第一章 导论(地理信息系统概论)

资源环境工程学院地理信息系统概论教学安排第1章导论(2学时)

§1.1地理信息系统的基本概念

§1.2地理信息系统的基本构成

§1.3地理信息系统的功能简介

§1.4地理信息系统的发展透视

第2章

地理信息系统的数据结构(8学时)

§2.1地理空间及其表达

§2.2地理空间数据及其特征

§2.3空间数据结构的类型

§2.4空间数据结构的建立

第3章

空间数据的处理(8学时)

§3.1空间数据的坐标变换

§3.2空间数据结构的转换

§3.3多源空间数据的融合

§3.4空间数据的压缩与综合

§3.5空间数据的内插方法

§3.6图幅数据边沿匹配处理第4章

地理信息系统空间数据库(8学时)

§4.1空间数据库概述

§4.2-4空间数据库概念，逻辑，物理模型设计

§4.5-8空间数据查询，索引，元数据，空间数据引擎

§4.9GIS空间时态数据库第5章空间分析的原理与方法(6学时)

§5.1数字地面模型分析

§5.2空间叠合分析

§5.3空间临近度分析

§5.4空间网络分析补充：缓冲区分析，空间统计分析

第6章地理信息系统的应用模型(8学时)

§6.1GIS应用模型概述

§6.2适宜性分析模型

§6.3发展预测模型

§6.4位址选择模型

§6.5交通规划模型

§6.6地学模拟模型

§6.7专家系统概述第7章地理信息系统的设计与评价(2学时)

§7.1GIS设计概述

§7.2地理信息系统的设计

§7.3地理信息的标准化

§7.4地理信息系统的评价第8章地理信息系统产品的输出设计(2学时)

§8.1地理信息系统产品的输出形式

§8.2地理信息系统图形输出系统设计

§8.3地理信息系统的可视化与虚拟现实

各章节联系什么是GIS？GIS能作什么？

如何实现？第一章：GIS概念,与相关学科关系,GIS组成,GIS的功能与应用等第二至八章：GIS数据结构、数据输入、数据处理、数据管理和空间分析等实验教学以MapGIS为主要平台分组进行全班每人一组，定机定人定任务成果成果各人自存，按时提交；成果包括每次的实习内容、实习报告及实验操作测评1、MAPGIS软件安装和运行环境配置2、MAPGIS文件和工程管理3、空间数据扫描矢量化采集输入4、图形编辑5、图形剪裁6、图形输出7、MapGIS库管理8、缓冲区分析9、数字高程模型建立与应用10、电子沙盘制作9、补充：投影变换MapGIS实验教学项目本实验按实验项目进行，根据情况适当增加实验项目邬伦等.地理信息系统-原理、方法和应用.北京：科学出版社，2001Kang-tsungChang.地理信息系统导论.北京：科学出版社，2003宋小冬等.地理信息系统实习教程.北京：科学出版社，2004汤国安等.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程.北京：科学出版社，2006党安荣等.ArcGIS8Desktop地理信息系统应用指南.北京：清华大学出版社，2003参考书目返回第一章绪论GIS基本概念GIS的形成和发展GIS的基本组成和功能GIS的应用领域本章主要内容教学要求掌握GIS基本概念:了解GIS的形成和发展掌握GIS的基本组成和功能了解GIS的应用领域第一节GIS基本概念1.数据（Data）-通过数字化或直接记录下来的可以被识别的符号（如文字、数字、符号、语言、图像等）,是一种未加工的原始材料。一、数据与信息2.信息(Information)—是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表达事件、事物、现象等的内容、数量或特征。具有客观性、适用性、可传输性和共享性。来源于数据,是数据的内涵，是用数据来表达的。

信息的特点客观性：适用性：传输性：共享性：任何信息都是与客观事物紧密相关的地理信息系统的建立的明确的目的性信息可以在发送者和接收者之间传输信息可以传输给多个用户、为多个用户共享数据与信息的关系两者在词义上的差别：数据是信息的表达，信息则是数据的内容；数据是客观对象的表示，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息；信息是当代社会发展的一项重要任务。二、地理数据与地理信息地理数据（geo-data）: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。

地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。地理信息(GI)－是指表示地球表层事物或现象所固有的数量、质量、分布特征、相互关系和变化规律的具有空间内涵的信息（地理数据）的总称。

