第一講 什么是GIS

什么是地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)原理主講：李功權聯(lián)系方式：gongquan_li@126.comQQ:195648169研究方向：智能工程地理信息系統(tǒng)原理---前言為什么要學“地理信息系統(tǒng)”這門課？怎樣去學“地理信息系統(tǒng)”這門課？在“地理信息系統(tǒng)”這門課中，我們將學到什么？GIS人類信息80%以上與空間位置有關地學信息幾乎都與空間位置有關空間數(shù)據(jù)獲取處理分析展示應用這是一門什么性質(zhì)的課？基礎素質(zhì)教育課基礎理論課專業(yè)理論課基本技能課一、為什么要學“地理信息系統(tǒng)”這門課？《地理信息系統(tǒng)》課程簡介

《地理信息系統(tǒng)》是一門綜合性較強的課程，知識點多，具有學科與技術的統(tǒng)一性、發(fā)展與內(nèi)容更新的快速性、多學科集成（地理學、地圖學、測繪學、遙感科學、計算機科學、數(shù)據(jù)庫、信息科學等）、滲透性較強、空間抽象性強、研究對象的空間尺度變化大，應用范圍廣等特點。課程講述的主要內(nèi)容包括空間信息基礎、空間數(shù)據(jù)結構、空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)采集與處理、GIS空間分析原理與方法、地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品輸出、地理信息系統(tǒng)設計與標準化、GIS新技術等。其中，空間數(shù)據(jù)結構、空間數(shù)據(jù)處理、GIS空間分析原理與方法等為課程的中心內(nèi)容?！兜乩硇畔⑾到y(tǒng)》課程特點要掌握相關學科的知識。要重視技能訓練，重點掌握ArcInfo等基礎GIS軟件的操作和使用要經(jīng)常閱讀有關的文獻資料，掌握GIS學科的發(fā)展趨勢，努力更新自己的知識，不斷提高自己的能力。GIS是一門典型的交叉性學科1GIS是一門實踐性很強的學科2GIS是一門不斷發(fā)展的學科3《地理信息系統(tǒng)》課程的要求掌握地理信息系統(tǒng)的基本原理：

包括空間數(shù)據(jù)的語義學基礎、GIS的科學定義、空間關系和空間對象的表達、空間數(shù)據(jù)結構和類型、空間分析原理和地學模型方法等；掌握地理信息系統(tǒng)的基本技術和方法：

