第一章 導(dǎo) 論

1、第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論 第一節(jié) GIS的基本概念 一、一、數(shù)據(jù)和信息1、數(shù)據(jù)：（、數(shù)據(jù)：（Data)數(shù)據(jù)是通過數(shù)字化并直接記錄下來的可以被鑒別的符號，用以定性或定量地描述事物的特征和狀況。數(shù)據(jù)是用以載荷信息的物理符號，包括數(shù)字、文字、符號和圖像等。在計算機(jī)化的地理信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的格式往往和具體的計算機(jī)系統(tǒng)有關(guān)，隨載荷它的物理設(shè)備的形式而改變。 信息是近代科學(xué)的一個專門術(shù)語。信息系統(tǒng)能為企業(yè)、部門或組織的決策過程提供有用的依據(jù)。2、信息（Information）：是用文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等介質(zhì)來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征，從而向人們提供關(guān)于現(xiàn)實世界新的事實和知識，作為生

2、產(chǎn)、管理和決策的依據(jù)。 3、數(shù)據(jù)與信息關(guān)系數(shù)據(jù)與信息關(guān)系：數(shù)據(jù)只有對實體行為產(chǎn)生影響時才成為信息。數(shù)據(jù)只有對實體行為產(chǎn)生影響時才成為信息。 例如：例如：“1”1”和和“0”0”，當(dāng)用來表示某一種實，當(dāng)用來表示某一種實體在某個地域內(nèi)存在與否時，它就提供了有體在某個地域內(nèi)存在與否時，它就提供了有(1(1表表示示) )無無(0(0表示表示) )的信息。的信息。信息與數(shù)據(jù)是不可分離的，即信息是數(shù)據(jù)的信息與數(shù)據(jù)是不可分離的，即信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵的意義，是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋，而數(shù)據(jù)是客內(nèi)涵的意義，是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋，而數(shù)據(jù)是客觀對象的表示，是信息的表達(dá)。也就是說數(shù)據(jù)是觀對象的表示，是信息的表達(dá)。也就是說數(shù)據(jù)是

3、信息的載體。信息的載體。4 4、數(shù)據(jù)處理與解釋、數(shù)據(jù)處理與解釋數(shù)據(jù)處理，即對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、篩選、排序、歸數(shù)據(jù)處理，即對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、篩選、排序、歸并、轉(zhuǎn)換、存儲、檢索、計算，以及分析、模擬和預(yù)并、轉(zhuǎn)換、存儲、檢索、計算，以及分析、模擬和預(yù)測等操作。測等操作。數(shù)據(jù)處理的目的：數(shù)據(jù)處理的目的：把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于觀察、分析、傳輸或進(jìn)一步把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于觀察、分析、傳輸或進(jìn)一步處理的形式；處理的形式；把數(shù)據(jù)加工成對正確管理和決策有用的數(shù)據(jù)；把數(shù)據(jù)加工成對正確管理和決策有用的數(shù)據(jù)；把數(shù)據(jù)編輯后存儲起來，以供后續(xù)使用。把數(shù)據(jù)編輯后存儲起來，以供后續(xù)使用。總之，就是為了得到數(shù)據(jù)中包含的信息。對同一總之，就是為

4、了得到數(shù)據(jù)中包含的信息。對同一數(shù)據(jù)每個人的解釋可能不同，因而獲得信息量的多少數(shù)據(jù)每個人的解釋可能不同，因而獲得信息量的多少與人的知識水平和經(jīng)驗有關(guān)。與人的知識水平和經(jīng)驗有關(guān)。 5 5、信息的特點：、信息的特點：(1)(1)信息的客觀性：與客觀事物緊密相聯(lián)系的；信息的客觀性：與客觀事物緊密相聯(lián)系的； (2)(2)信息的適用性：信息對決策是十分重要；信息的適用性：信息對決策是十分重要； (3)(3)信息的傳輸性：信息可以在信息發(fā)送者和接受者信息的傳輸性：信息可以在信息發(fā)送者和接受者之間傳輸，既包括系統(tǒng)把有用信息送至終端設(shè)備之間傳輸，既包括系統(tǒng)把有用信息送至終端設(shè)備( (包括遠(yuǎn)包括遠(yuǎn)程終端程終端)

