測繪學概論第七講地理信息系統(tǒng)

1、Geographic Information Systemu什么是什么是GISuGIS的構(gòu)成的構(gòu)成uGIS能干什么能干什么uGIS的發(fā)展的發(fā)展 什么是GIS一、數(shù)據(jù)與信息 1.信息 2.數(shù)據(jù) 3.信息與數(shù)據(jù)的關(guān)系定義：信息是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映。它以文字、數(shù)據(jù)、符號、聲音、圖像等形式記錄 下來，進行傳遞和處理,為人們的生產(chǎn)，建設(shè)，管理等提供依據(jù)。特性： 1）客觀性：任何信息都是與客觀事實相聯(lián)系的，這是信息的正確性和精確度的保證； 2）適用性：問題不同，影響因素不同，需要的信息種類是不同的。所建立的信息系統(tǒng)的 明確目的性所決定了信息的適用性； 3）傳輸性：信息可在信息發(fā)送者和接受者之間進行

2、傳輸信息的傳輸網(wǎng)絡(luò)，被形象地稱為 “信息高速公路”。 4）共享性：信息與實物不同，信息可傳輸給多個用戶，為用戶共享，而其本身并無損 失，這為信息的并發(fā)應(yīng)用提供可能性。 定義：指某一目標定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、文字、符號、聲音、圖像等符號。特性：數(shù)據(jù)是對客觀現(xiàn)象的表示，是用以載荷信息的物理符號，數(shù)據(jù)本身并沒有意義。 數(shù)據(jù)的格式往往和具體的計算機系統(tǒng)有關(guān)，隨載荷它的物理設(shè)備的形式而改變。 數(shù)據(jù)是信息的表達、載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是形與質(zhì)的關(guān)系。只有數(shù)據(jù)對實體行為產(chǎn)生影響才成為信息，數(shù)據(jù)只有經(jīng)過解釋才有意義，成為信息。信息可以離開信息系統(tǒng)而獨立存在，也可以離開信息系統(tǒng)的各個組成和階段而

3、獨立存在；而數(shù)據(jù)的格式往往與計算機系統(tǒng)有關(guān)，并隨載荷它的物理設(shè)備的形式而改變。 二、地理信息與地學信息 1.地理信息 2.地學信息 3.地理信息與地學信息的區(qū)別定義：是指與研究對象的空間地理分布有關(guān)的信息,它表示地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分 布特征，相互聯(lián)系和變化規(guī)律的圖、文、聲、像等的總稱。特性： 1）地域性：地理信息屬于空間信息，位置的識別與數(shù)據(jù)相聯(lián)系，它的這種定位特征是通過 公共的地理基礎(chǔ)來體現(xiàn)的。這是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著標志； 2）多維結(jié)構(gòu)：在二維空間編碼基礎(chǔ)上，實現(xiàn)多專題的第三維信息結(jié)構(gòu)的組合，為地理系統(tǒng) 多層次的分析和信息的傳輸與篩選提供方便。 3）時序特征：時空的

4、動態(tài)變化引起地理信息的屬性數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)的變化。 可以按時間尺度將地理信息劃分為超短期的（如臺風、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)） 長期的（如城市化、水土流失） 超長期的（如地殼變動、氣候變化） 實時的GIS系統(tǒng)要求能及時采集和更新地理信息，使得地理信息具有現(xiàn)勢性。定義：指與人類居住的地球有關(guān)的信息都是地學信息特性：具有無限性、多樣性、靈活性等特點 地學信息是人們深入認識地球系統(tǒng)、合理開發(fā)資源、凈化能源、保護環(huán)境的前提和保證。 地理信息與地學信息的區(qū)別主要在于信息源的范圍不同 地理信息的信息源是地球表面的巖石圈、水圈、大氣圈和人類活動等； 地學信息所表示

5、的信息范圍更廣泛，不僅來自地表，還包括地下、大氣層甚至宇宙空間。 什么是GIS三、信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng) 1.信息系統(tǒng)（Information System, IS） 2.地理信息系統(tǒng) 3.地理信息與其他系統(tǒng)之間的區(qū)別與聯(lián)系系統(tǒng)： 由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成，能完成特定功能的有機整體。 信息系統(tǒng)： 能對數(shù)據(jù)和信息進行采集、存儲、加工和再現(xiàn)，并能回答用戶一系列問題的系 統(tǒng)。具有采集、管理、分析和表達數(shù)據(jù)的能力。 類型： a. 事務(wù)處理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng) b. 決策支持系統(tǒng) c. 人工智能、專家系統(tǒng) 定義： 1）美國學者Parker認為“GIS是一種存貯、分析和顯示空間與非空間數(shù)據(jù)

6、的信息技術(shù)”。 2）加拿大的Roger Tomlinson認為“GIS是全方位分析和操作地理數(shù)據(jù)的數(shù)字系統(tǒng)”。 3）Goodchild把GIS定義為“采集、存貯、管理、分析和顯示有關(guān)地理現(xiàn)象信息的綜合系統(tǒng)”。 4）Burrough認為“GIS是屬于從現(xiàn)實世界中采集、存儲、提取、轉(zhuǎn)換和顯示空間數(shù)據(jù)的一組有 力的工具”。 5）俄羅斯學者定義為“一種解決各種復雜的地理相關(guān)問題，以及具有內(nèi)部聯(lián)系的工具集合”。 6）美國國家地理信息與分析中心給出的定義：“GIS為了獲取、存儲、檢索、分析和顯示空 間定位數(shù)據(jù)而建立的計算機化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”。 7）英國教育部認為：“GIS是一種獲取、存儲、檢索、操作、分

