1、地理信息系統(tǒng)概論任課教師：馮文釗Email:pingyinghao1第一章 地理信息系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)、信息和信息系統(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)的組成及功能地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用1.數(shù)據(jù)、信息和信息系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)具有特定的功能，保持相對(duì)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，特定條件下發(fā)生突變。系統(tǒng)是開放的，系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與環(huán)境之間有著物質(zhì)、能量及信息的交互。系統(tǒng)通過相互協(xié)調(diào)來獲得最好的整體功能。信息系統(tǒng)是一種采集、輸入數(shù)據(jù)或低級(jí)信息，按照人們的指令進(jìn)行加工處理，提取、輸出有用信息乃至知識(shí)的系統(tǒng)。 輸入 系統(tǒng)的環(huán)境功能及其運(yùn)作系統(tǒng)一般組成示意圖輸出1.數(shù)據(jù)、信息和信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)（Data）：是人類在認(rèn)識(shí)世

2、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）：信息是通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋、運(yùn)用和解算后產(chǎn)生的對(duì)人類認(rèn)識(shí)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（表達(dá)），是人類認(rèn)識(shí)過程的直接記錄或原始素材；信息是潛在于數(shù)據(jù)中的意義（內(nèi)容），是對(duì)數(shù)據(jù)的解釋，是對(duì)數(shù)據(jù)加工后的有認(rèn)識(shí)意義的結(jié)果1.數(shù)據(jù)、信息和信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)：信息系統(tǒng)是采集、輸入數(shù)據(jù)或低級(jí)信息，進(jìn)行加工處理，輸出有用信息的系統(tǒng)信息系統(tǒng)的本質(zhì)特征：從數(shù)據(jù)中提取和發(fā)掘有用信息基于計(jì)算機(jī)的信息系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫(kù)）信息系統(tǒng)的構(gòu)成要素：數(shù)據(jù)及信息、軟件、硬件和人員信息和信息系統(tǒng)的層次

3、性數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)（data ming and knowledge discovery，簡(jiǎn)稱DM 和 KD）：認(rèn)證合理的、新的結(jié)構(gòu)特征，以形成更深層次的知識(shí)。 輸入數(shù)據(jù)或 輸出信息 低級(jí)信息 乃至知識(shí)處理功能（存貯顯示分析等）信息系統(tǒng)示意2.地理信息系統(tǒng)基本概念和本質(zhì)特征地理空間數(shù)據(jù)和信息地理空間數(shù)據(jù)和信息地理空間數(shù)據(jù)：符號(hào)化表示的、地球表層空間地理現(xiàn)象和事務(wù)的直接紀(jì)錄。地理空間信息：表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律等的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。地理空間數(shù)據(jù)和信息的三個(gè)基本特征空間位置特征 多位結(jié)構(gòu)（屬性特征）時(shí)態(tài)特征地理空間數(shù)據(jù)區(qū)別于一般計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)

4、的本質(zhì)特征空間位置特征空間特征數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系或鏈接關(guān)系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(kù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)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2.地理信息系統(tǒng)基本概念和本質(zhì)特征GIS的物理外殼是計(jì)算機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng)GIS的操作對(duì)象是空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)串形式存儲(chǔ)的離散型空間數(shù)據(jù)柵格單元表達(dá)的連續(xù)型空間數(shù)據(jù)混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)集成、地理空間分析、定位、表達(dá)和決策支持功能GIS與地理學(xué)和測(cè)繪學(xué)關(guān)

5、系密切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)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)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的關(guān)系地理信息系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)總體的關(guān)系吸收計(jì)算機(jī)技術(shù)作出一定的貢獻(xiàn)GIS正在融入計(jì)算機(jī)主流地理信息系統(tǒng)與各計(jì)算機(jī)具體分支技術(shù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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)地理信息系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)的區(qū)別空間分析圖形處理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)與其他學(xué)科的關(guān)系3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能GIS的基本構(gòu)成硬件主機(jī)輸入、輸出設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)

