《GIS开发与应用》第一讲

1、GIS开发与应用开发与应用第一讲 冯增才Geographical Information System Development and Application本次课的授课内容及重点难点绪论国内外GIS软件介绍地理学知识地理学知识授课内容重点难点地理学知识应了解国内外常用的GIS软件；掌握地理学的基本知识l第一章 绪论l第二章 国内外GIS软件介绍l第三章 地理学知识什么是地理信息系统？ 地理信息系统，简称GIS（Geographic Information System）。顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称为空间信息。一般来说

2、，GIS可定义为：“用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。从GIS系统应用角度，可进一步定义为：GIS由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源评价与管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务（陈述彭，1999）。 第一章第一章 绪论绪论GIS的应用领域的应用领域GIS的应用领域： 资源管理，资源配置，城市规划和管理，土地信息系统和地籍管理，生态和环境管理与模拟，应急响应，地学研究

3、与应用，商业与市场，基础设施管理，选址分析，网络分析，可视化应用，分布式地理信息应用。 第一章第一章 绪论绪论国外国外GIS的发展概况的发展概况l 120世纪世纪50年代的萌芽状态年代的萌芽状态 60年代末，加拿大建立了 世界上第一个地理信息系统加拿大地理信息系统(CGIS)。稍后，美国哈佛大学研制出 SYMAP系统软件。l 220世纪世纪60年代开拓发展阶段年代开拓发展阶段 1963年，加拿大测量学家RFTomlinson首先提出了“地理信息系统”这一术语，并建立了世界上第一个实用的地理信息系统加拿大地理信息系统(CGIS)。 60年代中后期，地理信息系统发展的另一显著标志是许多有关的组织和

4、机构纷纷建立，例如1966年美国成立城市和区域信息系统协会(URISA)，1969年又建立州信息系统全国协会(NASIS)，国际地理联合会(IGU)于1968年设立了地理数据收集和处理委员会(CGDSP)。 第一章第一章 绪论绪论国外国外GIS的发展概况（续）的发展概况（续）l320世纪世纪70年代巩固阶段年代巩固阶段 由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存取设备(硬盘)的使用，为空间数据的录入、存储、检索和输出提供了强有力的手段。 此外，探讨以遥感数据为基础的地理信息系统逐渐受到重视 l420世纪世纪80年代突破阶段年代突破阶段 随着计算机软、硬件技术的发展和普 及，地理信息系统

5、也逐渐走向成熟。这一时期是地理信息系统发展的重要时期。这一时期，很多国家制定了本国的地理信息系统发展规划，启动了若干科研项目，建立了一些政府性、学术性机构，如美国于1987年成立了国家地理信息与分析中心(NCGIA)，英国于1987年成立了地理信息协会。 第一章第一章 绪论绪论l520世纪世纪90年代社会化阶段年代社会化阶段 进入20世纪90年代，随着计算机和WINDOWS的迅速发展，以及图形工作站性能价 格比的进一步提高，计算机在全世界迅速普及。一些基于WINDOWS和WINDOWS NT的 桌面GIS，如MAPINFO、ARCVIEW、GEOMEDIA等软件以其界面友好、易学好用的独特风格

6、，使GIS在很多行业得到了很好的应用 国外国外GIS的发展概况（续）的发展概况（续）第一章第一章 绪论绪论国内GIS的发展概况l120世纪世纪70年代的起步阶段年代的起步阶段 20世纪70年代初期，我国开始推广电子计算机在测量、制图和遥感领域中的应用。1977年诞生了第一张由计算机输出的全要素地图。所有这些为GIS的研制和应用作了技术上的准备。 l220世纪世纪80年代的试验阶段年代的试验阶段 进入80年代之后，我国执行“六五”、“七五”计划，国民经济全面发展，很快对“信息革命”做出热烈响应。在大力开展遥感应用的同时，GIS也全面进入试验阶段。1985年，中国科学院建立了“资源与环境信息系统国

7、家级重点实验室”，1988年和1990年原武汉测绘科技大学(现武汉大学)先后建立了“信息工程专业”和“测绘遥感信息工程国家重点实验室”。 第一章第一章 绪论绪论l390年代的全面发展阶段年代的全面发展阶段 80年代末到90年代以来，随着社会主义市场经济的全面发展，我国的GIS步入快速发展阶段。中国GIS基础软件与国外的差距迅速缩小，涌现出若干能参与市场竞争的地理信息系统软件，如MAPGIS（中地），SUPERMAP（超图）,VRMAP（灵图）,CITYSTAR（北大），GEOSTAR（吉奥之星,武汉大学）等。 国内GIS的发展概况（续）第一章第一章 绪论绪论地理信息系统地理信息系统的相关学科的

