地理信息系統(tǒng)技術(shù)概述.ppt

地理信息系統(tǒng)技術(shù)及空間智能,一、地理信息系統(tǒng)技術(shù)概述 二、空間智能理論發(fā)展動(dòng)態(tài),應(yīng)用需求：地理信息系統(tǒng)做什么？（應(yīng)用） 學(xué)術(shù)需求：地理信息系統(tǒng)是什么？（原理） 城市土地利用信息系統(tǒng) 電信資源管理 鐵路地理信息系統(tǒng) 公安警用地理信息系統(tǒng) 醫(yī)療機(jī)構(gòu)信息查詢(xún)系統(tǒng) 海洋地理信息系統(tǒng) 軍事地理信息系統(tǒng),地理信息系統(tǒng)技術(shù)概述,GIS可以做什么管理海量數(shù)據(jù) 瀏覽、查詢(xún) 專(zhuān)業(yè)性分析 路徑分析 地圖編繪 動(dòng)態(tài)分段 斷面分析 生成DEM模型 三維地下體分析,GIS基本概念 GIS與相關(guān)學(xué)科 GIS的組成 GIS的主要功能 GIS的發(fā)展透視 GIS主要軟件 GIS主要網(wǎng)站及參考書(shū) GIS項(xiàng)目申請(qǐng),主要講授內(nèi)容,地理信息系統(tǒng)（GIS）是什么？,地理學(xué)的定義與內(nèi)涵,地理學(xué)一詞產(chǎn)生于西元前234年，由希臘學(xué)者伊拉托斯尼最早提出，其意義為描述地球之科學(xué)。,地理學(xué)的定義,生物圈,巖石圈,水圈,大氣圈,狹義信息論將信息定義: 為人們獲得信息前后對(duì)事物認(rèn)識(shí)的差別。 廣義信息論將信息定義: 信息是指主體(人、生物和機(jī)器)與外部客體 (環(huán)境、其它人、生物和機(jī)器)之間相互聯(lián)系的一種形式。是主體和客體之間一切有用的消息和知識(shí)，是表征事物特征的一種普遍形式。 黃杏元地理信息系統(tǒng)2001信息定義： 信息是用文字、數(shù)字、符號(hào)、語(yǔ)言、圖像等介質(zhì)來(lái)表示事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)和知識(shí)，作為生產(chǎn)、建設(shè)、經(jīng)營(yíng)、管理、分析和決策的依據(jù)。它是客觀事物在人腦中的反映。,信息的定義,是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的能量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖形和圖象的總稱(chēng)。與空間地理分布有關(guān)的信息，具有空間定位和多維結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。,地理信息定義,空間分布性 屬于空間信息，其位置的識(shí)別是與數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的，這是地理信息區(qū)別于其它類(lèi)型信息的最顯著的標(biāo)志。 時(shí)序特征十分明顯 可以按照時(shí)間尺度將地理信息劃分為超短期的(如臺(tái)風(fēng)、地震)、短期的(如江河洪水、秋季低溫)、中期的(如土地利用、作物估產(chǎn))、長(zhǎng)期的(如城市化、水土流失)、超長(zhǎng)期的(如地殼變動(dòng)、氣候變化)等。這對(duì)地理事物的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，從而為科學(xué)決策提供依據(jù)很重要。 具有多維結(jié)構(gòu)的特征 即在二維空間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)題的第三維結(jié)構(gòu)，而各個(gè)專(zhuān)題型或?qū)嶓w型之間的聯(lián)系是通過(guò)屬性碼進(jìn)行的，這就為地理系統(tǒng)各圈層之間的綜合研究提供了可能。 具有豐富的信息 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中不僅包含豐富的地理信息，還包含與地理信息有關(guān)的其它信息，如人口分布、環(huán)境污染、區(qū)域經(jīng)濟(jì)情況、交通情況等等。紐約市曾經(jīng)對(duì)其數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有80%以上的信息為地理信息或與地理信息有關(guān)。,地理信息特點(diǎn),系統(tǒng)是為了達(dá)到某種目的相互聯(lián)系的部件的集合（教材） 系統(tǒng)是由相互聯(lián)系和相互制約的若干組成部分結(jié)合成的、具有特定功能的有機(jī)整體。（鄺孔武，信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)） 系統(tǒng)是自成體系的組織；相同或相類(lèi)的事物按一定的秩序和內(nèi)部聯(lián)系組合而成的整體，如組織系統(tǒng)，灌溉系統(tǒng)。（辭海） A group of related parts that work together as a whole for a particular purpose .,系統(tǒng)的定義,地理信息系統(tǒng)的定義,GIS（Geographical Information System）的定義包含兩個(gè)方面：,一方面，地理信息系統(tǒng)是一門(mén)科學(xué)，是描述、存儲(chǔ)、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門(mén)交叉學(xué)科； 另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)（Geospatial Database）為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。