第一章：概论

1、第一章 绪论1.1 GIS的基本概念1.2 地理信息系统类型1.3 GIS功能概述1.4 GIS的研究内容和其他学科的关系1.5 GIS的发展简史1.6 GIS发展展望1.7 ArcGIS 简介实验一、熟悉ARCGIS1.1基本概念地理信息系统 地理信息信息系统地理信息系统计算机技术地理数据数据1.1基本概念一、信息 概念狭义狭义： “两次不定性之差”，即指人们获得信息前后对事物认识的差别广义广义：是指主体（人、生物或机器）与外部客体（环境、其他人、生物或机器）之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式本课程采用的定义本课程采用的定义：信息是向

2、人们或机器提供的关于现实世界或机器提供的关于现实世界中事物、事件或现象的知识，是数据、消息中所包含的意义中事物、事件或现象的知识，是数据、消息中所包含的意义 特点 客观性：不随载体物理设备形式的改变而改变不随载体物理设备形式的改变而改变 实用性、传输性、共享性1.1基本概念二、数据信息的载体 定义：数据是指对某一目标（客观事物、事件或现象）进行定性、定量描述的原始资料，包括数字、语言、文字、符号、图形、图像以及其它能转换成数据的形式 信息和数据的关系？ 信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息 数据是信息的载体，但并不就是信息；只有理解了数据的含义，对数据做出解释，才能提取数

3、据中所包含的信息1.1基本概念三、地理信息和地理数据 地理地理：泛指地球表面各种自然现象和人文现象，以及它们之间的相互关系和区域分异地理信息地理信息：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，它是对地理数据的解释。有以下特点： 区域性或空间性（地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志） 多维结构特性； 动态变化特性：地理数据地理数据：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。地图：地理学的第二语言，地理信息的载体四、信息系统 系统（System）：是具有特定功能的、相互有机

4、联系的许多要素所构成的一个整体 信息系统：是具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统1.1基本概念数据管理数据管理系统系统数数 据输据输 入入处理与分析处理与分析显示与输出显示与输出用户界面用户界面答答问问1.1基本概念 计算机时代的信息系统 部分或全部由计算机系统支持，人们常常使用计算机收集数据并将数据处理成信息 包括以下四大要素： 计算机硬件 软件 数据 用户1.1基本概念 信息系统的类型事物处理系统事物处理系统（Transaction Process System ，TPS）管理信息系统管理信息系统（Management Information System ，MIS）决策支持系统决策支

5、持系统（Decision Support System ，DSS）人工智能和专家系统人工智能和专家系统（Expert System ,ES）分析模型专家系统决策支持系统外部信息附加事实规则事务处理系统管理信息系统内部信息1.1基本概念 地理信息系统CAM(CASS数字测图软件)SPATIAL DATASPATIAL ANALYSIS1.1基本概念1.2 地理信息系统类型及结构 地理信息系统类型 应用 专题地理信息系统专题地理信息系统（Thematic GIS） 区域信息系统区域信息系统（Regional GIS） 地理信息系统工具或地理信息系统外壳地理信息系统工具或地理信息系统外壳（GIS T

6、ools） 实现方式专业专业GIS（Professional GIS）桌面桌面GIS（Desktop GIS）手持手持GIS（Hand-Held GIS）组件组件GIS（Component GIS）GIS ViewerWeb GIS（Internet GIS）其它（基于其它（基于CAD的的GIS）国际主要GIS软件1.2 地理信息系统类型及结构国内主要国内主要GISGIS产品产品武汉测绘科技大学武汉测绘科技大学GISGIS研究中心研究中心北京超图地理信息技术有限公司北京超图地理信息技术有限公司北京大学遥感所北京大学遥感所 北大方正北大方正软件名称 开发商MapGISMapGIS 中国地质大学中

7、国地质大学吉奥之星吉奥之星( (GeoStarGeoStar) ) SuperMapSuperMap 城市之星城市之星( (CitystarCitystar) ) 方正智绘方正智绘（Founder MirageFounder Mirage）MapEngineMapEngine北京朝夕科技北京朝夕科技有限责任公司有限责任公司 1.2 地理信息系统类型及结构1.2 地理信息系统类型及结构 结构 计算机硬件系统 计算机软件系统 地理数据（或空间数据） 系统管理操作人员输入设备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

8、理设备处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备输出设备绘图仪终端打印机1.2 地理信息系统及类型 计算机硬件系统1.2 地理信息系统及类型 计算机软件系统 计算机系统软件：计算机系统软件：包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序以及各种维护使用手册、程序说明等 应用分析程序：应用分析程序：是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸 用户接口数据输出与表示数据输入与校验应用分析程序空间分析函数转换数据存储管理 地理信息系统软件和其他地理信息系统软件和其他支持软件支持软件 ：包括通用的GIS软件包

