地理信息系统基础教程

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1、,资源与环境科学学院,地理信息系统基础,地理信息系统,第一章 地理信息系统导论 第二章 地理数据结构及其文件组织 第三章 地理数据库 第四章 地理数据采集 第五章 空间数据处理 第六章 地理数据计量地理分析 第七章 空间分析 第八章 地理信息产品输出 第九章 地理信息系统设计与评价 第十章 地理信息系统应用实例,地理信息系统导论,学习目标： 理解的相关概念，说明和相关学科的关系 掌握的特点、类型与组成 了解的基本功能和用途 了解的发展概况 重点：的基本概念、组成及功用,地理信息系统导论,信息革命的影响，要求地理学要顺应时代的要求，跟上时代的步伐，地理学要高度现代化。计算机技术、自动化技术等的发

2、展为的形成奠定了坚实的基础；地理信息系统脱胎于地图，它们都是地理信息的载体，具有存贮、分析和显示地理信息的功能。计算机制图技术的发展对的产生起了有力的促进作用；海量资源信息，客观上需要为之服务；由于社会的进步，人类开始觉悟到对于自然资源的利用，不能是简单的掠夺，而应当合理的管理利用，并且把开发和保护相结合。对自然资源应采取科学的管理，进行定量分析和预测，从而为宏观科学决策提供依据，这些为的产生提供了应用基础。 基于以上社会经济与技术发展的历史背景和原因，地理信息系统于年代中期开始形成并逐渐发展起来。,第一节 地理信息系统的产生,基本概念,信息的特点,数据与信息的区别,第二节 地理信息系统的基本

3、概念,数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。 信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。,()信息的客观性 ()信息的适用性 ()信息的传输性 ()信息的共享性,信息的特点：,信息与数据是不可分离的，数据是信息的表达，信息是数据的内涵。数据本身并没有意义数据只有对实体行为产生影响时才成为信息,数据与信息的关系,基本概念,地理信息的特征,地图与地理信息的关系,地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。 地图是将

4、地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化。,基本概念,()属于空间信息 ()具有多维结构的特征 ()时序特征十分明显,地理信息的特征,. 地图是地理信息载体 . 地图是地理信息的传统数据源 . 地图是的查询与分析 结果的表示方法,地图与地理信息的关系,地理系统是一个多层次的巨系统，它具有多层次的结构和泛目标的功能，需要多学科的知识结构和多种形式技术体系的支持。地理系统是认识地理圈的事物、现象和发生发展过程，理解物质迁移与能量转换内外循环的规律，认识地理规律、掌握地理信息，以调控资源与

5、环境为目的的逻辑思维过程。 地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。 地理系统是地理信息系统的科学依据；地理信息系统是研究地理系统的科学技术保证。,地理信息系统的分类,地理信息系统的功能,地理信息系统的应用,第三节 地理信息系统的特点和功能,地理信息系统的特点,公共的地理定位基础； . 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力 . 系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，

6、并能产生高层次的地理信息； . 以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统。,一、地理信息系统的特点,二、地理信息系统的分类,数据输入、存贮和编辑 操作运算 数据查询和检索 应用分析 图形显示和结果输出 数据更新,三、地理信息系统的功能,四、地理信息系统的应用,. 统计与量算； . 规划与管理； . 预测与监测； . 辅助决策。,第四节 地理信息系统的组成,数据输入,数据存储,信息输入,系统操作,系统支持,地理分析,硬件系统,地理数据,软件系统,地 理 数 据 库,用户,一、 的 硬 件 系统,计算机主机,二、的软件系统,应用分析软件,三、地理数据,四、用 户,系统组织、管

7、理、维护和数据更新、应用程序开发、信息提取、地理决策,一、研究内容,第五节 地理信息系统的研究内容,概念、定义、内涵 构成、特点、功能和任务 理论体系 发展历史及发展趋势,一、研究内容,第五节 地理信息系统的研究内容,硬件配置 数据结构与表示 输入输出系统 地理数据管理 用户界面 工具软件研制,一、研究内容,第五节 地理信息系统的研究内容,应用系统设计 数据采集与校验 专题分析模型 结合 地学专家系统,二 相关学科树,.起步阶段（年代），注重空间数据的地学处理。 年，加拿大测量学家. . 首先提出 这一术语，建立加拿大地理信息系统（）； 年， （环境系统研究所）建立； 年， 公司建立。 .发展

8、阶段（年代），注重空间地理信息的管理，受到 政府部门、商业公司和大学的普遍重视。 年，成立。,一、地理信息系统的发展概况,第六节 发展趋势,.推广应用阶段（年代），注重空间决策支持分析。 年， 发布； 年，成为可运行系统； 年，建立； 年，卫星首次发射； 年，地理信息系统的国际杂志出版； 年，美国人口调查局第一次公开发布； 年， 首次发行； 年， 发布；,.用户时代（年代后）, 注重社会应用与服务， 技术迅猛发展。 控件式成为的发展方向; 蓬勃发展; 三维崭露头角。 .国外主流软件 （、） （ ）（） （ 、 ）,二、我国的发展 .准备阶段（年代） .试验阶段（年代） .全面发展阶段（年代）