地理信息特征1、空间特征：

地理信息具有空间特征，属于空间信息，其数据是与确定的空间位置联系在一起的。2、属性特征：

地理信息具有属性特征，通常在二维空间的定位基础上，按专题来表达多维即多层次的属性信息。3、时序特征：

地理信息具有时序特征，通常可以按照时间尺度来区分地理信息三、信息系统与地理信息系统信息系统－是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统一个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。

地理信息系统地理信息系统（GIS）－是指在计算机软硬件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据继续采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。或：是有关空间数据管理和空间信息分析的计算机系统。是传统科学与现代技术结合的产物。

地理信息系统的任务是采集、存储、管理、分析和显示地球空间信息。GIS与其它IS之间的关系（信息系统分类）信息系统（IS)非空间信息系统空间信息系统（SIS）如厂矿企业管理、财务等MIS非地理信息系统CAD/CAM地理信息系统（GIS）专题GIS综合信息系统地籍信息系统城市管线信息系统城市规划与管理IS区域资源与环境IS…………GIS的理解

GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。—美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）GIS定义—对GIS的理解GIS的物理外壳是计算机化的技术系统数据采集系统、数据管理系统、数据处理和分析系统、可视化表达与输出系统等组成，影响着GIS硬件平台、系统效率和功能、数据处理方式和产品类型。GIS的操作对象是空间数据地理数据—属性数据、几何数据、时间数据。GIS对空间数据的管理好操作，是GIS区别于其它信息系统的根本标志，也是技术难点之一。空间数据库地图数字化数据格式转换制图报告分析/加工/处理一门技术；一门工具；一个系统；一种方法；一种地理信息的描述语言。地理信息系统的特征GIS定义-对GIS的理解一个完整的GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据（或空间数据）和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系统（软件和硬件），空间数据反映GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。第二节GIS的基本组成空间数据库操作管理分析数据模型界面表现数据获取通讯用户网络GIS基本构成的结构图硬件系统软件系统应用模型GIS用户GUI空间数据DBMSGIS的组成—硬件—基本配置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GIS的组成—硬件—应用模式单机模式：由基本外设、处理设备和输出设备构成适用于小型GIS建设数据传输与资源共享不方便GIS的组成—硬件—应用模式局域网模式：部门或单位内部GIS建设专线连接资源共享较方便输出用户组1输入……GIS中央数据库与网管Intranet用户组nGIS的组成—硬件—应用模式广域网模式：用户分布地域广泛，不适合专线连接公共通讯连接资源共享方便局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接输入GIS中央数据库（服务器）图象处理系统局域网用户组输出多媒体系统用户用户主干网InternetGIS的组成—软件结构操作系统（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GIS软件基础软件系统软件GISGIS的组成—软件—系统软件

系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOS、WindowsXP\7\8，UNIX等。系统软件关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。GIS的组成—软件—基础软件数据库软件用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQLServer、Ingress等。目前GIS软件中采用商用数据库管理属性数据，一个有发展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形和属性数据的联合管理。Oracle、Informix、Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间数据类型。而ESRI公司的SDE（SpatialDatabaseEngine）也是基于关系数据库的空间数据管理平台。图形平台某些GIS软件中图形处理平台。如AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMapGIS软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGEGIS软件GIS的组成—软件—GIS软件空间数据输入与转换空间数据库管理系统图形与属性数据编辑制图与输出空间查询与分析GISGIS的组成—空间数据栅格结构矢量结构GIS的操作对象为空间数据空间数据特征：几何、属性、时间数据；空间数据组织：矢量结构、栅格结构；空间数据管理：几何数据：文件属性数据：关系数据库GIS的组成—管理人员GIS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—应用模型为某一特定的实际工作而建立的运用地理信息系统的解决方案；土地适宜性模型、选址模型、洪水预测模型、人口扩散模型等等第三节

GIS的功能—基本功能（核心问题）位置（Locations）条件（Conditions）趋势（Trends）模式（Patterns）模型（Models）GIS的功能—基本功能—位置某个特定位置有什么？几何查属性例：国家属性查询GIS的功能—基本功能—条件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—趋势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—模式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—模型解决问题方案基于模型的例：公园选址GIS的功能—基本功能实现文件图表采集与编辑原始数据存储与管理空间分析空间统计数据处理与变换产品制作演示制图、表格交互展示结构化数据空间数据库二次开发数据采集与编辑现实世界文字报告、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库ArcGIS数据采集与编辑MapGIS数据采集与编辑空间查询空间数据库哈尔滨在哪里？属性查询78路公交经过哪些站？空间分析与统计MapGIS属性查询叠加分析空间数据库为某工厂选址，首先找出地价<1万元;且地形起伏较小的区域?地价<1万元m坡度小于3度的地形信息空间检索满足两条件的区域+ArcGIS空间叠加分析缓冲区分析空间数据库道路的噪音影响范围?街道中心线空间检索城市环境评价ArcGIS缓冲区分析空间数据库哪条路最近,如何乘车?道路信息空间检索网络分析地形分析空间数据库航道淤积,挖槽方案比较?地形信息空间检索ArcGIS坡度分析数据显示与输出空间数据库各种需求?各种信息空间检索地图显示GIS应用功能

