GIS原理 绪论的资料

GIS原理绪论的资料第1页/共63页教材：

地理信息系统原理与方法，

吴信才等编著，电子工业出版社

主要参考书：

1.陈述彭等，地理信息系统导论，科学出版社

2.黄杏元等主编，地理信息系统概论，高等教育出版社

3.汤国安、赵牡丹主编，地理信息系统，科学出版社

长江大学地球科学学院答疑时间：每周三晚7：00－9：00答疑地点：地球科学系一楼（10教）施冬办公室第2页/共63页1绪论2空间数据结构及编码3GIS的数据输入4GIS的数据处理5空间数据管理6空间分析7数字高程模型8GIS的输出与数字制图9GIS工程10GIS的发展趋势

GIS原理主要内容

长江大学地球科学学院第3页/共63页1绪论1.1GIS的基本概念1.2GIS发展过程1.3GIS与其它相关学科系统间的关系1.4GIS的组成1.5GIS功能和应用第4页/共63页1.1GIS的基本概念1.1.1数据与信息1.1.2地理信息1.1.3地理信息系统基本概念数据与信息的区别第5页/共63页1.1GIS的基本概念1.1.1数据与信息1.1.2地理信息1.1.3地理信息系统基本概念信息——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。第6页/共63页1.1GIS的基本概念1.1.1数据与信息1.1.2地理信息1.1.3地理信息系统基本概念：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的含义，它才代表某一实体或现象，这时数据才变成信息。第7页/共63页1.1GIS的基本概念1.1.1数据与信息1.1.2地理信息1.1.3地理信息系统数据与信息的区别信息与数据是不可分离的，数据是信息的表达，信息是数据的内涵。数据本身并没有意义，数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。第8页/共63页1.1GIS的基本概念1.1.1数据与信息1.1.2地理信息1.1.3地理信息系统地理信息——是与空间地理分布有关的信息，是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。第9页/共63页1.1GIS的基本概念1.1.1数据与信息1.1.2地理信息1.1.3地理信息系统地理信息系统（GIS）——是在计算机软、硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性数据，并回答用户问题等为主要任务的计算机系统。第10页/共63页国外的几种定义（仅举几种）：Goodchild(1985):

AGISisbestdefinedasasystemwhichusesaspecialdatabasetoprovideanswerstoqueriesofageographicalnature.

Smithet.al（1987）：

Adatabasesysteminwhichmostofthedataarespeciallyindexed,anduponwhichasetofproceduresoperatedinordertoanswerqueriesaboutspatialentitiesinthedatabase.

Parker(1988):

Aninformationtechnologywhichstores,analysesanddisplaysbothspatialandnon-spatialdata.1.1GIS的基本概念第11页/共63页国内的几种定义：1.1GIS的基本概念陈述彭院士：

地理信息系统——用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。汤国安等：

地理信息系统——是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存贮、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。黄杏元：

地理信息系统——融计算机图形和数据库一体，储存和处理空间信息，把地理信息和相关属性有机结合实际起来，根据实际需要，准确真实，图文并茂地输出给用户，满足各方面对空间信息的要求，并进行各种辅助决策。第12页/共63页地理信息系统（GIS）是什么？空间数据属性数据空间数据和属性数据的综合体能让你轻易找到工业园5英里内和20年以上的所有桥梁NameAddressTownSt.ZipGIS是GIS第13页/共63页1.1GIS的基本概念

地理信息系统——是在计算机软、硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性数据，并回答用户问题等为主要任务的计算机系统。第14页/共63页1.2GIS发展过程1.2.1地理信息系统的发展阶段（１）起始发展阶段(20世纪60年代)

1963年由加拿大测量学家R.F.Tomlinson提出并建立了世界上第一个地理信息系统，称之为加拿大地理信息系统(CGIS)。

1963年美国哈佛大学城市建筑和规划师HowardT.Fisher设计和建立了SYMAP系统软件。

1966年美国成立了城市和区域信息系统协会(URISA)，

1968年国际地理联合会(IGU)设立了地理数据收集委员会(CGDSP)。

1969年，ESRI（EnvironmentalSystemsResearchInstitute,Inc.）（环境系统研究所）建立，是世界最大的地理信息系统技术提供商；

