地理信息系統(tǒng)第一章+緒論課件

1、第一章 緒 論教師: 郭 昳Yiguo震前3月31日重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)的情況 地震后5月16日重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)的情況 地理信息系統(tǒng)的基本概念信息與數(shù)據(jù) 信息是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映，是向人們提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界各種事實(shí)的知識(shí)，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體的物理形式的各種改變而改變。信息具有客觀性、適用性、傳輸性、共享性等特點(diǎn)。 數(shù)據(jù) 對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，數(shù)據(jù)是指輸入到計(jì)算機(jī)并能為計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的一切現(xiàn)象(數(shù)字、文字、符號(hào)、聲音、圖像等)，在計(jì)算機(jī)環(huán)境中數(shù)據(jù)是描述實(shí)體或?qū)ο蟮奈ㄒ还ぞ?。?shù)據(jù)是用以載荷信息的物理符號(hào)，沒(méi)有任何實(shí)際意義，只是一種數(shù)學(xué)符號(hào)的集合，只有在其上加上某種特定

2、的含義，它才代表某一實(shí)體或現(xiàn)象，這時(shí)數(shù)據(jù)才變成信息。 地圖是根據(jù)一定數(shù)學(xué)法則，使用形象符號(hào)，使用形象符號(hào) ，通過(guò)選擇 和概括將地球表面縮放到平面上， 用以表示各種自然和社會(huì)性現(xiàn)象分布、聯(lián)系、變化和發(fā)展的圖件。 地理信息與地學(xué)信息地理信息 地理信息是表征地理系統(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)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱(chēng)。地學(xué)信息地學(xué)信息所表示的信息范圍更廣，它不僅來(lái)自地表，還包括地下、大氣層，甚至宇宙空間。凡是與人類(lèi)居住的地球有關(guān)的信息都是地學(xué)信息。 地圖表達(dá)和研究現(xiàn)實(shí)世界的傳統(tǒng)工具關(guān)于自然和人文景觀的符號(hào)表達(dá)地圖符號(hào)建立客觀世界的空間模型地圖記載了滄海桑田、世界變遷地圖是

3、認(rèn)識(shí)世界，解釋世界的語(yǔ)言地圖模式地理現(xiàn)象和事物的空間表達(dá)：點(diǎn)、線、面空間尺度：坐標(biāo)長(zhǎng)度面積體積空間關(guān)系（鄰近、包含、相交、距離等）我們對(duì)地圖使用的經(jīng)驗(yàn)？查找一個(gè)地方？指導(dǎo)旅行線路？探險(xiǎn)尋寶？指揮搶險(xiǎn)？管理？布局網(wǎng)點(diǎn)？GIS與地圖地圖是GIS的原型GIS以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)GIS中地理要素和描述它的屬性相聯(lián)系地理要素與屬性間的聯(lián)系是動(dòng)態(tài)的地理信息系統(tǒng)的發(fā)展四個(gè)階段 60年代起源與北美 1963年由加拿大提出并建立的世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)是稱(chēng)為加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)。于70年代初投入產(chǎn)品生產(chǎn)。同一時(shí)期美國(guó)哈佛大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形與空間分析實(shí)驗(yàn)室，建立通用的制圖軟件包，竭力發(fā)展空間分析模型和軟件7

4、0年代是GIS發(fā)展的鞏固時(shí)期 美國(guó)、加拿大、英國(guó)及日本等國(guó)家對(duì)GIS投入了大量的人力、物力和財(cái)力，研究不同規(guī)模，不同專(zhuān)題，不同類(lèi)型的各具特色的地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展 第一階段從1970年到1980年，為準(zhǔn)備階段，主要進(jìn)行輿論準(zhǔn)備，正式提出倡儀，開(kāi)始組建隊(duì)伍，培訓(xùn)人才，組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究。 第二階段從1981年到1985年，為起步階段，完成了技術(shù)引進(jìn)，研究數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，空間數(shù)據(jù)庫(kù)建立，數(shù)據(jù)處理和分析算法及應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)等，對(duì)GIS進(jìn)行理論探索和區(qū)域性實(shí)驗(yàn)研究。 第三個(gè)階段從1986年到現(xiàn)在，為初步發(fā)展階段，我國(guó)GIS的研究和應(yīng)用進(jìn)入有組織、有計(jì)劃、有目標(biāo)的階段，逐步建立了不同層次、

