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1、北京大学遥感与GIS研究所 程承旗,地理信息系统概论,课程大纲,地理信息系统的概念与原理 地理信息系统的构成 地理信息系统的作用 地理信息系统的数据结构 地理信息系统的效益评估方法 地理信息系统的历史与发展趋势,地理信息系统的基本概念与原理,地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。,GIS的定义 1。历史定义：地理信息系统是以地理空间数据为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、模拟、分析和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。地理信息系统从外部看，它表现为计算机软硬件
2、系统，其内涵是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的高度信息化的地理系统。信息的流动及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真，地理学家可以在GIS的支持下，提取地理系统的不同侧面、不同层次的空间和时间特征信息，也可以快速模拟自然过程的演变和思维过程，取得地理预测和实验的结果，选择优化方案，避免错误的决策。 2。现代定义：地理信息系统是空间数据的管理系统。,地理信息系统之要义,一切信息都可 图形化,GIS的数据采集功能,用于大型GIS工程 应用领域： 测绘 勘测 规划 土地 交通 管线 农林 水利 环保 油田 地质 军事,GIS可以做什么 数据管理,
3、GIS可以做什么,管理海量数据,GIS可以做什么,浏览 查询,GIS可以做什么？,专业性分析,GIS可以做什么？,路径分析,GIS可以做什么,地图整饰,GIS可以做什么？,动态分段,GIS可以做什么,断面分析,GIS可以做什么,格网分析,GIS可以做什么,生成数字地面模型,三维地下体分析,GIS可以做什么,人,系统实现,模型实现,数据实现,GIS,技术,学科,1. 项目GIS 2. 部门GIS 3. 企业GIS 4. 社会GIS,GIS的组成与发展阶段,逻辑维,知识维,时间维,GIS 三维结构,明确目标系统分析 资料收集系统优化 指标设计决策制定 系统综合计划实施,逻辑维,计算机科学城市科学
4、地理学信息论 测绘遥感学应用数学 环境科学管理科学,知识维,时间维,意向阶段系统开发设计 研究阶段 规划阶段调查阶段 调查研究阶段安装阶段 总体方案研究阶段运行阶段,GIS的相关学科,地理学,GIS,遥感技术,摄影测量学,数学和统计学,制图技术,计算机科学,专家系统,计算机图形学,计算机辅助设计,数据库技术,软件工程,GIS应用的构成,空间数据 管理,视窗 生产力,因特网 和 局域网,数据 集成,开放的 标准,GIS的构成,硬件：计算机、外设、网络设备 软件： 计算机系统软件 地理信息系统软件 应用分析软件,GIS的主要应用程序及与硬件的关系,输入、数据采集（数字化仪、扫描仪） 建库、数据管理
5、（服务器、工作站） 查询、空间分析（服务器、工作站） 决策支持、上网（服务器、工作站、） 制作专题图（服务器、工作站） 输出（绘图仪）,空间数据结构,点 线 面 集合,构造适用坐标 对坐标量无 限制,矢量数据 栅格数据,矢量图,栅格图,空间数据,贴片,每个特征都由贴片索引 基于树型结构 存储在 B+ 树型索引 索引点、线、面 支持通过SQL大数据量的读取及存储,GIS的应用领域,地理逻辑 绘图,绘图机构,地质测绘,环保机构,地方政府,人口局,税务部门,旅游 服务业,公用事业 公司,企业,教育,交通运输 部门,GIS的现状（应用领域）,1、基础空间数据建设部门 传统的建设和应用GIS的部门，有近
6、15年的数据建设历史基于计算机和网络的应用，相互间无共享机制，数据不对公众公开。数据格式多样化。空间与属性相关的数据分离存储。 2、市政设施部门 均为工程应用部门。设备数据库、空间数据库。 3、公众服务部门，近5年开始进行信息化建设。 4、金融服务部门，部分数据库具有空间特征。 5、社会经济部门，多数数据库不具备空间属性。,GIS用户主要分布的行业,空间基础数据建设部门：勘测测绘、遥感等 城市市政管理部门：规划、土地、房地产、市政水电气 能源部门：石油、天然气、地质 自然利用：农林、水利、环保 公众服务部门：公安、消防、紧急救援 金融服务部门：银行、保险 社会经济部门：统计局、信息中心,GIS
