第一讲(地理信息系统概述)

地理信息系统及应用

云南大学信息学院

梁虹

1第一讲地理信息系统概述2地理信息系统——

正在改变许多组织和政府机构管理资产和为客户或市民服务的方式3GIS三维可视化4空间分析5空间分析6网络分析7市政规划与设计8可视化浏览与查询9叠加分析10缓冲区分析11统计分析12一、基本概念13数据：

是指对某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。信息：

是数据中所包含的意义，是关于现实世界新的事实的知识，它不随载体物理设备形式的改变而改变。

信息与数据是不可分离的，数据是信息的载体，数据中所包含的意义就是信息。14地理数据：

是表征地理环境中地理要素的位置、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。如道路的起点和终点坐标、长度，某城市的地理坐标、高程、面积等。地理信息：

它是对地理数据的解释，是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识。如道路的相交、行政区划的相邻、排水管道的流向等。15地理信息的特点:

地理信息具有典型的空间分布性、多维结构性和时序性。

空间分布性

在地理信息中，地理要素的位置是通过地理数据（如X、Y坐标，经纬度）进行标识的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。

16多维结构性地理信息表达的是现实三维空间的地理要素，因此具有多维结构特征点：0维线：1维面：2维体：3维17

时序性

地理信息通常都是随着时间发生变化的。按照时间尺度可将地理信息划分为实时（如车辆位置、水位变化）、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。18信息系统：

具有数据采集、管理、分析和表达能力的计算机系统，能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。19信息系统的组成

信息系统都部分或全部由计算机系统支持，包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。20信息系统的类型：事务处理系统（TPS）

（TransactionProcessSystem），主要用以支持操作层人员的日常活动。它主要负责处理日常事务。管理信息系统（MIS）

（ManagementInformationSystem）提供信息帮助制定决策。21决策支持系统（DSS）

（DecisionSupportSystem）能从管理信息系统中获得信息，帮助管理者制定好的决策，帮助改善决策的质量。专家系统（ES）

（ExpertSystem）是能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统，能推理制作决策并解释决策理由。22二、地理信息系统及其功能23地理信息系统的定义：

地理信息系统（GIS，GeographicalInformationSystem）是地理信息的管理系统。它以地理数据为基础，是在计算机软硬件的支持下，对空间数据进行采集、管理、操作、模拟、分析和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。24

GIS是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置参考信息（空间数据）和非位置信息（属性数据）两个组成部分。25

GIS包括两方面的含义：是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；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。

26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1995年以前建设的管径大于1000毫米的所有污水管线管径管材建设年代管号等级

GIS是27GIS是现实世界的一种信息抽象水文区域地形土壤土地利用28GIS将现实世界抽象为图层的叠加29河流道路城市行政区划湖泊30…一切信息都可图形化、可视化地理信息系统的特点:31地理信息系统的类型：专题地理信息系统（ThematicGIS）

具有专业或行业特点的地理信息系统，为特定的专门目的服务。例如，森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、矿业资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统等。

32区域地理信息系统（RegionalGIS）

主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模，如国家级的、地区或省级的、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统；区域信息系统如加拿大国家信息系统、中国黄河流域信息系统、数字港城、数字昆明、数字乡村等。33地理信息系统平台（GISTools）

是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。如ArcGIS、MapInfo等。地理信息系统平台一般都具有地理信息系统的通用功能，并为用户提供了开放的二次开发接口。在通用的地理信息系统工具支持下建立和开发区域或专题地理信息系统，不仅可以节省软件开发的人力、物力、财力，缩短系统建立周期。34数据获取数据存储数据可视化空间查询空间分析

数据输出GIS的基本功能：35数据获取

通过通用和专用设备对地理数据进行采集、监测、编辑和处理。目前GPS卫星定位数据和遥感数据已成为GIS的主要数据源。

36数据存储

采用一定的空间数据模型（如栅格数据模型或矢量数据模型），将空间数据和属性数据进行有效的组织和管理，并存储于计算机中，支持空间查询、分析与决策。GIS通过空间数据库实现空间数据和属性数据无缝集成与管理。

