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2、 GIS的基本概念 1.1.1 GIS的定义 地理信息系统是为特定的应用目标而建立的空间信息系统，是 在计算机软件、硬件及网络支持下，对有关空间数据进行预处理、输入、存储、查询检索、处理、分析、显示、更新和提供应用的技术系统。是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层和人类生活涉及的地下环境在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。从学科角度定义，GIS属于技术学科，主要涉及地理学、测量学、制图学、摄影测量与遥感、计算机科学。特别是计算机制图、数据库管理、遥感和地理学构成了GIS的理论和技术基础。,1.1.2 GIS的构成,硬件系统计算机、输入、存储、输出、网络 软件
3、系统系统软件、GIS专业软件、数据库软件 地理信息数据具有空间、属性和时间特性 系统开发、管理及应用人员设计、开发到管理维护，应用,专题地理信息系统按内容 区域地理信息系统按范围 地理信息系统工具按软件功能,1.1.3 GIS的分类,基础地理信息系统 专业应用地理信息系统 专项应用地理信息系统,1.1.4 GIS与其他学科的关系,GIS与地图学 地图是GIS的数据基础，也是GIS的表现方式之一。地图学强调空间信息的表达与传输；GIS强调空间数据的处理与分析。 GIS与一般事务数据库系统 数据库技术是GIS的技术基础之一，解决数据存储、管理、查询检索等问题。一般的数据库没有空间概念，没有拓扑关系
4、，GIS的数据库特点是处理空间实体的位置、空间关系和属性。 GIS与CAD 共同特点：都有空间坐标，能处理和表现空间数据； 区别：CAD擅长处理规则几何图形，侧重图形的表达表现，拓扑关系简单，属性库功能较弱；GIS处理更为复杂的自然实体数据，有复杂的拓扑关系，图形数据库与属性数据库关系密切，侧重空间分析功能。,1.2 GIS的主要功能 1.2.1 数据采集与输入（测量方法获取、转换成系统格式） 1.2.2 数据编辑与更新 图形编辑：图形的编辑、整饰、变换、图幅拼接、拓扑关系、投影变换等； 属性编辑：属性的定义、添加、修改等 数据更新：以新的数据项或记录替换旧的，包括删除、修改、增加等,1.2.
5、3 数据存储与管理将数据以某种格式记录在计算机内部或外部的存储设备上，空间数据由空间数据库管理；属性数据一般直接利用商用关系型数据库系统。 1.2.4 空间查询与分析 空间查询：图形的查询、属性查询、图形与属性交互查询、地址匹配等 空间分析：缓冲区分析、叠加分析、网络分析、空间插值、统计分析等。 是GIS最专业、最高级的功能,GIS的空间分析功能简介,缓冲区分析根据数据库的点、线、面实体,自动建立其周围一定宽度范围的缓冲区多边形,它是地理信息系统重要的和基本的空间分析功能之一. 叠加分析 将同一地区,同一比例尺的两组或更多的多边形进行叠置,建立新的具有多重属性的多边形或做相应的统计分析。 网络
6、分析 对地理网络（如交通网络）、城市基础设施网络（如电信线、电力线、给水线等）进行地理分析和模型化，用于研究、筹划一项网络工程如何安排、并使其运行效果最好，包括最短（最佳）路径分析。 空间插值 空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。DEM的生成是主要应用之一。 空间统计分析 统计分析是指运用统计方法及与分析对象有关的知识，从定量与定性的结合上进行的研究活动。与其他分析功能结合，可以做诸如坡度、坡向、土方量等计算与统计。,1.2.5 数据显示与输出 空间数据以可视化的方式显示在屏幕上或打印出来。,1.3 GIS
7、的发展上世纪60年代，第一个GIS诞生于加拿大。此后GIS一直与计算机技术、网络技术、空间信息技术、数据库技术和通讯技术的发展密切结合。目前的发展趋势包括： 1.3.1 分布式GIS利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台的空间服务、构建一个物理上分布、逻辑上统一的GIS。 1.3.2 智能GIS与空间数据挖掘在GIS系统中引入空间数据挖掘和知识发现机制，从而解决GIS的智能化问题和空间决策支持问题。 1.3.3 GIS、RS、GPS的集成GPS获取精准位置，RS空间数据的获取或更新，GIS分析与表现,1.3.4 时空系统时空系统主要研究时空模型，时
8、空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。 1.3.5 三维GIS 三维数据结构的研究 三维数据的生成和管理 地理信息数据的三维显示 1.3.6 移动GIS 狭义：运行于移动终端（如PDA）并具有桌面GIS功能的GIS系统，是一种离线运行模式。 广义：是GIS、GPS、移动通信、互联网服务、多媒体技术等的集成。,本章要点 1、GIS的基本概念 2、GIS的主要功能 3、了解GIS的缓冲区分析和网络分析功能在环境污染、拆迁或出行路线设计中的应用原理。,第2章 基础地理信息系统功能与组成,2.1 概述 2.1.1 基础地理信息系统的概念以基础地理信息数据为管理对象，实现对基础地理系数据的采集、录入
