第一章：概論

1、第一章 緒論1.1 GIS的基本概念1.2 地理信息系統(tǒng)類型1.3 GIS功能概述1.4 GIS的研究內(nèi)容和其他學(xué)科的關(guān)系1.5 GIS的發(fā)展簡史1.6 GIS發(fā)展展望1.7 ArcGIS 簡介實驗一、熟悉ARCGIS1.1基本概念地理信息系統(tǒng) 地理信息信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)計算機技術(shù)地理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1.1基本概念一、信息 概念狹義狹義： “兩次不定性之差”，即指人們獲得信息前后對事物認(rèn)識的差別廣義廣義：是指主體（人、生物或機器）與外部客體（環(huán)境、其他人、生物或機器）之間相互聯(lián)系的一種形式，是主體和客體之間的一切有用的消息或知識，是表征事物特征的一種普遍形式本課程采用的定義本課程采用的定義：信息是向

2、人們或機器提供的關(guān)于現(xiàn)實世界或機器提供的關(guān)于現(xiàn)實世界中事物、事件或現(xiàn)象的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義中事物、事件或現(xiàn)象的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義 特點 客觀性：不隨載體物理設(shè)備形式的改變而改變不隨載體物理設(shè)備形式的改變而改變 實用性、傳輸性、共享性1.1基本概念二、數(shù)據(jù)信息的載體 定義：數(shù)據(jù)是指對某一目標(biāo)（客觀事物、事件或現(xiàn)象）進(jìn)行定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、語言、文字、符號、圖形、圖像以及其它能轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)的形式 信息和數(shù)據(jù)的關(guān)系？ 信息由與物理介質(zhì)有關(guān)的數(shù)據(jù)表達(dá)，數(shù)據(jù)中所包含的意義就是信息 數(shù)據(jù)是信息的載體，但并不就是信息；只有理解了數(shù)據(jù)的含義，對數(shù)據(jù)做出解釋，才能提取數(shù)

3、據(jù)中所包含的信息1.1基本概念三、地理信息和地理數(shù)據(jù) 地理地理：泛指地球表面各種自然現(xiàn)象和人文現(xiàn)象，以及它們之間的相互關(guān)系和區(qū)域分異地理信息地理信息：是有關(guān)地理實體的性質(zhì)、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對地理數(shù)據(jù)的解釋。有以下特點： 區(qū)域性或空間性（地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著的標(biāo)志） 多維結(jié)構(gòu)特性； 動態(tài)變化特性：地理數(shù)據(jù)地理數(shù)據(jù)：是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。包括空間位置、屬性特征及時態(tài)特征三部分。地圖：地理學(xué)的第二語言，地理信息的載體四、信息系統(tǒng) 系統(tǒng)（System）：是具有特定功能的、相互有機

4、聯(lián)系的許多要素所構(gòu)成的一個整體 信息系統(tǒng)：是具有采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng)1.1基本概念數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)數(shù) 據(jù)輸據(jù)輸 入入處理與分析處理與分析顯示與輸出顯示與輸出用戶界面用戶界面答答問問1.1基本概念 計算機時代的信息系統(tǒng) 部分或全部由計算機系統(tǒng)支持，人們常常使用計算機收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)處理成信息 包括以下四大要素： 計算機硬件 軟件 數(shù)據(jù) 用戶1.1基本概念 信息系統(tǒng)的類型事物處理系統(tǒng)事物處理系統(tǒng)（Transaction Process System ，TPS）管理信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)（Management Information System ，MIS）決策支持系統(tǒng)決策支