37矢量数据栅格数据空间数据库38数据可视化基于地图学的基本原理，采用地理坐标及地图符号，实现地理要素的图形化显示。39数据可视化昆明市公交断面客流分布图40空间查询与空间分析空间查询与空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别。用户只需通过简单的鼠标或键盘操作，即可实现空间数据的检索、空间拓扑分析与空间模型分析。41空间查询公交线路查询42空间查询地理要素查询43空间分析事故点扩散与影响范围分析44统计分析45数据输出

提供良好的、交互式的制图环境，完成地图设计、制作及高质量的地图输出、报表输出。46GIS可以做什么?—数据可视化47GIS可以做什么?—管理海量空间数据48GIS可以做什么?—空间数据浏览、查询49GIS可以做什么?—统计分析50GIS可以做什么?—统计分析51GIS可以做什么?—报表输出52GIS可以做什么?—网络分析53GIS可以做什么?—网络分析54GIS可以做什么?—网络分析55GIS可以做什么?—空间模型分析56GIS可以做什么?—高质量的地图输出57GIS可以做什么?—三维数字地面模型58GIS可以做什么?—数字高程模型59GIS可以做什么?—三维沙盘模型60IDRISIILWISARC/INFOGIS软件software地理信息系统组成GeographicInformationSystems人peoplePOLICYANDPROCEDURESFORRESOURCEMANAGEMENT数据data硬件hardware规则、流程、模型61计算机硬件62

计算机软件

系统软件：

计算机操作系统（如WindowsServer，WindowsProfessional，Unix等）

GIS平台及其支持软件：包括通用的GIS软件，以及数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机图像处理系统、CAD等，用于支持对空间数据输入、存储、转换、输出和与用户接口

应用分析软件：是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型开发的用于某种特定应用任务的程序，是GIS功能的扩充与延伸。63系统开发、管理和使用人员

人是GIS中的重要构成因素，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，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。64数据：数据是GIS的核心与基础。

GIS需要表示两类信息：

空间数据和属性数据SpatialandNon-Spatialdata65空间数据：

反映事物地理空间位置的信息，称空间信息或空间数据(也称地图数据，图形数据)。属性数据：

与地理位置有关的反映事物其它特征的信息，称属性信息或属性数据(也可称为文字数据，非图形数据)。

GIS通过对空间数据和属性数据的特有管理方式，在它们之间建立双向对应关系，实现图形和数据的集成与应用。66地理信息系统的核心问题——

位置、条件、变化趋势、模式和模型

位置（Location）：

某个特定的位置有什么？

条件（Condition）：

满足条件的东西在哪里？67变化趋势（Trend）：

自从…以来有什么变化？即随着时间时或空间的变化什么将会发生变化？如何变化？该类问题需要综合现有数据，以识别已经发生了或正在发生变化的地理现象。模式（Pattern）：

什么与它有关系？该类问题是分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。模型（Model）：

如果…，会…？该类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案。68GIS的相关学科：地理学GIS遥感技术测量学地图学计算机科学计算机图形学计算机辅助设计数据库技术软件工程数学与统计学69地理学

地理学是一门研究人类赖以生存的地理空间的科学，空间分析的理论和方法是地理学的重要研究内容，它为地理信息系统提供了有关空间分析的基本观点与方法，是地理信息系统的基础理论依托。另一方面，GIS以地理信息世界表达地理现实世界，为地理学中地理问题的解决提供了全新的技术手段。70地图学地图是记录地理信息的一种图形语言形式，是地理学的第二代语言。

GIS脱胎于地图，是地图信息的又一种新的载体形式，是地理学的第三代语言。地图学为GIS提供了地理信息符号化、可视化的基本方法，地图仍是GIS的重要数据来源。

71地理信息系统——电子地图电子地图侧重于空间数据的符号化与显示地理信息系统更注重于地理信息的管理与分析72计算机科学地理信息系统的应用和发展与计算机科学的发展是密不可分的，计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征。计算机图形学、数据库技术、面向对象的软件开发技术为GIS提供了强有力的技术支持。计算机科学已成为GIS的重要支撑学科。73

