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1、1第6章 交通信息平台技术基础地理信息系统车辆空间定位技术(GPS、北斗)交通遥感技术(RS)26-1地理信息系统 GIS基本概念 地理信息系统的组成 GIS的数据结构 空间数据的存储管理 GIS的类型 应用型GIS设计的内容与过程GIS的开发模式Mapinfo简介GIS-T3地理信息系统（地理信息系统（GIS）是什么？）是什么？空间数据属性数据空间数据和属性数据的综合体能让你轻易找到工业园5英里内和20年以上年轮属性的所有桥梁Name Address Town St. Zip Name Address Town St. Zip GIS是GIS4一切信息都可一切信息都可图形化图形化 5地理信息
2、系统（GIS, Geographic Information System ）是采集、存储、管理、组织、表达和分析处理空间信息的软件工具，它以实体的空间位置信息为主线，集成经济、社会、环境、科技、文化等各类信息，为各种应用服务。它一方面可以形成自己的产业，另一方面又可以推进空间信息应用与产业的发展，是空间技术应用领域的主要软件基础，具有广阔应用前景。1 GIS基本概念2011.6.lGIS本质本质 GIS指地理信息系统指地理信息系统 (Geography lnformation System),它是收集、存储、管理它是收集、存储、管理、综合分析和处理空间信息和交通信息的计算、综合分析和处理空间
3、信息和交通信息的计算机软硬件系统。机软硬件系统。2011.6.GIS与一般信息系统的区别 8选址人口调查风险分析格网分析9线路规划路径选择土地利用邻域分析10三维地形显示11GIS的应用领域的应用领域地理逻辑地理逻辑绘图绘图绘图机构绘图机构地质测绘地质测绘环保机构环保机构地方政府地方政府人口局人口局税务部门税务部门旅游旅游服务业服务业公用事业公用事业公司公司企业企业教育教育交通运输交通运输部门部门122 地理信息系统的组成地理信息系统的组成数据输入数据输入数据存储数据存储信息输入信息输入系统操作系统操作系统支持系统支持地理分析地理分析硬件系统硬件系统地理数据地理数据软件系统软件系统输入设备输入
4、设备存储设备存储设备输出设备输出设备计算机系统软件计算机系统软件GIS软件软件应用分析程序应用分析程序地地理理数数据据库库用户用户13数据是数据是GISGIS的核心问题的核心问题l地理信息系统的一个重要部分就是数据。地理信息系统的一个重要部分就是数据。l数据类型数据类型: :在开发一个特定的在开发一个特定的GISGIS时，要时，要根据应用需求确定对各类数据的要求。根据应用需求确定对各类数据的要求。l数据获取数据获取: :随着随着GISGIS产业化的深入发展，产业化的深入发展，越来越多的数据资料被不同数据生产部越来越多的数据资料被不同数据生产部门数字化。门数字化。l数据质量数据质量: :数据质量
5、是指数据适用于不数据质量是指数据适用于不同应用的能力。同应用的能力。14空间数据的基本特征空间数据：描述的是现实世界各种现象的三大基本特征：空间、时间和专题属性。15空间特征空间特征指空间物体的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻物体的拓扑关系。人类对空间目标的定位一般不是通过记忆其空间坐标，而是确定某一目标与其他更熟悉的目标间的空间位置关系，而这种关系往往也是拓扑关系。 16空间数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算产生的。 时间特征17专题特征指的是除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征。如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、土地酸碱度、土地覆盖类型、人口密度、交通流量、空气污