具有應用相關軟件從事空間數(shù)據(jù)的采集、存儲與管理、處理、分析和圖形創(chuàng)建的基本技能；初步具有應用GIS技術開展地學研究的能力：

包括地學應用模型的構建，應用型GIS的設計，主要GIS軟件系統(tǒng)的使用和評價等。

二、怎樣去學“地理信息系統(tǒng)”這門課？擬采取的教學方法：課堂講授：教材十分豐富，各有側(cè)重點，沒有必要每本都去仔細閱讀，這需要同學們自己開拓性的補充學習課堂討論：鼓勵踴躍參與討論，隨時提出問題專題調(diào)研：能針對具體問題，鼓勵自己動手查資料和上機實驗，最好能根據(jù)自己的心得寫出科技小論文網(wǎng)絡資源：充分利用網(wǎng)絡信息資源實地考察：有條件，可以嘗試對學校的空間布局環(huán)境等進行實地采集并在計算機上嘗試處理學習方法：1、地理信息系統(tǒng)學科的很多基礎知識，從技術角度，多取源于計算機軟件和硬件知識，同時也構建于計算機編程語言及各類計算機操作平臺、計算機圖形學、計算機輔助制圖、數(shù)據(jù)庫、三維可視化技術等之上，因此，學好地理信息系統(tǒng)的前提是系列計算機軟硬件技術，目前主要是程序設計、數(shù)據(jù)庫、計算機地圖制圖等技術。2、地理信息系統(tǒng)是一門以應用為主的技術學科，在學習時，一定要理論聯(lián)系實際，在學習該課程時，注重在計算機上進行相應軟件操作和進行實踐。3、在應用各種工具型GIS軟件時，不要貪多，學好某一種功能較好、較全且易于上手和實用的軟件，以及應用型專題GIS系統(tǒng)。在此基礎上，再逐步擴充學習。4、不要上手就想學習基于開發(fā)平臺進行地理信息系統(tǒng)開發(fā)，特別不要在初期就想用高級語言從底層進行系統(tǒng)軟件或模塊開發(fā)，這樣可能會適得其反。5、在課堂學習之外，要從Internet、期刊和圖書館多查閱GIS在各領域的應用文獻，，加深GIS對社會功能的認識，拓寬自己的知識面。二、怎樣去學“地理信息系統(tǒng)”這門課？學習方法：6、平常第二課堂的學習和觀察時，更多接觸的是地理空間實體，可多用你們所學的GIS系列知識，考慮這些實體的數(shù)字化采集、管理、分布和規(guī)劃等。7、課堂教學、實習課時間和內(nèi)容是有限的，同學們之間要多交流，自己要多尋找上機的機會，對各類GIS軟件的功能進行嘗試，久而久之，就會對GIS數(shù)據(jù)管理、分析、圖件制作功能有充分的認識，也會自然地運用到空間科學問題的研究中。8、在學習該課程時，所需的實例和素材，從哪兒來？這直接影響到掌握技術的程度。首先各類GIS相應的軟件都或多或少帶有空間性問題實例，也有大量應用素材；第二，應主動參加老師們的科研項目；第三，結合日常對自己周圍空間分布合理性現(xiàn)象的觀察，動腦自己建立一些素材進行實驗，這一點十分重要，是培養(yǎng)我們創(chuàng)造性和創(chuàng)新性能力的重要源泉。9、一定要有耐心，不要急，地理信息系統(tǒng)是一個工程體系，它設計遙感、測繪、計算機、地圖學、數(shù)學建模及環(huán)境科學專業(yè)知識，在學習各門知識時，要學會聯(lián)想學習，知識滲透。10、勇于求教，善于交流，不斷拓寬自己的知識面，注意的是，在拓寬自己知識面時，要注意與社會對空間信息科學與技術人才需要的方向相結合。二、怎樣去學“地理信息系統(tǒng)”這門課？參考教材：吳信才，地理信息系統(tǒng)原理與方法（第三版），電子工業(yè)出版社，2009.陸守一，地理信息系統(tǒng)，高等教育出版社，2004陳健飛譯，地理信息系統(tǒng)導論，科學出版社，2003陳述彭，地理信息系統(tǒng)導論，科學出版社，2002龔健雅，地理信息系統(tǒng)基礎，科學出版社,1998張超，地理信息系統(tǒng)，高等教育出版社，1995鄔倫，地理信息系統(tǒng)教程，北京大學出版社，1994湯國安，ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程，科學出版社，2006《地理信息系統(tǒng)》課程主要參考書參考資料參考書：《地理信息系統(tǒng)教程》，武漢大學出版社，胡鵬等著地理信息系統(tǒng)（上卷）——原理與技術（第二版）/GeographicalInformationSystems,Volume1,PrinciplesandTechnicalIssues,SecondEdition,MichaelF.Goodchild等地理信息系統(tǒng)（下卷）——管理與應用（第二版）/GeographicalInformationSystems,Volume2,ManagementIssuesandApplications,SecondEdition,MichaelF.Goodchild等參考網(wǎng)站/(地理信息系統(tǒng)論壇)/(3S視訊傳媒)/(GIS帝國)/(ESRI公司)/(美國國家地理數(shù)據(jù)中心)/（地理信息及分析中心）/（國家基礎地理信息中心）（中國地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享網(wǎng)）相關學術期刊InternationalJournalofGeographicalInformationScience(國際地理信息系統(tǒng)雜志)InternationalJournalofRemoteSensingComputersandGeosciencesTransactionsinGISGeoInformatica測繪學報武漢大學學報（信息科學版）測繪通報相關會議COSIT（ConferenceonSpatialInformationTheory）（空間信息理論會議）計算機科學、認知科學、心理學、機器人科學領域的學者會聚討論空間信息理論，每兩年一次分別在歐洲、北美舉行；是公認的GI理論研究的最高權威會議

ACM-GIS（計算機協(xié)會ACM關于GIS的學術討論會）SDH(SpatialDatabaseHandel)（空間數(shù)據(jù)處理會議）SSD/SSTD（大型時空數(shù)據(jù)庫學術會議）ISPRS（國際攝影測量與遙感）

GIS原理與方法1緒論2空間數(shù)據(jù)結構3

地理信息系統(tǒng)的地理數(shù)學基礎4地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入5地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理6空間數(shù)據(jù)管理9空間分析10數(shù)字高程模型14地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

三、在“地理信息系統(tǒng)”這門課中，我們將學到什么？教學大綱（僅供參考）總學時：56；周學時：4；其中：理論40學時，實驗16學時考核方式課堂表現(xiàn)（出勤、課堂作業(yè)）課后作業(yè)考試（閉卷）成績評定：30%平時+70%考試課堂基本要求：無故曠課三次以上取消考試資格保持課堂安靜，禁止交頭接耳、打電話禁止玩手機GIS—GeographicInformationSystem地理信息系統(tǒng)GIS=G+I+S昌平區(qū)地質(zhì)圖數(shù)據(jù)、圖件密集基于圖件決策GIS與石油GIS與石油地質(zhì)制圖GISBasedBasinMonitorinIHSGIS平臺地球化學測井地質(zhì)地球物理巖石物理資源管理油井管理管道管理管道保護區(qū)劃定作業(yè)區(qū)塊管理地震測線布置地震測線布置遠程數(shù)據(jù)可視化SourceReservoirSealCrapMigrationPreservationThefinalriskanalysis采油井的三維表達GoogleEarth兩個實例分析1.大學物理實驗按照實驗步驟采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理及分析數(shù)據(jù)畫圖報告輸出公園選址輔助決策1.地理信息系統(tǒng)的概念

