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1、1,第一章 导论,本章重点： 1：几个基本概念 2：地理信息系统的构成 3：地理信息系统功能及应用 4：地理信息系统的发展,2,第一节 地理信息系统的基本概念,1、数据与信息,数据：关于现实世界事物、现象的描述、表现，是可以被鉴别的符号，本身没有意义，包括数字、文字、符号、图形、图像等。 信息：向人们提供关于现实世界各种新的事实的知识，是对数据的解释、运用、与解算。,3,信息的基本特征： 客观性、适用性、传输性、共享性。 数据与信息的关系： 数据是信息的表达 信息是数据的内涵 信息来自于数据处理,4,地理信息：地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的
2、数字、文字、图像和图形等的总称； 地理信息属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征,2、地理信息与地理信息系统,5,地理信息系统：是反映人们赖以生存的现实世界的现势和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性数据，在计算机软、硬件支持下，以一定格式输入、存储、检索、显示、分析、输出应用的技术系统。 （集计算机科学、信息科学、测绘科学、地理科学、空间科学、环境科学和管理科学等为一体的新兴边缘学科。）,6,3、空间数据与地图,空间数据：以点、线、面等方式采用编码技术对空间物体进行特征描述及在物体间建立相互联系的数据集。 地图：表示客观事物的地理分布及其相互联系的空间模型，是反
3、映地理实体的图形，是对地理实体的简化和再现。 地图是空间数据的一种表示方法。,7,以研究对象的性质和内容分类： (1)综合性地理信息系统：按统一标准存储、管理一定范围内的各种自然和社会经济综合数据的地理信息系统。如加拿大国家地理信息系统，中国自然环境综合信息系统等。 (2)专题性地理信息系统：具有有限目标和专业特点的地理信息系统，系统数据项的选择和操作功能设计是为特定的目的服务。如水资源管理信息系统等。,4、地理信息系统的分类：,8,以研究区的区域范围分类： (1)全球性地理信息系统：这种系统研究区域范围往往涉及全球范围。如全球人口资源地理信息系统。 (2)区域性地理信息系统：主要以区域综合研
4、究和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模，如国家级的、省级的、市(地)级和县级等相各不相同级别行政区服务的区域信息系统，也可以按自然分区或以流域为单位的区域信息系统。如我国黄河流域信息系统等。,9,以应用功能划分： (1)工具型地理信息系统：为地理信息系统的使用者提供一种技术支持，使用户能借助地理信息系统工具中的功能直接完成应用任务，或者利用工具型地理信息系统，加上专题模型完成应用任务。 (2)应用型地理信息系统：一类是借助工具型地理信息系统开发的，另一类是为某专业部门应用自行开发的，针对性明确，专业性强。,10,以其数据结构类型划分： (1)矢量数据结构地理信息系统 (2)栅格数据结构地理
5、信息系统， (3)混合数据结构地理信息系统,11,第二节 地理信息系统的基本构成,硬件系统,软件系统,应用模型,GIS,用户,空间数据,DBMS,12,磁带/光盘,遥感/GPS,扫描仪,数字化仪,工作站,网络设备,服务器,绘图仪,电子地图,PC/NC,Intranet,Internet,输入设备 处理设备 输出设备 GIS硬件设备配置,一、GIS的硬件设备,13,硬件：计算机主机、数据输入设备、数据存储设备、数据输出设备、数据通讯传输设备等等。,14,二 、系统软件 由系统管理软件、数据库软件和基础GIS软件组成，用于执行GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。（GIS
6、的软件是指GIS运行所必需的各种程序，它们构成GIS的核心部分，关系到GIS的功能。）,15,这些软件通常由4部分组成： (1)计算机系统软件：主要指为用户使用计算机提供方便的程序系统，包括操作系统、汇编系统、编译程序、诊断程序、库程序等。这些是GIS正常运行所必需的。 (2)GIS系统软件：指GIS基本功能软件包，以完成对数据进行采集、加工、存储、管理、 分析、查询、显示再现和与用户接口。,16,(3)应用分析程序：是系统开发人员或用户为某种特定应用任务而开发的程序，对系统功能具有扩充作用。应用程序作用于地理专题数据或区域数据，构成地理信息系统的具体内容，这是用户最为关心的真正用于地理分析的
7、部分，也是从空间数据中提取地理信息的关键。用户进行系统开发的大部分工作是开发应用程序，而应用程序的水平在很大程度上决定着系统的优劣和成败。 (4)其他支持软件：用于对GIS系统软件提供支撑或功能上的一些补充。包括数据库管理系统、图像处理系统、计算机图形软件包等。,17,数据是GIS的管理内容和操作对象。 它是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和经济的数据。 这些数据可以是数字、文字、表格、图像和图形等。 它们由系统研制者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他输人设备输入到GIS中，也可以通过其他系统的通讯接口直接输入GIS。 GIS正是通过对这些数据的采集、管理、分析，提取其信息内容
8、构成信息模型，根据用户的要求来模拟现实世界，其相应的区域信息包括位置信息、属性信息和空间关系等。,三、空间数据库,18,GIS是一个动态的地理模型，是一个复杂的人-机系统。它必须处于相应的机构或组织环境内，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充等工作。因此，系统的管理、维护和使用人员是GIS中的重要构成因素。 GIS人员既包括从事GIS系统开发的专业人员，也包括采用GIS完成日常工作的终端用户。,四、系统使用管理和维护人员,19,五、应用模型,由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。,20,第三节 地理信息系统的功能介绍,1、基本功能,