资源管理区域和城乡规划灾害监测环境评估作战指挥交通运输宏观决策商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域GIS应用功能

资源管理

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、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。返回图片摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘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。返回图片摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘灾害监测返回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。图片摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘环境评估返回图片摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘返回作战指挥图片摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘交通运输返回图片摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘宏观决策返回

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。图片摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘第四节地理信息系统的形成和发展

地理信息系统萌芽于20世纪60年代，经过50多年的发展历程，已成为一门成熟的地理信息技术、具有生命力的地理信息科学和欣欣向荣的地理信息产业。4-1GIS的形成和发展概述

①60年代起步阶段②70年代巩固阶段③80年代突破阶段④90年代产业化阶段⑤21世纪网络化阶段（Web\Com\Open）1．GIS起步阶段（60年代）：1、计算机存储量小，磁带存储速度慢；2、机助制图能力强，地学分析功能比较简单；3、出现手扶跟踪的数字化仪；4、成立了专门的GIS机构和组织；5、代表国家：加拿大、美国等URISA－美国现代城市和区域信息系统协会（66）CGDSP－国际地学会地理数据采集委员会（68）2巩固发展阶段（70年代）以第三代计算机为基本硬件；软件日益增多；应用领域开始扩大；提出GIS的研究重点：许多国家地区大学成立GIS研究机构商业化产品出现空间数据处理算法数据结构数据库管理系统3突破性发展阶段（80年代）以第四代计算机为基本配置；系统软件功能更加齐全；应用领域进一步扩大；效益更加明显GIS机构、技术队伍壮大国际合作项目增多商业化机构和产品增多理论方法技术取得突破趋向成熟4GIS技术和产业同步发展时期（90年代）：硬件环境更加完善（性能、效能、价格）软件环境更加成熟适用（WINDOW95）标准化的GIS软件平台日益增多GIS与RS、GPS、WWW的结合GIS产生的效益更加显著并产生了GIS产业GIS队伍精炼、扩大GIS教育体系和手段趋向网络化、多媒体化GIS科技开发与研究的重点：1．空间信息分析的模式和方法2．空间关系和数据模型3．人工智能和专家系统的引入4．显示与输出技术5．GIS的效益评价6．保密性等5GIS网络化阶段（21世纪）：GIS与INTERNET相结合，网络GIS;GIS与电信公司结合，移动GIS;4-2GIS在中国的发展概况

1．准备阶段（78－80）以计算机在测量、制图、遥感领域的应用为背景遥感技术的应用和推广舆论准备组织建设可行性实验1978．10陈述彭院士在第一界环境遥感学术讨论会上正式提出开展GIS研究2.试验起步阶段（81-85年）试验与应用取得突破：二滩、渡口地区的空间数据库，国土基础信息系统和全国土地信息系统等。成立了资源与环境信息系统国家重点实验室部分大学科研机构GIS人才培训取得进步制定了资源与环境信息系统国家规范标准开展学术交流，建立自己的GIS研究与应用模式3.全面迅速发展阶段（86-95年）GIS地区行业特色明显理论研究、应用和人才培训成果丰硕参与国际合作项目增多GIS前沿研究取得进步成立了中国地理信息系统协会（CAGIS）学术活动频繁1992年10月联合国经济发展部（UNDESD）在北京召开了城市GIS学术会议，并建议筹建中国GIS协会，1994年4月在北京召开中国地理信息系统协会成立大会。4．行业化和产业化持续发展阶段（96-今）GIS研究、应用、教育机构日益增多国产商业化GIS软件平台大量出现GIS行业和产业的地位明显增强城市GIS发展特别迅速GIS与RS、GPS及多媒体技术、网络技术的结合取得进步GIS与数字地球的理论研究GIS是信息高速公路的重要组成部分4-