地理信息系统概论

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1、地理信息系地理信息系地理信息系地理信息系统统概概概概论论地理信息系统概论课程特点：课程特点：GISGIS是一门典型的交叉性学科是一门典型的交叉性学科 因因此此，学学生生要要学学好好GISGIS，首首先先必必须须要要做做好好“ “GISGIS” ” (Gentlemanlike, (Gentlemanlike, Intelligence, Intelligence, SmileSmile。即即博博大大( (共共建建共享共享) )、智能、智能( (开发创新开发创新) )、微笑、微笑( (微笑服务微笑服务) ) )。GIS是一门实践性很强的学科 因此，要重视技能训练，重点掌握因此，要重视技能训练，重

2、点掌握MAPGISMAPGIS等基础等基础GISGIS软件的操作和使用。软件的操作和使用。GIS是一门迅速发展中的学科 因因此此，要要经经常常阅阅读读有有关关的的文文献献资资料料，掌掌握握GISGIS学学科科的的发展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自己的能力。发展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自己的能力。地理信息系统概论课程地位：课程地位：专业基础选修课。学习要求：学习要求： 1 掌握GIS的基本概念、基本理论、基本操作方法（即原理与技术）； 2 了解GIS最新发展趋势和方向，应用领域，应用技术； 3 熟悉一门地理信息系统基本软件（MapGIS）的应用与操作； 4 按时完成作业、课程实验

3、报告，不缺课。学习方法：学习方法： 1、认真听课，做好笔记。理解每节课的内容； 2、注意参考资料的阅读； 3、动手实践（基于MapGIS软件），独立完成课程实验规定的内容； 成绩考核成绩考核：期末考试40；平时成绩30；上机实验30%。地理信息系统概论主要参考资料：参考书：参考书：1. 黄杏元，马劲松，地理信息系统概论（第三版），高等教育出版社，20082. 陈述彭，地理信息系统导论，科学出版社，20063. 吴信才，地理信息系统设计与实现，电子工业出版社，20004. 龚健雅，地理信息系统基础，科学出版社,1998练习软件练习软件：MapGIS6.7;资料下载资料下载： 地理信息系统概论第一

4、章 地理信息系统概论1 基本概念基本概念 2 GIS的分类的分类3 GIS的功能概述的功能概述4 GIS的研究内容的研究内容5 GIS的发展简史的发展简史6 GIS的发展展望的发展展望地理信息系统概论第1讲 GIS基本概念、分类和构成目的要求：目的要求： 通过本讲，掌握地理信息系统的基本概念和定义，能分析其与其他系统的不同。掌握GIS的基本构成是计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据、应用模型和系统管理操作人员。了解GIS基本类型。教学重点：教学重点：基本概念的讲解；地理信息系统的特点 构成。教学难点：教学难点：信息、数据的区别和联系 、GIS的概念教学课时：教学课时：2教学方法：教学方法：

5、理论讲授地理信息系统概论1 GIS的基本概念的基本概念1.1.1 信息信息 信息信息(information)是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体物理设备形式的改变而改变。 狭义：狭义：是指人们获得信息前后对事物认识的差别是指人们获得信息前后对事物认识的差别 广义：广义：是指主体是指主体(人、生物和机器人、生物和机器)与外部客体与外部客体 (环境、环境、其它人、生物和机器其它人、生物和机器)之间相互联系的一种形式。之间相互联系的一种形式。 信息是以一定规则组织在一起的事实的集合。 信息的特点：信息的特点： 客观性，适用性客观性，适用性 ，传输性，

6、共享性，传输性，共享性地理信息系统概论1.1.1 信息信息信息的特点信息的特点:信息的客观性：信息的客观性：与客观事物紧密相联系的； 信息的适用性：信息的适用性：信息对决策是十分重要； 信息的传输性：信息的传输性：信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备(包括远程终端)，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。 信息的共享性：信息的共享性：信息与实物不同，它可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。信息的这些特点，使信息成为当代社会发展的一项重要资源。地理信息系统概论1.1.2 数据数据数据数据:指某一目标定性、定量描述

7、的原始资料，指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。能转换成的数据等形式。 原始事实如：员工姓名，课程表数据可以有数值、图形、声音、视觉数据等数据的特点：数据的特点：数据只有对实体行为产生影响时才成为数据只有对实体行为产生影响时才成为信息信息 例如：1和0数据到信息要经过一些数据处理。数据到信息要经过一些数据处理。地理信息系统概论1.1.2 数据数据数据处理数据处理:即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等，其目的就是为了得到数据中包含的信息。提取信息提取信息把数据转换成便于观察、分析、传输或进

8、一步处理的形式；把数据加工成对正确管理和决策有用的数据；把数据编辑后存储起来，以供不断使用。地理信息系统概论1.1.2 数据数据信息和数据的关系：信息和数据的关系：地理信息系统概论1.1.2 数据数据信息和数据的关系：信息和数据的关系：信息与数据是不可分离的。信息与数据是不可分离的。信息= 数据 + 说明（或规则）信息是与物理介质有关的数据表达信息是与物理介质有关的数据表达。数据数据是信息的载体。数据是信息的载体。数据中所包含的意义就是中所包含的意义就是信息信息。数据是记录下来的某种可以识别的符号数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改

