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1、“3S”技术在水利工程中的运技术在水利工程中的运用用“3S”技术及其在水利中的运用技术及其在水利中的运用“3S”技术基础及其在水利信息化中的作用技术基础及其在水利信息化中的作用“3S”技术在防洪减灾中应用技术在防洪减灾中应用“3S”技术在水资源与生态环境管理中的应用技术在水资源与生态环境管理中的应用旱情监测旱情监测水环境监测、评价与管理水环境监测、评价与管理“3S”技术在水土保持中的应用技术在水土保持中的应用灌溉面积监测灌溉面积监测“3S”技术在河道动态监测中的作用技术在河道动态监测中的作用遥感在水库库容和湖泊动态变化监测中的应用遥感在水库库容和湖泊动态变化监测中的应用四川大学水利水电学院2“
2、3S”技术基础技术基础数字地球与数字水利数字地球与数字水利水利信息化水利信息化P Partart 1 1四川大学水利水电学院3 地理信息系统（地理信息系统（地理信息系统（地理信息系统（Geographic Information Geographic Information Geographic Information Geographic Information SystemSystemSystemSystem）、遥感（、遥感（、遥感（、遥感（Remote SensingRemote SensingRemote SensingRemote Sensing）与全球定位系与全球定位系与全球定位系
3、与全球定位系统（统（统（统（Global Position SystemGlobal Position SystemGlobal Position SystemGlobal Position System）的英文名称中最后的英文名称中最后的英文名称中最后的英文名称中最后一个单词均含有一个单词均含有一个单词均含有一个单词均含有“S S S S”，习惯上将这三种技术合称为习惯上将这三种技术合称为习惯上将这三种技术合称为习惯上将这三种技术合称为“3 3 3 3S S S S”技术。技术。技术。技术。早在早在早在早在20202020世纪世纪世纪世纪70707070年代，集成技术也逐步得到应用。但用现代
4、年代，集成技术也逐步得到应用。但用现代年代，集成技术也逐步得到应用。但用现代年代，集成技术也逐步得到应用。但用现代系统科学与信息技术的观点来解释集成思想，并把这种思想用系统科学与信息技术的观点来解释集成思想，并把这种思想用系统科学与信息技术的观点来解释集成思想，并把这种思想用系统科学与信息技术的观点来解释集成思想，并把这种思想用于于于于3 3 3 3S S S S集成，形成一个较完整的系统集成理论、技术与方法体系，集成，形成一个较完整的系统集成理论、技术与方法体系，集成，形成一个较完整的系统集成理论、技术与方法体系，集成，形成一个较完整的系统集成理论、技术与方法体系，则是空间信息领域的专家学者
5、近年来一直在致力探索的事情。则是空间信息领域的专家学者近年来一直在致力探索的事情。则是空间信息领域的专家学者近年来一直在致力探索的事情。则是空间信息领域的专家学者近年来一直在致力探索的事情。空间信息集成系统的核心在于系统集成，实现各单元信息系统空间信息集成系统的核心在于系统集成，实现各单元信息系统空间信息集成系统的核心在于系统集成，实现各单元信息系统空间信息集成系统的核心在于系统集成，实现各单元信息系统的异构同化和同构整体化；这是一个多学科多技术相互渗透的的异构同化和同构整体化；这是一个多学科多技术相互渗透的的异构同化和同构整体化；这是一个多学科多技术相互渗透的的异构同化和同构整体化；这是一个
