地理信息系統(tǒng)GIS的基本概念和理論省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

地理信息系統(tǒng)（GIS）概述深圳永泰軟件工程企業(yè)北京分企業(yè)-02-291/47結(jié)構(gòu)組織GIS基本概念GIS基本組成GIS軟件功效GIS相關(guān)學(xué)科GIS與其它系統(tǒng)區(qū)分GIS發(fā)展及趨勢2/47GIS基本概念

3/47信息和地理信息

信息定義：是用文字、數(shù)字、符號、語言、圖象、圖形等介質(zhì)來表示事件、事物或現(xiàn)象等內(nèi)容、數(shù)量和特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新事實(shí)和知識。信息特征：客觀性適用性可傳輸性共享性數(shù)據(jù)定義：是一個未加工原始資料。用文字、數(shù)字、符號、語言、圖象、圖形等都是數(shù)據(jù)。信息與數(shù)據(jù)關(guān)系：數(shù)據(jù)是信息表示載體，信息是數(shù)據(jù)表示內(nèi)容。信息4/47信息和地理信息

地理信息定義： 地理信息是關(guān)于地理實(shí)體、現(xiàn)象或關(guān)系本質(zhì)、特征及其運(yùn)動狀態(tài)、規(guī)律表征和一切有用知識。地理數(shù)據(jù)定義： 各種地理特征、現(xiàn)象和關(guān)系符號化表示。包含空間位置及其關(guān)系、屬性特征和時域特征三部分。稱為空間數(shù)據(jù)基本特征。地理信息特征除了具備信息普通特征外，還有以下特征：空間分布性數(shù)據(jù)量大信息載體多樣性時序性地理信息5/47信息和地理信息

矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)ZipCodeCentroid9410294103地理數(shù)據(jù)類型6/47柵格數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)信息和地理信息

7/47信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

信息系統(tǒng)定義：信息系統(tǒng)是含有采集、管理、分析和表示數(shù)據(jù)能力系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)時代，信息系統(tǒng)都部分或全部由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持，并由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素組成。智能化系統(tǒng)還應(yīng)包含知識。分為事務(wù)處理系統(tǒng)和決議支持系統(tǒng)8/47用戶計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)軟件知識數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)概念模型可由下列圖描述：信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

9/47信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）定義：

是以采集、存放、管理、分析和描述整個或部分地球表面（包含大氣層在內(nèi)）與空間和地理分布相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)空間信息系統(tǒng)。10/47

GIS對于不一樣部門和不一樣應(yīng)用目標(biāo)，其定義也不盡相同。比如，美國學(xué)者Parker認(rèn)為“GIS是一個存貯、分析和顯示空間與非空間數(shù)據(jù)信息技術(shù)”。Goodchild把GIS定義為“采集、存貯、管理、分析和顯示相關(guān)地理現(xiàn)象信息綜合系統(tǒng)”。加拿大RogerTomlinson認(rèn)為“GIS是全方位分析和操作地理數(shù)據(jù)數(shù)字系統(tǒng)?！盉urrough認(rèn)為“GIS是屬于從現(xiàn)實(shí)世界中采集、存放、提取、轉(zhuǎn)換和顯示空間數(shù)據(jù)一組有力工具”。俄羅斯學(xué)者也把GIS定義為“一個處理各種復(fù)雜地理相關(guān)問題，以及含有內(nèi)部聯(lián)絡(luò)工具集合”。對地理信息系統(tǒng)不一樣視點(diǎn)信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

11/47地圖使用者：他們需要從地圖上查找感興趣東西。地圖生產(chǎn)者：編輯各種專題或綜合信息地圖。地圖出版者：需要高質(zhì)量地圖輸出產(chǎn)品。地圖分析員：他們需要依據(jù)位置和空間關(guān)系完成份析任務(wù)。數(shù)據(jù)錄入人員：完成數(shù)據(jù)編輯。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者：需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存放和管理。開發(fā)者：需要實(shí)現(xiàn)GIS軟件功效。與地理信息系統(tǒng)相關(guān)角色（人）信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

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GIS物理外殼是計(jì)算機(jī)化技術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)又由若干個相互關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)組成，如數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)、可視化表示與輸出子系統(tǒng)等。這些子系統(tǒng)組成直接影響著GIS硬件平臺、系統(tǒng)功效和效率、數(shù)據(jù)處理方式和產(chǎn)品輸出類型。地理信息系統(tǒng)特點(diǎn)信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