5、持系統(tǒng)（Decision Support System ，DSS）人工智能和專家系統(tǒng)人工智能和專家系統(tǒng)（Expert System ,ES）分析模型專家系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)外部信息附加事實規(guī)則事務(wù)處理系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)內(nèi)部信息1.1基本概念 地理信息系統(tǒng)CAM(CASS數(shù)字測圖軟件)SPATIAL DATASPATIAL ANALYSIS1.1基本概念1.2 地理信息系統(tǒng)類型及結(jié)構(gòu) 地理信息系統(tǒng)類型 應(yīng)用 專題地理信息系統(tǒng)專題地理信息系統(tǒng)（Thematic GIS） 區(qū)域信息系統(tǒng)區(qū)域信息系統(tǒng)（Regional GIS） 地理信息系統(tǒng)工具或地理信息系統(tǒng)外殼地理信息系統(tǒng)工具或地理信息系統(tǒng)外殼（GIS T

6、ools） 實現(xiàn)方式專業(yè)專業(yè)GIS（Professional GIS）桌面桌面GIS（Desktop GIS）手持手持GIS（Hand-Held GIS）組件組件GIS（Component GIS）GIS ViewerWeb GIS（Internet GIS）其它（基于其它（基于CAD的的GIS）國際主要GIS軟件1.2 地理信息系統(tǒng)類型及結(jié)構(gòu)國內(nèi)主要國內(nèi)主要GISGIS產(chǎn)品產(chǎn)品武漢測繪科技大學(xué)武漢測繪科技大學(xué)GISGIS研究中心研究中心北京超圖地理信息技術(shù)有限公司北京超圖地理信息技術(shù)有限公司北京大學(xué)遙感所北京大學(xué)遙感所 北大方正北大方正軟件名稱 開發(fā)商MapGIS MapGIS 中國地質(zhì)大學(xué)

7、中國地質(zhì)大學(xué)吉奧之星吉奧之星(GeoStar) (GeoStar) SuperMap SuperMap 城市之星城市之星(Citystar) (Citystar) 方正智繪方正智繪（Founder MirageFounder Mirage）MapEngineMapEngine北京朝夕科技北京朝夕科技有限責(zé)任公司有限責(zé)任公司 1.2 地理信息系統(tǒng)類型及結(jié)構(gòu)1.2 地理信息系統(tǒng)類型及結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) 計算機硬件系統(tǒng) 計算機軟件系統(tǒng) 地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)） 系統(tǒng)管理操作人員輸入設(shè)備輸入設(shè)備專用設(shè)備常規(guī)設(shè)備GPS全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站解析和數(shù)字?jǐn)z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(biāo)處

8、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1.2 地理信息系統(tǒng)及類型 計算機硬件系統(tǒng)1.2 地理信息系統(tǒng)及類型 計算機軟件系統(tǒng) 計算機系統(tǒng)軟件：計算機系統(tǒng)軟件：包括操作系統(tǒng)、匯編程序、編譯程序、診斷程序、庫程序以及各種維護(hù)使用手冊、程序說明等 應(yīng)用分析程序：應(yīng)用分析程序：是系統(tǒng)開發(fā)人員或用戶根據(jù)地理專題或區(qū)域分析模型編制的用于某種特定應(yīng)用任務(wù)的程序，是系統(tǒng)功能的擴充與延伸 用戶接口數(shù)據(jù)輸出與表示數(shù)據(jù)輸入與校驗應(yīng)用分析程序空間分析函數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲管理 地理信息系統(tǒng)軟件和其他地理信息系統(tǒng)軟件和其他支持軟件支持軟件 ：包括通用的GIS軟件包

9、，也可以包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、計算機圖形軟件包、計算機圖像處理系統(tǒng)、CAD等 1.2 地理信息系統(tǒng)類型及結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員咨詢管理信息管理數(shù)據(jù)整理1.2 地理信息系統(tǒng)類型及結(jié)構(gòu) 空間數(shù)據(jù) 以地球表面空間位置為參照的自然、社會和人文經(jīng)濟景觀數(shù)據(jù) 圖形（地圖）、圖像（遙感和正射影像）、文字、表格和數(shù)字等 三個組成部分： 某個已知坐標(biāo)系中的位置 實體間的空間關(guān)系：度量關(guān)系 、方位關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系 與幾何位置無關(guān)的屬性 1.3 GIS功能概述 作為地理數(shù)據(jù)、地理信息自動處理與分析的系統(tǒng)，可遍歷數(shù)據(jù)采集分析決策應(yīng)用的全部過程，并能回答和解決以下五類問題： 位置 即在某個地方有什么的問題 條件 即