9、变。但其中包含的信息内容不会改变。信息可以离开信息系统而独立存在信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。数据是原始事实，而信息是数据处理的结果数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。 地理信息系统概论1.1.3 地理数据与地理信息地理数据与地理信息地理数据地理数据：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量

10、、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形的总称。是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置空间位置、属性特征属性特征及时态特征时态特征三部分。地理信息系统概论1.1.3 地理数据与地理信息地理数据与地理信息空间位置数据空间位置数据（空间数据或几何数据）描述地物所在位置，相对位置相对位置或绝对位置绝对位置属性数据属性数据（非空间数据）属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标时态特征数据时态特征数据是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段，该数据对环境模拟分析非常重要。空间位置空间位置、属性属性及及时间时间是是地理空间分析地理空间分析的三大基本的三大基本要素。要素。地理信息系统

11、概论1.1.3 地理数据与地理信息地理数据与地理信息地理信息地理信息：是有关地理实体的性质、特征和运：是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，是对地理数动状态的表征和一切有用的知识，是对地理数据的解释。据的解释。地理信息的特征空间特征：其位置的识别是与数据联系在一起的。空间特征：其位置的识别是与数据联系在一起的。多维特征：即在二维空间的基础上实现多专题的第三多维特征：即在二维空间的基础上实现多专题的第三 维结构。维结构。时序特征：可以按照时间尺度划分地理信息，对地理时序特征：可以按照时间尺度划分地理信息，对地理 事物进行预测、预报，从而为科学决策提事物进行预测、预报，从而为

12、科学决策提 供重要依据。供重要依据。地理信息系统概论1.1.3 地理数据与地理信息地理数据与地理信息地图与地理信息、地理数据的关系地图与地理信息、地理数据的关系地图：地图：是将地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化。显然地图均具有空间性质，地图所表示的内容也都具有时间和属性特性。 地图与地理信息、地理数据的关系地图与地理信息、地理数据的关系地图是传统的表达和存储地理数据的工具，是地理信息的传统数据源地理信息是对地理数据的解释，地图是地理信息载体地图是地理信息系统查询与分析结果的表示

13、方法地理信息系统概论1.2.1 信息系信息系统系统：系统：是具有特定功能的、相互联系的许多要素所构成的一个整体。信息系统信息系统(Information System ):是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。地理信息系统概论1.2.2 信息系信息系统的的类型型组成信息系统的四大要素组成信息系统的四大要素硬件硬件数据数据（知识）（知识）软件软件用户用户信息系统的三个管理层次信息系统的三个管理层次操作层操作层（底层）（底层）战术层（战术层（中间层）中间层）战略层战略层（顶层）（顶层）操作员操作员决定方向的决定方向的战略决策者战略决策者高中

14、层的高中层的管理人员管理人员地理信息系统概论1.2.2 信息系信息系统的的类型型1) 信息系统信息系统 按功能分类按功能分类（）事务处理系统事务处理系统(Transaction Process System, TPS)主要用以支持操作层人员的日常活动。它主要负责处理日常事务。 管理信息系统管理信息系统(Management Information System, MIS):需要包含组织中的事务处理系统，并提供了内部综合形式的数据，以及外部组织的一般范围和大范围的数据。 决策支持系统决策支持系统(Decision Support System, DSS)是一组处理数据和进行推测的分析程序，用以支

15、持管理者制定决策。包括分析决策模型、MIS中的信息和决策者的推测。地理信息系统概论1.2.2 信息系信息系统的的类型型人工智能和专家系统人工智能和专家系统(Expert System, ES)能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统。 MIS能提供信息帮助制定决策，DSS能帮助改善决策的质量，专家系统能应用智能推理制作决策并解释决策理由。地理信息系统概论1.2.2 信息系信息系统的的类型型2) 信息系统信息系统 按结构分类按结构分类 Pc机为平台机为平台单机信息系统单机信息系统工作站为平台工作站为平台网络信息系统网络信息系统C/SC/S结构结构B/S结构结构地理信息系统概论2 地理信息系地

16、理信息系统及其及其类型、构成型、构成由上面对信息系统的了解，可以知道地理信息系统(Geographical Information System, GIS)是一种决策支持系统，具有一般信息系统的特点。顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。地理信息系统概论2.1地理信息系地理信息系统GIS是什么是什么?世界各地的人每天都会提出以下一些问题：种植园的土壤有什么特征（农场主）？下一个服装店应该设在哪里（零售商）？应该在道路的何处开挖，才能迅速找到煤气总管（煤气工程师）？臭氧洞在过去十年有何变化（气候学家）？有预测台湾未来地震趋势的模型吗（地质学家）？在过去的两次人口普查中，城乡人口在分布上有何