7、析和顯示地球空間數(shù)據(jù)的計 算機系統(tǒng)”。8）FICCDC認為 “GIS是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計用來支持 空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規(guī)劃和管理問題” 理解：地理信息系統(tǒng)的定義是由兩個部分組成的。 一方面，地理信息系統(tǒng)是一門學科，是描述、處理、存儲、分析和輸出空間信息的理論 和方法的一門新興的交叉學科； 另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個技術(shù)系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型 分析方法，適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服 務(wù)的計算機技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)具有以下三個方面的特征： 第一，具有采集、管理、分析和輸

8、出多種地理信息的能力，具有空間性和動態(tài)性； 第二，由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計算機程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的 地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務(wù)； 第三，計算機系統(tǒng)的支持是地理信息系統(tǒng)的重要特征，因而使得地理信息系統(tǒng)能以快 速、精確、綜合地對復雜的地理系統(tǒng)進行空間定位和過程動態(tài)分析。 什么是GIS地理信息系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的區(qū)別 1）.GIS與IS之間的關(guān)系 從操作、管理的信息種類的不同，信息系統(tǒng)分為一般管理信息系統(tǒng)(MIS)和空間信息系統(tǒng)( SIS) 信息系統(tǒng)（IS)非空間信息系統(tǒng)空間信息系統(tǒng)（SIS）如廠礦企業(yè)管理、財務(wù)等MIS非地理信息系統(tǒng)地理

9、信息系統(tǒng)（GIS）CAD/CAM專題GIS綜合信息系統(tǒng)地籍信息系統(tǒng)城市規(guī)劃與管理IS區(qū)域資源與環(huán)境IS 城市管線信息系統(tǒng)什么是GIS地理信息系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的區(qū)別 1）.GIS與IS之間的關(guān)系 從操作、管理的信息種類的不同，信息系統(tǒng)分為一般管理信息系統(tǒng)(MIS)和空間信息系統(tǒng)( SIS) 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合體什么是GIS地理信息系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的區(qū)別 2）.GIS與一般MIS的區(qū)別 GIS對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)共同管理、分析和應(yīng)用； GIS的處理對象是有關(guān)的地理分布數(shù)據(jù)，也就是空間數(shù)據(jù) 一般MIS（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）側(cè)重于非圖形數(shù)據(jù)（屬性數(shù)據(jù)）的優(yōu)化存儲與查詢。 什么是GIS地理信息系統(tǒng)與其

10、他系統(tǒng)之間的區(qū)別 3）.GIS與CAD/CAM的區(qū)別 管理了圖形數(shù)據(jù)和非空間屬性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)不一定是GIS，如CAD、CAM GIS與CAD共同點 GIS與CAD 不同點 都有空間坐標系統(tǒng)； 都能將目標和參考系聯(lián)系起來； 都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系； 都能處理屬性和空間數(shù)據(jù)CAD研究對象為人造對象規(guī)則幾何圖形及組合； 圖形功能功能較強，屬性庫功能較弱； CAD中的拓撲關(guān)系較為簡單； 一般采用幾何坐標系 。GIS處理的數(shù)據(jù)很復雜，數(shù)據(jù)量更大；數(shù)據(jù)采集的方式多樣化； GIS的屬性庫結(jié)構(gòu)復雜，功能強大； 強調(diào)對空間數(shù)據(jù)的分析，圖形屬性交互使用頻繁； GIS采用地理坐標系 。GIS與CAM共同點GIS與

11、CAM 不同點都有地圖輸出、空間查詢、分析和檢索功能 CAM側(cè)重于數(shù)據(jù)查詢、分類及自動符號化； 它強調(diào)數(shù)據(jù)顯示而不是數(shù)據(jù)分析，地理數(shù)據(jù)往往缺乏拓撲關(guān)系； 它與數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系通常是一些簡單的查詢。 CAM是GIS的重要組成部分； 綜合圖形和屬性數(shù)據(jù)進行深層次的空間分析，提供輔助決策信息。 什么是GISu什么是什么是GISuGIS的構(gòu)成的構(gòu)成uGIS能干什么能干什么uGIS的發(fā)展的發(fā)展 一、GIS的構(gòu)成 一個實用的GIS系統(tǒng)，要支持對空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示等功能，其基本組成一般包括以下五個主要部分：系統(tǒng)軟件系統(tǒng)硬件空間數(shù)據(jù)應(yīng)用人員應(yīng)用模型應(yīng)用人員，GIS服務(wù)的對象，分為一般用戶