6、備3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能輸入設(shè)備專用設(shè)備常規(guī)設(shè)備GPS全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站解析和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量?jī)x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)的組成及功能 輸入、數(shù)據(jù)采集（數(shù)字化儀、掃描儀） 建庫(kù)、數(shù)據(jù)管理（服務(wù)器、工作站） 查詢、空間分析（服務(wù)器、工作站） 決策支持、上網(wǎng)（服務(wù)器、工作站、） 制作專題圖（服務(wù)器、工作站） 輸出（繪圖儀）3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能單機(jī)模式：由基本外設(shè)、處理 設(shè)備和輸出設(shè)備構(gòu)成適用于小型GIS建設(shè)數(shù)據(jù)傳輸與資源共享不方便3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能局域網(wǎng)

7、模式：部門或單位內(nèi)部GIS建設(shè)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(kù)與網(wǎng)管Intranet用戶組n3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能廣域網(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(kù)（服務(wù)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)Internet3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能軟件GIS專業(yè)軟件數(shù)據(jù)輸入和編輯 空間數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)處理和分析 數(shù)據(jù)輸出用戶界面 系統(tǒng)二次開發(fā)能力3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能數(shù)據(jù)庫(kù)軟件OracleSQL ServerSDE(Spatial Database Eng

8、ine空間數(shù)據(jù)引擎)系統(tǒng)管理軟件UnixWindows3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能操作系統(tǒng)（系統(tǒng)調(diào)用、設(shè)備運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)等）系統(tǒng)庫(kù)（編程語言、數(shù)學(xué)庫(kù)等）標(biāo)準(zhǔn)軟件（圖形、數(shù)據(jù)庫(kù)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GIS3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能地理空間數(shù)據(jù)和信息混合式擴(kuò)展式開放式3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員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、

9、數(shù)據(jù)共享建設(shè)等。3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能應(yīng)用模型 系 統(tǒng) 軟 件 系 統(tǒng) 硬 件空間數(shù)據(jù)GIS人員應(yīng)用模型（客戶端計(jì)算機(jī)）各種GIS軟件（包）數(shù)據(jù)輸入輸出、處理分析等功能模塊操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件面向用戶的功能模塊分析模型專家系統(tǒng)用戶界面用戶（服務(wù)器計(jì)算機(jī)）GIS服務(wù)器軟件GIS數(shù)據(jù)庫(kù)觀測(cè)記錄遙感數(shù)據(jù)傳統(tǒng)地圖電子地圖聲像數(shù)據(jù)鍵盤數(shù)字化儀掃描儀光磁盤機(jī)媒體設(shè)備輸入不同形式輸入數(shù)據(jù) 輸入設(shè)備顯示器繪圖儀打印機(jī)激光照排媒體設(shè)備地圖圖像表格文字 聲像輸出輸出設(shè)備 不同形式輸出3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能GIS的功能GIS能做什么？3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能采集數(shù)據(jù)3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能管理各行

10、業(yè)數(shù)據(jù)測(cè)繪 勘測(cè) 規(guī)劃 土地 交通 管線 農(nóng)林 水利 環(huán)保 油田 地質(zhì) 軍事3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能管理海量數(shù)據(jù)3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能查詢?yōu)g覽3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能專業(yè)分析3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能路徑分析3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能地圖整飾3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能動(dòng)態(tài)分段3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能斷面分析3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能格網(wǎng)分析3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能生成數(shù)字高程模型3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能三維地下體分析3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能基本功能數(shù)據(jù)采集與編輯數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理數(shù)據(jù)處理和變換數(shù)據(jù)變換數(shù)據(jù)重構(gòu)數(shù)據(jù)抽取空間分析和統(tǒng)計(jì)拓?fù)浏B合緩沖區(qū)建立數(shù)字地形分析

11、空間集合分析產(chǎn)品制作與顯示3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能二次開發(fā)和編程 GIS的空間分析技術(shù)與手段是有限的，而實(shí)際應(yīng)用模型是無可枚舉的，任何GIS都應(yīng)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；3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能應(yīng)用功能資源管理區(qū)域規(guī)劃國(guó)土監(jiān)測(cè)輔助決策3.地理信息系統(tǒng)的組成及功能4.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展強(qiáng)勁的需求導(dǎo)致GIS的產(chǎn)生GIS的產(chǎn)生和發(fā)展地理信息系統(tǒng)的開拓期（60年代） 地理信息系統(tǒng)的鞏固發(fā)展期（70年代）

