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1、地理信息系统地理信息系统地理信息系统背景知识地理信息系统背景知识地理信息系统原理地理信息系统原理常用地理信息系统软件操作常用地理信息系统软件操作地理信息系统应用实例地理信息系统应用实例1第一章第一章 绪论绪论2什么是地理信息系统什么是地理信息系统?lGeographic Information SystemsGISl20世纪世纪60年代开始迅速发展起来的一门新技术，年代开始迅速发展起来的一门新技术，l以采集、存储、管理、描述、分析地球表面及以采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布有关的数据的信息系统空间和地理分布有关的数据的信息系统l分析和处理地理数据的通用技术分析和处理地理数据
2、的通用技术地理学、测量学、地图学计算机科学31 我们所处的时代我们所处的时代:信息时代信息时代l关联名词关联名词计算机、网络数据、信息、信息的DNA知识经济Internet、全球信息高速公路.com、伊妹儿、QQ“数字地球”.41.1 人类社会的发展阶段人类社会的发展阶段l人类文明始于人类文明始于100万年前万年前l经历经历采集-渔猎社会,1,000,000 B.C.8,000 B.C.,98%农业社会,8,000 B.C.1780,1%工业社会,17811945,瓦特发明蒸汽机,0.22%信息社会,1946,第一台电子计算机诞生l我们处在信息社会我们处在信息社会(或边缘或边缘)数据、信息、知
3、识51.2 信息社会的特征信息社会的特征l美国美国MIT多媒体实验室主任多媒体实验室主任Nicholas Nagropnte 出版出版 “Being Digital”,数字化生存数字化生存：两个术语l数据（Data）l信息（Information）信息时代人类社会的基本要素：原子比特比特：信息的DNA具体工具：计算机l“计算机不再只和计算机有关,它决定我们的生存”61.2.1 什么是比特什么是比特?l比特比特(Bit),信息的基本单位信息的基本单位l开开/关关;真真/假假;出出/入入;黑黑/白白;大大/小小;上上/下下;高高/低低;l0/1l计算机运行的基础计算机运行的基础二进制二进制l数字化
4、数字化l.71.2.2 信息的测度信息的测度l信息量与它的不确定性成正比信息量与它的不确定性成正比出现一个信号i所取得的信息量与出现该信号的概率成反比公式 单位:比特(bit)Ii:某一信息系统中出现i信号所取得的信息量pi: i信号出现的概率8例例:l投一次骰子投一次骰子,问是什么数字问是什么数字?答:=6. 概率为1/6,则信息量:答:3.概率为1/2,则信息量:l买彩票买彩票,每组每组1,000,000,设设1个特等奖个特等奖91.2.3 数据数据l数据数据是指客观实体的属性值，是一组描述客观现实世界（如数量、行动、目标等）的非随机的可鉴别的符号。l信息是经过加工后的数据信息是经过加工后
5、的数据l数据、信息和知识数据、信息和知识知识知识信息信息数据数据10数据量与信息量的关系数据量与信息量的关系l数据量单位数据量单位Bit, (数据位/信息比特)Byte(字节):8个二进制位l数据量为1字节,信息量为8比特lKB/MB/GB/TB：1024 /1000,海量数据l公式公式:I=D-dulI-信息量,D-数据量,du-冗余量如口头禅千年问题l数据压缩技术数据压缩技术111.2.4 技术与知识的作用技术与知识的作用l硅硅原始石英料成品电路硅价值: 110 000 000l知识知识贡献率贡献率采集-渔猎社会,35%农业社会,1015%工业社会,2030%信息社会,6080%121.3