12、和從事建 立、維護、管理和更新的高級用戶軟系統(tǒng)件，支持數(shù)據(jù)采集、存儲、加工、回答用戶問 題的計算機程序系統(tǒng)硬件系統(tǒng)，各種設(shè)備-物質(zhì)基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)，系統(tǒng)分析與處理的對象、構(gòu)成系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)應(yīng)用模型，解決某一專門應(yīng)用的應(yīng)用模型，是GIS技術(shù) 產(chǎn)生社會經(jīng)濟效益的關(guān)鍵所在 GIS的構(gòu)成二、系統(tǒng)硬件基本配置 輸入設(shè)備輸入設(shè)備專用設(shè)備常規(guī)設(shè)備GPS全數(shù)字攝影測量工作站解析和數(shù)字攝影測量儀器遙感與遙感圖象處理系統(tǒng)全站儀掃描儀數(shù)字化儀鍵盤、鼠標處理設(shè)備處理設(shè)備工作站服務(wù)器硬盤陣列存儲設(shè)備存儲設(shè)備活動硬盤光盤機磁帶機輸出設(shè)備輸出設(shè)備繪圖儀終端打印機GIS的構(gòu)成二、系統(tǒng)硬件應(yīng)用模式 單機模式： 由基本外設(shè)、處理設(shè)備和

13、輸出設(shè)備構(gòu)成 適用于小型GIS建設(shè) 數(shù)據(jù)傳輸與資源共享不方便GIS的構(gòu)成二、系統(tǒng)硬件應(yīng)用模式 輸 出用戶組1輸 入GIS中央數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)管Intranet用戶組n局域網(wǎng)模式 部門或單位內(nèi)部GIS建設(shè) 專線連接 資源共享較方便GIS的構(gòu)成二、系統(tǒng)硬件應(yīng)用模式 廣域網(wǎng)模式 用戶分布地域廣泛，不適合專線連接 公共通訊連接 資源共享方便 局部范圍為局域網(wǎng)，通過若干通道與廣域網(wǎng)連接輸入GIS中央數(shù)據(jù)庫（服務(wù)器）圖象處理系統(tǒng)局域網(wǎng)用戶組輸出多媒體系統(tǒng)用戶用戶主主 干干 網(wǎng)網(wǎng)InternetGIS的構(gòu)成二、系統(tǒng)軟件軟件結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng)（系統(tǒng)調(diào)用、設(shè)備運行、網(wǎng)絡(luò)等）系統(tǒng)庫（編程語言、數(shù)學庫等）標準軟件（圖形、數(shù)據(jù)

14、庫等）GIS基本功能軟件GIS應(yīng)用軟件用戶界面GIS軟件基礎(chǔ)軟件操作系統(tǒng)GISGIS的構(gòu)成二、系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)主要是計算機的操作系統(tǒng)以及各種標準外設(shè)的驅(qū)動軟件， 目前流行的有DOS、Windows98/NT/2000/XP、UNIX等。 操作系統(tǒng)關(guān)系到GIS軟件和開發(fā)語言使用的有效性， 是GIS軟硬件環(huán)境的重要組成部分。GIS的構(gòu)成二、系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)軟件 數(shù)據(jù)庫軟件，用來管理空間數(shù)據(jù)(包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)) 流行數(shù)據(jù)庫軟件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。 目前GIS軟件中采用商用數(shù)據(jù)庫管理屬性數(shù)據(jù)，一個有發(fā)展前景的模

15、型是面向?qū)ο?數(shù)據(jù)模型，可實現(xiàn)圖形和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合管理。 Oracle、Informix、Ingress等關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理軟件都相繼增加了空間數(shù)據(jù)類型。 ESRI公司的SDE(Spatial Database Engine)是基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)管理平臺。圖形平臺，某些GIS軟件中圖形處理平臺如AutoDesk公司開發(fā)的基于AutoCAD的AutoMap GIS軟件、 Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS軟件 GIS的構(gòu)成二、系統(tǒng)軟件GIS軟件 空間數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖形與屬性數(shù)據(jù)編輯制圖與輸出空間查詢與分析GISGIS的構(gòu)成二、系統(tǒng)軟件GIS

16、軟件類型 0 專業(yè)GIS（Professional GIS）0 桌面GIS（Desktop GIS）0 手持GIS（Hand-Held GIS）0 組件GIS（Component GIS）0 GIS Viewer0 網(wǎng)絡(luò)GIS（Internet GIS）0 其它（基于CAD的GIS）GIS的構(gòu)成三、空間數(shù)據(jù) 柵格結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)是指描述地球表層一定范圍內(nèi)的地理 事物及其關(guān)系的數(shù)據(jù),又稱地理數(shù)據(jù)。 是GIS的操作對象，是地理信息的載體， 是系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ) 空間數(shù)據(jù)特征：幾何、屬性、時間數(shù)據(jù)； 空間數(shù)據(jù)組織：矢量結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)； 空間數(shù)據(jù)管理： 幾何數(shù)據(jù)文件 屬性數(shù)據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫 GIS的構(gòu)成四