17、变化（规划师）？在这里配备武器装备和人员，会遭到谁袭击（军事指挥员）？地理信息系统概论GIS是什么是什么?将冰箱送到客户家里，如何走最好（配送管理员）？前12个月，这个城市买掉的土地和财产总值是多少（城市会计师）？如果雾天发生火灾，大火将向何方扩展，将有多少木材被烧掉（林务官）？若大量污水排入井内，污水将如何扩散，对饮水者产生何影响（水文学家）？ 等等诸如此类的问题。这些问题的共同特点都是与地理环境和地理过程密切相关的。 地理信息系统领域的专家都很清楚，要回答这些问题，需要访问多维（空间维、时间维）、大容量和高处理费用特征的地理信息，同时即使回答简单的地理学问题，也要求按统一的标准集成多种数据

18、源。2.1地理信息系地理信息系统地理信息系统概论因此，关于什么是GIS，可以认为：地理信息系统（Geographical Information System 简称GIS）是用于回答地理学问题的艺术、科学、工程和技术的统称，是一种用计算机创建和描述地表的数字表达方法。这是对GIS的一个广义的定义。从20世纪60年代至今，GIS已经迅速发展成为一个独特的研究和应用领域，并形成一个全球性的重要行业。成为IT的主流。但是关于其概念的争论也在继续。2.1地理信息系地理信息系统地理信息系统概论2.1地理信息系地理信息系统GIS是什么是什么?关于概念的争议关于概念的争议在关于GIS概念的争论中，出现了对G

19、IS概念的不同理解。其中：1 美国学者Parker认为“GIS是一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的信息技术”。2 Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”。3 加拿大的Roger Tomlinson认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统。”4 Burrough认为“GIS是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具”。地理信息系统概论2.1地理信息系地理信息系统GIS是什么是什么?关于概念的争议关于概念的争议5 俄罗斯学者也把GIS定义为“一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合”。6

20、美国联邦数字地图协调委员会(FICCDC)关于GIS的定义认为“GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题”。 地理信息系统概论（黄杏元） 7 陈述彭把GIS定义为：“用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术”。 （1999）地理信息系统概论2.1地理信息系地理信息系统GIS是什么是什么?关于概念的争议关于概念的争议8.地理信息系统基础（龚健雅）、李德仁“地理信息系统是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是采集、存贮、管理、分析和

21、描述整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间和地理分布有关的空间信息的系统(1995)。”地理信息系统概论2.1地理信息系地理信息系统GIS是什么是什么?关于概念的争议关于概念的争议由前面的定义可以总结出对GIS 的概念定义的5个方面的观点，认为GIS：是工具箱是工具箱，其中包含一套用于采集、存储、管理、处理、分析和显示地理数据的计算机软件工具。是信息系统的特例是信息系统的特例，除了具有处理地理编码数据的特殊性外，地理信息系统具备一般信息系统的共同特点。是一门技术，是一门技术，主要包括空间和时间数字式数据的输入、存储、操作和输出技术学科，学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一

22、门新兴的交叉学科强调其社会作用，强调其社会作用，认为GIS 从根本上改变了一个组织或部门（如国土部门，政府规划部门）运做方式。地理信息系统概论2.1地理信息系地理信息系统GIS是什么？是什么？但就本课程所讲授的内容，但就本课程所讲授的内容，GIS采用本书定义，为：采用本书定义，为：地理信息系统的定义由两部组成。一方面，地理信息系统是一地理信息系统是一门学科门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息另一方面，地理信息系统是一个技术系统系统是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究

23、和地理决策服务的计算机技术系统。这个定义给大多数GIS用户提供了如何理解GIS的主要框架。这个定义回答了GIS不仅仅是一个特殊的软件，也是一门学科。是一个相对通俗的定义。地理信息系统概论2.1地理信息系地理信息系统地理信息系统有什么特点？地理信息系统有什么特点？具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力。 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息。地理信息系统从外部来看，它

24、表现为计算机软硬件系统；而其内涵却是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。信息的流动及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真。地理信息系统概论2.2地理信息系地理信息系统的的类型型地理信息系统的分类：（还可以根据以下依据划分） 研究范围（全球性、区域性、局部）、数据模型（矢量、栅格和混合型）、功能（应用型和工具型）等等专题地理信息系统(Thematic GIS)区域地理信息系统(Regional GIS)地理信息系统工具(GIS Tools)城市信息系统自然资源查询信息系统规划与评估信息系统土地管理信息系统等。按内容分类按用

25、途分类地理信息系统概论2.3 地理信息系地理信息系统的构成的构成地理信息系统的构成：地理信息系统的构成：软件系统软件系统GISGIS硬件系统硬件系统应用模型应用模型用用用用 户户户户GUIGUI空间数据空间数据DBMSDBMS地理信息系统概论2.3 地理信息系地理信息系统的构成的构成一、一、 GIS的计算机硬件系统的组成的计算机硬件系统的组成1、计算机主机；2、数据输入设备：数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、鼠标、通讯端口等；3、数据存贮设备：光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等；4、数据输出设备：笔式绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。 地理信息系统概论2.3 地

