地理信息系统技术概述课件

地理信息系统技术及空间智能一、地理信息系统技术概述二、空间智能理论发展动态地理信息系统技术及空间智能一、地理信息系统技术概述1应用需求：地理信息系统做什么？（应用）学术需求：地理信息系统是什么？（原理）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医疗机构信息查询系统海洋地理信息系统军事地理信息系统地理信息系统技术概述应用需求：地理信息系统做什么？（应用）地理信息系统技术概述2

GIS可以做什么—管理海量数据

—浏览、查询

—专业性分析

—路径分析

—地图编绘

—动态分段

—断面分析

—生成DEM模型

—三维地下体分析GIS可以做什么—管理海量数据3GIS基本概念GIS与相关学科GIS的组成GIS的主要功能GIS的发展透视GIS主要软件GIS主要网站及参考书GIS项目申请主要讲授内容GIS基本概念主要讲授内容4地理信息系统（GIS）是什么？GISG=GeographyI=InformationS=System地理信息系统（GIS）是什么？GISG=I=S=5☆地理学的定义与内涵地理学一词产生于西元前234年，由希腊学者伊拉托斯尼最早提出，其意义为描述地球之科学。地理学的定义研究范畴生物圈岩石圈水圈大气圈自然文化研究地表人文或自然事物的生态、空间或区域变化的系统科学。☆地理学的定义与内涵地理学一词产生于西元前234年，由希腊学6狭义信息论将信息定义:

为人们获得信息前后对事物认识的差别。广义信息论将信息定义:

信息是指主体(人、生物和机器)与外部客体

(环境、其它人、生物和机器)之间相互联系的一种形式。是主体和客体之间一切有用的消息和知识，是表征事物特征的一种普遍形式。黄杏元《地理信息系统》2001信息定义：

信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。它是客观事物在人脑中的反映。信息的定义狭义信息论将信息定义:信息的定义7

是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的能量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图形和图象的总称。与空间地理分布有关的信息，具有空间定位和多维结构的性质。地理信息定义是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的能量、质量、8空间分布性属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。

时序特征十分明显可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的(如台风、地震)、短期的(如江河洪水、秋季低温)、中期的(如土地利用、作物估产)、长期的(如城市化、水土流失)、超长期的(如地壳变动、气候变化)等。这对地理事物的预测、预报，从而为科学决策提供依据很重要。

具有多维结构的特征即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构，而各个专题型或实体型之间的联系是通过属性码进行的，这就为地理系统各圈层之间的综合研究提供了可能。

具有丰富的信息

GIS数据库中不仅包含丰富的地理信息，还包含与地理信息有关的其它信息，如人口分布、环境污染、区域经济情况、交通情况等等。纽约市曾经对其数据库进行了调查，发现有80%以上的信息为地理信息或与地理信息有关。

地理信息特点空间分布性地理信息特点9系统是为了达到某种目的相互联系的部件的集合（教材）系统是由相互联系和相互制约的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体。（邝孔武，《信息系统分析与设计》）系统是自成体系的组织；相同或相类的事物按一定的秩序和内部联系组合而成的整体，如组织系统，灌溉系统。（辞海）Agroupofrelatedpartsthatworktogetherasawholeforaparticularpurpose.系统的定义系统是为了达到某种目的相互联系的部件的集合（教材）系统的定义10地理信息系统的定义GIS（GeographicalInformationSystem）的定义包含两个方面：一方面，地理信息系统是一门科学，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库（GeospatialDatabase）为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统的定义GIS（GeographicalInfo11用户界面系统和数据库管理产品生成产品输出空间数据处理空间数据分析数据输入数据库建立用户界面系统和数据库管理产品生成空间数据处理数据输入12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混合型数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能；GIS与地理学和测绘学有着密切的联系。GIS定义—对GIS的理解物理外壳是计算机化的技术系统；GIS定义—对GIS的理解13GIS的理解—技术系统