12、地理信息系統(tǒng)技術(shù)大發(fā)展時(shí)期（80年代）地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用普及時(shí)代（90年代） 時(shí)間標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)管理空間關(guān)系分析專業(yè)模型空間信息模型20世紀(jì)60年代（管理）CGISY20世紀(jì)80年代（管理）ARC/INFOYY(簡(jiǎn)單)20世紀(jì)90年代初（分析）專業(yè)研究用戶YY(簡(jiǎn)單)Y(外掛)20世紀(jì)90年代中（模擬）GoodChildFischerHainingFothringhamOpenShow等YY(簡(jiǎn)單)Y(外掛)Y(外掛)2000年（調(diào)控）區(qū)域系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展調(diào)控Y空間信息分析（模塊）Y(模塊)空間過程模擬模型（模塊）4.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用GIS的國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 20世紀(jì)70年代準(zhǔn)備階段1980-19

13、85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4.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用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GIS信息共享措施的建立多源空間數(shù)據(jù)的無逢集成GIS圖形與屬性的無逢結(jié)合空間數(shù)據(jù)交換格式的解決空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和元數(shù)據(jù)技術(shù)多維和動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)模型4.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用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(guó)外INTERGAPHESRIAutoDeskBSISmallworldMapInfoSeimensLandmarkOther4.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用主要的GIS產(chǎn)品供應(yīng)商國(guó)內(nèi)MapGisGeoStarSuperMap4.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和

14、應(yīng)用組件式GIS研制單位組件式GISESRIMapObjectsIntergraphGeomediaMapinfoMapX4.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用GIS網(wǎng)絡(luò)化已構(gòu)成當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)瀏覽器嵌入式組件InternetWWW服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)服務(wù)器元數(shù)據(jù)查詢搜索引擎URLHTTPFTP研制單位Web GISESRIInternet Map ServerIntergraphGeomedia Web MapMapinfoMapXtremeAutoDeskMapGuideBentlyModel Server/Discovery長(zhǎng)地公司MapGIS Web4.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用Web GIS解決方案4

15、.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用地理信息科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展主體：地球信息機(jī)理手段：地理信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域：全球變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展4.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域地理邏輯繪圖繪圖機(jī)構(gòu)地質(zhì)測(cè)繪地方政府人口局稅務(wù)部門旅游服務(wù)業(yè)公用事業(yè)公司企業(yè)教育交通運(yùn)輸部門4.地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用政府部門企業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域民用農(nóng)業(yè)： 表現(xiàn)土地利用的衛(wèi)星影像與厄爾逆諾的氣象波動(dòng)模型相結(jié)合可以預(yù)測(cè)對(duì)農(nóng)業(yè)的影響。 GPS（全球定位系統(tǒng)）接受器與便攜式 GIS 軟件相結(jié)合可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供某地化學(xué)物質(zhì)的濃度。 在加利福利亞的圣華金河流域，GIS被用來模擬非點(diǎn)源污染。生成的地圖提供了土壤鹽分的可視化顯示。 商

16、業(yè)地理方面 一個(gè)公司利用GIS來評(píng)估其辦公地點(diǎn)遷址將對(duì)員工變換工作（employees commute to work）的影響。 魁北克一家面臨競(jìng)爭(zhēng)壓力的小公司用GIS開發(fā)了它的客戶數(shù)據(jù)庫(kù)，并用以辨別客戶的分布情況，加大郵件宣傳的效率并提高客戶的回頭率。 舊金山的一個(gè)組織用GIS來幫助小型商業(yè)公司尋找那些具有合適的商業(yè)、經(jīng)濟(jì)、人口和交通屬性等內(nèi)容的貿(mào)易空間 軍事 美國(guó)空軍利用 GIS 技術(shù)來管理、維護(hù)和可視化數(shù)以百萬計(jì)的氣候記錄。 瑞典軍隊(duì)為改善軍事計(jì)劃，在這一方面做過更深入的工作，他們把軍用和民用目標(biāo)用不同的符號(hào)分別表示出來。 加拿大軍隊(duì)則有定制的 GIS 軟件并將其與陸軍的命令系統(tǒng)結(jié)合起來