6、染程度等 。183 GIS的数据结构 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： (1) 手工数字化法； (2) GPS测量； (3) 数据结构转换法。n 矢量数据结构19 栅格结构是以规则的网格来表示空间地物或现象分布的数据组织，网格上给出表示地理要素的属性特征值。 特点：属性明显，定位隐含。 获取方法： (1) 手工网格法； (2) 扫描数字化法； (3) 分类影像输入法； (4) 数据结构转换法。n 栅格数据结构20n 矢量结构与栅格结构的比较栅格模式栅格模式矢量模式矢量模式优点：优点：优点：优点：1 1、数据结构简单、数据结构简单2
7、 2、叠加操作更易实现、更有效、叠加操作更易实现、更有效3 3、能有效表达空间可变性、能有效表达空间可变性4 4、便于做图像的有效增强、便于做图像的有效增强优点：优点：优点：优点：1 1、数据结构更严密。、数据结构更严密。2 2、提供有效的拓扑编码，便、提供有效的拓扑编码，便于拓扑操作。于拓扑操作。3 3、图形输出美观。、图形输出美观。缺点：缺点：缺点：缺点：1 1、数据量大，需要压缩。、数据量大，需要压缩。2 2、难以表达拓扑关系。、难以表达拓扑关系。3 3、图形输出不美观，有锯齿。、图形输出不美观，有锯齿。缺点：缺点：缺点：缺点：1 1、数据结构复杂。、数据结构复杂。2 2、叠加操作不方便
8、。、叠加操作不方便。3 3、表达空间变化性能力差。、表达空间变化性能力差。4 4、不能做增强处理。、不能做增强处理。214 空间数据的存储管理用“层”的概念来分别存储不同专题的空间信息，即每一层存放一种专题或一类信息，并有一组对应的数据文件。一幅地图分层的多少，应根据应用上的要求、计算机硬件的存储量、处理速度，以及软件的限制来决定。n n按专题分层按专题分层n n按时间序列分层按时间序列分层n n以地面垂直高度分层以地面垂直高度分层22早先的GIS系统，空间数据都是以文件的形式存储的。比较著名的有ArcView的shape文件，ArcInfo的E00格式的文件，mapinfo的MIF文件，Ao
9、tuCAD的DXF文件等。文件存储方式的缺点不利于实现数据共享数据冗余度高数据缺乏独立性数据难以实现集中控制数据一致性及可维护性差从发展的历史看，数据库是数据管理的高级阶段，它是由文件管理系统发展起来的。 计算机对数据的管理经过了三个阶段计算机对数据的管理经过了三个阶段 ：程序管理阶段程序管理阶段 、文件管理阶段、文件管理阶段 、数据库管理阶段、数据库管理阶段 23地理空间数据库软件产品 Oracle Spatial Intergraph 的GeoMedia系列 ESRI的Spatial Database Engine(SDE) MapInfo的Spatial Ware PostGreSQL的
10、postGIS不同的研究方向，不同的应用领域，不同的GIS专家，对它的理解是不一样的。5 GIS的类型共识： GIS使用的工具：计算机软、硬件系统； GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性； GIS数据建立过程：采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示。地理信息系统的主要特征是存储、管理、分析与位置有关的信息。工具型地理信息系统也称地理信息系统开发平台或外壳，它是具有地理信息系统基本功能，供其他系统调用或用户进行二次开发的操作平台。地理信息系统按内容、功能和作用可分为三类：工具型地理信息系统、应用型地理信息系统和大众型地理信息系统。1. 工具型地理信息系统地理信息系统是一个复杂庞大的空间
11、管理信息系统。用地理信息系统技术解决实际问题时，有大量软件开发任务，如各用户重复开发对人力、财力是很大的浪费。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。国外商品化的工具型地理信息系统，如ESRI公司的ARCGIS，MapInfo公司的 MAPINFO，AutoDesk公司的MapGuide, Genasys公司的 GENAMAP，Intergraph公司的MGE等。国内开发的工具型地理信息系统，也取得了很大的成绩，已开发出MAPGIS，SuperMap, Geostar,
