1、2011級地理信息系統(tǒng)原理與應用景海濤 博士 教授2010.10Jht_888888Jht、課程性質：專業(yè)主干課二、學習目的 掌握地理信息系統(tǒng)的基本理論和技術方法，了解主要應用領域和發(fā)展方向，為從事地理信息系統(tǒng)的應用、開發(fā)和研究奠定理論與技術基礎，較熟練掌握一種桌面地理信息系統(tǒng)軟件使用（ArcGIS DeskTop、MapInfo、ArcView）三、學習方法學時分配：總學時54學時，其中上機實驗22學時課堂內外學習結合上機實驗與課堂學習結合廣泛參考其他資料1地理信息系統(tǒng)基本概念3地理信息系統(tǒng)與CAD的關系4數(shù)字地球與“3S”信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)關系2第一講 緒論5

2、地理信息系統(tǒng)應用1 地理信息系統(tǒng)中文名稱： 地理信息系統(tǒng)英文名稱：Geographic Information System;GIS;Geographical Information System 第一講 緒論一、地理信息系統(tǒng)的基本概念美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調委員會美國國家地理信息與分析中心英國教育部俄羅斯學者李德仁院士定義：不同領域、不同專業(yè)對GIS的理解不同，目前沒有完全統(tǒng)一被普遍接受的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（美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調委員會）為了獲取、存儲、檢索、分析和顯示空間定位數(shù)

3、據(jù)而建立的計算機化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。（美國國家地理信息與分析中心）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)。（英國教育部）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（俄羅斯學者） 地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System,GIS）是一種特定而又十分重要的空間信息系統(tǒng)（Spatial Information System），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系統(tǒng)。(P2)What is A GIS?A Geographic information syst

4、em (GIS) is a computer system for capturing, storing, querying, analyzing, and displaying geospatial data.第一講 緒論一、地理信息系統(tǒng)的基本概念2 數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)(計算機時代）： 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。 信息：是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映。它以文字、數(shù)據(jù)、符號、聲音、圖象等形式記錄下來，進行傳遞和處理,為人們的生產，建設，管理等提供依據(jù)。數(shù)據(jù)與信息兩者關系 數(shù)據(jù)是信息的表達、載體，信息是數(shù)據(jù)的內涵，是形與質的關系。只有數(shù)據(jù)對實體行為產生影響才成

5、為信息，數(shù)據(jù)只有經過解釋才有意義，成為信息。信息的特點客觀性：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。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，經過處理、轉換和分析變?yōu)閷ιa、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。如股市信息，對于不會炒股的人來說，毫無用處，而股民們會根據(jù)它進行股票的購進或拋出，以達到股票增值的目的。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絡，被形象地稱為“信息高速公路”。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

6、身并無損失，這為信息的并發(fā)應用提供可能性。第一講 緒論一、地理信息系統(tǒng)的基本概念3 地理空間數(shù)據(jù)地理空間的概念GIS中的概念常用“地理空間”(Geo-Spatial)來表述，一般包括地理空間定位框架及其所連接的空間對象；地理空間定位框架即大地測量控制，由平面控制網和高程控制網組成；GIS的任何空間數(shù)據(jù)都必須納入一個統(tǒng)一的空間參照系中，以實現(xiàn)不同來源數(shù)據(jù)的融合、連接與統(tǒng)一；地理空間數(shù)據(jù)（簡稱為地理數(shù)據(jù)） 是指以地理空間位置為參照，描述自然、社會和人文經濟景觀的數(shù)據(jù)，可以是圖形、圖像、文字、表格和數(shù)字。地理空間實體和現(xiàn)象三大基本要素：地理空間實體及其表達空間位置數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)；時域（間）數(shù)據(jù)。第一