5、)，和以一定形式提供給有關(guān)用戶，也包括信息在，和以一定形式提供給有關(guān)用戶，也包括信息在系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間的傳輸和交換。系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間的傳輸和交換。 (4)(4)信息的共享性：信息與實物不同，它可以傳輸給信息的共享性：信息與實物不同，它可以傳輸給多個戶，為多個用戶共享，而其本身并無損失。信息的多個戶，為多個用戶共享，而其本身并無損失。信息的這些特點，使信息成為當(dāng)代社會發(fā)展的一項重要資源。這些特點，使信息成為當(dāng)代社會發(fā)展的一項重要資源。 信息來源于數(shù)據(jù)（信息來源于數(shù)據(jù)（DataData）。）。 二、地理信息與地理信息系統(tǒng)(一)地理信息 1、地理信息與地理數(shù)據(jù)的概念(1)地理信息是地理數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含

6、和表達(dá)的地理含義。(2)地理數(shù)據(jù)是與地理環(huán)境要素有關(guān)的物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱 。從另一個角度來說，一切與空間位置有關(guān)的信息都叫做地理信息。它脫胎于地圖，它們都是地理信息的載體，具有存儲、分析與顯示地理信息的功能。 2、地理信息的特征地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號化表示，包括空間位置、屬性特征（簡稱屬性）號化表示，包括空間位置、屬性特征（簡稱屬性）及時域特征三部分。及時域特征三部分。(1)(1)空間特征空間特征空間位置數(shù)據(jù)描述地物所在位置。這種位置空間位置數(shù)據(jù)描述地物所在位置。這種位置既可以根

7、據(jù)大地參照系定義，如大地經(jīng)緯度坐標(biāo)，既可以根據(jù)大地參照系定義，如大地經(jīng)緯度坐標(biāo)，也可以定義為地物間的相對位置關(guān)系，如空間上也可以定義為地物間的相對位置關(guān)系，如空間上的相鄰、包含等的相鄰、包含等，這是地理信息區(qū)別于其它類型，這是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著的標(biāo)志。信息的最顯著的標(biāo)志。 (2)(2)屬性特征屬性特征屬性數(shù)據(jù)有時又稱非空間數(shù)據(jù)，是屬屬性數(shù)據(jù)有時又稱非空間數(shù)據(jù)，是屬于一定地物、描述其特征的定性或定量指于一定地物、描述其特征的定性或定量指標(biāo)。標(biāo)。即在二維空間的基礎(chǔ)上實現(xiàn)多專題的即在二維空間的基礎(chǔ)上實現(xiàn)多專題的第三維結(jié)構(gòu)，而各個專題型實體型之間的第三維結(jié)構(gòu)，而各個專題型實體型之間的聯(lián)

8、系是通過屬性碼進(jìn)行的，這就為地理系聯(lián)系是通過屬性碼進(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。統(tǒng)各圈層之間的綜合研究提供了可能。(3)(3)時序特征時序特征時域特征是指地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時域特征是指地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時刻時刻/ /時段。時間數(shù)據(jù)對環(huán)境模擬分析非常重要，正時段。時間數(shù)據(jù)對環(huán)境模擬分析非常重要，正受到地理信息系統(tǒng)學(xué)界越來越多的重視受到地理信息系統(tǒng)學(xué)界越來越多的重視, ,這對地理事這對地理事物的預(yù)測、預(yù)報，從而為科學(xué)決策提供依據(jù)很重要。物的預(yù)測、預(yù)報，從而為科學(xué)決策提供依據(jù)很重要。 可以按照時間尺度將地理信息劃分為超短期的可以按照時間尺度將地理信息劃分為

9、超短期的( (如臺風(fēng)、地震如臺風(fēng)、地震) )、短期的、短期的( (如江河洪水、秋季低溫如江河洪水、秋季低溫) )、中期的中期的( (如土地利用、作物估產(chǎn)如土地利用、作物估產(chǎn)) )、長期的、長期的( (如城市化、如城市化、水土流失水土流失) )、超長期的、超長期的( (如地殼變動、氣候變化如地殼變動、氣候變化) )等。等?？臻g位置、屬性及時間是地理空間分析的三大空間位置、屬性及時間是地理空間分析的三大基本要素。基本要素。(二二)地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)（GIS , Geographical Information System或或 GeoInformation system ）地理信息系統(tǒng)地理信

10、息系統(tǒng)有時又稱為有時又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)地學(xué)信息系統(tǒng)”或或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。分重要的空間信息系統(tǒng)。1 1、地理信息系統(tǒng)定義地理信息系統(tǒng)定義它是在計算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個它是在計算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)處理、管理的對象是多地理信息系統(tǒng)處理、管理的對象是多種地理空間實體數(shù)據(jù)及其關(guān)系