它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。

GIS的理解—技术系统它又由若干个相互关联的子系统构14即点、线、面、体等地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量的描述，这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。GIS的理解—操作对象是空间数据即点、线、面、体等地理实体。空间数据的最根本特点是每15GIS计算机科学数据库理论软件工程计算机图形学图象处理人工智能网络计算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其他应用科学GIS学科树：ChristopherB.Jones在“GeographicalInformationSystemsandComputerCartography”

（AddisonWesleyLongmanLtd.，1997）一书中，用一棵树的形式更为详细地给出了地理信息科学与其他学科的关系。GIS的相关学科GIS计算机科学数据库软件工程计算机图象处理人工智能网络计算16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、经济测量社区服务地理学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17如上图所示，“树根”表示GIS的技术基础，如测量学、计算机科学与数学等；“树枝”表示GIS的应用，应用的结果与需求返回到“树根”；“雨滴”是每个应用中的数据来源，如各种测量如地形测量、环境测量等，并为它的发展提供了有效的手段，而地理信息系统的应用主要是在环境科学、地理学和社会科学等领域。GIS学科树的理解如上图所示，“树根”表示GIS的技术基础，如测量学、计18GIS定位—GIS在信息系统中的位置地理信息系统信息系统非空间信息系统非地理信息系统管理信息系统CAD/CAM空间信息系统数据模型矢量GIS栅格GIS矢-栅GIS研究范围全球GIS区域GIS专题地理信息系统综合地理信息系统地籍GIS交通GIS资源与环境GIS规划与管理GIS研究内容GIS定位—GIS在信息系统中的位置地理信息系统信息系统非空19GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。GIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。GIS与其他系统的区别GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定20GIS的组成—计算机系统硬件数字化仪输入设备GPS解析和数字摄影测量仪器扫描仪全站仪专用设备全数字摄影测量工作站遥感与遥感图象处理系统键盘、鼠标常规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显示终端打印机处理设备GIS的组成—计算机系统硬件数字化仪输入设备GPS解析和数字21GIS数据库软件系统管理软件GIS专业软件用户界面数据输入和编辑空间数据管理数据输出数据处理和分析系统二次开发能力属性数据库软件空间数据库软件计算机操作系统GIS的组成—计算机系统软件GIS数据库软件系统管理软件GIS专业软件用户界面数据输入和22GIS的操作对象为空间数据具体描述数据空间、属性、时间数据；数据组织：混合式、扩展式、开放式；数据管理：

空间数据：存储在线状或面状实体的弧段文件中属性数据：关系数据库GIS的组成—空间数据GIS的操作对象为空间数据GIS的组成—空间数据23矢量图

栅格图矢量图栅格图24GIS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、数据共享建设等。GIS的组成—管理人员GIS咨询管理信息数据GIS的开发是以人为本的系统工程。GI25地理学中的4W（WhatWhenWhereWhy)问题数据子集需要解决的问题问题的定义问题的实质解决问题的数据问题的概念系统数据收集数据库建立问题求解问题答案用GIS求解问题的基本流程图规划定义过程应用操作过程GIS的组成—系统应用模型地理学中的4W（WhatWhenWhereWhy)问26位置（Locations）条件（Conditions）趋势（Trends）模式（Patterns）模型（Models）GIS的功能—基本功能（核心问题）位置（Locations）GIS的功能—基本功能（核心问题）27某个特定位置有什么？空间查属性例：国家属性查询GIS的功能—基本功能—位置某个特定位置有什么？GIS的功能—基本功能—位置28满足给定条件的地理对象分布属性查位置例：客户分布GIS的功能—基本功能—条件满足给定条件的地理对象分布GIS的功能—基本功能—条件29地理对象随时间的变化例：人口变化趋势GIS的功能—基本功能—趋势地理对象随时间的变化GIS的功能—基本功能—趋势30空间对象的分布模式问题揭示空间对象的空间关系例：商业服务竞争GIS的功能—基本功能—模式空间对象的分布模式问题GIS的功能—基本功能—模式31基于模型的解决问题方案例：公园选址GIS的功能—基本功能—模型基于模型的解决问题方案GIS的功能—基本功能—模型32野外测量数据数据及属性电子数据记录器键盘图像数字信息跟踪扫描数字化仪和扫描仪地图要素像片资料摄像机磁带机编辑、接边、分层、图形与属性连接、注记标注数据入库GIS数据采集流程图GIS的功能—功能实现—数据采集野外测量数据电子数键图像数字信息跟踪扫描数字地图像片摄像机磁33数据的集成过程空间数据与属性数据组织数据结构矢量结构、栅格结构、栅格/矢量结构决定着

