地理信息系統(tǒng)概論

1、地理信息系統(tǒng)概論,課程特點： GIS是一門典型的交叉性學科 因此，學生要學好GIS，首先必須要做好“GIS” (Gentlemanlike, Intelligence, Smile。即博大(共建共享)、智能(開發(fā)創(chuàng)新)、微笑(微笑服務) )。 GIS是一門實踐性很強的學科 因此，要重視技能訓練，重點掌握MAPGIS等基礎GIS軟件的操作和使用。 GIS是一門迅速發(fā)展中的學科 因此，要經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。,課程地位：專業(yè)基礎選修課。 學習要求： 1 掌握GIS的基本概念、基本理論、基本操作方法（即原理與技術）； 2 了解GIS

2、最新發(fā)展趨勢和方向，應用領域，應用技術； 3 熟悉一門地理信息系統(tǒng)基本軟件（MapGIS）的應用與操作； 4 按時完成作業(yè)、課程實驗報告，不缺課。 學習方法： 1、認真聽課，做好筆記。理解每節(jié)課的內容； 2、注意參考資料的閱讀； 3、動手實踐（基于MapGIS軟件），獨立完成課程實驗規(guī)定的內容； 成績考核：期末考試40；平時成績30；上機實驗30%。,主要參考資料：,參考書： 1. 黃杏元，馬勁松，地理信息系統(tǒng)概論（第三版），高等教育出版社，2008 2. 陳述彭，地理信息系統(tǒng)導論，科學出版社，2006 3. 吳信才，地理信息系統(tǒng)設計與實現(xiàn)，電子工業(yè)出版社，2000 4. 龔健雅，地理信息系統(tǒng)

3、基礎，科學出版社,1998 練習軟件：MapGIS6.7; 資料下載： ,第一章 地理信息系統(tǒng)概論,1 基本概念 2 GIS的分類 3 GIS的功能概述 4 GIS的研究內容 5 GIS的發(fā)展簡史 6 GIS的發(fā)展展望,第1講 GIS基本概念、分類和構成,目的要求： 通過本講，掌握地理信息系統(tǒng)的基本概念和定義，能分析其與其他系統(tǒng)的不同。掌握GIS的基本構成是計算機硬件系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)、應用模型和系統(tǒng)管理操作人員。了解GIS基本類型。 教學重點：基本概念的講解；地理信息系統(tǒng)的特點 構成。 教學難點：信息、數(shù)據(jù)的區(qū)別和聯(lián)系 、GIS的概念 教學課時：2 教學方法：理論講授,1 GIS

4、的基本概念,1.1.1 信息 信息(information)是向人們或機器提供關于現(xiàn) 實世界新的事實的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含 的意義，它不隨載體物理設備形式的改變而改變。 狹義：是指人們獲得信息前后對事物認識的差別 廣義：是指主體(人、生物和機器)與外部客體 (環(huán)境、其它人、生物和機器)之間相互聯(lián)系的一種形式。 信息是以一定規(guī)則組織在一起的事實的集合。 信息的特點： 客觀性，適用性 ，傳輸性，共享性,1.1.1 信息,信息的特點: 信息的客觀性：與客觀事物緊密相聯(lián)系的； 信息的適用性：信息對決策是十分重要； 信息的傳輸性：信息可以在信息發(fā)送者和接受者之間傳輸，既包括系統(tǒng)把有用信息送至終端設

5、備(包括遠程終端)，和以一定形式提供給有關用戶，也包括信息在系統(tǒng)內各子系統(tǒng)之間的傳輸和交換。 信息的共享性：信息與實物不同，它可以傳輸給多個用戶，為多個用戶共享，而其本身并無損失。信息的這些特點，使信息成為當代社會發(fā)展的一項重要資源。,1.1.2 數(shù)據(jù),數(shù)據(jù):指某一目標定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、文字、符號、圖形、圖像以及它們能轉換成的數(shù)據(jù)等形式。 原始事實 如：員工姓名，課程表 數(shù)據(jù)可以有數(shù)值、圖形、聲音、視覺數(shù)據(jù)等 數(shù)據(jù)的特點： 數(shù)據(jù)只有對實體行為產生影響時才成為信息 例如：1和0 數(shù)據(jù)到信息要經過一些數(shù)據(jù)處理。,1.1.2 數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)處理:即對數(shù)據(jù)進行運算、排序、轉換、分類、增強