6、 信息高速公路信息高速公路/数字地球数字地球l国家信息基础设施国家信息基础设施(NII)www:World Wide WebGGG:Great Global Gridl数字地球数字地球(Digital Earth)国家空间信息基础设施l空间概念的凸现地球观测系统空间数据仓库与数据挖掘l地球信息圈地球信息圈(Infosphere)132 计算机中的信息表示计算机中的信息表示lASCII字符的表示字符的表示l汉字的表示汉字的表示l声音的表示声音的表示l图像的表示图像的表示142.1 ASCII字符的表示字符的表示l西文计算机内码西文计算机内码l1字节字节 7位二进制编码+最高位为027=128个字
7、符l1:0 011 0001lA :0 100 0001l回车符: 0 000 1101chr$(13)l制表符：chr$(9)152.2 汉字汉字(国标码国标码GB2312-80)的表示的表示l连续的连续的2字节字节最高位为1128*128=16384个汉字l我 1 1001110 1 1000010l啊 1 0110000 1 0100001为什么出现乱码?162.3 声音声音(32KBps)的表示的表示l采样频率采样频率:记录每次采样数据所用的位数,每次采样用16位保存(2字节)一分钟立体声（两条音波曲线）音乐的存贮空间为：l2*32*60*2=7860(KB)=7864320(B)时间
8、1111111100000000时间间隔172.4 图像图像(200dpi彩图彩图)的表示的表示l4in*8in的照片，每的照片，每inch有有200个点，每个点用个点，每个点用3个字节个字节(RGB)表示颜色，则存贮空间为表示颜色，则存贮空间为(1in=25.3995mm,):l4*200*8*200*3=3,840,000(B)183 地球空间信息科学地球空间信息科学l地球空间位置表示地球空间位置表示(经度/纬度/高程),(x,y,z)l地球空间信息采集地球空间信息采集如何获取空间坐标及其目标属性l地球空间信息表达地球空间信息表达与人沟通l地球空间信息处理地球空间信息处理空间数据管理、知识
9、发现193.1 地球空间位置表示地球空间位置表示l地球表面模型地球表面模型空间信息分布在不规则的类椭球体的表面（或地下/上空）l地理坐标地理坐标/地图投影地图投影三维位置的二维表示地面点高程（加以补充）203.1.1 地球表面模型地球表面模型l地球自然面地球自然面包括平原表面、高山轮廓、海洋底部的固体地球表面。不适合数字建模：长度、面积、体积等几何测量困难。l大地水准面大地水准面水准面：海洋占地表的71%，假设海水处于静止时，在地球引力影响下，一个处处与重力方向垂直的连续曲面。即海平面延伸到所有大陆下部，构成连续、闭合曲面。大地水准面：平均静止的水准面l旋转椭球体旋转椭球体大地水准面表面起伏,
10、是一个复杂的曲面以大地水准面为基础建立旋转椭球体,接近于大地水准面,容易数学表达21克拉索夫斯基椭球体模型克拉索夫斯基椭球体模型l长半径长半径a=6378140ml极地扁率极地扁率f=(a-b)/a=1/298.257l将地球视为球体时将地球视为球体时地球半径223.1.2 地理坐标:经度经度/纬度纬度地地理理坐坐标标系系：用用经经度度、纬纬度度度度量量地地面面点点平平面面位位置置的的坐坐标标系统，规定：系统，规定：经度经度l首子午线（通过原英国格林尼治天文台）的经度为0，与首子午面的夹角称为经度，向东0180为东经；向西0180为西经纬度纬度l赤道的纬度为0，与赤道面的夹角称为纬度，向北09
11、0为北纬；向南090为南纬l我我国国领领土土位位于于东东半半球球/北北半半球球，地地理理坐坐标标表表示示为为东东经经/北纬，例如：北纬，例如：北京地理坐标：东经11628/北纬3954233.1.3 地图投影平平面面直直角角坐坐标标系系具具有有良良好好的的空空间间视视觉觉，而而且且易易于于进进行行距距离、面积等空间参数量算离、面积等空间参数量算在GIS中，空间数据处理和分析多基于平面直角坐标系。l独立平面直角坐标独立平面直角坐标当测量区域较小时,半径R10km,曲面近似于平面,可以测区中心点的切平面代替曲面,地面点的投影位置可以用平面直角坐标来确定l高斯平面直角坐标高斯平面直角坐标当测量区域较
