第一講(地理信息系統(tǒng)概述)

地理信息系統(tǒng)及應(yīng)用

云南大學(xué)信息學(xué)院

梁虹

1第一講地理信息系統(tǒng)概述2地理信息系統(tǒng)——

正在改變許多組織和政府機構(gòu)管理資產(chǎn)和為客戶或市民服務(wù)的方式3GIS三維可視化4空間分析5空間分析6網(wǎng)絡(luò)分析7市政規(guī)劃與設(shè)計8可視化瀏覽與查詢9疊加分析10緩沖區(qū)分析11統(tǒng)計分析12一、基本概念13數(shù)據(jù)：

是指對某一目標(biāo)定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、文字、符號、圖形、圖像以及它們能轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)等形式。信息：

是數(shù)據(jù)中所包含的意義，是關(guān)于現(xiàn)實世界新的事實的知識，它不隨載體物理設(shè)備形式的改變而改變。

信息與數(shù)據(jù)是不可分離的，數(shù)據(jù)是信息的載體，數(shù)據(jù)中所包含的意義就是信息。14地理數(shù)據(jù)：

是表征地理環(huán)境中地理要素的位置、數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。如道路的起點和終點坐標(biāo)、長度，某城市的地理坐標(biāo)、高程、面積等。地理信息：

它是對地理數(shù)據(jù)的解釋，是有關(guān)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。如道路的相交、行政區(qū)劃的相鄰、排水管道的流向等。15地理信息的特點:

地理信息具有典型的空間分布性、多維結(jié)構(gòu)性和時序性。

空間分布性

在地理信息中，地理要素的位置是通過地理數(shù)據(jù)（如X、Y坐標(biāo)，經(jīng)緯度）進行標(biāo)識的，這是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著的標(biāo)志。

16多維結(jié)構(gòu)性地理信息表達的是現(xiàn)實三維空間的地理要素，因此具有多維結(jié)構(gòu)特征點：0維線：1維面：2維體：3維17

時序性

地理信息通常都是隨著時間發(fā)生變化的。按照時間尺度可將地理信息劃分為實時（如車輛位置、水位變化）、超短期的(如臺風(fēng)、地震)、短期的(如江河洪水、秋季低溫)、中期的(如土地利用、作物估產(chǎn))、長期的(如城市化、水土流失)、超長期的(如地殼變動、氣候變化)等。18信息系統(tǒng)：

具有數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達能力的計算機系統(tǒng)，能夠為單一的或有組織的決策過程提供有用的信息。19信息系統(tǒng)的組成

信息系統(tǒng)都部分或全部由計算機系統(tǒng)支持，包括計算機硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素。20信息系統(tǒng)的類型：事務(wù)處理系統(tǒng)（TPS）

（TransactionProcessSystem），主要用以支持操作層人員的日?；顒印Ｋ饕?fù)責(zé)處理日常事務(wù)。管理信息系統(tǒng)（MIS）

（ManagementInformationSystem）提供信息幫助制定決策。21決策支持系統(tǒng)（DSS）

（DecisionSupportSystem）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，幫助改善決策的質(zhì)量。專家系統(tǒng)（ES）

（ExpertSystem）是能模仿人工決策處理過程的基于計算機的信息系統(tǒng)，能推理制作決策并解釋決策理由。22二、地理信息系統(tǒng)及其功能23地理信息系統(tǒng)的定義：

地理信息系統(tǒng)（GIS，GeographicalInformationSystem）是地理信息的管理系統(tǒng)。它以地理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，是在計算機軟硬件的支持下，對空間數(shù)據(jù)進行采集、管理、操作、模擬、分析和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計算機技術(shù)系統(tǒng)。24

GIS是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點。地理信息系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其存儲和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的，地理位置及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。在地理信息系統(tǒng)中，現(xiàn)實世界被表達成一系列的地理要素和地理現(xiàn)象，這些地理特征至少由空間位置參考信息（空間數(shù)據(jù)）和非位置信息（屬性數(shù)據(jù)）兩個組成部分。25

GIS包括兩方面的含義：是一門學(xué)科，是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的交叉學(xué)科；是以地理空間數(shù)據(jù)庫（GeospatialDatabase）為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計算機技術(shù)系統(tǒng)。

26地理信息系統(tǒng)（GIS）是什么？空間數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的綜合體能讓你輕易找到1995年以前建設(shè)的管徑大于1000毫米的所有污水管線管徑管材建設(shè)年代管號等級