6、等，其目的就是為了得到數(shù)據(jù)中包含的信息。提取信息 把數(shù)據(jù)轉換成便于觀察、分析、傳輸或進一步處理的形式； 把數(shù)據(jù)加工成對正確管理和決策有用的數(shù)據(jù)； 把數(shù)據(jù)編輯后存儲起來，以供不斷使用。,1.1.2 數(shù)據(jù),信息和數(shù)據(jù)的關系：,1.1.2 數(shù)據(jù),信息和數(shù)據(jù)的關系： 信息與數(shù)據(jù)是不可分離的。信息= 數(shù)據(jù) + 說明（或規(guī)則） 信息是與物理介質有關的數(shù)據(jù)表達。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。 數(shù)據(jù)是記錄下來的某種可以識別的符號，具有多種多樣的形式，也可以加以轉換，但其中包含的信息內容不會改變。 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

7、算機系統(tǒng)有關，并隨載荷它的物理設備的形式而改變。 數(shù)據(jù)是原始事實，而信息是數(shù)據(jù)處理的結果。 不同知識、經驗的人，對于同一數(shù)據(jù)的理解，可得到不同信息。,1.1.3 地理數(shù)據(jù)與地理信息,地理數(shù)據(jù)：是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質的數(shù)量、質量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律等的數(shù)字、文字、圖像和圖形的總稱。 是各種地理特征和現(xiàn)象間關系的符號化表示，包括空間位置、屬性特征及時態(tài)特征三部分。,1.1.3 地理數(shù)據(jù)與地理信息,空間位置數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)或幾何數(shù)據(jù)）描述地物所在位置，相對位置或絕對位置 屬性數(shù)據(jù)（非空間數(shù)據(jù)）屬于一定地物、描述其特征的定性或定量指標 時態(tài)特征數(shù)據(jù)是指地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時刻或

8、時段，該數(shù)據(jù)對環(huán)境模擬分析非常重要。 空間位置、屬性及時間是地理空間分析的三大基本要素。,1.1.3 地理數(shù)據(jù)與地理信息,地理信息：是有關地理實體的性質、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，是對地理數(shù)據(jù)的解釋。 地理信息的特征 空間特征：其位置的識別是與數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的。 多維特征：即在二維空間的基礎上實現(xiàn)多專題的第三 維結構。 時序特征：可以按照時間尺度劃分地理信息，對地理 事物進行預測、預報，從而為科學決策提 供重要依據(jù)。,1.1.3 地理數(shù)據(jù)與地理信息,地圖與地理信息、地理數(shù)據(jù)的關系 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)并經過制圖綜合縮繪于平面上的圖形，以傳遞各種自

9、然和社會現(xiàn)象的數(shù)量與質量的空間分布和聯(lián)系以及隨時間的發(fā)展變化。 顯然地圖均具有空間性質，地圖所表示的內容也都具有時間和屬性特性。 地圖與地理信息、地理數(shù)據(jù)的關系 地圖是傳統(tǒng)的表達和存儲地理數(shù)據(jù)的工具，是地理信息的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源 地理信息是對地理數(shù)據(jù)的解釋，地圖是地理信息載體 地圖是地理信息系統(tǒng)查詢與分析結果的表示方法,1.2.1 信息系統(tǒng),系統(tǒng)：是具有特定功能的、相互聯(lián)系的許多要素所構成的一個整體。 信息系統(tǒng)(Information System ):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。,1.2.2 信息系統(tǒng)的類型,組成信息系統(tǒng)的四大要素

10、,信息系統(tǒng)的三個管理層次,1.2.2 信息系統(tǒng)的類型,1) 信息系統(tǒng) 按功能分類（） 事務處理系統(tǒng)(Transaction Process System, TPS)主要用以支持操作層人員的日?；顒印Ｋ饕撠熖幚砣粘Ｊ聞?。 管理信息系統(tǒng)(Management Information System, MIS):需要包含組織中的事務處理系統(tǒng)，并提供了內部綜合形式的數(shù)據(jù)，以及外部組織的一般范圍和大范圍的數(shù)據(jù)。 決策支持系統(tǒng)(Decision Support System, DSS)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。包括分析決策模型、MIS中的信息和決策者的推測。,1.2.2

