1、地理信息系統(tǒng)原理,Geographical Information System,引言,典型的問題 導(dǎo)航問題 房屋拆遷補(bǔ)償 超市選址 無線通訊基站的布局 緊急事件的處理，如化學(xué)品泄露的人員疏散。 這些問題，都與空間位置有關(guān) GIS能解決這些問題。,引言,全球問題 面臨的挑戰(zhàn)-人口過剩, 污染, 自然災(zāi)害-都具有地理屬性. 局部問題 指出救護(hù)車的最短路徑,局部問題也具有地理屬性,教學(xué)內(nèi)容,1.1 地理信息系統(tǒng)的概念 1.2 GIS的組成 1.3 GIS的功能 1.4 GIS的類型 1. GIS的發(fā)展,1.1 地理信息系統(tǒng)概念,1 數(shù)據(jù) 2 信息 3 數(shù)據(jù)處理過程 4 地理信息 5 地理信息顯著特

2、征 6 GIS定義 7 GIS在信息系統(tǒng)中的地位,1.1地理信息系統(tǒng)基本概念,數(shù)據(jù)與信息 數(shù)據(jù)：對客觀事物進(jìn)行定性，定量描述的原始材料，是記錄下來可以被識別的符號。 信息：客觀事物在人腦中的反映，是經(jīng)過加工后有用的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系：數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，二者不可分離； 地理信息系統(tǒng)應(yīng)具有收集和處理數(shù)據(jù)的功能。,1.1地理信息系統(tǒng)基本概念,數(shù)據(jù)處理過程 數(shù)據(jù)的收集、篩選、排序、歸并、存儲、檢索、計(jì)算、分析、傳輸、模擬、預(yù)測、使用。,1.1地理信息系統(tǒng)基本概念,地理信息 地理信息： 指與研究對象的空間地理分布有關(guān)的信息。指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)（地理實(shí)體）的數(shù)量、

3、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。 地理信息組成：屬性信息空間信息 地理信息特征：空間定位、多維結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化。 人類的信息80與空間位置有關(guān)。,GIS定義,GIS定義,GIS定義,GIS： Geographic(al) Information Systems, 地理信息系統(tǒng)。 GIS定義：GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來支持空間數(shù)據(jù)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。 美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會（FICCDC）,GIS的其他定義,地理信息系統(tǒng)既是管理和分析空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用工程技術(shù)，又是跨越地球科學(xué)、信息科學(xué)

4、和空間科學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。其技術(shù)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和相關(guān)的方法過程所組成，用以支持空間數(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。,GIS的其他定義,GIS學(xué)科 是跨越地球科學(xué)、信息科學(xué)和空間科學(xué)的綜合性邊緣學(xué)科。 它研究關(guān)于地理空間信息處理和分析過程中提出一系列基本問題，如空間對象表達(dá)與建模、空間關(guān)系及推理機(jī)制、空間信息的控制基準(zhǔn)、空間信息的認(rèn)知與分析、GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評價(jià)GIS應(yīng)用模型與可視化、空間信息的政策與標(biāo)準(zhǔn)等； GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù),空間數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)是按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)編碼，并實(shí)現(xiàn)對其定位、定性、定量和拓?fù)潢P(guān)系的描述,由此而形成GIS的技術(shù)優(yōu)勢

5、是有效的地理實(shí)體表達(dá)、獨(dú)特的時空分析能力、強(qiáng)大的圖形創(chuàng)造手段和可靠的科學(xué)預(yù)測與輔助決策功能等；,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,能讓你輕易找到工業(yè)園5公里內(nèi) 和20年以上壽命的所有橋梁,GIS 是,G,IS,地理信息系統(tǒng)（GIS）是什么？,GIS的概念框架和構(gòu)成,對GIS的理解,GIS的物理外殼是計(jì)算機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng) GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù) GIS的技術(shù)優(yōu)勢在于它的空間分析能力 GIS與地理學(xué)、測繪學(xué)等聯(lián)系緊密,對GIS的理解,Geographical Information,System,Science,Service,GIS在信息系統(tǒng)中的地位與分類,1.2 GIS的基本構(gòu)