1969年，Intergraph公司建立。

此时，受计算机发展的水平限制，GIS侧重于机助制图，且GIS组织机构多。第15页/共63页1.2GIS发展过程1.2.1地理信息系统的发展阶段（２）发展巩固阶段(70年代)

各国对GIS的研究均投入了大量人力、物力、财力。不同规模、不同专题的信息系统得到很大发展。从1970年到1976年美国地质调查局研发了50多个地理信息系统。GIS受到政府、商业和学校的普遍重视。

1978年，ERDAS成立(世界上最大的专业遥感图像处理软件公司，现已被LEICA公司收购)。注重空间地理信息的管理。第16页/共63页1.2GIS发展过程1.2.1地理信息系统的发展阶段（３）推广应用阶段(80年代)GIS在全世界范围内全面推广应用，应用领域不断扩大，开始用于全球性的问题。开展GIS工作的国家更为广泛，国际合作日益加强。GIS软件开发具有突破性的进展，仅1989年市场上有报价的软件达70多个。代表性的有ARC/INFO（美国）、GENAMAP（澳大利亚）、SPANS（加拿大）、MAPINFO（美国）、MGE（美国）、System9（瑞士/美国）、ERDAS（美国）。注重空间决策支持分析。第17页/共63页1981年，ESRIARC/INFOGIS发布；1985年，GPS成为可运行系统；1986年，MapInfo建立；1986年，SPOT卫星首次发射；1987年，地理信息系统的国际杂志出版；1988年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER；1988年，GISWorld首次发行；1989年，Ingergraph发布MGE（基于MicroStation之上的二次开发产品MGE）。第18页/共63页1.2GIS发展过程1.2.1地理信息系统的发展阶段（４）蓬勃发展阶段(90年代以后)

随着地理信息产生的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS已成为确定性的产业，投入使用的GIS系统，每2－3年就翻一番，GIS市场的年增长率为35%以上，从事GIS的厂家已超过300家。

GIS已渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。注重GIS社会应用与服务第19页/共63页1.2GIS发展过程1.2.2地理信息系统在我国的发展（１）准备阶段(1970－1980)

主要进行舆论准备、队伍组建、人才培训和个别实验研究。（２）起步阶段(1981－1985)

完成了技术引进、数据规范、标准的研究、空间数据库建立、数据处理和分析算法及应用软件开发等，对GIS进行理论研究和区域性实验。（３）初步发展阶段(1986－)

此时的GIS研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段，建立了不同层次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室。第20页/共63页1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系1.3.1GIS与地图学GIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础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强调图形信息传输GIS则强调空间数据处理与分析

第21页/共63页1.3.2GIS与一般事务数据库

数据库技术具有很好的管理、分析和处理数据的功能数据库技术是GIS的主要支撑技术之一GIS属性数据库部分相当于一般数据库GIS数据库比一般数据库结构要复杂得多1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系第22页/共63页1.3.3GIS与计算机地图制图

计算机地图制图系统强调的是图形表示GIS既注重实体的空间分布又强调它们的显示方法，可综合图形和属性的数据进行深层次的空间分析数字地图是GIS的数据源，也是GIS表达形式

1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系第23页/共63页1.3.4GIS与计算机辅助设计(CAD)共同点: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都能处理非图形属性数据

1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系第24页/共63页区别: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，因而图形处理的难度大；GIS的属性库内容结构复杂，功能强大；图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征；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；GIS的数据量大，数据输入方式多样化；所用的数据分析方法具有专业化特征。

1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系第25页/共63页GIS的相关学科地理学GIS遥感技术摄影测量学数学和统计学制图技术计算机科学专家系统计算机图形学计算机辅助设计数据库技术软件工程第26页/共63页考古学人文地理学公共管理社会学流行病学健康护理规划森林学土壤科学地貌学环境科学地质学生态学水文学气象学公共信息查询矿产开发设施维护产业/商业市场旅游业资产管理计算机科学制图学可视化符号学测量遥感照相测量法数学数据库计算机图形学统计学地理统计学人工智能认知科学社会－经济测量地形测量环境测量相关学科树第27页/共63页1.3.5GIS理论及技术方法的优越性（１）地理信息系统是管理空间信息的最佳选择

