第一章 地理信息系統(tǒng)概述 - 副本

主講人：GIS在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用第一章地理信息系統(tǒng)概述信息和地理信息、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)基本概念和本質(zhì)特征地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能地理信息系統(tǒng)的特性地理信息系統(tǒng)的發(fā)展和前景§1.信息和地理信息、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)（Data）：是人類在認(rèn)識(shí)世界過程中，定性或定量描述認(rèn)識(shí)目標(biāo)的直接記錄或原始資料信息（Information）：指采用數(shù)字、文字、符號(hào)、語言等介質(zhì)向人類提供有意義的消息或因素特征：客觀性、適用性、傳輸性和共享性數(shù)據(jù)和信息的關(guān)系數(shù)據(jù)是信息的載體，是人類認(rèn)識(shí)過程的直接記錄或原始素材，是客觀對(duì)象的表示；信息是潛在于數(shù)據(jù)中的意義，是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋，是對(duì)數(shù)據(jù)加工后的有認(rèn)識(shí)意義的結(jié)果信息和地理信息地理信息（GeographicInformation）：是指與研究對(duì)象空間地理分布有關(guān)的信息，它表示地表物體和環(huán)境固有的數(shù)據(jù)、質(zhì)量、分布特征，是具有聯(lián)系的數(shù)字、文字、圖形、圖像等的總稱信息和地理信息的關(guān)系地理信息屬于空間信息，它與一般信息的區(qū)別在于它具有區(qū)域性、多維性和動(dòng)態(tài)性§1.信息和地理信息、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)§1.信息和地理信息、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)：是一種采集、輸入數(shù)據(jù)，按照人們的指令進(jìn)行加工處理，管理和分析數(shù)據(jù)，并輸出有用信息的系統(tǒng)。主要功能：數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達(dá)本質(zhì)特征：從數(shù)據(jù)中提取和發(fā)掘有用信息構(gòu)成要素：計(jì)算機(jī)用戶、硬件、軟件和數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)功能框示意圖數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)的顯示與輸出數(shù)據(jù)處理與分析用戶界面問答§1.信息和地理信息、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)§1.信息和地理信息、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)分類管理信息系統(tǒng)（managementinformationsystem，MIS）決策支持系統(tǒng)（decisionsupportsystem，DSS）智能決策支持系統(tǒng)（intelligentdecisionsupportsystem，IDSS）空間信息系統(tǒng)（spatialinformationsystem，SIS）§2.地理信息系統(tǒng)基本概念和本質(zhì)特征地理信息系統(tǒng)定義（據(jù)FICCDC）

GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。用戶界面系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫建立和數(shù)據(jù)輸入空間數(shù)據(jù)處理和分析產(chǎn)品生成和輸出地理信息系統(tǒng)區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：地理空間數(shù)據(jù)和信息的特殊復(fù)雜性必須具備科學(xué)可視化功能區(qū)域性和多層次數(shù)據(jù)量大注重空間分析§2.地理信息系統(tǒng)基本概念和本質(zhì)特征地理信息系統(tǒng)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系依賴于地理學(xué)、測繪學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科與遙感技術(shù)、攝影測量學(xué)和人工智能與專家系統(tǒng)關(guān)系密切其物理外殼是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)圖像圖像技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)OA技術(shù)人工智能、專家系統(tǒng)§2.地理信息系統(tǒng)基本概念和本質(zhì)特征§2.地理信息系統(tǒng)基本概念和本質(zhì)特征以研究對(duì)象性質(zhì)和內(nèi)容分類綜合性地理信息系統(tǒng)專題性地理信息系統(tǒng)以研究對(duì)象分類范圍分類全球性地理信息系統(tǒng)區(qū)域性地理信息系統(tǒng)§2.