公園選址輔助決策郊游公園具體位置的選擇需要滿足一定的要求：

1）依山傍水，地形有一定起伏，必須靠近天然的小河流；

2）交通方便，但周圍環(huán)境較安靜，公園距公路的距離最遠不得超過1.25km，最近不得小于0.25km；

3）空氣新鮮，有一定的植被覆蓋率；

4）等等其它條件；公園選址輔助決策總結：數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)處理和分析方案輸出地理信息系統(tǒng)是解決空間問題的有效的輔助決策支持工具。目前，地理信息系統(tǒng)還不能完全代替最終決策者。第一章－地理信息系統(tǒng)概述本章介紹了地理信息系統(tǒng)的一些最基本的、但又是非常重要的概念，包括信息、數(shù)據(jù)、信息系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)、空間信息和地理信息系統(tǒng)。有些概念，如空間信息和空間數(shù)據(jù)，還將得到進一步的闡述，實際上，空間數(shù)據(jù)也是本書中描述GIS功能的核心。GIS既是一項技術，也是一門學科，本章也介紹了它的主要研究內(nèi)容以及與其它學科，如地理學、地圖學、遙感等的關系。本章同時介紹了GIS的組成、分類、功能、發(fā)展歷史和展望，這些將在后面的章節(jié)中更為詳盡地被描述。

數(shù)據(jù)是指某一目標定性、定量描述的原始資料。指輸入到計算機并能被計算機進行處理的數(shù)字、文字、符號、聲音、圖像等符號。數(shù)據(jù)是對客觀現(xiàn)象的表示，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，隨載荷它的物理設備的形式而改變。1、數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)的特點：

數(shù)據(jù)格式依賴計算機系統(tǒng)，可以進行轉(zhuǎn)換，是用以載荷信息的物理符號，本身并無意義。第一節(jié)GIS基本概念

一、數(shù)據(jù)與信息一、數(shù)據(jù)與信息2、信息：用數(shù)字、文字、符號、語言等介質(zhì)來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征，以便向人們（或系統(tǒng)）提供關于現(xiàn)實世界新的事實的知識，作為生產(chǎn)、管理和決策的依據(jù)。第一節(jié)GIS基本概念

信息的特點：客觀性適用性共享性傳輸性1.地理信息系統(tǒng)的概念

1.1信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù)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。信息系統(tǒng)將地理空間的巨大數(shù)據(jù)流收集，組織和管理起來，經(jīng)過處理、轉(zhuǎn)換和分析變?yōu)閷ιa(chǎn)、管理和決策具有重要意義的有用信息，這是由建立信息系統(tǒng)的明確目的性所決定的；3）傳輸性：信息可在信息發(fā)送者和接受者之間進行傳輸,信息的傳輸網(wǎng)絡，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)應用提供可能性。1.地理信息系統(tǒng)的概念

1.1信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù)可以把數(shù)據(jù)比作原材料，而信息是對原材料處理的結果。如同一個木匠，在一些工具的幫助下，可以把木材做成有用的家具。同樣，計算機專業(yè)人員應用計算機的硬件和軟件把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息。1.地理信息系統(tǒng)的概念

1.1信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù)(三)兩者關系

有人認為，輸入的都叫數(shù)據(jù)，輸出的都叫信息，其實不然。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。

例如獨立的“1”、“0”均無意義。當它表示某實體在某個地域內(nèi)存在與否，它就提供了“有”“無”信息；當用它來標識某種實體的類別時，它就提供了特征碼信息(1)信息與數(shù)據(jù)是不可分離的；(2)信息是內(nèi)涵，數(shù)據(jù)是載體；(3)數(shù)據(jù)的形式多樣，但其中包含的信息內(nèi)容不變；(4)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獨立存在；而數(shù)據(jù)的格式往往與計算機系統(tǒng)有關，并隨載荷它的物理設備的形式而改變；(5)數(shù)據(jù)是原始事實，而信息是數(shù)據(jù)處理的結果；(6)不同知識、經(jīng)驗的人，對于同一數(shù)據(jù)的理解，可得到不同信息。3.信息與數(shù)據(jù)的聯(lián)系與區(qū)別第一節(jié)GIS基本概念

一、數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)是信息的表達、載體；信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，數(shù)據(jù)只有對實體行為產(chǎn)生影響才成為信息。信息與數(shù)據(jù)的關系1.地理信息系統(tǒng)的概念

1.1信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù)（五）地理數(shù)據(jù)定義：地理特征和現(xiàn)象間關系的符號化描述空間位置屬性特征時態(tài)特征地理信息：是有關地理實體的性質(zhì)、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對表達地理特征與地理現(xiàn)象之間關系的地理數(shù)據(jù)的解釋。地理信息是指與研究對象的空間地理分布有關的信息,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。4地理信息與GIS第一節(jié)GIS基本概念