5、不同規(guī)模的組織機(jī)構(gòu)、研究中心和實(shí)驗(yàn)室，目前國(guó)內(nèi)較流行的GIS軟件有MAPGIS、GEOSTAR等。地理信息系統(tǒng)與其他相關(guān)科學(xué)系統(tǒng)間的關(guān)系 GIS與地圖學(xué) GIS是以地圖數(shù)據(jù)庫(kù)（主要來(lái)自地圖）為基礎(chǔ)，其最終產(chǎn)品之一也是地圖，GIS是地圖學(xué)理論、方法與功能的延伸，地圖學(xué)與GIS是一脈相承的，它們都是空間信息處理的科學(xué)，只不過(guò)地圖學(xué)強(qiáng)調(diào)圖形信息傳輸，而GIS則強(qiáng)調(diào)空間數(shù)據(jù)處理與分析，在地圖學(xué)與GIS之間一個(gè)最有力的連接是通過(guò)地圖可視化工具與它們的潛力來(lái)增加GIS的數(shù)據(jù)綜合和分析能力。GIS與一般事務(wù)數(shù)據(jù) GIS是空間數(shù)據(jù)庫(kù)傳統(tǒng)意義上：數(shù)據(jù)庫(kù)缺少空間性，一般與GIS屬性數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)都可使用SQL，但不能

6、對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施空間查詢分析GIS與計(jì)算機(jī)地圖制圖應(yīng)用領(lǐng)域不同：后者以工程設(shè)計(jì)為主，前者應(yīng)用于所有設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的領(lǐng)域 目的不同：后者以準(zhǔn)確表達(dá)形狀和位置關(guān)系為主，前者重分析和決策應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同：后者只需幾何形狀，前者需要幾何特征和屬性特征共同描述。GIS具有CAD所沒(méi)有的空間分析功能GIS與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） GIS與CAD系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是兩者都有空間坐標(biāo)，都能把目標(biāo)和參考系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系，也都能處理非圖形屬性數(shù)據(jù)。 CAD處理的多為規(guī)則幾何圖形及其組合，它的圖形功能尤其是三維圖形功能極強(qiáng)，屬性庫(kù)功能相對(duì)要弱，采用的一般是幾何坐標(biāo)系。 GIS處理的多為自然目標(biāo)，

7、GIS的屬性庫(kù)內(nèi)容結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，GIS采用的多是大地坐標(biāo)，必須有較強(qiáng)的多層次空間疊置分析功能。地理信息系統(tǒng)（GIS）與管理信息系統(tǒng)（MIS）比較項(xiàng)目GISMIS數(shù)據(jù)類(lèi)型有空間分布特性,由點(diǎn)、線、面及相互關(guān)系構(gòu)成主要為屬性數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源圖形圖像及地理特征屬性表格、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、報(bào)表輸出結(jié)果圖形圖像產(chǎn)品、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、文字報(bào)告、表格表格、報(bào)表、報(bào)告硬件配置外設(shè)：數(shù)字化儀、掃描儀、繪圖儀、打印機(jī)、磁帶機(jī) 主機(jī)：要求高檔微機(jī)或工作站打印機(jī)、鍵盤(pán)、一般微機(jī)軟件要求高，價(jià)格昂貴 如：ARC/INFO、微機(jī)版約3.0萬(wàn),工作站版約5-10萬(wàn)要求低、便宜，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格統(tǒng)一，如ORACAL、FOXBASE

8、等處理內(nèi)容（采用目的或分析內(nèi)容）用于系統(tǒng)分析、檢索、資源開(kāi)發(fā)利用或區(qū)域規(guī)劃，地區(qū)綜合治理，環(huán)境監(jiān)測(cè)，災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)查詢、檢索、系統(tǒng)分析、辦公管理。如OS工作方式人機(jī)對(duì)話，交互作用程度高人為干預(yù)少兩者均以計(jì)算機(jī)為核心，數(shù)據(jù)量大而復(fù)雜（共同點(diǎn)）計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 輸入設(shè)備專(zhuān)用設(shè)備常規(guī)設(shè)備GPS全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站解析和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量?jī)x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(pán)、鼠標(biāo)處理設(shè)備工作站服務(wù)器硬盤(pán)陣列存儲(chǔ)設(shè)備活動(dòng)硬盤(pán)光盤(pán)機(jī)磁帶機(jī)輸出設(shè)備繪圖儀終端打印機(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）系統(tǒng)庫(kù)（編程語(yǔ)言、數(shù)學(xué)庫(kù)等）標(biāo)準(zhǔn)軟件（圖形、數(shù)據(jù)庫(kù)等）GIS基本功能軟件GIS應(yīng)用軟件用戶界面G