GIS的数据分析能力、效率和精度数据管理：层次模型、网络模型、关系模型混合管理模式GIS的功能—功能实现—数据组织与管理数据的集成过程GIS的功能—功能实现—数据组织与管理34空间检索空间分析空间分析空间查询位置查询属性查询拓扑查询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GIS的功能—功能实现—检索与分析空间检索空间分析空间查询位置查询地形分析GIS的功能—功能实35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GIS的功能—功能实现—数据输出数据交换GIS的功能—功能实现—数据输出36GIS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、MapInfo的MapBasic语言；ArcView的Avenue语言通用语言：如VC++、VB、Delphi等组件开发：如MapInfo的MapX；GIS的功能—功能实现—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37发展概况GIS发展趋势GIS发展透视发展概况GIS发展透视38国际发展状况地理信息系统的开拓期（60年代）

当50年代末和60年代初，计算机获得广泛应用以后，很快就被应用于空间数据的存储和处理，使计算机成为地图信息存储和计算处理的装置，将很多地图转换为能被计算机利用的数字形式，出现了地理信息系统的早期雏形。地理信息系统的巩固发展期（70年代）在70年代，计算机发展到第三代，数据处理速度加快，内存容量增大，推出了大容量直接存取设备—磁盘，为地理数据的录入、存储、检索、输出提供了强有力的手段，特别是人机对话和随机操作的应用，可以通过屏幕直接监视数字化的操作，而且制图分析的结果能很快看到，并可以进行实时的编辑，促使地理信息系统迅速发展。地理信息系统技术大发展时期（80年代）

由于大规模和超大规模集成电路的问世，推出了第四代计算机，特别是微型计算机和远程通讯传输设备的出现为计算机的普及应用创造了条件，加上计算机网络的建立，使地理信息的传输时效得到极大的提高。

地理信息系统的应用普及时代（90年代至今）由于计算机的软硬件均得到飞速的发展，网络已进入千家万户，地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统。另外，社会对地理信息系统认识普遍提高，需求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用的扩大与深化。国际发展状况地理信息系统的开拓期（60年代）39准备阶段：1978年到1980年，正式提出倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。起步阶段：1981年到1985年，理论探索和区域性实验研究。并在此基础上制定国家地理信息系统规范。初步发展阶段：1986年到90年代。地理信息系统的研究被列入我国“七五”攻关课题，并且作为一个全国性的研究领域，已逐步和国民经济建设相结合，并取得了重要进展和实际应用效益。快速发展阶段：90年代末到现在。理论日趋成熟，应用日益广泛，三维GIS、WEBGIS走向应用，GIS市场开始形成。标志性阶段：超图公司2010年创业板上市。GIS在我国的发展准备阶段：1978年到1980年，正式提出倡议，开始组建队40GIS已成为一门综合性技术GIS产业化的发展势头强劲产业对象包括硬件、软件、数据采集与转换、电子数据、遥感数据获取与处理、系统开发与集成、咨询与技术服务七个方面。GIS网络化已构成当今社会的热点专业WebGIS软件。GIS发展趋势GIS已成为一门综合性技术GIS发展趋势41GIS成为IT技术的重要组成部分；