17、、應(yīng)用人員 GIS的開發(fā)是以人為本的系統(tǒng)工程 業(yè)務(wù)素質(zhì)與專業(yè)知識是GIS工程及應(yīng)用成功的關(guān)鍵不但對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、硬件維護與更新、系統(tǒng)升級、數(shù)據(jù)更新、文檔管理、數(shù)據(jù)共享建設(shè)等。咨詢信息管理數(shù)據(jù)整理GIS的構(gòu)成四、應(yīng)用人員 缺少決策者的支持缺少專業(yè)知識缺乏遠見缺少用戶介入缺少長期規(guī)劃缺少系統(tǒng)分析失敗的GIS個人沖突個人沖突沒有協(xié)作精神沒有協(xié)作精神錯誤的選擇錯誤的選擇錯誤的使用錯誤的使用沒有進行咨詢沒有進行咨詢沒有培訓沒有培訓沒有手冊沒有手冊沒有用戶的參與沒有用戶的參與沒有總體目標沒有總體目標沒有任務(wù)目標沒有任務(wù)目標沒有應(yīng)用目標沒有應(yīng)用目標沒有軟件

18、版本升級沒有軟件版本升級沒有數(shù)據(jù)的更新沒有數(shù)據(jù)的更新沒有模型的改進沒有模型的改進沒有使用系統(tǒng)方法沒有使用系統(tǒng)方法沒有反復試驗修改沒有反復試驗修改GIS的構(gòu)成五、應(yīng)用模型 應(yīng)用模型是 客觀世界中相應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)由觀念 世界到信息世界的映射，反映了人類對 客觀世界利用改造的能動作用 并且是GIS技術(shù)產(chǎn)生社會經(jīng)濟效益的 關(guān)鍵所在，也是GIS生命力的重要 保證，因此在GIS技術(shù)中占有十分 重要的地位 需要解決的問題多源數(shù)據(jù)收集規(guī)劃定義過程應(yīng)用操作過程問題的定義分解/聯(lián)合問題的實質(zhì)證據(jù)/數(shù)據(jù)/假設(shè)問題的概念概念/要素/方法解決問題的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源/數(shù)據(jù)集 問題答案 驗證/解釋/表達問題求解統(tǒng)計計算/模型分析/空間

19、分析問題數(shù)據(jù)子集提取/綜合數(shù)據(jù)庫建立數(shù)據(jù)輸入/格式化GIS的構(gòu)成u什么是什么是GISuGIS的構(gòu)成的構(gòu)成uGIS能干什么能干什么uGIS的發(fā)展的發(fā)展 一、GIS功能概述 GIS的核心問題可歸納為五個方面內(nèi)容：位置、條件、變化趨勢、模式和模型 1）位置（Locations） 即在某個特定的位置有什么。 首先，必須定義某個物體或地區(qū)信息的具體位置，常用的定義方法有： 通過各種交互手段確定位置，或者直接輸入一個坐標； 其次，指定了目標或區(qū)域的位置后，可以獲得預(yù)期的結(jié)果以及其所有或部分特 性，例如當前地塊所有者、地址、土地利用情況、估價等。2）條件（Conditions）即什么地方有滿足某些條件的東西

20、。 首先，可以用下列方式指定一組條件，如： 從預(yù)定義的可選項中進行選??； 填寫邏輯表達式； 在終端上交互地填寫表格。 其次，指定條件后，可以獲得滿足指定條件的所有對象的列表，如： 在屏幕上以高亮度顯示滿足指定條件的所有特征。3）變化趨勢（Trends）綜合現(xiàn)有數(shù)據(jù)，以識別已經(jīng)發(fā)生或正在發(fā)生變化的地理現(xiàn)象 首先，確定趨勢，當然趨勢的確定并不能保證每次都正確，一旦掌握了一個特 定的數(shù)據(jù)集，要確定趨勢可能要依賴假設(shè)條件、個人推測、觀測現(xiàn)象或 證據(jù)報道等 其次，針對該趨勢，可通過對數(shù)據(jù)的分析，對該趨勢加以確認或否定。地理信 息系統(tǒng)可使用戶快速獲得定量數(shù)據(jù)以及說明該趨勢的附圖等。4）模式（Pattern

21、s）分析與已經(jīng)發(fā)生或正在發(fā)生事件有關(guān)的因素。 首先，確定模式，模式的確定通常需要長期的觀察、熟悉現(xiàn)有數(shù)據(jù)、了解數(shù)據(jù) 間的潛在關(guān)系。 其次，模式確定后，可獲得一份報告，說明該事件發(fā)生在何時何地、顯示事件 發(fā)生的系列圖件。5）模型（Models）該類問題的解決需要建立新的數(shù)據(jù)關(guān)系以產(chǎn)生解決方案。 首先，建立模型，如選擇標準、檢驗方法等。 其次，建立了一個或多個模型后，能產(chǎn)生滿足特定的所有特征的列表，并著重 顯示被選擇特征的地圖，且提供一個有關(guān)所選擇的特征詳細描述的報表GIS能干什么一、GIS功能概述 GIS能作什么？緩沖區(qū)分析 疊加分析 空間查詢 網(wǎng)絡(luò)分析 地形分析 。數(shù)據(jù)采集與輸入 數(shù)據(jù)編輯與更

