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(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院測(cè)繪教研室地理信息系統(tǒng)蔣霖廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程測(cè)量教學(xué)團(tuán)隊(duì)

第

一

章

地

理

信

息

系

統(tǒng)

導(dǎo)

論空間數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)庫(kù)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(xún)與分析GIS第一章地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論學(xué)習(xí)目標(biāo)：

·理解GIS的相關(guān)概念，說(shuō)明GIS和相關(guān)學(xué)科的關(guān)系

·掌握GIS的特點(diǎn)、類(lèi)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(diǎn)：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(guān)系等的抽象表示，隨載荷它的物理設(shè)備的形式而改變。信息是用文字、數(shù)字、符號(hào)、語(yǔ)言、圖像等介質(zhì)來(lái)表示事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)和知識(shí)，作為生產(chǎn)、建設(shè)、經(jīng)營(yíng)、管理、分析和決策的依據(jù)。其特點(diǎn)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(zhì)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(chēng)。地理信息的特點(diǎn):

空間分布性；具有多維結(jié)構(gòu)的特征；時(shí)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(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界（資源與環(huán)境）的研究和變遷的各類(lèi)空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特性的屬性進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測(cè)繪遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)為一體的新興邊緣學(xué)科。地理信息系統(tǒng)的建立，首先是收集數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、排序、轉(zhuǎn)換、分類(lèi)、增強(qiáng)等，其目的就是為了得到數(shù)據(jù)中包含的信息。對(duì)同一數(shù)據(jù)每個(gè)人的解釋可能不同，因而獲得信息量的多少與人的知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。信息與數(shù)據(jù)是不可分離的，即信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，而數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)。也就是說(shuō)數(shù)據(jù)是信息的載體。GIS與相關(guān)學(xué)科與技術(shù)的關(guān)系二、GIS學(xué)科樹(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算研究統(tǒng)計(jì)學(xué)地理統(tǒng)計(jì)學(xué)認(rèn)知科學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)測(cè)量遙感攝影測(cè)量學(xué)制圖學(xué)可視化符號(hào)學(xué)信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模式識(shí)別計(jì)算幾何計(jì)算機(jī)圖形學(xué)人工智能旅游業(yè)航運(yùn)市場(chǎng)資產(chǎn)管理產(chǎn)業(yè)/商業(yè)礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)設(shè)施維護(hù)公共信息查詢(xún)公共管理考古學(xué)人文地理學(xué)社會(huì)科學(xué)健康護(hù)理規(guī)劃流行病學(xué)環(huán)境科學(xué)地貌學(xué)土壤科學(xué)森林學(xué)地質(zhì)學(xué)生態(tài)學(xué)水文學(xué)氣象學(xué)地形測(cè)量環(huán)境測(cè)量社會(huì)、經(jīng)濟(jì)測(cè)量返回地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)1.公共的地理定位基礎(chǔ)；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(qū)動(dòng)，具有極強(qiáng)的空間綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)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(gè)人機(jī)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(gòu)成

系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)硬件空間數(shù)據(jù)GIS用戶(hù)

計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

輸入設(shè)備專(zhuān)用設(shè)備常規(guī)設(shè)備GPS全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站解析和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量?jī)x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(pán)、鼠標(biāo)處理設(shè)備工作站服務(wù)器硬盤(pán)陣列存儲(chǔ)設(shè)備活動(dòng)硬盤(pán)光盤(pán)機(jī)磁帶機(jī)輸出設(shè)備繪圖儀終端打印機(jī)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

操作系統(tǒng)（系統(tǒng)調(diào)用、設(shè)備運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)等）系統(tǒng)庫(kù)（編程語(yǔ)言、數(shù)學(xué)庫(kù)等）標(biāo)準(zhǔn)軟件（圖形、數(shù)據(jù)庫(kù)等）GIS基本功能軟件GIS應(yīng)用軟件用戶(hù)界面GIS軟件基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)軟件GIS地理空間數(shù)據(jù)

柵格結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)定位拓?fù)潢P(guān)系屬性系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、管理和使用人員

GIS咨詢(xún)管理信息管理數(shù)據(jù)整理第三節(jié)地理信息系統(tǒng)類(lèi)型地理信息系統(tǒng)按其功能分為三大類(lèi)：專(zhuān)題地理信息系統(tǒng)（SubjectGIS）：是具有有限目標(biāo)和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的地理信息系統(tǒng)。為特定的專(zhuān)門(mén)的目的服務(wù)，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(chǎng)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(wù)為目標(biāo)。如國(guó)家級(jí)、地區(qū)級(jí)、市級(jí)或縣級(jí)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(chǔ)管理、查詢(xún)檢索、分析運(yùn)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(lèi)型地理信息系統(tǒng)按內(nèi)容分為：1.城市信息系統(tǒng)2.自然資源查詢(xún)信息系統(tǒng)3.規(guī)劃與評(píng)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(yùn)算數(shù)據(jù)查詢(xún)和檢索應(yīng)用分析圖形顯示和結(jié)果輸出數(shù)據(jù)更新GIS基本功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