9、IS軟件基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)軟件GIS地理空間數(shù)據(jù) 柵格結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)定位拓?fù)潢P(guān)系屬性系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、管理和使用人員 GIS咨詢管理信息管理數(shù)據(jù)整理地理信息系統(tǒng)的功能和應(yīng)用文件圖表數(shù)據(jù)獲取 原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(kù) 地理信息系統(tǒng)的功能主要是完成流程中不同階段的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作。一般的GIS包括以下幾項(xiàng)基本功能: 1. 數(shù)據(jù)采集與輸入數(shù)據(jù)采集：GIS中使用的地圖信息需轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式即計(jì)算機(jī)能夠認(rèn)識(shí)的形式。 數(shù)據(jù)采集的方法與技術(shù)手扶跟蹤數(shù)字化儀；自動(dòng)化掃描輸入；遙感數(shù)據(jù)集成。 數(shù)據(jù)編輯與更新數(shù)據(jù)格式化、轉(zhuǎn)換、概括。數(shù)據(jù)的格式化：不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的

10、數(shù)據(jù)間變換，耗時(shí)、易錯(cuò)、需要大量計(jì)算量的工作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)比例尺的變化等。數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換：矢量到柵格的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)比例尺的變換：縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等方面，其中最為重要的是投影變換；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵步驟：如何進(jìn)行空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的組織。GIS數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)方式：目前大多數(shù)系統(tǒng)都是將二者分開(kāi)存儲(chǔ)，通過(guò)公共項(xiàng)（一般定義為地物標(biāo)識(shí)碼）來(lái)連接?？臻g數(shù)據(jù)：圖層文件屬性數(shù)據(jù)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)的定義與數(shù)據(jù)操作相分離，無(wú)法有效記錄地物在時(shí)間域上的變化屬性 空間查詢與分析空間查詢GIS最基本的分析功能：SQL，空間工具空間分析：GIS的核心功能，區(qū)別于其它的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。緩沖區(qū)

11、疊加分析網(wǎng)絡(luò)分析實(shí)體對(duì)象的運(yùn)算數(shù)據(jù)顯示與輸出：可視化地理數(shù)據(jù)表現(xiàn)的工具：屏幕顯示；報(bào)告、表格、地圖等硬拷貝圖件地理信息系統(tǒng)的地圖輸出功能資源清查地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用 GIS最初就是起源于資源清查，是GIS的最基本的職能，目前趨于成熟的主要應(yīng)用領(lǐng)域。資源清查包括土地資源，森林資源和礦產(chǎn)資源的清查、管理、土地利用規(guī)劃，野生動(dòng)物的保護(hù)等。GIS的主要任務(wù)是將各種來(lái)源的數(shù)據(jù)和信息有機(jī)地匯集在一起，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)，疊量分析等功能，按多種邊界和屬性條件，提供區(qū)域多種條件組合形式的資源統(tǒng)計(jì)和資源現(xiàn)狀分析，從而為資源的合理開(kāi)發(fā)、利用提供依據(jù)。 GIS在國(guó)際上典范中有：A、加拿大應(yīng)用GIS完成全國(guó)土地資源潛力和估算B

