地理信息系統(tǒng)的基本概念和理論

關(guān)于地理信息系統(tǒng)的基本概念和理論第一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)組織GIS的基本概念GIS的基本組成GIS軟件功能GIS的相關(guān)學(xué)科GIS與其他系統(tǒng)的區(qū)別GIS的發(fā)展及趨勢(shì)第二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS的基本概念

第三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日信息和地理信息

信息的定義：是用文字、數(shù)字、符號(hào)、語(yǔ)言、圖象、圖形等介質(zhì)來(lái)表達(dá)事件、事物或現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量和特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供的關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)和知識(shí)。信息的特征：客觀性適用性可傳輸性共享性數(shù)據(jù)的定義：是一種未加工的原始資料。用文字、數(shù)字、符號(hào)、語(yǔ)言、圖象、圖形等都是數(shù)據(jù)。信息與數(shù)據(jù)的關(guān)系：數(shù)據(jù)是信息表示的載體，信息是數(shù)據(jù)表示的內(nèi)容。信息第四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日信息和地理信息

地理信息的定義： 地理信息是關(guān)于地理實(shí)體、現(xiàn)象或關(guān)系的本質(zhì)、特征及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、規(guī)律的表征和一切有用的知識(shí)。地理數(shù)據(jù)的定義： 各種地理特征、現(xiàn)象和關(guān)系的符號(hào)化表示。包括空間位置及其關(guān)系、屬性特征和時(shí)域特征三部分。稱為空間數(shù)據(jù)的基本特征。地理信息的特征除了具備信息的一般特征外，還有以下特征：空間分布性數(shù)據(jù)量大信息載體多樣性時(shí)序性地理信息第五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日信息和地理信息

矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)ZipCodeCentroid9410294103地理數(shù)據(jù)的類型第六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日柵格數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)信息和地理信息

第七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

信息系統(tǒng)的定義：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)。在計(jì)算機(jī)時(shí)代，信息系統(tǒng)都部分或全部由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持，并由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素組成。智能化的系統(tǒng)還應(yīng)包括知識(shí)。分為事務(wù)處理系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)第八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日用戶計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)軟件知識(shí)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的概念模型可由下圖描述：信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

第九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）的定義：

是以采集、存儲(chǔ)、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面（包括大氣層在內(nèi)）與空間和地理分布有關(guān)的的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)空間信息系統(tǒng)。第十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

GIS對(duì)于不同的部門(mén)和不同的應(yīng)用目的，其定義也不盡相同。例如，美國(guó)學(xué)者Parker認(rèn)為“GIS是一種存貯、分析和顯示空間與非空間數(shù)據(jù)的信息技術(shù)”。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)”。加拿大的RogerTomlinson認(rèn)為“GIS是全方位分析和操作地理數(shù)據(jù)的數(shù)字系統(tǒng)?！盉urrough認(rèn)為“GIS是屬于從現(xiàn)實(shí)世界中采集、存儲(chǔ)、提取、轉(zhuǎn)換和顯示空間數(shù)據(jù)的一組有力的工具”。俄羅斯學(xué)者也把GIS定義為“一種解決各種復(fù)雜的地理相關(guān)問(wèn)題，以及具有內(nèi)部聯(lián)系的工具集合”。對(duì)地理信息系統(tǒng)的不同視點(diǎn)信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

第十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日地圖的使用者：他們需要從地圖上查找感興趣的東西。地圖生產(chǎn)者：編輯各種專題或綜合信息地圖。地圖出版者：需要高質(zhì)量的地圖輸出產(chǎn)品。地圖分析員：他們需要根據(jù)位置和空間關(guān)系完成分析任務(wù)。數(shù)據(jù)錄入人員：完成數(shù)據(jù)編輯。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者：需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。開(kāi)發(fā)者：需要實(shí)現(xiàn)GIS的軟件功能。與地理信息系統(tǒng)相關(guān)的角色（人）信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

第十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

GIS的物理外殼是計(jì)算機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)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)、可視化表達(dá)與輸出子系統(tǒng)等。這些子系統(tǒng)的構(gòu)成直接影響著GIS的硬件平臺(tái)、系統(tǒng)功能和效率、數(shù)據(jù)處理的方式和產(chǎn)品輸出的類型。地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