26、理信息系地理信息系统的构成的构成GIS的计算机硬件系统组成的计算机硬件系统组成图4 GIS硬件系统的组成计算机数字化仪扫描仪手写笔光笔输 入 设 备输 出 设 备存 储 设 备喷墨绘图仪喷墨打印机激光打印机光盘刻录机磁盘阵列光盘塔活动硬盘地理信息系统概论2.3 地理信息系地理信息系统的构成的构成二、二、 GIS的计算机软件系统的计算机软件系统图5 GIS的计算机软件系统的层次地理信息系统概论2.3 地理信息系地理信息系统的构成的构成GIS的计算机软件系统包括1、计算机系统软件、计算机系统软件 通常包括操作系统、汇编程序、编译程序等，是GIS日常工作所必需的。2、地理信息系统软件和其他支撑软件、

27、地理信息系统软件和其他支撑软件 可以是通用的GIS软件，也可包括数据库管理软件、计算机图形软件包、CAD、图像处理软件等。 3、应用分析程序、应用分析程序 是系统开发人员或用户根据专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。地理信息系统概论2.3 地理信息系地理信息系统的构成的构成三、三、 地理空间数据地理空间数据指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。景观的数据。 地理信息系统的数据模型包括三个互相联系的方面地理信息系统的数据模型包括三个互相联系的方面 ：在某个已知坐标系中的位置：坐标

28、实体间的空间相关性：用拓扑关系(Topology)来表示。与几何位置无关的属性（Attribute）：分为定性和定量的两种。 定性包括名称、类型、特性等，如气候类型、土地利用等。 定量包括数量和等级等，如面积、长度、土地等级。 地理信息系统概论2.3 地理信息系地理信息系统的构成的构成四、四、 应用人员应用人员人是地理信息系统中重要构成因素。人是地理信息系统中重要构成因素。GIS不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型，仅有系统软硬件和数据还构不成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并采用地理分析模型提取多种信息，为地理学研究和地理决策服务。

29、地理信息系统概论2.3 地理信息系地理信息系统的构成的构成五、应用模型五、应用模型GIS应用模型的构建和选择也是系统应用成败至关重应用模型的构建和选择也是系统应用成败至关重要的因素要的因素。例如土地利用适宜性模型、公园选址模型、洪水预测模型、人口扩散模型、森林增长模型、水土流失模型、最优化模型、影响模型等。应用模型是应用模型是GIS与相关专业连接的纽带。与相关专业连接的纽带。它的建立绝非是纯数学或计算机技术性问题，而必须以坚实而广泛的专业知识和经验为基础。由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益项实际应用

30、问题，获取经济效益和社会效益。地理信息系统概论3 地理信息系统的功能简介GIS的核心问题的核心问题l位置（Locations） 即在某个特定的位置有什么。l条件（Conditions）即什么地方有满足某些条件的东西。l变化趋势（Trends）识别已经发生了或正在发生变化的地理现象。l模式（Patterns）分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。l模型（Models）该类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案。地理信息系统概论3 地理信息系统的功能概述GIS基本功能基本功能l1、数据采集与编辑、数据采集与编辑：手扶跟踪数字化不同的专题或层（GISGIS数据分层的概念数据分层的概念）l2、

31、数据存储与管理、数据存储与管理：矢量栅格模型、数据库管理、空间数据库 （包括空间数据库的定义、数据访包括空间数据库的定义、数据访问和提取、从空间位置检索空间物体及其属性、从属问和提取、从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体及其位置、开窗和接边操作、数性条件检索空间物体及其位置、开窗和接边操作、数据更新和维护等。据更新和维护等。） 地理信息系统概论3 地理信息系统的功能概述数据采集流程图地理信息系统概论3 地理信息系统的功能概述l3、数据处理和变换：、数据处理和变换：l包括矢栅转换、制图综合、数据变换、数据重构、数包括矢栅转换、制图综合、数据变换、数据重构、数据抽取等据抽取等 l

32、数据变换数据变换：指对数据从一种数学状态转换为另一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、比例尺缩放、误差改正和处理等。l数据重构数据重构：指对数据从一种几何形态转换为另一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据压缩、结构转换等。l数据抽取数据抽取：指对数据从全集合到子集的条件提取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间内插等。 地理信息系统概论3 地理信息系统的功能概述l4 4、空间查询、分析和统计：、空间查询、分析和统计：空间检索、空间拓扑叠合、缓冲区分析、数字地形空间检索、空间拓扑叠合、缓冲区分析、数字地形分析、空间集合分析、空间模型分析分析、空间集合分析、空间模型分析拓扑叠合拓扑叠合：实现

33、了输入要素属性的合并以及要素属性在空间上的连接。缓冲区分析缓冲区分析：用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性 数字地形分析数字地形分析：构造数字高程模型及有关地形分析的功能 空间集合分析空间集合分析：布尔逻辑运算 空间建模分析空间建模分析地理信息系统概论3 地理信息系统的功能概述l5 5、产品制作与显示、产品制作与显示产品为地图图像：符号图、动线图、点值图、晕线图、等值线图、立体图等。产品制作与显示：设置显示环境、定义制图环境、显示地图要素、定义地图符号、字符大小与颜色、标注图名和图例以及绘图文件编辑。l6 6、二次开发和编程、二次开发和编程开发语言：C，C+，VB，VC+，Delphi）定

