gis01-1地理信息系統(tǒng)

1、地理信息系統(tǒng),GIS,董廷旭,課程學(xué)習(xí)指南,教學(xué)大綱考試大綱教材說明教學(xué)執(zhí)行計劃實驗（實習(xí)）,第一章 緒論,地理信息系統(tǒng)基本概念地理信息系統(tǒng)的形成和發(fā)展地理信息系統(tǒng)的基本組成和功能地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域,教學(xué)目的,掌握GIS基本概念: 信息與數(shù)據(jù) 信息社會與信息技術(shù) 地理信息與地理信息系統(tǒng) 數(shù)字地球了解GIS的形成和發(fā)展掌握GIS的基本組成和功能了解GIS的應(yīng)用領(lǐng)域,1．地理信息系統(tǒng)基本概念1

2、.1 信息與數(shù)據(jù),1.信息(Information)—是用文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等介質(zhì)來表達事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征。具有客觀性、適用性、可傳輸性和共享性。來源于數(shù)據(jù),是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是用數(shù)據(jù)來表達的。2.數(shù)據(jù)(Data)-通過數(shù)字化或直接記錄下來的可以被識別的符號（如文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等）,是一種未加工的原始材料。,1.2 地理數(shù)據(jù)與地理信息,地理數(shù)據(jù)（geo-data）: 地理數(shù)據(jù) 是指表征地理圈或地理環(huán)

3、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)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。地理信息(GI)－是指表示地球表層事物或現(xiàn)象所固有的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互關(guān)系和變化規(guī)律的具有空間內(nèi)涵的信息（地理數(shù)據(jù)）的總稱。具有地域性/空間定位性、多維結(jié)構(gòu)性/層次性、時序性（動態(tài)變化性）、數(shù)據(jù)量大、載體多樣性。,1.3 信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng),信息系統(tǒng)－－是具有數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng)，它能夠為單一的或有組織的決策過程提供有用

4、的信息。在計算機時代，信息系統(tǒng)都部分或全部由計算機系統(tǒng)支持，人們常常使用計算機收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)處理成信息，計算機的使用導(dǎo)致了一場信息革命，目前，計算機已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域。一個基于計算機的信息系統(tǒng)包括計算機硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素。地理信息系統(tǒng)（GIS）－是指在計算機軟硬件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)繼續(xù)采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)?；颍菏怯嘘P(guān)空間數(shù)據(jù)管理和空間信息分析的計算機系統(tǒng)

5、。是傳統(tǒng)科學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。,地理信息系統(tǒng)(簡稱GIS)GIS是跨越地球科學(xué)、信息科學(xué)和空間科學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，它研究關(guān)于地理空間信息處理和分析過程中提出一系列基本問題，如空間對象表達與建模、空間關(guān)系及推理機制、空間信息的控制基準、空間信息的認知與分析、GIS系統(tǒng)設(shè)計與評價GIS應(yīng)用模型與可視化、空間信息的政策與標準等；GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù),空間數(shù)據(jù)的主要特點是按統(tǒng)一的地理坐標編碼，并實現(xiàn)對其定位、定性、定量和拓撲關(guān)系的

6、描述,由此而形成GIS的技術(shù)優(yōu)勢是有效的地理實體表達、獨特的時空分析能力、強大的圖形創(chuàng)造手段和可靠的科學(xué)預(yù)測與輔助決策功能等；,GIS是管理和分析空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用工程技術(shù)，該工程技術(shù)系統(tǒng)由六個子系統(tǒng)組成；GIS為地理學(xué)解決復(fù)雜的規(guī)劃與管理問題提供了有效的手段，而地理學(xué)則為GIS提供了重要的基礎(chǔ)理論依托；GIS的科學(xué)定義： 地理信息系統(tǒng)既是管理和分析空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用工程技術(shù)，又是跨越地球科學(xué)、信息科學(xué)和空間科學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。其技術(shù)系統(tǒng)由

7、計算機硬件、軟件和相關(guān)的方法過程所組成，用以支持空間數(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)劃和管理問題。,GIS定義,GIS是由計算機硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計用來支持空間數(shù)據(jù)采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題?！?美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會（FICCDC）,GIS定義—對GIS的理解,GIS的物理外殼是計算機化的技術(shù)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)

8、管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)、可視化表達與輸出系統(tǒng)等組成，影響著GIS硬件平臺、系統(tǒng)效率和功能、數(shù)據(jù)處理方式和產(chǎn)品類型。GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù) 地理數(shù)據(jù)—屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)。GIS對空間數(shù)據(jù)的管理好操作，是GIS區(qū)別于其它信息系統(tǒng)的根本標志，也是技術(shù)難點之一。,GIS定義—對GIS的理解（續(xù)）,GIS的技術(shù)優(yōu)勢在于它的空間分析能力 GIS獨特的地理空間分析能力、快速的空間

