GIS地理信息系统系列课件.ppt
什么是地理信息系统,第1章 地理信息系统概论,1.1 信息与信息系统 1.1.1 信息与数据 1.1.2 信息系统 1.2 地理信息与地理 信息系统 1.2.1 地理信息 1.2.2 地理信息系统 1.3 地理信息系统的 类型与特点 1.4 地理信息系统的组成,1.4.1 系统硬件 1.4.2 系统软件 1.4.3 空间数据 1.5 地理信息系统的功能 1.6 地理信息系统与其他 学科的关系 1.7 地理信息系统的发展历史 1.8 地理信息系统的应用 1.9 地理信息系统的发展趋势 1.10 习题1,1.1 信息与信息系统,信息是近代科学的一个专门术语。信息系统能为企 业、部门或组织的决策过程提供有用的信息。 1.1.1 信息与数据 信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质 来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而 向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识， 作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据，它 不随载体的物理设备形式的改变而改变。信息来源于数 据，是数据的表现形式。 数据是一种未经加工的原始资料。数字、文字、符 号、图像都是数据。数据是客观对象的表示，而信息则 是数据内涵的意义，是数据的内容和解释。,信息具有以下一些基本属性： 事实性 等级性 可压缩性 扩散性 传输性 分享性或共享性 增殖性 转换性,1.1.2 信息系统 信息系统是具有采集、管理、分析和表达数 据能力的系统。在计算机时代信息系统都部分或 全部由计算机系统支持，并由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成、另外，智能化的信息系统还包括知识。 根据系统所执行的任务，信息系统可分为事 务处理系统（TPS），管理信息系统（MIS）， 决策支持系统（DSS）和人工智能和专家系统 （ES）。,1.2 地理信息与地理信息系统,凡是与空间位置有关的信息都属于地理信 息，在现实生活中所存在的信息有80%是与空间 位置有关系的。 1.2.1 地理信息 地理信息是指表征地理系统诸要素的数量、 质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、 文字、图像和图形等的总称。地理信息属于空间 信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这 是地理信息区别于其他类型信息的最显著的标志。 地理信息具有区域性、多维结构特性和动态 变化的特性 。,1.2.2 地理信息系统 地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）有时又称为“地学信息系统” 或“资源与环境信息系统”。它是以采集、存储、 管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布 有关的数据的信息系统。它是以地理空间数据 库为基础，在计算机硬、软件环境的支持下， 对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、 模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时 提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究、 综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立 起来的一类计算机应用系统。,GIS定义术语,北美、欧洲：Geographical Information System 加拿大：Geomatigue 中国：Resource and Environmental Information System 技术内涵：Geo-relational Information System 信息科学：Spatial Information System 应用类型：Natural Resources Information System Land Information System Transportation Geographical Information System 地学应用： GeoScience 专业杂志：Geographical Information Science(英国) Geo-Information System （德国）,GIS定义,GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）,1.3 地理信息系统的类型与特点,1.3.1 地理信息系统的类型 地理信息系统按其内容可以分为三类： 专题地理信息系统（Thematic GIS） 区域信息系统（Regional GIS） 地理信息系统工具或地理信息系统 外壳（GIS Tools）,1.3.2 地理信息系统的特征 地理信息系统具有以下三个方面的特征： 具有采集、管理、分析和输出多种地理信 息的能力，具有空间性和动态性。 