34、制自己的菜单，可视化用户应用界面。地理信息系统概论数据采集数据采集地理信息系统概论用于大型用于大型GIS工程工程 应用领域：应用领域： 测绘测绘 勘测勘测 规划规划 土地土地 交通交通 管线管线 农林农林 水利水利 环保环保 油田油田 地质地质 军事军事数据管理数据管理地理信息系统概论海量数据海量数据管理管理地理信息系统概论浏览浏览查询查询地理信息系统概论路径分析路径分析地理信息系统概论动态分段动态分段地理信息系统概论三维地下体分析三维地下体分析地理信息系统概论地图整饰地图整饰地理信息系统概论生成数字地面模型生成数字地面模型tingird地理信息系统概论地理逻辑地理逻辑地理逻辑地理逻辑绘图绘图

35、绘图绘图绘图机构绘图机构绘图机构绘图机构地质测绘地质测绘地质测绘地质测绘环保机构环保机构环保机构环保机构地方政府地方政府地方政府地方政府人口局人口局人口局人口局税务部门税务部门税务部门税务部门旅游旅游旅游旅游服务业服务业服务业服务业公用事业公用事业公用事业公用事业公司公司公司公司企业企业企业企业教育教育教育教育交通运输交通运输交通运输交通运输部门部门部门部门GIS的应用领域的应用领域地理信息系统概论3 地理信息系统的功能概述应用功能应用功能资源调查资源调查 以土地利用类型为例：以土地利用类型为例： 不同土地利用类型的分布和面积不同土地利用类型的分布和面积按不同高程带划分的土地利用类型按不同高程

36、带划分的土地利用类型不同坡度区内的土地利用现状不同坡度区内的土地利用现状不同时期的土地利用变化不同时期的土地利用变化 从而为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。从而为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。地理信息系统概论3 地理信息系统的功能概述城乡规划城乡规划l城镇总体规划城镇总体规划l城市建设用地适宜性评价城市建设用地适宜性评价l环境质量评价环境质量评价l道路交通规划道路交通规划l公共设施配置，以及城市环境的动态监测公共设施配置，以及城市环境的动态监测灾害监测灾害监测l森林火灾的预测预报森林火灾的预测预报l洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算l为救灾抢险和

37、防洪决策提供及时准确的信息为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息地理信息系统概论环境管理环境管理l为环境管理部门提供基础数据库系统为环境管理部门提供基础数据库系统l提供数据统计、报表和图形编制方法提供数据统计、报表和图形编制方法 l建立环境污染的若干模型建立环境污染的若干模型l提供环保部门办公软件提供环保部门办公软件l提供信息传输的方法和手段提供信息传输的方法和手段 宏观决策宏观决策l系统支持下的土地承载力的研究，以解决土地资源与系统支持下的土地承载力的研究，以解决土地资源与人口容量的矛盾人口容量的矛盾l三峡地区研究，提供了建库前后环境变化的数量、速三峡地区研究，提供了建库前后环境变化的数量、

38、速度和演变趋势等可靠的数据度和演变趋势等可靠的数据3 地理信息系统的功能概述地理信息系统概论3 地理信息系统的功能概述国际上国际上GIS应用有两个值得注意的方面应用有两个值得注意的方面 在大项目方面在大项目方面，如美国内务部土地管理局的自动土地与矿产资源系统（ALMRS）和森林局615项目，仅软件和硬件的耗资就高达12亿美元。美国海军的海图计划，建库的费用也在数亿美元以上。在面向公众方面在面向公众方面，一些先进国家投入了大量人力、财力，建立空间信息基础设施，如美国地质调查局（USGS）和美国国家航空航天局（NASA）目前已完成了全美1/24000的地形数据库和相应的正射影像数据库、1/10万水

39、文数据库和30m分辨率的土地覆盖数据库。在美国国家矿产资源调查计划（MRSP）中，“空间信息与技术转让”被列为4项重大计划之一。地理信息系统概论4 地理信息系统的研究内容4.1 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 1）GISGIS的基础理论的基础理论主要包括：GIS的概念、定义、内涵；GIS的构成、特点、功能和任务；GIS的理论体系；GIS发展史与发展趋势等。2）GISGIS的技术系统的技术系统：系统的硬件配置；数据结构与表示；数据输入、输出系统；地理数据管理；用户界面；GIS工具的研制等。3）GISGIS的应用方法的应用方法：应用系统设计；数据采集与校验；专题分析模型；GIS与遥感