11、 信息系統(tǒng)的類型,人工智能和專家系統(tǒng)(Expert System, ES)能模仿人工決策處理過程的基于計算機的信息系統(tǒng)。 MIS能提供信息幫助制定決策，DSS能幫助改善決策的質量，專家系統(tǒng)能應用智能推理制作決策并解釋決策理由。,1.2.2 信息系統(tǒng)的類型,2) 信息系統(tǒng) 按結構分類,2 地理信息系統(tǒng)及其類型、構成,由上面對信息系統(tǒng)的了解，可以知道地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System, GIS)是一種決策支持系統(tǒng)，具有一般信息系統(tǒng)的特點。顧名思義，地理信息系統(tǒng)是處理地理信息的系統(tǒng)。,2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么? 世界各地的人每天都會提出以下一些問題：

12、 種植園的土壤有什么特征（農場主）？ 下一個服裝店應該設在哪里（零售商）？ 應該在道路的何處開挖，才能迅速找到煤氣總管（煤氣工程師）？ 臭氧洞在過去十年有何變化（氣候學家）？ 有預測臺灣未來地震趨勢的模型嗎（地質學家）？ 在過去的兩次人口普查中，城鄉(xiāng)人口在分布上有何變化（規(guī)劃師）？ 在這里配備武器裝備和人員，會遭到誰襲擊（軍事指揮員）？,GIS是什么? 將冰箱送到客戶家里，如何走最好（配送管理員）？ 前12個月，這個城市買掉的土地和財產總值是多少（城市會計師）？ 如果霧天發(fā)生火災，大火將向何方擴展，將有多少木材被燒掉（林務官）？ 若大量污水排入井內，污水將如何擴散，對飲水者產生何影響（水文學家

13、）？ 等等諸如此類的問題。這些問題的共同特點都是與地理環(huán)境和地理過程密切相關的。 地理信息系統(tǒng)領域的專家都很清楚，要回答這些問題，需要訪問多維（空間維、時間維）、大容量和高處理費用特征的地理信息，同時即使回答簡單的地理學問題，也要求按統(tǒng)一的標準集成多種數(shù)據(jù)源。,2.1地理信息系統(tǒng),因此，關于什么是GIS，可以認為：地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System 簡稱GIS）是用于回答地理學問題的藝術、科學、工程和技術的統(tǒng)稱，是一種用計算機創(chuàng)建和描述地表的數(shù)字表達方法。這是對GIS的一個廣義的定義。 從20世紀60年代至今，GIS已經迅速發(fā)展成為一個獨特的研究和應用

14、領域，并形成一個全球性的重要行業(yè)。成為IT的主流。但是關于其概念的爭論也在繼續(xù)。,2.1地理信息系統(tǒng),2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么? 關于概念的爭議 在關于GIS概念的爭論中，出現(xiàn)了對GIS概念的不同理解。其中： 1 美國學者Parker認為“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”。 2 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)”。 3 加拿大的Roger Tomlinson認為“GIS是全方位分析和操作地理數(shù)據(jù)的數(shù)字系統(tǒng)?！?4 Burrough認為“GIS是屬于從現(xiàn)實世界中采集、存儲、提取、轉換和顯示空間數(shù)據(jù)的一組有力的

15、工具”。,2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么? 關于概念的爭議 5 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，以及具有內部聯(lián)系的工具集合”。 6 美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調委員會(FICCDC)關于GIS的定義認為“GIS是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設計用來支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規(guī)劃和管理問題”。 地理信息系統(tǒng)概論（黃杏元） 7 陳述彭把GIS定義為：“用于采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和表達地理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術”。 （1999）,2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么? 關于概念的

16、爭議 8.地理信息系統(tǒng)基礎（龔健雅）、李德仁“地理信息系統(tǒng)是一種特定而又十分重要的空間信息系統(tǒng)，它是采集、存貯、管理、分析和描述整個或部分地球表面(包括大氣層在內)與空間和地理分布有關的空間信息的系統(tǒng)(1995)?！?2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么?關于概念的爭議 由前面的定義可以總結出對GIS 的概念定義的5個方面的觀點，認為GIS： 是工具箱，其中包含一套用于采集、存儲、管理、處理、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計算機軟件工具。 是信息系統(tǒng)的特例，除了具有處理地理編碼數(shù)據(jù)的特殊性外，地理信息系統(tǒng)具備一般信息系統(tǒng)的共同特點。 是一門技術，主要包括空間和時間數(shù)字式數(shù)據(jù)的輸入、存儲、操作和輸出技術 學科

