第一章GIS绪论

1、河北农大国土学院1. 与河北省相邻且人口比河北省人口多的省份？教室里某同学周围八位同学的成绩？2. 汉堡王在什么位置？3. 农大到汉堡王的最短路径、公交换乘？4. 工厂选址：坡度15度、地价1.5万元某老板想在保定开连锁店，如何选址？5. 某化工厂出现有毒气体泄漏，周围哪些居民需要转移？6. 数字地球、数字中国、数字校园等的提出， “数字XXXX”已成为一种潮流。第0章 前言：课程相关信息第二至七章：GIS数据结构、数据获取、数据处理、数据管理、空间分析和数据输出等第一章 概论：GIS概念，与相关学科关系，GIS组成，GIS的功能与应用等什么是什么是GIS？GIS能作能作什么？什么？如何实现、

2、如何实现、运用运用GIS？GIS学习目学习目的与要求的与要求什么是什么是GIS（环境地理信息系统）？（环境地理信息系统）？qGIS基本概念 GIS相关的定义、理解qGIS的组成 硬件、软件、空间数据、应用人员、数据模型qGIS的功能 基本要求、具体功能qGIS相关学科 相关学科、关系qGIS的应用 应用方向、具体实例 qGIS的发展趋势 发展方向 如何为一公园选择合理位置？依山傍水；交通方便；较安静要求方案2条件2方案1条件1第一节第一节 GISGIS基本概念基本概念处理、分析空间分析算法现实世界获取水系信息地形信息道路信息植被信息等+ + + +空间数据库存储1、数据一、信息与数据一、信息与

3、数据2、信息 数据是表示和记录信息的数字、文字、符号、图像和声音等的总称，是一种未加工的原始资料。 信息是事物特征及事物之间相互联系的一种抽象反映，是经过加工后的数据。数据是信息的表达载体；信息来源于数据是数据的内涵。数据只有对实体产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。一、信息与数据一、信息与数据3 3、数据与信息的关系、数据与信息的关系二、地理信息二、地理信息2、特性 区域分布性：区域分布性：具有空间定位特点，在区域上呈分具有空间定位特点，在区域上呈分布式。布式。 层次性：层次性：包括空间对象的多重属性与空间尺度上的包括空间对象的多重属性与空间尺度上的层次性。层次性。1、定

4、义：是与空间地理分布有关的信息，地理信是与空间地理分布有关的信息，地理信息属于空间信息息属于空间信息 。数据量大：数据量大：地理信息具有空间、属性特征、时序特地理信息具有空间、属性特征、时序特征，因此其数据量很大。征，因此其数据量很大。动态特征：动态特征：地理信息的周期性、波动性变化。地理信息的周期性、波动性变化。空间相关性：空间相关性：空间距离越近相关性越大，空间距空间距离越近相关性越大，空间距离越远相关性越小。离越远相关性越小。1、定义 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。具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统 。由硬件、软件、数据和用户四大要素组成。

5、三、信息系统三、信息系统2、类型根据数据处理对象分：空间和非空间信息系统，根据应用层次分 u事务处理或管理信息系统：日常事务处理，如图书管理系统等。u决策支持系统：通过方法和模型辅助决策。u智能决策支持系统：在DSS中引入人工智能技术，模仿思维过程进行推理，如专家系统。四、地理信息系统四、地理信息系统1、定义 是地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对地理数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，采用空间模型分析方法提供空间和动态的环境信息，为决策服务而建立起来的计算机技术系统。省省( (区区、市市 ) )总总人人口口( (1 19 99 90 0) )女女性性人人口口( (1 19

6、 99 90 0) )天天津津市市8 87 78 85 54 42 27 74 43 31 14 46 68 81 1河河北北省省6 61 10 08 82 27 75 55 52 29 98 87 73 36 64 43 3山山西西省省2 28 87 75 50 08 84 46 61 13 38 80 00 05 52 20 0辽辽宁宁省省3 39 94 45 56 66 69 94 41 19 93 30 07 71 12 20 0吉吉林林省省2 24 46 65 59 97 79 90 01 12 20 03 35 57 70 06 6黑黑龙龙江江省省3 35 52 21 15 59

7、93 32 21 17 71 16 67 71 18 85 5上上海海市市1 13 33 34 41 18 85 52 26 65 53 35 57 76 61 1江江苏苏省省6 67 70 05 56 68 81 12 23 32 29 93 33 35 56 60 0浙浙江江省省4 41 14 44 46 60 01 15 52 20 00 08 82 28 88 87 7GISGIS空间数据和属性数据的综合体空间数据和属性数据的综合体空间数据空间数据属性数据属性数据空间数据和属性数据的综合体空间数据和属性数据的综合体空间数据空间数据属性数据属性数据空间数据属性数据空间数据和属性数据的综合