12、大时,如何将地球椭球体的点位展绘到平面上，必须有适当的投影方法如1:10,000采用3度带243.1.4 地面点高程l空间点的属性信息之一空间点的属性信息之一l由高程基准面起算的地面点高度。由高程基准面起算的地面点高度。地面点沿铅垂线方向至大地水准面的距离，称为正高 ，亦称为海拔或称为高程。 253.2 地球空间信息技术地球空间信息技术l传统传统采集l位置:经纬仪/测尺l高程:水准仪表达l地形图处理l面积量算:方格网/求积仪l现代现代采集l全站仪lGPS/RS表达l基于GIS的专题地图处理l基于GIS的空间分析，数据发掘和知识发现l两者区别于两个方面：精度与效率26信息系统分类信息系统分类27
13、GIS的组成的组成l信息系统是指输入的是数据，经过处理，输出信息系统是指输入的是数据，经过处理，输出的是信息，并具有反馈和控制功能的系统。随的是信息，并具有反馈和控制功能的系统。随着计算机技术的发展，信息系统一般都以计算着计算机技术的发展，信息系统一般都以计算机系统为基础。机系统为基础。l现代意义上的信息系统四大要素组成现代意义上的信息系统四大要素组成:计算机硬件（Hardware）计算机软件（Software）系统操作人员（Lifeware）数据（Data）28GIS基本组成图示基本组成图示29GIS特色：实体与属性特色：实体与属性l采用（普通地图采用（普通地图+数据卡）难以满足工作效率与精
14、度的要数据卡）难以满足工作效率与精度的要求。求。l图形数据与地面上所代表的含义是相联系的图形数据与地面上所代表的含义是相联系的实体(entity)属性(attribute)l加拿大地理信息系统（加拿大地理信息系统（CGIS）1962年提出，1972年投入使用，成为第一个GIS任务：土地资源分类与绘制专题地图l常用的常用的GIS软件软件ARC/INFOMapInfo30为什么需要为什么需要GIS?l如果你在国土资源部门工作：如果你在国土资源部门工作：如何清查可利用的耕地、森林、矿产资源，水体可利用程度以及数量，野生动物的栖息地需求？如果要开发这些资源，怎样评价哪些资源是短缺的？如何预测这些资源在
15、未来10年、20年乃至第七代以后，其可利用性的和数量的改变？31GIS的用途的用途 l 一般来说，一个完整地理信息系统至少能回答或解决以下三类问一般来说，一个完整地理信息系统至少能回答或解决以下三类问题题位置、条件和模拟。位置、条件和模拟。 对于指定的空间位置，给出该位置的基本表述，如某一实体（点、线或多边形）的地图编码、地理坐标、地类（或地类代码）等； 回答符合一定条件的实体在哪里的问题。例如查询某个地区内面积不小于667m2的所有耕地图斑； 模拟某个地方如果具备一定条件会发生什么的问题。例如要修建一条从甲地到乙地宽50m的公路，在一定目标下如何修建：如果给出公路绕道付出的经济效益、占用耕地
16、失去的社会效益、占用林地失去的生态效益等函数关系，模拟如何修建是最优化的。显然，模拟必须是基于特定模型的分析。 实际上，随着地理信息系统的发展，时间因素将会被越来越重视（时域地理信息系统，Temporary GIS) 32GIS应用领域应用领域l资源管理资源管理如耕地数量及分布l区域规划区域规划如土地利用与人口分布相协调l国土监测国土监测如结合遥感数据实现灾害预警和评估l辅助决策辅助决策消防部门提高路线选择移动电话公司发射塔的选址.33几个问题需注意和思考的问题几个问题需注意和思考的问题l二维平面表示了三维椭球面二维平面表示了三维椭球面l地图比例尺的大小地图比例尺的大小l如何拼接两幅邻接地图如何拼接两幅邻接地图l如何将土地利用图与土壤地图叠加如何将土地利用图与土壤地图叠加l计算机软件的综合运用计算机软件的综合运用34作业作业1l在在(0,0)-(100,100)区域区域内输出一个距离为内输出一个距离为1的点的点阵文件阵文件第1个点坐标（0.5,0.5）点阵信息自下往上和自左往右依次赋于序号i以制表符相隔右图为距离为10的点阵35参考界面参考界面36