GIS是27GIS是現(xiàn)實世界的一種信息抽象水文區(qū)域地形土壤土地利用28GIS將現(xiàn)實世界抽象為圖層的疊加29河流道路城市行政區(qū)劃湖泊30…一切信息都可圖形化、可視化地理信息系統(tǒng)的特點:31地理信息系統(tǒng)的類型：專題地理信息系統(tǒng)（ThematicGIS）

具有專業(yè)或行業(yè)特點的地理信息系統(tǒng)，為特定的專門目的服務(wù)。例如，森林動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)、水資源管理信息系統(tǒng)、礦業(yè)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)作物估產(chǎn)信息系統(tǒng)、草場資源管理信息系統(tǒng)、水土流失信息系統(tǒng)等。

32區(qū)域地理信息系統(tǒng)（RegionalGIS）

主要以區(qū)域綜合研究和全面的信息服務(wù)為目標(biāo)，可以有不同的規(guī)模，如國家級的、地區(qū)或省級的、市級和縣級等為各不同級別行政區(qū)服務(wù)的區(qū)域信息系統(tǒng)；區(qū)域信息系統(tǒng)如加拿大國家信息系統(tǒng)、中國黃河流域信息系統(tǒng)、數(shù)字港城、數(shù)字昆明、數(shù)字鄉(xiāng)村等。33地理信息系統(tǒng)平臺（GISTools）

是一組具有圖形圖像數(shù)字化、存儲管理、查詢檢索、分析運算和多種輸出等地理信息系統(tǒng)基本功能的軟件包。如ArcGIS、MapInfo等。地理信息系統(tǒng)平臺一般都具有地理信息系統(tǒng)的通用功能，并為用戶提供了開放的二次開發(fā)接口。在通用的地理信息系統(tǒng)工具支持下建立和開發(fā)區(qū)域或?qū)ｎ}地理信息系統(tǒng)，不僅可以節(jié)省軟件開發(fā)的人力、物力、財力，縮短系統(tǒng)建立周期。34數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)可視化空間查詢空間分析

數(shù)據(jù)輸出GIS的基本功能：35數(shù)據(jù)獲取

通過通用和專用設(shè)備對地理數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)測、編輯和處理。目前GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)已成為GIS的主要數(shù)據(jù)源。

36數(shù)據(jù)存儲

采用一定的空間數(shù)據(jù)模型（如柵格數(shù)據(jù)模型或矢量數(shù)據(jù)模型），將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行有效的組織和管理，并存儲于計算機中，支持空間查詢、分析與決策。GIS通過空間數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)無縫集成與管理。

37矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)庫38數(shù)據(jù)可視化基于地圖學(xué)的基本原理，采用地理坐標(biāo)及地圖符號，實現(xiàn)地理要素的圖形化顯示。39數(shù)據(jù)可視化昆明市公交斷面客流分布圖40空間查詢與空間分析空間查詢與空間分析是地理信息系統(tǒng)的核心功能，也是地理信息系統(tǒng)與其它計算機系統(tǒng)的根本區(qū)別。用戶只需通過簡單的鼠標(biāo)或鍵盤操作，即可實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的檢索、空間拓?fù)浞治雠c空間模型分析。41空間查詢公交線路查詢42空間查詢地理要素查詢43空間分析事故點擴散與影響范圍分析44統(tǒng)計分析45數(shù)據(jù)輸出

提供良好的、交互式的制圖環(huán)境，完成地圖設(shè)計、制作及高質(zhì)量的地圖輸出、報表輸出。46GIS可以做什么?—數(shù)據(jù)可視化47GIS可以做什么?—管理海量空間數(shù)據(jù)48GIS可以做什么?—空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢49GIS可以做什么?—統(tǒng)計分析50GIS可以做什么?—統(tǒng)計分析51GIS可以做什么?—報表輸出52GIS可以做什么?—網(wǎng)絡(luò)分析53GIS可以做什么?—網(wǎng)絡(luò)分析54GIS可以做什么?—網(wǎng)絡(luò)分析55GIS可以做什么?—空間模型分析56GIS可以做什么?—高質(zhì)量的地圖輸出57GIS可以做什么?—三維數(shù)字地面模型58GIS可以做什么?—數(shù)字高程模型59GIS可以做什么?—三維沙盤模型60IDRISIILWISARC/INFOGIS軟件software地理信息系統(tǒng)組成GeographicInformationSystems人peoplePOLICYANDPROCEDURESFORRESOURCEMANAGEMENT數(shù)據(jù)data硬件hardware規(guī)則、流程、模型61計算機硬件62

計算機軟件

系統(tǒng)軟件：

計算機操作系統(tǒng)（如WindowsServer，WindowsProfessional，Unix等）

GIS平臺及其支持軟件：包括通用的GIS軟件，以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、計算機圖形軟件包、計算機圖像處理系統(tǒng)、CAD等，用于支持對空間數(shù)據(jù)輸入、存儲、轉(zhuǎn)換、輸出和與用戶接口