GIS的发展需要其它信息技术，其它信息技术的发展也需要GIS，它与GPS、RS成为3S，而且与CAD、通信、办公自动化、虚拟现实等结合，构成了综合的信息技术。自身系统功能和支持功能的不断完善；

GIS信息规范共享措施的建立；多源空间数据无缝集成和融合技术的实施；GIS图形数据和属性数据的无缝结合与管理；大型GIS地理数据库的无缝组织等等。数字地球（DigitalEarth)与GIS

数字地球需要的新理论和技术：数据获取与更新（数据源、空间数据的采集与数据库）网络、计算机硬件、数据与信息传播数据处理、储存、数据库、信息提取与分析

GIS互操作技术、虚拟现实技术、WEBGIS技术等GIS发展趋势GIS成为IT技术的重要组成部分；GIS发展趋势42专业GIS（ProfessionalGIS）桌面GIS（DesktopGIS）手持GIS（Hand-HeldGIS）组件GIS（ComponentGIS）GISViewer网络GIS（InternetGIS）其它（基于CAD的GIS）GIS软件类型专业GIS（ProfessionalGIS）GIS软件类型43主要的GIS产品供应商INTERGRAPHESRIAutoDeskMapInfoMapGISGeoStarSuperMap

主要的GIS产品供应商INTERGRAPH44GIS主要网站///////GIS主要网站45参考文献：GIS主要参考书目邬伦等，地理信息系统-原理、方法与应用，2001，北京大学出版社陈述彭，地理信息系统导论，2006，科学出版社龚健雅地理信息系统基础，2001，科学出版社王家耀空间信息系统原理，2001，科学出版社汤国安，计算机地学制图与分析，1994，西北大学出版社汤国安等，ArcView地理信息系统空间分析方法，2002，科学出版社刘良明，ArcView基础教程，2001，测绘出版社三味工作室，MapInfo应用开发指南，2000人民邮电出版社黄杏元等，地理信息系统概论，2001，高等教育出版社核心教材：参考文献：GIS主要参考书目邬伦等，地理信息系统-原理、方法46《测绘学报》、《地理学报》、《遥感学报》、《武汉大学学报（信息版）》、《测绘通报》、《中国图形图像学报》、《计算机辅助图形学报》等GIS主要期刊《测绘学报》、GIS主要期刊47国家自然科学基金863项目973项目国家专项国防项目其他项目GIS项目申请渠道国家自然科学基金GIS项目申请渠道48地理之道