12、Citystar等。应用型地理信息系统是根据用户的需求和应用目的设计的一种解决一类或多类实际应用问题的地理信息系统，除了具有地理信息系统基本功能外，还具有解决地理空间实体及空间信息的分布规律、分布特性及相互依赖关系的应用模型和方法。2. 应用型地理信息系统 它可以在比较成熟的工具型地理信息系统基础上进行二次开发完成，工具型地理信息系统是建立应用型地理信息系统的一条捷径。应用型地理信息系统也可以是为某专业部门专门设计研制的，系统针对性明确，专业性强，系统开销小。应用型地理信息系统按研究对象性质和内容又可分为专题地理信息系统和区域地理信息系统。专题地理信息系统是具有有限目标和专业特点的地理信息系统
13、，为特定专门目的服务。如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、水土流失信息系统、地籍管理地理信息系统、土地利用信息系统、环境保护和监测系统、城市管网系统、通信网络管理系统、配电网管理系统、城市规划系统、供水管网系统等。(1) 专题地理信息系统(Thematic GIS)区域地理信息系统主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。可以有不同的规模，如国家级、地区或省级、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统，也可以是以自然分区或流域为单位的区域信息系统。如加拿大国家地理信息系统、日本国土信息系统等面向全国，属于国家级的系统；黄河流域地理信息系统、黄土高原重点产沙区信息系
14、统等面向一个地区或一个流域，属于区域级的系统；北京水土流失信息系统属于地方一级的系统。(2) 区域地理息系统(Regional GIS)大众地理信息系统既不同于工具型地理信息系统，也不同于应用型地理信息系统，它是一种面向大众、不涉及具体专业的信息系统，使用者只需要有一般的计算机常识就可以了。例如：为了普及和加强国民的环境意识而开发出的环境教育信息系统就属于这种类型，它既不要求受教育对象有专业的环境知识，也不要求有专业的计算机知识，只需熟悉一般的计算机操作即可。3. 大众地理信息系统n n中学生在课堂上学习北京城的演化或二战后德国的分割史。中学生在课堂上学习北京城的演化或二战后德国的分割史。n
15、n大学生在地学课上研究植被的变化大学生在地学课上研究植被的变化。n n市议会评估市议会评估焚化炉对环境的影响焚化炉对环境的影响。n n家庭计划沿某高速公路的汽车旅行。家庭计划沿某高速公路的汽车旅行。n n灾害防治中心对某地火灾或有害物体释放作出反应。灾害防治中心对某地火灾或有害物体释放作出反应。n n公众礼堂展示从太空看到的地球或海平面上升的景象。公众礼堂展示从太空看到的地球或海平面上升的景象。n n博物馆展示世界雨林情景或巴尔干半岛的政治史。博物馆展示世界雨林情景或巴尔干半岛的政治史。n n农场主决定种植什么。农场主决定种植什么。n n商业亭显示公众休假目的地的天气状况。商业亭显示公众休假目
16、的地的天气状况。n n科学家为水资源分析研究地区停车场。科学家为水资源分析研究地区停车场。n n报纸记者调查一个城市中移民团体的分布或珊瑚礁的状况。报纸记者调查一个城市中移民团体的分布或珊瑚礁的状况。n n商业企业为替代能源技术探寻市场。商业企业为替代能源技术探寻市场。GIS的开发通常有3种模式：独立开发、单纯二次开发和集成二次开发。6 GIS的开发模式(一)独立开发 独立开发是指不依赖于任何GIS工具软件，从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言，如VC+、VB、Delphi、C+ Builder、VJ+等，在一定的操作系统平台上编程实现。这种方式的好处在于无需依赖任何商业GIS工具软件，减少了开发成本；同时由于程序员可以对程序的各个方面进行总体控制，因此系统各组成部分之间的联系最为紧密，综合程度和操作效率最高。但由于地理信息系统的复杂性，工作量是十分庞大的，开发周期长，对于大多数开发者来说，能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化GIS工具软件相比，而且在购买GIS工具软件上省下的钱可能还抵不上