地圖是將地理環(huán)境諸要素按照一定的數(shù)學法則，運用符號系統(tǒng)并經(jīng)過制圖綜合縮繪于平面上的圖形，以傳遞各種自然和社會現(xiàn)象的數(shù)量與質(zhì)量的空間分布和聯(lián)系以及隨時間的發(fā)展變化。A、空間性

—地理信息與空間位置有關。2）地理信息的特點：2）地理信息的特點：B、多維結構—指在同一位置上可有多種專題的信息結構。地形信息鉆孔信息地層信息2）地理信息的特點：C、時相特征—

地理信息隨時間動態(tài)變化。天池建設前后對比1992年昌平衛(wèi)星影像2、地學信息

與人類居住的地球有關的信息。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。二、地理信息與地學信息三、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)1、信息系統(tǒng)(InformationSystem,IS)信息系統(tǒng)是具有數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng)，它能夠為單一的或有組織的決策過程提供有用的信息。它能對數(shù)據(jù)和信息進行采集、存儲、加工和再現(xiàn)，具有采集、管理、分析和表達數(shù)據(jù)的能力。主要由計算機硬件軟件數(shù)據(jù)用戶四大要素組成。1.地理信息系統(tǒng)的概念

1.2信息系統(tǒng)(InformationSystem)及其類型1.地理信息系統(tǒng)的概念

1.2信息系統(tǒng)(InformationSystem)及其類型(二)信息系統(tǒng)的類型信息的需要完全取決于管理的層次，一般在組織中將信息系統(tǒng)分成三個管理層次：操作層（底層）、戰(zhàn)術層（中間層）和戰(zhàn)略層（頂層）。

1.地理信息系統(tǒng)的概念

1.2信息系統(tǒng)(InformationSystem)及其類型1）事物處理系統(tǒng)（TransactionProcessSystem，TPS）主要用以支持操作層人員的日常活動。它主要負責處理日常事務。2）管理信息系統(tǒng)（ManagementInformationSystem，MIS）需要包含組織中的事務處理系統(tǒng)，并提供了內(nèi)部綜合形式的數(shù)據(jù)，以及外部組織的一般范圍和大范圍的數(shù)據(jù)。1.地理信息系統(tǒng)的概念

1.2信息系統(tǒng)(InformationSystem)及其類型3）決策支持系統(tǒng)（DecisionSupportSystem，DSS）能從管理信息系統(tǒng)中獲得信息，幫助管理者制定好的決策。該系統(tǒng)是一組處理數(shù)據(jù)和進行推測的分析程序，用以支持管理者制定決策。4）人工智能和專家系統(tǒng)（ExpertSystem,ES）是能模仿人工決策處理過程的基于計算機的信息系統(tǒng)。專家系統(tǒng)擴大了計算機的應用范圍，使其從傳統(tǒng)的資料處理領域發(fā)展到智能推理上來。MIS能提供信息幫助制定決策，DSS能幫助改善決策的質(zhì)量，專家系統(tǒng)應用智能推理制作決策并解釋理由。專家系統(tǒng)知識庫推理機解釋系統(tǒng)用戶接口知識獲取什么是地理信息系統(tǒng)GIS的概念框架

GIS的定義、理解和框架體系結構

GIS的基本內(nèi)容

GIS技術涉及的基本內(nèi)容

GIS的組成硬件、軟件、空間數(shù)據(jù)、管理人員

GIS的功能基本要求、具體功能

GIS與相關學科

GIS的學科樹

GIS的特性

GIS與相關系統(tǒng)區(qū)別和聯(lián)系

GIS的發(fā)展英文名稱：GeographicInformationSystem，簡稱GIS

由于研究和應用領域的不同，人們對地理信息系統(tǒng)的定義仍存在分歧。一般可分為3種觀點：二、地理信息系統(tǒng)定義第一節(jié)GIS基本概念

地圖學觀空間分析觀數(shù)據(jù)庫觀1、地圖觀：

來自于制圖學派，強調(diào)GIS是一個地圖處理和顯示系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，每個數(shù)據(jù)集被看成一張地圖，或者一個圖層（Layer），或者一個專題（Theme），或者覆蓋（Coverage），利用GIS的相關功能對數(shù)據(jù)集進行操作和運算，就可以得到新的地圖。第一節(jié)GIS基本概念

第一節(jié)GIS基本概念

2、數(shù)據(jù)庫觀

來自于計算機學派，強調(diào)數(shù)據(jù)庫理論和技術方法對GIS設計、操作的重要性。第一節(jié)GIS基本概念

3、空間分析觀

來自于地理學派，強調(diào)空間分析和模擬的重要性。實際上，GIS空間分析功能是它與CAD、MIS系統(tǒng)的主要區(qū)別之一，也是GIS理論和技術方法發(fā)展的動力。

