地理信息系統(tǒng)概論

1、地理信息系統(tǒng)概論,課程特點(diǎn)： GIS是一門典型的交叉性學(xué)科 因此，學(xué)生要學(xué)好GIS，首先必須要做好“GIS” (Gentlemanlike, Intelligence, Smile。即博大(共建共享)、智能(開發(fā)創(chuàng)新)、微笑(微笑服務(wù)) )。 GIS是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科 因此，要重視技能訓(xùn)練，重點(diǎn)掌握MAPGIS等基礎(chǔ)GIS軟件的操作和使用。 GIS是一門迅速發(fā)展中的學(xué)科 因此，要經(jīng)常閱讀有關(guān)的文獻(xiàn)資料，掌握GIS學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)，努力更新自己的知識(shí)，不斷提高自己的能力。,課程地位：專業(yè)基礎(chǔ)選修課。 學(xué)習(xí)要求： 1 掌握GIS的基本概念、基本理論、基本操作方法（即原理與技術(shù)）； 2 了解GIS

2、最新發(fā)展趨勢(shì)和方向，應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用技術(shù)； 3 熟悉一門地理信息系統(tǒng)基本軟件（MapGIS）的應(yīng)用與操作； 4 按時(shí)完成作業(yè)、課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告，不缺課。 學(xué)習(xí)方法： 1、認(rèn)真聽(tīng)課，做好筆記。理解每節(jié)課的內(nèi)容； 2、注意參考資料的閱讀； 3、動(dòng)手實(shí)踐（基于MapGIS軟件），獨(dú)立完成課程實(shí)驗(yàn)規(guī)定的內(nèi)容； 成績(jī)考核：期末考試40；平時(shí)成績(jī)30；上機(jī)實(shí)驗(yàn)30%。,主要參考資料：,參考書： 1. 黃杏元，馬勁松，地理信息系統(tǒng)概論（第三版），高等教育出版社，2008 2. 陳述彭，地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論，科學(xué)出版社，2006 3. 吳信才，地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，電子工業(yè)出版社，2000 4. 龔健雅，地理信息系統(tǒng)

3、基礎(chǔ)，科學(xué)出版社,1998 練習(xí)軟件：MapGIS6.7; 資料下載： ,第一章 地理信息系統(tǒng)概論,1 基本概念 2 GIS的分類 3 GIS的功能概述 4 GIS的研究?jī)?nèi)容 5 GIS的發(fā)展簡(jiǎn)史 6 GIS的發(fā)展展望,第1講 GIS基本概念、分類和構(gòu)成,目的要求： 通過(guò)本講，掌握地理信息系統(tǒng)的基本概念和定義，能分析其與其他系統(tǒng)的不同。掌握GIS的基本構(gòu)成是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)、應(yīng)用模型和系統(tǒng)管理操作人員。了解GIS基本類型。 教學(xué)重點(diǎn)：基本概念的講解；地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn) 構(gòu)成。 教學(xué)難點(diǎn)：信息、數(shù)據(jù)的區(qū)別和聯(lián)系 、GIS的概念 教學(xué)課時(shí)：2 教學(xué)方法：理論講授,1 GIS

4、的基本概念,1.1.1 信息 信息(information)是向人們或機(jī)器提供關(guān)于現(xiàn) 實(shí)世界新的事實(shí)的知識(shí)，是數(shù)據(jù)、消息中所包含 的意義，它不隨載體物理設(shè)備形式的改變而改變。 狹義：是指人們獲得信息前后對(duì)事物認(rèn)識(shí)的差別 廣義：是指主體(人、生物和機(jī)器)與外部客體 (環(huán)境、其它人、生物和機(jī)器)之間相互聯(lián)系的一種形式。 信息是以一定規(guī)則組織在一起的事實(shí)的集合。 信息的特點(diǎn)： 客觀性，適用性 ，傳輸性，共享性,1.1.1 信息,信息的特點(diǎn): 信息的客觀性：與客觀事物緊密相聯(lián)系的； 信息的適用性：信息對(duì)決策是十分重要； 信息的傳輸性：信息可以在信息發(fā)送者和接受者之間傳輸，既包括系統(tǒng)把有用信息送至終端設(shè)

5、備(包括遠(yuǎn)程終端)，和以一定形式提供給有關(guān)用戶，也包括信息在系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間的傳輸和交換。 信息的共享性：信息與實(shí)物不同，它可以傳輸給多個(gè)用戶，為多個(gè)用戶共享，而其本身并無(wú)損失。信息的這些特點(diǎn)，使信息成為當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要資源。,1.1.2 數(shù)據(jù),數(shù)據(jù):指某一目標(biāo)定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、文字、符號(hào)、圖形、圖像以及它們能轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)等形式。 原始事實(shí) 如：?jiǎn)T工姓名，課程表 數(shù)據(jù)可以有數(shù)值、圖形、聲音、視覺(jué)數(shù)據(jù)等 數(shù)據(jù)的特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)只有對(duì)實(shí)體行為產(chǎn)生影響時(shí)才成為信息 例如：1和0 數(shù)據(jù)到信息要經(jīng)過(guò)一些數(shù)據(jù)處理。,1.1.2 數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)處理:即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、排序、轉(zhuǎn)換、分類、增強(qiáng)