17、，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科 強調其社會作用，認為GIS 從根本上改變了一個組織或部門（如國土部門，政府規(guī)劃部門）運做方式。,2.1地理信息系統(tǒng),GIS是什么？ 但就本課程所講授的內容，GIS采用本書定義，為：地理信息系統(tǒng)的定義由兩部組成。一方面，地理信息系統(tǒng)是一門學科，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科；另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個技術系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，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的計算機技術系統(tǒng)。 這個定義給大多數(shù)GIS用戶提供了如何理解GIS的主要框架。

18、這個定義回答了GIS不僅僅是一個特殊的軟件，也是一門學科。是一個相對通俗的定義。,2.1地理信息系統(tǒng),地理信息系統(tǒng)有什么特點？ 具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力。 由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計算機程序模擬常規(guī)的或專門的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產生有用信息，完成人類難以完成的任務。 以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預測的能力，并能產生高層次的地理信息。 地理信息系統(tǒng)從外部來看，它表現(xiàn)為計算機軟硬件系統(tǒng)；而其內涵卻是由計算機程序和地理數(shù)據(jù)組織而成的地理空間信息模型，是一個邏輯縮小的、高度信息化的地理系統(tǒng)。信息

19、的流動及信息流動的結果，完全由計算機程序的運行和數(shù)據(jù)的交換來仿真。,2.2地理信息系統(tǒng)的類型,地理信息系統(tǒng)的分類：（還可以根據(jù)以下依據(jù)劃分） 研究范圍（全球性、區(qū)域性、局部）、 數(shù)據(jù)模型（矢量、柵格和混合型）、 功能（應用型和工具型）等等,2.3 地理信息系統(tǒng)的構成,地理信息系統(tǒng)的構成：,2.3 地理信息系統(tǒng)的構成,一、 GIS的計算機硬件系統(tǒng)的組成 1、計算機主機； 2、數(shù)據(jù)輸入設備：數(shù)字化儀、圖像掃描儀、手寫筆、光筆、鍵盤、鼠標、通訊端口等； 3、數(shù)據(jù)存貯設備：光盤刻錄機、磁帶機、光盤塔、活動硬盤、磁盤陣列等； 4、數(shù)據(jù)輸出設備：筆式繪圖儀、噴墨繪圖儀（打印機）、激光打印機等。,2.3 地

20、理信息系統(tǒng)的構成,GIS的計算機硬件系統(tǒng)組成,圖4 GIS硬件系統(tǒng)的組成,2.3 地理信息系統(tǒng)的構成,二、 GIS的計算機軟件系統(tǒng),圖5 GIS的計算機軟件系統(tǒng)的層次,2.3 地理信息系統(tǒng)的構成,GIS的計算機軟件系統(tǒng)包括 1、計算機系統(tǒng)軟件 通常包括操作系統(tǒng)、匯編程序、編譯程序等，是GIS日常工作所必需的。 2、地理信息系統(tǒng)軟件和其他支撐軟件 可以是通用的GIS軟件，也可包括數(shù)據(jù)庫管理軟件、計算機圖形軟件包、CAD、圖像處理軟件等。 3、應用分析程序 是系統(tǒng)開發(fā)人員或用戶根據(jù)專題或區(qū)域分析模型編制的用于某種特定應用任務的程序，是系統(tǒng)功能的擴充與延伸。,2.3 地理信息系統(tǒng)的構成,三、 地理空

21、間數(shù)據(jù) 指以地球表面空間位置為參照，描述自然、社會和人文經濟 景觀的數(shù)據(jù)。 地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型包括三個互相聯(lián)系的方面 ： 在某個已知坐標系中的位置：坐標 實體間的空間相關性：用拓撲關系(Topology)來表示。 與幾何位置無關的屬性（Attribute）：分為定性和定量的兩種。 定性包括名稱、類型、特性等，如氣候類型、土地利用等。 定量包括數(shù)量和等級等，如面積、長度、土地等級。,2.3 地理信息系統(tǒng)的構成,四、 應用人員 人是地理信息系統(tǒng)中重要構成因素。 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)還構不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)