定義：

GIS是由計算機硬軟件、地理數(shù)據(jù)和用戶組成，通過對地理數(shù)據(jù)的采集，輸入、存儲、檢索、操作和分析，生成并輸出各種地理數(shù)據(jù)，從而為工程設計、土地利用、資源管理、城市管理、環(huán)境監(jiān)測、管理決策等應用服務的計算機系統(tǒng)。第一節(jié)GIS基本概念

其他參考定義……2.地理信息系統(tǒng)及其類型

2.1地理信息系統(tǒng)不同領域、不同專業(yè)對GIS的理解不同，目前沒有完全統(tǒng)一的被普遍接受的定義：1)Goodchild把GIS定義為“采集、存貯、管理、分析和顯示有關地理現(xiàn)象信息的綜合系統(tǒng)”。2)俄羅斯學者也把GIS定義為“一種解決各種復雜的地理相關問題，以及具有內(nèi)部聯(lián)系的工具集合”。3)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)”。4)英國教育部認為：“GIS是一種獲取、存儲、檢索、操作、分析和顯示地球空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)”。三、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對空間相關數(shù)據(jù)進行采集、管理、操作、模擬、分析和顯示的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。2、地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合體GISGIS地理信息系統(tǒng)（GIS）是什么？空間數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)2.地理信息系統(tǒng)及其類型

2.1地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)術語（GIS）北美、歐洲：GeographicalInformationSystem加拿大：Geomatigue中國：ResourceandEnvironmentalInformationSystem技術內(nèi)涵：Geo-relationalInformationSystem信息科學：SpatialInformationSystem應用類型：NaturalResourcesInformationSystemLandInformationSystemTransportationGeographicalInformationSystem地學應用：GeoScience專業(yè)雜志：GeographicalInformationScience(英國)Geo-InformationSystem（德國）2.地理信息系統(tǒng)及其類型

2.1地理信息系統(tǒng)GIS中“S”含義的演變：System：系統(tǒng)（技術）技術層面，強調(diào)對地理數(shù)據(jù)的管理和分析Science：科學（GIScience）廣義上的地理信息系統(tǒng)，一個科學體系Service：服務（GISservice）從技術型研究型向服務層面轉(zhuǎn)移本課程將地理信息系統(tǒng)限制在技術層面，從系統(tǒng)的角度進行GIS基本理論和技術方法的闡述。1.地理信息系統(tǒng)的概念

1.2信息系統(tǒng)(InformationSystem)及其類型2.地理信息系統(tǒng)及其類型

2.1地理信息系統(tǒng)(二)地理信息系統(tǒng)和4M對于地理學家、城市規(guī)劃人員、資源管理者等使用地理信息的人們而言，他們觀察并量測（Measure）環(huán)境參數(shù)，并制作地圖（Map）描述了地球的特征；他們監(jiān)測（Monitor）周圍環(huán)境的變化，對影響環(huán)境的過程和活動建立模型（Model）。這四項活動（4M），通過應用GIS技術，都可以得到改善和提高。GIS定義—概念框架用戶界面系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理產(chǎn)品生成產(chǎn)品輸出空間數(shù)據(jù)處理空間數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫建立GIS定義—對GIS的理解GIS的物理外殼是計算機化的技術系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)、可視化表達與輸出系統(tǒng)等組成，影響著GIS硬件平臺、系統(tǒng)效率和功能、數(shù)據(jù)處理方式和產(chǎn)品類型。GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù)地理數(shù)據(jù)—屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)。GIS對空間數(shù)據(jù)的管理好操作，是GIS區(qū)別于其它信息系統(tǒng)的根本標志，也是技術難點之一。GIS定義—對GIS的理解（續(xù)）GIS的技術優(yōu)勢在于它的空間分析能力

GIS獨特的地理空間分析能力、快速的空間定位搜索和復雜的查詢功能、強大的圖形處理和表達、空間模擬和空間決策支持等，可產(chǎn)生常規(guī)方法難以獲得的重要信息，這是GIS的重要貢獻。GIS與地理學、測繪學聯(lián)系緊密地理學是GIS的理論依托，為GIS提供有關空間分析的基本觀點和方法。測繪學為GIS提供各種定位數(shù)據(jù)，其理論和算法可直接用于空間數(shù)據(jù)的變換和處理。

GIS引入地學界，如同F(xiàn)ortran語言引入計算機科學界一樣重要。

美國學者K.I.蘭菲爾

GIS定義—GIS在信息系統(tǒng)中的位置信息系統(tǒng)非空間信息系統(tǒng)專題地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)非地理信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)綜合地理信息系統(tǒng)CAD/CAM空間信息系統(tǒng)地籍GIS交通GIS資源與環(huán)境GIS規(guī)劃與管理GIS數(shù)據(jù)模型矢量GIS柵格GIS矢-柵GIS研究范圍全球GIS區(qū)域GIS研究內(nèi)容5.地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容

