GIS概论非地信专业

1、地理信息系统地理信息系统 （GIS）概论概论 地理科学学院地理科学学院 2010.82010.8 地理信息系统概论地理信息系统概论 前言前言 为什么要学“地理信息系统概论”这门课？ 怎样去学“地理信息系统概论”这门课？ 在“地理信息系统概论”这门课中，我们 将学到什么？ 这是一门什么性质的课？ 基础素质教育课 基础理论课 专业理论课 基本技能课 主要参考教材及相关网站：主要参考教材及相关网站： 地理信息系统导论地理信息系统导论，陈述彭，鲁学军，周成虎 等编著，北京：科学出版社，等编著，北京：科学出版社， 19991999 地理信息系统概论地理信息系统概论，黄杏元，马劲松，汤勤等编著，北京：高等

2、教育出版编著，北京：高等教育出版 社，社，19991999 地理信息系统原理和方法，边馥苓主编，北京：主编，北京：测绘出版社 实用地理信息系统 ，陈俊，宫鹏主编，北京：主编，北京：科学出版社 地理信息系统-原理、方法和应用，邬伦等，科学出版社，20012001年 地理信息系统基础，龚建雅，科学出版社，2001 土地信息系统，朱德海等，中国农业大学出版社，2001年 y 地理信息系统实习教程，张超等，高等 教育出版社 相关网站：； 水木清华数字地球板； ； ESRI公司 国家基础地理信息中心； 中科院地理所GIS国家重点实验室 （）； 第一章 绪论 地理信息系统的概念 地理信息系统的组成 地理信

3、息系统的功能 地理信息系统的与相关学科 地理信息系统的历史与发展趋势 第一节 GIS的概念 信息（Information）：用数字、文字、符号、语言、图形、影像、声音等来表示事件、事物、现象等的 内容、数量或特征。 数据（Data）：一种未经加工的原始资料。 信息系统（Information System）：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现， 并能回答用户一 系列问题的系统称为信息系统。 第一节 GIS的概念 地理数据（Geography Data）：是与地理环境要素有关物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的 数字、文字、图像和图形等的总称。 地理信息（Geography Info

4、rmation）:是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的 知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。 GIS- Geographical Information System 地理信息系统（Geographic Information System）：地理信息系 统是一种兼容、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量数据的通用技 术。 第一节 GIS的概念 从四个方面理解GIS的概念： GIS的物理外壳是计算机化的技术系统 GIS的操作对象是空间数据 GIS的技术优势在于它的空间分析能力 GIS与地理学、测绘学联系紧密 第一节 GIS

5、的概念 空间数据属性数据 空间数据和属性数据的综合体 计算机系统：计算机系统：硬件、 软件 地理数据库系统：地理数据库系统： 属性数据库、图形数 据库 用户：用户：系统的使用 管理和维护人员 第二节 地理信息系统的组成 系 统 软 件 系 统 硬 件 空间 数据 用户 硬件基本配置 输入设备 专用设备 常规设备 GPS 全数字摄影 测量工作站 解析和数字 摄影测量仪器 遥感与遥感 图象处理系统 全站仪 扫描仪 数字化仪 键盘、鼠标 处理设备 工作站服务器 硬盘阵列 存储设备 活动硬盘光盘机磁带机 输出设备 绘图仪 终端 打印机 第二节 地理信息系统的组成 软件结构 操作系统 （系统调用、设备运

6、行、网络等） 系统库 （编程语言、数学库等） 标准软件 （图形、数据库等） GIS基本功能软件 GIS应用软件 用户界面 GIS软件 基础软件 系统软件 GIS 第二节 地理信息系统的组成 软件GIS软件 空间数据输入 与转换 空间数据库 管理系统 图形与属性 数据编辑 制图 与输出 空间查询 与分析 GIS 第二节 地理信息系统的组成 GIS软件类型 0专业GIS（Professional GIS） 0桌面GIS（Desktop GIS） 0手持GIS（Hand-Held GIS） 0组件GIS（Component GIS） 0GIS Viewer 0网络GIS（Internet GIS）

7、0其它（基于CAD的GIS） 第二节 地理信息系统的组成 第二节 地理信息系统的组成 主要GIS软件 空间数据 GIS的操作对象为空间数据空间数据 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 第二节 地理信息系统的组成 栅格结构 矢量结构 用户 咨 询 管 理 信息管 理 数据整 理 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、