9、定位搜索和復(fù)雜的查詢功能、強大的圖形處理和表達、空間模擬和空間決策支持等，可產(chǎn)生常規(guī)方法難以獲得的重要信息，這是GIS的重要貢獻。GIS與地理學(xué)、測繪學(xué)聯(lián)系緊密 地理學(xué)是GIS的理論依托，為GIS提供有關(guān)空間分析的基本觀點和方法。測繪學(xué)為GIS提供各種定位數(shù)據(jù)，其理論和算法可直接用于空間數(shù)據(jù)的變換和處理。 GIS引入地學(xué)界，如同F(xiàn)ortran語言引入計算機科學(xué)界一樣重要。 美國學(xué)者

10、 K. I.蘭菲爾,GIS定義—GIS在信息系統(tǒng)中的位置,2、組成和功能,GIS基本構(gòu)成的結(jié)構(gòu)圖,,GIS的組成—硬件—基本配置,2. GIS組成,GIS的組成—硬件—應(yīng)用模式,單機模式：由基本外設(shè)、處理 設(shè)備和輸出設(shè)備構(gòu)成適用于小型GIS建設(shè)數(shù)據(jù)傳輸與資源共享不方便,GIS的組成—硬件—應(yīng)用模式,局域網(wǎng)模式：部門或單位內(nèi)部GIS建設(shè)專線連接資源共享較方便,GIS的組成—硬件—應(yīng)用模式,廣域網(wǎng)模式：用戶分布地域廣泛，不

11、適合專線連接公共通訊連接資源共享方便局部范圍為局域網(wǎng)，通過若干通道與廣域網(wǎng)連接,GIS的組成—軟件結(jié)構(gòu),GIS的組成—軟件—系統(tǒng)軟件,系統(tǒng)軟件主要是計算機的操作系統(tǒng)以及各種標準外設(shè)的驅(qū)動軟件，目前流行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、UNIX等。系統(tǒng)軟件關(guān)系到GIS軟件和開發(fā)語言使用的有效性，是GIS軟硬件環(huán)境的重要組成部分。,GIS的組成—軟件—基礎(chǔ)軟件,數(shù)據(jù)庫軟件 用來管理空間數(shù)據(jù)，包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)

12、據(jù)。流行數(shù)據(jù)庫軟件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。目前GIS軟件中采用商用數(shù)據(jù)庫管理屬性數(shù)據(jù)，一個有發(fā)展前景的模型是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，可實現(xiàn)圖形和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合管理。 Oracle、Informix、Ingress等關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理軟件都相繼增加了空間數(shù)據(jù)類型。而ESRI公司的SDE（Spatial Database Engine）也是基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)管理平臺。

13、圖形平臺 某些GIS軟件中圖形處理平臺。如AutoDesk公司開發(fā)的基于AutoCAD的AutoMap GIS軟件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS軟件,GIS的組成—軟件—GIS軟件,GIS的組成—空間數(shù)據(jù),GIS的操作對象為空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)特征：幾何、屬性、時間數(shù)據(jù)；空間數(shù)據(jù)組織：矢量結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)；空間數(shù)據(jù)管理： 幾何數(shù)據(jù)：文件 屬性數(shù)據(jù)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫,GIS的組成—

14、管理人員,GIS的開發(fā)是以人為本的系統(tǒng)工程。 業(yè)務(wù)素質(zhì)與專業(yè)知識是GIS工程及應(yīng)用成功的關(guān)鍵。不但對GIS的技術(shù)和功能有足夠的了解，而且要具備組織管理管理的能力。技術(shù)培訓(xùn)、硬件維護與更新、系統(tǒng)升級、數(shù)據(jù)更新、文檔管理、數(shù)據(jù)共享建設(shè)等。,3. GIS的功能—基本功能（核心問題）,位置（Locations）條件（Conditions）趨勢（Trends）模式（Patterns）模型（Models）,GIS的功能—基本功能—位

15、置,某個特定位置有什么？幾何查屬性例：國家屬性查詢,GIS的功能—基本功能—條件,滿足給定條件的地理對象分布屬性查位置例：客戶分布,GIS的功能—基本功能—趨勢,地理對象隨時間的變化例：人口變化趨勢,GIS的功能—基本功能—模式,空間對象的分布模式問題揭示空間對象的空間關(guān)系例：商業(yè)服務(wù)競爭,GIS的功能—基本功能—模型,解決問題方案基于模型的例：公園選址,GIS的功能—基本功能實現(xiàn),文件圖表,數(shù)據(jù)獲取,原始數(shù)據(jù),存儲檢