5.1研究內(nèi)容地理信息系統(tǒng)是在地理學研究和生產(chǎn)實踐的需求中產(chǎn)生，地理信息系統(tǒng)的應用使技術系統(tǒng)不斷完善，并逐漸發(fā)展了地理信息系統(tǒng)的理論；理論研究又指導開發(fā)新一代高效地理信息系統(tǒng)，并不斷拓寬其應用領域，加深應用的深度；地理信息系統(tǒng)的應用，又對理論研究和技術方法提出了更高的要求。

5.地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容

5.1研究內(nèi)容地理信息系統(tǒng)工具應用方法技術系統(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)涵理論體系構成、特點、功能、任務發(fā)展歷史與發(fā)展方向硬件配置數(shù)據(jù)結構地學專家系統(tǒng)專題分析模型輸入、輸出系統(tǒng)應用系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)采集與校驗GIS基本內(nèi)容美國地理信息與分析中心GIS教學大綱一、概論

引言、硬/軟件、柵格GIS、數(shù)據(jù)獲取、空間數(shù)據(jù)性質(zhì)、空間現(xiàn)象及關系、GIS功能、柵格/矢量數(shù)據(jù)模型對比與相關問題二、GIS技術問題坐標系統(tǒng)與地理編碼、矢量數(shù)據(jù)結構與算法、柵格數(shù)據(jù)存儲、關于地表的數(shù)據(jù)結構及其算法、客體與時間、數(shù)據(jù)庫、誤差模擬與不確定性、可視化技術三、GIS應用

GIS應用領域、決策支持、系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)實現(xiàn)、GIS發(fā)展趨勢GIS基本內(nèi)容（續(xù)）UnwinGIS教學大綱一、概論GIS定義與歷史、作為商品的數(shù)據(jù)與信息、GIS應用潛力二、GIS制圖與空間分析空間數(shù)據(jù)類型、地理參考、地圖投影、坐標變換、空間基本概念、點線面的基本操作三、計算機環(huán)境下的實現(xiàn)不同層次信息的數(shù)字表達、數(shù)據(jù)模型、誤差、矢量/柵格討論、計算機技術進展四、GIS操作硬件、數(shù)據(jù)存儲媒介、處理器與處理環(huán)境、顯示、生產(chǎn)系統(tǒng)舉例五、GIS應用應用領域、全球尺度應用、GIS決策、項目管理、價格效益分析六、機構問題數(shù)據(jù)使用權、質(zhì)量保證與標準、法律意義、GIS管理、GIS教育與培訓GIS基本內(nèi)容（續(xù)）計算機軟件、硬件空間數(shù)據(jù)獲取空間數(shù)據(jù)表達與數(shù)據(jù)結構空間數(shù)據(jù)處理空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)分析空間數(shù)據(jù)的顯示與可視化GIS應用GIS項目管理、開發(fā)、質(zhì)量保證與標準化GIS教育與培訓GIS的組成—概論系統(tǒng)軟件系統(tǒng)硬件空間數(shù)據(jù)GIS用戶GIS的組成—硬件—基本配置輸入設備專用設備常規(guī)設備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、鼠標處理設備工作站服務器硬盤陣列存儲設備活動硬盤光盤機磁帶機輸出設備繪圖儀終端打印機GIS的組成—硬件—應用模式單機模式：由基本外設、處理設備和輸出設備構成適用于小型GIS建設數(shù)據(jù)傳輸與資源共享不方便GIS的組成—硬件—應用模式局域網(wǎng)模式：部門或單位內(nèi)部GIS建設專線連接資源共享較方便輸出用戶組1輸入……GIS中央數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)管Intranet用戶組nGIS的組成—硬件—應用模式廣域網(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)用戶用戶主干網(wǎng)InternetGIS的組成—軟件結構操作系統(tǒng)（系統(tǒng)調(diào)用、設備運行、網(wǎng)絡等）系統(tǒng)庫（編程語言、數(shù)學庫等）標準軟件（圖形、數(shù)據(jù)庫等）GIS基本功能軟件GIS應用軟件用戶界面GIS軟件基礎軟件系統(tǒng)軟件GISGIS的組成—軟件—系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要是計算機的操作系統(tǒng)以及各種標準外設的驅(qū)動軟件，目前流行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、UNIX等。系統(tǒng)軟件關系到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的組成—軟件—基礎軟件數(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、SQLServer、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)展前景的模型是面向?qū)ο髷?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等關系數(shù)據(jù)庫管理軟件都相繼增加了空間數(shù)據(jù)類型。而ESRI公司的SDE（SpatialDatabaseEngine）也是基于關系數(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AutoMapGIS軟件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGEGIS軟件GIS的組成—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的組成—空間數(shù)據(jù)柵格結構矢量結構GIS的操作對象為空間數(shù)據(jù)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：矢量結構、柵格結構；空間數(shù)據(jù)管理：幾何數(shù)據(jù)：文件屬性數(shù)據(jù)：關系數(shù)據(jù)庫GIS的組成—管理人員GIS咨詢管理信息管理數(shù)據(jù)整理GIS的開發(fā)是以人為本的系統(tǒng)工程。業(yè)務素質(zhì)與專業(yè)知識是GIS工程及應用成功的關鍵。不但對GIS的技術和功能有足夠的了解，而且要具備組織管理管理的能力。技術培訓、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)共享建設等。GIS的功能—基本功能（核心問題）位置（Locations）條件（Conditions）趨勢（Trends）模式（Patterns）模型（Models）GIS的功能—基本功能—位置某個特定位置有什么？幾何查屬性例：國家屬性查詢GIS的功能—基本功能—條件滿足給定條件的地理對象分布屬性查位置例：客戶分布GIS的功能—基本功能—趨勢地理對象隨時間的變化例：人口變化趨勢GIS的功能—基本功能—模式空間對象的分布模式問題揭示空間對象的空間關系例：商業(yè)服務競爭GIS的功能—基本功能—模型解決問題方案基于模型的例：公園選址GIS的功能—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、表格交互展示結構化數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)庫3.地理信息系統(tǒng)的功能概述