7、講 緒論一、地理信息系統(tǒng)的基本概念4 地理空間數(shù)據(jù)拓撲關系拓撲定義 拓撲結構是明確定義空間結構關系的一種數(shù)學方法,指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關系不變的性質。 拓撲變換（橡皮變換）拓撲種類 (兩例）1）關聯(lián)性： （不同類要素之間）結點與弧段：如V9與L5,L6,L3，多邊形與弧段：P2與L3,L5,L22）鄰接性： (同類元素之間)多邊形之間、結點之間。鄰接矩陣 如下，重疊：- 鄰接：1 不鄰接：0P1P2P3P4P1-111P21-10P311-0P4100-空間數(shù)據(jù)的計算機表示圖 層1圖 層2圖 層N.類型1類型2類型2.圖 幅1圖 幅2.目標1目標2.目標Point LinePoly

8、gon屬性關系+空間數(shù)據(jù)的計算機表示實例N1N5N2N3N4N6P4C5C4C3C2C1P3P2P1ID坐標始結點終結點左區(qū)右區(qū)屬性1屬性2屬性3C1N2N1P2P1A1A2A3第一講 緒論一、地理信息系統(tǒng)的基本概念5 地理信息是有關地理實體空間分布、性質、特征和運動狀態(tài)的信息，它是對表達地理特征和地理現(xiàn)象之間關系的地理及環(huán)境數(shù)據(jù)的解釋，是用文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等介質來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內容、數(shù)量或特征。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。地理信息特點 除了具有客觀性、適用性、可傳輸性和共享

9、性之外空間性：（是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著標志）。 地理信息屬于空間信息，位置的識別與數(shù)據(jù)相聯(lián)系，它的這種定位特征是通過公共的地理基礎來體現(xiàn)的。多維結構：指在同一位置上可有多種專題的信息結構。如某一位置上的地理信息是多維的。海量（數(shù)據(jù)量大）時序特征： 時空的動態(tài)變化引起地理信息的屬性數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)的變化。因此，要實時采集和更新地理信息，使得地理信息具有現(xiàn)勢性。以免過時的信息造成決策的失誤或因為缺少可靠的動態(tài)數(shù)據(jù)，不能對變化中的地理事件或現(xiàn)象作出合理的預測預報和科學論證。例如98年特大洪水險情正是武漢勘測設計院利用先進的RS、GPS技術測得實時數(shù)據(jù)為抗洪決策提供可靠依據(jù)。第一講 緒論一

10、、地理信息系統(tǒng)的基本概念6 地學信息地學信息：與人類居住的地球有關的信息都是地學信息。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。它是人們深入認識地球系統(tǒng)、適度開發(fā)資源、保護環(huán)境的前提和保證。7 系統(tǒng)、信息系統(tǒng)System：由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合而成，能完成特定功能的有機整體。 Information System（IS）：能對數(shù)據(jù)和信息進行采集、存儲、加工和再現(xiàn)，并能回答用戶一系列問題的系統(tǒng)。具有采集、管理、分析和表達數(shù)據(jù)的能力。事務處理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)：主要支持操作層人員的日常

11、事務處理，圖書管理，借還書。決策支持系統(tǒng)：從MIS中獲取信息，進行推測，以輔助決策。人工智能、專家系統(tǒng)：用計算機模仿人類思維過程進行推理，在醫(yī)學上應用較成功。為有效地對信息流進行控制，組織、管理、充分利用，就需要建立某種信息系統(tǒng)，那么對地理信息進行管理、利用就需要建立地理信息系統(tǒng)。：第一講 緒論一、地理信息系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)Data地理空間數(shù)據(jù)Geo_Spatial Data)信 息Information地理信息Geographic Information系 統(tǒng)System信息系統(tǒng)Informatin System地理信息系統(tǒng)Geographic Information System小結第一講