6、成,GIS基本構(gòu)成的結(jié)構(gòu)圖 GIS的基本構(gòu)成要素 GIS的硬件配置模式 GIS的軟件 應(yīng)用模型,1.2 GIS的基本組成,GIS基本構(gòu)成的結(jié)構(gòu)圖: 專業(yè)人員人是地理信息系統(tǒng)最重要的部分，人必須開發(fā)過程和定義 GIS將要完成的工作. 基礎(chǔ)設(shè)施有效的和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)影響了查詢和分析的結(jié)果。 硬件硬件影響到處理能力、使用方便性、和輸出的類型. 軟件這不僅包括GIS 軟件, 而且包括數(shù)據(jù)庫、繪圖、統(tǒng)計(jì)、圖像和其他軟件. 應(yīng)用模型GIS 分析需要定義完好的 、可靠的方法來處理需要重復(fù)處理的結(jié)果(程序),1.2 GIS的基本組成,GIS基本構(gòu)成的結(jié)構(gòu)圖,GIS基本構(gòu)成的結(jié)構(gòu)圖,應(yīng)用模型,GIS的基本構(gòu)成要素,

7、系統(tǒng)硬件 由主機(jī)、外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)組成，用于存儲、處理、傳輸和顯示空間數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)軟件 由系統(tǒng)管理軟件、數(shù)據(jù)庫軟件和基礎(chǔ)GIS軟件組成，用于執(zhí)行GIS功能的數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、處理、分析、建模和輸出等操作。 空間數(shù)據(jù) 由數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成，用于空間數(shù)據(jù)的存儲、管理、查詢、檢索和更新等。 應(yīng)用模型 由數(shù)學(xué)模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突旌夏Ｐ徒M成，用于解決某項(xiàng)實(shí)際應(yīng)用問題，獲取經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。,1.硬件,(1)基本配置,(2)硬件配置模式,a.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,(2)硬件配置模式,b.局域網(wǎng)模式： 部門或單位內(nèi)部GIS建設(shè)

8、專線連接 資源共享較方便,(2)硬件配置模式,c.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 （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),Internet,2.軟件,（1）.軟件層次,（2）GIS軟件功能分類,3.空間數(shù)據(jù),地理數(shù)據(jù)：空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、時態(tài)數(shù)據(jù)； GIS的操作對象為空間數(shù)據(jù) 空間數(shù)據(jù)組織：矢量結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)； 空間數(shù)據(jù)管理： 幾何數(shù)據(jù)：文件 屬性數(shù)據(jù)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫,空間數(shù)據(jù),矢量圖,柵格圖,4. 人員,5.應(yīng)用模型,目前市場上出售的G

9、IS和運(yùn)行的GIS大多數(shù)屬于GIS工具，雖然這些GIS能夠提供點(diǎn)線面覆蓋疊加模型，網(wǎng)絡(luò)分析模型等抽象模型，但是這些模型遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠解決眾多的具體的地學(xué)問題。在實(shí)際應(yīng)用中使用者往往需要做許多二次開發(fā)工作來滿足實(shí)際應(yīng)用需要開發(fā)應(yīng)用模型。 應(yīng)用模型舉例 公園選址模型 土地利用適用性模型 洪水預(yù)測模型 人口擴(kuò)散模型,1.3 GIS的功能簡介,基本功能 GIS功能實(shí)現(xiàn)過程 GIS應(yīng)用領(lǐng)域,1.3 GIS的功能,基本功能 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)編輯（數(shù)據(jù)處理和變換）； 數(shù)據(jù)存儲與管理； 空間分析、查詢和統(tǒng)計(jì)； 產(chǎn)品制作與顯示（數(shù)據(jù)輸出）； 二次開發(fā)和編程。,1.GIS功能實(shí)現(xiàn)過程,文件圖表,數(shù)據(jù)采集,原始數(shù)據(jù),存儲

10、檢索,空間查詢 空間分析,數(shù)據(jù)編輯 投影變換,數(shù)據(jù)輸出,制圖、表格,交互展示,結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),空間 數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)存儲 管理,2.GIS功能：空間數(shù)據(jù)獲取,3. GIS功能：數(shù)據(jù)編輯與處理,目的：保證數(shù)據(jù)在入庫時在內(nèi)容上的完整性， 邏 輯上的一致性。 方法：數(shù)據(jù)編輯與處理、錯誤修正： 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化：矢量、柵個格轉(zhuǎn)化，不同數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化； 數(shù)據(jù)比例轉(zhuǎn)化：平移、旋轉(zhuǎn)、比例、糾正 投影變換：投影方式 數(shù)據(jù)概化：平滑、特征集結(jié) 數(shù)據(jù)重構(gòu)：幾何形態(tài)變換（拼接、截取、壓縮、結(jié)構(gòu)） 地理編碼：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),4.數(shù)據(jù)存儲與管理,采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)存儲與管理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)的集成過程 幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)組織 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量結(jié)構(gòu)、柵格