16、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(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),空間數(shù)據(jù)庫,,,,,,,,,,,,,,,GIS的功能—基本功能實現(xiàn) 數(shù)據(jù)獲取,GIS的功能—功能實現(xiàn) 編輯變換與處理,目的：保證數(shù)據(jù)在入庫時在內(nèi)容上的完整性， 邏 輯上的一致性。方法：數(shù)據(jù)編輯與處理、錯誤修正： 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化：矢量、柵個格轉(zhuǎn)化，不同數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化； 數(shù)據(jù)

17、比例轉(zhuǎn)化：平移、旋轉(zhuǎn)、比例、糾正 投影變換：投影方式 數(shù)據(jù)概化：平滑、特征集結(jié) 數(shù)據(jù)重構(gòu)：幾何形態(tài)變換（拼接、截取、壓縮、結(jié)構(gòu)） 地理編碼：拓撲結(jié)構(gòu),,GIS的功能—功能實現(xiàn) 數(shù)據(jù)組織與管理,數(shù)據(jù)的集成過程 幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)組織 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)、柵格/矢量結(jié)構(gòu)

18、決定著GIS的數(shù)據(jù)分析能力、效率和精度數(shù)據(jù)管理： 層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型 混合管理模式,GIS的功能—功能實現(xiàn) 檢索與分析,空間檢索空間分析,空間分析,地形分析網(wǎng)絡(luò)分析緩沖區(qū)分析幾何量測地圖分析疊置分析統(tǒng)計分析決策分析,位置查詢屬性查詢拓撲查詢,空間查詢,,,,,,GIS的功能—功能實現(xiàn) 數(shù)據(jù)輸出,數(shù)據(jù)交換 統(tǒng)計表格 制圖：專題地圖、影象地圖、統(tǒng)計地圖、地形

19、圖,GIS的功能—功能實現(xiàn) 用戶界面,GIS的功能—功能實現(xiàn) 二次開發(fā),GIS的空間分析技術(shù)與手段是有限的，而實際應(yīng)用模型是無可枚舉的，任何GIS都應(yīng)提供二次開發(fā)工具。定制菜單、程序與可視化界面等GIS二次開發(fā)環(huán)境： 專用工具：如Arc/Info的AML語言； 通用語言：如VC++、VB、Delphi等 組件開發(fā)：如MapInfo的MapX；,3、研究內(nèi)容,地理信息系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,,,,,,

20、,GIS,RS,G-,MIS,C-,MAP,,,,,,4、地理信息系統(tǒng)的形成和發(fā)展4-1 GIS的形成和發(fā)展概述 4-1-1．GIS思想和技術(shù)方法探索階段（60年代）：,諾基爾．湯姆林遜,1、計算機存儲量小，磁帶存儲速度慢；2、機助制圖能力強，地學(xué)分析功能比較簡單；3、出現(xiàn)手扶跟蹤的數(shù)字化儀；4、成立了專門的GIS機構(gòu)和組織；5、代表國家：加拿大、美國等URISA－美國現(xiàn)代城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會（66）CGDSP－國際地

21、學(xué)會地理數(shù)據(jù)采集委員會（68）,4-1-2 鞏固發(fā)展階段（70年代）,以第三代計算機為基本硬件；軟件日益增多；應(yīng)用領(lǐng)域開始擴大；提出GIS的研究重點：許多國家地區(qū)大學(xué)成立GIS研究機構(gòu)商業(yè)化產(chǎn)品出現(xiàn),空間數(shù)據(jù)處理算法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),4-1-3 突破性發(fā)展階段（80年代）,以第四代計算機為基本配置；系統(tǒng)軟件功能更加齊全；應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大；效益更加明顯GIS機構(gòu)、技術(shù)隊伍壯大國際合作項目增多商業(yè)化機構(gòu)和產(chǎn)品

22、增多,理論方法技術(shù),取得突破趨向成熟,4-1-4 GIS技術(shù)和產(chǎn)業(yè)同步發(fā)展時期（90年代）：,硬件環(huán)境更加完善（性能、效能、價格）軟件環(huán)境更加成熟適用（WINDOW95）標準化的GIS軟件平臺日益增多GIS與RS、GPS、WWW的結(jié)合GIS產(chǎn)生的效益更加顯著并產(chǎn)生了GIS產(chǎn)業(yè)GIS隊伍精煉、擴大GIS教育體系和手段趨向網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化,GIS科技開發(fā)與研究的重點：1．空間信息分析的模式和方法2．空間關(guān)系和數(shù)據(jù)模型