一、數(shù)據(jù)采集與編輯地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通常抽象為不同的專題或?qū)覩IS的功能—基本功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取GIS的功能—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)在入庫時在內(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：投影方式數(shù)據(jù)概化：平滑、特征集結數(shù)據(jù)重構：幾何形態(tài)變換（拼接、截取、壓縮、結構）地理編碼：拓撲結構3.地理信息系統(tǒng)的功能概述

二、數(shù)據(jù)處理和變換數(shù)據(jù)處理的任務和操作內(nèi)容有：1)數(shù)據(jù)變換：指對數(shù)據(jù)從一種數(shù)學狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)學狀態(tài)，包括投影變換、輻射糾正、比例尺縮放、誤差改正和處理等；2)數(shù)據(jù)重構：指對數(shù)據(jù)從一種幾何形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種幾何形態(tài)，包括數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)截取、數(shù)據(jù)壓縮、結構轉(zhuǎn)換等；3)數(shù)據(jù)抽?。褐笇?shù)據(jù)從全集合到子集的條件提取，包括類型選擇、窗口提取、布爾提取和空間內(nèi)插等。3.地理信息系統(tǒng)的功能概述

三、數(shù)據(jù)存儲與管理這是建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的關鍵步驟，涉及到空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的組織。空間數(shù)據(jù)模型：柵格模型、矢量模型或柵格/矢量混合模型空間數(shù)據(jù)管理模式：空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)一體化存儲數(shù)據(jù)庫技術：空間索引GIS的功能—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)結構矢量結構、柵格結構、柵格/矢量結構決定著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)絡模型、關系模型混合管理模式3.地理信息系統(tǒng)的功能概述

三、數(shù)據(jù)存儲與管理StatesRoadsCapitalsRiversLakes數(shù)據(jù)分層管理3.地理信息系統(tǒng)的功能概述

三、數(shù)據(jù)存儲與管理空間和屬性數(shù)據(jù)的關聯(lián)GIS的功能—功能實現(xiàn)檢索與分析空間檢索空間分析空間分析地形分析網(wǎng)絡分析緩沖區(qū)分析幾何量測地圖分析疊置分析統(tǒng)計分析決策分析位置查詢屬性查詢拓撲查詢空間查詢3.地理信息系統(tǒng)的功能概述

四、空間查詢和分析1)空間查詢：空間查詢是GIS最基本的功能，包括已知屬性查圖形，已知圖形查屬性及多種條件的綜合查詢；3.地理信息系統(tǒng)的功能概述

四、空間查詢和分析2)拓撲疊加：通過將同一地區(qū)兩個不同圖層的特征相疊加，建立新的空間特征，易于進行多條件的查詢檢索、地圖裁剪、地圖更新和應用模型分析等；3.地理信息系統(tǒng)的功能概述

四、空間查詢和分析3)緩沖區(qū)建立：它是研究根據(jù)數(shù)據(jù)庫的點、線、面實體，自動建立各種類型要素的緩沖多邊形，用以確定不同地理要素的空間接近度或鄰近性。3.地理信息系統(tǒng)的功能概述

四、空間查詢和分析4)網(wǎng)絡分析：以運籌學中的網(wǎng)絡模型為基礎。如在城市各街道區(qū)建立圖書館、醫(yī)院等公共設施，希望各居民住家能到這些設施的路途最短，而在建立消防站、救護車站時，需要路途最短，花費時間最少等。3.地理信息系統(tǒng)的功能概述

四、空間查詢和分析5)數(shù)字地形分析：GIS提供了構造數(shù)字高程模型及有關地形分析的功能模塊，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷線、山脊線、日照強度、庫容量、表面積、立體圖、剖面圖和通視分析等GIS的功能—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