6、等，其目的就是為了得到數(shù)據(jù)中包含的信息。提取信息 把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于觀察、分析、傳輸或進(jìn)一步處理的形式； 把數(shù)據(jù)加工成對(duì)正確管理和決策有用的數(shù)據(jù)； 把數(shù)據(jù)編輯后存儲(chǔ)起來(lái)，以供不斷使用。,1.1.2 數(shù)據(jù),信息和數(shù)據(jù)的關(guān)系：,1.1.2 數(shù)據(jù),信息和數(shù)據(jù)的關(guān)系： 信息與數(shù)據(jù)是不可分離的。信息= 數(shù)據(jù) + 說(shuō)明（或規(guī)則） 信息是與物理介質(zhì)有關(guān)的數(shù)據(jù)表達(dá)。數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)據(jù)中所包含的意義就是信息。 數(shù)據(jù)是記錄下來(lái)的某種可以識(shí)別的符號(hào)，具有多種多樣的形式，也可以加以轉(zhuǎn)換，但其中包含的信息內(nèi)容不會(huì)改變。 信息可以離開信息系統(tǒng)而獨(dú)立存在，也可以離開信息系統(tǒng)的各個(gè)組成和階段而獨(dú)立存在；而數(shù)據(jù)的格式往往與計(jì)

7、算機(jī)系統(tǒng)有關(guān)，并隨載荷它的物理設(shè)備的形式而改變。 數(shù)據(jù)是原始事實(shí)，而信息是數(shù)據(jù)處理的結(jié)果。 不同知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的人，對(duì)于同一數(shù)據(jù)的理解，可得到不同信息。,1.1.3 地理數(shù)據(jù)與地理信息,地理數(shù)據(jù)：是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律等的數(shù)字、文字、圖像和圖形的總稱。 是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號(hào)化表示，包括空間位置、屬性特征及時(shí)態(tài)特征三部分。,1.1.3 地理數(shù)據(jù)與地理信息,空間位置數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)或幾何數(shù)據(jù)）描述地物所在位置，相對(duì)位置或絕對(duì)位置 屬性數(shù)據(jù)（非空間數(shù)據(jù)）屬于一定地物、描述其特征的定性或定量指標(biāo) 時(shí)態(tài)特征數(shù)據(jù)是指地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)刻或

8、時(shí)段，該數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境模擬分析非常重要。 空間位置、屬性及時(shí)間是地理空間分析的三大基本要素。,1.1.3 地理數(shù)據(jù)與地理信息,地理信息：是有關(guān)地理實(shí)體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表征和一切有用的知識(shí)，是對(duì)地理數(shù)據(jù)的解釋。 地理信息的特征 空間特征：其位置的識(shí)別是與數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的。 多維特征：即在二維空間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多專題的第三 維結(jié)構(gòu)。 時(shí)序特征：可以按照時(shí)間尺度劃分地理信息，對(duì)地理 事物進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，從而為科學(xué)決策提 供重要依據(jù)。,1.1.3 地理數(shù)據(jù)與地理信息,地圖與地理信息、地理數(shù)據(jù)的關(guān)系 地圖：是將地理環(huán)境諸要素按照一定的數(shù)學(xué)法則，運(yùn)用符號(hào)系統(tǒng)并經(jīng)過(guò)制圖綜合縮繪于平面上的圖形，以傳遞各種自

9、然和社會(huì)現(xiàn)象的數(shù)量與質(zhì)量的空間分布和聯(lián)系以及隨時(shí)間的發(fā)展變化。 顯然地圖均具有空間性質(zhì)，地圖所表示的內(nèi)容也都具有時(shí)間和屬性特性。 地圖與地理信息、地理數(shù)據(jù)的關(guān)系 地圖是傳統(tǒng)的表達(dá)和存儲(chǔ)地理數(shù)據(jù)的工具，是地理信息的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源 地理信息是對(duì)地理數(shù)據(jù)的解釋，地圖是地理信息載體 地圖是地理信息系統(tǒng)查詢與分析結(jié)果的表示方法,1.2.1 信息系統(tǒng),系統(tǒng)：是具有特定功能的、相互聯(lián)系的許多要素所構(gòu)成的一個(gè)整體。 信息系統(tǒng)(Information System ):是具有數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng)，它能夠?yàn)閱我坏幕蛴薪M織的決策過(guò)程提供有用的信息。,1.2.2 信息系統(tǒng)的類型,組成信息系統(tǒng)的四大要素

10、,信息系統(tǒng)的三個(gè)管理層次,1.2.2 信息系統(tǒng)的類型,1) 信息系統(tǒng) 按功能分類（） 事務(wù)處理系統(tǒng)(Transaction Process System, TPS)主要用以支持操作層人員的日?；顒?dòng)。它主要負(fù)責(zé)處理日常事務(wù)。 管理信息系統(tǒng)(Management Information System, MIS):需要包含組織中的事務(wù)處理系統(tǒng)，并提供了內(nèi)部綜合形式的數(shù)據(jù)，以及外部組織的一般范圍和大范圍的數(shù)據(jù)。 決策支持系統(tǒng)(Decision Support System, DSS)是一組處理數(shù)據(jù)和進(jìn)行推測(cè)的分析程序，用以支持管理者制定決策。包括分析決策模型、MIS中的信息和決策者的推測(cè)。,1.2.2