23、3．人工智能和專家系統(tǒng)的引入4．顯示與輸出技術(shù)5．GIS的效益評價6．保密性等,4.2 GIS在中國的發(fā)展概況1．準備階段（78－80）,以計算機在測量、制圖、遙感領(lǐng)域的應(yīng)用為背景遙感技術(shù)的應(yīng)用和推廣輿論準備組織建設(shè)可行性實驗,1978．10陳述彭院士在第一界環(huán)境遙感學(xué)術(shù)討論會上正式提出開展GIS研究,2．試驗起步階段（81－85年）,試驗與應(yīng)用取得突破：二灘、渡口地區(qū)的空間數(shù)據(jù)庫，國土基礎(chǔ)信息系統(tǒng)和全國土地信息系統(tǒng)等。

24、成立了資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室部分大學(xué)科研機構(gòu)GIS人才培訓(xùn)取得進步制定了資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家規(guī)范標準開展學(xué)術(shù)交流，建立自己的GIS研究與應(yīng)用模式,3．全面迅速發(fā)展階段（86－95年）,GIS地區(qū)行業(yè)特色明顯理論研究、應(yīng)用和人才培訓(xùn)成果豐碩參與國際合作項目增多GIS前沿研究取得進步成立了中國地理信息系統(tǒng)協(xié)會（CAGIS）學(xué)術(shù)活動頻繁,1992年10月聯(lián)合國經(jīng)濟發(fā)展部（UNDESD）在北京召開了城市GIS學(xué)術(shù)會

25、議，并建議籌建中國GIS協(xié)會，1994年4月在北京召開中國地理信息系統(tǒng)協(xié)會成立大會。,4．行業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化持續(xù)發(fā)展階段（96-今）,GIS研究、應(yīng)用、教育機構(gòu)日益增多國產(chǎn)商業(yè)化GIS軟件平臺大量出現(xiàn)GIS行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的地位明顯增強城市GIS發(fā)展特別迅速GIS與RS、GPS及多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合取得進步GIS與數(shù)字地球的理論研究,GIS是信息高速公路的重要組成部分,5. GIS發(fā)展趨勢,空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)自動輸入技術(shù)

26、GIS微機化GIS與RS、GPS的進一步結(jié)合GIS與多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合GIS智能化GIS產(chǎn)業(yè)化GIS人才培訓(xùn),6. 中國GIS產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及特點,GIS基礎(chǔ)軟件GIS應(yīng)用開發(fā)GIS相關(guān)RS、GPS服務(wù)GIS咨詢商品化GIS數(shù)字產(chǎn)品GIS數(shù)據(jù)錄入服務(wù)業(yè),1、國際GIS 產(chǎn)業(yè)類別,GIS基礎(chǔ)軟件：GIS分析模型GIS相關(guān)RS、GPS服務(wù)GIS咨詢商業(yè)化GIS技術(shù)咨詢商品化GIS數(shù)字產(chǎn)品,2、中國GIS 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)

27、狀,國民素質(zhì)GIS共享程度,3、制約中國GIS 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的社會因素,7、應(yīng)用實例（一）——數(shù)字北大Geo-Union,北大校內(nèi)道路,7、應(yīng)用實例（一）——數(shù)字北大Geo-Union,北大校園內(nèi)景點查詢,7、應(yīng)用實例（一）——數(shù)字北大Geo-Union,昌平園區(qū),7、應(yīng)用實例（二）——大眾化應(yīng)用Go2map,從北大到天安門,7、應(yīng)用實例（二）——大眾化應(yīng)用Go2map,北大周邊公交車站,7、應(yīng)用實例（二）——大眾

28、化應(yīng)用Go2map,7、應(yīng)用實例（三）——企業(yè)應(yīng)用,調(diào)度SCADA,7、應(yīng)用實例（三）——企業(yè)應(yīng)用,7、應(yīng)用實例（三）——企業(yè)應(yīng)用,7、應(yīng)用實例（三）——企業(yè)應(yīng)用,實時信息的及時、直觀瀏覽與查詢圖文結(jié)合的信息管,繪圖工具與數(shù)據(jù)庫信息的結(jié)合基于一次接線圖的信息管理方式,7、應(yīng)用實例（四）——無線設(shè)備應(yīng)用,作業(yè),1.什么是地理信息系統(tǒng)?它與地圖數(shù)據(jù)庫有什么異同?與地理信息的關(guān)系是什么?2.地理信息系統(tǒng)由哪些部