9、、处理、存储、查询、分析、显示、输出、更新、共享的信息系统，它具有完善的基础地理数据管理体系和数据服务体系。,2.1.2 建设目标,建立基础地理信息数据库 建立信息网络基础设施 输出符合标准或符合用户要求的各种数据 实现面向政府、企事业单位、社会公众的网上基础地理数据服务 为其他专题信息提供公共的基础地理平台 实现基础地理信息的动态或实时更新,2.1.3 与NSDI的关系,基础地理信息系统是国家空间数据基础设施（NSDI）的核心组成部分。以基础地理数据与现代网络为主体的技术相结合，可构建空间数据基础设施（SDI）。,空间数据框架集 空间数据协调、管理与分发体系和机构 空间数据交换标准 空间数据
10、交换网站（一站式门户）,NSDINational Spatial Data Infrastructure 美国于1994年提出。,2.2 基础地理信息系统功能,数据采集与加工 数据检查与入库 数据更新与维护 数据查询与浏览 数据输出与转换 数据发布与共享 用户管理、数据目录查询、元数据管理、数据查询、浏览与下载 元数据管理 元数据是描述数据的数据,建设原则,实用性 先进性 开放性 标准化 安全性 现势性 网络化,技术要求,2.3 系统建设总体要求与工作流程,空间参考系 时间参考 数据内容 数据格式 数据质量要求 位置精度要求 属性精度要求 现势性要求 入库数据质量控制 安全与保密 系统基本功能
11、要求,工作流程,数据库系统设计 数据建库 系统开发与集成 系统测试验收 用户培训 运行维护,2.4 基础地理数据的内容与特点 2.4.1 基础地理数据的内容 基础地理数据是描述地表形态及其所附属的自然以及人文特征和属性的总称。 基础地理数据反映和描述地球表面测量控制点、水系数据、居民点及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质、地名、数字正射影像、地籍等有关自然和社会要素的位置、形态和属性信息。是统一的空间定位框架和空间分析的基础。 基础地理信息标准数据基本规定GB21139-2007，从数学基础、数据内容、生产过程、数据认定四个方面对标准的基础地理信息数据进行了界定。,2.4.2 基础
12、地理数据分类 按数据模型和数据结构：矢量数据和栅格数据 按数据表达（产品）形式：数字线划图(GLG)、数字正射影像图(DOM)、数字高程模型(DEM)、数字栅格图(DRG)。 按其他分类方式：电子数据和非电子数据；大、中、小比例尺数据；野外采集数据、航测数据、卫星数据、GPS数据；历史数据和现势数据；全要素数据和多要素数据等。,2.4.3 基础地理数据的特点,基础性 权威性 现势性与动态性,抽象性 多尺度性 多样性 复杂性,矢量数据和栅格数据,矢量数据 以几何中的点、线、面及其组合来表示地理实体的空间分布的一种数据组织方式。具有数据精度高、存储量小、与属性数据关联紧密、便于网络分析等优点，但数
13、据结构复杂，数据处理工作量大。 栅格数据 又称网格或像元结构，是以规则的阵列来表示空间地物或现象的空间分布，每个网格是一个单元，位置由行、列号定义，栅格单元的数值代表属性。优点是结构简单，空间叠加运算方便；缺点：数据量大，不能表现复杂的属性特征,2.5 基础地理数据的采集 2.5.1 基础地理数据采集方法,2.5.2 基础地理数据库 基础地理信息数据库的组成,控制测量成果库,数字正射影像图数据库,数字高程模型数据库,数字栅格图数据库,数字线划图数据库,地名数据库,元数据库,基础地理信息数据库建设的方式,2.6 基础地理数据更新 2.6.1 数据更新步骤,确定更新策略确定数据更新的目标、任务，包
14、括更新范围、内容、周期、组织与实施方案等 变化信息获取 调查、卫星遥感影像比较、其他渠道 变化数据采集 人工数据采集、交互式数据采集、自动数据采集 现势数据生产关键问题包括：数据模型的演变、比例尺与数据质量标准、元数据跟踪、匹配方法、历史数据的组织与管理 现势数据提供：批量提供或只提供变化部分数据,2.6.2 数据库更新,数据库更新方法根据现势性最强的资料，对照已有的数据，将局部范围内变化了的主要地形要素进行修改（增、删、改）， 数据更新的一致性主要包括基础地形数据库与地名数据之间的一致性，基础地形数据与DOM、DOM之间的一致性，基础地形数据与专题信息数据的一致性。,2.7 基础地理信息系统
15、标准,基础标准： 空间参考系、分幅与编号、图式、要素分类编码、数据字典、元数据、数据交换格式等 产品标准： 4D产品的技术指标，产品的分类、标记、技术指标、包装、检测与评价、分发格式等 技术标准： 对生产技术方法、工艺流程、技术指标、检查等相应的技术规定 管理标准： 生产、建库和系统建设中的技术管理、质量监督等方面的标准,本章要点： 1、基础地理数据包括哪些内容？有什么特点？ 2、基础地理数据库由哪些内容组成？ 3、基础地理数据的基本产品形式? 4、基础地理信息数据的采集方式有哪些？ 5、基础地理信息系统的主要功能有哪些？ 6、国家、省、市三级的基础地理信息数据在空间尺度上有什么区别？ 7、 基础地理信息标准数据基本规定GB21139-2007，从哪几个方面对标准基础地理信息数据进行了界定？ 8、矢量数据与栅格数据的区别,第3章 基础地理信息系统设计与实现,3.1 需求调查与分析 3.1.1 系统目标获取及分析 进行用户类型分析 对现行系统进行调查分析 明确系统服务对象 用户研究领域现状调查 3.1.2 系统功能获取及分析 结构化分析方法自上而下，逐步分解 面向对象分析方法自底而上，逐步综合 快速原型化分析方法建立原型、逐步修正,