11、 信息系統(tǒng)的類型,人工智能和專家系統(tǒng)(Expert System, ES)能模仿人工決策處理過(guò)程的基于計(jì)算機(jī)的信息系統(tǒng)。 MIS能提供信息幫助制定決策，DSS能幫助改善決策的質(zhì)量，專家系統(tǒng)能應(yīng)用智能推理制作決策并解釋決策理由。,1.2.2 信息系統(tǒng)的類型,2) 信息系統(tǒng) 按結(jié)構(gòu)分類,2 地理信息系統(tǒng)及其類型、構(gòu)成,由上面對(duì)信息系統(tǒng)的了解，可以知道地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System, GIS)是一種決策支持系統(tǒng)，具有一般信息系統(tǒng)的特點(diǎn)。顧名思義，地理信息系統(tǒng)是處理地理信息的系統(tǒng)。,2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么? 世界各地的人每天都會(huì)提出以下一些問(wèn)題：

12、 種植園的土壤有什么特征（農(nóng)場(chǎng)主）？ 下一個(gè)服裝店應(yīng)該設(shè)在哪里（零售商）？ 應(yīng)該在道路的何處開挖，才能迅速找到煤氣總管（煤氣工程師）？ 臭氧洞在過(guò)去十年有何變化（氣候?qū)W家）？ 有預(yù)測(cè)臺(tái)灣未來(lái)地震趨勢(shì)的模型嗎（地質(zhì)學(xué)家）？ 在過(guò)去的兩次人口普查中，城鄉(xiāng)人口在分布上有何變化（規(guī)劃師）？ 在這里配備武器裝備和人員，會(huì)遭到誰(shuí)襲擊（軍事指揮員）？,GIS是什么? 將冰箱送到客戶家里，如何走最好（配送管理員）？ 前12個(gè)月，這個(gè)城市買掉的土地和財(cái)產(chǎn)總值是多少（城市會(huì)計(jì)師）？ 如果霧天發(fā)生火災(zāi)，大火將向何方擴(kuò)展，將有多少木材被燒掉（林務(wù)官）？ 若大量污水排入井內(nèi)，污水將如何擴(kuò)散，對(duì)飲水者產(chǎn)生何影響（水文學(xué)家

13、）？ 等等諸如此類的問(wèn)題。這些問(wèn)題的共同特點(diǎn)都是與地理環(huán)境和地理過(guò)程密切相關(guān)的。 地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的專家都很清楚，要回答這些問(wèn)題，需要訪問(wèn)多維（空間維、時(shí)間維）、大容量和高處理費(fèi)用特征的地理信息，同時(shí)即使回答簡(jiǎn)單的地理學(xué)問(wèn)題，也要求按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)集成多種數(shù)據(jù)源。,2.1地理信息系統(tǒng),因此，關(guān)于什么是GIS，可以認(rèn)為：地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System 簡(jiǎn)稱GIS）是用于回答地理學(xué)問(wèn)題的藝術(shù)、科學(xué)、工程和技術(shù)的統(tǒng)稱，是一種用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建和描述地表的數(shù)字表達(dá)方法。這是對(duì)GIS的一個(gè)廣義的定義。 從20世紀(jì)60年代至今，GIS已經(jīng)迅速發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)特的研究和應(yīng)用

14、領(lǐng)域，并形成一個(gè)全球性的重要行業(yè)。成為IT的主流。但是關(guān)于其概念的爭(zhēng)論也在繼續(xù)。,2.1地理信息系統(tǒng),2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么? 關(guān)于概念的爭(zhēng)議 在關(guān)于GIS概念的爭(zhēng)論中，出現(xiàn)了對(duì)GIS概念的不同理解。其中： 1 美國(guó)學(xué)者Parker認(rèn)為“GIS是一種存貯、分析和顯示空間與非空間數(shù)據(jù)的信息技術(shù)”。 2 Goodchild把GIS定義為“采集、存貯、管理、分析和顯示有關(guān)地理現(xiàn)象信息的綜合系統(tǒng)”。 3 加拿大的Roger Tomlinson認(rèn)為“GIS是全方位分析和操作地理數(shù)據(jù)的數(shù)字系統(tǒng)?！?4 Burrough認(rèn)為“GIS是屬于從現(xiàn)實(shí)世界中采集、存儲(chǔ)、提取、轉(zhuǎn)換和顯示空間數(shù)據(jù)的一組有力的