12、、利用GIS進(jìn)行世界小麥大面積估產(chǎn)的高準(zhǔn)確率-這些說(shuō)明GIS在資源清查方面的應(yīng)用趨于成熟。 災(zāi)害監(jiān)測(cè)GIS方法和多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)，可以有效地用于森林火災(zāi)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、洪水災(zāi)情監(jiān)測(cè)和淹沒(méi)損失估算，確定泄洪區(qū)內(nèi)人員撤退、財(cái)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(xiǎn)和防洪決策提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息。區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃 在進(jìn)行區(qū)域和城鎮(zhèn)規(guī)劃的過(guò)程中，要處理許多不同性質(zhì)和不同特點(diǎn)的問(wèn)題，涉及多方面要素，如資源、環(huán)境、人口、交通、經(jīng)濟(jì)、教育、文化和金融等，GIS將這些數(shù)據(jù)信息歸算到城市的統(tǒng)一系統(tǒng)之中，最后進(jìn)行城市和區(qū)域多目標(biāo)的開(kāi)發(fā)和規(guī)劃，包括城鎮(zhèn)總體規(guī)劃，城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)，城市環(huán)境選質(zhì)量評(píng)價(jià)，道路交通規(guī)劃，公

13、共設(shè)施配置及城市環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等，這些功能的實(shí)現(xiàn)是以GIS的一些數(shù)據(jù)處理和分析算法加以保證的，如GIS的空間搜索方法，多信息疊加處理和一系列的分析軟件，回歸分析，投入產(chǎn)出計(jì)算，模糊加權(quán)評(píng)價(jià)等。 環(huán)境管理返回作戰(zhàn)指揮交通運(yùn)輸宏觀決策 GIS利用地理數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)一系列決策模型的構(gòu)建和比較分析，可為國(guó)家宏觀決策提供依據(jù)。例如我國(guó)在三峽地區(qū)的研究中通過(guò)利用GIS和機(jī)助制圖的方法，建立環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為三峽工程的宏觀決策提供了建庫(kù)前后環(huán)境變化的數(shù)量，速度和演變趨勢(shì)等可靠數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)和數(shù)字地球 從哲學(xué)上說(shuō)，數(shù)字地球是對(duì)真實(shí)地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一性的數(shù)字化重現(xiàn)與認(rèn)識(shí)。從技術(shù)上說(shuō)，是一個(gè)在全球范圍內(nèi)建立的一個(gè)

14、以空間位置為主線，將信息組織起來(lái)的復(fù)雜系統(tǒng)，也就是全球范圍的以地理位置及其相互關(guān)系為基礎(chǔ)而組成的信息框架，并在該框架內(nèi)嵌入我們所能獲得的信息的總稱(chēng)。數(shù)字地球的概念和提出的背景 1998年，美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐诩永Ｄ醽喛茖W(xué)中心做了題為“數(shù)字地球認(rèn)識(shí)21世紀(jì)我們這個(gè)星球（The Digital Earth：Understanding Our Planet in the 21st Century）”的報(bào)告，第一次比較系統(tǒng)地闡述了數(shù)字地球的概念，“我相信我們需要一個(gè)數(shù)字地球，即一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)、多分辨率和三維的地球表示?！?數(shù)字地球的核心思想是用數(shù)字化手段統(tǒng)一地處理地球問(wèn)題和最大限度地利用信息資

15、源。 從內(nèi)容上說(shuō)，數(shù)字地球是在全球范圍內(nèi)建立一個(gè)以空間位置為主線，將信息組織起來(lái)的復(fù)雜系統(tǒng)，按地理坐標(biāo)整理構(gòu)造一個(gè)全球的信息模型，描述地球上每一點(diǎn)的全部信息，并提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段，使每一個(gè)人都可以快速、準(zhǔn)確、完整地了解和利用地球上各方面的信息。數(shù)字地球的特點(diǎn) 1. 多源、多比例尺、多分辨率數(shù)據(jù)無(wú)縫集成的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng) 數(shù)字地球所集成的數(shù)據(jù)是采用不同方式獲得的，可以是遙感數(shù)據(jù)、航測(cè)數(shù)據(jù)、航空雷達(dá)數(shù)據(jù)、各種攝影的圖像數(shù)據(jù)，還可以是數(shù)字化的地質(zhì)圖、地形圖以及各種地球物理、地球化學(xué)數(shù)據(jù)和其它各種專(zhuān)業(yè)圖像數(shù)據(jù)。這些柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)和相應(yīng)的文本數(shù)據(jù)顯然是多比例尺、多分辨率的。但在數(shù)字地球中，這些數(shù)據(jù)得以整合，形成無(wú)縫集成的數(shù)據(jù)源，它們分布地存儲(chǔ)在多個(gè)用高速網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)庫(kù)中，透明地為