22、更新、系統(tǒng)擴充完 善、應用程序開發(fā)，并采用地理分析模型提取多種信 息，為地理學研究和地理決策服務。,2.3 地理信息系統(tǒng)的構成,五、應用模型 GIS應用模型的構建和選擇也是系統(tǒng)應用成敗至關重要的因素。例如土地利用適宜性模型、公園選址模型、洪水預測模型、人口擴散模型、森林增長模型、水土流失模型、最優(yōu)化模型、影響模型等。 應用模型是GIS與相關專業(yè)連接的紐帶。它的建立絕非是純數(shù)學或計算機技術性問題，而必須以堅實而廣泛的專業(yè)知識和經驗為基礎。 由數(shù)學模型、經驗模型和混合模型組成，用于解決某項實際應用問題，獲取經濟效益和社會效益。,3 地理信息系統(tǒng)的功能簡介,GIS的核心問題 位置（Locations

23、） 即在某個特定的位置有什么。 條件（Conditions）即什么地方有滿足某些條件的東西。 變化趨勢（Trends）識別已經發(fā)生了或正在發(fā)生變化的地理現(xiàn)象。 模式（Patterns）分析與已經發(fā)生或正在發(fā)生事件有關的因素。 模型（Models）該類問題的解決需要建立新的數(shù)據(jù)關系以產生解決方案。,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,GIS基本功能 1、數(shù)據(jù)采集與編輯：手扶跟蹤數(shù)字化不同的專題或層（GIS數(shù)據(jù)分層的概念） 2、數(shù)據(jù)存儲與管理：矢量柵格模型、數(shù)據(jù)庫管理、空間數(shù)據(jù)庫 （包括空間數(shù)據(jù)庫的定義、數(shù)據(jù)訪問和提取、從空間位置檢索空間物體及其屬性、從屬性條件檢索空間物體及其位置、開窗和接邊操作、數(shù)據(jù)更

24、新和維護等。）,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,數(shù)據(jù)采集流程圖,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,3、數(shù)據(jù)處理和變換： 包括矢柵轉換、制圖綜合、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構、數(shù)據(jù)抽取等 數(shù)據(jù)變換：指對數(shù)據(jù)從一種數(shù)學狀態(tài)轉換為另一種數(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。 數(shù)據(jù)重構：指對數(shù)據(jù)從一種幾何形態(tài)轉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、結構轉換等。 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、布爾提取和空間內插等。,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,4、空間查詢、分析和統(tǒng)計： 空間檢索、空間拓撲疊合、緩沖區(qū)分析、數(shù)字地形分析、空間集合分析、空間模型分

25、析 拓撲疊合：實現(xiàn)了輸入要素屬性的合并以及要素屬性在空間上的連接。 緩沖區(qū)分析：用以確定不同地理要素的空間接近度或鄰近性 數(shù)字地形分析：構造數(shù)字高程模型及有關地形分析的功能 空間集合分析：布爾邏輯運算 空間建模分析,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,5、產品制作與顯示 產品為地圖圖像：符號圖、動線圖、點值圖、暈線圖、等值線圖、立體圖等。 產品制作與顯示：設置顯示環(huán)境、定義制圖環(huán)境、顯示地圖要素、定義地圖符號、字符大小與顏色、標注圖名和圖例以及繪圖文件編輯。 6、二次開發(fā)和編程 開發(fā)語言：C，C+，VB，VC+，Delphi）定制自己的菜單，可視化用戶應用界面。,數(shù)據(jù)采集,用于大型GIS工程 應用領域

26、： 測繪 勘測 規(guī)劃 土地 交通 管線 農林 水利 環(huán)保 油田 地質 軍事,數(shù)據(jù)管理,海量數(shù)據(jù)管理,瀏覽 查詢,路徑分析,動態(tài)分段,三維地下體分析,地圖整飾,生成數(shù)字地面模型,tingird,地理邏輯 繪圖,繪圖機構,地質測繪,環(huán)保機構,地方政府,人口局,稅務部門,旅游 服務業(yè),公用事業(yè) 公司,企業(yè),教育,交通運輸 部門,GIS的應用領域,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,應用功能,資源調查 以土地利用類型為例： 不同土地利用類型的分布和面積 按不同高程帶劃分的土地利用類型 不同坡度區(qū)內的土地利用現(xiàn)狀 不同時期的土地利用變化 從而為資源的合理利用、開發(fā)和科學管理提供依據(jù)。,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述