8、相关学科l1地理学地理学它为地理信息系统提供了有关空间分析的基本观点与方法，成为地理信息系统的基础理论依托。地理学研究的是地球表面这个同人类息息相关的地理环境，地理学者曾用地理壳、景观壳、地球表层等术语称呼地球表面。它是地球各个层圈大气圈、岩石圈、水圈、生物圈和人类圈相互交接的界面，具有一定的面积和厚度。在地球表面，各种自然现象和人文现象组成一个宏大的地表综合体。 第一章第一章 绪论绪论l2地图学地图学地图学是研究有关地图的理论体系和技术系统，及其应用的学科。在地图学的发展历史中，逐步形成了地图学史、地图投影学、地图美学、地图制图学等若干分支学科和领域。 l3计算机科学计算机科学地理信息系统技

9、术的创立和发展是与地理空间信息的表达、处理、分析和应用手段的不 断发展分不开的。20世纪60年代，在计算机图形学的基础上出现了计算机化的数字地图。 计算机的数据库技术、计算机辅助设计、计算机辅助制图和计算机图形学等与地理信息系统 有着密切的联系 地理信息系统的相关学科（续）地理信息系统的相关学科（续）l4遥感技术（遥感技术（Remote Sensing ）遥感是一种不通过直接接触目标物而获得信息的一种新型的探测技术。它通常是指获取和处理地球表面的信息，尤其是自然资源与人文环境方面的信息，并最后反映在像片或数字影像上的技术。遥感作为一种获取和更新空间数据的强有力手段，能及时地提供准确、综合和大范

10、围内进行动态监测的各种资源与环境数据，因此遥感信息就成为地理信息系统十分重要的信息源。 地理信息系统的相关学科（续）地理信息系统的相关学科（续）lMapInfo公司的软件 MapInfo公司是美国著名的桌面GIS开发平台，GIS产品主要有：MapInfo Professional、MapBasic、MapX、MapXtreme、Vertical Map等 。lESRI公司的软件 ESRI是美国“环境系统研究机构”的简称， 它的产品统称为ArcGIS（最初叫ARC/INFO) ArcGIS由四部分组成： 1、ArcGIS Desktop一个专业GIS应用的完整套件 2、ArcGIS Engine

11、为定制开发GIS应用的嵌入式开发组件 3、服务端GISArcSDE，ArcIMS和ArcGIS Server 4、移动GISArcPad第2章 国内外GIS软件介绍 lAutoDesk公司的软件 AutoDesk公司是世界著名的辅助设计软件和三维动画软件的制造商如AutoCAD 3ds Max,尽管AutoCAD功能强大，但不具有GIS功能。最近几年，该公式进军GIS市场， 产品： Autodesk MapGuide Studio(基础平台） Autodesk MpaGuide Enterprise （开发web GIS) AutoCAD 3D (三维） 第2章 国内外GIS软件介绍（续） l

12、北京SuperMap公司的软件 SuperMap Deskpro 2008 开放式桌面平台产品； SuperMap SDX+ 大型空间数据库引擎； SuperMap iServer 2008 服务式GIS开发平台； SuperMap Objects 2008 组件式GIS开发平台； SuperMap IS .NET 2008网络信息开发平台； SuperNavigation Engine 2008 导航开发平台； eSuperMap 2008 嵌入式GIS开发平台；第2章 国内外GIS软件介绍（续） l武汉中地数码集团的软件MAPGIS 中地数码集团以中国地质大学吴信才教授为技术核心，自20世

13、纪80年代末开始从事GIS教学、科研和应用，走出了一条中国人GIS发展之路主要产品有： 1、MAPCAD彩色地图编辑出版系统 2、基础平台MapGIS7.0 新一代全组件化地理信息系统，除了包含MAPCAD的所有功能外，还有如下功能：高性能的数据库管理；DTM分析；实用的网络分析；多源图象分析 ；方便的二次开发 。l3、MAPGIS-IMS（Internet Map Server) 开发web GISl4、MapSuv测图系统 MAPGIS Digital Surveying And Mapping 第2章 国内外GIS软件介绍（续） l北京灵图公司系列软件产品介绍主要产品有： 三维地理信息软

14、件VrMap，支持OPENGL 和 DirectX 两种 国际标准，提供了非常丰富、强大的场景制作功能，用户可以非常轻松、快速的利用各类GIS数据、模型数据、科学计算数据，快速建立三维应用。另外VRMap 2.X 在产品的应用中不断丰富了各类GIS分析工具、信息查询手段，与传统三维动画、仿真完全不同 。 灵图二维地理信息系统由以下几个部分组成：SmrtMap平台，SmrtMapX二次开发控件，SmrtExplorer进行二次开发也可以通过SmrtObjects底层平台进行开发。 SmrtIMS是基于WEB的GIS应用，使用户可以通过Web这种简单易用的方式得到地理信息服务。在旅游、公交、医疗、