40、技术及GPS的结合；地学专家系统等。地理信息系统概论4.1 地理信息系统的研究内容理论、技术与方法这三个方面的研究内容是相互联系相互促进的。GIS产生于地学研究和生产实践，GIS的应用使得技术系统日趋完善，并逐渐形成和发展了GIS的理论；理论研究又指导开发新一代高效GIS，并不断拓宽其应用领域，加深应用的深度；GIS的应用，又对理论研究和技术方法提出了更高的要求。地理信息系统概论4.2 地理信息系地理信息系统相关学科相关学科地理学遥感技术地图学GIS计算机科学计算机图形学软件工程数据库技术专家系统CADGIS与相关学科与技术地理信息系统概论4.2 地理信息系地理信息系统相关学科相关学科一、一、

41、 与地理学与地理学 地理学是一门研究人类生存空间的学科，为GIS提供了一些空间分析的方法和观点，成为成为GISGIS的理论依托的理论依托。（1 1）研究基础和手段）研究基础和手段 地理学研究中的空间分析理论空间分析理论为GIS提供了有关空间分析的基本方法，成为地理信息系统的基础理论依托；地理信息系统的发展也为地理问题的解决提供了全新的技术手段。（2 2）数据处理方面）数据处理方面 GIS的数据源需用地学处理方法得到；GIS内部数据处理(分析)功能又是进行地理学研究的主要技术方法。地理信息系统概论4.2 地理信息系地理信息系统相关学科相关学科二、二、 与地图学与地图学 地理信息系统脱胎于地图，地

42、图学理论与方法对地理信息系统的发展有着重要的影响。计算机制图为地图特征的数字表达、操作和显示提供了一系列方法，为地理信息系统的图形输出提供技术支持。地图也是GIS的重要数据源。地图是GIS发展的根源之一。地图强调数据载体、符号化；GIS则注重于信息分析。地理信息系统概论4.2 地理信息系地理信息系统相关学科相关学科三、三、 与计算机科学与计算机科学 为地理空间信息的表达、存储、处理、 分析和应用提供了有利的工具。数据库技术提供数据的管理、更新、查询和维护功能；计算机图形学提供算法基础；CAD对于辅助设计提供支持；软件工程对于 GIS的系统设计提供科学的方法;网络技术为GIS发展成为社会信息设施

43、的重要组成部分奠定了基础。地理信息系统概论4.2 地理信息系地理信息系统相关学科相关学科GIS与CAD和CAM的区别在于：第一，CAD不能建立地理坐标系和完成地理坐标变换；第二，GIS的数据量比CAD和CAM大得多，结构更为复杂，数据间联系紧密，单一结构难以完整描述；第三，CAD和CAM不具有GIS具有的地理意义的空间查询和分析功能。地理信息系统概论4.2 地理信息系地理信息系统相关学科相关学科四四 与遥感、摄影测量与遥感、摄影测量遥感作为空间数据采集手段，已成为GIS的主要信息源和更新途径。大地测量为GIS提供了精确定位的控制信息，特别是GPS技术可快速、廉价地获取地表特征的数字位置信息，更

44、具发展潜力。航空航天数字立体摄影测量技术是GIS主要的地形数据来源。地理信息系统概论GISGIS与与MISMIS比较比较5. 地理信息系统与管理科学地理信息系统概论考古学考古学人文地理学人文地理学公共管理公共管理社会学社会学流行病学流行病学健康护理规划健康护理规划森林学森林学土壤科学土壤科学地貌学地貌学环境科学环境科学地质学地质学生态学生态学水文学水文学气象学气象学公共信息查询公共信息查询矿产开发矿产开发设施维护设施维护产业产业/商业商业市场市场旅游业旅游业资产管理资产管理计算机科学计算机科学制图学制图学可视化可视化符号学符号学测量测量遥感遥感照相测量法照相测量法数学数学数据库数据库计算机计算

45、机图形学图形学统计学统计学地理地理 统计学统计学人工人工智能智能认知科学认知科学社会经济社会经济测量测量地形测量地形测量环境测量环境测量GIS学科“树”地理信息系统概论5 地理信息系地理信息系统发展展简史史一、一、 GIS发展的科学背景发展的科学背景从古代文明到现代社会，地理工作者、测绘工作者、航海家都致力于空间数据的收集整理，制图工作者则以地图形式表示这些数据。地图作为空间数据的载体长期为航海、军事以及现代经济建设服务。20世纪60年代初，麻省理工学院首次提出计算机图形学，在此基础上出现了计算机数字地图；计算机技术开始用于地图量算、分析和制作。20世纪60年代中期，由于计算机技术在自然资源、

46、环境数据处理中的应用迅速发展，致使计算机辅助制图和空间分析等领域得到极大的发展。最终导致地理信息系统技术的产生。最终导致地理信息系统技术的产生。地理信息系统概论5 地理信息系地理信息系统发展展简史史1963年，开始建立加拿大地理信息系统（CGIS) 60年代中后期，很多与GIS有关的组织成立1969年，ESRI （环境系统研究所）建立1969年， Integraph公司建立二、二、 GIS的发展阶段的发展阶段1963年，加拿大测量学家Roger Tomlinson首先提出了“地理信息系统”这一术语，并开始建立世界上第一个实用的地理信息系统加拿大地理信息系统(CGIS)(1972年建成)，主要用