22、新數(shù)據(jù)存儲與管理空間查 詢與分析數(shù)據(jù)顯示與輸出 GIS能干什么二、基本功能實現(xiàn) 文件圖表數(shù)據(jù)獲取 原始數(shù)據(jù)存儲檢索空間查詢空間分析數(shù)據(jù)編輯投影變換數(shù)據(jù)輸出 制圖、表格 交互展示 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)庫GIS能干什么二、基本功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取 現(xiàn)實世界文字報告、遙感圖象等數(shù)字化儀掃描儀解析測圖儀鍵盤 等編輯、接邊、分層、圖形與屬性連接、加注記等空間數(shù)據(jù)庫GIS能干什么二、基本功能實現(xiàn)編輯、變換與處理 數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)入庫目的：保證數(shù)據(jù)入庫時在內(nèi)容上的完整性，邏輯上的一致性。方法：數(shù)據(jù)編輯與處理、錯誤修正： 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化：矢量、柵個格轉(zhuǎn)化，不同數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化； 數(shù)據(jù)比例轉(zhuǎn)化：平移、旋轉(zhuǎn)、比例、糾正 投影變換

23、：投影方式 數(shù)據(jù)概化：平滑、特征集結(jié) 數(shù)據(jù)重構(gòu)：幾何形態(tài)變換（拼接、截取、壓縮、結(jié)構(gòu)） 地理編碼：拓撲結(jié)構(gòu)GIS能干什么二、基本功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)組織與管理 數(shù)據(jù)的集成過程： 幾何數(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能干什么二、基本功能實現(xiàn)空間查詢空間數(shù)據(jù)庫哈爾濱在哪里？空間查詢屬性查詢78路公交經(jīng)過哪些站？GIS能干什么二、基本功能實現(xiàn)疊加分析空間數(shù)據(jù)庫 為某工廠選址，首先找出地價1萬元m; 且地形起伏較小的區(qū)域?地價1萬元m坡度小于3度的地形信息空間檢索滿足兩條件

24、的區(qū)域+ +GIS能干什么二、基本功能實現(xiàn)緩沖區(qū)分析空間數(shù)據(jù)庫道路的噪音影響范圍?街道中心線空間檢索城市環(huán)境評價GIS能干什么二、基本功能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析空間數(shù)據(jù)庫哪條路最近,如何乘車?道路信息空間檢索GIS能干什么二、基本功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出 數(shù)據(jù)交換 統(tǒng)計表格 制 圖：專題地圖、影象地圖、統(tǒng)計地圖、地形圖GIS DataGIS能干什么二、基本功能實現(xiàn)用戶界面 GIS能干什么二、基本功能實現(xiàn)二次開發(fā)GIS的空間分析技術(shù)與手段是有限的，而實際應(yīng)用模型是無可枚舉的，任何GIS都應(yīng)提供二次開發(fā)工具。定制菜單、程序與可視化界面等GIS二次開發(fā)環(huán)境： 專用工具：如Arc/Info的AML語言； 通用語言：如V

25、C+、VB、Delphi等 組件開發(fā)：如ArcView 的MapObject，ArcGIS的ArcObject，MapInfoMapX；GIS能干什么三、應(yīng)用領(lǐng)域GIS 主要應(yīng)用領(lǐng)域 資源管理 區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃 災(zāi)害監(jiān)測 環(huán)境評估 作戰(zhàn)指揮 交通運輸 宏觀決策 商業(yè)金融、通訊郵電、日常生活等各領(lǐng)域GIS能干什么三、應(yīng)用領(lǐng)域資源管理 資源清查是GIS的最基本的職能 包括: 1）土地資源的清查、管理； 2）森林資源的清查、管理； 3）礦產(chǎn)資源的清查、管理； 4）土地利用規(guī)劃； 5）野生動物的保護 GIS能干什么三、應(yīng)用領(lǐng)域區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃GIS在區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用包在區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用包括：括

26、： 1）城鎮(zhèn)總體規(guī)劃；）城鎮(zhèn)總體規(guī)劃； 2）公共設(shè)施配置；）公共設(shè)施配置； 3）道路交通規(guī)劃；）道路交通規(guī)劃； 4）城市環(huán)境動態(tài)監(jiān)測；）城市環(huán)境動態(tài)監(jiān)測； 5）城市環(huán)境選質(zhì)量評價；）城市環(huán)境選質(zhì)量評價； 6）城市建設(shè)用地適宜性評價；）城市建設(shè)用地適宜性評價； GIS能干什么三、應(yīng)用領(lǐng)域災(zāi)害監(jiān)測GIS方法和多時相的遙感數(shù)據(jù)，用于: 森林火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報; 洪水災(zāi)情監(jiān)測和淹沒損失估算; 確定泄洪區(qū)內(nèi)人員撤退、財產(chǎn)轉(zhuǎn)移和救災(zāi)物資供應(yīng)的最佳路線; 為救災(zāi)搶險和防洪決策提供及時準確的信息。GIS能干什么三、應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)境評估 GIS能干什么三、應(yīng)用領(lǐng)域作戰(zhàn)指揮 GIS能干什么三、應(yīng)用領(lǐng)域交通運輸 GIS能干

27、什么三、應(yīng)用領(lǐng)域宏觀決策 GIS利用地理數(shù)據(jù)庫，通過一系列決策模型的構(gòu)建和比較分析，可為國家宏觀決策提供依據(jù)。GIS能干什么u什么是什么是GISuGIS的構(gòu)成的構(gòu)成uGIS能干什么能干什么uGIS的發(fā)展的發(fā)展 GIS的發(fā)展一、國際GIS的發(fā)展狀況 60年代，探索時期：人們關(guān)注什么是GIS，GIS能干什么。 70年代，發(fā)展時期：研究的重點是空間數(shù)據(jù)處理的算法，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù) 庫管理。 80年代，實破階段：把GIS與RS結(jié)合來解決全球性問題。 90年代，全面應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)化階段：對GIS進一步研究，研究的內(nèi)容集中 在：空間信 息分析的新模式和新方 法，空間關(guān)系和 數(shù)據(jù)模型，人工智能引入等。 40年代和

