地理信息系统第一章+绪论课件

1、第一章 绪 论教师: 郭 昳Yiguo震前3月31日重点观测区的情况 地震后5月16日重点观测区的情况 地理信息系统的基本概念信息与数据 信息是现实世界在人们头脑中的反映，是向人们提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理形式的各种改变而改变。信息具有客观性、适用性、传输性、共享性等特点。 数据 对于计算机而言，数据是指输入到计算机并能为计算机进行处理的一切现象(数字、文字、符号、声音、图像等)，在计算机环境中数据是描述实体或对象的唯一工具。数据是用以载荷信息的物理符号，没有任何实际意义，只是一种数学符号的集合，只有在其上加上某种特定

2、的含义，它才代表某一实体或现象，这时数据才变成信息。 地图是根据一定数学法则，使用形象符号，使用形象符号 ，通过选择 和概括将地球表面缩放到平面上， 用以表示各种自然和社会性现象分布、联系、变化和发展的图件。 地理信息与地学信息地理信息 地理信息是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。地学信息地学信息所表示的信息范围更广，它不仅来自地表，还包括地下、大气层，甚至宇宙空间。凡是与人类居住的地球有关的信息都是地学信息。 地图表达和研究现实世界的传统工具关于自然和人文景观的符号表达地图符号建立客观世界的空间模型地图记载了沧海桑田、世界变迁地图是

3、认识世界，解释世界的语言地图模式地理现象和事物的空间表达：点、线、面空间尺度：坐标长度面积体积空间关系（邻近、包含、相交、距离等）我们对地图使用的经验？查找一个地方？指导旅行线路？探险寻宝？指挥抢险？管理？布局网点？GIS与地图地图是GIS的原型GIS以计算机技术为基础GIS中地理要素和描述它的属性相联系地理要素与属性间的联系是动态的地理信息系统的发展四个阶段 60年代起源与北美 1963年由加拿大提出并建立的世界上第一个地理信息系统是称为加拿大地理信息系统(CGIS)。于70年代初投入产品生产。同一时期美国哈佛大学计算机图形与空间分析实验室，建立通用的制图软件包，竭力发展空间分析模型和软件7

4、0年代是GIS发展的巩固时期 美国、加拿大、英国及日本等国家对GIS投入了大量的人力、物力和财力，研究不同规模，不同专题，不同类型的各具特色的地理信息系统地理信息系统在我国的发展 第一阶段从1970年到1980年，为准备阶段，主要进行舆论准备，正式提出倡仪，开始组建队伍，培训人才，组织个别实验研究。 第二阶段从1981年到1985年，为起步阶段，完成了技术引进，研究数据规范和标准，空间数据库建立，数据处理和分析算法及应用软件的开发等，对GIS进行理论探索和区域性实验研究。 第三个阶段从1986年到现在，为初步发展阶段，我国GIS的研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段，逐步建立了不同层次、

5、不同规模的组织机构、研究中心和实验室，目前国内较流行的GIS软件有MAPGIS、GEOSTAR等。地理信息系统与其他相关科学系统间的关系 GIS与地图学 GIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础，其最终产品之一也是地图，GIS是地图学理论、方法与功能的延伸，地图学与GIS是一脉相承的，它们都是空间信息处理的科学，只不过地图学强调图形信息传输，而GIS则强调空间数据处理与分析，在地图学与GIS之间一个最有力的连接是通过地图可视化工具与它们的潜力来增加GIS的数据综合和分析能力。GIS与一般事务数据 GIS是空间数据库传统意义上：数据库缺少空间性，一般与GIS属性数据相对应都可使用SQL，但不能

6、对数据库实施空间查询分析GIS与计算机地图制图应用领域不同：后者以工程设计为主，前者应用于所有设计空间数据应用的领域 目的不同：后者以准确表达形状和位置关系为主，前者重分析和决策应用技术实现不同：后者只需几何形状，前者需要几何特征和属性特征共同描述。GIS具有CAD所没有的空间分析功能GIS与计算机辅助设计（CAD） GIS与CAD系统的共同特点是两者都有空间坐标，都能把目标和参考系统联系起来，都能描述图形数据的拓扑关系，也都能处理非图形属性数据。 CAD处理的多为规则几何图形及其组合，它的图形功能尤其是三维图形功能极强，属性库功能相对要弱，采用的一般是几何坐标系。 GIS处理的多为自然目标，

7、GIS的属性库内容结构复杂，功能强大，GIS采用的多是大地坐标，必须有较强的多层次空间叠置分析功能。地理信息系统（GIS）与管理信息系统（MIS）比较项目GISMIS数据类型有空间分布特性,由点、线、面及相互关系构成主要为属性数据和统计分析数据数据源图形图像及地理特征属性表格、统计数据、报表输出结果图形图像产品、统计报表、文字报告、表格表格、报表、报告硬件配置外设：数字化仪、扫描仪、绘图仪、打印机、磁带机 主机：要求高档微机或工作站打印机、键盘、一般微机软件要求高，价格昂贵 如：ARC/INFO、微机版约3.0万,工作站版约5-10万要求低、便宜，标准规格统一，如ORACAL、FOXBASE