15、工具”。,2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么? 關(guān)于概念的爭(zhēng)議 5 俄羅斯學(xué)者也把GIS定義為“一種解決各種復(fù)雜的地理相關(guān)問(wèn)題，以及具有內(nèi)部聯(lián)系的工具集合”。 6 美國(guó)聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會(huì)(FICCDC)關(guān)于GIS的定義認(rèn)為“GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來(lái)支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問(wèn)題”。 地理信息系統(tǒng)概論（黃杏元） 7 陳述彭把GIS定義為：“用于采集、存儲(chǔ)、管理、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)”。 （1999）,2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么? 關(guān)于概念的

16、爭(zhēng)議 8.地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)（龔健雅）、李德仁“地理信息系統(tǒng)是一種特定而又十分重要的空間信息系統(tǒng)，它是采集、存貯、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面(包括大氣層在內(nèi))與空間和地理分布有關(guān)的空間信息的系統(tǒng)(1995)?！?2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么?關(guān)于概念的爭(zhēng)議 由前面的定義可以總結(jié)出對(duì)GIS 的概念定義的5個(gè)方面的觀點(diǎn)，認(rèn)為GIS： 是工具箱，其中包含一套用于采集、存儲(chǔ)、管理、處理、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)軟件工具。 是信息系統(tǒng)的特例，除了具有處理地理編碼數(shù)據(jù)的特殊性外，地理信息系統(tǒng)具備一般信息系統(tǒng)的共同特點(diǎn)。 是一門技術(shù)，主要包括空間和時(shí)間數(shù)字式數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、操作和輸出技術(shù) 學(xué)科

17、，是描述、存儲(chǔ)、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的交叉學(xué)科 強(qiáng)調(diào)其社會(huì)作用，認(rèn)為GIS 從根本上改變了一個(gè)組織或部門（如國(guó)土部門，政府規(guī)劃部門）運(yùn)做方式。,2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么？ 但就本課程所講授的內(nèi)容，GIS采用本書定義，為：地理信息系統(tǒng)的定義由兩部組成。一方面，地理信息系統(tǒng)是一門學(xué)科，是描述、存儲(chǔ)、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的交叉學(xué)科；另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。 這個(gè)定義給大多數(shù)GIS用戶提供了如何理解GIS的主要框架。

18、這個(gè)定義回答了GIS不僅僅是一個(gè)特殊的軟件，也是一門學(xué)科。是一個(gè)相對(duì)通俗的定義。,2.1地理信息系統(tǒng),地理信息系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？ 具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力。 由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務(wù)。 以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有空間分析、多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的能力，并能產(chǎn)生高層次的地理信息。 地理信息系統(tǒng)從外部來(lái)看，它表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)；而其內(nèi)涵卻是由計(jì)算機(jī)程序和地理數(shù)據(jù)組織而成的地理空間信息模型，是一個(gè)邏輯縮小的、高度信息化的地理系統(tǒng)。信息

19、的流動(dòng)及信息流動(dòng)的結(jié)果，完全由計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行和數(shù)據(jù)的交換來(lái)仿真。,2.2地理信息系統(tǒng)的類型,地理信息系統(tǒng)的分類：（還可以根據(jù)以下依據(jù)劃分） 研究范圍（全球性、區(qū)域性、局部）、 數(shù)據(jù)模型（矢量、柵格和混合型）、 功能（應(yīng)用型和工具型）等等,2.3 地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成：,2.3 地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,一、 GIS的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成 1、計(jì)算機(jī)主機(jī)； 2、數(shù)據(jù)輸入設(shè)備：數(shù)字化儀、圖像掃描儀、手寫筆、光筆、鍵盤、鼠標(biāo)、通訊端口等； 3、數(shù)據(jù)存貯設(shè)備：光盤刻錄機(jī)、磁帶機(jī)、光盤塔、活動(dòng)硬盤、磁盤陣列等； 4、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備：筆式繪圖儀、噴墨繪圖儀（打印機(jī)）、激光打印機(jī)等。,2.3 地

20、理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,GIS的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成,圖4 GIS硬件系統(tǒng)的組成,2.3 地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,二、 GIS的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),圖5 GIS的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的層次,2.3 地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,GIS的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)包括 1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件 通常包括操作系統(tǒng)、匯編程序、編譯程序等，是GIS日常工作所必需的。 2、地理信息系統(tǒng)軟件和其他支撐軟件 可以是通用的GIS軟件，也可包括數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、計(jì)算機(jī)圖形軟件包、CAD、圖像處理軟件等。 3、應(yīng)用分析程序 是系統(tǒng)開發(fā)人員或用戶根據(jù)專題或區(qū)域分析模型編制的用于某種特定應(yīng)用任務(wù)的程序，是系統(tǒng)功能的擴(kuò)充與延伸。,2.3 地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,三、 地理空