12、 緒論二、信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)的關系信息系統(tǒng)（IS)非空間信息系統(tǒng)空間信息系統(tǒng)（SIS）如廠礦企業(yè)管理、財務等MIS非地理信息系統(tǒng)CAD/CAM地理信息系統(tǒng)（GIS）專題GIS綜合信息系統(tǒng)地籍信息系統(tǒng)城市管線信息系統(tǒng)城市規(guī)劃與管理IS區(qū)域資源與環(huán)境IS信息系統(tǒng)分類 GIS與CAD共同點 GIS與CAD 不同點都有空間坐標系統(tǒng)；都能將目標和參考系聯(lián)系起來；都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓撲關系；都能處理屬性和空間數(shù)據(jù)研究對象為人造對象規(guī)則幾何圖形及組合；圖形功能特別是三維圖形功能強，屬性庫功能相對較弱；中的拓撲關系較為簡單；一般采用幾何坐標系 。處理的數(shù)據(jù)大多來自于現(xiàn)實世界，較之人造對象更復雜，數(shù)據(jù)量更大

13、；數(shù)據(jù)采集的方式多樣化；GIS的屬性庫結構復雜，功能強大；強調對空間數(shù)據(jù)的分析，圖形屬性交互使用頻繁；GIS采用地理坐標系 。三、地理信息系統(tǒng)與CAD的關系第一講 緒論 全球對地觀察系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)與全球因特網等高科技術基礎之上的信息集成系統(tǒng)工程的統(tǒng)稱，是21世紀信息社會的前奏，涉及到知識產權、國際合作、數(shù)據(jù)共享等問題，是星球大戰(zhàn)信息時代的翻版。 “數(shù)字地球”首先是政府行為，為數(shù)據(jù)規(guī)模、標準化、知識產權保護，信息安全，信息共享都需要由政府主持立法，保障和監(jiān)督。 數(shù)字地球是由遙感技術、遙測技術、數(shù)據(jù)庫與地理信息系統(tǒng)技術、高速計算機網絡技術和虛似技術為核心的信息技術系統(tǒng)，數(shù)字地球是地球科學與信息

14、科學技術的綜合，是一門綜合性的科學技術。四、數(shù)字地球（Geomatics)第一講 緒論五、地理信息系統(tǒng)的應用第一講 緒論GIS能做什么？緩沖區(qū)分析疊加分析空間查詢網絡分析地形分析。數(shù)據(jù)采集與輸入數(shù)據(jù)編輯與更新數(shù)據(jù)存儲與管理空間查詢與分析數(shù)據(jù)顯示與輸出 GIS最初就是起源于資源清查，是GIS的最基本的職能，目前趨于成熟的主要應用領域。資源清查包括土地資源，森林資源和礦產資源的清查、管理、土地利用規(guī)劃，野生動物的保護等。GIS的主要任務是將各種來源的數(shù)據(jù)和信息有機地匯集在一起，并通過統(tǒng)計，疊量分析等功能，按多種邊界和屬性條件，提供區(qū)域多種條件組合形式的資源統(tǒng)計和資源現(xiàn)狀分析，從而為資源的合理開發(fā)、

15、利用提供依據(jù)。 GIS在國際上典范中有：A、加拿大應用GIS完成全國土地資源潛力和估算B、利用GIS進行世界小麥大面積估產的高準確率-這些說明GIS在資源清查方面的應用趨于成熟。 資源調查 在進行區(qū)域和城鎮(zhèn)規(guī)劃的過程中，要處理許多不同性質和不同特點的問題，涉及多方面要素，如資源、環(huán)境、人口、交通、經濟、教育、文化和金融等，GIS將這些數(shù)據(jù)信息歸算到城市的統(tǒng)一系統(tǒng)之中，最后進行城市和區(qū)域多目標的開發(fā)和規(guī)劃，包括城鎮(zhèn)總體規(guī)劃，城市建設用地適宜性評價，城市環(huán)境質量評價，道路交通規(guī)劃，公共設施配置及城市環(huán)境動態(tài)監(jiān)測等，這些功能的實現(xiàn)是以GIS的一些數(shù)據(jù)處理和分析算法加以保證的，如GIS的空間搜索方法，

