操作，海量數(shù)據(jù)的圖庫管理能力比gis弱。gis處理的多為地理空間的自然目標和人為目標，圖形關系復雜，需要豐富的符號庫和屬性庫，gis需要有較強的空間分析功能，圖形和屬性的相互操作頻繁，且多具有專業(yè)化的特征。ugis與遙感圖像處理系統(tǒng)與遙

18、感圖像處理系統(tǒng)遙感圖像處理系統(tǒng)的制圖功能較強，缺乏實體的空間關系描述、空間分析等功能。1.起步階段（60年代），注重空間數(shù)據(jù)的地學處理。 1963年，加拿大測量學家r. t. tomlinson首先提出gis 這一術語，建立加拿大地理信息系統(tǒng)（cgis）； 1969年，esri （環(huán)境系統(tǒng)研究所）建立； 1969年， integraph公司建立。 2.發(fā)展階段（70年代），注重空間地理信息的管理，受到 政府部門、商業(yè)公司和大學的普遍重視。 1978年，erdas成立。一、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展概況一、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展概況第六節(jié)第六節(jié) gis發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢3.推廣應用階段（80年代），注重空間決策支持分析。 1981年，esri arc/info gis發(fā)布； 1985年，gps成為可運行系統(tǒng)； 1986年，mapinfo建立； 1986年，spot衛(wèi)星首次發(fā)射； 1987年，地理信息系統(tǒng)的國際雜志出版； 1988年，美國人口調(diào)查局第一次公開發(fā)布tiger； 1988年，gis world 首次發(fā)行； 1989年，ingegraph 發(fā)布mge； 4.用戶時代（90年代后）, 注重gis社會應用與服務