10、符合某些條件的實體在哪里的問題 趨勢 即某個地方發(fā)生的某個事件及其隨時間的變化過程 模式 即某個地方存在的空間實體的分布模式的問題 模擬 即某個地方如果具備某種條件會發(fā)生什么的問題1.3 GIS功能概述在某個特定的位置有什么1.3 GIS功能概述第二類問題問的是什么地方有滿足某些條件的東西GIS可以解決哪些問題第三類問題是要識別已經(jīng)發(fā)生或正在發(fā)生變化的地理現(xiàn)象。該類問題需要綜合現(xiàn)有數(shù)據(jù)確定趨勢：依賴于現(xiàn)有數(shù)據(jù)例子：蘋果園的逐漸消失 多少地塊轉(zhuǎn)作它用？ 現(xiàn)在作何用？ 某一區(qū)域中有多少發(fā)生了這種變化？ 這種變化可回溯多少年？ 哪些時段能最好反映該趨勢？1年，5年還是10年？ 變化率是增加了，還是減

11、少了？GIS可以解決哪些問題第四種問題（模式）是分析與已經(jīng)發(fā)生或正在發(fā)生事件有關(guān)的因素。GIS將現(xiàn)有數(shù)據(jù)組合在一起，能更好地說明正在發(fā)生什么，找出發(fā)生事件與哪些數(shù)據(jù)有關(guān)。例子：機動車輛事故常常符合特定模式事故發(fā)生在何處？發(fā)生地點與時間有關(guān)嗎？是不是在某種特定的交叉處？在這些交叉處又具有什么條件？GIS可以解決哪些問題第五種問題（模型）需要建立新的數(shù)據(jù)關(guān)系以產(chǎn)生解決方案，可行的方案，必須滿足一定的條件。例子：建一個兒童書店，用來選址的評價指標(biāo)可能包括10、15、20分鐘可到達(dá)的空間區(qū)域分析：附近居住的10歲或10歲以下兒童的人數(shù)附近家庭的收入情況周圍潛在的競爭情況1.3 GIS功能概述1.3 G

12、IS功能概述數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)編輯數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)編輯（Data Acquisition and Edit） ：空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)輸入；多種形式、多種來源信息，多種方式數(shù)據(jù)輸入和編輯。數(shù)據(jù)的存儲與管理數(shù)據(jù)的存儲與管理(Storage and Management )：提供空間與屬性數(shù)據(jù)的存儲、查詢檢索、修改和更新的能力空間查詢與分析空間查詢與分析(Search and Analysis )：GIS的核心，是GIS有別于其他信息系統(tǒng)的本質(zhì)特征。成果表達(dá)與輸出成果表達(dá)與輸出(Display and Expert) ：可視化表達(dá)，通人機交互方式顯示、輸出各種專題圖、統(tǒng)計圖表等。1.3 GIS功能概述數(shù)據(jù)采

13、集1.3 GIS功能概述數(shù)據(jù)采集480585.5, 3769234483194.1, 3768432485285.8, 3768391484327.3, 3768565483874.7, 3769823 CoordinatesPaper mapsDigital dataGPSGIS Data1.3 GIS功能概述數(shù)據(jù)存儲1.3 GIS功能概述數(shù)據(jù)管理 1.3 GIS功能概述空間分析 個層次 空間查詢 空間量算 方位 距離 形狀 空間分析 疊加 緩沖區(qū) 網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)?地形分析 1.3 GIS功能概述空間分析查詢查找一個指定的要素基于條件查找要素屬性空間混合人口數(shù)大于人口數(shù)大于 300,000 1.