-ESRI总裁JackDangermond地理之道：是指我们使用新的方法（地理方法），来创造和应用新的地理技术和服务。创造地理技术是指测量、组织和分析所有地图、数据，为辅助决策服务，并存储在地理知识数据库中。应用地理技术是指借助地理学思想进行设计、思考、管理和决策，并将这些应用于本地、国家、及全球领域。地理之道地理之道：是指我们使用新的方法（地理方法），来创造和49GIS技术-就是应用地理之道为大众提供工具和方法信息集成-即通过不同的地理图层叠加多种数据空间分析-即分析不同图层之间的关系及关联知识共享-即不同的工作组共享一个通用的数据库一起工作工作流程-从测量入手，包括数据存储、分析、可视化以及决策支持。GIS技术的四个核心概念GIS技术-就是应用地理之道为大众提供工具和方法信息集成-即50GIS整合的6种地理知识地理图层数据模型数据处理模型制图工作流程元数据GIS整合的6种地理知识地理图层51GIS的4种架构桌面形式中央服务模式分布式协同形式WebGIS（网络GIS）GIS的4种架构桌面形式52GIS的5个主流发展趋势GIS的时效性-将时间要素纳入GIS体系，实时测量、实时数据更新、实时分析（交通GIS）面向对象的GIS-所有地物以对象形式封装GIS的可视化-三维GIS(数字城市，数字地球)GIS的嵌入式应用-CES(消费类电子产品)GIS网络-网络分析（不仅物理网络，包括社会网络）GIS的5个主流发展趋势GIS的时效性-将时间要素纳入GIS53空间智能--地理信息科学的新进展空间智能知识框架图空间智能强调发现与应用空间模式,以增强GIS处理复杂数据和解决复杂问题的能力。空间智能主要的技术体系由空间分析、空间优化和空间模拟三大模块构成,其技术基础包括空间统计与索引、智能代理、高级启发式,以及数学规划等系列智能技术。空间智能--地理信息科学的新进展空间智能知识框架图空间智能强54空间智能--地理信息科学的新进展空间智能强调发现与应用空间模式,以增强GIS处理复杂数据和空间智能理论与方法,它的突出的特点是需要具备空间智能,即一种能够发现与应用空间模式能力,并能通过外部环境和经验不断进行学习的能力。它包含两层涵义:其一,空间认知能力;其二,自学习能力。所谓空间认知能力是指个体对客体或空间图形在头脑中进行识别、编码、贮存、表征、分解组合和抽象概括的能力,主要包括空间观察、空间记忆、空间想象和空间思维等能力因素。空间智能--地理信息科学的新进展空间智能强调发现与应55空间智能--地理信息科学的新进展自学习能力包含以下几种功能:(1)强化学习功能。使得系统在下一次完成同样或类似的任务时更为有效。(2)自适应功能。自适应功能要求能够对所经历事物重新构造模式、规则并修改相应的记录。(3)知识获取功能。即能够在复杂环境下挖掘空间模式、发展趋势和规律。空间智能是人们应用GIS进行更高层次的分析和应用的必然结果,表现为寻找未知模式、规律或趋势而在复杂时空数据中进行主动搜索和智能化的探索过程。空间智能--地理信息科学的新进展自学习能力包含以下几56空间智能--地理信息科学的新进展1、数据建模与分析着眼于处理空间相关性,时间相关性以及时空相关性的方法。2、空间优化空间优化是指在一定区域,一定资源和位置相关性的约束条件下,极大或者极小空间目标函数。3、基于智能主体的模拟（Agent）智能主体模型是一种自下而上的方法,用来模拟主体与主体以及主体与外界环境之间相互作用的全局结果。空间智能--地理信息科学的新进展1、数据建模与分析2、空间优57地理信息系统技术及空间智能一、地理信息系统技术概述二、空间智能理论发展动态地理信息系统技术及空间智能一、地理信息系统技术概述58应用需求：地理信息系统做什么？（应用）学术需求：地理信息系统是什么？（原理）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医疗机构信息查询系统海洋地理信息系统军事地理信息系统地理信息系统技术概述应用需求：地理信息系统做什么？（应用）地理信息系统技术概述59

GIS可以做什么—管理海量数据

—浏览、查询

—专业性分析

—路径分析

—地图编绘

—动态分段

—断面分析

—生成DEM模型

—三维地下体分析GIS可以做什么—管理海量数据60GIS基本概念GIS与相关学科GIS的组成GIS的主要功能GIS的发展透视GIS主要软件GIS主要网站及参考书GIS项目申请主要讲授内容GIS基本概念主要讲授内容61地理信息系统（GIS）是什么？GISG=GeographyI=InformationS=System地理信息系统（GIS）是什么？GISG=I=S=62☆地理学的定义与内涵地理学一词产生于西元前234年，由希腊学者伊拉托斯尼最早提出，其意义为描述地球之科学。地理学的定义研究范畴生物圈岩石圈水圈大气圈自然文化研究地表人文或自然事物的生态、空间或区域变化的系统科学。☆地理学的定义与内涵地理学一词产生于西元前234年，由希腊学63狭义信息论将信息定义:

为人们获得信息前后对事物认识的差别。广义信息论将信息定义:

信息是指主体(人、生物和机器)与外部客体

(环境、其它人、生物和机器)之间相互联系的一种形式。是主体和客体之间一切有用的消息和知识，是表征事物特征的一种普遍形式。黄杏元《地理信息系统》2001信息定义：

信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。它是客观事物在人脑中的反映。信息的定义狭义信息论将信息定义:信息的定义64

是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的能量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图形和图象的总称。与空间地理分布有关的信息，具有空间定位和多维结构的性质。地理信息定义是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的能量、质量、65空间分布性属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。

时序特征十分明显可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的(如台风、地震)、短期的(如江河洪水、秋季低温)、中期的(如土地利用、作物估产)、长期的(如城市化、水土流失)、超长期的(如地壳变动、气候变化)等。这对地理事物的预测、预报，从而为科学决策提供依据很重要。

具有多维结构的特征即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构，而各个专题型或实体型之间的联系是通过属性码进行的，这就为地理系统各圈层之间的综合研究提供了可能。

具有丰富的信息

GIS数据库中不仅包含丰富的地理信息，还包含与地理信息有关的其它信息，如人口分布、环境污染、区域经济情况、交通情况等等。纽约市曾经对其数据库进行了调查，发现有80%以上的信息为地理信息或与地理信息有关。

地理信息特点空间分布性地理信息特点66系统是为了达到某种目的相互联系的部件的集合（教材）系统是由相互联系和相互制约的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体。（邝孔武，《信息系统分析与设计》）系统是自成体系的组织；相同或相类的事物按一定的秩序和内部联系组合而成的整体，如组织系统，灌溉系统。（辞海）Agroupofrelatedpartsthatworktogetherasawholeforaparticularpurpose.系统的定义系统是为了达到某种目的相互联系的部件的集合（教材）系统的定义67地理信息系统的定义GIS（GeographicalInformationSystem）的定义包含两个方面：一方面，地理信息系统是一门科学，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库（GeospatialDatabase）为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统的定义GIS（GeographicalInfo68用户界面系统和数据库管理产品生成产品输出空间数据处理空间数据分析数据输入数据库建立用户界面系统和数据库管理产品生成空间数据处理数据输入69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混合型数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能；GIS与地理学和测绘学有着密切的联系。GIS定义—对GIS的理解物理外壳是计算机化的技术系统；GIS定义—对GIS的理解70GIS的理解—技术系统

它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。

GIS的理解—技术系统它又由若干个相互关联的子系统构71即点、线、面、体等地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量的描述，这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。GIS的理解—操作对象是空间数据即点、线、面、体等地理实体。空间数据的最根本特点是每72GIS计算机科学数据库理论软件工程计算机图形学图象处理人工智能网络计算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其他应用科学GIS学科树：ChristopherB.Jones在“GeographicalInformationSystemsandComputerCartography”

（AddisonWesleyLongmanLtd.，1997）一书中，用一棵树的形式更为详细地给出了地理信息科学与其他学科的关系。GIS的相关学科GIS计算机科学数据库软件工程计算机图象处理人工智能网络计算73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、经济测量社区服务地理学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74如上图所示，“树根”表示GIS的技术基础，如测量学、计算机科学与数学等；“树枝”表示GIS的应用，应用的结果与需求返回到“树根”；“雨滴”是每个应用中的数据来源，如各种测量如地形测量、环境测量等，并为它的发展提供了有效的手段，而地理信息系统的应用主要是在环境科学、地理学和社会科学等领域。GIS学科树的理解如上图所示，“树根”表示GIS的技术基础，如测量学、计75GIS定位—GIS在信息系统中的位置地理信息系统信息系统非空间信息系统非地理信息系统管理信息系统CAD/CAM空间信息系统数据模型矢量GIS栅格GIS矢-栅GIS研究范围全球GIS区域GIS专题地理信息系统综合地理信息系统地籍GIS交通GIS资源与环境GIS规划与管理GIS研究内容GIS定位—GIS在信息系统中的位置地理信息系统信息系统非空76GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。GIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。GIS与其他系统的区别GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定77GIS的组成—计算机系统硬件数字化仪输入设备GPS解析和数字摄影测量仪器扫描仪全站仪专用设备全数字摄影测量工作站遥感与遥感图象处理系统键盘、鼠标常规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显示终端打印机处理设备GIS的组成—计算机系统硬件数字化仪输入设备GPS解析和数字78GIS数据库软件系统管理软件GIS专业软件用户界面数据输入和编辑空间数据管理数据输出数据处理和分析系统二次开发能力属性数据库软件空间数据库软件计算机操作系统GIS的组成—计算机系统软件GIS数据库软件系统管理软件GIS专业软件用户界面数据输入和79GIS的操作对象为空间数据具体描述数据空间、属性、时间数据；数据组织：混合式、扩展式、开放式；数据管理：