應(yīng)用分析軟件：是系統(tǒng)開發(fā)人員或用戶根據(jù)地理專題或區(qū)域分析模型開發(fā)的用于某種特定應(yīng)用任務(wù)的程序，是GIS功能的擴充與延伸。63系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員

人是GIS中的重要構(gòu)成因素，GIS不同于一幅地圖，而是一個動態(tài)的地理模型。僅有系統(tǒng)軟硬件和數(shù)據(jù)還不能構(gòu)成完整的地理信息系統(tǒng)，需要人進行系統(tǒng)組織、管理、維護和數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)擴充完善、應(yīng)用程序開發(fā)，并靈活采用地理分析模型提取多種信息，為研究和決策服務(wù)。64數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)是GIS的核心與基礎(chǔ)。

GIS需要表示兩類信息：

空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)SpatialandNon-Spatialdata65空間數(shù)據(jù)：

反映事物地理空間位置的信息，稱空間信息或空間數(shù)據(jù)(也稱地圖數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù))。屬性數(shù)據(jù)：

與地理位置有關(guān)的反映事物其它特征的信息，稱屬性信息或?qū)傩詳?shù)據(jù)(也可稱為文字?jǐn)?shù)據(jù)，非圖形數(shù)據(jù))。

GIS通過對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的特有管理方式，在它們之間建立雙向?qū)?yīng)關(guān)系，實現(xiàn)圖形和數(shù)據(jù)的集成與應(yīng)用。66地理信息系統(tǒng)的核心問題——

位置、條件、變化趨勢、模式和模型

位置（Location）：

某個特定的位置有什么？

條件（Condition）：

滿足條件的東西在哪里？67變化趨勢（Trend）：

自從…以來有什么變化？即隨著時間時或空間的變化什么將會發(fā)生變化？如何變化？該類問題需要綜合現(xiàn)有數(shù)據(jù)，以識別已經(jīng)發(fā)生了或正在發(fā)生變化的地理現(xiàn)象。模式（Pattern）：

什么與它有關(guān)系？該類問題是分析與已經(jīng)發(fā)生或正在發(fā)生事件有關(guān)的因素。模型（Model）：

如果…，會…？該類問題的解決需要建立新的數(shù)據(jù)關(guān)系以產(chǎn)生解決方案。68GIS的相關(guān)學(xué)科：地理學(xué)GIS遙感技術(shù)測量學(xué)地圖學(xué)計算機科學(xué)計算機圖形學(xué)計算機輔助設(shè)計數(shù)據(jù)庫技術(shù)軟件工程數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)69地理學(xué)

地理學(xué)是一門研究人類賴以生存的地理空間的科學(xué)，空間分析的理論和方法是地理學(xué)的重要研究內(nèi)容，它為地理信息系統(tǒng)提供了有關(guān)空間分析的基本觀點與方法，是地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論依托。另一方面，GIS以地理信息世界表達地理現(xiàn)實世界，為地理學(xué)中地理問題的解決提供了全新的技術(shù)手段。70地圖學(xué)地圖是記錄地理信息的一種圖形語言形式，是地理學(xué)的第二代語言。

GIS脫胎于地圖，是地圖信息的又一種新的載體形式，是地理學(xué)的第三代語言。地圖學(xué)為GIS提供了地理信息符號化、可視化的基本方法，地圖仍是GIS的重要數(shù)據(jù)來源。

71地理信息系統(tǒng)——電子地圖電子地圖側(cè)重于空間數(shù)據(jù)的符號化與顯示地理信息系統(tǒng)更注重于地理信息的管理與分析72計算機科學(xué)地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展與計算機科學(xué)的發(fā)展是密不可分的，計算機系統(tǒng)的支持是地理信息系統(tǒng)的重要特征。計算機圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)技術(shù)為GIS提供了強有力的技術(shù)支持。計算機科學(xué)已成為GIS的重要支撐學(xué)科。73

遙感遙感是一種不通過直接接觸目標(biāo)物而獲取和處理地球表面的信息、并將其反映在像片或數(shù)字影像上的新型的探測技術(shù)。（通常通過衛(wèi)星或航拍來實現(xiàn)）遙感作為空間數(shù)據(jù)采集手段，已成為地理信息系統(tǒng)的主要信息源與數(shù)據(jù)更新途徑。74遙感圖片75三、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用76