地理信息系統(tǒng)基本概念和本質(zhì)特征以地理信息系統(tǒng)應(yīng)用功能分類工具型地理信息系統(tǒng)應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型分類矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息系統(tǒng)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息系統(tǒng)混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的類型§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)硬件空間數(shù)據(jù)用戶GIS的基本構(gòu)成§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)主機(jī)輸入設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備輸出設(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)備工作站服務(wù)器硬盤陣列存儲(chǔ)設(shè)備活動(dòng)硬盤光盤機(jī)磁帶機(jī)輸出設(shè)備繪圖儀終端打印機(jī)§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)管理：Windows、Unix數(shù)據(jù)庫軟件：Oracle、SQLServer、SDE(SpatialDatabaseEngine—空間數(shù)據(jù)引擎)GIS專業(yè)軟件應(yīng)用程序操作系統(tǒng)（系統(tǒng)調(diào)用、設(shè)備運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)等）系統(tǒng)庫（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軟件基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)軟件GIS§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能空間數(shù)據(jù)空間位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)地理實(shí)體之間空間拓?fù)潢P(guān)系地理實(shí)體之間空間位置的屬性數(shù)據(jù)§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能系統(tǒng)使用、管理和維護(hù)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(wù)素質(zhì)與專業(yè)知識(shí)是GIS工程及應(yīng)用成功的關(guān)鍵。不但對(duì)GIS的技術(shù)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(shù)培訓(xùn)、硬件維護(hù)與更新、系統(tǒng)升級(jí)、數(shù)據(jù)更新、文檔管理、數(shù)據(jù)共享建設(shè)等。§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能空間數(shù)據(jù)采集與編輯空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理應(yīng)用模型（二次開發(fā)與編程）空間數(shù)據(jù)處理和分析拓?fù)浏B合緩沖區(qū)建立數(shù)字地形分析空間集合分析空間數(shù)據(jù)輸出與展示GIS的主要功能模塊采集數(shù)據(jù)§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能管理各行業(yè)數(shù)據(jù)測繪、勘測、規(guī)劃、土地、交通、管線、農(nóng)林、水利、環(huán)保、油田、軍事……§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能管理海量數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能路徑分析§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能地圖整飾§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能格網(wǎng)分析§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能生成數(shù)字高程模型§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能三維地下體分析§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能§3.地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能地理信息系統(tǒng)與其他學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)§4.地理信息系統(tǒng)的特性機(jī)助制圖是GIS的主要技術(shù)基礎(chǔ)，它涉及GIS中的空間數(shù)據(jù)采集、表示、處理、可視化甚至空間數(shù)據(jù)的管理。主要強(qiáng)調(diào)空間數(shù)據(jù)的處理、顯示與表達(dá)，有些數(shù)字制圖系統(tǒng)包含空間查詢功能。GIS與機(jī)助制圖最主要的區(qū)別在空間分析方面。功能完善的GIS可包含所有機(jī)助制圖的所有功能，此外它還具有豐富的空間分析功能。數(shù)字地圖及制圖是GIS的重要組成部分：①數(shù)字地圖是GIS的重要數(shù)據(jù)源；②GIS的處理分析結(jié)果常用數(shù)字地圖形式來表現(xiàn)和輸出。GIS與機(jī)助制圖系統(tǒng)§4.地理信息系統(tǒng)的特性數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要指一般商用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如Oracle、SQLSever、SyBase、Infomix、FoxPro等，它們不僅是一般的事務(wù)管理系統(tǒng)，而且通常也是GIS中屬性數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)軟件。