8、数据共享建设 等。 第二节 地理信息系统的组成 第三节 地理信息系统的基本功能 地理信息系统能够解决的 主要问题？ 某个特定位某个特定位 置有什么？置有什么？ 几何查属性几何查属性 例：国家属例：国家属 性查询性查询 位置（Locations） 条件（Conditions） 满足给定条件的满足给定条件的 地理对象分布地理对象分布 属性查位置属性查位置 例：客户分布例：客户分布 趋势（Trends） 地理对象随时间的地理对象随时间的 变化变化 例：人口变化趋势例：人口变化趋势 模式（Patterns） 空间对象的分布空间对象的分布 模式问题模式问题 揭示空间对象的揭示空间对象的 空间关系空间关系

9、 例：商业服务竞例：商业服务竞 争争 模型（Models） 解决问题方案解决问题方案 基于模型基于模型 例：公园选址例：公园选址 （1）数据采集、检验与编辑功能 （2）查询、检索、统计、计算功能 （4）空间分析功能 （5）显示（地图输出）功能 （3）数据的处理和组织 第三节 地理信息系统的基本功能 基本功能的实现 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 第三节 地理信息系统的基本功能 数据的获取 第三节 地理信息系统的基本功能 数据的编辑变换与处理 目的：保证数据在入库时在内容上的完整性， 逻 辑上

10、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 数据入库数据获取 第三节 地理信息系统的基本功能 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。 数据管理： 层次模型、网络模型、关系模型 混合管理模式 第三节 地理信息系统的基本功能 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

11、属性查询 拓扑查询 空间查询 检索与分析 第三节 地理信息系统的基本功能 合并分析 Generate new areas from counties using common attribute values for districts Sum Population from Counties onto District features 第三节 地理信息系统的基本功能 叠加分析 第三节 地理信息系统的基本功能 缓冲区分析 支持点、线、面的缓 冲区分析 提供单面缓冲和双面 缓冲生成 第三节 地理信息系统的基本功能 统 计 分 析 第三节 地理信息系统的基本功能 路径分析路径分析 第三节 地理信

12、息系统的基本功能 动态分段动态分段 第三节 地理信息系统的基本功能 三维立体 步骤: 装配数据 转换到栅格 分析 显示结果 第三节 地理信息系统的基本功能 数据输出数据输出 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 第三节 地理信息系统的基本功能 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； 第三节 地理信息系统的基本功能 地理学

13、 遥感 制图学 CAD与 计算机图形学 测量与摄影测量 第四节 地理信息系统与相关学科 国外地理信息系统的发展阶段 模拟地理信息系统阶段 学术探索阶段 飞速发展和推广应用阶段 地理信息产业的形成和社会化地理信息系 统(Social GIS)的出现 第五节 地理信息系统的历史与发展 模拟地理信息系统阶段 自19世纪以来就得到广泛应用的地图（包括 地形图和专题图）模拟的图形数据库和 描述地理的文献著作模拟的属性数据库 相结合，构成了地理信息系统的基本概念模 型。但是，这种模拟式的、基于纸张的信息 系统和信息过程，使得空间相关数据的存贮、 管理、量算与分析、应用极为不规范、不方 便和效率低下。随着计

14、算机科学的兴起，数 字地理信息的管理与使用成为必然。 第五节 地理信息系统的历史与发展 学术探索阶段 50年代，由于电子技术的发展及其在测量与制图学中 的应用，人们开始有可能用电子计算机来收集、存贮和处理 各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据。1956年，奥 地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库，随后 这一技术被各国广泛应用于土地测绘与地籍管理。1963年， 加拿大测量学家最先提出地理信息系统这一术语，并建立了 世界上第一个地理信息系统加拿大地理信息系统 （CGIS），用于资源与环境的管理和规划。稍后，北美和西 欧成立了许多与GIS有关的组织与机构，如美国城市与区域信 息系统协会