11、結(jié)構(gòu)、柵格/矢量結(jié)構(gòu) 決定著GIS的數(shù)據(jù)分析能力、效率和精度 數(shù)據(jù)管理 層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型、 混合管理模式,5. 分析與查詢,空間檢索 空間分析,空間分析,地形分析 網(wǎng)絡(luò)分析 緩沖區(qū)分析 幾何量測 地圖分析 疊置分析 統(tǒng)計(jì)分析 決策分析,位置查詢 屬性查詢 拓?fù)洳樵?空間查詢,空間分析與查詢,位置（Locations） 條件（Conditions） 趨勢（Trends） 模式（Patterns） 模型（Models）,GIS的功能需求位置,某個特定位置有什么？ 幾何查屬性 例：國家屬性查詢,GIS的功能需求條件,滿足給定條件的地理對象分布 屬性查位置 例：客戶分布,GIS的功能需求趨

12、勢,地理對象隨時間的變化 例：人口變化趨勢,GIS的功能需求模式,空間對象的分布模式問題 揭示空間對象的空間關(guān)系 例：商業(yè)服務(wù)競爭,GIS的功能需求模型,解決問題方案 基于模型的 例：公園選址,6.數(shù)據(jù)輸出,統(tǒng)計(jì)表格 制圖：專題地圖、影象地圖、統(tǒng)計(jì)地圖、地形圖 數(shù)據(jù)交換,7.用戶界面,.二次開發(fā),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；,GIS的應(yīng)用領(lǐng)域,應(yīng)用領(lǐng)

13、域 資源管理； 區(qū)域規(guī)劃； 國土監(jiān)測； 輔助決策； 定位服務(wù)。,全球問題 面臨的挑戰(zhàn)-人口過剩, 污染, 自然災(zāi)害-都具有地理屬性. 局部問題 指出救護(hù)車的最短路徑,局部問題也具有地理屬性,GIS應(yīng)用領(lǐng)域,資源清查是GIS的最基本的職能 包括: 1）土地資源的清查、管理； 2）森林資源的清查、管理； 3）礦產(chǎn)資源的清查、管理； 4）土地利用規(guī)劃； 5）野生動物的保護(hù) ,GIS應(yīng)用舉例,GIS在區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用包括： 1）城鎮(zhèn)總體規(guī)劃； 2）公共設(shè)施配置； 3）道路交通規(guī)劃； 4）城市環(huán)境動態(tài)監(jiān)測； 5）城市環(huán)境選質(zhì)量評價(jià)； 6）城市建設(shè)用地適宜性評價(jià)； ,GIS應(yīng)用舉例,GIS應(yīng)用舉例,

14、GIS方法和多時相的遙感數(shù)據(jù)，用于: 森林火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報(bào); 洪水災(zāi)情監(jiān)測和淹沒損失估算; 確定泄洪區(qū)內(nèi)人員撤退、財(cái)產(chǎn)轉(zhuǎn)移和救災(zāi)物資供應(yīng)的最佳路線; 為救災(zāi)搶險(xiǎn)和防洪決策提供及時準(zhǔn)確的信息。,GIS應(yīng)用舉例,GIS應(yīng)用舉例,GIS應(yīng)用舉例,GIS應(yīng)用舉例,地理邏輯 繪圖,繪圖機(jī)構(gòu),地質(zhì)測繪,環(huán)保機(jī)構(gòu),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,GIS的應(yīng)用部門,今天, GIS是幾百億美元的產(chǎn)業(yè)，在世界范圍內(nèi)雇傭了幾百萬人 GIS 已在世界各國的中學(xué)、大學(xué)教授 Internet -GIS用戶 快速增長,GIS應(yīng)用,GIS用戶主要分布的行業(yè),空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)

