第一章地理信息系統(tǒng)概論

地理信息系統(tǒng)蔣霖

廣西建設職業(yè)技術學院測繪教研室地理信息系統(tǒng)蔣霖廣西建設職業(yè)技術學院工程測量教學團隊

第

一

章

地

理

信

息

系

統(tǒng)

導

論空間數(shù)據(jù)輸入與轉換空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖形與屬性數(shù)據(jù)編輯制圖與輸出空間查詢與分析GIS第一章地理信息系統(tǒng)導論學習目標：

·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

·了解目前GIS的軟件概況

.重點：GIS的基本概念、組成及功用第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的基本概念信息和數(shù)據(jù)地理信息地理信息的特征信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的特征數(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。信息是用文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等介質來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內容、數(shù)量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關于現(xiàn)實世界新的事實和知識，作為生產(chǎn)、建設、經(jīng)營、管理、分析和決策的依據(jù)。其特點是：(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。地理信息：表征地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質量、分布特征、相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。地理信息的特點:

空間分布性；具有多維結構的特征；時序特征十分明顯；具有豐富的信息。地理信息系統(tǒng)（GIS,Geographic

InformationSystem）是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對現(xiàn)實世界（資源與環(huán)境）的研究和變遷的各類空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特性的屬性進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)。是集計算機科學、地理學、測繪遙感學、環(huán)境科學、城市科學、空間科學、信息科學和管理科學為一體的新興邊緣學科。地理信息系統(tǒng)的建立，首先是收集數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行處理，即對數(shù)據(jù)進行運算、排序、轉換、分類、增強等，其目的就是為了得到數(shù)據(jù)中包含的信息。對同一數(shù)據(jù)每個人的解釋可能不同，因而獲得信息量的多少與人的知識水平和經(jīng)驗有關。信息與數(shù)據(jù)是不可分離的，即信息是數(shù)據(jù)的內涵，而數(shù)據(jù)是信息的表達。也就是說數(shù)據(jù)是信息的載體。GIS與相關學科與技術的關系二、GIS學科樹數(shù)學運算研究統(tǒng)計學地理統(tǒng)計學認知科學計算機科學測量遙感攝影測量學制圖學可視化符號學信息存儲數(shù)據(jù)庫模式識別計算幾何計算機圖形學人工智能旅游業(yè)航運市場資產(chǎn)管理產(chǎn)業(yè)/商業(yè)礦產(chǎn)開發(fā)設施維護公共信息查詢公共管理考古學人文地理學社會科學健康護理規(guī)劃流行病學環(huán)境科學地貌學土壤科學森林學地質學生態(tài)學水文學氣象學地形測量環(huán)境測量社會、經(jīng)濟測量返回地理信息系統(tǒng)的特點1.公共的地理定位基礎；2.具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力3.系統(tǒng)以分析模型驅動，具有極強的空間綜合分析和動態(tài)預測能力，并能產(chǎn)生高層次的地理信息；4.以地理研究和地理決策為目的，是一個人機交互式的空間決策支持系統(tǒng)。第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的構成

系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)硬件空間數(shù)據(jù)GIS用戶

計算機硬件系統(tǒng)

輸入設備專用設備常規(guī)設備GPS全數(shù)字攝影測量工作站解析和數(shù)字攝影測量儀器遙感與遙感圖象處理系統(tǒng)全站儀掃描儀數(shù)字化儀鍵盤、鼠標處理設備工作站服務器硬盤陣列存儲設備活動硬盤光盤機磁帶機輸出設備繪圖儀終端打印機計算機軟件系統(tǒng)

操作系統(tǒng)（系統(tǒng)調用、設備運行、網(wǎng)絡等）系統(tǒng)庫（編程語言、數(shù)學庫等）標準軟件（圖形、數(shù)據(jù)庫等）GIS基本功能軟件GIS應用軟件用戶界面GIS軟件基礎軟件系統(tǒng)軟件GIS地理空間數(shù)據(jù)

柵格結構矢量結構定位拓撲關系屬性系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員

GIS咨詢管理信息管理數(shù)據(jù)整理第三節(jié)地理信息系統(tǒng)類型地理信息系統(tǒng)按其功能分為三大類：專題地理信息系統(tǒng)（SubjectGIS）：是具有有限目標和專業(yè)特點的地理信息系統(tǒng)。為特定的專門的目的服務，如水資源管理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)作物估產(chǎn)信息系統(tǒng)、草場資源管理信息系統(tǒng)、水土流失信息系統(tǒng)、環(huán)境管理信息系統(tǒng)等。區(qū)域地理信息系統(tǒng)（RegionalGIS）：主要以區(qū)域綜合研究和全面信息服務為目標。如國家級、地區(qū)級、市級或縣級等。地理信息系統(tǒng)工具(GIS—Tools）：它是一組具有圖形圖像數(shù)字化、存儲管理、查詢檢索、分析運算和多種輸出等地理信息系統(tǒng)基本功能的軟件包。第三節(jié)地理信息系統(tǒng)類型地理信息系統(tǒng)按內容分為：1.城市信息系統(tǒng)2.自然資源查詢信息系統(tǒng)3.規(guī)劃與評估信息系統(tǒng)4.土地管理信息系統(tǒng)等第四節(jié)GIS的基本功能和用途數(shù)據(jù)輸入、存貯和編輯操作運算數(shù)據(jù)查詢和檢索應用分析圖形顯示和結果輸出數(shù)據(jù)更新GIS基本功能的實現(xiàn)過程