,用戶(hù)界面,系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理,產(chǎn)品生成 產(chǎn)品輸出,空間數(shù)據(jù)處理 空間數(shù)據(jù)分析,數(shù)據(jù)輸入 數(shù)據(jù)庫(kù)建立,物理外殼是計(jì)算機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng)； GIS的操作對(duì)象是空間數(shù)據(jù)； GIS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于它的混合型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和有效的數(shù)據(jù)集成、獨(dú)特的地理空間分析能力、快速的空間定位搜索和復(fù)雜的查詢(xún)功能、強(qiáng)大的圖形創(chuàng)造和可視化表達(dá)手段，以及地理過(guò)程的演化模擬和空間決策支持功能； GIS與地理學(xué)和測(cè)繪學(xué)有著密切的聯(lián)系。,GIS定義對(duì)GIS的理解,GIS的理解技術(shù)系統(tǒng),它又由若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成，如數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品輸出子系統(tǒng)等，這些子系統(tǒng)的優(yōu)劣、結(jié)構(gòu)直接影響著GIS的硬件平臺(tái)、功能、效率、數(shù)據(jù)處理的方式和產(chǎn)品輸出的類(lèi)型。,即點(diǎn)、線、面、體等地理實(shí)體?？臻g數(shù)據(jù)的最根本特點(diǎn)是每一個(gè)數(shù)據(jù)都按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)其定位、定性和定量的描述，這是GIS區(qū)別于其它類(lèi)型信息系統(tǒng)的根本標(biāo)志，也是其技術(shù)難點(diǎn)之所在。,GIS的理解操作對(duì)象是空間數(shù)據(jù),GIS學(xué)科樹(shù)：Christopher B.Jones在 “Geographical Information Systems and Computer Cartography” （Addison Wesley Longman Ltd.，1997）一書(shū)中，用一棵樹(shù)的形式更為詳細(xì)地給出了地理信息科學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系。,GIS的相關(guān)學(xué)科,如上圖所示，“樹(shù)根”表示GIS的技術(shù)基礎(chǔ)，如測(cè)量學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與數(shù)學(xué)等；“樹(shù)枝”表示GIS的應(yīng)用，應(yīng)用的結(jié)果與需求返回到“樹(shù)根”；“雨滴”是每個(gè)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)來(lái)源，如各種測(cè)量如地形測(cè)量、環(huán)境測(cè)量等，并為它的發(fā)展提供了有效的手段，而地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用主要是在環(huán)境科學(xué)、地理學(xué)和社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域。,GIS學(xué)科樹(shù)的理解,GIS有別于DBMS（數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)），GIS具有以某種選定的方式對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和判斷的能力，而不是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)管理，這種能力使用戶(hù)能得到關(guān)于數(shù)據(jù)的知識(shí)，因此，GIS是能對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的DBMS，GIS必須包含DBMS。 GIS有別于MIS（管理信息系統(tǒng)），GIS要對(duì)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)共同管理、分析和應(yīng)用，GIS的軟硬件設(shè)備要復(fù)雜、系統(tǒng)功能要強(qiáng)；MIS則只有屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，即使存貯了圖形，也是以文件形式管理，圖形要素不能分解、查詢(xún)、沒(méi)有拓?fù)潢P(guān)系。管理地圖和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。 GIS有別于地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，地圖數(shù)據(jù)庫(kù)僅僅是將數(shù)字地圖有組織地存放起來(lái)，不注重分析和查詢(xún)，不可能去綜合圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的空間分析，提供輔助決策的信息，它只是GIS的一個(gè)數(shù)據(jù)源。 GIS有別于CAD系統(tǒng)，二者雖然都有參考系統(tǒng)，都能描述圖形，但CAD系統(tǒng)只處理規(guī)則的幾何圖形，屬性庫(kù)功能弱，更缺乏分析和判斷能力。,GIS與其他系統(tǒng)的區(qū)別,GIS的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件,GIS的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件,GIS的操作對(duì)象為空間數(shù)據(jù) 具體描述數(shù)據(jù)空間、屬性、時(shí)間數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)組織：混合式、擴(kuò)展式、開(kāi)放式； 數(shù)據(jù)管理： 空間數(shù)據(jù)：存儲(chǔ)在線狀或面狀實(shí)體的弧段文件中 屬性數(shù)據(jù)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù),GIS的組成空間數(shù)據(jù),矢量圖,柵格圖,GIS的開(kāi)發(fā)是以人為本的系統(tǒng)工程。 