27、,城鄉(xiāng)規(guī)劃 城鎮(zhèn)總體規(guī)劃 城市建設用地適宜性評價 環(huán)境質量評價 道路交通規(guī)劃 公共設施配置，以及城市環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測 災害監(jiān)測 森林火災的預測預報 洪水災情監(jiān)測和洪水淹沒損失的估算 為救災搶險和防洪決策提供及時準確的信息,環(huán)境管理 為環(huán)境管理部門提供基礎數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表和圖形編制方法 建立環(huán)境污染的若干模型 提供環(huán)保部門辦公軟件 提供信息傳輸?shù)姆椒ê褪侄?宏觀決策 系統(tǒng)支持下的土地承載力的研究，以解決土地資源與人口容量的矛盾 三峽地區(qū)研究，提供了建庫前后環(huán)境變化的數(shù)量、速度和演變趨勢等可靠的數(shù)據(jù),3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,3 地理信息系統(tǒng)的功能概述,國際上GIS應用有兩個值得注意

28、的方面 在大項目方面，如美國內務部土地管理局的自動土地與礦產資源系統(tǒng)（ALMRS）和森林局615項目，僅軟件和硬件的耗資就高達12億美元。美國海軍的海圖計劃，建庫的費用也在數(shù)億美元以上。 在面向公眾方面，一些先進國家投入了大量人力、財力，建立空間信息基礎設施，如美國地質調查局（USGS）和美國國家航空航天局（NASA）目前已完成了全美1/24000的地形數(shù)據(jù)庫和相應的正射影像數(shù)據(jù)庫、1/10萬水文數(shù)據(jù)庫和30m分辨率的土地覆蓋數(shù)據(jù)庫。在美國國家礦產資源調查計劃（MRSP）中，“空間信息與技術轉讓”被列為4項重大計劃之一。,4 地理信息系統(tǒng)的研究內容,4.1 地理信息系統(tǒng)的研究內容 1）GIS的

29、基礎理論主要包括：GIS的概念、定義、內涵；GIS的構成、特點、功能和任務；GIS的理論體系；GIS發(fā)展史與發(fā)展趨勢等。 2）GIS的技術系統(tǒng)：系統(tǒng)的硬件配置；數(shù)據(jù)結構與表示；數(shù)據(jù)輸入、輸出系統(tǒng)；地理數(shù)據(jù)管理；用戶界面；GIS工具的研制等。 3）GIS的應用方法：應用系統(tǒng)設計；數(shù)據(jù)采集與校驗；專題分析模型；GIS與遙感技術及GPS的結合；地學專家系統(tǒng)等。,4.1 地理信息系統(tǒng)的研究內容,理論、技術與方法這三個方面的研究內容是相互聯(lián)系相互促進的。 GIS產生于地學研究和生產實踐，GIS的應用使得技術系統(tǒng)日趨完善，并逐漸形成和發(fā)展了GIS的理論；理論研究又指導開發(fā)新一代高效GIS，并不斷拓寬其應用

30、領域，加深應用的深度；GIS的應用，又對理論研究和技術方法提出了更高的要求。,4.2 地理信息系統(tǒng)相關學科,4.2 地理信息系統(tǒng)相關學科,一、 與地理學 地理學是一門研究人類生存空間的學科，為GIS提供了一些空間分析的方法和觀點，成為GIS的理論依托。 （1）研究基礎和手段 地理學研究中的空間分析理論為GIS提供了有關空間分析的基本方法，成為地理信息系統(tǒng)的基礎理論依托；地理信息系統(tǒng)的發(fā)展也為地理問題的解決提供了全新的技術手段。 （2）數(shù)據(jù)處理方面 GIS的數(shù)據(jù)源需用地學處理方法得到；GIS內部數(shù)據(jù)處理(分析)功能又是進行地理學研究的主要技術方法。,4.2 地理信息系統(tǒng)相關學科,二、 與地圖學