文件圖表數(shù)據(jù)獲取原始數(shù)據(jù)存儲檢索空間查詢空間分析數(shù)據(jù)編輯投影變換數(shù)據(jù)輸出制圖、表格交互展示結構化數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)庫地理信息系統(tǒng)的應用地理信息系統(tǒng)的應用就是人們應用GIS對地球表層人文經(jīng)濟和自然資源及環(huán)境等多種信息進行管理和分析，以掌握城鄉(xiāng)和區(qū)域的自然環(huán)境和經(jīng)濟地理要素的空間分布、空間結構、空間聯(lián)系和空間過程的演變規(guī)律，使它成為國家宏觀決策和區(qū)域多目標開發(fā)的依據(jù)，從而為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展服務。具體應用：測繪與地圖制圖、資源調查與管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災害監(jiān)測、環(huán)境保護、國防、宏觀決策支持

城市土地利用信息系統(tǒng)電信資源管理公安警用地理信息系統(tǒng)

屬性查詢查詢專題圖作戰(zhàn)指揮地圖切換醫(yī)療機構信息查詢第五節(jié)GIS的發(fā)展概況1956年，奧地利測繪部門首先利用電子計算機建立了地籍數(shù)據(jù)庫，隨后各國的土地測繪和管理部門都逐步發(fā)展土地信息系統(tǒng)（LIS）用于地籍管理。1963年，加拿大測量學家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息這一術語，并于1971年建立了世界上第一個GIS——加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS），用于自然資源的管理和規(guī)劃。稍后，美國哈佛大學研究出SYMAP系統(tǒng)軟件。由于當時計算機水平的限制，使得GIS帶有更多的機助制圖色彩，地學分析功能極為簡單。與此同時，國外許多與GIS有關的組織和機構紛紛建立，例如，美國1966年成立了城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會（URISA），1969年又建立起州信息系統(tǒng)全國協(xié)會（NASIS）；國際地理聯(lián)合會（IGU）于1968年設立了地理數(shù)據(jù)收集和處理委員會（CGDSP）。這些組織和機構的建立為傳播GIS知識，發(fā)展GIS技術起了重要的推動作用。地理信息系統(tǒng)的發(fā)展的四個階段

20世紀60年代起源于北美：加拿大國家土地調查局為了處理大量的土地調查資料，于60年代開始建立地理信息系統(tǒng)（CGIS），于70年代初投入產(chǎn)品生產(chǎn)；同一時期的美國哈佛大學的計算機圖形與空間分析實驗室，建立通用的制圖軟件包，竭力發(fā)展空間分析模型和軟件。20世紀70年代是GIS發(fā)展的鞏固階段：美國、加拿大、英國、西德、瑞典和日本等國對地理信息系統(tǒng)的研究均投入了大量的人力、物力、財力，研究不同專題、不同規(guī)模、不同類型的各具特色的地理信息系統(tǒng)。20世紀80年代為地理信息系統(tǒng)的大發(fā)展階段：計算機的迅速發(fā)展和普及，地理信息系統(tǒng)也逐步走向成熟，并在全世界范圍內全面地推向應用階段。20世紀90年代至今為地理信息系統(tǒng)的應用普及時代：由于計算機的軟硬件均得到飛速的發(fā)展，網(wǎng)絡已進入千家萬戶，地理信息系統(tǒng)已成為許多機構必備的工作系統(tǒng)，尤其是政府決策部門在一定程度上由于受地理信息系統(tǒng)影響而改變了現(xiàn)有機構的運行方式、設置與工作計劃等。從美國的“國家信息基礎設施：行動計劃（NationalInformationInfrastructure,簡稱NII）”建設到數(shù)字地球的提出，由“數(shù)字地球”細化到“數(shù)字中國”、“數(shù)字省區(qū)”、“數(shù)字城市”、“數(shù)字小區(qū)”直到“企業(yè)信息化”、“電子商務”、“數(shù)字通訊”、“虛擬現(xiàn)實”等眾多的信息化領域的工作已全面鋪開。

GIS在我國的發(fā)展

準備階段：1978年到1980年，進行輿論準備，正式提出倡議，開始組建隊伍、組織個別實驗研究。起步階段：1981年到1985年，理論探索和區(qū)域性實驗研究。并在此基礎上制定國家地理信息系統(tǒng)規(guī)范。初步發(fā)展階段：1986年到90年代。地理信息系統(tǒng)的研究被列入我國“七五”攻關課題，并且作為一個全國性的研究領域，已逐步和國民經(jīng)濟建設相結合，并取得了重要進展和實際應用效益?？焖侔l(fā)展階段：90年代末到現(xiàn)在。理論日趨成熟，應用日益廣泛，三維GIS、WEBGIS走向應用，GIS市場開始形成。地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(1)GIS與遙感和全球定位系統(tǒng)進一步結合，構成地理學日趨完善的技術體系；(2)

空間數(shù)據(jù)結構與數(shù)據(jù)管理的研究更加深入；(3)

GIS應用模型開發(fā)日趨加強；(4)

GIS智能化；(5)

GIS網(wǎng)絡化；(6)

三維GIS的研究不斷深入；(7)

宏觀與微觀應用進一步加強，并形成新的產(chǎn)業(yè)。GIS軟件簡介任何組織或個人要管理，應用和集成地理信息，必須要用到GIS軟件，這也促進GIS軟件的發(fā)展。GIS軟件在其發(fā)展和演變的過程中，在思想上走過了一條以制圖為中心到以信息為中心的道路，在形態(tài)上走過了從GIS模塊到GIS組件的歷程。發(fā)展至今，GIS已經(jīng)成為一項和大