14、3 GIS功能概述空間分析Which parcels are within 50 feet of the road?Well type DrilledBuilding owner SmithSoil type Sandy1.3 GIS功能概述空間分析相鄰疊加網(wǎng)絡(luò)地圖地圖圖表圖表1.3 GIS功能概述表達(dá)文本文本 步驟步驟:裝配數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到柵格分析顯示結(jié)果1.3 GIS功能概述表達(dá)文檔文檔影象影象1.3 GIS功能概述輸出Internet紙圖紙圖GIS DataGIS基本功能的實現(xiàn)過程基本功能的實現(xiàn)過程文件圖表數(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

15、 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)庫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)屬性查詢查詢專題圖作戰(zhàn)指揮地圖切換醫(yī)療機構(gòu)信息查詢1.4 GIS的研究內(nèi)容和其他學(xué)科的關(guān)系 研究內(nèi)容地理信息系統(tǒng)工具應(yīng)用方法技術(shù)系統(tǒng)基本理論地理信息系統(tǒng)用戶界面等空間數(shù)據(jù)管理概念、定義、內(nèi)涵理論體系構(gòu)成、特點、功能、任務(wù)發(fā)展歷史與發(fā)展方向硬件配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地學(xué)專家系統(tǒng)專題分析模型輸入、輸出系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)采集與校驗1.4 GIS的研究內(nèi)容和其他學(xué)科的關(guān)系 和其他學(xué)科的關(guān)系 地理學(xué) 計算機科學(xué) 軟件工程 數(shù)據(jù)庫技術(shù) CAD 專家系統(tǒng) 計算機圖形學(xué) 制圖技術(shù) 測繪技術(shù) GIS 1.4 GIS的研究內(nèi)容和其

16、他學(xué)科的關(guān)系 數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)運算研究運算研究 統(tǒng)計學(xué)統(tǒng)計學(xué)地理統(tǒng)計學(xué)地理統(tǒng)計學(xué)認(rèn)知科學(xué)認(rèn)知科學(xué)計算機科學(xué)計算機科學(xué)測量測量遙感遙感攝影測量學(xué)攝影測量學(xué)制圖學(xué)制圖學(xué)可視化可視化符號學(xué)符號學(xué)信息存儲信息存儲數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫計算幾何計算幾何計算機圖形學(xué)計算機圖形學(xué)人工智能人工智能旅游業(yè)旅游業(yè)航運航運市場市場資產(chǎn)管理資產(chǎn)管理產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)/ /商業(yè)商業(yè)礦產(chǎn)開發(fā)礦產(chǎn)開發(fā)設(shè)施維護(hù)設(shè)施維護(hù)公共信息查詢公共信息查詢公共管理公共管理考古學(xué)考古學(xué)人文地理學(xué)人文地理學(xué)社會科學(xué)社會科學(xué)健康護(hù)理規(guī)劃健康護(hù)理規(guī)劃流行病學(xué)流行病學(xué)環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué)地貌學(xué)地貌學(xué)土壤科學(xué)土壤科學(xué)森林學(xué)森林學(xué)地質(zhì)學(xué)地質(zhì)學(xué)生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)水文學(xué)水文學(xué)氣象學(xué)氣象學(xué)地形測

17、量地形測量環(huán)境測量環(huán)境測量社會、經(jīng)濟社會、經(jīng)濟測量測量返回返回1.5 GIS的發(fā)展簡史 國外 GISGIS起源于人口普查，土地調(diào)查和自動制圖起源于人口普查，土地調(diào)查和自動制圖19601960年，加年，加拿大測量學(xué)家拿大測量學(xué)家R.F.Tomlinson R.F.Tomlinson 提出了把地圖變成數(shù)字形式的地提出了把地圖變成數(shù)字形式的地圖，圖，19631963年，又提出年，又提出GISGIS這一本術(shù)語，并建立了第一個這一本術(shù)語，并建立了第一個GISGIS加拿大加拿大GISGIS，隨后，隨后GISGIS以燎原之勢在全世界迅速發(fā)展起來。以燎原之勢在全世界迅速發(fā)展起來。60年代起步階段：人們關(guān)注什么