目前甚至有些GIS的圖形數(shù)據(jù)也交給關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也在向空間數(shù)據(jù)管理方面擴(kuò)展；兩者之間的區(qū)別表現(xiàn)在：GIS除需要功能強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)的管理功能外，還需要具有圖形數(shù)據(jù)的采集、空間數(shù)據(jù)的可視化和空間分析功能，因此GIS在硬件和軟件方面均比一般事務(wù)數(shù)據(jù)庫要復(fù)雜，在功能上也比后者要多得多。GIS與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)§4.地理信息系統(tǒng)的特性CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）是計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用與機(jī)械、建筑、工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品和工程的圖形。GIS與CAD共同特點(diǎn)是兩者都有坐標(biāo)參考系統(tǒng)，都能描述和處理圖形數(shù)據(jù)及其空間關(guān)系，也都能處理非圖形屬性數(shù)據(jù)。兩者主要區(qū)別在于：CAD處理的多為規(guī)則的幾何圖形及組合，圖形功能極強(qiáng)，屬性功能相對(duì)較弱；GIS處理的圖形關(guān)系復(fù)雜，需要較強(qiáng)的空間分析功能，且多具有專業(yè)化的特征。此外，CAD一般僅在單幅圖上操作，海量數(shù)量的圖庫管理管理能力不如GIS。GIS與CAD§4.地理信息系統(tǒng)的特性遙感圖像處理系統(tǒng)是專門用于對(duì)遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理的軟件。它主要強(qiáng)調(diào)對(duì)遙感柵格數(shù)據(jù)的幾何處理、灰度處理和專題信息提取。遙感數(shù)據(jù)是GIS的一個(gè)重要信息源。兩者區(qū)別:遙感圖像處理系統(tǒng)還不便于用作GIS，它一般缺少實(shí)體的空間關(guān)系描述，難以進(jìn)行實(shí)體的屬性和空間關(guān)系查詢以及網(wǎng)絡(luò)分析等功能；但有些基于柵格的GIS除了能進(jìn)行遙感圖像處理之外，還具有空間疊置分析等GIS的分析功能。GIS與遙感圖像處理系統(tǒng)§4.地理信息系統(tǒng)的特性GIS與一般事務(wù)處理系統(tǒng)處理的主要區(qū)別在于：①事務(wù)處理系統(tǒng)處理的是一般的數(shù)字、文字等數(shù)據(jù)，而GIS處理的是空間數(shù)據(jù)，它不僅包括屬性數(shù)據(jù)的數(shù)字和文字信息，還要管理反映地理分布特征及其之間拓?fù)潢P(guān)系的空間位置數(shù)據(jù)，而且還要把兩者有機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行協(xié)調(diào)管理和分析；②GIS對(duì)計(jì)算機(jī)硬件、軟件的要求比一般事務(wù)處理系統(tǒng)要高；③由于GIS處理的數(shù)據(jù)量大，運(yùn)算復(fù)雜，因此對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等要求相應(yīng)也高。GIS與事務(wù)處理系統(tǒng)§5.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和前景地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展GIS的產(chǎn)生和發(fā)展GIS開拓期（20世紀(jì)60年代中期到80年代中后期）；GIS鞏固發(fā)展期（20世紀(jì)80年代末到90年代中期）；GIS技術(shù)大發(fā)展及應(yīng)用普及時(shí)代（20世紀(jì)90年代中期到現(xiàn)在）。GIS的國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)70年代——準(zhǔn)備階段1980-1985——起步階段1986-1990——發(fā)展階段20世紀(jì)90年代——快速發(fā)展階段§5.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和前景GIS的產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁主要的GIS產(chǎn)品供應(yīng)商——國外IntergaphESRIAutoDeskMapInfoOther§5.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和前景主要的GIS產(chǎn)品供應(yīng)商——國內(nèi)MapGISGeoStarSuperMapCityStar§5.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和前景GIS的發(fā)展態(tài)勢(shì)GIS已經(jīng)成為一門綜合性技術(shù)3S集成互聯(lián)網(wǎng)GIS組件GIS移動(dòng)GIS三維GIS空間數(shù)據(jù)處理與管理GIS圖形與屬性的無縫結(jié)合空間數(shù)據(jù)交換格式的解決GIS信息共享措施的建立§5.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和前景遙感GIS一體化遙感和GIS是空間信息的主要組成部分，兩者有著天然的聯(lián)系，可以互為補(bǔ)充。