《GIS原理與應用》課件

《GIS原理與應用》GIS概述地理信息系統(tǒng)GIS是地理信息系統(tǒng)(GeographicInformationSystem)的縮寫，是用于捕獲、存儲、管理、分析和可視化地理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)?？臻g數(shù)據(jù)GIS處理與地球表面位置和特征相關的數(shù)據(jù)，包括地圖、衛(wèi)星圖像、人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。應用廣泛GIS在許多領域都有應用，例如城市規(guī)劃、自然資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通管理等。GIS發(fā)展歷程早期GIS的起源可以追溯到20世紀50年代，當時加拿大的加拿大地質(zhì)調(diào)查局（GSC）開發(fā)了加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）用于管理和分析地質(zhì)數(shù)據(jù)。1960年代美國國防部（DoD）開發(fā)了第一個地理信息系統(tǒng)（GIS）——ARC/INFO，用于軍事目的。1970年代GIS開始應用于城市規(guī)劃、自然資源管理和環(huán)境保護等領域。1980年代GIS技術快速發(fā)展，出現(xiàn)了許多商業(yè)軟件產(chǎn)品，并開始普及應用。1990年代至今GIS技術與互聯(lián)網(wǎng)、移動設備和云計算等技術相結(jié)合，進入快速發(fā)展和應用的新階段。GIS的定義地理信息系統(tǒng)GIS是一種用于捕獲、存儲、管理、分析和可視化地理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)?？臻g數(shù)據(jù)它涉及與地球表面位置相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，包括位置、屬性和關系?？臻g分析GIS能夠執(zhí)行各種空間分析任務，例如緩沖、疊加和網(wǎng)絡分析。GIS的特點空間數(shù)據(jù)集成GIS可以集成來自不同來源的地理數(shù)據(jù)，例如地圖、遙感圖像和數(shù)據(jù)庫，以創(chuàng)建統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)?？臻g分析能力GIS提供強大的空間分析工具，可以對地理數(shù)據(jù)進行各種分析，例如緩沖區(qū)分析、疊加分析和網(wǎng)絡分析?？梢暬偷貓D制作GIS可以將地理數(shù)據(jù)可視化成各種地圖和圖表，方便用戶理解和分析數(shù)據(jù)。GIS的基本構(gòu)成硬件系統(tǒng)包括計算機、掃描儀、打印機等硬件設備。軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、處理、分析、管理和顯示等軟件。數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括地理數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，是GIS的核心。用戶系統(tǒng)包括GIS的使用者，負責制定任務、分析結(jié)果等。GIS數(shù)據(jù)基本概念空間數(shù)據(jù)描述地球表面特征的位置、形狀、大小和屬性的數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)描述空間特征的非空間屬性，例如名稱、類型、數(shù)量和時間。元數(shù)據(jù)描述數(shù)據(jù)本身的信息，例如數(shù)據(jù)來源、格式、精度和時間戳。GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)模型用點、線、面來表示地理實體柵格數(shù)據(jù)模型用網(wǎng)格狀的單元格來表示地理實體柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型是將地理空間劃分為規(guī)則的網(wǎng)格單元，每個單元格代表一個空間位置，并存儲該位置上的屬性值。每個柵格單元格通常表示一個連續(xù)的地理現(xiàn)象，例如海拔、溫度或降雨量。柵格數(shù)據(jù)模型適用于存儲和分析連續(xù)的地理空間數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型將地理空間要素表示為點、線和多邊形。它利用坐標來定義要素的幾何形狀，并使用屬性表來存儲要素的非空間屬性。這種模型的特點在于能夠精確地描述地理要素的形狀和位置，并易于進行拓撲分析。它常用于表示道路、河流、邊界等線狀或面狀要素。地理數(shù)據(jù)采集1數(shù)字化將現(xiàn)實世界的地圖、圖像、文本等信息轉(zhuǎn)化為計算機可識別的數(shù)字形式。它包括掃描、矢量化、圖像處理等步驟，以創(chuàng)建可用于GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。2GPS全球定位系統(tǒng)，通過衛(wèi)星接收信號確定地球上任何位置的經(jīng)緯度坐標，廣泛應用于導航、地圖繪制和地理數(shù)據(jù)采集。3遙感利用傳感器收集地面目標的電磁輻射信息，通過圖像處理和分析，獲取地表覆蓋、地形、植被等地理數(shù)據(jù)。數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將模擬地圖或其他地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，以便計算機可以處理和分析。掃描和矢量化使用掃描儀將紙質(zhì)地圖轉(zhuǎn)換為柵格圖像，然后使用軟件將柵格圖像轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。地理編碼將地址或其他文本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理坐標，以便在地圖上定位。GPS1全球定位系統(tǒng)GPS是由美國國防部開發(fā)的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。2定位原理通過接收來自多個GPS衛(wèi)星的信號，計算出接收器的位置。3應用場景廣泛應用于導航、測繪、交通、農(nóng)業(yè)等領域。遙感衛(wèi)星遙感利用人造衛(wèi)星搭載傳感器獲取地球表面信息。航空遙感使用飛機或無人機搭載傳感器進行數(shù)據(jù)采集。無人機遙感利用小型無人機獲取高分辨率圖像和數(shù)據(jù)。