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。 计算机系统的支持是地理信息系统的重要 特征，因而使得地理信息系统能以快速、精确、 综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动 态分析。,1.4 地理信息系统的组成,用户,GIS的组成硬件基本配置,GIS的组成硬件应用模式,单机模式： 由基本外设、处理 设备和输出设备构成 适用于小型GIS建设 数据传输与资源共享不方便,GIS的组成硬件应用模式,局域网模式： 部门或单位内部GIS建设 专线连接 资源共享较方便,GIS的组成硬件应用模式,广域网模式： 用户分布地域广泛，不适合专线连接 公共通讯连接 资源共享方便 局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接,GIS的组成软件结构,GIS的组成软件系统软件,系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、UNIX等。系统软件关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。,GIS的组成软件基础软件,数据库软件 用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。目前GIS软件中采用商用数据库管理属性数据，一个有发展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形和属性数据的联合管理。 Oracle、Informix、Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间数据类型。而ESRI公司的SDE（Spatial Database Engine）也是基于关系数据库的空间数据管理平台。 图形平台 某些GIS软件中图形处理平台。如AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMap GIS软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS软件,GIS的组成软件GIS软件,GIS的组成空间数据,GIS的操作对象为空间数据 空间数据特征：几何、属性、时间数据； 空间数据组织：矢量结构、栅格结构； 空间数据管理： 几何数据：文件 属性数据：关系数据库,1.4.3 空间数据 根据地理实体的空间图形表示形式，它们的数据 表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为 矢量数据结构和栅格数据结构。 地理信息系统中的数据包括两大类型： 1. 空间数据 用来确定图形和制图特征的位置，这是以地球表 面空间位置为参照的 。 2. 非空间的属性数据 用来反映与几何位置无关的属性，即通常所说的 非几何属性，它是与地理实体相联系的地理变量或 地理意义，一般是经过抽象的概念，通过分类、命 名、量算、统计等方法得到。,1.4.4 系统管理和操作人员 人是GIS中的重要构成因素，GIS不同于一幅 地图，而是一个动态的地理模型。仅有系统软硬 件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要 人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统 扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析 模型提取多种信息，为研究和决策服务。 一个周密规划的地理信息系统项目应包括负 责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术 人员、系统用户化的应用工程师以及最终运行系 统的用户。,GIS的组成管理人员,GIS的开发是以人为本的系统工程。 业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。 不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理管理的能力。 技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。,1.5 地理信息系统的功能,由计算机技术和空间数据相结合而产生的GIS 这一高新技术，它包含了处理地理信息的各种高 级功能，但是它的基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。 1. 数据采集与编辑 2. 数据存储与管理 3. 数据处理与变换 4. 空间查询与分析 5. 数据显示与输出,GIS的功能基本功能（核心问题）,位置（Locations） 条件（Conditions） 趋势（Trends） 模式（Patterns） 模型（Models）,GIS的功能基本功能位置,某个特定位置有什么？ 