一、基本功能－空間查詢和分析數(shù)據(jù)顯示與輸出GIS的功能—功能實現(xiàn)用戶界面GIS的功能—功能實現(xiàn)二次開發(fā)GIS的空間分析技術與手段是有限的，而實際應用模型是無可枚舉的，任何GIS都應提供二次開發(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VC++、VB、Delphi等組件開發(fā)：如MapInfo的MapX；GIS應用實例——512地震GIS應用實例——512地震estimatedpopulationexposuresof1,500atintensityIXorgreaterand5,700atintensityVIII,resultingin41deaths.Additionally,amagnitude7.3struckthisregionin1933killing6,800people.Recentearthquakesinthisareahavealsotriggeredlandslidehazardsthathavecontributedtolosses.Usersshouldconsiderthepreliminarynatureofthisinformationandcheckforupdatesasadditionaldatabecomesavailable.GIS應用實例——512地震GIS應用實例——2008雪災GIS應用實例——北京市公路可視化管理信息系統(tǒng)GIS應用實例——北京市公路可視化管理信息系統(tǒng)GIS應用實例——ArcGIS三維可視化GIS應用實例——巴西電信基站負荷信息查詢GIS應用實例——洛杉磯公共衛(wèi)生資源管理系統(tǒng)GIS應用實例——長江航運信息網(wǎng)絡工程業(yè)務GIS系統(tǒng)GIS應用實例——SARS疫情圖GIS應用實例——疾病態(tài)勢統(tǒng)計和情形模擬GIS應用實例——颶風災害應急處置GIS應用實例——突發(fā)事件應急標繪系統(tǒng)GIS應用實例——國土資源管理信息系統(tǒng)GIS應用實例——洪水易損性分析GIS應用實例——環(huán)境空氣質(zhì)量評價NO2濃度分布圖京杭大運河管理系統(tǒng)空氣污染事故模型分析沙漠化預警預測分析危險源和危險化學品的管理可視化污染分析評價污染源泄漏一體化地籍信息系統(tǒng)城市土地利用信息系統(tǒng)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)療機構信息查詢GIS與相關學科地理學遙感制圖學CAD與計算機圖形學測量與攝影測量GIS考古學人文地理學公共管理社會學流行病學健康護理規(guī)劃森林學土壤科學地貌學環(huán)境科學地質(zhì)學生態(tài)學水文學氣象學公共信息查詢礦產(chǎn)開發(fā)設施維護產(chǎn)業(yè)/商業(yè)市場旅游業(yè)資產(chǎn)管理計算機科學制圖學可視化符號學測量遙感照相測量法數(shù)學數(shù)據(jù)庫計算機圖形學統(tǒng)計學地理統(tǒng)計學人工智能認知科學社會－經(jīng)濟測量地形測量環(huán)境測量GIS特征GIS與CAD、CAMGIS與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）GIS與管理信息系統(tǒng)（MIS）GIS與遙感信息處理系統(tǒng)（RS）GIS與機助制圖系統(tǒng)、地圖數(shù)據(jù)庫GIS特征（續(xù)）GIS與CAD、CAM：坐標參考系統(tǒng)處理圖形、非圖形數(shù)據(jù)；對空間對象的空間相關關系建立和處理CAD不能建立地理坐標統(tǒng)和完成地理坐標變換；CAD處理多為規(guī)則圖形，而GIS為非幾何圖形；CAD圖形功能強而屬性處理能力若，而GIS圖形與屬性的操作比較頻繁，且專業(yè)化特征比較強；GIS的數(shù)據(jù)量比CAD大得多，數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)類型復雜，數(shù)據(jù)之間聯(lián)系緊密；CAD不具備地理意義上的查詢和分析能力；GIS特征（續(xù)）GIS與MIS對屬性數(shù)據(jù)進行管理和處理對圖形數(shù)據(jù)進行存儲GIS對圖形和屬性數(shù)據(jù)共同管理、分析和應用；MIS一般只處理屬性數(shù)據(jù)，對圖形數(shù)據(jù)以文件形式進行管理，圖形要素不能分解、查詢，圖形與數(shù)據(jù)之間沒有聯(lián)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。GIS特征（續(xù)）GIS與RS處理系統(tǒng)遙感數(shù)據(jù)是GIS的重要信息源。經(jīng)過遙感信息系統(tǒng)處理的遙感信息，或進入GIS系統(tǒng)作為制圖的背靜圖象，或是與經(jīng)過分類的信息協(xié)同GIS與遙感的集成分析。遙感圖象信息處理系統(tǒng)是專門用于對遙感數(shù)據(jù)進行處理的軟件，主要強調(diào)對遙感數(shù)據(jù)的幾何處理、灰度處理和專題信息提取，具有較強的制圖功能，可設計豐富的符號和注記，雖有空間疊置分析空能，但由于缺少實體空間關系的描述，難以進行空間實體的空間關系查詢、屬性查詢及網(wǎng)絡分析等。面向位置的特征遙感圖象處理系統(tǒng)不能看作是GIS。GIS特征（續(xù)）GIS與機助制圖系統(tǒng)、地圖數(shù)據(jù)庫GIS的主要技術基礎強調(diào)空間數(shù)據(jù)的處理、顯示與表達空