6、多学科多技术相互渗透的并行、重构与协同过程，是多方法、多机制相互融合以产生突并行、重构与协同过程，是多方法、多机制相互融合以产生突并行、重构与协同过程，是多方法、多机制相互融合以产生突并行、重构与协同过程，是多方法、多机制相互融合以产生突破与聚变的过程。破与聚变的过程。破与聚变的过程。破与聚变的过程。地理信息系统概论地理信息系统概论GISGIS基本概念基本概念一一信息革命与信息革命与GIS的产生的产生1信息革命：人类社会发展进程计算机的应用（第一次信息革命）信息产业的兴起与发展信息高速公路与数字地球（第二次信息革命）信息时代的特性：对海量信息的科学管理和充分利用“瓶颈”问题：具有地理坐标的空间
7、数据GIS的产生背景：数字地球的雏形2GIS是信息时代地学科学的必然产物3.与信息有关的概念信息：客观事物在人脑中的反映 数据：对客观事物进行定性，定量描述的原始材料，是信息的符号表示。数据与信息的关系：数据是信息的载体，信息是数据的内涵，二者不可分离数据处理的目的：为获取信息地理信息：与空间地理分布有关的信息，具有空间定位和多维结构的性质。信息系统：具有对数据进行各种处理功能并可向用户提供辅助预决策信息的计算机系统。4.GIS的定义：能够处理各种地理空间信息并能以多种形式输出的计算机系统。外观表现：计算机硬软件系统。内涵：计算机程序和地理空间数据组织成的地理空间信息模型。以地理信息世界模拟表
8、达地理现实世界，通过信息联系反映客观实体之间联系，对客观世界中各种具有空间特征的事物、关系和过程进行描述，分析和仿真。5GIS的工作模式：6.GIS的发展(1)国外：已进入商品化生产阶段。(2)国内：（大体分为三个阶段）：起步阶段试验阶段全面发展阶段(3)GIS发展趋势：集成化、网络化、智能化的数字地球基础框架OPEN-GIS,WEB-GIS7.GIS的基本特征具有公共的地理定位基础和多维结构（空间性、动态性）为信息管理和决策服务二二.GIS的基本构成的基本构成1.软硬件环境：GIS硬件环境：计算机主机外围设备计算机主机：处理速度、字长、内存数据存贮设备：硬盘、软盘、光盘、磁带数据输入设备：键
9、盘、数字化仪、扫描仪、数据电缆数据输出设备：硬拷贝、软拷贝、电子输出2.GIS的软件模块:软件系统：计算机系统软件：汇编程序、库程序等GIS基础软件：输入、编辑、管理、分析、输出GIS二次开发软件基础软件模块:数据输入与编辑数据库管理系统软件空间查询，分析软件用户接口输出软件3.地理空间数据地理空间数据空间数据：具有公共地理定位基础的数据（如经纬度），如：地理空间实体的点、线、面表示。空间关系：邻接、距离、包含、重叠等。地理空间数据构成：参考系确定的空间位置；空间拓扑关系；属性；在某参考系中的空间位置（用坐标来标识，用分类码，识别码描述）点实体（Node）：（Xa Ya）有特定位置，零维物体线
10、实体（Arc）：（X1 Y1）（X2 Y2）（Xn Yn），用坐标对序列标识，一维物体面实体（Polygon）：（X1 Y1）（Xn Yn）（X1 Y1），封闭线加内点表示多边形，二维物体4.空间实体的拓扑关系空间实体的拓扑关系区域定义：采用一组封闭线定义多边形。称ArcNode结构邻接性：多边形弧段拓扑，PolyArc结构，确定多边形相互之间的邻接关系，既确定公共边左右多边形信息。连通性：对线段连接的判别。采用在每个结点上汇集的线段列表来表示方向性：采用线段起终点来表示线段的方向包含性：多边形内嵌套多边形的关系。5.与几何位置无关的属性与几何位置无关的属性定性属性：名称，类型，特性等定量属性
11、：数量，等级等属性与空间数据的连接：给属性数据赋于一个公共识别符6.数据的标准化和数字化数据的标准化和数字化数字化：数据经过扫描或手工数字化仪进行模数转换、坐标变换等形成数据文件存入数据库中标准化：对不同比例尺，不同投影系统，不同精度的数据，统一其坐标，统一记录格式以便在同一基础上进一步工作三三.系统运行环境系统运行环境硬件运行环境：客户机服务的体系软件运行环境：操作系统、数据库软件、GIS软件网络环境：局域网（LAN）广域网（WAN）网络拓扑结构：网络中各个结点相互连接的方法和形式。基于因特网基于因特网/企业网企业网l分布式因特网体系结构分布式因特网体系结构-DNAl直接联通信息高速公路直接