28、50年代計算機科學、地圖學和航空攝影測量技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生利用計算機匯總各種數(shù)據(jù)，借助計算機處理和分析這些數(shù)據(jù)，最后通過計算機輸出一系列結(jié)果，作為輔助決策的有用信息，產(chǎn)生了最早地理信息系統(tǒng)的基本框架。50年代末60年代初，計算機獲得廣泛應(yīng)用以后，很快就被應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)的存儲與管理。計算機分析地圖內(nèi)容并提供信息，是從自然資源的管理和土地規(guī)劃任務(wù)開始的，在這個基礎(chǔ)上誕生了世界上第一個地理信息系統(tǒng)加拿大地理信息系(CGIS，諾基爾湯姆林遜，1963)。受計算機發(fā)展水平的限制，當時的地理信息系統(tǒng)的特征是存儲能力小，磁帶存取速度慢。機助制圖能力較強，地學分析功能較簡單，實現(xiàn)了手扶跟蹤數(shù)字化方法，可以完成地

29、圖數(shù)據(jù)的拓撲編輯，分幅數(shù)據(jù)的自動拼接，開創(chuàng)了格網(wǎng)單元的操作方法，發(fā)展了許多基于格網(wǎng)的系統(tǒng)。所有這些處理空間數(shù)據(jù)的主要技術(shù)，奠定了地理信息系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)。另外，紛紛成立的許多有關(guān)GIS的組織和機構(gòu)對傳播和發(fā)展地理信息系統(tǒng)也起了重要的指導作用。 在這期間，計算機發(fā)展到第三代，內(nèi)存容量大增，運算速度加快，大容量直接存取設(shè)備磁盤的使用，為地理數(shù)據(jù)的錄入、儲存、檢索、輸出提供了強有力的手段。用戶屏幕和圖形、圖像卡的發(fā)展增強了人機對話和高質(zhì)量圖形顯示功能，促使GIS朝著實用化方向發(fā)展。從1970年至1976年，美國地質(zhì)調(diào)查所就建成了50多個信息系統(tǒng)，分別作為處理地理、地質(zhì)和水資源等領(lǐng)域空間信息的工具。加拿

30、大、聯(lián)邦德國、瑞典等國，也先后發(fā)展了自己的地理信息系統(tǒng)。一些商業(yè)公司開始活躍，GIS軟件在市場上受到歡迎，據(jù)IGU統(tǒng)計，在70年代約有300多個系統(tǒng)投入使用，其中較完整的系統(tǒng)軟件就有80個之多。D.F.Marble等擬訂了處理空間數(shù)據(jù)的計算機軟件登錄的標準格式，提出GIS發(fā)展研究的重點是空間數(shù)據(jù)處理的算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫管理這三方面。許多大學(如美國紐約州立大學等)開始注意培養(yǎng)GIS方面的人才，創(chuàng)建了GIS實驗室。因此，地理信息系統(tǒng)這一技術(shù)受到了政府部門、商業(yè)公司和大學的普遍重視，成為引人注目的領(lǐng)域。 由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的問世，推出了第四代計算機，特別是微型計算機和遠程通訊傳輸設(shè)備

31、的出現(xiàn)，為計算機的普及應(yīng)用創(chuàng)造了條件，加上計算機網(wǎng)絡(luò)的建立，使地理信息的傳輸效率得到極大的提高。軟件開發(fā)工具的廣泛應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的推廣，推動了GIS的數(shù)據(jù)處理能力，空間分析功能，人機交互對話，地圖的輸入、編輯和輸出技術(shù)的進一步發(fā)展，并逐漸走向成熟。地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用從解決基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃(如道路、輸電線等)轉(zhuǎn)向更加復雜的區(qū)域開發(fā)問題。 90年代以來，隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的建立和地球數(shù)字化產(chǎn)品的普及應(yīng)用，GIS的發(fā)展進入用戶時代。社會對GIS的認識普遍提高，需求大幅度增加，GIS已成為許多機構(gòu)(特別是政府決策部門)必備的工作系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)已被列入“信息高速公路”計劃，也是美國前副總統(tǒng)戈爾提出的“

32、數(shù)字地球”戰(zhàn)略的重要組成部分。90年代，GIS開發(fā)和研究主要集中在下列一些方向： 空間信息分析的新模式和新方法； 空間信息應(yīng)用模型；GIS的效益評價； 三維、四維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型； 人工智能和專家系統(tǒng)的引入； 網(wǎng)絡(luò)GIS； 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與GIS的結(jié)合等。 二、國內(nèi)GIS的發(fā)展狀況 起步較晚，但發(fā)展較快，分為以下幾個階段： 70年代，準備階段 80年代，試驗起步階段 90年代，發(fā)展階段 96年以來，產(chǎn)業(yè)化階段70年代初，我國開始探討計算機在測量、地圖制圖和遙感領(lǐng)域的應(yīng)用。1972年開始研制制圖自動化系統(tǒng)1974年引進美國地球資源衛(wèi)星圖像，開展了衛(wèi)星圖像的處理和信息解譯工作，還開展了全國 范