21、間數(shù)據(jù) 指以地球表面空間位置為參照，描述自然、社會(huì)和人文經(jīng)濟(jì) 景觀的數(shù)據(jù)。 地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型包括三個(gè)互相聯(lián)系的方面 ： 在某個(gè)已知坐標(biāo)系中的位置：坐標(biāo) 實(shí)體間的空間相關(guān)性：用拓?fù)潢P(guān)系(Topology)來(lái)表示。 與幾何位置無(wú)關(guān)的屬性（Attribute）：分為定性和定量的兩種。 定性包括名稱、類型、特性等，如氣候類型、土地利用等。 定量包括數(shù)量和等級(jí)等，如面積、長(zhǎng)度、土地等級(jí)。,2.3 地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,四、 應(yīng)用人員 人是地理信息系統(tǒng)中重要構(gòu)成因素。 GIS不同于一幅地圖，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)的地理模型，僅有 系統(tǒng)軟硬件和數(shù)據(jù)還構(gòu)不成完整的地理信息系統(tǒng)，需要 人進(jìn)行系統(tǒng)組織、管理、維護(hù)和數(shù)據(jù)

22、更新、系統(tǒng)擴(kuò)充完 善、應(yīng)用程序開發(fā)，并采用地理分析模型提取多種信 息，為地理學(xué)研究和地理決策服務(wù)。,2.3 地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,五、應(yīng)用模型 GIS應(yīng)用模型的構(gòu)建和選擇也是系統(tǒng)應(yīng)用成敗至關(guān)重要的因素。例如土地利用適宜性模型、公園選址模型、洪水預(yù)測(cè)模型、人口擴(kuò)散模型、森林增長(zhǎng)模型、水土流失模型、最優(yōu)化模型、影響模型等。 應(yīng)用模型是GIS與相關(guān)專業(yè)連接的紐帶。它的建立絕非是純數(shù)學(xué)或計(jì)算機(jī)技術(shù)性問(wèn)題，而必須以堅(jiān)實(shí)而廣泛的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)。 由數(shù)學(xué)模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突旌夏Ｐ徒M成，用于解決某項(xiàng)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，獲取經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。,3 地理信息系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介,GIS的核心問(wèn)題 位置（Locations

23、） 即在某個(gè)特定的位置有什么。 條件（Conditions）即什么地方有滿足某些條件的東西。 變化趨勢(shì)（Trends）識(shí)別已經(jīng)發(fā)生了或正在發(fā)生變化的地理現(xiàn)象。 模式（Patterns）分析與已經(jīng)發(fā)生或正在發(fā)生事件有關(guān)的因素。 模型（Models）該類問(wèn)題的解決需要建立新的數(shù)據(jù)關(guān)系以產(chǎn)生解決方案。,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,GIS基本功能 1、數(shù)據(jù)采集與編輯：手扶跟蹤數(shù)字化不同的專題或?qū)樱℅IS數(shù)據(jù)分層的概念） 2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理：矢量柵格模型、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、空間數(shù)據(jù)庫(kù) （包括空間數(shù)據(jù)庫(kù)的定義、數(shù)據(jù)訪問(wèn)和提取、從空間位置檢索空間物體及其屬性、從屬性條件檢索空間物體及其位置、開窗和接邊操作、數(shù)據(jù)更

24、新和維護(hù)等。）,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,數(shù)據(jù)采集流程圖,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,3、數(shù)據(jù)處理和變換： 包括矢柵轉(zhuǎn)換、制圖綜合、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構(gòu)、數(shù)據(jù)抽取等 數(shù)據(jù)變換：指對(duì)數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)，包括投影變換、輻射糾正、比例尺縮放、誤差改正和處理等。 數(shù)據(jù)重構(gòu)：指對(duì)數(shù)據(jù)從一種幾何形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種幾何形態(tài)，包括數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)截取、數(shù)據(jù)壓縮、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換等。 數(shù)據(jù)抽?。褐笇?duì)數(shù)據(jù)從全集合到子集的條件提取，包括類型選擇、窗口提取、布爾提取和空間內(nèi)插等。,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,4、空間查詢、分析和統(tǒng)計(jì)： 空間檢索、空間拓?fù)浏B合、緩沖區(qū)分析、數(shù)字地形分析、空間集合分析、空間模型分

25、析 拓?fù)浏B合：實(shí)現(xiàn)了輸入要素屬性的合并以及要素屬性在空間上的連接。 緩沖區(qū)分析：用以確定不同地理要素的空間接近度或鄰近性 數(shù)字地形分析：構(gòu)造數(shù)字高程模型及有關(guān)地形分析的功能 空間集合分析：布爾邏輯運(yùn)算 空間建模分析,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,5、產(chǎn)品制作與顯示 產(chǎn)品為地圖圖像：符號(hào)圖、動(dòng)線圖、點(diǎn)值圖、暈線圖、等值線圖、立體圖等。 產(chǎn)品制作與顯示：設(shè)置顯示環(huán)境、定義制圖環(huán)境、顯示地圖要素、定義地圖符號(hào)、字符大小與顏色、標(biāo)注圖名和圖例以及繪圖文件編輯。 6、二次開發(fā)和編程 開發(fā)語(yǔ)言：C，C+，VB，VC+，Delphi）定制自己的菜單，可視化用戶應(yīng)用界面。,數(shù)據(jù)采集,用于大型GIS工程 應(yīng)用領(lǐng)域

