[工学]gis原理与应用-简化

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1、第一讲,GIS原理与应用(专升本),主要内容,第1章 地理信息系统的科学基础 第2章 地理信息系统的基础理论 第3章 地理信息系统概论 第4章 地理信息系统的技术基础 第5章 地理空间信息基础,地球系统科学（Earth System Science）是研究地球系统的科学。地球系统，是指由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈（包括人类自身）等四大圈层组成的作为整体的地球。它包括了自地心到地球的外层空间十分广阔的范围，是一个复杂的非线性系统。 研究内容：研究组成地球系统的各个圈层之间的相互关系、相互作用机制、地球系统变化规律和控制变化的机理。 研究方法：系统方法，是地球系统科学的主要科学思维方法；分析与综

2、合统一的方法，从地球系统科学的概念和所要解决的问题来看，这也是地球系统科学的科学思维方法；模型方法，针对地球系统科学所要解决的问题及其特点，建立正确的数学模型，或地球的虚拟模型、数字模型，是地球系统科学的主要科学思维方法之一。,第1章 GIS的科学基础,地球信息科学（Geo-Informatics, 或 Geo Information Science, 简称 GISci）是地球系统科学的组成部分，是研究地球表层信息流的科学，或研究地球表层资源与环境、经济与社会的综合信息流的科学。就地球信息科学的技术特征而言，它是记录、测量、处理、分析和表达地球参考数据或地球空间数据学科领域的科学。 研究问题：

3、研究地球表层的资源、环境和社会经济等一切现象的信息流过程，或以信息作为纽带的物质流、能量流，包括人流、物流、资金流等等的过程。 研究方法：遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、和全球定位系统（GPS）等高新技术的综合集成，即 “3S”技术。,GIS的科学基础,地理信息科学（Geographic Information Science）是信息时代的地理学，是地理学信息革命和范式演变的结果。它是关于地理信息的本质特征与运动规律的一门科学，研究对象是地理信息，是地球信息科学的重要组成成分。主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存贮、提取以及管理和分析过程中所提出的一系列基本理论和技术问题。 地

4、球空间信息科学(Geo Spatial Information Science 简称 Geomatics)是以全球定位系统（GPS）、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)为主要内容，并以计算机和通信技术为主要技术支撑，用于采集、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。,GIS的科学基础,地理信息系统（ Geographic Information Systems）是地球空间信息科学的重要内容之一。它更多地强调在技术层面对地球空间信息的存储、处理和空间分析利用。因而人们认为将地理信息系统称之为一门空间信息管理和分析的技术更为合适。,GIS

5、的科学基础,GIS 以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面(含大气层在内)与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。 GIS作为集计算机、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。 GIS 研究计算机技术与空间地理分布数据的结合，通过一系列空间操作和分析方法，为地球科学、环境科学和工程设计乃至企业经营提供对规划、管理和空间决策有用的信息。,第2章 GIS的基础理论,2.1 地理系统理论 地理系统是指某一个特定时间和特定空间的，由两个以上相互区别又相互联系、相互制约的地理要素或过程所组成的，并具有特定的功能和行为，与外界环境相互作用，并能自动调节和

6、具有自组织功能的整体。 地理系统是一种宏观范围的时空有序结构，具有自组织功能。地理系统的自组织，是指系统在无外界的强迫（制）条件下，系统自发形成的有序行为，能自身调节功能的行为。 地理系统发展经历了从混沌到平衡状态。混沌可用混沌理论研究；平衡状态可用协同论、人与自然相互作用理论/人地系统论、整体性与分异性理论/地带性规律、地理空间结构与空间功能/区位理论等来描述。,地理信息理论,地理信息理论：地理科学理论与信息科学理论相结合的产物。研究地理信息熵、地理信息流、地理空间场、地理实体电磁波、地理信息关联等。 地理信息熵：用来度量地理信息载体的信息能量，即地理信息载体的信息与燥声之比，简称“信燥比”