加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS），是加拿大政府于1963年開始研制實施，到1971年投入正式運行，被認(rèn)為是國際上最早建立的、較為完善的大型使用的地理信息系統(tǒng)。由于計算機硬件系統(tǒng)功能較弱，限制了軟件技術(shù)的發(fā)展。這一時期地理信息系統(tǒng)軟件的研制主要是針對具體的GIS應(yīng)用進行的，圖形功能非常有限。六十年代開拓發(fā)展階段77七十年代鞏固階段

計算機硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是大容量存取設(shè)備——硬盤的使用，為空間數(shù)據(jù)的錄入、存儲、檢索和輸出提供了強有力的手段。美國、日本、法國等發(fā)達國家先后建立了不同專題、不同規(guī)模、不同類型的各具特色的地理信息系統(tǒng)。人機交互技術(shù)成熟，GIS向著實用化方向發(fā)展。

78八十年代突破階段

地理信息系統(tǒng)技術(shù)全面推向應(yīng)用，由發(fā)達國家推向發(fā)展中國家，并進入多種學(xué)科領(lǐng)域。地理信息系統(tǒng)軟件平臺具有更強的獨立性和通用性（1981年，ESRI發(fā)布ArcInfo;1985年，MapInfo公司建立；1989年，Intergraph發(fā)布MGE），為地理信息系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用開辟了新的途徑。我國地理信息系統(tǒng)方面的工作自八十年代初開始。以1980年中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所成立的全國第一個地理信息系統(tǒng)研究室為標(biāo)志。

79九十年代社會化階段

GIS已深入到各行各業(yè)，成為人們生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)和工作中不可缺少的工具和助手。已成為政府機構(gòu)必備的工作系統(tǒng)，改變著人們生活和工作方式。中國地理信息系統(tǒng)步入快速發(fā)展階段，從初步發(fā)展時期的實驗、局部應(yīng)用走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化，為國民經(jīng)濟重大問題提供分析和決策依據(jù)。8081GIS應(yīng)用領(lǐng)域—城市地理信息系統(tǒng)82GIS應(yīng)用領(lǐng)域—

交通地理信息系統(tǒng)GIS-T（GISforTransportation)

軍事地理信息系統(tǒng)M-GIS（GISforMilitary）83交通地理信息系統(tǒng)（GIS-T）：

GIS以其特有的空間數(shù)據(jù)存儲、管理、空間可視化與空間分析功能，為智能交通系統(tǒng)（ITS，IntelligentTransportationSystem)提供了強有力的技術(shù)支撐，已成為ITS的重要基礎(chǔ)平臺。84交通控制與管理85道路交通基礎(chǔ)信息管理86交通綜合信息管理與分析87交通路網(wǎng)可視化管理88交通實時流量動態(tài)可視化89交通事故定位90交通事故影響區(qū)域分析91交通事故熱點空間分析92交通基礎(chǔ)設(shè)施管理93交通路況視頻實時監(jiān)控94警務(wù)通GPS定位跟蹤95警務(wù)預(yù)案可視化制作與管理96交通狀況統(tǒng)計分析97路段平均速度與通行時間分析98最佳路徑分析99路網(wǎng)狀態(tài)查詢與統(tǒng)計100交通信息發(fā)布101GIS的發(fā)展方向：

GIS網(wǎng)絡(luò)化—WebGIS

空間數(shù)據(jù)庫在地理位置上以分布方式存在，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)管理與共享。用戶通過因特網(wǎng)和瀏覽器進行空間數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢和分析。

嵌入式GIS

在嵌入式設(shè)備（掌上電腦、手機等）中實現(xiàn)GIS應(yīng)用。

102

GIS標(biāo)準(zhǔn)化多源、多格式、多尺度空間數(shù)據(jù)共享。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織OGC（OpenGISConsortium），歐洲的GDF（地理數(shù)據(jù)文件標(biāo)準(zhǔn)）等。軟件、硬件、數(shù)據(jù)等要素進行必要的標(biāo)準(zhǔn)化才能實現(xiàn)更有效、廣泛地對GIS的使用。標(biāo)準(zhǔn)化的真正實現(xiàn)將使人們能在一個共同理解基礎(chǔ)上共享信息和資源。103云南省GIS研究與開發(fā)部門：

云南省基礎(chǔ)地理信息中心昆明市勘測設(shè)計研究院云南省測繪局昆明理工大學(xué)國土資源學(xué)院云南師范大學(xué)旅游與地理信息學(xué)院云南省地理研究所104云南大學(xué)情況：資環(huán)學(xué)院地理信息系統(tǒng)系亞洲國際河流中心信息學(xué)院105四、GIS平臺簡介106國外產(chǎn)品ArcGIS或ArcInfo（