9、，也可以包括数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机图像处理系统、CAD等 1.2 地理信息系统类型及结构 系统开发、管理和使用人员咨询管理信息管理数据整理1.2 地理信息系统类型及结构 空间数据 以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据 图形（地图）、图像（遥感和正射影像）、文字、表格和数字等 三个组成部分： 某个已知坐标系中的位置 实体间的空间关系：度量关系 、方位关系和拓扑关系 与几何位置无关的属性 1.3 GIS功能概述 作为地理数据、地理信息自动处理与分析的系统，可遍历数据采集分析决策应用的全部过程，并能回答和解决以下五类问题： 位置 即在某个地方有什么的问题 条件 即

10、符合某些条件的实体在哪里的问题 趋势 即某个地方发生的某个事件及其随时间的变化过程 模式 即某个地方存在的空间实体的分布模式的问题 模拟 即某个地方如果具备某种条件会发生什么的问题1.3 GIS功能概述在某个特定的位置有什么1.3 GIS功能概述第二类问题问的是什么地方有满足某些条件的东西GIS可以解决哪些问题第三类问题是要识别已经发生或正在发生变化的地理现象。该类问题需要综合现有数据确定趋势：依赖于现有数据例子：苹果园的逐渐消失 多少地块转作它用？ 现在作何用？ 某一区域中有多少发生了这种变化？ 这种变化可回溯多少年？ 哪些时段能最好反映该趋势？1年，5年还是10年？ 变化率是增加了，还是减

11、少了？GIS可以解决哪些问题第四种问题（模式）是分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。GIS将现有数据组合在一起，能更好地说明正在发生什么，找出发生事件与哪些数据有关。例子：机动车辆事故常常符合特定模式事故发生在何处？发生地点与时间有关吗？是不是在某种特定的交叉处？在这些交叉处又具有什么条件？GIS可以解决哪些问题第五种问题（模型）需要建立新的数据关系以产生解决方案，可行的方案，必须满足一定的条件。例子：建一个儿童书店，用来选址的评价指标可能包括10、15、20分钟可到达的空间区域分析：附近居住的10岁或10岁以下儿童的人数附近家庭的收入情况周围潜在的竞争情况1.3 GIS功能概述1.3 G

12、IS功能概述数据输入和数据编辑数据输入和数据编辑（Data Acquisition and Edit） ：空间数据、属性数据输入；多种形式、多种来源信息，多种方式数据输入和编辑。数据的存储与管理数据的存储与管理(Storage and Management )：提供空间与属性数据的存储、查询检索、修改和更新的能力空间查询与分析空间查询与分析(Search and Analysis )：GIS的核心，是GIS有别于其他信息系统的本质特征。成果表达与输出成果表达与输出(Display and Expert) ：可视化表达，通人机交互方式显示、输出各种专题图、统计图表等。1.3 GIS功能概述数据采

13、集1.3 GIS功能概述数据采集480585.5, 3769234483194.1, 3768432485285.8, 3768391484327.3, 3768565483874.7, 3769823 CoordinatesPaper mapsDigital dataGPSGIS Data1.3 GIS功能概述数据存储1.3 GIS功能概述数据管理 1.3 GIS功能概述空间分析 个层次 空间查询 空间量算 方位 距离 形状 空间分析 叠加 缓冲区 网络 拓扑 地形分析 1.3 GIS功能概述空间分析查询查找一个指定的要素基于条件查找要素属性空间混合人口数大于人口数大于 300,000 1.

14、3 GIS功能概述空间分析Which parcels are within 50 feet of the road?Well type DrilledBuilding owner SmithSoil type Sandy1.3 GIS功能概述空间分析相邻叠加网络地图地图图表图表1.3 GIS功能概述表达文本文本 步骤步骤:装配数据转换到栅格分析显示结果1.3 GIS功能概述表达文档文档影象影象1.3 GIS功能概述输出Internet纸图纸图GIS DataGIS基本功能的实现过程基本功能的实现过程文件图表数据获取 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

15、 结构化数据空间数据库城市土地利用信息系统电信资源管理铁路地理信息系统公安警用地理信息系统属性查询查询专题图作战指挥地图切换医疗机构信息查询1.4 GIS的研究内容和其他学科的关系 研究内容地理信息系统工具应用方法技术系统基本理论地理信息系统用户界面等空间数据管理概念、定义、内涵理论体系构成、特点、功能、任务发展历史与发展方向硬件配置数据结构地学专家系统专题分析模型输入、输出系统应用系统设计数据采集与校验1.4 GIS的研究内容和其他学科的关系 和其他学科的关系 地理学 计算机科学 软件工程 数据库技术 CAD 专家系统 计算机图形学 制图技术 测绘技术 GIS 1.4 GIS的研究内容和其他