31、地理信息系統(tǒng)脫胎于地圖，地圖學理論與方法對地理信息系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的影響。計算機制圖為地圖特征的數(shù)字表達、操作和顯示提供了一系列方法，為地理信息系統(tǒng)的圖形輸出提供技術支持。 地圖也是GIS的重要數(shù)據(jù)源。 地圖是GIS發(fā)展的根源之一。 地圖強調數(shù)據(jù)載體、符號化；GIS則注重于信息分析。,4.2 地理信息系統(tǒng)相關學科,三、 與計算機科學 為地理空間信息的表達、存儲、處理、 分析和應用提供了有利的工具。 數(shù)據(jù)庫技術提供數(shù)據(jù)的管理、更新、查詢和維護功能； 計算機圖形學提供算法基礎； CAD對于輔助設計提供支持； 軟件工程對于 GIS的系統(tǒng)設計提供科學的方法; 網絡技術為GIS發(fā)展成為社會信息設施的重

32、要組成部分奠定了基礎。,4.2 地理信息系統(tǒng)相關學科,GIS與CAD和CAM的區(qū)別在于： 第一，CAD不能建立地理坐標系和完成地理坐標變換； 第二，GIS的數(shù)據(jù)量比CAD和CAM大得多，結構更為復雜，數(shù)據(jù)間聯(lián)系緊密，單一結構難以完整描述； 第三，CAD和CAM不具有GIS具有的地理意義的空間查詢和分析功能。,4.2 地理信息系統(tǒng)相關學科,四 與遙感、攝影測量 遙感作為空間數(shù)據(jù)采集手段，已成為GIS的主要信息源和更新途徑。 大地測量為GIS提供了精確定位的控制信息，特別是GPS技術可快速、廉價地獲取地表特征的數(shù)字位置信息，更具發(fā)展?jié)摿Α?航空航天數(shù)字立體攝影測量技術是GIS主要的地形數(shù)據(jù)來源。,

33、GIS與MIS比較,5. 地理信息系統(tǒng)與管理科學,GIS學科“樹”,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡史,一、 GIS發(fā)展的科學背景 從古代文明到現(xiàn)代社會，地理工作者、測繪工作者、航海家都致力于空間數(shù)據(jù)的收集整理，制圖工作者則以地圖形式表示這些數(shù)據(jù)。地圖作為空間數(shù)據(jù)的載體長期為航海、軍事以及現(xiàn)代經濟建設服務。 20世紀60年代初，麻省理工學院首次提出計算機圖形學，在此基礎上出現(xiàn)了計算機數(shù)字地圖；計算機技術開始用于地圖量算、分析和制作。 20世紀60年代中期，由于計算機技術在自然資源、環(huán)境數(shù)據(jù)處理中的應用迅速發(fā)展，致使計算機輔助制圖和空間分析等領域得到極大的發(fā)展。最終導致地理信息系統(tǒng)技術的產生。,5 地理信

34、息系統(tǒng)發(fā)展簡史,1963年，開始建立加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS) 60年代中后期，很多與GIS有關的組織成立 1969年，ESRI （環(huán)境系統(tǒng)研究所）建立 1969年， Integraph公司建立,二、 GIS的發(fā)展階段,1963年，加拿大測量學家Roger Tomlinson首先提出了“地理信息系統(tǒng)”這一術語，并開始建立世界上第一個實用的地理信息系統(tǒng)加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)(1972年建成)，主要用于城市和土地利用；,60年代起步階段（GIS思想和技術方法的探索）注重空間數(shù)據(jù)的地學處理,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡史,70年代為GIS鞏固發(fā)展期 20世紀70年代，美國、加拿大、英國、西德、

35、瑞典和日本等國對地理信息系統(tǒng)的研究均投入了大量的人力、物力、財力，研究不同專題、不同規(guī)模、不同類型的各具特色的地理信息系統(tǒng)。 1972年出版了地理信息系統(tǒng)方面的第一本專著地理數(shù)據(jù)處理；許多大學培養(yǎng)GIS人才，創(chuàng)建了地理信息系統(tǒng)實驗室。 這一時期，世界上發(fā)展了許多具有一定功能的地理信息系統(tǒng)，大約有80多種，著名的ARC/INFO即是該時期的產品；出現(xiàn)了大量的數(shù)據(jù)庫，但這些系統(tǒng)的分析功能和60年代相比，并沒有得到很大的擴充，而且數(shù)據(jù)庫的容量一般都比較小，因此說70年代為GIS鞏固階段。,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡史,80年代為GIS技術大發(fā)展時期 20世紀80年代，計算機的迅速發(fā)展和普及，地理信息系統(tǒng)