業(yè)務(wù)素質(zhì)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)是GIS工程及應(yīng)用成功的關(guān)鍵。 不但對(duì)GIS的技術(shù)和功能有足夠的了解，而且要具備組織管理的能力。 技術(shù)培訓(xùn)、硬件維護(hù)與更新、系統(tǒng)升級(jí)、數(shù)據(jù)更新、文檔管理、數(shù)據(jù)共享建設(shè)等。,GIS的組成管理人員,地理學(xué)中的4W（What When Where Why),用GIS求解問(wèn)題的基本流程圖,規(guī)劃定義過(guò)程,應(yīng)用操作過(guò)程,GIS的組成系統(tǒng)應(yīng)用模型,位置（Locations） 條件（Conditions） 趨勢(shì)（Trends） 模式（Patterns） 模型（Models）,GIS的功能基本功能（核心問(wèn)題）,某個(gè)特定位置有什么？ 空間查屬性 例：國(guó)家屬性查詢(xún),GIS的功能基本功能位置,滿(mǎn)足給定條件的地理對(duì)象分布 屬性查位置 例：客戶(hù)分布,GIS的功能基本功能條件,地理對(duì)象隨時(shí)間的變化 例：人口變化趨勢(shì),GIS的功能基本功能趨勢(shì),空間對(duì)象的分布模式問(wèn)題 揭示空間對(duì)象的空間關(guān)系 例：商業(yè)服務(wù)競(jìng)爭(zhēng),GIS的功能基本功能模式,基于模型的解決問(wèn)題方案 例：公園選址,GIS的功能基本功能模型,GIS數(shù)據(jù)采集流程圖,GIS的功能功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)的集成過(guò)程 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)組織 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)、柵格/矢量結(jié)構(gòu)決定著 GIS的數(shù)據(jù)分析能力、效率和精度 數(shù)據(jù)管理： 層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型 混合管理模式,GIS的功能功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組織與管理,空間檢索 空間分析,GIS的功能功能實(shí)現(xiàn)檢索與分析,數(shù)據(jù)交換 統(tǒng)計(jì)表格 制圖：專(zhuān)題地圖、影象地圖、統(tǒng)計(jì)地圖、地形圖,GIS的功能功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出,GIS的空間分析技術(shù)與手段是有限的，而實(shí)際應(yīng)用模型是無(wú)可枚舉的，任何GIS都應(yīng)提供二次開(kāi)發(fā)工具。 定制菜單、程序與可視化界面等 GIS二次開(kāi)發(fā)環(huán)境： 專(zhuān)用工具：如Arc/Info的AML語(yǔ)言、MapInfo的 MapBasic語(yǔ)言；ArcView的Avenue語(yǔ)言 通用語(yǔ)言：如VC+、VB、Delphi等 組件開(kāi)發(fā)：如MapInfo的MapX；,GIS的功能功能實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā),發(fā)展概況 GIS發(fā)展趨勢(shì),GIS發(fā)展透視,國(guó)際發(fā)展?fàn)顩r,地理信息系統(tǒng)的開(kāi)拓期（60年代） 當(dāng)50年代末和60年代初，計(jì)算機(jī)獲得廣泛應(yīng)用以后，很快就被應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理，使計(jì)算機(jī)成為地圖信息存儲(chǔ)和計(jì)算處理的裝置，將很多地圖轉(zhuǎn)換為能被計(jì)算機(jī)利用的數(shù)字形式，出現(xiàn)了地理信息系統(tǒng)的早期雛形。 地理信息系統(tǒng)的鞏固發(fā)展期（70年代） 在70年代，計(jì)算機(jī)發(fā)展到第三代，數(shù)據(jù)處理速度加快，內(nèi)存容量增大，推出了大容量直接存取設(shè)備磁盤(pán)，為地理數(shù)據(jù)的錄入、存儲(chǔ)、檢索、輸出提供了強(qiáng)有力的手段，特別是人機(jī)對(duì)話和隨機(jī)操作的應(yīng)用，可以通過(guò)屏幕直接監(jiān)視數(shù)字化的操作，而且制圖分析的結(jié)果能很快看到，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的編輯，促使地理信息系統(tǒng)迅速發(fā)展。 地理信息系統(tǒng)技術(shù)大發(fā)展時(shí)期（80年代） 由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的問(wèn)世，推出了第四代計(jì)算機(jī)，特別是微型計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程通訊傳輸設(shè)備的出現(xiàn)為計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用創(chuàng)造了條件，加上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，使地理信息的傳輸時(shí)效得到極大的提高。 地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用普及時(shí)代（90年代至今） 由于計(jì)算機(jī)的軟硬件均得到飛速的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，地理信息系統(tǒng)已成為許多機(jī)構(gòu)必備的工作系統(tǒng)。另外，社會(huì)對(duì)地理信息系統(tǒng)認(rèn)識(shí)普遍提高，需求大幅度增加，從而導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的擴(kuò)大與深化。,準(zhǔn)備階段：1978年到1980年，正式提出倡議，開(kāi)始組建隊(duì)伍、組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究。 