16、学科的关系 数学数学运算研究运算研究 统计学统计学地理统计学地理统计学认知科学认知科学计算机科学计算机科学测量测量遥感遥感摄影测量学摄影测量学制图学制图学可视化可视化符号学符号学信息存储信息存储数据库数据库计算几何计算几何计算机图形学计算机图形学人工智能人工智能旅游业旅游业航运航运市场市场资产管理资产管理产业产业/ /商业商业矿产开发矿产开发设施维护设施维护公共信息查询公共信息查询公共管理公共管理考古学考古学人文地理学人文地理学社会科学社会科学健康护理规划健康护理规划流行病学流行病学环境科学环境科学地貌学地貌学土壤科学土壤科学森林学森林学地质学地质学生态学生态学水文学水文学气象学气象学地形测量

17、地形测量环境测量环境测量社会、经济社会、经济测量测量返回返回1.5 GIS的发展简史 国外 GISGIS起源于人口普查，土地调查和自动制图起源于人口普查，土地调查和自动制图19601960年，加年，加拿大测量学家拿大测量学家R.F.TomlinsonR.F.Tomlinson 提出了把地图变成数字形式的地提出了把地图变成数字形式的地图，图，19631963年，又提出年，又提出GISGIS这一本术语，并建立了第一个这一本术语，并建立了第一个GISGIS加拿大加拿大GISGIS，随后，随后GISGIS以燎原之势在全世界迅速发展起来。以燎原之势在全世界迅速发展起来。60年代起步阶段：人们关注什么是人

18、们关注什么是GIS，GIS能干什么能干什么70年代巩固阶段：发展研究的重点是空间数据处理的算法，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理数据结构和数据库管理80年代突破阶段：普遍发展和推广应用阶段，人们把普遍发展和推广应用阶段，人们把GIS与与RS解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等价，核扩散问题等90年代产业化阶段：对对GIS进一步研究，研究的内容集中进一步研究，研究的内容集中在空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模在空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等型，人工智能引入等2

19、1世纪网络化阶段（WebComOpen）1.5 GIS的发展简史 国内 起步：自80年代初开始，以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志。 准备（）：进入发展阶段的标志是从第七个五年计划开始。地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划 。另外，国内的大学开始陆续建立GIS专业，国内的科研机构也建立起一些GIS实验室 全面发展阶段：自90年代起，我国涌现出一大批优秀的GIS软件；国家对地理信息系统日益重视，很多关于地理信息系统的科研课题都列入了“九五”、“十五”重点攻关项目，测绘部门也正在抓紧建立各个省的基础地理信息数据库。1.6 GIS发展展望面向

20、对象技术与GIS的结合真三维GIS和时空GISGIS应用模型的发展Internet与GIS的结合GIS与专家系统、神经网络的结合GIS与虚拟现实技术的结合1.7 ArcGIS 概述 ESRI简介 体系结构 数据管理1.7 ArcGIS 概述 Environmental system research institute， ESRI） 成立于1969年，是世界上最大的地理信息系统技术提供商 公司自创建之初就一直引领着世界地理信息系统技术的潮流 全球每天有超过一百万人使用ESRI公司的GIS软件，有超过三十万个分布于政府部门、石油部门、测绘部门、健康机构，电力、国防、航空航天、商业等各个领域的用户

21、单位 www.esrichina- arcgisworldIndex.htm1.7 ArcGIS 概述 ArcGIS是一个全面的、可伸缩的GIS平台，由数据服务器ArcSDE及4个基础框架组成 桌面GIS（ Desktop GIS ） 服务器GIS (Server GIS) 嵌入式GIS（ Embedded GIS ） 移动GIS (Mobile GIS)ArcGIS组成 服务端产品： ArcSDE是管理地理信息的高级空间数据服务器 ArcIMS 通过开放Internet协议进行GIS地图，数据和元数据发布的地图服务器 ArcGIS Server是应用服务器，用于构建集中式的企业GIS应用，基于SOAP的Web services和Web应用，包含在企业和Web框架上建设服务端GIS应用的共享GIS软件对象库 桌面GIS：ArcView，ArcEditor和ArcInfo，分享通用结构、代码基础和扩展模块和统一的开发环境，功能由简单到复杂 嵌入式GIS：ArcGIS Engine，ARCOBJECTS,MAPOBJECTS 移动GIS：实现简单GIS操作的ArcPad和实现高级GIS复杂操作的Mobile ArcGIS Desktop SystemArcGIS9软件产品图图1.2