18、是人們關(guān)注什么是GIS，GIS能干什么能干什么70年代鞏固階段：發(fā)展研究的重點是空間數(shù)據(jù)處理的算法，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)庫管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫管理80年代突破階段：普遍發(fā)展和推廣應(yīng)用階段，人們把普遍發(fā)展和推廣應(yīng)用階段，人們把GIS與與RS解決全球性問題，如全球沙漠化，全球可居住地評解決全球性問題，如全球沙漠化，全球可居住地評價，核擴散問題等價，核擴散問題等90年代產(chǎn)業(yè)化階段：對對GIS進(jìn)一步研究，研究的內(nèi)容集中進(jìn)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，人工智能引入等型，人工智能引入

19、等21世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)化階段（WebComOpen）1.5 GIS的發(fā)展簡史 國內(nèi) 起步：自80年代初開始，以1980年中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所成立全國第一個地理信息系統(tǒng)研究室為標(biāo)志。 準(zhǔn)備（）：進(jìn)入發(fā)展階段的標(biāo)志是從第七個五年計劃開始。地理信息系統(tǒng)研究作為政府行為，正式列入國家科技攻關(guān)計劃 。另外，國內(nèi)的大學(xué)開始陸續(xù)建立GIS專業(yè)，國內(nèi)的科研機構(gòu)也建立起一些GIS實驗室 全面發(fā)展階段：自90年代起，我國涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀的GIS軟件；國家對地理信息系統(tǒng)日益重視，很多關(guān)于地理信息系統(tǒng)的科研課題都列入了“九五”、“十五”重點攻關(guān)項目，測繪部門也正在抓緊建立各個省的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。1.6 GIS發(fā)展展望

20、面向?qū)ο蠹夹g(shù)與GIS的結(jié)合真三維GIS和時空GISGIS應(yīng)用模型的發(fā)展Internet與GIS的結(jié)合GIS與專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合GIS與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合1.7 ArcGIS 概述 ESRI簡介 體系結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)管理1.7 ArcGIS 概述 Environmental system research institute， ESRI） 成立于1969年，是世界上最大的地理信息系統(tǒng)技術(shù)提供商 公司自創(chuàng)建之初就一直引領(lǐng)著世界地理信息系統(tǒng)技術(shù)的潮流 全球每天有超過一百萬人使用ESRI公司的GIS軟件，有超過三十萬個分布于政府部門、石油部門、測繪部門、健康機構(gòu)，電力、國防、航空航天、商業(yè)等各個領(lǐng)域的

21、用戶單位 www.esrichina- arcgisworldIndex.htm1.7 ArcGIS 概述 ArcGIS是一個全面的、可伸縮的GIS平臺，由數(shù)據(jù)服務(wù)器ArcSDE及4個基礎(chǔ)框架組成 桌面GIS（ Desktop GIS ） 服務(wù)器GIS (Server GIS) 嵌入式GIS（ Embedded GIS ） 移動GIS (Mobile GIS)ArcGIS組成 服務(wù)端產(chǎn)品： ArcSDE是管理地理信息的高級空間數(shù)據(jù)服務(wù)器 ArcIMS 通過開放Internet協(xié)議進(jìn)行GIS地圖，數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)發(fā)布的地圖服務(wù)器 ArcGIS Server是應(yīng)用服務(wù)器，用于構(gòu)建集中式的企業(yè)GIS應(yīng)用，基于SOAP的Web services和Web應(yīng)用，包含在企業(yè)和Web框架上建設(shè)服務(wù)端GIS應(yīng)用的共享GIS軟件對象庫 桌面GIS：ArcView，ArcEditor和ArcInfo，分享通用結(jié)構(gòu)、代碼基礎(chǔ)和擴展模塊和統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，功能由簡單到復(fù)雜 嵌入式GIS：ArcGIS Engine，ARCOBJECTS,MAPOBJECTS 移動GIS：實現(xiàn)簡單GIS操作的ArcPad和實現(xiàn)高級GIS復(fù)雜操作的Mobile ArcGIS Desktop SystemArcGIS9軟件產(chǎn)品圖圖1.2