地理信息系统GIS的基本概念和理论

1、地理信息系统（GIS）概述,深圳永泰软件工程公司北京分公司 2008-02-29,结构组织,GIS的基本概念 GIS的基本组成 GIS软件功能 GIS的相关学科 GIS与其他系统的区别 GIS的发展及趋势,GIS的基本概念,信息和地理信息,信息的定义： 是用文字、数字、符号、语言、图象、图形等介质来表达事件、事物或现象等的内容、数量和特征，从而向人们（或系统）提供的关于现实世界新的事实和知识。 信息的特征： 客观性 适用性 可传输性 共享性 数据的定义： 是一种未加工的原始资料。用文字、数字、符号、语言、图象、图形等都是数据。 信息与数据的关系： 数据是信息表示的载体，信息是数据表示的内容。,

2、信息,信息和地理信息,地理信息的定义： 地理信息是关于地理实体、现象或关系的本质、特征及其运动状态、规律的表征和一切有用的知识。 地理数据的定义： 各种地理特征、现象和关系的符号化表示。包括空间位置及其关系、属性特征和时域特征三部分。称为空间数据的基本特征。 地理信息的特征除了具备信息的一般特征外，还有以下特征： 空间分布性 数据量大 信息载体多样性 时序性,地理信息,信息和地理信息,矢量数据 栅格数据,地理数据的类型,栅格数据,矢量数据,信息和地理信息,信息系统和地理信息系统,信息系统的定义： 信息系统是具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。在计算机时代，信息系统都部分或全部由计算机系统

3、支持，并由硬件、软件、数据和用户四大要素组成。智能化的系统还应包括知识。分为事务处理系统和决策支持系统,信息系统的概念模型可由下图描述：,信息系统和地理信息系统,信息系统和地理信息系统,地理信息系统（GIS）的定义： 是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的的数据的计算机空间信息系统。,GIS对于不同的部门和不同的应用目的，其定义也不尽相同。例如，美国学者Parker认为“GIS是一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的信息技术”。Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”。加拿大的Roger To

4、mlinson认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统。”Burrough认为“GIS是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具”。俄罗斯学者也把GIS定义为“一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合”。,对地理信息系统 的不同视点,信息系统和地理信息系统,地图的使用者：他们需要从地图上查找感兴趣的东西。 地图生产者：编辑各种专题或综合信息地图。 地图出版者：需要高质量的地图输出产品。 地图分析员：他们需要根据位置和空间关系完成分析任务。 数据录入人员：完成数据编辑。 数据库设计者：需要实现数据的存储和管理。 开发者：需要实现GIS的软件功

5、能。,与地理信息系统相关的角色（人）,信息系统和地理信息系统,GIS的物理外壳是计算机化的技术系统。该系统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、可视化表达与输出子系统等。这些子系统的构成直接影响着GIS的硬件平台、系统功能和效率、数据处理的方式和产品输出的类型。,地理信息系统的特点,信息系统和地理信息系统,GIS的操作对象是地理实体或空间数据。所谓地理实体指的是在人们生存的地球表面附近的地理图层(大气图、水图、岩石图、生物图)中可相互区分的事物和现象，即地理空间中的事物和现象。在地理信息系统中，所操作的只能是实体的数据，它们都有描述其质量、数量

6、、时间特征的属性数据，也有其非属性的数据空间数据，即以点、线、面方式编码并以(X、Y)坐标串储存管理的离散型空间数据，或者以一系列栅格单元表达的连续型空间数据。地理实体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、定量和拓扑关系的描述，即空间特征数据和属性特征数据统称为地理数据。,地理信息系统的特点,信息系统和地理信息系统,GIS的技术优势在于数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法难以得到的重要信息。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等。其中，通过地理空间分析

7、可以产生常规方法难以获得的重要信息，实现在系统支持下的地理过程动态模拟和决策支持，这既是GIS的研究核心，也是GIS的重要贡献。,地理信息系统的特点,信息系统和地理信息系统,GIS与测绘学和地理学密切相关。 地理学是一门研究人地相互关系的科学，研究各自然界面的生物、物理、化学过程，以及探求人类活动与资源环境间相互协调的规律，这为GIS提供了有关空间分析的基本观点与方法，成为GIS的基础理论依托。 测绘学不但为GIS提供各种不同比例尺和精度的定位数据，而且其理论和算法可直接用于空间数据的变换和处理。,地理信息系统的特点,信息系统和地理信息系统,地理信息系统按存储数据的范围大小，可划分为全球的、区