13/47GIS操作對象是地理實(shí)體或空間數(shù)據(jù)。所謂地理實(shí)體指是在人們生存地球表面附近地理圖層(大氣圖、水圖、巖石圖、生物圖)中可相互區(qū)分事物和現(xiàn)象，即地理空間中事物和現(xiàn)象。在地理信息系統(tǒng)中，所操作只能是實(shí)體數(shù)據(jù)，它們都有描述其質(zhì)量、數(shù)量、時間特征屬性數(shù)據(jù)，也有其非屬性數(shù)據(jù)——空間數(shù)據(jù)，即以點(diǎn)、線、面方式編碼并以(X、Y)坐標(biāo)串儲存管理離散型空間數(shù)據(jù)，或者以一系列柵格單元表示連續(xù)型空間數(shù)據(jù)。地理實(shí)體數(shù)據(jù)最根本特點(diǎn)是每一個數(shù)據(jù)都按統(tǒng)一地理坐標(biāo)進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)對其定位、定性、定量和拓?fù)潢P(guān)系描述，即空間特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為地理數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)特點(diǎn)信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

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GIS技術(shù)優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)綜合、模擬與分析評價能力，能夠得到常規(guī)方法難以得到主要信息。獨(dú)特地理空間分析能力、快速空間定位搜索和復(fù)雜查詢功效、強(qiáng)大圖形創(chuàng)造和可視化表示伎倆，以及地理過程演化模擬和空間決議支持功效等。其中，經(jīng)過地理空間分析能夠產(chǎn)生常規(guī)方法難以取得主要信息，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)支持下地理過程動態(tài)模擬和決議支持，這既是GIS研究關(guān)鍵，也是GIS主要貢獻(xiàn)。地理信息系統(tǒng)特點(diǎn)信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

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GIS與測繪學(xué)和地理學(xué)親密相關(guān)。地理學(xué)是一門研究人—地相互關(guān)系科學(xué)，研究各自然界面生物、物理、化學(xué)過程，以及探求人類活動與資源環(huán)境間相互協(xié)調(diào)規(guī)律，這為GIS提供了相關(guān)空間分析基本觀點(diǎn)與方法，成為GIS基礎(chǔ)理論依靠。測繪學(xué)不但為GIS提供各種不一樣百分比尺和精度定位數(shù)據(jù)，而且其理論和算法可直接用于空間數(shù)據(jù)變換和處理。地理信息系統(tǒng)特點(diǎn)信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

16/47地理信息系統(tǒng)按存放數(shù)據(jù)范圍大小，可劃分為全球、區(qū)域和局部三種。地理信息系統(tǒng)按表示空間維數(shù)，分為2維和3維。通常GIS研究地球表層若干要素分布，屬2~2.5維GIS，充滿整個三維空間建立GIS，才是真三維GIS。普通也將數(shù)字位置模型（2維）和數(shù)字高程模型（1維）結(jié)合稱為2+1維或2.5維GIS。按是否直接存放時間尺度，分為靜態(tài)和動態(tài)。假如考慮時間維度，也稱為時態(tài)GIS或動態(tài)GIS。不然為靜態(tài)。按事件處理內(nèi)容和方式，分為事務(wù)處理或管理GIS和決議支持GIS。地理信息系統(tǒng)分類17/47GIS基本組成

18/47單機(jī)模式硬件組成主要由高檔計(jì)算機(jī)（高檔微機(jī)、工作站或小型機(jī)）、數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備和數(shù)據(jù)存放設(shè)備組成。

計(jì)算機(jī)數(shù)字化儀掃描儀手寫筆光筆輸入設(shè)備繪圖儀打印機(jī)刻錄機(jī)磁盤陣列磁帶機(jī)活動硬盤輸出設(shè)備存放設(shè)備19/47網(wǎng)絡(luò)模式GIS硬件組成（多用戶模式）

網(wǎng)絡(luò)模式GIS主要在單機(jī)模式基礎(chǔ)上增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如服務(wù)器、客戶機(jī)、路由器、交換機(jī)、集線器、傳輸介質(zhì)等。

20/47GIS軟件組成

主要由系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件等）、數(shù)據(jù)庫軟件（如Oracal、Sybase、SQLServer等）、GIS軟件平臺（如Arc/Info、MapInfo等）、應(yīng)用軟件（GIS二次開發(fā)軟件、GIS組件庫等）組成。GIS平臺軟件數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)軟件GIS應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)硬件21/47GIS軟件功效