17、應(yīng)用。 生態(tài)和環(huán)保 哥倫比亞正在建立一個(gè) GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)以對(duì)那些預(yù)留出來作為國(guó)家公園的土地進(jìn)行優(yōu)先次序排序。 在肯尼亞，通過 GIS 可以顯示出大型哺乳動(dòng)物在雨季都散布在熱帶稀疏草原上，而在旱季則集中在盆地里。理解哺乳動(dòng)物的季節(jié)遷移模式對(duì)于管理野生動(dòng)物和牲畜的水資源分配非常重要。 在加利福利亞的Santa Catalina島，GIS被用來評(píng)估生態(tài)成本和泥土路的效益。道路雖然為生態(tài)管理提供通路，但同是又破壞了生態(tài)景觀，因此在生態(tài)環(huán)境方面它的存在與否很難做決斷。 電力和煤氣（AM/FM） 貝魯特正在利用GIS分析它的電力線路以減少損失、提高電壓。GIS用來模擬能達(dá)到最優(yōu)電力效益的設(shè)施布置措施。 新

18、墨西哥州也正在利用GIS來管理其公眾服務(wù)設(shè)施布局、正常運(yùn)轉(zhuǎn)并維護(hù)長(zhǎng)達(dá)2500英里的電力輸送。關(guān)注的主要問題是防止對(duì)環(huán)境有損害的活動(dòng)。 丹麥能源部正在建立全國(guó)每幢建筑中能源用量的數(shù)據(jù)庫(kù)。這種信息對(duì)于規(guī)劃發(fā)電站和設(shè)計(jì)分布體系非常重要。緊急情況處理和公共安全 1977年，探測(cè)土星的卡西尼太空船發(fā)射。GIS被用來評(píng)估甲板上钚發(fā)生器出現(xiàn)意外的風(fēng)險(xiǎn)情況。 意大利國(guó)家地震調(diào)查局正在建立一種綜合的信息系統(tǒng)以對(duì)主要的地震事件生成實(shí)時(shí)的表格報(bào)告和運(yùn)作圖。環(huán)境管理 在朝鮮，國(guó)家公園的分區(qū)按照風(fēng)景質(zhì)量、高程、坡度、自然狀況等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。分析發(fā)現(xiàn)一些公園無法進(jìn)行正確的分區(qū)。 土耳其建立了一個(gè)大型水壩。GIS用來對(duì)大壩

19、建成后對(duì)灌溉、水力發(fā)電、衛(wèi)生、采礦教育、旅游以及電訊等方面產(chǎn)生的影響進(jìn)行全面的評(píng)估。 在巴伐利亞，生態(tài)平衡與GIS軟件相結(jié)合為環(huán)境管理提供有力的工具。這種信息通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)布。林業(yè) 在森林覆蓋的盆地，公路的修建和使用將極大地增加沉積物的沉積作用。林業(yè)公司正在建立一個(gè)公路沉積物模型以確定一個(gè)維護(hù)計(jì)劃。 美國(guó)漁業(yè)和野生動(dòng)植物組織已經(jīng)在發(fā)現(xiàn)瀕臨滅絕的紅翎啄木鳥的地方確定了一個(gè)管理森林的指導(dǎo)方針。GIS用來計(jì)算它們的活動(dòng)范圍和覓食區(qū)域。 衛(wèi)生保健 加利福利亞州要求縣政府報(bào)告門診病人衛(wèi)生保健中產(chǎn)生的文化和種族問題。GIS用來表現(xiàn)地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口統(tǒng)計(jì)以及衛(wèi)生保健設(shè)施的數(shù)據(jù)。 大學(xué)里的研究人員也利用GIS來分析罕見疾病的流行情況，并估計(jì)個(gè)人感染的環(huán)境危險(xiǎn)系數(shù)。 在科羅拉多州，體重過輕嬰兒的百分比高出了全國(guó)平均值。GIS用來調(diào)查其原因，如年齡、種族、教育、高程