26、： 測(cè)繪 勘測(cè) 規(guī)劃 土地 交通 管線 農(nóng)林 水利 環(huán)保 油田 地質(zhì) 軍事,數(shù)據(jù)管理,海量數(shù)據(jù)管理,瀏覽 查詢,路徑分析,動(dòng)態(tài)分段,三維地下體分析,地圖整飾,生成數(shù)字地面模型,tingird,地理邏輯 繪圖,繪圖機(jī)構(gòu),地質(zhì)測(cè)繪,環(huán)保機(jī)構(gòu),地方政府,人口局,稅務(wù)部門,旅游 服務(wù)業(yè),公用事業(yè) 公司,企業(yè),教育,交通運(yùn)輸 部門,GIS的應(yīng)用領(lǐng)域,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,應(yīng)用功能,資源調(diào)查 以土地利用類型為例： 不同土地利用類型的分布和面積 按不同高程帶劃分的土地利用類型 不同坡度區(qū)內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀 不同時(shí)期的土地利用變化 從而為資源的合理利用、開發(fā)和科學(xué)管理提供依據(jù)。,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述

27、,城鄉(xiāng)規(guī)劃 城鎮(zhèn)總體規(guī)劃 城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià) 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià) 道路交通規(guī)劃 公共設(shè)施配置，以及城市環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 災(zāi)害監(jiān)測(cè) 森林火災(zāi)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào) 洪水災(zāi)情監(jiān)測(cè)和洪水淹沒(méi)損失的估算 為救災(zāi)搶險(xiǎn)和防洪決策提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息,環(huán)境管理 為環(huán)境管理部門提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表和圖形編制方法 建立環(huán)境污染的若干模型 提供環(huán)保部門辦公軟件 提供信息傳輸?shù)姆椒ê褪侄?宏觀決策 系統(tǒng)支持下的土地承載力的研究，以解決土地資源與人口容量的矛盾 三峽地區(qū)研究，提供了建庫(kù)前后環(huán)境變化的數(shù)量、速度和演變趨勢(shì)等可靠的數(shù)據(jù),3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,國(guó)際上GIS應(yīng)用有兩個(gè)值得注意

28、的方面 在大項(xiàng)目方面，如美國(guó)內(nèi)務(wù)部土地管理局的自動(dòng)土地與礦產(chǎn)資源系統(tǒng)（ALMRS）和森林局615項(xiàng)目，僅軟件和硬件的耗資就高達(dá)12億美元。美國(guó)海軍的海圖計(jì)劃，建庫(kù)的費(fèi)用也在數(shù)億美元以上。 在面向公眾方面，一些先進(jìn)國(guó)家投入了大量人力、財(cái)力，建立空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，如美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）和美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）目前已完成了全美1/24000的地形數(shù)據(jù)庫(kù)和相應(yīng)的正射影像數(shù)據(jù)庫(kù)、1/10萬(wàn)水文數(shù)據(jù)庫(kù)和30m分辨率的土地覆蓋數(shù)據(jù)庫(kù)。在美國(guó)國(guó)家礦產(chǎn)資源調(diào)查計(jì)劃（MRSP）中，“空間信息與技術(shù)轉(zhuǎn)讓”被列為4項(xiàng)重大計(jì)劃之一。,4 地理信息系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容,4.1 地理信息系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容 1）GIS的

29、基礎(chǔ)理論主要包括：GIS的概念、定義、內(nèi)涵；GIS的構(gòu)成、特點(diǎn)、功能和任務(wù)；GIS的理論體系；GIS發(fā)展史與發(fā)展趨勢(shì)等。 2）GIS的技術(shù)系統(tǒng)：系統(tǒng)的硬件配置；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與表示；數(shù)據(jù)輸入、輸出系統(tǒng)；地理數(shù)據(jù)管理；用戶界面；GIS工具的研制等。 3）GIS的應(yīng)用方法：應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)采集與校驗(yàn)；專題分析模型；GIS與遙感技術(shù)及GPS的結(jié)合；地學(xué)專家系統(tǒng)等。,4.1 地理信息系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容,理論、技術(shù)與方法這三個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容是相互聯(lián)系相互促進(jìn)的。 GIS產(chǎn)生于地學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐，GIS的應(yīng)用使得技術(shù)系統(tǒng)日趨完善，并逐漸形成和發(fā)展了GIS的理論；理論研究又指導(dǎo)開發(fā)新一代高效GIS，并不斷拓寬其應(yīng)用

30、領(lǐng)域，加深應(yīng)用的深度；GIS的應(yīng)用，又對(duì)理論研究和技術(shù)方法提出了更高的要求。,4.2 地理信息系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科,4.2 地理信息系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科,一、 與地理學(xué) 地理學(xué)是一門研究人類生存空間的學(xué)科，為GIS提供了一些空間分析的方法和觀點(diǎn)，成為GIS的理論依托。 （1）研究基礎(chǔ)和手段 地理學(xué)研究中的空間分析理論為GIS提供了有關(guān)空間分析的基本方法，成為地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論依托；地理信息系統(tǒng)的發(fā)展也為地理問(wèn)題的解決提供了全新的技術(shù)手段。 （2）數(shù)據(jù)處理方面 GIS的數(shù)據(jù)源需用地學(xué)處理方法得到；GIS內(nèi)部數(shù)據(jù)處理(分析)功能又是進(jìn)行地理學(xué)研究的主要技術(shù)方法。,4.2 地理信息系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科,二、 與地圖學(xué)

