地理信息系统笔记

第一章 绪论 §1-1 GIS概念 一、信息与数据 1、信息 1）定义： 信息是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数据、符号、声音、图象等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。 2）信息的特性： A、客观性：任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息的正确性和精确度的保证。 B、适用性：问题不同，影响因素不同，需要的信息种类是不同的。信息系统将地理空间的巨大数据流收集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息，这是由建立信息系统的明确目的性所决定的。 如股市信息，对于不会炒股的人来说，毫无用处，而股民们会根据它进行股票的购进或抛出，以达到股票增值的目的。 C、传输性：信息可在信息发送者和接受者之间进行传输信息的传输网络，被形象地称为“信息高速公路”。 D、共享性：信息与实物不同，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，这为信息的并发应用提供可能性。   2、数据 指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、\符号、声音、图象等符号。 数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。 3、两者关系（有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，其实不然）。 数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵，是形与质的关系。 只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。 例如“1、”“0”独立的1、0均无意义。 当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了“有”“无”信息，当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息。 二、地理信息与地学信息 1、地理信息 1）定义： 指与研究对象的空间地理分布有关的信息。它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。 2）特点： A、地域性：（是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志）。 地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。 B、多维结构： 指在同一位置上可有多种专题的信息结构。如某一位置上的地理信息包括（例图） C、时序特征： 时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。因此，一实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。以免过时的信息造成决策的失误或因为缺少可靠的动态数据，不能对变化中的地理事件或现象作出合理的预测预报和科学论证。例如98年龙王庙特大洪水险情正是武汉勘测设计院利用先进的摇感、GPS技术测得实时数据为抗洪决策提供可靠依据。显然，如果用过时数据，这将造成多大的损失，这就是地理信息的时序特征。 2、地学信息 与人类居住的地球有关的信息都是地学信息。 3、两者信息源不同 地理信息的信息源是地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等； 地学信息所表示的信息范围更广泛，不仅来自地表，还包括地下、大气层甚至宇宙空间。它是人们深入认识地球系统、适度开发资源、保护环境的前提和保证。 四、信息系统和地理信息系统 1、信息系统( Information System ,IS ) 1）系统：  由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成，能完成特定功能的有机整体。 2）信息系统： 能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。具有采集、管理、分析和表达数据的能力。 3）类型：从适用于不同管理层次角度出发、信息系统分为下列不同类型。 事务处理系统、管理信息系统：主要支持操作层人员的日常事务处理，图书管理，借还书。 决策支持系统：从MIS中获取信息，进行推测，以辅助决策。 人工智能、专家系统：用计算机模仿人类思维过程进行推理，在医学上应用较成功。 为有效地对信息流进行控制，组织、管理、充分利用，就需要建立某种信息系统，那么对地理信息进行管理、利用就需要建立地理信息系统。   2、地理信息系统( Geographic Information System ,GIS) 1）定义：不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的 A、GIS是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。 B、 为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。---美国国家地理信息与分析中心 C、 是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。 D、GIS是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。--英国教育部             2）理解 a GIS是一计算机系统，既然是系统，就要具有系统的基本功能，数据采集、管理、分析和表达，所以每个GIS系统都是由若干具有一定功能的模块组成。 b GIS的处理对象是有关的地理分布数据，也就是空间数据，为了能对这些空间数据进行定位，定性和定量的描述，决定了GIS要对空间数据按统一地理坐标进行编码，这是GIS与 其他信息系统不同的根本所在。 3、GIS与其它IS之间的关系和区别 1）GIS与其它IS之间的关系（信息系统分类） 2）GIS与其它IS的区别 A、GIS与一般MIS： GIS离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等都是GIS广泛使用的核心技术。 GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而一般MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询，即使存储了图形，也是以文件的形式存储，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。 如电话查号台是一个一般MIS，只能回答用户询问的电话号码，而通信信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的地理分布、空间密度、最近的邮局等空间关系信息。 B、GIS与CAD/CAM GIS与CAD共同点 GIS与CAD 不同点 都有空间坐标系统； 都能将目标和参考系联系起来； 都能描述图形数据的拓扑关系； 都能处理属性和空间数据 ＣＡＤ研究对象为人造对象—规则几何图形及组合； 图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱； ＣＡＤ中的拓扑关系较为简单； 一般采用几何坐标系 。 ＧＩＳ处理的数据大多来自于现实世界，较之人造对象更复杂，数据量更大；数据采集的方式多样化； GIS的属性库结构复杂，功能强大； 强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁； GIS采用地理坐标系 。 GIS与CAM GIS与CAM共同点 GIS与CAM 不同点 都有地图输出、空间查询、分析和检索功能 ＣＡＭ侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图的输出机制； 它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系； 它与数据库的联系通常是一些简单的查询。 CAM是GIS的重要组成部分； 综合图形和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策信息。 §1-2 GIS发展 GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图，1960年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson 提出了把地图变成数字形式的地图，1963年，又提出GIS这一本术语，并建立了第一个GIS_加拿大GIS，随后GIS以燎原之势在全世界迅速发展起来。 一、国际GIS的发展状况 1、60年代，探索时期（GIS思想和技术方法的探索）人们关注什么是GIS，GIS能干什么。 2、70年代，巩固时期，（这时由于计算机技术及其在自然资源和环境数据处理的应用，促进 GIS迅速发展）。这期间，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理这三个方面。 3、80年代，实破阶段，也是GIS普遍发展和推广应用阶段，人们把GIS与RS解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等。 4、90年代，全面应用，产业化阶段，对GIS进一步研究，研究的内容集中在：空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等。 二、我国GIS发展 我国GIS起步较晚，但发展较快，分为以下几个阶段： 1、  70年代，准备阶段： 一些知名人士GIS先驱看到GIS的广阔前景和GIS的重要性，进行极积呼吁，为GIS在我国的发展奠定了与论准备基础并做了一些可行性实验。 2、  80年代，试验起步阶段: 这期间，我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些典型，试验专题试验软件开发工作。 3、  90年代，我国GIS发展阶段：   我国改革开放以来，沿海，治江经济开发区的发展土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，这也推动GIS在我国的全面发展。 4、  96年以来，是我国GIS产业化阶段。 近几年来，我国经济信息化的基础设施和重大信息工程已纳入国家计划，一批国家级和地方级的GIS相继建立并投入运行，一批专业遥感基地已建立，并进入了产业化运行，一批综合运用“3S”技术的重点项目已实施，并在自然灾害监测和图土资源调查中发挥效益，一批高等院校开设了与GIS相关的新专业，培养了一大批从事GIS研究与开发的高层次人才，具有我国自主版权的GIS基础软件的研制逐步进入了产业化轨道，等等这些都标志我国GIS产业已进入新的发展阶段。 §1-3 GIS 构成 一、GIS组成 从计算机的角度看，GIS是由软件、硬件、数据和用户组成。 用户（GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户） 软件（支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统） 硬件（各种设备-物质基础） 数据（系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础） 由于计算机的飞速发展和地理信息的时序特征，硬件寿命3-5年，软件（5-15年），数据（1-2年，5-70年不等）GIS需要不断维护、更新，所以用户要不断进行知识更新。 二、硬件配置 前面说过，GIS作为技术系统必须具备数据的采集、管理、分析、表达和显示功能，一定功能必须由一定的软件、硬件实现，所以GIS的硬件配置为： 输入   数字化、解析测图仪、扫描仪   遥感处理设备等 存贮 处理                计算机   硬盘  光盘 等存储设备 输出                打印机  绘图仪  显示终端 等 网络  服务器、网络适配器、传输介质、调制解调器等网络设备。 随着网络普及，信息共享成为时代要求，GIS要有网络功能 三、软件配置 1、GIS软件层次 有了计算机硬件之后，首先需要OS,DOS,WINDOWS,UNIIX等。裸机，没装任何OS的机子，是不能工作的。GIS应用软件在GIS软件层次的外层，外层以内层软件为基础，共同完成用户指定的任务。 2、GIS基础软件主要模块 空间数据输入与转换 图形及属性编辑 空间数据管理系统 制图与输出 空间查询与空间分析 §1-4 GIS 功能和应用 一、GIS 功能 空间查询 叠加分析 缓冲区分析 网络分析 地形分析 数据显示与输出 二、GIS 主要   应用领域 资源管理 区域和城乡规划 灾害监测 环境评估 作战指挥 交通运输 宏观决策 第二章 空间数据结构 §2-1空间实体及其描述 一、地理实体（空间实体）---GIS处理对象 1、定义：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体