11、，包括空間種地理空間實體數(shù)據(jù)及其關(guān)系，包括空間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等，用于分析和處理在一定地理區(qū)性數(shù)據(jù)等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過程，解決復(fù)雜的域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過程，解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策和管理問題。規(guī)劃、決策和管理問題。地理信息系統(tǒng)定義及框架如下圖。地理信息系統(tǒng)定義及框架如下圖。用戶界面用戶界面系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理產(chǎn)品生成產(chǎn)品生成產(chǎn)品輸出產(chǎn)品輸出空間數(shù)據(jù)處理空間數(shù)據(jù)處理空間數(shù)據(jù)分析空間數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫建立數(shù)據(jù)庫建立2 2、GISGIS的基本概念：的基本概念：1）GIS的物理外殼是計算

12、機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng)，它又由若干個相互關(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、功能、效率、數(shù)據(jù)處理的方式和產(chǎn)品輸出的類型。2）GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù)，即點、線、面、體這類地理實體。空間數(shù)據(jù)的最根本特點是每一個數(shù)據(jù)都按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)進(jìn)行編碼，實現(xiàn)對其定位、定性和定量的描述、這是GIS區(qū)別于其它類型信息系統(tǒng)的根本標(biāo)志，也是其技術(shù)難點之所在。3)GIS的技術(shù)優(yōu)勢在于它的數(shù)據(jù)綜合、模擬與分析評價能力，可以得到常規(guī)方法或普通信息系統(tǒng)難以得到的重要信息，實現(xiàn)地理空間過程演化的模擬和預(yù)測。

13、4) GIS與測繪學(xué)和地理學(xué)有著密切的關(guān)系。大地測量、工程測量、地籍測量、航空攝影測量和遙感技術(shù)為GIS中的空間實體提供各種不同比例尺和精度的定位數(shù)；電子速測儀、GPS全球定位技術(shù)、解析或數(shù)字?jǐn)z影測量工作站、遙感圖像處理系統(tǒng)等現(xiàn)代測繪技術(shù)的使用，可直接、快速和自動地獲取空間目標(biāo)的數(shù)字信息產(chǎn)品，為GIS提供豐富和更為實時的信息源，并促使GIS向更高層次發(fā)展。地理學(xué)是GIS的理論依托，它為地理信息系統(tǒng)提供了有關(guān)空間分析的基本觀點和方法。有的學(xué)者斷言，“地理信息系統(tǒng)和信息地理學(xué)是地理科學(xué)第二次革命的主要工具和手段。如果說GIS的興起和發(fā)展是地理科學(xué)信息革命的一把鑰匙，那么，信息地理學(xué)的興起和發(fā)展將是

14、打開地理科學(xué)信息革命的一扇大門，必將為地理科學(xué)的發(fā)展和提高開辟一個嶄新的天地”。GIS被譽(yù)為地學(xué)的第三代語言用數(shù)字形式來描述空間實體。GIS學(xué)科學(xué)科“樹樹” ：“樹樹根根”表示表示GIS的技術(shù)基礎(chǔ)，的技術(shù)基礎(chǔ)，如測量學(xué)、計算機(jī)科學(xué)如測量學(xué)、計算機(jī)科學(xué)與數(shù)學(xué)等；與數(shù)學(xué)等；“樹枝樹枝”表表示示GIS的應(yīng)用，應(yīng)用的結(jié)的應(yīng)用，應(yīng)用的結(jié)果與需求返回到果與需求返回到“樹樹根根”；“雨滴雨滴”是每個是每個應(yīng)用中的數(shù)據(jù)來源，如應(yīng)用中的數(shù)據(jù)來源，如各種測量如地形測量、各種測量如地形測量、環(huán)境測量等，并為它的環(huán)境測量等，并為它的發(fā)展提供了有效的手段，發(fā)展提供了有效的手段，而地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用而地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用主

15、要是在環(huán)境科學(xué)、地主要是在環(huán)境科學(xué)、地理學(xué)和社會科學(xué)等領(lǐng)域。理學(xué)和社會科學(xué)等領(lǐng)域。 3、地理信息系統(tǒng)的特點及分類體系地理信息系統(tǒng)的特點及分類體系1)1)特點：它能夠處理空間定位數(shù)據(jù)，且具有空特點：它能夠處理空間定位數(shù)據(jù)，且具有空間分析功能。間分析功能。GIS有別于MIS（管理信息系統(tǒng)），GIS要對圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)庫共同管理、分析和應(yīng)用，它能夠處理空間定位數(shù)據(jù)。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、沒有拓?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。GISGIS有別于