22/47GIS能夠做什么管理海量數(shù)據(jù)23/47GIS能夠做什么瀏覽查詢24/47GIS能夠做什么專業(yè)性分析25/47GIS能夠做什么路徑分析26/47GIS能夠做什么地圖整飾27/47GIS能夠做什么動態(tài)分段28/47GIS能夠做什么斷面分析29/47GIS能夠做什么格網(wǎng)分析30/47GIS能夠做什么生成數(shù)字地面模型31/47三維地下體分析GIS能夠做什么32/47數(shù)據(jù)存放與管理數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)分析與處理圖形與屬性編輯數(shù)據(jù)輸出與表示用戶接口GIS軟件系統(tǒng)組成33/47各模塊功效（1）數(shù)據(jù)輸入模塊：將系統(tǒng)外部原始數(shù)據(jù)（各種起源、各種形式數(shù)據(jù)）傳輸給系統(tǒng)內(nèi)部，并將這些數(shù)據(jù)從外部格式轉(zhuǎn)換為便于系統(tǒng)處理內(nèi)部格式。主要由手扶跟蹤數(shù)字化矢量跟蹤數(shù)字化、掃描數(shù)字化光柵掃描數(shù)字化、以及鍵盤輸入等方式。34/47各模塊功效（2）圖形與屬性編輯模塊：數(shù)據(jù)輸入完成后，對數(shù)據(jù)分層、分類和編碼、編輯、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、剪裁、接邊、屬性輸入和屬性聯(lián)接等。（3）數(shù)據(jù)存放與管理模塊：主要將地理要素（通常是點(diǎn)、線、面）位置、空間拓?fù)潢P(guān)系和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理。包含對數(shù)據(jù)無縫圖層連接、分區(qū)、建立空間索引、設(shè)置數(shù)據(jù)訪問機(jī)制等。35/47各模塊功效（4）數(shù)據(jù)分析與處理模塊：主要是對數(shù)據(jù)執(zhí)行空間分析運(yùn)算和預(yù)處理運(yùn)算。包含查詢和提取等操作、柵格疊加分析和矢量疊加分析、空間聚類、路徑分析、資源分配、地址匹配等基本空間操作功效。（5）數(shù)據(jù)輸出與表示模塊：主要是數(shù)據(jù)專題制圖輸出、統(tǒng)計(jì)報表輸出、方案選擇、可視化表示等。（6）用戶接口模塊：主要提供用戶界面、程序接口、數(shù)據(jù)接口和開發(fā)環(huán)境等。36/47GIS相關(guān)學(xué)科

37/47地理學(xué)GIS遙感技術(shù)攝影測量學(xué)數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)制圖技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)教授系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫技術(shù)軟件工程38/47GIS與其它系統(tǒng)區(qū)分

39/47（1）與MIS系統(tǒng)區(qū)分

管理信息內(nèi)容不一樣（2）與制圖系統(tǒng)區(qū)分

GIS強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)分析，制圖系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)表示（3）與CAD區(qū)分

信息分類和編碼系統(tǒng)?？臻g關(guān)系重視40/47GIS發(fā)展及趨勢

41/47.起步階段（60年代），重視空間數(shù)據(jù)地學(xué)處理。1963年，加拿大測量學(xué)家R.T.Tomlinson首先提出GIS這一術(shù)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企業(yè)建立；發(fā)展階段（70年代），重視空間地理信息管理，受到政府部門、商業(yè)企業(yè)和大學(xué)普遍重視。GIS發(fā)展概況42/47推廣應(yīng)用階段（80年代），重視空間決議支持分析 1981年，ESRIARC/INFOGIS公布； 1985年，GPS成為可運(yùn)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)國際雜志出版； 1988年，美國人口調(diào)查局第一次公開公布TIGER； 1988年，GISWorld首次發(fā)行； 1989年，Ingegraph公布MGE；GIS發(fā)展概況43/47用戶時代（90年代后），重視GIS社會應(yīng)用與服務(wù)，GIS技術(shù)迅猛發(fā)展控件式GIS成為GISTools發(fā)展方向；WebGIS蓬勃發(fā)展；三維GIS嶄露頭角；國外主流GIS軟件ARC/INFO（ArcView、ArcObject、ArcIMS）GENAMAPMGE（ModularGISEnvironment）（GeoMedia）MapInfo（MapinfoProserver、MapX、MapXtreme、SpatialWare）ERDASGIS發(fā)展概況44/47