地理數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)組織管理合理的組織和管理數(shù)據(jù)，便于高效訪問和分析。數(shù)據(jù)存儲和訪問選擇合適的存儲方式，確保數(shù)據(jù)安全可靠。地理數(shù)據(jù)庫地理數(shù)據(jù)庫為空間數(shù)據(jù)管理提供強大的工具和技術。數(shù)據(jù)組織管理數(shù)據(jù)模型將現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)抽象成計算機可理解的形式，例如矢量模型和柵格模型。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用于管理和存儲地理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)組織、查詢、更新和備份功能。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義數(shù)據(jù)的組織方式，例如層次結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)或關系結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)存儲和訪問數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)DBMS用于管理和組織地理數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)存儲、檢索、更新和刪除等功能。數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型定義了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關系和操作，例如柵格和矢量模型。數(shù)據(jù)壓縮為了減少存儲空間和提高數(shù)據(jù)傳輸效率，使用各種壓縮技術。數(shù)據(jù)訪問方法多種訪問方法可用于檢索和更新數(shù)據(jù)，例如索引、空間查詢和地理處理。地理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理地理數(shù)據(jù)庫負責管理地理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、檢索、更新和共享?？臻g數(shù)據(jù)地理數(shù)據(jù)庫可以存儲和管理各種空間數(shù)據(jù)，例如點、線、面和柵格數(shù)據(jù)。查詢分析地理數(shù)據(jù)庫支持空間查詢和分析功能，例如空間關系分析、緩沖區(qū)分析和疊加分析。地理數(shù)據(jù)分析空間分析分析地理要素的空間分布、空間關系和空間模式。網(wǎng)絡分析分析網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和路徑優(yōu)化，例如交通路線規(guī)劃和物流配送。表面分析分析地形、地貌和地質(zhì)數(shù)據(jù)，例如坡度分析、流域分析等?？臻g分析空間關系分析識別和量化地理要素之間的空間關系，例如距離、方向和鄰近度?？臻g模式分析檢測和分析空間數(shù)據(jù)中的模式和趨勢，例如聚類、離散和空間自相關?？臻g預測分析根據(jù)已知數(shù)據(jù)推斷未知區(qū)域或未來時間點的空間現(xiàn)象，例如土地利用變化預測或污染擴散模擬。網(wǎng)絡分析交通網(wǎng)絡優(yōu)化分析交通流量和道路網(wǎng)絡，優(yōu)化交通路線，提高交通效率。資源分配分析資源供應和需求，優(yōu)化資源分配方案，提高資源利用率。服務區(qū)域分析分析服務范圍，識別服務空白區(qū)域，優(yōu)化服務網(wǎng)絡。表面分析地形分析坡度、坡向、海拔等地形屬性分析，用于地貌研究、災害預測等。地表覆蓋分析土地利用、植被類型、水體分布等地表覆蓋特征分析，用于資源管理、環(huán)境監(jiān)測等。景觀分析視覺景觀、生態(tài)景觀等分析，用于景觀設計、旅游規(guī)劃等。地圖制作1地圖元素點、線、面、符號2制圖方法比例尺、投影、地圖投影3地圖類型地形圖、地質(zhì)圖、社會經(jīng)濟圖地圖元素地理位置經(jīng)緯度、地址、地名等。點狀要素學校、醫(yī)院、商店等。線狀要素道路、河流、管道等。面狀要素湖泊、森林、城市等。制圖方法地圖投影將地球表面曲面上的地理信息轉(zhuǎn)換到平面地圖上的方法，以確保地圖的準確性和比例關系。地圖符號化使用不同的符號和顏色來表示地圖上的不同地理要素，例如道路、河流、城市等。地圖布局合理安排地圖元素，例如標題、圖例、比例尺等，以使地圖清晰易懂。地圖設計選擇合適的顏色、字體、圖形等，以使地圖更具視覺吸引力和信息量。等高線制圖1海拔高度等高線連接地表上具有相同海拔高度的點2等高線間距相鄰等高線之間的海拔高度差3地形特征等高線形狀反映地形起伏變化三維地圖制作數(shù)據(jù)準備需要收集和處理各種地理數(shù)據(jù)，如地形、建筑物、道路等。模型構(gòu)建根據(jù)數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，例如建筑模型、地形模型等。紋理貼圖為模型添加紋理，使地圖更加逼真和美觀。渲染和輸出使用渲染軟件生成三維地圖，并輸出為各種格式。GIS應用領域城市規(guī)劃與管理GIS幫助城市規(guī)劃者制定可持續(xù)的城市發(fā)展策略，優(yōu)化交通網(wǎng)絡，管理基礎設施和公共服務。自然資源管理GIS用于追蹤土地利用變化，評估自然資源狀況，制定保護策略和可持續(xù)管理計劃。城市規(guī)劃與管理城市空間布局優(yōu)化城市功能分區(qū)，合理規(guī)劃道路網(wǎng)絡，改善交通擁堵?；A設施建設規(guī)劃水、電、氣、通信等基礎設施，保障城市運營。環(huán)境保護與治理控制污染排放，保護生態(tài)環(huán)境，提升城市宜居性。公共服務體系完善教育、醫(yī)療、文化、體育等公共服務設施，提升城市居民生活水平。自然資源管理森林資源管理森林資源管理是指對森林資源進行合理開發(fā)、利用和保護，實現(xiàn)森林資源的可持續(xù)發(fā)展。水資源管理水資源管理是指對水資源進行合理開發(fā)、利用和保護，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。土地資源管理土地資源管理是指對土地資源進行合理開發(fā)、利用和保護，實現(xiàn)土地資源的永續(xù)利用。環(huán)境監(jiān)測與評價空氣質(zhì)量監(jiān)測水質(zhì)監(jiān)測土壤監(jiān)測交通管理交通流量分析GIS可以用來分析道路交通流量，識別擁堵區(qū)域，并優(yōu)化交通信號控制系統(tǒng)。公共交通規(guī)劃GIS可以幫助規(guī)