文件圖表數(shù)據(jù)獲取原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)檢索空間查詢(xún)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(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用就是人們應(yīng)用GIS對(duì)地球表層人文經(jīng)濟(jì)和自然資源及環(huán)境等多種信息進(jìn)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(jì)地理要素的空間分布、空間結(jié)構(gòu)、空間聯(lián)系和空間過(guò)程的演變規(guī)律，使它成為國(guó)家宏觀決策和區(qū)域多目標(biāo)開(kāi)發(fā)的依據(jù)，從而為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。具體應(yīng)用：測(cè)繪與地圖制圖、資源調(diào)查與管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、國(guó)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(xún)查詢(xún)專(zhuān)題圖作戰(zhàn)指揮地圖切換醫(yī)療機(jī)構(gòu)信息查詢(xún)第五節(jié)GIS的發(fā)展概況1956年，奧地利測(cè)繪部門(mén)首先利用電子計(jì)算機(jī)建立了地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)，隨后各國(guó)的土地測(cè)繪和管理部門(mén)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(cè)量學(xué)家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息這一術(shù)語(yǔ)，并于1971年建立了世界上第一個(gè)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(guó)哈佛大學(xué)研究出SYMAP系統(tǒng)軟件。由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)水平的限制，使得GIS帶有更多的機(jī)助制圖色彩，地學(xué)分析功能極為簡(jiǎn)單。與此同時(shí)，國(guó)外許多與GIS有關(guān)的組織和機(jī)構(gòu)紛紛建立，例如，美國(guó)1966年成立了城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會(huì)（URISA），1969年又建立起州信息系統(tǒng)全國(guó)協(xié)會(huì)（NASIS）；國(guó)際地理聯(lián)合會(huì)（IGU）于1968年設(shè)立了地理數(shù)據(jù)收集和處理委員會(huì)（CGDSP）。這些組織和機(jī)構(gòu)的建立為傳播GIS知識(shí)，發(fā)展GIS技術(shù)起了重要的推動(dòng)作用。地理信息系統(tǒng)的發(fā)展的四個(gè)階段

20世紀(jì)60年代起源于北美：加拿大國(guó)家土地調(diào)查局為了處理大量的土地調(diào)查資料，于60年代開(kāi)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(shí)期的美國(guó)哈佛大學(xué)的計(jì)算機(jī)圖形與空間分析實(shí)驗(yàn)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(jì)70年代是GIS發(fā)展的鞏固階段：美國(guó)、加拿大、英國(guó)、西德、瑞典和日本等國(guó)對(duì)地理信息系統(tǒng)的研究均投入了大量的人力、物力、財(cái)力，研究不同專(zhuān)題、不同規(guī)模、不同類(lèi)型的各具特色的地理信息系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代為地理信息系統(tǒng)的大發(fā)展階段：計(jì)算機(jī)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(nèi)全面地推向應(yīng)用階段。20世紀(jì)90年代至今為地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用普及時(shí)代：由于計(jì)算機(jī)的軟硬件均得到飛速的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，地理信息系統(tǒng)已成為許多機(jī)構(gòu)必備的工作系統(tǒng)，尤其是政府決策部門(mén)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(jī)構(gòu)的運(yùn)行方式、設(shè)置與工作計(jì)劃等。從美國(guó)的“國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施：行動(dòng)計(jì)劃（NationalInformationInfrastructure,簡(jiǎn)稱(chēng)NII）”建設(shè)到數(shù)字地球的提出，由“數(shù)字地球”細(xì)化到“數(shù)字中國(guó)”、“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(wù)”、“數(shù)字通訊”、“虛擬現(xiàn)實(shí)”等眾多的信息化領(lǐng)域的工作已全面鋪開(kāi)。

GIS在我國(guó)的發(fā)展

準(zhǔn)備階段：1978年到1980年，進(jìn)行輿論準(zhǔn)備，正式提出倡議，開(kāi)始組建隊(duì)伍、組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究。起步階段：1981年到1985年，理論探索和區(qū)域性實(shí)驗(yàn)研究。并在此基礎(chǔ)上制定國(guó)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(guó)“七五”攻關(guān)課題，并且作為一個(gè)全國(guó)性的研究領(lǐng)域，已逐步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)相結(jié)合，并取得了重要進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用效益。快速發(fā)展階段：90年代末到現(xiàn)在。理論日趨成熟，應(yīng)用日益廣泛，三維GIS、WEBGIS走向應(yīng)用，GIS市場(chǎng)開(kāi)始形成。地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)(1)GIS與遙感和全球定位系統(tǒng)進(jìn)一步結(jié)合，構(gòu)成地理學(xué)日趨完善的技術(shù)體系；(2)

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)管理的研究更加深入；(3)

GIS應(yīng)用模型開(kāi)發(fā)日趨加強(qiáng)；(4)

GIS智能化；(5)

GIS網(wǎng)絡(luò)化；(6)

三維GIS的研究不斷深入；(7)

宏觀與微觀應(yīng)用進(jìn)一步加強(qiáng)，并形成新的產(chǎn)業(yè)。GIS軟件簡(jiǎn)介任何組織或個(gè)人要管理，應(yīng)用和集成地理信息，必須要用到GIS軟件，這也促進(jìn)GIS軟件的發(fā)展。GIS軟件在其發(fā)展和演變的過(guò)程中，在思想上走過(guò)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(guò)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(xiàng)和大