15、（URISA），国际地理联合会（IGU）地理数据 收集和处理委员会（CGDPS），等等，极大地促进了地理信 息系统知识与技术的传播和推广应用。 第五节 地理信息系统的历史与发展 GIS In 1960s 理论与方法探讨 1963年世界上第一个GIS诞生CGIS 标志：计算机存储能力小，速度慢，使GIS带有更多的机 助制图的色彩， 地学分析功能简单； 许多组织和机构建立1966年美国成立城市和区域信息系统协 会（URISA），1968年设立了地理数据收集和处理委员会（CGDSP）， 1969年又建立了州信息系统全国协会（NASIS） 第五节 地理信息系统的历史与发展 学术探索阶段 飞速发展和推广

16、应用阶段 A）一些发达国家先后建立了许多专业性的土地信息系统（LIS）和资 源与环境信息系统（GIS），如1970年至1976年，美国地质调查局先 后建50多个信息系统，其它国家也相继发展自己的GIS； B）关于GIS软件、硬件和项目开发的商业公司篷勃发展。到1989年， 国际市场上有报价的GIS软件达70多个，并出现一些有代表性的公司和 产品，如美国环境系统研究所的ARC/INFO，Intergraph公司的MGE， 及Genasys公司的Genamap等等。 C）数字地理信息的生产标准化、工业化和商品化。如美国地质调查局 （USGS）已经建立起数字地图生产技术体系，可定期向社会发布DLG、

17、 DEM等标准地理数据。 D）各种通用和专用的地理空间分析模型得到深入研究和广泛使用， GIS的空间分析能力显著增强。E）有关GIS的具有技术权威和行政权威 的行业机构和研究部门在GIS的应用发展中发挥引导和驱动作用。如美 国国家科学基金会支持的国家地理信息和分析中心（NCGIA）每年都要 制定GIS技术优先发展计划，以促进全国GIS事业发展。 第五节 地理信息系统的历史与发展 GIS In 1970s 开发软件的年代 标志：计算机软硬件飞速发展，存储能力大，速度快，图 形显示增强，使GIS向实用方向发展。 1970-1976年，美国地质调查所就建成50多个信息系统， 处理地理、地质、水资源等

18、。 70年代大约有300多个系统投入使用，大学、研究机构开 始重视GIS软件的设计与应用研究，纷纷成立各种GIS实 验室。 飞速发展和推广应用阶段 第五节 地理信息系统的历史与发展 GIS In 1980s 应用的年代 标志：推出第四代计算机，代表性GIS基础软件 ARC/INFO、GENAMAP、MICROSTATION等。 用户需求，应用领域广泛。 GIS In 1990s GIS的用户年代 标志：GIS成为一种通用的地理信息技术工具； “数字地球”战略，为GIS的应用带来契机。 地理信息产业的形成和社会化地 理信息系统(Social GIS)的出现 第五节 地理信息系统的历史与发展 1）

19、起步阶段（19781980年） 主要行动在于概念引入和知识传播，以及关于遥感分析、 机助制图和数字地面模型的试验研究。 2）准备阶段（19801985年） 主要在理论体系的建立，软、硬件的引进，相应规范的研 究局部系统或试验系统的开发上取得进步，为GIS的全面 发展奠定基础。 第五节 地理信息系统的历史与发展 我国地理信息系统应用发展状况 我国地理信息系统应用发展状况 3）加速发展阶段（19861995年） GIS作为一个全国性的研究与应用领域，进行了有计划、有目 标、有组织的科学试验与工程建设，取得一定的社会经济效益 。主要表现在：（a）GIS教育与知识传播的热浪此起彼伏， GIS成为空间相

20、关领域的热门话题；（b）GIS建设引起各级政 府高度重视，其发展机制由学术推动演变为政府推动；（c） 部分城市和沿海地区GIS建设率先进入实施阶段，并取得阶段 性成果；（d）出现商品化的国产GIS软件、硬件品牌；出现专 门的GIS的管理中心、研究机构与公司；出现专门的GIS协会 ，涌现一批GIS专门人才；出现专门的刊物与展示会；初步形 成全国性的GIS市场。（e）在应用模式、行业模式和管理方面 作了有益的探索。 第五节 地理信息系统的历史与发展 我国地理信息系统应用发展状况 4）地理信息产业化阶段。（1995） 目前，我国GIS的发展正处于向产业化阶段过渡的转折点。能 否借助国际大气候的东风，倚重国内经济高速发展的大好形 势，搭乘全球信息高速公路的快车，实现地理信息产业化和 国