就传统意义上的数据库而言，无论是FoxPRO，还是Sybase，它们管理的信息类型主要是文字和数字，对图形的管理功能则十分薄弱。众所周知，地理信息系统的数据库包括图形和属性两部分，图形数据库主要负责点（point）、线(line,arc)、面(surface)、体(body)等图形实体的管理，而各类图形实体的属性管理则由FoxPRO、Oracle等数据库来承担。事实上，人类对地球三维空间中任意实体的表达，应该是图形和属性的并集，这样，才能对物体进行较为精确的描述。所以，只有地理信息系统才能对空间目标进行有效的描述。1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系第28页/共63页1.3.5GIS理论及技术方法的优越性（2）地理信息系统不仅是一个管理系统，而且还是一个分析系统

对地理信息系统而言，不仅图形实体具有属性信息、拓扑关系，而且还有大量的分析模型。所以，人们不仅能够得到图形信息，而且还可图文并茂地对地学现象进行分析研究，为决策提供依据；1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系第29页/共63页1.3.5GIS理论及技术方法的优越性（3）为地图的快速绘制和更新提供了强有力的手段

数字地图的生产是地理信息系统发展的原始动力之一。建立在地理信息系统基础上的地图生产系统将具有如下优点：

1)数字地图的生产是要从地图上提取所有包含的数据，即点、线、多边形以及相关的属性，进而建立一个相互连接的空间和非空间数据库，从这些数据库中可以派生出大量的数字和图形。

2)实现不同比例尺间图形的自动转换。1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系第30页/共63页1.3.5GIS理论及技术方法的优越性（4）与RS、GPS的结合，实现了地球空间信息的动态管理

RS、GPS与GIS的结合，为GIS的实际应用提供了强大的数据源，而且这些数据具有时间维的特性，这就为实现人类对地球空间数据的动态管理奠定了坚实的基础并使之成为可能。由于通过RS、GPS得到的数据不仅信息量大，而且速度快，这也为GIS技术适应现代通讯和管理技术的飞速发展提供了保证。1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系第31页/共63页1.3.5GIS理论及技术方法的优越性（5）为实现“数字地球”提供了理论和技术上的支持

实现地球的数字化为人类社会的发展提供了美好的前景。显然，通过传统的数据采集和处理方法是不可能实现上述目标的。由于GIS系统不仅能够处理各种空间信息，而且还可以方便地建立它们之间的联系，并可以接收RS、GPS数据，这就可能实现信息流的动态传递，把传统方法所处理的孤立事件关联起来，最终实现人类社会的可持续发展。1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系第32页/共63页1.3.5GIS理论及技术方法的优越性（6）满足不同层次用户的需要

实现GIS作为一种信息系统，它能够保存的信息并不仅仅限于图形，文字和数字信息，还可以包括照片、幻灯片、动画、录象信息，使得GIS说明问题更加直观，更加形象也更加生动。能够可以满足不同层次用户的要求，在大众眼里，它五彩缤纷；在专家眼里，GIS表达问题准确；在领导眼里，它说明问题。1.3GIS与其它相关

学科系统间的关系第33页/共63页数据输入数据存储信息输出系统操作系统支持地理分析硬件系统地理数据软件系统输入设备存储设备输出设备计算机系统软件GIS软件应用分析程序地理数据库用户1.4GIS的组成第34页/共63页输入设备数字化仪扫描仪键盘数字像机输出设备