31、地理信息系統(tǒng)脫胎于地圖，地圖學(xué)理論與方法對(duì)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的影響。計(jì)算機(jī)制圖為地圖特征的數(shù)字表達(dá)、操作和顯示提供了一系列方法，為地理信息系統(tǒng)的圖形輸出提供技術(shù)支持。 地圖也是GIS的重要數(shù)據(jù)源。 地圖是GIS發(fā)展的根源之一。 地圖強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)載體、符號(hào)化；GIS則注重于信息分析。,4.2 地理信息系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科,三、 與計(jì)算機(jī)科學(xué) 為地理空間信息的表達(dá)、存儲(chǔ)、處理、 分析和應(yīng)用提供了有利的工具。 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)提供數(shù)據(jù)的管理、更新、查詢和維護(hù)功能； 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)提供算法基礎(chǔ)； CAD對(duì)于輔助設(shè)計(jì)提供支持； 軟件工程對(duì)于 GIS的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供科學(xué)的方法; 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為GIS發(fā)展成為社會(huì)信息設(shè)施的重

32、要組成部分奠定了基礎(chǔ)。,4.2 地理信息系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科,GIS與CAD和CAM的區(qū)別在于： 第一，CAD不能建立地理坐標(biāo)系和完成地理坐標(biāo)變換； 第二，GIS的數(shù)據(jù)量比CAD和CAM大得多，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，數(shù)據(jù)間聯(lián)系緊密，單一結(jié)構(gòu)難以完整描述； 第三，CAD和CAM不具有GIS具有的地理意義的空間查詢和分析功能。,4.2 地理信息系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科,四 與遙感、攝影測(cè)量 遙感作為空間數(shù)據(jù)采集手段，已成為GIS的主要信息源和更新途徑。 大地測(cè)量為GIS提供了精確定位的控制信息，特別是GPS技術(shù)可快速、廉價(jià)地獲取地表特征的數(shù)字位置信息，更具發(fā)展?jié)摿Α?航空航天數(shù)字立體攝影測(cè)量技術(shù)是GIS主要的地形數(shù)據(jù)來(lái)源。,

33、GIS與MIS比較,5. 地理信息系統(tǒng)與管理科學(xué),GIS學(xué)科“樹”,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史,一、 GIS發(fā)展的科學(xué)背景 從古代文明到現(xiàn)代社會(huì)，地理工作者、測(cè)繪工作者、航海家都致力于空間數(shù)據(jù)的收集整理，制圖工作者則以地圖形式表示這些數(shù)據(jù)。地圖作為空間數(shù)據(jù)的載體長(zhǎng)期為航海、軍事以及現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。 20世紀(jì)60年代初，麻省理工學(xué)院首次提出計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)字地圖；計(jì)算機(jī)技術(shù)開始用于地圖量算、分析和制作。 20世紀(jì)60年代中期，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)在自然資源、環(huán)境數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用迅速發(fā)展，致使計(jì)算機(jī)輔助制圖和空間分析等領(lǐng)域得到極大的發(fā)展。最終導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)技術(shù)的產(chǎn)生。,5 地理信

34、息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史,1963年，開始建立加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS) 60年代中后期，很多與GIS有關(guān)的組織成立 1969年，ESRI （環(huán)境系統(tǒng)研究所）建立 1969年， Integraph公司建立,二、 GIS的發(fā)展階段,1963年，加拿大測(cè)量學(xué)家Roger Tomlinson首先提出了“地理信息系統(tǒng)”這一術(shù)語(yǔ)，并開始建立世界上第一個(gè)實(shí)用的地理信息系統(tǒng)加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)(1972年建成)，主要用于城市和土地利用；,60年代起步階段（GIS思想和技術(shù)方法的探索）注重空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史,70年代為GIS鞏固發(fā)展期 20世紀(jì)70年代，美國(guó)、加拿大、英國(guó)、西德、

35、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，研究不同專題、不同規(guī)模、不同類型的各具特色的地理信息系統(tǒng)。 1972年出版了地理信息系統(tǒng)方面的第一本專著地理數(shù)據(jù)處理；許多大學(xué)培養(yǎng)GIS人才，創(chuàng)建了地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。 這一時(shí)期，世界上發(fā)展了許多具有一定功能的地理信息系統(tǒng)，大約有80多種，著名的ARC/INFO即是該時(shí)期的產(chǎn)品；出現(xiàn)了大量的數(shù)據(jù)庫(kù)，但這些系統(tǒng)的分析功能和60年代相比，并沒(méi)有得到很大的擴(kuò)充，而且數(shù)據(jù)庫(kù)的容量一般都比較小，因此說(shuō)70年代為GIS鞏固階段。,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史,80年代為GIS技術(shù)大發(fā)展時(shí)期 20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和普及，地理信息系統(tǒng)