16、地圖數(shù)據(jù)庫有別于地圖數(shù)據(jù)庫，地圖數(shù)據(jù)庫僅，地圖數(shù)據(jù)庫僅僅是將數(shù)字地圖有組織地存放起來，不注僅是將數(shù)字地圖有組織地存放起來，不注重分析和查詢，不可能去綜合圖形數(shù)據(jù)和重分析和查詢，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，它只是助決策的信息，它只是GISGIS的一個數(shù)據(jù)源。的一個數(shù)據(jù)源。GISGIS有別于有別于CADCAD系統(tǒng)系統(tǒng)，二者雖然都有參，二者雖然都有參考系統(tǒng)，都能描述圖形，但考系統(tǒng)，都能描述圖形，但CADCAD系統(tǒng)只處理系統(tǒng)只處理規(guī)則的幾何圖形，屬性庫功能弱，更缺乏規(guī)則的幾何圖形，屬性庫功能弱，更缺乏分析和判斷能力。分析和

17、判斷能力。 2)分類體系分類體系(1)GIS按研究的范圍大小可分為全球性的、區(qū)域性的和局部性的；(2)按研究內(nèi)容的不同可分為綜合系統(tǒng)與專題系統(tǒng)。(3)根據(jù)使用的數(shù)據(jù)模型可分為矢量、柵格和混合型信息系統(tǒng)。第二節(jié) 1-4 1-4 地理信息系統(tǒng)構(gòu)成地理信息系統(tǒng)構(gòu)成示意圖示意圖計算機(jī)硬件系統(tǒng)計算機(jī)硬件系統(tǒng)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(jī)磁帶機(jī)輸出設(shè)備輸出設(shè)備繪圖儀終端打印機(jī)計算機(jī)軟件系統(tǒng)計算機(jī)軟件系統(tǒng)操作系統(tǒng)（系統(tǒng)調(diào)用、設(shè)備運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)等）

18、系統(tǒng)庫（編程語言、數(shù)學(xué)庫等）標(biāo)準(zhǔn)軟件（圖形、數(shù)據(jù)庫等）GIS基本功能軟件GIS應(yīng)用軟件用戶界面GIS軟件軟件基礎(chǔ)軟件基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件GIS構(gòu)建地理信息應(yīng)用模型的步驟：地理空間數(shù)據(jù)地理空間數(shù)據(jù) 柵格結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)定位定位拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)潢P(guān)系屬性屬性系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員系統(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1-28 GIS1-28 GIS數(shù)據(jù)分層概念數(shù)據(jù)分層概念一、1.起步階段（60年代），注重空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理。1963年，加拿大測量學(xué)家R. T. Tomlinson首先提出GIS這一術(shù)語，建立加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）；1969年，ESRI（環(huán)境系統(tǒng)研究所）建立；1969

19、年，Integraph公司建立。2.發(fā)展階段（70年代），注重空間地理信息的管理，受到政府部門、商業(yè)公司和大學(xué)的普遍重視。美國、加拿大、英國、西德、瑞典和日本等國對地理信息系統(tǒng)的研究均投入了大量的人力、物力、財力，研究不同專題、不同規(guī)模、不同類型的各具特色的地理信息系統(tǒng)。3.推廣應(yīng)用階段（80年代），計算機(jī)的迅速發(fā)展和普及，地理信息系統(tǒng)也逐步走向成熟，并在全世界范圍內(nèi)全面地推向應(yīng)用階段,這一階段注重空間決策支持分析。1981年，ESRI ARC/INFO GIS發(fā)布；1985年，GPS成為可運(yùn)行系統(tǒng)；1986年，MapInfo建立；1986年，SPOT衛(wèi)星首次發(fā)射；1987年，地理信息系統(tǒng)的國

20、際雜志出版；1988年，美國人口調(diào)查局第一次公開發(fā)TIGER；1988年，GIS World 首次發(fā)行；1989年，Ingegraph 發(fā)布MGE； 4.4.用戶時代（用戶時代（9090年代后）年代后）, , 注重注重GISGIS社會應(yīng)社會應(yīng)用與服務(wù)，用與服務(wù)，GISGIS技術(shù)迅猛發(fā)展。技術(shù)迅猛發(fā)展。9090年代至今為地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用普及時年代至今為地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用普及時代代 ：由于計算機(jī)的軟硬件均得到飛速的發(fā)展，：由于計算機(jī)的軟硬件均得到飛速的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入千家萬戶，地理信息系統(tǒng)已成為許多網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入千家萬戶，地理信息系統(tǒng)已成為許多機(jī)構(gòu)必備的工作系統(tǒng)，尤其是政府決策部門在一機(jī)構(gòu)必備的工作系統(tǒng)，尤其是政府決策部門在一定程度上由于受地理信息系統(tǒng)影響而改變了現(xiàn)有定程度上由于受地理信息系統(tǒng)影響而改變了現(xiàn)有機(jī)構(gòu)