15、房地产、电子商务等等应用中，WebGIS可以使用户更加快速、准确地了与空间位置有关的信息 第2章 国内外GIS软件介绍（续） l北京朝夕公司北京朝夕公司Mapengine系列软件系列软件产品有：产品有：MeDesk桌面系统 矢量化软件MeX 二次开发基础控件Mebase -二次开发高级组件 内嵌mexMeIMS 网络开发平台MeGPS - GPS开发组件 第2章 国内外GIS软件介绍（续） l武大吉奥公司软件介绍 GIS基础软件平台专业版基础软件平台专业版GeoStar Professional GIS基础软件平台桌面系统 GeoStar Desktop GIS基础软件平台二次开发套件 Geo

16、Star ObjectsWebGIS平台软件平台软件 GeoSurf WebGIS平台软件GeoSurf客户端WebGIS平台软件GeoSurf服务器端Wedgies二次开发套件 GeoSurf Beans 三维全球动态可视化软件三维全球动态可视化软件GeoGlobe 三维全球动态可视化软件客户端GeoGlobe三维全球动态可视化软件服务器端GeoGlobe Server三维全球动态可视化软件数据处理工具GeoGlobe Tools第2章 国内外GIS软件介绍（续） 椭球体模型椭球体模型就是以大地水准面为基准建立起来的，在测量和制图中我们用旋转椭球来代替大地球体，这个规则的椭球体如图3.1.1

17、。 图3.1.1 地球椭球体椭球面方程为：，长半径a，也叫赤道半径，短半径b，也叫极半径，扁率=（a-b）/a，由于年代和技术等原因，目前世界上a，b取值并不唯一。1984年定义的世界大地坐标系（WGS84）a=6378137.0m，b=6356752.3m。第3章 地理学知识 l地理空间坐标系 第3章 地理学知识 建立地理坐标系的目的是确定地面点的位置，也就是求出地面点对大地水准面的关系，它包括地面点在大地水准面上的平面位置和地面点到大地水准面的高度。 确定地面点的位置，最直接了当的方法就是用地理坐标（纬度，经度）来表示。地理坐标系是以地理极（北极、南极）为极点。地理极是地轴(地球椭球体的旋

18、转轴即短轴)与椭球面的交点，如图3.1.2所示，P为北极，P1为南极。所有含有地轴的平面，均称为子午面。子午面与地球椭球体的交线，称为子午线或经线。经线是长半径为a，短半径为b的椭圆。所有垂直于地轴的平面与椭球体面的交线，称为纬线。纬线是不同半径的圆。赤道是其中半径最大的纬线。 设椭圆球面上有一点A(图），通过A点作椭圆球面的垂线，称之为过A点的法线。法线与赤道面的交角，叫做A点的纬度，通常以字母表示。纬度从赤道起算，在赤道上纬度为0，往北称北纬，=090；往南称南纬，=0-90(取负值)。过A点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做A点的经度，通常以字母表示。国际规定通过

19、英国格林尼治天文台的子午线为本初子午线(或叫首子午线)，作为计算经度的起点(经度为0)。往东称东经，=0180；往西称西经，=0-180(取负值)。l高斯-克吕格投影 第3章 地理学知识 图3.2.2 高斯-克吕格投影从几何概念上分析，高斯投影是一种等角横切椭圆柱投影。如图3.2.2所示，我们把地球看成是地球椭球体，假想用一个椭圆筒套在其上，使筒与地球椭球体的某一经线相切，椭圆筒的中心轴位于赤道上，按等角条件将地球表面投影到椭圆筒上，然后将椭圆筒展开成平面。 高斯投影有以下性质：（1）中央经线(椭圆筒和地球椭球体的切线)和赤道投影成垂直相交的直线。（2）投影后没有角度变形（即经纬线投影后仍正交

20、）。（3）中央经线上没有长度变形，等变形线为平行于中央经线的直线。上述性质可以具体描述为：（1）在同一条纬线上，离中央经线越远变形越大。（2）在同一条经线上，纬度越低，变形越大。第3章 地理学知识 以上性质说明，投影变形最大值在赤道和投影边缘经线的交点上。为了控制投影变形不致于过大，保证地形图的经度，高斯投影采用分带投影的方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度，我国规定:1:2.5万1:50万地形图均采用经差6分带，大于等于1：1万比例尺地形图采用经差3分带。l地图的空间数据结构第3章 地理学知识 图3.3.1 河流的栅格数据结构和矢量数据结构（a）（b）（c）地图的空间数据结构主要分为矢量数据结构和栅格数据结构。如图3.3.1（a）是一条河流，为了在计算机中显示这条河流，可用栅格数据（图3.3.1（b）或矢量数据表示（图3.3.1（c）。l地图的空间数据结构（续） 第3章 地理学知识 栅格结构和矢量结构是模拟地理信息的两种不同的方法。l 栅格数据结构类型（图3.3.1（b）具有“属性明显、位置隐含”的特点，它易于实现，且操作简单，有利于基于栅格的空间信息模型的分析，如在给定区域内计算多面形面积时，栅格结构可以很快算得结果，而采用矢量数据结构则麻烦的多，但栅格