36、也逐步走向成熟。這一時期GIS注重于空間決策支持分析，并在資源管理、環(huán)境規(guī)劃、商業(yè)服務等領域得到的廣泛應用。 許多國家制定了本國GIS發(fā)展規(guī)劃，啟動了若干科研項目。 建立了一些政府性、學術性機構。軟件制造商開始出現(xiàn)，商業(yè)化的實用地理信息系統(tǒng)軟件陸續(xù)進入市場。,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡史,90年代為GIS的用戶時代 20世紀90年代，由于計算機的軟硬件均得到飛速發(fā)展，網絡已進入千家萬戶，導致地理信息系統(tǒng)應用的擴大與深化。,GIS已成為許多機構必備的工作系統(tǒng)，尤其是政府決策部門在一定程度上受GIS影響而改變現(xiàn)有機構的運行方式、設置等； 社會對GIS的認識普遍提高，需求大副度增加。如美國將GIS列入“

37、信息高速公路”計劃中，美國副總統(tǒng)戈爾提出的“數(shù)字地球”戰(zhàn)略也包括地理信息系統(tǒng)； 我國的“三金工程”（金卡、金橋、金關）中也包含GIS。,戈爾,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡史,我國GIS的發(fā)展狀況,第一階段： 從1978年到1980年為準備階段，主要進行輿論準備，正式提出倡議，開始組建隊伍、組織個別實驗研究。 第二階段： 從1980年到1985年為起步階段。這一階段主要是對地理信息系統(tǒng)進行理論探索和區(qū)域性實驗研究，并在此基礎上制定國家地理信息系統(tǒng)規(guī)范。,從1984年開始，國家測繪局測繪科學研究所著手組建中國國土基礎信息系統(tǒng)； 1985中國科學院開始籌建國家資源與環(huán)境信息系統(tǒng)實驗室，是一個新型的開放性研

38、究實驗室。,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡史,第三階段： 從1986年到1995年為發(fā)展階段。GIS研究作為政府行為被列入國家攻關計劃，并開始了有計劃、有組織、有目標的科學研究。 如“七五” 國家攻關項目“三北防護林遙感調查”、“黃土高原遙感調查”等都開展了地理信息系統(tǒng)在資源管理方面的研究。 “八五” 期間國家攻關項目包括“重大自然災害監(jiān)測與評估系統(tǒng)”、“重點產糧區(qū)主要農作物估產”、“國家基礎地理信息系統(tǒng)建設” 。 1994年中國GIS協(xié)會在北京成立 。 第四階段： 1995年至今為我國GIS產業(yè)化階段。強調GIS的實用化、集成化和工程化，力圖使GIS從發(fā)展階段走向實用化和生產化。,我國GIS的發(fā)展狀

39、況,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡史,1、國外GIS產品 美國：ESRI公司的ARC/INFO：第一個產品1978年推出。 澳大利亞：Nenasys的Genamap。 美國：Intergraph 公司的MGE（Mocular GIS Environment)。最近又推出新軟件GeoMedia. 美國：Mapinfo公司的Mapinfo：中小型的桌面GIS。,三、GIS 主要商品化軟件,注：美國環(huán)境系統(tǒng)研究所公司（Enviromental System Research Institute, Inc. 簡稱ESRI）成立于1969年，是世界最大的地理信息系統(tǒng)技術提供商。,5 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡史,2、國

40、內GIS產品： 北大與三秦信息技術有限公司：城市之星（Citystar)，是spaceman的升級換代?？梢园?s結合在一起。 武漢武大，吉奧信息工程技術有限公司：吉奧之星Geostar，1986。是基于矢量柵格一體化的數(shù)據(jù)結構和面向對象的C+作為程序設計語言。 中國地質大學，中地數(shù)碼集團：MapGIS，最初為MAPCAD，采用矢量與柵格混合的結構。 中科院地理所，北京超圖軟件股份有限公司 ：SuperMap,6 地理信息系統(tǒng)發(fā)展展望,一、GIS飛速發(fā)展的原因 1）實際的需要 2）技術、理論和方法的成熟 目前GIS在技術發(fā)展上已同IT市場的主流技術融合， GIS本身也從一個應用系統(tǒng)發(fā)展成為完整的技術系統(tǒng)并具有完整的理論體系。,6 地理信息系統(tǒng)發(fā)展展望,二、從軟件系統(tǒng)看GIS的發(fā)展趨勢 1）集成（Integration) 體現(xiàn)GIS和其他技術的結合 GIS-CAD、