遙感是空間數(shù)據(jù)采集和分類的有效工具，GIS是管理和分析空間數(shù)據(jù)的有效工具。遙感具有動(dòng)態(tài)、多時(shí)相采集空間信息的能力，遙感影像已經(jīng)成為GIS的主要信息源。在遭遇災(zāi)害的情況下，遙感影像是唯一我們能夠立刻獲取的地理信息；在地圖缺乏的地區(qū)，遙感影像甚至是我們能夠獲取的唯一信息。另一方面，遙感獲取豐富的、海量的空間數(shù)據(jù)有賴于GIS的有效管理與共享，同時(shí)利用GIS強(qiáng)大的空間分析功能提取更深層次的專題信息，全面提升影像的利用價(jià)值。隨著空間信息市場的快速發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)與GIS的結(jié)合日益緊密。遙感與GIS的一體化逐漸成為一種趨勢(shì)和發(fā)展潮流。ENVI/IDL與ArcGIS為遙感和GIS的一體化集成提供了一個(gè)最佳的解決方案。WebGIS概念：WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）：是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物，它指基于Internet平臺(tái)，客戶端應(yīng)用軟件采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，運(yùn)用在Internet上的地理信息系統(tǒng)。一般由多主機(jī)，多數(shù)據(jù)庫和多個(gè)客戶端以分布式連接在Internet上而組成，包括以下四個(gè)部分：WebGIS瀏覽器（browser），WebGIS服務(wù)器，WebGIS編輯器（Editor），WebGIS信息代理(imformationagent)。特點(diǎn)：全球化的服務(wù)器應(yīng)用、真正大眾化的GIS、良好的可擴(kuò)展性、跨平臺(tái)特性關(guān)鍵技術(shù)：（1）空間數(shù)據(jù)的壓縮與解壓縮（2）基于WAP技術(shù)的Web瀏覽（3）分布式WebGIS數(shù)據(jù)庫管理組件GISGIS基礎(chǔ)軟件可以定性為應(yīng)用基礎(chǔ)軟件，但它一般不作直接應(yīng)用，而是根據(jù)某一行業(yè)或部門的特定需要進(jìn)行二次開發(fā)?；舅枷耄喊袵IS的各大功能模塊劃分為幾個(gè)控件，每個(gè)控件完成不同的功能。各個(gè)GIS控件之間，以及GIS控件與其它非GIS控件之間，可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的GIS應(yīng)用?；咎攸c(diǎn)：1）小巧靈活、價(jià)格便宜2）無須專門GIS開發(fā)語言3）強(qiáng)大的GIS功能4）開發(fā)簡捷移動(dòng)GIS定義：移動(dòng)GIS是一種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，狹義的定義是指運(yùn)行于移動(dòng)終端并具有桌面GIS功能的GIS；廣義的概念是一種集成系統(tǒng)，是GIS、GPS、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)、多媒體技術(shù)等的集成。特點(diǎn)：移動(dòng)性、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性、依賴性、多樣性移動(dòng)GIS將傳統(tǒng)應(yīng)用于桌面端和Web端的各種GIS功能延伸到移動(dòng)設(shè)備上，隨時(shí)隨地的瀏覽地圖、采集圖片、編輯數(shù)據(jù)、查詢業(yè)務(wù)信息、使用路線導(dǎo)航等實(shí)用功能。移動(dòng)GIS適用于石油、地質(zhì)、勘探、測繪、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、校園、房產(chǎn)、市政、國土、氣象、海洋……等幾乎所有行業(yè)，為人們的工作和生活帶來極大便利和深刻變革。三維GIS傳統(tǒng)的二維GIS僅能處理和管理二維圖形和屬性數(shù)據(jù)，但隨著技術(shù)發(fā)展，三維建模和GIS發(fā)展迅速。如：EsriCityEngine可以利用二維數(shù)據(jù)快速創(chuàng)建三維場景，并能高效的進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。三維建模相關(guān)技術(shù)：Skechup：SketchUp是Google公司推出的一款專為專業(yè)人員設(shè)計(jì)的3D建模軟件。SketchUp簡單且直觀，且使用免費(fèi)，能迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行3D建模。AutoCAD：AutoCAD是Autodesk推出的專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，提供了可靠的三維自由形狀設(shè)計(jì)工具以及強(qiáng)大的繪圖和文檔制作功能，在全球擁有數(shù)百萬用戶。地理信息共享技術(shù)GIS一直面臨著對(duì)不同來源、不同數(shù)據(jù)組織形式的空間信息進(jìn)行有效管理和綜合應(yīng)用的難點(diǎn)，因此如何對(duì)眾多來源的信息共享問題已成為現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。目前，實(shí)現(xiàn)多格式數(shù)據(jù)共享的方式大致有三種：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式、直接數(shù)據(jù)訪問模式和數(shù)據(jù)互操作模式。數(shù)字地球數(shù)字地球（digitalearth）定義：一個(gè)以地球坐標(biāo)為依據(jù)的、具有多分辨率的海量數(shù)據(jù)和多維顯示的地球虛擬系統(tǒng)。它