47、于城市和土地利用；60年代起步阶段年代起步阶段（GIS思想和技术方法的探索思想和技术方法的探索）注重空间数据的地学处理注重空间数据的地学处理地理信息系统概论5 地理信息系地理信息系统发展展简史史70年代为GIS巩固发展期 20世纪70年代，美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对地理信息系统的研究均投入了大量的人力、物力、财力，研究不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。 19721972年出版了地理信息系统方面的第一本专著年出版了地理信息系统方面的第一本专著地理数据处地理数据处理理；许多大学培养GIS人才，创建了地理信息系统实验室。 这一时期，世界上发展了许多具有一定功能的地

48、理信息系统，大约有80多种，著名的ARC/INFO即是该时期的产品；出现了大量的数据库，但这些系统的分析功能和60年代相比，并没有得到很大的扩充，而且数据库的容量一般都比较小，因此说70年代为GIS巩固阶段。地理信息系统概论5 地理信息系地理信息系统发展展简史史80年代为GIS技术大发展时期 20世纪80年代，计算机的迅速发展和普及，地理信息系统也逐步走向成熟。这一时期GIS注重于空间决策支持分析，并在资源管理、环境规划、商业服务等领域得到的广泛应用。 许多国家制定了本国GIS发展规划，启动了若干科研项目。 建立了一些政府性、学术性机构。软件制造商开始出现，商业化的实用地理信息系统软件陆续进入

49、市场。地理信息系统概论5 地理信息系地理信息系统发展展简史史90年代为GIS的用户时代 20世纪90年代，由于计算机的软硬件均得到飞速发展，网络已进入千家万户，导致地理信息系统应用的扩大与深化。GIS已成为许多机构必备的工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上受GIS影响而改变现有机构的运行方式、设置等；社会对GIS的认识普遍提高，需求大副度增加。如美国将GIS列入“信息高速公路”计划中，美国副总统戈尔提出的“数字地球”战略也包括地理信息系统；我国的“三金工程”（金卡、金桥、金关）中也包含GIS。戈尔地理信息系统概论5 地理信息系地理信息系统发展展简史史我国GIS的发展状况第一阶段： 从197

50、8年到1980年为准备阶段，主要进行舆论准备，正式提出倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。 第二阶段： 从1980年到1985年为起步阶段。这一阶段主要是对地理信息系统进行理论探索和区域性实验研究，并在此基础上制定国家地理信息系统规范。从1984年开始，国家测绘局测绘科学研究所着手组建中国国土基础信息系统；1985中国科学院开始筹建国家资源与环境信息系统实验室，是一个新型的开放性研究实验室。地理信息系统概论5 地理信息系地理信息系统发展展简史史第三阶段：第三阶段： 从1986年到1995年为发展阶段。GIS研究作为政府行为被列入国家攻关计划，并开始了有计划、有组织、有目标的科学研究。 如“七

51、五” 国家攻关项目“三北防护林遥感调查”、“黄土高原遥感调查”等都开展了地理信息系统在资源管理方面的研究。 “八五” 期间国家攻关项目包括“重大自然灾害监测与评估系统”、“重点产粮区主要农作物估产”、“国家基础地理信息系统建设” 。 1994年中国GIS协会在北京成立 。第四阶段：第四阶段： 1995年至今为我国GIS产业化阶段。强调GIS的实用化、集成化和工程化，力图使GIS从发展阶段走向实用化和生产化。 我国GIS的发展状况地理信息系统概论5 地理信息系地理信息系统发展展简史史1、国外、国外GIS产品产品美国：美国：ESRI公司的ARC/INFO：第一个产品1978年推出。澳大利亚：澳大利

52、亚：Nenasys的Genamap。美国：美国：Intergraph 公司的MGE（Mocular GIS Environment)。最近又推出新软件GeoMedia.美国：美国：Mapinfo公司的Mapinfo：中小型的桌面GIS。三、三、GIS GIS 主要商品化软件主要商品化软件注注：美国环境系统研究所公司（Enviromental System Research Institute, Inc. 简称ESRI）成立于1969年，是世界最大的地理信息系统技术提供商。地理信息系统概论5 地理信息系地理信息系统发展展简史史2、国内、国内GIS产品：产品：北大与三秦信息技术有限公司：北大与三秦

53、信息技术有限公司：城市之星（Citystar)，是spaceman的升级换代。可以把3s结合在一起。武汉武大，吉奥信息工程技术有限公司：武汉武大，吉奥信息工程技术有限公司：吉奥之星Geostar，1986。是基于矢量栅格一体化的数据结构和面向对象的C+作为程序设计语言。中国地质大学，中地数码集团：中国地质大学，中地数码集团：MapGIS，最初为MAPCAD，采用矢量与栅格混合的结构。中科院地理所，中科院地理所，北京超图软件股份有限公司北京超图软件股份有限公司 ：SuperMap地理信息系统概论6 地理信息系地理信息系统发展展望展展望一、一、GIS飞速发展的原因飞速发展的原因1）实际的需要2）技