7、，是评价地理信息载体的质量标准。 地理信息流：由于物质和能量在空间分布上存在着不均衡现象所产生的，它依附于物质流和能量流而存在，也是物质流、能量流的性质、特征和状态的表征和知识。 地理空间场理论：地理能量场信息理论，不同的地理实体可形成不同的地理空间或地理空间场；不同地理实体的地理空间可以形成某些特殊的地理空间或地理空间场；不同的地理空间或地理空间场具有不同的能量信息的空间分布特征。,地理信息理论,地理信息关联性理论，是从事物间的联系、依存和制约的普遍性原则出发，研究地理信息间的内在联系和机理，把握庞杂和瞬间变化的信息之间的相互关系，发挥地理信息综合集成的优势，更全面、客观、及时地认识世界，以

8、次作为指导可持续发展研究种进行模拟、评估和预测，以及指导高水平的地理信息共相的基础理论。 GIS相关理论问题：空间数据的计算机中表示，地理空间数据的采集，空间数据的精度和质量，海量数据的存储和网络传输，数据分析，空间数据的表达与显示，变化的检测与空间数据的更新，数据的共享与交换、数据的安全性，GIS的应用与管理。,地理(地球)空间认知理论,地理（地球）空间认知是研究人们怎样认识自己赖以生存的环境，包括其中的诸事物、现象的相互位置、空间分布、依存关系，以及它们的变化规律。这里之所以强调“空间”这一概念，是因为认知的对象是多维的、多时相的，它们存在于地球空间之中。 地理（地球）空间认知包括感知过程

9、、表象过程、记忆过程和思维过程等基本过程。,地理（地球）空间认知通常是通过描述地理环境的地图或图象来进行的。地图空间认知中有认知制图和心象地图概念。认知制图可发生在地图的空间行为过程中，也可发生在地图使用过程中。空间行为是指人们把原先已知的长期记忆和新近获取的信息结合起来后决策过程的结果，其能力可用计算机模拟，模拟结果的正确程度完全取决于模拟模型和输入数据是否客观地、正确地反映现实系统。心象地图是不呈现在眼前的地理空间环境的一种心理表征，在过去对同一地理环境多次感知的基础上形成，它是简介和概括的，具有不完整性、变形性、差异性和动态交互性。可通过实地考察、阅读文字资料、使用地图等方式建立。,地理

10、(地球)空间认知理论,第3章 GIS概论,3.1 基本概念 信息：用文字、数字、符号、语言、图形、图象等介质或载体，表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。 其特点：客观性、适用性、可传输性、共享性 。 数据：对某事件、事务、现象进行定性、定量描述的原始资料，含文字、数字、符号、语言、图形图象及其转换形式。 信息和数据密不可分。信息来源于数据，数据是信息的载体，但并不就是信息。信息处理的实质是对数据进行处理，在这个意义上，信息处理和数据处理是可以不加区分的。,基本概念,地理信息：是有关地理实体的

11、性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理数据的解释。 地理信息的特性：空间分布性、数据量大、多维结构和时序特征。 地理数据：是各种地理特征和现象之间关系的符号化表示。包括空间位置特征、属性特征及时态特征三个基本特征部分，它们是GIS技术发展的根本点，也是支持地理空间分析的三大基本要素。 信息系统：是具有采集、管理、分析和表达数据能力，并能回答用户一系列问题的系统。 信息系统部分或全部由计算机系统支持，并由硬件、软件、数据和用户四大要素组成。,空间位置数据描述地理实体所在的空间绝对位置以及实体间存在的空间关系的相对位置。空间位置可由定义的坐标参照系统