8、体能让你轻易找到：与中国相邻并且GDP增长率在5%以上的国家2、分类根据研究范围：分全球性和区域性信息系统；根据研究内容：分专题信息系统和综合信息系统；根据数据模型：分矢量、栅格和混合型信息系统。 3 3、GISGIS的特征与内涵的特征与内涵 GIS物理外壳是计算机化的技术系统：由数据采集、管理、处理和分析、可视化表达与输出子系统等组成。GIS的操作对象是表达空间实体的空间数据：u环境地理空间中的事物和现象。u空间数据包括空间特征和属性特征数据。 GIS GIS的技术优势的技术优势具有强大的制图及可视化表达功能 ；混合数据结构和有效的数据集成；空间分析能力、空间定位搜索和查询功能； 空间过程演

9、化的空间模拟功能；空间决策与优化功能。 一门技术；一门工具；一个系统；一种方法；一种地理信息的描述语言。第一代：自然语言（东南西北）第二代：地图（模拟）第三代：EGIS（数字）一门学科；3 3、GISGIS的特征与内涵的特征与内涵 第二节 GIS的组成输入设备输入设备专用设备专用设备常规设备常规设备GPS全数字摄影全数字摄影 测量工作站测量工作站解析和数字解析和数字 摄影测量仪器摄影测量仪器遥感与遥感遥感与遥感 图象处理系统图象处理系统全站仪全站仪扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪键盘、鼠标键盘、鼠标处理设备处理设备工作站工作站服务器服务器硬盘阵列硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘活动硬盘光盘机光盘机

10、磁带机磁带机输出设备输出设备绘图仪绘图仪终端终端打印机打印机一、硬件环境一、硬件环境1、计算机：是硬件的核心，包括大型、中型、小型机、工作站、服务器/客户机。2、GIS输入设备：图形跟踪数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等。 一、硬件环境一、硬件环境3、GIS输出设备:绘图仪、图形显示终端和打印机等。 4、GIS网络设备: 布线系统、路由器、交换机等. 5、数据存贮设备: 磁带机、光盘机、活动硬盘等. 操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）标准软件（数据库等）GIS基础软件GIS应用软件用户界面GIS软件数据库软件系统软件GIS二、软件系统1、GIS系统软

11、件：主要指计算机操作系统，功能为硬件资源管理、硬件与软件交互和用户接口等。2、GIS数据库软件：支持GIS空间数据和非空间属性数据的管理。3、GIS专业软件：有ARC/INFO、MAPINFO、MAPGIS、GEOSTAR等。二、软件系统空间数据输出空间数据输出空间数据库管理空间数据库管理空间数据输入空间数据输入（图形输入和编辑）（图形输入和编辑）应用模型应用模型 空间数据查询和分析空间数据查询和分析各种各种应用模型应用模型矢量栅格数据的输入矢量栅格数据的输入数据的编辑数据的编辑数据格式的转换数据格式的转换图形图象图形图象文本文本报表的输出报表的输出空间数据库空间数据库位置、拓扑、位置、拓扑、

12、属性数据属性数据地形分析地形分析网络分析网络分析缓冲分析缓冲分析叠置分析叠置分析GIS专业软件主要模块专业软件主要模块汽油汽油数据数据三、空间数据三、空间数据栅格结构矢量结构三、空间数据1、空间位置数据：某个已知坐标系中的空间位置用经纬度、平面直角坐标、极坐标和矩阵的行列数等。 2、实体间的空间相关性：表示点、线、面实体之间的空间联系即拓扑关系。 3、与空间位置无关的属性：定性包括名称、类型、特性等，定量包括数量和等级， 四、应用人员咨询 管理 信息管理 数据整理 GIS GIS应用人员包括系统开发人应用人员包括系统开发人员和员和GISGIS技术的最终用户。技术的最终用户。操作层（底层）管理用

13、户战略层（上层）操作员决定方向的战略决策者高中层的管理人员构建GIS应用模型解决实际问题。明确用GIS求解问题基本流程；确定模型的类别、变量、参数和算法，构建模型逻辑结构框图；确定GIS空间操作项目和空间分析方法；模型运行结果的验证、修改和输出。 五、应用模型第三节 GIS的功能地理信息系统能够解决地理信息系统能够解决的主要问题？的主要问题？第三节 GIS的功能GIS能能作什么？作什么？缓冲区分析叠加分析空间查询网络分析地形分析。数据采集与输入数据编辑与处理数据存储与管理空间查询与分析数据显示与输出GIS基本功能的实现过程文件图表原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑数据处理数据输出制图、表

14、格交互展示结构化数据空间数据库一、数据采集与输入 将获取的数据输入GIS系统，GIS数据通常抽象为不同的专题层。返回二、数据编辑与处理数据获取数据获取数据入库数据入库目的：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、数据格式转化、数据变换、数据重构、数据提取返回1、数据编辑： 包括增加、删除、修改维护图形与属性的对应关系。 2、数据格式转化 指不同数据间的变换，尤其是矢量与栅格数据之间的转化。 矢量数据矢量数据栅格数据栅格数据3、数据变换： 指对数据从一种数学状态转换为另一种数学状态。包括投影变换、比例尺缩放、平移、旋转等。 不同投影之间转换4、数据重构： 指从一种几何