33、圍的航空攝影測量與地形制圖，為我國地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立打下了堅實的物質(zhì) 基礎(chǔ)，并于1977年誕生我國第一張全要素數(shù)字地圖。這些都為我國地理信息系統(tǒng)的研制和開發(fā)做了物質(zhì)和技術(shù)準備，為GIS的發(fā)展開辟了道路。80年代，計算機技術(shù)的發(fā)展和對“信息革命”的熱烈響應(yīng)，GIS技術(shù)在我國正式進入全面試驗階段我國在GIS理論探索、規(guī)范探討、實驗技術(shù)、軟件開發(fā)、系統(tǒng)建立、人才培養(yǎng)、典型試驗和專題試驗等方面都取得了實質(zhì)性的進展。 在典型試驗中主要研究建立數(shù)據(jù)規(guī)范和標準、空間數(shù)據(jù)庫建立、數(shù)據(jù)處理和分析算法以及系 統(tǒng)分析軟件和應(yīng)用軟件的開發(fā)等。 在專題試驗和應(yīng)用方面，探索地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，建成的區(qū)域性系統(tǒng)

34、有1 100萬國 土基本信息系統(tǒng)和全國土地信息系統(tǒng)、洪水災(zāi)害預(yù)報與分析系統(tǒng)等。國際GIS學術(shù)會議多次在我國舉行，有關(guān)高校開設(shè)了地理信息系統(tǒng)課程，這一切均為GIS的進一步發(fā)展和實際應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。 從1986年到1995年前后，我國GIS走上了全面發(fā)展道路。 沿海、沿江經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的發(fā)展，土地的有償使用和外資的引進，急需GIS為之服務(wù)，推動了 GIS的發(fā)展和應(yīng)用。 GIS研究作為政府行為，正式列入國家科技攻關(guān)項目，開始有計劃、有組織、有目標地進行理 論研究和應(yīng)用建設(shè)。 全國許多行業(yè)部門和部分省市積極發(fā)展各自專業(yè)GIS和區(qū)域GIS，上海、北京、深圳、海口、 三亞、常州等大中城市都在積極建設(shè)城市GIS

35、。 1996年以來，我國GIS技術(shù)在技術(shù)研究、成果應(yīng)用、人才培養(yǎng)、軟件開發(fā)等方面進展迅速，并力圖將GIS從初步發(fā)展時期的研究實驗、局部應(yīng)用推向?qū)嵱没⒓苫?、工程化，為國民?jīng)濟發(fā)展提供輔助分析和決策依據(jù)。GIS在研究和應(yīng)用過程中走向產(chǎn)業(yè)化道路，成為國民經(jīng)濟建設(shè)普遍使用的工具，并在各行各業(yè)發(fā)揮重大作用。 GIS的發(fā)展三、當代GIS的發(fā)展動態(tài) 自20世紀60年代世界上第一個GIS加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)問世以來，經(jīng)過近40多年年的發(fā)展，GIS系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件日趨成熟和完善。 隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，GIS的社會需求量增大，GIS應(yīng)用日趨廣泛。應(yīng)用需求促進發(fā)展，

36、GIS已從一門技術(shù)發(fā)展為一門獨立的新興學科。 下面就GIS當前的幾個熱門研究領(lǐng)域作一介紹。 面向?qū)ο蠹夹g(shù)與GIS 真三維GIS和時空GIS GIS應(yīng)用模型 InternetGIS GIS與專家系統(tǒng) GIS與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合。 GIS的發(fā)展面向?qū)ο蠹夹g(shù)與GIS 1. 圖形和屬性分開管理的數(shù)據(jù)模型的弱點 不利于空間數(shù)據(jù)的整體管理，以保證數(shù)據(jù)的一致性； GIS的開放性和互操作性受限制； 數(shù)據(jù)共享和并行處理無保證。 2. 面向?qū)ο蠹夹g(shù) 面向?qū)ο蠹夹g(shù)將現(xiàn)實世界的實體都抽象為對象，利用四種數(shù)據(jù)抽象技術(shù)(分類、概括、聯(lián)合、 聚集)可構(gòu)建復雜的地理實體，利用繼承和傳播這兩種數(shù)據(jù)抽象工具將所有實體對象構(gòu)建 成

37、一個分層結(jié)構(gòu)。 面向?qū)ο蟮姆椒槊枋鰪碗s的空間信息提供了一條適合于人類思維模式的直觀、結(jié)構(gòu)清晰、 組織有序的方法，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型成為較為理想的統(tǒng)一管理GIS空間數(shù)據(jù)的有效模型。 因而，面向?qū)ο蟮募夹g(shù)在GIS中的應(yīng)用，即面向?qū)ο蟮腉IS，已成為GIS的發(fā)展方向。 Smallworld GIS是目前面向?qū)ο驡IS中最為典型的代表， 3. 面向?qū)ο蟮腉IS有待進一步研究的問題 大對象的操作仍受硬件條件的限制； 對象的獨立性與顆粒度問題； 矢量和柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)一的、支持動態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)和復合對象表示的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。 GIS的發(fā)展真3維GIS與時空GIS 1. 真3維GIS 目前絕大多數(shù)的GIS采用