36、也逐步走向成熟。這一時(shí)期GIS注重于空間決策支持分析，并在資源管理、環(huán)境規(guī)劃、商業(yè)服務(wù)等領(lǐng)域得到的廣泛應(yīng)用。 許多國(guó)家制定了本國(guó)GIS發(fā)展規(guī)劃，啟動(dòng)了若干科研項(xiàng)目。 建立了一些政府性、學(xué)術(shù)性機(jī)構(gòu)。軟件制造商開始出現(xiàn)，商業(yè)化的實(shí)用地理信息系統(tǒng)軟件陸續(xù)進(jìn)入市場(chǎng)。,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史,90年代為GIS的用戶時(shí)代 20世紀(jì)90年代，由于計(jì)算機(jī)的軟硬件均得到飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入千家萬(wàn)戶，導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的擴(kuò)大與深化。,GIS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在一定程度上受GIS影響而改變現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方式、設(shè)置等； 社會(huì)對(duì)GIS的認(rèn)識(shí)普遍提高，需求大副度增加。如美國(guó)將GIS列入“

37、信息高速公路”計(jì)劃中，美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)柼岢龅摹皵?shù)字地球”戰(zhàn)略也包括地理信息系統(tǒng)； 我國(guó)的“三金工程”（金卡、金橋、金關(guān)）中也包含GIS。,戈?duì)?5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史,我國(guó)GIS的發(fā)展?fàn)顩r,第一階段： 從1978年到1980年為準(zhǔn)備階段，主要進(jìn)行輿論準(zhǔn)備，正式提出倡議，開始組建隊(duì)伍、組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究。 第二階段： 從1980年到1985年為起步階段。這一階段主要是對(duì)地理信息系統(tǒng)進(jìn)行理論探索和區(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。,從1984年開始，國(guó)家測(cè)繪局測(cè)繪科學(xué)研究所著手組建中國(guó)國(guó)土基礎(chǔ)信息系統(tǒng)； 1985中國(guó)科學(xué)院開始籌建國(guó)家資源與環(huán)境信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，是一個(gè)新型的開放性研

38、究實(shí)驗(yàn)室。,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史,第三階段： 從1986年到1995年為發(fā)展階段。GIS研究作為政府行為被列入國(guó)家攻關(guān)計(jì)劃，并開始了有計(jì)劃、有組織、有目標(biāo)的科學(xué)研究。 如“七五” 國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目“三北防護(hù)林遙感調(diào)查”、“黃土高原遙感調(diào)查”等都開展了地理信息系統(tǒng)在資源管理方面的研究。 “八五” 期間國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目包括“重大自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)”、“重點(diǎn)產(chǎn)糧區(qū)主要農(nóng)作物估產(chǎn)”、“國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)建設(shè)” 。 1994年中國(guó)GIS協(xié)會(huì)在北京成立 。 第四階段： 1995年至今為我國(guó)GIS產(chǎn)業(yè)化階段。強(qiáng)調(diào)GIS的實(shí)用化、集成化和工程化，力圖使GIS從發(fā)展階段走向?qū)嵱没蜕a(chǎn)化。,我國(guó)GIS的發(fā)展?fàn)?/p>

39、況,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史,1、國(guó)外GIS產(chǎn)品 美國(guó)：ESRI公司的ARC/INFO：第一個(gè)產(chǎn)品1978年推出。 澳大利亞：Nenasys的Genamap。 美國(guó)：Intergraph 公司的MGE（Mocular GIS Environment)。最近又推出新軟件GeoMedia. 美國(guó)：Mapinfo公司的Mapinfo：中小型的桌面GIS。,三、GIS 主要商品化軟件,注：美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所公司（Enviromental System Research Institute, Inc. 簡(jiǎn)稱ESRI）成立于1969年，是世界最大的地理信息系統(tǒng)技術(shù)提供商。,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史,2、國(guó)

40、內(nèi)GIS產(chǎn)品： 北大與三秦信息技術(shù)有限公司：城市之星（Citystar)，是spaceman的升級(jí)換代?？梢园?s結(jié)合在一起。 武漢武大，吉奧信息工程技術(shù)有限公司：吉奧之星Geostar，1986。是基于矢量柵格一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和面向?qū)ο蟮腃+作為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，中地?cái)?shù)碼集團(tuán)：MapGIS，最初為MAPCAD，采用矢量與柵格混合的結(jié)構(gòu)。 中科院地理所，北京超圖軟件股份有限公司 ：SuperMap,6 地理信息系統(tǒng)發(fā)展展望,一、GIS飛速發(fā)展的原因 1）實(shí)際的需要 2）技術(shù)、理論和方法的成熟 目前GIS在技術(shù)發(fā)展上已同IT市場(chǎng)的主流技術(shù)融合， GIS本身也從一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展成為完整的技術(shù)系統(tǒng)并具有完整的理論體系。,6 地理信息系統(tǒng)發(fā)展展望,二、從軟件系統(tǒng)看GIS的發(fā)展趨勢(shì) 1）集成（Integration) 體現(xiàn)GIS和其他技術(shù)的結(jié)合 GIS-CAD、