第十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS的操作對(duì)象是地理實(shí)體或空間數(shù)據(jù)。所謂地理實(shí)體指的是在人們生存的地球表面附近的地理圖層(大氣圖、水圖、巖石圖、生物圖)中可相互區(qū)分的事物和現(xiàn)象，即地理空間中的事物和現(xiàn)象。在地理信息系統(tǒng)中，所操作的只能是實(shí)體的數(shù)據(jù)，它們都有描述其質(zhì)量、數(shù)量、時(shí)間特征的屬性數(shù)據(jù)，也有其非屬性的數(shù)據(jù)——空間數(shù)據(jù)，即以點(diǎn)、線、面方式編碼并以(X、Y)坐標(biāo)串儲(chǔ)存管理的離散型空間數(shù)據(jù)，或者以一系列柵格單元表達(dá)的連續(xù)型空間數(shù)據(jù)。地理實(shí)體數(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、定量和拓?fù)潢P(guān)系的描述，即空間特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為地理數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

第十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

GIS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)綜合、模擬與分析評(píng)價(jià)能力，可以得到常規(guī)方法難以得到的重要信息。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等。其中，通過(guò)地理空間分析可以產(chǎn)生常規(guī)方法難以獲得的重要信息，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)支持下的地理過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬和決策支持，這既是GIS的研究核心，也是GIS的重要貢獻(xiàn)。地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

第十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

GIS與測(cè)繪學(xué)和地理學(xué)密切相關(guān)。地理學(xué)是一門(mén)研究人—地相互關(guān)系的科學(xué)，研究各自然界面的生物、物理、化學(xué)過(guò)程，以及探求人類活動(dòng)與資源環(huán)境間相互協(xié)調(diào)的規(guī)律，這為GIS提供了有關(guān)空間分析的基本觀點(diǎn)與方法，成為GIS的基礎(chǔ)理論依托。測(cè)繪學(xué)不但為GIS提供各種不同比例尺和精度的定位數(shù)據(jù)，而且其理論和算法可直接用于空間數(shù)據(jù)的變換和處理。地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

第十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日地理信息系統(tǒng)按存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的范圍大小，可劃分為全球的、區(qū)域的和局部的三種。地理信息系統(tǒng)按表達(dá)空間維數(shù)，分為2維和3維。通常GIS研究地球表層的若干要素的分布，屬2~2.5維GIS，布滿整個(gè)三維空間建立的GIS，才是真三維GIS。一般也將數(shù)字位置模型（2維）和數(shù)字高程模型（1維）的結(jié)合稱為2+1維或2.5維GIS。按是否直接存儲(chǔ)時(shí)間尺度，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。如果考慮時(shí)間維度，也稱為時(shí)態(tài)GIS或動(dòng)態(tài)GIS。否則為靜態(tài)。按事件處理內(nèi)容和方式，分為事務(wù)處理或管理GIS和決策支持GIS。地理信息系統(tǒng)的分類第十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS的基本組成

第十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日單機(jī)模式的硬件組成

主要由高檔計(jì)算機(jī)（高檔微機(jī)、工作站或小型機(jī)）、數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備組成。

計(jì)算機(jī)數(shù)字化儀掃描儀手寫(xiě)筆光筆輸入設(shè)備繪圖儀打印機(jī)刻錄機(jī)磁盤(pán)陣列磁帶機(jī)活動(dòng)硬盤(pán)輸出設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備第十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日網(wǎng)絡(luò)模式的GIS硬件組成（多用戶模式）

網(wǎng)絡(luò)模式的GIS主要在單機(jī)模式的基礎(chǔ)上增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如服務(wù)器、客戶機(jī)、路由器、交換機(jī)、集線器、傳輸介質(zhì)等。

第二十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS軟件組成

主要由系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件等）、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件（如Oracal、Sybase、SQLServer等）、GIS軟件平臺(tái)（如Arc/Info、MapInfo等）、應(yīng)用軟件（GIS二次開(kāi)發(fā)軟件、GIS組件庫(kù)等）組成。GIS平臺(tái)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)軟件系統(tǒng)軟件GIS應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)硬件第二十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS軟件功能