9、数据采集与编辑 数据存储与管理 数据处理和变换 空间分析和统计 产品制作与现实 二次开发与编程,一、GIS功能：,21,22,23,24,资源管理：资源清查、资源配置、资源管理、生态、环境管理与模拟等。 区域规划：城乡规划、基础设施管理等。 国土监测：土地调查灾害监测、应急响应等。 辅助决策：地学研究与应用、商业与市场。,2、应用功能,25,二、数字地球：,数字地球：是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现与认识。是一个在全球范围内建立的一个以空间位置为主线，将信息组织起来的复杂系统。 数字地球是地理信息系统的延伸，核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源。,26,数
10、字地球的特点：,多源、多比例尺、多分辨率数据无缝集成的网络信息系统。 面向全社会公众开放的网络信息系统。 虚拟现实技术支持下的多维网络信息系统。,27,数字地球的意义：,在当前以工农业经济为主体的经济建设中，数字地球将成为国家可持续发展和创新工程的依托，国家和民族安全的保障以及国民经济建设新的增长点。 在即将到来的以数字化信息为主要资源的知识经济时代中，数字地球作为对地球认识的数字化描述与表达，是重要的信息资源。,28,第四节 地理信息系统的发展,起始发展阶段(60年代)：1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson博士，建立了世界上第一个地理信息系统加拿大地理信息系统(CGIS)。这
11、一时期，许多与地理信息系统有关的组织机构纷纷建立。 发展巩固阶段(70年代)：很多国家政府开始关心、支持GIS。 推广应用阶段(80年代)：在林业、资源管理等方面进入应用阶段。 蓬勃发展阶段(90年代以后)：GIS趋于成熟，计算机、网络、数据库技术、商业化的GIS软件大量出现。,一、发展简史,29,以时间发展为序列，综合考虑GIS发展的特点，可将GIS分为4个发展阶段： 即20世纪60年代起始发展阶段 70年代巩固发展阶段 80年代推广应用阶段 90年代的全面发展阶段,国外发展趋势,30,地理信息系统的研制与应用在我国起步较晚，但发展势头迅猛。我国GIS的发展至今只有20多年的历史，经历了从无
12、到有、从研究到实用，并逐步走向产业化的过程。 20世纪70年代的准备阶段 80年代的试验阶段 90年代的全面发展和应用阶段。,国内发展概况,31,二、发展态势： GIS已成为一门综合性技术； GIS产业化的发展势头强劲； GIS网络化已构成当今社会的热点； 地理信息科学( geoinformatics )的产生和发展。,32,地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生的边缘学科，因此它明显的体现出多学科交叉的特征，这些交叉学科的基础理论同样构成地理信息系统的基础理论体系。 如：地理学；测绘学及其分支学科；计算机技术；数学等等。,三、基础理论,33,webGIS 海量数据管理 高分辨率遥感图像
13、与GIS结合 三维GIS与虚拟现实技术,四、当代GIS的几个热点问题,34,相关扩展内容,35,160年代起始发展阶段 世界上最早的GIS源于北美，是由加拿大测量学家R.F.TomUnMn提出并建立的，称为加拿大地理信息系统(Canada Geographic Information System，CGIS)，主要用于自然资源的管理和规划。 稍后，美国哈佛大学Howard TFisher 设计和建立了SYMAP系统软件。 但由于当时计算机技术水平不高，存储量小，磁带存取慢，使得GIS带有更多的机助制图色彩，地学分析功能极为简单。,国外：,36,当时的系统能实现手扶跟踪数字化地图，进行地图数据的
14、拓扑编辑，分幅数据的拼接，并发展了基于栅格的操作方法。 这一时期GIS发展的另一显著特点是许多与GIS有关的组织和机构纷纷建立。例如，1966年美国成立城市和区域信息系统协会(Urban Regional Information System Association，URISA)，1969年又建立起州信息系统全国协会(National Association of States Information System，NASIS)。这些组织和机构的建立，为传播GIS知识和推动GIS技术的发展，起到了重要的作用。,37,270年代巩固发展阶段 进入20世纪70年代，随着计算机硬件和软件技术的飞速发
15、展，尤其是大容量存取设备磁盘的使用，为空间数据的录入、存储、检索和输出提供了强有力的手段。用户屏幕和图形、图像卡的发展增强了人机对话和高质量图形显示功能，促使GIS朝实用方向迅速发展，不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的GIS在世界各地纷纷研制，美国、加拿大、英国、德国、瑞典和日本等国对GIS的研究均投入了大量人力和物力。 例如， 1970一1976年，美国地质调查局就建成了50多个专业性的地理信息系统，用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息；,38,1974年日本国土地理院开始建立数字国土信息系统，存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息； 瑞典在中
16、央、区域和城市三级建立了许多信息系统，如土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等。 其他一些国家也先后建立了许多专业性的地理信息系统。 与此同时，一些商业公司开始活跃起来，软件在市场上受到欢迎。 据统计，在70年代大约有300多个系统投入使用。 这期间许多大学和研究机构也开始重视GIS软件设计及应用的研究，例如，美国纽约州立大学布法罗校区创建了GIS实验室。 总之，在这一时期，地理信息系统技术已受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视，成为一个引人注目的领域。,39,380年代推广应用阶段 由于计算机的发展，推出了图形工作站和微型PC机等性能价格比大为提高的新一代计算机，计算机和空间信息系统在许多部门广泛应用。 GIS系统软件和应用软件的发展，使系统的数据处理能力、空间分析功能、人机交互、地图输入、编辑和输出技术均有较大提高。从而使得它的应用从解决基础设施的规划(如道路、输电线)转向更复杂的区域开发，例如土地的农业利用，城市化的发展