显示器绘图机打印机校片纪录仪计算机主机存储设备光盘读写器磁带机硬盘软盘1.4GIS的组成1.4.1计算机硬件系统第35页/共63页1.4.1计算机硬件系统中央处理器(CPU)是完成运算、处理、协调和控制计算机各个部件的动作。图形终端主要用于显示、监视和人机交互操作，如编辑、删改、增加、更新图形数据等。磁盘、驱动器用于存储要处理的数据和程序，存储运算的中间结果及处理后的结果。数字化仪可以利用光标或光笔人工跟踪图形，将各种地图数字化并送入磁盘存储。扫描仪完成GIS图形图像数据输入。解释测图仪可从航空象片上采集数据。光盘、光驱用于存储要处理的数据和程序，存储运算的中间结果及处理后的结果。绘图仪用于输出专题地图。打印机用于打印图表、图像、数据和文字报告以及提供硬拷贝的输出结果。磁带、磁带机主要用来存储读取数据文件。1.4GIS的组成第36页/共63页数据输入和校验数据存储和管理数据变换分析数据显示和输出用户接口模块GIS软件应用分析软件计算机系统软件操作系统汇编程序编译程序服务程序1.4GIS的组成1.4.2计算机软件系统第37页/共63页1.4.2计算机软件系统1）计算机系统软件由计算机厂家提供的为用户开发和使用计算机提供方便的程序系统。通常包括操作系统、汇编程序、编译程序、库程序、数据库管理系统以及各种维护手册。2）地理信息系统软件地理信息系统软件应包括五类基本模块：①数据输入和检验②数据存储和管理③数据变换④数据输出和表示⑤用户接口1.4GIS的组成数据输出数据变换数据存储用户接口数据输入第38页/共63页1.4.2计算机软件系统3）应用分析软件应用分析软件是指系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析的模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充和延伸。应用程序作用于地理专题数据或区域数据，构成GIS的具体内容，这是用户最为关心的真正用于地理分析的部分，也是从空间数据中提取地理信息的关键。用户进行系统开发的大部分工作是开发应用程序，而应用程序的水平在很大程度上决定系统的实用性。1.4GIS的组成第39页/共63页1.4.3地理空间数据在计算机环境中数据是描述地理对象的唯一工具，它是计算机可直接识别、处理、贮存和提供使用的手段，是一种计算机的表达形式。地理空间数据是GIS的操作对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容，地理空间数据实质上就是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。这些数据可以通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其它系统输入GIS，1.4GIS的组成第40页/共63页1.4.3地理空间数据数据资料和统计资料主要是通过图数转换装置转换成计算机能够识别和处理的数据。图形资料可用数字化仪输入，图像资料多采用扫描仪输入，由图形或图像获取的地理空间数据以及由键盘输入或转贮的地理空间数据，都必须按一定的数据结构将它们进行存贮和组织，建立标准的数据文件或地理数据库，才便于GIS对数据进行处理或提供用户使用。1.4GIS的组成第41页/共63页地理数据分类几何数据关系数据属性数据度量关系延伸关系拓扑关系几何坐标定性定量第42页/共63页1.4.4系统开发、管理、使用人员

人是地理信息系统中重要构成因素，GIS不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型，仅有系统软件、硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并采用地理分析模型提取多种信息。1.4GIS的组成GIS开发管理分析GIS用户第43页/共63页人员输入输出传输存储数据管理输出第44页/共63页1.5GIS功能和应用1.5.1GIS的特点公共的地理定位基础；具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息；以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统。第45页/共63页1.5GIS功能和应用1.5.2GIS的分类专题地理信息系统(ThematicGIS)区域地理信息系统(RegionalGIS)地理信息系统工具(GISTools)城市信息系统自然资源查询信息系统规划与评估信息系统土地管理信息系统等。按功能分类按内容分类第46页/共63页1.5GIS功能和应用1.5.3GIS的功能（１）数据采集与输入480585.5,3769234483194.1,3768432485285.8,3768391484327.3,3768565483874.7,3769823

CoordinatesPapermapsDigitaldataGPSGISData第47页/共63页1.5GIS功能和应用1.5.3GIS的功能（１）数据采集与输入数据库数据输入交互终端数字化仪文本文件扫描仪磁带磁盘地图数据遥感数据统计数据文字报告第48页/共63页1.5GIS功能和应用1.5.3GIS的功能（２）数据编缉与更新第49页/共63页1.5GIS功能和应用1.5.3GIS的功能（３）数据存贮与管理X,YX,YX,YX,Y实体X,YRowsColumns

数据存储矢量格式实体的表示是不连续栅格格式使用方格来模拟实体第50页/共63页1.5GIS功能和应用1.5.3GIS的功能（３）数据存贮与管理检索数据变换

地理数据库位置坐标空间数据属性数据数据输入询问输入第51页/共63页1.5GIS功能和应用1.5.3GIS的功能（３）数据存贮与管理数据文件数据转换、互操作接口

GIS数据管理层接口其它GIS大型数据库本地文件型数据管理模块空间数据库引擎第52页/共63页1.5GIS功能和应用1.5.3