第二十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS可以做什么管理海量數(shù)據(jù)第二十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS可以做什么瀏覽查詢第二十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS可以做什么專業(yè)性分析第二十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS可以做什么路徑分析第二十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS可以做什么地圖整飾第二十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS可以做什么動(dòng)態(tài)分段第二十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS可以做什么斷面分析第二十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS可以做什么格網(wǎng)分析第三十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS可以做什么生成數(shù)字地面模型第三十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日三維地下體分析GIS可以做什么第三十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)分析與處理圖形與屬性編輯數(shù)據(jù)輸出與表示用戶接口GIS軟件系統(tǒng)構(gòu)成第三十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日各模塊功能（1）數(shù)據(jù)輸入模塊：將系統(tǒng)的外部原始數(shù)據(jù)（多種來(lái)源、多種形式的數(shù)據(jù)）傳輸給系統(tǒng)內(nèi)部，并將這些數(shù)據(jù)從外部格式轉(zhuǎn)換為便于系統(tǒng)處理的內(nèi)部格式。主要由手扶跟蹤數(shù)字化的矢量跟蹤數(shù)字化、掃描數(shù)字化的光柵掃描數(shù)字化、以及鍵盤(pán)輸入等方式。第三十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日各模塊功能（2）圖形與屬性編輯模塊：數(shù)據(jù)輸入完成后，對(duì)數(shù)據(jù)的分層、分類和編碼、編輯、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、剪裁、接邊、屬性輸入和屬性聯(lián)接等。（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊：主要將地理要素（通常是點(diǎn)、線、面）的位置、空間拓?fù)潢P(guān)系和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理。包括對(duì)數(shù)據(jù)的無(wú)縫圖層連接、分區(qū)、建立空間索引、設(shè)置數(shù)據(jù)訪問(wèn)機(jī)制等。第三十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日各模塊功能（4）數(shù)據(jù)分析與處理模塊：主要是對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行空間分析運(yùn)算和預(yù)處理運(yùn)算。包括查詢和提取等操作、柵格疊加分析和矢量疊加分析、空間聚類、路徑分析、資源分配、地址匹配等基本空間操作功能。（5）數(shù)據(jù)輸出與表示模塊：主要是數(shù)據(jù)的專題制圖輸出、統(tǒng)計(jì)報(bào)表輸出、方案選擇、可視化表示等。（6）用戶接口模塊：主要提供用戶界面、程序接口、數(shù)據(jù)接口和開(kāi)發(fā)環(huán)境等。第三十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS相關(guān)的學(xué)科

第三十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日地理學(xué)GIS遙感技術(shù)攝影測(cè)量學(xué)數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)制圖技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)專家系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)軟件工程第三十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS與其他系統(tǒng)的區(qū)別

第三十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日（1）與MIS系統(tǒng)的區(qū)別

管理信息內(nèi)容的不同（2）與制圖系統(tǒng)的區(qū)別

GIS強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的分析，制圖系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的表達(dá)（3）與CAD的區(qū)別

信息的分類和編碼系統(tǒng)。空間關(guān)系的重視第四十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日GIS的發(fā)展及趨勢(shì)

第四十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日.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(cè)量學(xué)家R.T.Tomlinson首先提出GIS這一術(shù)語(yǔ)，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年，Integraph公司建立；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(mén)、商業(yè)公司和大學(xué)的普遍重視。GIS的發(fā)展概況第四十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日推廣應(yīng)用階段（80年代），注重空間決策支持分析

1981年，ESRIARC/INFOGIS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(guó)際雜志出版；

1988年，美國(guó)人口調(diào)查局第一次公開(kāi)發(fā)布TIGER；

1988年，GISWorld首次發(fā)行；

1989年，Ingegraph發(fā)布MGE；GIS的發(fā)展概況第四十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日用戶時(shí)代（90年代后），注重GIS社會(huì)應(yīng)用與服務(wù)，GIS技術(shù)迅猛發(fā)展控件式GIS成為GISToo