9、.国产主流软件,()与遥感和全球定位系统进一步结合，构成地理学 日趋完善的技术体系； () 空间数据结构与数据管理的研究更加深入； () 应用模型开发日趋加强； () 智能化； () 网络化； () 三维的研究不断深入； () 宏观与微观应用进一步加强，并形成新的产业。,三、地理信息系统的发展趋势,地理数据结构及其文件组织,学习目标 理解地理空间信息的概念 掌握地理空间信息的描述方法 理解地理数据分类描述的方法 理解和掌握地理空间数据的拓扑关系 掌握栅格和矢量数据结构及其编码方法 了解栅格与矢量数据之间的转化方法 重点：地理空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构的特点及其编码方法。 难 点：拓扑

10、结构、栅格数据编码,地理数据结构及其文件组织,地理空间信息及其描述 地理空间数据类型 地理信息的空间关系 地理信息空间数据结构 地理信息数据的编码方法 矢量结构与栅格结构的相互转换,一、地理空间信息,地理空间（ ）是指物质、能量、信息的形式与形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。 地理信息 地理信息是一个时空过程，它存在于一定物质、能量载体，并能从一种载体向另一种载体进行转移，从而形成所谓的信息流。按照认知关系可将地理信息载体化分为地理主体和地理对象两种。,二、地理空间信息的描述,是建立在地理空间坐标系基础上的 地理坐标（经度、纬度）是描述地理空间信息最直接的方法。 平

11、面直角坐标系()建立了对地理空间良好的视觉感，并易于进行距离、方向、面积等空间参数的量算，以及进一步的空间数据处理和分析。 地理信息系统中的地理空间，通常就是指经过投影变换后放在笛卡儿坐标中的地球表层特征空间，它的理论基础在于旋转椭球体和地图投影变换。,三、地理数据的分类描述,定名（）量 顺序（）量 间隔（）量 比率（）量,定性而非定量地对众多地理事物进行区分和标识。如北京、天津、石家庄等；长江、黄河、鸭绿江等；白洋淀、洪泽湖和太湖等,通过排序来区分和标识地理现象的量称为顺序量。它是按照地理数据的等级序列，由低到高（或由高到低）进一步细分的,利用某种标准单位（可以是任意的）作为间隔量来表示不同

12、的量，是一种较精确区分和标识地理现象的测量方法。,比率量是间隔量的精确化。它提供的定量值是具有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据,第二节 地理空间数据类型,地理数据的基本特征 地理数据的来源 地理空间数据类型,一、地理数据的基本特征,空间特征 表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示。 属性特征 表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。 时间特征 描述实体随时间的变化，其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。,二、地理数据的来源,地图数据 地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要得信息源 遥感数据 各种遥感数

13、据及其制成的图像资料（航片、卫片）包含着及其丰富的地理内容，尤其是先进的卫星遥感技术的广泛应用，能为地理信息系统提供源源不断的、现势性很强的数据 统计数据、实测数据及各种文字报告 各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等,三、地理空间数据的类型,. 类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。 . 面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行政单元 . 网络数据：道路交叉点、街道和街区等。 . 样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区等。 . 曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。 . 文本数据：如地名、河流名和区域名称。 . 符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等。,第三节 地理信

14、息的空间关系,地理空间数据的拓扑关系 地理空间信息的方向关系 地理空间信息的度量关系,一、地理空间数据的拓扑关系,拓扑结构 是明确定义空间结构关系的一种数学方法。 在中，它不但用于空间数据的组织，而且在空间分析和应用中都有非常重要的意义。,.地理空间数据的拓扑关系 .地理空间数据拓扑关系应用价值 .地理空间数据拓扑关系的表示,拓扑邻接： 元素之间的拓扑关系。 拓扑关联： 元素之间的拓扑关系。 拓扑包含： 元素之间的拓扑关系。,、地理空间数据的拓扑关系,不 同 类,同 类,同类不同级,拓扑邻接： 拓扑关联：、 、 ；、 、 拓扑包含：与,.地理空间数据拓扑关系应用价值,（）确定地理实体间的相对空

15、间位置，无需坐标和距离 （）利于空间要素查询 （）重建地理实体,.地理空间数据 拓扑关系的表示,结点集合,.地理空间数据 拓扑关系的表示,多边形集合,.地理空间数据 拓扑关系的表示,弧段集合,二、地理空间信息的方向关系,方向关系：地理事物在空间中的相互方位和排列顺序。 描述空间实体的方向关系，对于点状空间实体只要计算两点之间的连线与某一基准方向的夹角即可，该夹角称为连线的方位角。基准方向通常有真子午线方向、磁子午线方向和坐标纵线方向三种。 同样计算点状和线状空间实体、点状和面状空间实体时，只需将线状和面状空间实体视为由它们的中心所形成的点状实体，然后按点状实体来求解方向关系即可。,三、地理空间

16、信息的度量关系,度量空间关系主要是指空间对象之间的距离关系。 这种距离关系可以定量地描述为特定空间中的某种距离，如实体距离实体。也可以应用与距离概念相关的术语，如远近等进行定性的描述。,第四节 地理信息空间数据结构,空间数据结构 矢量数据结构 栅格数据结构 栅格结构与矢量结构的比较,常用的空间数据结构,矢量数据结构 矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。 特点：定位明显，属性隐含。 获取方法： () 手工数字化法； () 手扶跟踪数字化法； () 数据结构转换法。,栅格数据结构 栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。 特点：属性明显，定位隐含。 获取方法： () 手工网格法； () 扫描数字化法； () 分类影像输入法； () 数据结构转换法