8、域的和局部的三种。 地理信息系统按表达空间维数，分为2维和3维。通常GIS研究地球表层的若干要素的分布，属22.5 维GIS，布满整个三维空间建立的GIS，才是真三维GIS。一般也将数字位置模型（2维）和数字高程模型（1维）的结合称为2+1维或2.5 维GIS。 按是否直接存储时间尺度，分为静态和动态。如果考虑时间维度，也称为时态GIS或动态GIS。否则为静态。 按事件处理内容和方式，分为事务处理或管理GIS和决策支持GIS。,地理信息系统的分类,GIS的基本组成,单机模式的硬件组成,主要由高档计算机（高档微机、工作站或小型机）、数据输入设备、数据输出设备和数据存储设备组成。,网络模式的GIS

9、硬件组成（多用户模式）,网络模式的GIS 主要在单机模式的基础上增加网络设备，如服务器、客户机、路由器、交换机、集线器、传输介质等。,GIS软件组成,主要由系统软件（操作系统、网络软件等）、数据库软件（如Oracal、Sybase、SQL Server等）、GIS软件平台（如Arc/Info、MapInfo等）、应用软件（GIS 二次开发软件、GIS组件库等）组成。,GIS软件功能,GIS可以做什么,管理海量数据,GIS可以做什么,浏览 查询,GIS可以做什么,专业性分析,GIS可以做什么,路径分析,GIS可以做什么,地图整饰,GIS可以做什么,动态分段,GIS可以做什么,断面分析,GIS可以

10、做什么,格网分析,GIS可以做什么,生成数字地面模型,三 维 地 下 体 分 析,GIS可以做什么,GIS软件系统构成,各模块功能,（1）数据输入模块：将系统的外部原始数据（多种来源、多种形式的数据）传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为便于系统处理的内部格式。主要由手扶跟踪数字化的矢量跟踪数字化、扫描数字化的光栅扫描数字化、以及键盘输入等方式。,各模块功能,（2）图形与属性编辑模块：数据输入完成后，对数据的分层、分类和编码、编辑、坐标转换、剪裁、接边、属性输入和属性联接等。 （3）数据存储与管理模块：主要将地理要素（通常是点、线、面）的位置、空间拓扑关系和属性数据进行组织和管理。包括对

11、数据的无缝图层连接、分区、建立空间索引、设置数据访问机制等。,各模块功能,（4）数据分析与处理模块：主要是对数据执行空间分析运算和预处理运算。包括查询和提取等操作、栅格叠加分析和矢量叠加分析、空间聚类、路径分析、资源分配、地址匹配等基本空间操作功能。 （5）数据输出与表示模块：主要是数据的专题制图输出、统计报表输出、方案选择、可视化表示等。 （6）用户接口模块：主要提供用户界面、程序接口、数据接口和开发环境等。,GIS相关的学科,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,GIS与其他系统的区别,（1）

12、与MIS系统的区别 管理信息内容的不同 （2）与制图系统的区别 GIS强调数据的分析，制图系统强调数 据的表达 （3）与CAD 的区别 信息的分类和编码系统。空间关系的重视,GIS的发展及趋势,.起步阶段（60年代），注重空间数据的地学处理。 1963年，加拿大测量学家R. T. Tomlinson首先提 出GIS这一术语，建立加拿大地理信息系统（CGIS）； 1969年，ESRI （环境系统研究所）建立； 1969年， Integraph公司建立； 发展阶段（70年代），注重空间地理信息的管理，受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视。,GIS的发展概况,推广应用阶段（80年代），注重空间决策

13、支持分析 1981年，ESRI ARC/INFO GIS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，GIS World 首次发行； 1989年，Ingegraph 发布MGE；,GIS的发展概况,用户时代（90年代后），注重GIS社会应用与服务，GIS技术迅猛发展 控件式GIS成为GISTools的发展方向； WebGIS蓬勃发展； 三维GIS崭露头角； 国外主流GIS软件 ARC/INFO（ArcView、ArcObject、ArcIMS） GENAMAP MGE（Modular GIS Environment）（GeoMedia） MapInfo（Mapinfo Proserver、MapX、MapXtreme、SpatialWare） ERDAS,GIS的发展概况,准备阶段（70年代） 试验阶段