12、描述，空间关系可由拓扑关系，如邻接、关联、连通、包含、重叠等来描述。 属性特征有时又称为非空间特征，是属于一定地理实体的定性、定量指标，即描述了地理信息的非空间组成成分，包括语义数据和统计数据等。 时态特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。时态数据对环境模拟分析非常重要，正受到GIS学界的重视。 地理信息的空间位置、属性特征和时态特征是GIS技术发展的根本点，也是支持地理空间分析的三大基本要素。,空间位置数据及其特征,GIS概念与特点,GIS是一种特定的、十分重要的空间型信息系统。可定义为，在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采

13、集、存储、管理、计算、分析、显示和描述的技术系统。 GIS特点： 外壳是计算机化的技术系统，由若干相互关联的子系统构成 操作的对象是空间数据，即由点、线、面这三类基本要素组成的地理实体 技术优势在于它的数据综合、模拟和空间分析评价能力 的成功应用更强调组织体系和人的因素的作用,1、GIS按照范围大小可分为全球的、区域的和局部的三种，分别适用于所研究对象的特征、内容以及所要解决的问题的性质。 2、按照表达空间数据维数，可分为 2 维、2.5 维和布满整个三维空间的真三维GIS，以及考虑时间维的时态GIS，或 4维GIS。 3、按照地理空间数据模型或数据结构，可分为地理相关模型、地理关系模型、面向

14、对象的模型的GIS。 4、按照内容来分，可以分为专题GIS、综合GIS和GIS工具。,GIS的分类,GIS的构成,完整的GIS主要有五个部分组成，即硬件系统、软件系统（基本软件、应用软件、用户界面、通讯界面）、地理空间数据库、空间分析模型和系统管理人员、系统开发人员和数据处理及分析人员。,GIS的功能,GIS作为空间信息的处理、管理和分析系统，其功能遍历数据采集、分析、决策应用的全部过程，并能回答和解决以下五类问题： 位置问题 条件问题 变化趋势问题 模式问题 模拟问题,GIS与相关学科的关系,GIS发展简史,GIS在技术发展导引和应用驱动两大动力因素作用下，得到了快速的发展。这主要归因于三个

15、因素，一是计算机技术的发展，二是空间技术（特别是遥感技术）的发展，牵引着 GIS 的发展，三是对海量空间数据处理、管理和综合空间决策分析应用的推动，驱使着 GIS 向前发展。 1、195060 年代为 GIS 的开拓期，注重于空间数据的地学处理。 2、1970年代为 GIS 的巩固发展时期，注重空间地理信息的管理。 3、1980年代为 GIS 大发展时期，注重于空间决策支持分析。 4、1990 年代为 GIS的用户时代。 5、21 世纪初期为 GIS 的空间信息网格时代。,第4章 GIS的技术基础,4.1 数据采集技术 4.1.1 遥感数据采集技术 卫星遥感 航空和低空遥感 地面车载遥感 4.

16、1.2 数字测图技术 全站仪、三维激光扫描仪或其它联机测角仪器和数字测图记录、处理软件组成。 4.1.3 GPS技术采集GIS数据,计算机网络工程技术,计算机网络工程技术是GIS网络化的基础。现代网络技术的发展为构建企业内部网GIS、因特网GIS、移动GIS和无线GIS提供了多种网络互联方式。,现代通信技术,通信技术是传递信息的技术。通信系统是传递信息所需的一切技术、设备的总称，泛指通过传输系统和交换系统将大量用户终端（如电话、传真、电视机、计算机等）连接起来的数据传递网络。通信系统是建立网络 GIS必不可少的信息基础设施，宽带高速的通信网络俗称“信息高速公路”。,光纤通信 卫星通信 数字微波通信,一般来讲，一个大型网络，需要利用多种通信方式建立GIS的通信网络。,软件工程技术,软件工程是一门指导计算机软件开发和维护的工程学科。采用工程的概念、原理、技术和方法来开发和维护软件，把经过时间考验，证明正确的管理技术和当前最好的开发技术结合起来，就是软件工程。 把软件工程的概念、原理、技术和方法与 GIS 软件设计开发和维护的工程活动结合起来，便产生了 GIS 软件工程。