54、术、理论和方法的成熟 目前GIS在技术发展上已同IT市场的主流技术融合， GIS本身也从一个应用系统发展成为完整的技术系统并具有完整的理论体系。地理信息系统概论6 地理信息系地理信息系统发展展望展展望二、从软件系统看二、从软件系统看GIS的发展趋势的发展趋势1）集成（）集成（Integration) 体现体现GIS和其他技术的结合和其他技术的结合 GIS-CAD、 GIS-RS、 GIS-GPS、 GIS-Internet、 GIS-多媒体技术、 GIS-虚拟现实技术2）分化（分化（Fractionation) 体现软件领域中的新的开发思想体现软件领域中的新的开发思想 组件式GIS、 WebG

55、IS、 地理信息建模语言(Geographic Information Modeling Language)、移动GIS。地理信息系统概论6 地理信息系地理信息系统发展展望展展望三、从应用看三、从应用看GIS的发展趋势的发展趋势1 1）数据标准化数据标准化2 2）数据多维化数据多维化3 3）开发组件化开发组件化4 4）平台网络化平台网络化5 5）应用社会化应用社会化6) 6) 系统集成化系统集成化 为实现上述目标出现了组件式为实现上述目标出现了组件式GISGIS、WebGISWebGIS、移动移动GISGIS等技术系统。等技术系统。实用GIS的发展趋势：网络化、标准化、商业化、专门化、企业化、

56、全球化、大众化。地理信息系统概论数据标准化目前的地理信息系统软件大多采用不同的空间数据格式，对地理数据的组织也有很大的差异。由于人类的很多活动本身就具有分布式的特点，地理信息本质上是分布的，不同地域、不同行业的数据生产部门对应专门的数据服务器。随着大型的跨地区的GIS工程的建立及应用，特别是近期来“数字地球”、“数字城市”的兴起，解决地理操作的分布与共享迫在眉睫。解决地理信息系统的相互独立和封闭的问题。解决地理数据的继承、分布与共享、社会化和大众化地理操作的分布等客观需求。 地理信息系统概论数据多维化用二维系统来描述三维空间的方法，必然存在不能精确地反映、用二维系统来描述三维空间的方法，必然存

57、在不能精确地反映、分析和显示三维信息的问题。分析和显示三维信息的问题。地理信息系统概论许多许多GIS应用领域的要求都是应用领域的要求都是基于时间特征的，如区域人口基于时间特征的，如区域人口的变化，平均年龄的变化，洪的变化，平均年龄的变化，洪水的最高水位的变化等。对这水的最高水位的变化等。对这样的应用背景，仅采取作为属样的应用背景，仅采取作为属性数据库中的一个属性不能很性数据库中的一个属性不能很好地解决问题，好地解决问题，因此，如何设因此，如何设计并运用计并运用4D GIS来描述、处理来描述、处理地理对象的时态特征也是个重地理对象的时态特征也是个重要的研究领域。要的研究领域。4D GIS数据多维

58、化数据多维化地理信息系统概论应用社会化数字地球1998年美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心做了题为“数字地球-认识21世纪我们这个星球”的讲话以后，数字地球一词开始风靡全球。汽车导航LBSMobile GIS地理信息系统概论系统集成化GPS是空间实体快速、精密定位的现代化工具；GIS是空间信息集成、分析、处理的有力武器；RS是空间信息覆盖面最大最迅速的采集手段， 三者的结合简称3S集成。RSGPS GIS几何配准、辅助分类等提供或更新区域信息提供或更新空间定位定点查询专题信息几何校正、训练区选择及分类验证等提供定位遥感信息查询地理信息系统概论6 地理信息系地理信息系统发展展望展展望四、四、 G

59、IS理论研究中亟待解决的问题理论研究中亟待解决的问题 GISGIS设计与实现的方法学问题设计与实现的方法学问题 GISGIS的功能问题的功能问题多媒体地理信息系统的管理和操作的问题多媒体地理信息系统的管理和操作的问题地理信息的深加工问题地理信息的深加工问题空间信息可视化技术和虚拟现实技术空间信息可视化技术和虚拟现实技术地理信息系统概论第一章 思考题及作业第一章 总结一、主要内容 GIS的基本概念、构成及功能；GIS研究内容；GIS与相关学科；GIS发展过程。二、需要掌握的知识要点1、信息和数据的概念、特点，并简述二者之间的区别与联系 2、GIS的基本定义、构成及功能3、GIS的发展及趋势展望地理信息系统概论第一章 思考题及作业作业：作业：1、什么是地理信息系统（GIS）？它与一般的计算机应用系统有哪些异同点？2、GIS由哪几个主要部分组成？它的基本功能有哪些？3、简述地理信息系统与管理系统，地图制图系统和计算机辅助设计系统的区别与联系 4、简述空间数据的三个基本特征及其描述的内容？5、地理信息与地理数据在概念上的区别和联系是什么？6、举例说明地理信息系统的应用。 地理信息系统概论