7、的效益评估方法,1、直接效益： 软件效益、工程效益、服务效益 2、间接效益： 科学决策效益、快速决策效益,成本,时间,手工操作,计算机管理,GIS的实践效益,GIS项目的投资情况分析,地理信息系统是IT的支柱性产业,大规模 交易 处理,分布式计算,多用户数据接口,Row Locking,地理信息系统（GIS）的传统挑战,孤立的、各自为政的部门 专有的 数据, 程式化的编程语言 昂贵的 软硬件平台 工具使用的艰难,地理信息系统（GIS）的发展趋势,向非GIS用户发送空间数据 方便地在你更大的信息系统中集成空间信息 维护 准确的、无缝连接的实时数据 提供 快速的数据接入 GIS走向网络化 GIS、
8、GPS、RS一体化 GIS工程化,Tools (工具) Centralized (集中式) Standalone (孤立的) GIS Data (GIS数据) Mapping System Legacy data migration Isolated spatial analysis,Integrated technology Distributed (分布式) Embedded (嵌入式的) Spatially enabled data Database System Legacy data access Enterprise spatial analysis,GIS的发展趋势：从专业应用融
9、入IT 潮流,(制图系统),(现有数据的转换),(现有数据的访问),(数据库系统),(空间相关的数据),（基于集成技术）,(独立的空间分析),(企业级的空间分析),GIS的发展趋势：OPEN GIS,GIS的发展趋势：超图空间数据仓库,数字地球与GIS,数字地球就是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识。数字城市是数字地球的具体实现。 巨大的数字地球由下列体系组成： 数据采集与更新体系 数据处理与储存体系 信息提取与分析体系 数据与信息传播体系 数据库体系 网络体系 应用模型体系 专用软件体系 标准与互操作体系,数字地球与GIS,数字地球需要的新理论和技术： 数据获取与更新（数据源、
10、空间数据的采集与数据库） 网络、计算机硬件、数据与信息传播 数据处理、储存、数据库、信息提取与分析 GIS互操作技术、虚拟现实技术、WEB GIS技术等,主要的GIS产品供应商,INTERGAPH ESRI AutoDesk BSI Smallworld MapInfo Seimens Landmark OtherDeLorme, Maptitude, Precision Mapping, etc.,GIS的现状（软件领域）,RDBMS (NT or UNIX),数据服务器,GIS Office (Client 1),GeoMedia Professional (Client n),Inter
11、net,Internet Explorer,Netscape,or,GeoMedia Web Map + RDBMS (NT Server),Web 服务器,Intranet,GeoMedia,GeoMedia Professional,GeoMedia,GeoMedia Network,客户端的浏览查询（规划，管线，交通，社会经济信息等查询）,各专业的分析应用,GIS的标准应用流程图,数据更新，编辑及制图,GeoVec Office (Client n),GeoVec Office (Client 1),数据采集，建库,（地形管网及规划图纸扫描矢量化）,市区规划管理系统,地下管线管理系统,道
12、路交通管理系统,(Client 1),(Client 2),(Client n),(Client n+1),GeoVec Office Client n),GIS数据库的管理,MTA,三维地形分析,超过 70%的GIS项目资金用于数据采集和数据管理 数据库是GIS最主要的资产 从上可知： 地理信息系统首先是一个数据库解决方案, 其次才是 一个地理化应用 来自Harlow 报告,真正的数据库问题,实现空间数据仓库的目标,GIS桌面 客户机,Web 浏览器,MIS 应用,专用空间 数据,Records,Spatial,集中式空间信息管理,为他人传送数据的需要,制造和维护数据 GIS 部门 专业用户 GIS的近30年历史,如何与GIS的用户沟通,1、了解他们的真正需求（需求软件的功能、解决方案的成效、其它） 2、了解用户的GIS应用背景（客户现有的数据情况、对数据库的要求、GIS的应用情况） 3、了解客户做项目的方式 4、了解客户的项目投资情况 5、了解客户的项目与技术决策人,