38、二維或2.5維來表示現(xiàn)實三維現(xiàn)象，通常將三維分量Z值當做一個屬性 值，如DEM數(shù)據(jù)，這對于許多地學分析是非常不便的，甚至難以進行。 隨著計算機技術(shù)特別是計算機圖形學的發(fā)展，使得顯示和描述三維實體的幾何特征和屬性特征 成為可能，因此真三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究，真三維GIS的應(yīng)用成為GIS發(fā)展的一個熱點： 三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究，包括數(shù)據(jù)的有效存儲、數(shù)據(jù)狀態(tài)的表示和數(shù)據(jù)的可視化； 三維數(shù)據(jù)的生成和管理； 地理數(shù)據(jù)的三維顯示，包括三維數(shù)據(jù)的空間操作和分析，表面處理，柵格圖像、全息圖 像顯示，層次處理等。 2. 時空GIS 由于受器件的限制和一些技術(shù)原因，傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)只考慮地物的空間特性，忽略了其時間特性

39、。因而需要開發(fā)時空四維GIS。實現(xiàn)時空復合操作，將空間分析問題進一步拓展為時空分析范疇，已成為新一代GIS的重要研究課題，其主要研究內(nèi)容是： 時空模型 時空數(shù)據(jù)的表示、存儲、操作、查詢 時空分析 目前較常用的做法是在數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上擴充，如在關(guān)系模型的元組中加入時間，在對象模型中引入時間屬性。在這種擴充的基礎(chǔ)上如何解決從表示到分析的一系列問題仍有待進一步的研究。 GIS的發(fā)展GIS應(yīng)用模型的發(fā)展 GIS強大的生命力在于與各種實際應(yīng)用的結(jié)合。而通用GIS的數(shù)據(jù)管理、查詢和空間分析功能對于大多數(shù)的應(yīng)用問題是遠遠不夠的，因為這些領(lǐng)域都有自己獨特的專用模型。目前的GIS對用戶定義通用GIS空間分析與各專

40、業(yè)模型的主要途徑 松散耦合式，也稱為外部空間模型法。這種方法基本上將GIS當做一個空間數(shù)據(jù)庫看待，在GIS 環(huán)境外部借助其他軟件或計算機高級語言建立專用模型，其與GIS之間采用數(shù)據(jù) 通訊的方式聯(lián)系。 嵌入式，也稱內(nèi)部空間模型法。即在GIS中借助GIS的通用功能來實現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域的專用分析模 混合型空間模型法，是前兩種方法的結(jié)合，即盡可能利用GIS提供的功能，最大限度地減少用 戶自行開發(fā)的工作量和難度，又保持外部空間模型法的靈活性。 這些方法的一個主要問題是它對于普通用戶而言過于困難。最好的方式是GIS本身能支持建立專業(yè)應(yīng)用模型，能支持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗的環(huán)境，支持與用戶交互式

41、的基于GIS的分析、建模和決策，GIMS是目前GIS研究的熱點問題之一。GIS的發(fā)展Internet GIS Internet GIS的信息處理模式由傳統(tǒng)的集中式轉(zhuǎn)向客戶服務(wù)器模式，客戶機處理GIS應(yīng)用軟件，服務(wù)器負責存儲和管理GIS空間數(shù)據(jù)庫，并響應(yīng)客戶機對GIS應(yīng)用功能的服務(wù)請求。 由于Internet GIS分布式管理與互操作的要求，Internet GIS又有組件式GIS和Open GIS兩個研究熱點，但目前Internet GIS仍然存在著諸多不足 目前Internet GIS存在的不足 支持單一數(shù)據(jù)源而非多數(shù)據(jù)源的獲取，不能滿足日益增長的信息交互與Open GIS規(guī)范的需求； 數(shù)據(jù)

42、集中而非分布式存放與管理，不利于信息的共享與更新； 缺乏統(tǒng)一的管理機制以實現(xiàn)大量分布式空間信息相互間的有機聯(lián)系； 缺乏豐富的空間信息表現(xiàn)手法以及與網(wǎng)絡(luò)資源特別是借助瀏覽器表達的能力； 空間信息獲取控制以及客戶與服務(wù)器端安全體系的建立不夠完善。 目前，商品化的WebGIS還處于初級階段，提供的查詢和分析功能還不能滿足專業(yè)應(yīng)用的需要，它的出現(xiàn)已開始改變GIS傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出和地圖發(fā)布的方式，為地理信息的高度社會化共享提供了可能。 組件式GIS 即將已有的巨型GIS分解為若干可互操作的自我管理、相互獨立的組件，包括數(shù)據(jù)管理組件、空間查詢組件、數(shù)據(jù)獲取組件、專題制圖組件和顯示組件等。這些組件建立在分布式的對象結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，應(yīng)用了最新的分布式技術(shù)如OLE/COM等技術(shù)。這些組件具有與平臺和操作系統(tǒng)無關(guān)性，GIS應(yīng)用的開發(fā)者可以利用這些組件快速地組裝GIS應(yīng)用軟件 組件式GIS有效地