几何查属性 例：国家属性查询,GIS的功能基本功能条件,满足给定条件的地理对象分布 属性查位置 例：客户分布,GIS的功能基本功能趋势,地理对象随时间的变化 例：人口变化趋势,GIS的功能基本功能模式,空间对象的分布模式问题 揭示空间对象的空间关系 例：商业服务竞争,GIS的功能基本功能模型,解决问题方案 基于模型的 例：公园选址,GIS的功能基本功能实现,文件图表,数据获取,原始数据,存储检索,空间查询 空间分析,数据编辑 投影变换,数据输出,制图、表格,交互展示,结构化数据,空间 数据库,GIS的功能基本功能实现 数据获取,GIS的功能功能实现 编辑变换与处理,目的：保证数据在入库时在内容上的完整性， 逻 辑上的一致性。 方法：数据编辑与处理、错误修正： 数据格式转化：矢量、栅个格转化，不同数据格式转化； 数据比例转化：平移、旋转、比例、纠正 投影变换：投影方式 数据概化：平滑、特征集结 数据重构：几何形态变换（拼接、截取、压缩、结构） 地理编码：拓扑结构,GIS的功能功能实现 数据组织与管理,数据的集成过程 几何数据与属性数据组织 数据结构 矢量结构、栅格结构、栅格/矢量结构 决定着GIS的数据分析能力、效率和精度 数据管理： 层次模型、网络模型、关系模型 混合管理模式,GIS的功能功能实现 检索与分析,空间检索 空间分析,空间分析,地形分析 网络分析 缓冲区分析 几何量测 地图分析 叠置分析 统计分析 决策分析,位置查询 属性查询 拓扑查询,空间查询,GIS的功能功能实现 数据输出,数据交换 统计表格 制图：专题地图、影象地图、统计地图、地形图,GIS的功能功能实现 用户界面,GIS的功能功能实现 二次开发,GIS的空间分析技术与手段是有限的，而实际应用模型是无可枚举的，任何GIS都应提供二次开发工具。 定制菜单、程序与可视化界面等 GIS二次开发环境： 专用工具：如Arc/Info的AML语言； 通用语言：如VC+、VB、Delphi等 组件开发：如MapInfo的MapX；,1.6 地理信息系统与其他学科的关系,许多不同的学科，包括地理学、地图制图学、测量学、数学、统计学、计算机科学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科与技术。GIS的相关学科技术如下所示。,GIS与相关学科,GIS特征,GIS与CAD、CAM GIS与数据库管理系统（DBMS） GIS与管理信息系统（MIS） GIS与遥感信息处理系统（RS） GIS与机助制图系统、地图数据库,GIS特征（续）,GIS与CAD、CAM： 坐标参考系统 处理图形、非图形数据； 对空间对象的空间相关关系建立和处理 CAD不能建立地理坐标统和完成地理坐标变换； CAD处理多为规则图形，而GIS为非几何图形； CAD图形功能强而属性处理能力若，而GIS图形与属性的操作比较频繁，且专业化特征比较强； GIS的数据量比CAD大得多，数据结构、数据类型复 杂，数据之间联系紧密； CAD不具备地理意义上的查询和分析能力；,GIS特征（续）,GIS与MIS 对属性数据进行管理和处理 对图形数据进行存储 GIS对图形和属性数据共同管理、分析和应用； MIS一般只处理属性数据，对图形数据以文件形式进行管理，图形要素不能分解、查询，图形与数据之间没有联系； 管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。,GIS特征（续）,GIS与RS处理系统 遥感数据是GIS的重要信息源。经过遥感信息系统处理的遥感信息，或进入GIS系统作为制图的背静图象，或是与经过分类的信息协同GIS与遥感的集成分析。 遥感图象信息处理系统是专门用于对遥感数据进行处理的软件，主要强调对遥感数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取，具有较强的制图功能，可设计丰富的符号和注记，虽有空间叠置分析空能，但由于缺少实体空间关系的描述，难以进行空间实体的空间关系查询、属性查询及网络分析等。 面向位置的特征 遥感图象处理系统不能看作是GIS。,GIS特征（续）,GIS与机助制图系统、地图数据库 GIS的主要技术基础 强调空间数据的处理、显示与表达 空间分析能力 GIS包含数字制图系统的全部功能 地图数据库若空间分析能力较强，可升格为GIS，而GIS若空间分析能力较弱，则退化为地图数据库。,1.7 地理信息系统的发展历史,纵观GIS发展，可将地理信息系统发展分为以 下几个阶段： 1. 20世纪60年代地理信息系统的开拓期 2. 20世纪70年代地理信息系统的巩固发展期 3. 20世纪80年代地理信息系统技术大发展时期 4. 20世纪90年代地理信息系统的应用普及时代,1.8 地理信息系统的应用,随着信息技术的发展和GIS理论、技术方法的 进步，GIS的应用早已渗透到人类生活的许多方 面。 到目前为此，GIS在如下几个方面得到了普遍 的应用，取得了明显的经济效益和社会效益。 专题地图制图 矿产资源评价 环境评价与监测 土地、水资源调查与管理, 资源开采 管网、交通模拟模型 导航系统 城市规划 教练与模拟 辅助决策,1.9 地理信息系统的发展趋势,GIS 发 展 趋 势,网络GISWeb GIS,开放式GISOpen GIS,组件式GISCom GIS,虚拟GISVGIS,多媒体GISMGIS,三维GIS3D GIS,时态GISTGIS,无线通讯与GIS,1.10 习题1,1. 信息与数据有哪些异同点？信息有哪些基本属性？ 2. 什么是地理信息系统？与其他信息系统的主要区别是什么？ 3. 地理信息系统由哪几个部分组成？ 4. 地理信息系统有哪些基本功能？ 5. 目前地理信息系统可以应用在哪些领域？ 6. 简述地理信息系统的发展及其发展趋势。,