15、形态转换为另一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据压缩等。p pL1L1p p AA Ap pL1L1p p A AA A属性属性 合并合并去除去除 公共边界公共边界5、数据提取： 指对数据从全集合到子集的条件提取。包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间内插等。三、数据存储和管理包括空间和属性数据的存储与管理；属性数据采用关系型数据库管理，空间数据采用栅格、矢量模型管理；实现空间与属性数据的融合；属性数据的关系型数据库管理空间数据的管理空间数据与属性数据融合空间数据与属性数据融合返回四、空间查询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叠置分析统计分析决策分析位置查询

16、属性查询拓扑查询空间查询四、空间查询与分析空间查询包括已知属性查图形、已知图形查属性及多种条件的综合查询； 叠加分析:建立新的空间特征、属性合并和应用模型分析等； 缓冲区分析：根据点、线、面实体，自动建立各要素的缓冲多边形，用以确定不同要素的空间接近度或邻近性。网络分析包括定路线与最短路径分析等。空间数据库空间数据库哪条路最近哪条路最近,如何乘车如何乘车?道路信息道路信息空间检索空间检索数字地形分析 ：EGIS提供了数字高程模型及有关地形分析的功能模块，包括坡度、坡向、地表粗糙度等。 返回MapsGraphsReports五、数据的显示与输出数据显示点状图、线状图、面状图；影象图；等值线图；三

17、维图；统计图；文本、报表不同格式的数字产品语音输出等图形图象输出图形图象输出属性输出属性输出数字数据输出数字数据输出其它输出其它输出符号注记图框图例五、数据的显示与输出数据输出五、数据的显示与输出DocumentImageInternetPaper mapGIS Data五、数据的显示与输出GIS提供许多地理数据表现的工具，可在计算机屏幕显示，也可是报告、表格、地图等硬拷贝格式。 返回第四节 GIS相关学科GISGIS计算机科学数据库理论数据结构计算机图形学图象处理人工智能软件工程数学几何学拓扑学统计分析地理学、测绘学、地学地图学RS、GPS相关应用科学一、相关学科二、GIS学科树 用用一棵树

18、一棵树的形式更为详细地给出了的形式更为详细地给出了GISGIS与其他学科与其他学科的关系。的关系。 在这棵树中，在这棵树中，“树根树根”表示学科基础；表示学科基础；“树枝树枝”表示应用，应用的需求和结果返回到表示应用，应用的需求和结果返回到“树根树根”；“雨雨滴滴”则表示应用的数据来源。则表示应用的数据来源。第四节 GIS相关学科 数学运算研究 统计学地理统计学认知科学计算机科学测量遥感摄影测量学制图学可视化符号学信息存储数据库模式识别计算几何计算机图形学人工智能旅游业航运市场资产管理产业/商业矿产开发设施维护公共信息查询公共管理考古学人文地理学社会科学健康护理规划流行病学环境科学地貌学土壤科

19、学森林学地质学生态学水文学气象学地形测量环境测量社会、经济测量GIS主要应用领域GIS主要应用领域资源管理区域和城乡规划环境监测 环境评估 灾害监测环境管理宏观决策 金融、通讯邮电、日常等各领域第五节 GIS的应用第五节 GIS的应用1.环境管理：利用利用GISGIS能有效地组织各类信息进行环境统计；能有效地组织各类信息进行环境统计；2.环境监测：通过通过GISGIS收集环境监测过程的信息，有利于及收集环境监测过程的信息，有利于及时发现污染源；时发现污染源；3.环境影响评价：GISGIS特别适用作环境影响评价和辅助决策特别适用作环境影响评价和辅助决策工具；工具；4.环境预测和规划：GISGIS

20、有环境预测和规划开发的专门模块；有环境预测和规划开发的专门模块；uEGISEGIS应用应用包括:1）土地资源的清查、管理；2）森林资源的清查、管理；3）矿产资源的清查、管理；4）电信设备的管理；5）交通设备的管理；6）土地利用规划；7）野生动物的保护； 例：资源管理EGIS在区域和城乡规划中的应用包括： 1）城镇总体规划； 2）公共设施配置； 3）道路交通规划； 4）城市环境动态监测； 5）城市环境质量评价； 6）城市建设用地适宜性评价； 例：区域和城乡规划66例：环境评估例：灾害监测GISGIS方法和多时相的遥感方法和多时相的遥感数据，用于数据，用于: : 森林火灾的预测预报森林火灾的预测预报; ; 洪水灾情监测和淹没洪水灾情监测和淹没损失估算损失估算; ; 确定泄洪区内人员撤确定泄洪区内人员撤退、财产转移和救灾物退、财产转移和救灾物资供应的最佳路线资供应的最佳路线; ; 为救灾抢险和防洪决为救灾抢险和防洪