16、多信息疊加處理和一系列的分析軟件，回歸分析，投入產出計算，模糊加權評價等。 城鄉(xiāng)建設規(guī)劃GIS方法和多時相的遙感數(shù)據(jù)，可以有效地用于森林火災的預測預報、洪水災情監(jiān)測和淹沒損失估算，確定泄洪區(qū)內人員撤退、財產轉移和救災物資供應的最佳路線，為救災搶險和防洪決策提供及時準確的信息。災害監(jiān)測環(huán)境評估作戰(zhàn)指揮交通運輸 GIS利用地理數(shù)據(jù)庫，通過一系列決策模型的構建和比較分析，可為國家宏觀決策提供依據(jù)。例如我國在三峽地區(qū)的研究中通過利用GIS和機助制圖的方法，建立環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，為三峽工程的宏觀決策提供了建庫前后環(huán)境變化的數(shù)量，速度和演變趨勢等可靠數(shù)據(jù)。宏觀決策一種項重大的社會GIS工程家譜GIS布什與夢露

17、戴安娜是一家人 ？歷史地圖及查詢家譜樹型結構圖:按“代”表示林春公林曉林暉林曜林昕林裕勤林裕茂林洪桃林洪有林洪霞林洪治林珍禮林珍魁林珍玉林珍祥林珍意林珍載林珍度林珍微家譜樹型結構圖:按“時間”表示林曉林暉林曜林昕林裕勤林裕茂林洪桃林洪有林洪霞林洪治林珍禮林珍玉林珍魁林珍祥林珍意林珍載林珍度林珍微林春公14981500155016001650家譜樹型結構圖:按“空間”表示林曉林暉林曜林昕林裕勤林裕茂林洪桃林洪有林洪霞林洪治林珍禮林珍玉林珍魁林珍祥林珍意林珍載林珍度林珍微林春公1498群族遷徙路線圖GIS 專業(yè)發(fā)展地理信息 IT 產業(yè)主流1、國際1960年，加拿大測量學家Roger F. Toml

18、inson提出，創(chuàng)建第一個系統(tǒng)（CGIS），之后全球快速發(fā)展2004.01 Nature雜志發(fā)表文章將以遙感與GIS為基礎的Geo-technology、納米技術、生物技術作為最新出現(xiàn)的、最具發(fā)展前景的三大技術。地理信息 IT 產業(yè)主流一、GIS專業(yè)的發(fā)展2 國內70年代GIS技術在我國開始發(fā)展90年代專業(yè)調整，出現(xiàn)GIS專業(yè)近年來，隨著GIS技術的快速發(fā)展，社會對GIS人才的需求量快速增長，GIS專業(yè)在很多院校都如雨后春筍般地發(fā)展起來權威地理信息 IT 產業(yè)主流3 專業(yè)背景分設在地理學和測繪學兩個一級學科下的二級學科 。由于GIS與計算機技術關系密切，一些計算機專業(yè)人員也從事GIS的研究與應

19、用，并開始培養(yǎng)GIS人才。計算機科學背景 地理學背景 測繪學背景 帶有原背景的烙印，不能較好地將 各學科知識融會貫通；符合社會需求的復合型人才只占極少一部分。 地理信息 IT 產業(yè)主流GIS專業(yè)的社會需求GIS應用圖式最初應用范圍資源管理土地規(guī)劃拓展應用范圍商業(yè)國防電信教育工程環(huán)境政府衛(wèi)生資源交通 融扎實的GIS基本技能與迫切的GIS求知、創(chuàng)新欲望于一體。專業(yè)素質 學科交叉融合融厚實的數(shù)理、空間知識基礎與精湛的GIS專業(yè)知識于一體融GIS研究、技術開發(fā)本領與GIS項目管理能力于一體。GIS專業(yè)人才的道德品質也應作為人才素質特征的重要指標。GIS專業(yè)人才的基本知識結構立體知識結構：以數(shù)理基礎和空間基礎為寬度，以應用背景與應用領域為廣度，以專業(yè)知識及專業(yè)技能為深度的