起步階段：1981年到 1985年，理論探索和區(qū)域性實(shí)驗(yàn)研究。并在此基礎(chǔ)上制定國(guó)家地理信息系統(tǒng)規(guī)范。 初步發(fā)展階段：1986年到90年代。地理信息系統(tǒng)的研究被列入我國(guó)“七 五”攻關(guān)課題，并且作為一個(gè)全國(guó)性的研究領(lǐng)域，已逐步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)相結(jié)合，并取得了重要進(jìn) 展和實(shí)際應(yīng)用效益。 快速發(fā)展階段： 90年代末到現(xiàn)在。理論日趨成熟，應(yīng)用日益廣泛，三維GIS、WEBGIS走向應(yīng)用，GIS市場(chǎng)開(kāi)始形成。 標(biāo)志性階段：超圖公司2010年創(chuàng)業(yè)板上市。,GIS在我國(guó)的發(fā)展,GIS已成為一門(mén)綜合性技術(shù) GIS產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁 產(chǎn)業(yè)對(duì)象包括硬件、軟件、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換、電子數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)獲取與處理、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與集成、咨詢(xún)與技術(shù)服務(wù)七個(gè)方面。 GIS網(wǎng)絡(luò)化已構(gòu)成當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn) 專(zhuān)業(yè)WebGIS軟件。,GIS發(fā)展趨勢(shì),GIS成為IT技術(shù)的重要組成部分； GIS的發(fā)展需要其它信息技術(shù)，其它信息技術(shù)的發(fā)展也需要GIS，它與GPS、RS成為3S，而且與CAD、通信、辦公自動(dòng)化、虛擬現(xiàn)實(shí)等結(jié)合，構(gòu)成了綜合的信息技術(shù)。 自身系統(tǒng)功能和支持功能的不斷完善； GIS信息規(guī)范共享措施的建立；多源空間數(shù)據(jù)無(wú)縫集成和融合技術(shù)的實(shí)施；GIS圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫結(jié)合與管理；大型GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)的無(wú)縫組織等等。 數(shù)字地球（Digital Earth)與GIS 數(shù)字地球需要的新理論和技術(shù)： 數(shù)據(jù)獲取與更新（數(shù)據(jù)源、空間數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)庫(kù)） 網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)硬件、數(shù)據(jù)與信息傳播 數(shù)據(jù)處理、儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)庫(kù)、信息提取與分析 GIS互操作技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、WEB GIS技術(shù)等,GIS發(fā)展趨勢(shì),專(zhuān)業(yè)GIS（Professional GIS） 桌面GIS（Desktop GIS） 手持GIS（Hand-Held GIS） 組件GIS（Component GIS） GIS Viewer 網(wǎng)絡(luò)GIS（Internet GIS） 其它（基于CAD的GIS）,GIS軟件類(lèi)型,主要的GIS產(chǎn)品供應(yīng)商,INTERGRAPH ESRI AutoDesk MapInfo MapGIS GeoStar SuperMap,GIS主要網(wǎng)站,/ / / / / / /,參考文獻(xiàn)：,GIS主要參考書(shū)目,鄔倫等，地理信息系統(tǒng)-原理、方法與應(yīng)用，2001，北京大學(xué)出版社 陳述彭，地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論 ，2006，科學(xué)出版社 龔健雅 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共享-即不同的工作組共享一個(gè)通用的數(shù)據(jù)庫(kù)一起工作 工作流程-從測(cè)量入手，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、可視化以及決策支持。,GIS技術(shù)的四個(gè)核心概念,GIS整合的6種地理知識(shí),地理圖層 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)處理模型 制圖 工作流程 元數(shù)據(jù),GIS的4種架構(gòu),桌面形式 中央服務(wù)模式 分布式協(xié)同形式 WebGIS（網(wǎng)絡(luò)GIS）,GIS的5個(gè)主流發(fā)展趨勢(shì),GIS的時(shí)效性-將時(shí)間要素納入GIS體系，實(shí)時(shí)測(cè)量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新、實(shí)時(shí)分析（交通GIS） 面向?qū)ο蟮腉IS-所有地物以對(duì)象形式封裝 GIS的可視化-三維GIS(數(shù)字城市，數(shù)字地球) GIS的嵌入式應(yīng)用-CES(消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品) GIS網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)分析（不僅物理網(wǎng)絡(luò)，包括社會(huì)網(wǎng)絡(luò)）,空間智能-地理信息科學(xué)的新進(jìn)展,空間智能知識(shí)框架圖,空間智能強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用