8、等处理内容（采用目的或分析内容）用于系统分析、检索、资源开发利用或区域规划，地区综合治理，环境监测，灾害预测预报查询、检索、系统分析、办公管理。如OS工作方式人机对话，交互作用程度高人为干预少两者均以计算机为核心，数据量大而复杂（共同点）计算机硬件系统 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软件系统操作系统（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（图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件用户界面G

9、IS软件基础软件系统软件GIS地理空间数据 栅格结构矢量结构定位拓扑关系属性系统开发、管理和使用人员 GIS咨询管理信息管理数据整理地理信息系统的功能和应用文件图表数据获取 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 地理信息系统的功能主要是完成流程中不同阶段的数据转换工作。一般的GIS包括以下几项基本功能: 1. 数据采集与输入数据采集：GIS中使用的地图信息需转化为数字形式即计算机能够认识的形式。 数据采集的方法与技术手扶跟踪数字化仪；自动化扫描输入；遥感数据集成。 数据编辑与更新数据格式化、转换、概括。数据的格式化：不同数据结构的

10、数据间变换，耗时、易错、需要大量计算量的工作数据转换：数据格式转化、数据比例尺的变化等。数据格式的转换：矢量到栅格的转换数据比例尺的变换：缩放、平移、旋转等方面，其中最为重要的是投影变换；数据存储与管理建立地理信息系统数据库的关键步骤：如何进行空间数据和属性数据的组织。GIS数据模型存储方式：目前大多数系统都是将二者分开存储，通过公共项（一般定义为地物标识码）来连接。空间数据：图层文件属性数据：关系数据库缺点：数据的定义与数据操作相分离，无法有效记录地物在时间域上的变化属性 空间查询与分析空间查询GIS最基本的分析功能：SQL，空间工具空间分析：GIS的核心功能，区别于其它的计算机系统。缓冲区

11、叠加分析网络分析实体对象的运算数据显示与输出：可视化地理数据表现的工具：屏幕显示；报告、表格、地图等硬拷贝图件地理信息系统的地图输出功能资源清查地理信息系统的应用 GIS最初就是起源于资源清查，是GIS的最基本的职能，目前趋于成熟的主要应用领域。资源清查包括土地资源，森林资源和矿产资源的清查、管理、土地利用规划，野生动物的保护等。GIS的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地汇集在一起，并通过统计，叠量分析等功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源统计和资源现状分析，从而为资源的合理开发、利用提供依据。 GIS在国际上典范中有：A、加拿大应用GIS完成全国土地资源潜力和估算B

12、、利用GIS进行世界小麦大面积估产的高准确率-这些说明GIS在资源清查方面的应用趋于成熟。 灾害监测GIS方法和多时相的遥感数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损失估算，确定泄洪区内人员撤退、财产转移和救灾物资供应的最佳路线，为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息。区域和城乡规划 在进行区域和城镇规划的过程中，要处理许多不同性质和不同特点的问题，涉及多方面要素，如资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等，GIS将这些数据信息归算到城市的统一系统之中，最后进行城市和区域多目标的开发和规划，包括城镇总体规划，城市建设用地适宜性评价，城市环境选质量评价，道路交通规划，公

13、共设施配置及城市环境动态监测等，这些功能的实现是以GIS的一些数据处理和分析算法加以保证的，如GIS的空间搜索方法，多信息叠加处理和一系列的分析软件，回归分析，投入产出计算，模糊加权评价等。 环境管理返回作战指挥交通运输宏观决策 GIS利用地理数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，可为国家宏观决策提供依据。例如我国在三峡地区的研究中通过利用GIS和机助制图的方法，建立环境监测系统，为三峡工程的宏观决策提供了建库前后环境变化的数量，速度和演变趋势等可靠数据。地理信息系统和数字地球 从哲学上说，数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现与认识。从技术上说，是一个在全球范围内建立的一个

14、以空间位置为主线，将信息组织起来的复杂系统，也就是全球范围的以地理位置及其相互关系为基础而组成的信息框架，并在该框架内嵌入我们所能获得的信息的总称。数字地球的概念和提出的背景 1998年，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心做了题为“数字地球认识21世纪我们这个星球（The Digital Earth：Understanding Our Planet in the 21st Century）”的报告，第一次比较系统地阐述了数字地球的概念，“我相信我们需要一个数字地球，即一种可以嵌入海量地理数据、多分辨率和三维的地球表示。” 数字地球的核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资

15、源。 从内容上说，数字地球是在全球范围内建立一个以空间位置为主线，将信息组织起来的复杂系统，按地理坐标整理构造一个全球的信息模型，描述地球上每一点的全部信息，并提供有效、方便和直观的检索手段和显示手段，使每一个人都可以快速、准确、完整地了解和利用地球上各方面的信息。数字地球的特点 1. 多源、多比例尺、多分辨率数据无缝集成的网络信息系统 数字地球所集成的数据是采用不同方式获得的，可以是遥感数据、航测数据、航空雷达数据、各种摄影的图像数据，还可以是数字化的地质图、地形图以及各种地球物理、地球化学数据和其它各种专业图像数据。这些栅格数据、矢量数据和相应的文本数据显然是多比例尺、多分辨率的。但在数字地球中，这些数据得以整合，形成无缝集成的数据源，它们分布地存储在多个用高速网络连接的数据库中，透明地为