15、部門：勘測測繪、遙感等 城市市政管理部門：規(guī)劃、土地、房地產(chǎn)、市政水電氣 能源部門：石油、天然氣、地質(zhì) 自然利用：農(nóng)林、水利、環(huán)保 公眾服務(wù)部門：公安、消防、緊急救援 金融服務(wù)部門：銀行、保險(xiǎn) 社會經(jīng)濟(jì)部門：統(tǒng)計(jì)局、信息中心,GIS 快速成長為各種尺度決策的關(guān)鍵工具。,結(jié)論,1.4 GIS的類型,根據(jù)GIS的研究內(nèi)容、功能、作用等對GIS進(jìn)行類型劃分,GIS商品軟件,MapGIS 中地?cái)?shù)碼 ： SuperMap 北京超圖公司： GeoStar 武漢武大吉奧信息工程技術(shù)有限公司 ARCGIS ESRI公司: ，http:/www.esrichina- MapInfo 美國MapInfo公司地理信

16、息系統(tǒng) ：,1.5 GIS的發(fā)展,一、國際GIS的發(fā)展?fàn)顩r 1、60年代，探索時期， 1963,加拿大Tomlinson提出GIS概念,建立了世界上第一個GISCGIS，加拿大GIS 。人們關(guān)注什么是GIS，GIS能干什么。 2、70年代，鞏固時期，研究的重點(diǎn)是空間數(shù)據(jù)處理的算法，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫管理。 3、80年代，實(shí)破階段，把GIS與RS結(jié)合來解決全球性問題。 4、90年代，全面應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)化階段，對GIS進(jìn)一步研究，研究的內(nèi)容集中在：空間信息分析的新模式和新方法，空間關(guān)系和數(shù)據(jù)模型，人工智能引入等。 5、 21世紀(jì)，網(wǎng)絡(luò)IS,1.5 GIS的發(fā)展,我國GIS起步較晚，但發(fā)展較快，分為以下幾

17、個階段： 1、 70年代，準(zhǔn)備階段 2、 80年代，試驗(yàn)起步階段 3、 90年代，我國GIS發(fā)展階段 4、 96年以來，是我國GIS產(chǎn)業(yè)化階段。,1.5 GIS的發(fā)展,發(fā)展態(tài)勢 GIS已成為一門綜合性技術(shù)；3S GIS產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁； GIS網(wǎng)絡(luò)化已構(gòu)成當(dāng)今社會的熱點(diǎn)； 地理信息科學(xué)( geoinformatics )的產(chǎn)生和發(fā)展。 3DGIS、VR+ GIS 基礎(chǔ)理論 地理信息系統(tǒng)是傳統(tǒng)科學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的邊緣學(xué)科，因此它明顯的體現(xiàn)出多學(xué)科交叉的特征，這些交叉學(xué)科的基礎(chǔ)理論同樣構(gòu)成地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論體系；,1.5 GIS的發(fā)展,各國政府設(shè)立相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)來引導(dǎo)GIS理論研究

18、，如美國國家自然科學(xué)基金委員會（NSF）支持成立了國家地理信息與分析中心（NCGIA）等，研究重點(diǎn)包括空間關(guān)系、空間數(shù)據(jù)模型、空間認(rèn)知、空間推理、地理信息機(jī)理和地理信息不確定性等；,1.5 GIS的發(fā)展,李德仁院士在空間信息系統(tǒng)的集成與實(shí)現(xiàn)一書中，扼要敘述了地球空間信息學(xué)的七大理論問題： 地球空間信息學(xué)的基準(zhǔn)； 地球空間信息標(biāo)準(zhǔn)； 地球空間信息的時空變化理論； 地球空間信息的認(rèn)知； 地球空間信息的不確定性； 地球空間信息的解譯與反饋； 地球空間信息的表達(dá)與可視化。,GIS與相關(guān)學(xué)科,GIS與相關(guān)學(xué)科,地理學(xué),GIS,遙感技術(shù),攝影測量學(xué),數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué),制圖技術(shù),計(jì)算機(jī)科學(xué),專家系統(tǒng),計(jì)算機(jī)圖形學(xué),計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)庫技術(shù),軟件工程,總結(jié)-本章知識點(diǎn),1.1 地理信息系統(tǒng)基本概念 1 數(shù)據(jù) 2 信息 3 數(shù)據(jù)處理過程 4 地理信息 5 地理信息顯著特征 6 GIS定義 7 GIS在信息系統(tǒng)中的地位,總結(jié)-本章知識點(diǎn),1.2 GIS的基本組成 GIS基本組成的結(jié)構(gòu)圖 GIS的基本組成要素 GIS的幾種硬件配置模式 GIS的軟件層次 應(yīng)用模型 1.3 GIS的功能簡介 基本功能 GIS功能實(shí)現(xiàn)過