12、联通信息高速公路l各级管理各级管理业务融为一体业务融为一体l数据共享、集中控制、分布处理数据共享、集中控制、分布处理程序+数据程序+数据程序+数据程序+数据PC机时代（单机）浏览器浏览器浏览器浏览器数据服务器应用（程序）服务器因特网因特网因特网时代（DNA)程序程序程序程序数据库服务器局域网时代（客户/服务器）局域网属性数据图形数据Web服务器因特网/局域网查询/绘图查询/绘图查询/绘图图形/属性统一的关系数据库模式支持并发控制支持事务处理W WINDOWSINDOWS DNA DNA 体系结构体系结构四四.GIS数据结构数据结构1.1.数据结构概念数据结构概念数据逻辑结构（抽象结构）数据逻辑
13、结构（抽象结构）数据物理结构（存贮结构）数据物理结构（存贮结构）2.空间数据库的概念：除管理属性数据以外，还要管理空间定位和拓扑关系的地理空间数据3.属性的作用：通过相应的编码、指针与图形数据连接，使图形数据成为具有地理意义的地理实体4.GIS数据模型DBMS的概念文件处理系统采用DBMS的数据库GIS数据库管理的发展类型关系模型：用表格数据表示实体间的模型关系：二维数据表格关系应满足的条件：每列为基本字段，各列名字不同各行相异，行列次序无关关系模型不分层，也无指针五五.GIS空间数据编码：空间数据编码：矢量结构编码矢量结构编码栅格结构编码栅格结构编码常用空间数据编码方式 矢量结构编码方式 栅
14、格结构编码方式 -坐 标 序 列 编 码 -链 码 -层次索引编码 -直接栅格编码 -拓扑结构编码 -游程长度编码 -块码 -四叉树码 六六.GIS的基本功能的基本功能数据输入功能数据输入：对数据编码和写入数据库的过程1.统一的地理基础 北京市基本图比例尺：1：500城区1：2000规范市区1：10000全市区域2空间数据的输入数字化仪输入（产生矢量结构数据）扫描仪输入（主要产生栅格数据）3.属 性 数 据 输 入 及 连 接4.图形与文本编辑功能编辑功能：查错、纠错、修正、整饰（图形合并、分割、线划整理等）对空间数据编辑对属性数据编辑5.数据存贮与管理功能GIS数据库特点：数据量大，管理空间
15、与非空间数据，数据应用面广GIS数据库要求：数据集中管理，冗余小，独立性强，分布式管理属性数据文件服务器GIS软件包GIS软件包GIS软件包图形数据文件格式转换GIS 方式属性数据Web服务器GIS软件包专用浏览器浏览器图形数据文件格式转换GIS 方式因特网/局域网6.空间查询与空间分析功能(1)空间查询：双向查询查询派生信息(2)空间分析：依赖于分析对象位置信息才能得出分析结果的技术叠置分析：（Overlay）亦被称为拓扑叠加，多边形叠置等缓冲区分析：（Buffer）对实体周边区域进行的空间接近度或邻近性操作拓扑空间查询：（几种关系）(3)地学分析数字高程模型（Digital Elevati
16、on Model，DEM）不规则三角网法（Triangulation Irregular Net，TIN）地形分析(4)数据输出与表达功能屏幕显示打印机绘图仪数字地球与数字水利数字地球与数字水利n数字地球数字地球n数字水利数字水利数字地球数字地球19981998年年1 1月月3131日日,美国副总统戈尔在美国副总统戈尔在 “数字地数字地球球:对对2121世纪人类星球的认识世纪人类星球的认识”的讲演中提出的讲演中提出了了“数字地球数字地球”的概念。的概念。由政治家而不是科学家提出的这一概念，是带由政治家而不是科学家提出的这一概念，是带有整体性和导向性的国家战略目标有整体性和导向性的国家战略目标,是为了刺是为了刺激经济发展，保持美国在高新技术领域的领先激经济发展，保持美国在高新技术领域的领先地位。地位。它与美国以前提出的星球大战计划和信息高速它与美国以前提出的星球大战计划和信息高速公路一样，都是为美国的战略目标服务的，因公路一样，都是为美国的战略目标服务的，因此受到世界各国普遍的关注，在以美国为首的此受到世界各国普遍的关注，在以美国为首的北约对南联盟狂轰滥炸之后尤为如此。北约对南联盟狂轰滥