空间数据：存储在线状或面状实体的弧段文件中属性数据：关系数据库GIS的组成—空间数据GIS的操作对象为空间数据GIS的组成—空间数据80矢量图

栅格图矢量图栅格图81GIS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、数据共享建设等。GIS的组成—管理人员GIS咨询管理信息数据GIS的开发是以人为本的系统工程。GI82地理学中的4W（WhatWhenWhereWhy)问题数据子集需要解决的问题问题的定义问题的实质解决问题的数据问题的概念系统数据收集数据库建立问题求解问题答案用GIS求解问题的基本流程图规划定义过程应用操作过程GIS的组成—系统应用模型地理学中的4W（WhatWhenWhereWhy)问83位置（Locations）条件（Conditions）趋势（Trends）模式（Patterns）模型（Models）GIS的功能—基本功能（核心问题）位置（Locations）GIS的功能—基本功能（核心问题）84某个特定位置有什么？空间查属性例：国家属性查询GIS的功能—基本功能—位置某个特定位置有什么？GIS的功能—基本功能—位置85满足给定条件的地理对象分布属性查位置例：客户分布GIS的功能—基本功能—条件满足给定条件的地理对象分布GIS的功能—基本功能—条件86地理对象随时间的变化例：人口变化趋势GIS的功能—基本功能—趋势地理对象随时间的变化GIS的功能—基本功能—趋势87空间对象的分布模式问题揭示空间对象的空间关系例：商业服务竞争GIS的功能—基本功能—模式空间对象的分布模式问题GIS的功能—基本功能—模式88基于模型的解决问题方案例：公园选址GIS的功能—基本功能—模型基于模型的解决问题方案GIS的功能—基本功能—模型89野外测量数据数据及属性电子数据记录器键盘图像数字信息跟踪扫描数字化仪和扫描仪地图要素像片资料摄像机磁带机编辑、接边、分层、图形与属性连接、注记标注数据入库GIS数据采集流程图GIS的功能—功能实现—数据采集野外测量数据电子数键图像数字信息跟踪扫描数字地图像片摄像机磁90数据的集成过程空间数据与属性数据组织数据结构矢量结构、栅格结构、栅格/矢量结构决定着

GIS的数据分析能力、效率和精度数据管理：层次模型、网络模型、关系模型混合管理模式GIS的功能—功能实现—数据组织与管理数据的集成过程GIS的功能—功能实现—数据组织与管理91空间检索空间分析空间分析空间查询位置查询属性查询拓扑查询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GIS的功能—功能实现—检索与分析空间检索空间分析空间查询位置查询地形分析GIS的功能—功能实92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GIS的功能—功能实现—数据输出数据交换GIS的功能—功能实现—数据输出93GIS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、MapInfo的MapBasic语言；ArcView的Avenue语言通用语言：如VC++、VB、Delphi等组件开发：如MapInfo的MapX；GIS的功能—功能实现—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94发展概况GIS发展趋势GIS发展透视发展概况GIS发展透视95国际发展状况地理信息系统的开拓期（60年代）