遥感遥感是一种不通过直接接触目标物而获取和处理地球表面的信息、并将其反映在像片或数字影像上的新型的探测技术。（通常通过卫星或航拍来实现）遥感作为空间数据采集手段，已成为地理信息系统的主要信息源与数据更新途径。74遥感图片75三、地理信息系统的发展与应用76

加拿大地理信息系统（CGIS），是加拿大政府于1963年开始研制实施，到1971年投入正式运行，被认为是国际上最早建立的、较为完善的大型使用的地理信息系统。由于计算机硬件系统功能较弱，限制了软件技术的发展。这一时期地理信息系统软件的研制主要是针对具体的GIS应用进行的，图形功能非常有限。六十年代开拓发展阶段77七十年代巩固阶段

计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存取设备——硬盘的使用，为空间数据的录入、存储、检索和输出提供了强有力的手段。美国、日本、法国等发达国家先后建立了不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。人机交互技术成熟，GIS向着实用化方向发展。

78八十年代突破阶段

地理信息系统技术全面推向应用，由发达国家推向发展中国家，并进入多种学科领域。地理信息系统软件平台具有更强的独立性和通用性（1981年，ESRI发布ArcInfo;1985年，MapInfo公司建立；1989年，Intergraph发布MGE），为地理信息系统的开发和应用开辟了新的途径。我国地理信息系统方面的工作自八十年代初开始。以1980年中国科学院遥感应用研究所成立的全国第一个地理信息系统研究室为标志。

79九十年代社会化阶段

GIS已深入到各行各业，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。已成为政府机构必备的工作系统，改变着人们生活和工作方式。中国地理信息系统步入快速发展阶段，从初步发展时期的实验、局部应用走向实用化和产业化，为国民经济重大问题提供分析和决策依据。8081GIS应用领域—城市地理信息系统82GIS应用领域—

交通地理信息系统GIS-T（GISforTransportation)

军事地理信息系统M-GIS（GISforMilitary）83交通地理信息系统（GIS-T）：

GIS以其特有的空间数据存储、管理、空间可视化与空间分析功能，为智能交通系统（ITS，IntelligentTransportationSystem)提供了强有力的技术支撑，已成为ITS的重要基础平台。84交通控制与管理85道路交通基础信息管理86交通综合信息管理与分析87交通路网可视化管理88交通实时流量动态可视化89交通事故定位90交通事故影响区域分析91交通事故热点空间分析92交通基础设施管理93交通路况视频实时监控94警务通GPS定位跟踪95警务预案可视化制作与管理96交通状况统计分析97路段平均速度与通行时间分析98最佳路径分析99路网状态查询与统计100交通信息发布101GIS的发展方向：

GIS网络化—WebGIS

空间数据库在地理位置上以分布方式存在，实现网络空间数据管理与共享。用户通过因特网和浏览器进行空间数据的浏览、查询和分析。

嵌入式GIS

在嵌入式设备（掌上电脑、手机等）中实现GIS应用。

102

GIS标准化多源、多格式、多尺度空间数据共享。国际标准化组织OGC（OpenGISConsortium），欧洲的GDF（地理数据文件标准）等。软件、硬件、数据等要素进行必要的标准化才能实现更有效、广泛地对GIS的使用。标准化的真正实现将使人们能在一个共同理解基础上共享信息和资源。103云南省GIS研究与开发部门：

云南省基础地理信息中心昆明市勘测设计研究院云南省测绘局昆明理工大学国土资源学院云南师范大学旅游与地理信息学院云南省地理研究所104云南大学情况：资环学院地理信息系统系亚洲国际河流中心信息学院105四、GIS平台简介106国外产品ArcGIS或ArcInfo（