当50年代末和60年代初，计算机获得广泛应用以后，很快就被应用于空间数据的存储和处理，使计算机成为地图信息存储和计算处理的装置，将很多地图转换为能被计算机利用的数字形式，出现了地理信息系统的早期雏形。地理信息系统的巩固发展期（70年代）在70年代，计算机发展到第三代，数据处理速度加快，内存容量增大，推出了大容量直接存取设备—磁盘，为地理数据的录入、存储、检索、输出提供了强有力的手段，特别是人机对话和随机操作的应用，可以通过屏幕直接监视数字化的操作，而且制图分析的结果能很快看到，并可以进行实时的编辑，促使地理信息系统迅速发展。地理信息系统技术大发展时期（80年代）

由于大规模和超大规模集成电路的问世，推出了第四代计算机，特别是微型计算机和远程通讯传输设备的出现为计算机的普及应用创造了条件，加上计算机网络的建立，使地理信息的传输时效得到极大的提高。

地理信息系统的应用普及时代（90年代至今）由于计算机的软硬件均得到飞速的发展，网络已进入千家万户，地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统。另外，社会对地理信息系统认识普遍提高，需求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用的扩大与深化。国际发展状况地理信息系统的开拓期（60年代）96准备阶段：1978年到1980年，正式提出倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。起步阶段：1981年到1985年，理论探索和区域性实验研究。并在此基础上制定国家地理信息系统规范。初步发展阶段：1986年到90年代。地理信息系统的研究被列入我国“七五”攻关课题，并且作为一个全国性的研究领域，已逐步和国民经济建设相结合，并取得了重要进展和实际应用效益。快速发展阶段：90年代末到现在。理论日趋成熟，应用日益广泛，三维GIS、WEBGIS走向应用，GIS市场开始形成。标志性阶段：超图公司2010年创业板上市。GIS在我国的发展准备阶段：1978年到1980年，正式提出倡议，开始组建队97GIS已成为一门综合性技术GIS产业化的发展势头强劲产业对象包括硬件、软件、数据采集与转换、电子数据、遥感数据获取与处理、系统开发与集成、咨询与技术服务七个方面。GIS网络化已构成当今社会的热点专业WebGIS软件。GIS发展趋势GIS已成为一门综合性技术GIS发展趋势98GIS成为IT技术的重要组成部分；

GIS的发展需要其它信息技术，其它信息技术的发展也需要GIS，它与GPS、RS成为3S，而且与CAD、通信、办公自动化、虚拟现实等结合，构成了综合的信息技术。自身系统功能和支持功能的不断完善；

GIS信息规范共享措施的建立；多源空间数据无缝集成和融合技术的实施；GIS图形数据和属性数据的无缝结合与管理；大型GIS地理数据库的无缝组织等等。数字地球（DigitalEarth)与GIS

数字地球需要的新理论和技术：数据获取与更新（数据源、空间数据的采集与数据库）网络、计算机硬件、数据与信息传播数据处理、储存、数据库、信息提取与分析

GIS互操作技术、虚拟现实技术、WEBGIS技术等GIS发展趋势GIS成为IT技术的重要组成部分；GIS发展趋势99专业GIS（ProfessionalGIS）桌面GIS（DesktopGIS）手持GIS（Hand-HeldGIS）组件GIS（ComponentGIS）GISViewer网络GIS（InternetGIS）其它（基于CAD的GIS）GIS软件类型专业GIS（ProfessionalGIS）GIS软件类型100主要的GIS产品供应商INTERGRAPHESRIAutoDeskMapInfoMapGISGeoStarSuperMap

主要的GIS产品供应商INTERGRAPH101GIS主要网站///////GIS主要网站102参考文献：GIS主要参考书目邬伦等，地理信息系统-原理、方法与应用，2001，北京大学出版社陈述彭，地理信息系统导论，2006，科学