任务二--地理信息系统GIS应用

1、,1,任务二 地理信息系统（GIS）应用,1. 地理信息系统的概念及特点,地理信息系统（ GIS ）是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。 从学科的角度， GIS 是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系； 从功能上， GIS 具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能； 从系统学的角度， GIS 具有一定结构和功能，是一个完整的系统。 以地理空间数

2、据为操作对象是地理信息系统与其它信息系统的根本区别。,1. 地理信息系统的概念及特点,地理数据？ 地理数据是直接或间接关联着相对于地球的某个地点的数据，包括自然地理数据和社会经济数据。如土地覆盖类型数据、地貌数据、土壤数据、水文数据、植被数据、居民地数据、河流数据、行政境界及社会经济方面的数据等。 地理数据是数量、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。包括空间位置、属性特征及时态特征三部分 。,1. 地理信息系统的概念及特点,(1)GIS使用了空间数据与非空间的数据，并通过数据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和加用； (2)GIS强调空间分析，GIS所具备的空间叠

3、置分析、缓冲区分析、网络路径分析、数字地形分析等功能是般CAD系统所不具备的。 (3)GIS的成功应用不仅取决于技术体系，而且依靠一定的组织体系(包括实施组成、系统管职员、技术操作员、系统开发设汁者等)。 (4)信息的可视化。GIS将不同区域的各个属性如人口等显示在地图上，形象、直观，一目了然。,4,2.GIS的主要组成部分,用户,方法,2.GIS的主要组成部分,系统硬件 由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。 系统软件 由系统管理软件、数据库软件和基础GIS软件组成，用于执行GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。 空间数据 由数据库实体和数据库

4、管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。 用户 由系统开发人员、使用人员及管理者共同构成了系统的用户群。 方法 空间信息的综合分析方法，应用，模型,2.GIS的主要组成部分,硬件系统,软件系统,2.GIS的主要组成部分,软件系统基本模块,2.GIS的主要组成部分,数据输入模块：将系统外部的原始数据(多种来源、多种形式的信息)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取的内部格式的过程，如将各种已存交的地图、图像数字化，或者通过读磁盘、磁带的方式录入运感数据和其他系统己存任的数据；还包括以适当的方式录入各种统计数据、野外调查数据和仪器记录的数报。 数据存储与管理模

5、块：GIS的关键组成都分之一。数据存储和数据库管理涉及地理元素(地表物体的点、线、面)的位置、连接关系及属性数据如何构造和组织等。,软件系统基本模块,2.GIS的主要组成部分,数据分析与处理模块：指对单幅或多幅图像及其属性数据进行分析运算及指标量测。 数据输出与表示模块：指GIS内的原始数据或经过系统分析、转换、重新组织加数据以用户可以理解的某种方式提交给用户，如以地图、表格等 用户接口模块：该模块用于接收用户的指令、程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。,用户,2.GIS的主要组成部分,方法,2.GIS的主要组成部分,它是在对专业领域的具体对象与过程进行大

6、量研究的基础上总结出的规律的表示。 GIS应用就是利用这些模型对大量空间数据进行分析综合来解决实际问题的。 如基于GIS的矿产资源评价模型、灾害评价模型等。,3.GIS的功能简介,基本功能 数据采集与编辑； 主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性。 数据存储与管理； 这是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格/矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。 数据处理和变换； 初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换；数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化等。,基本功能

7、空间分析和统计； 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。在地理信息系统支持下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，是地理信息系统应用深化的重要标志。 产品制作与显示； 一个好的地理信息系统应能提供一种良好的、交互式的制图环境，以供地理信息系统的使用者能够设计和制作出高质量的地图。其表现形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。 二次开发和编程。 为满足各种不同的应用需求，GIS必须具备的另一个基本功能是二次开发环境，包括专用语言开发环境和控件。,3.GIS的功能简介,应用功能 资源管理； 区域规划； 灾害监测； 环境保护；

8、道路交通管理； 国防； 辅助决策。,3.GIS的功能简介,资源管理 资源管理是地理信息系统最基本的职能，这时系统的主要任务是将各种来源的数据汇集在一起，并通过系统的统计和覆盖分析功能，提供区域多种条件组合形式的资源统计和进行原始数据的快速再现。,3.GIS的功能简介,区域规划 城市与区域规划中要处理许多不同性质和不同特点的问题，它涉及资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等多个地理变量和大量数据。地理信息系统的数据库管理有利于将这些数据信息归并到统一系统中，最后进行城市与区域多目标的开发和规划。,3.GIS的功能简介,城市规划管理,数字化基础地形数据的采集、建库及管理； 规划、用地、选

9、址、市政管理、管线等专题数据的建库及管理； 规划方案设计辅助决策； 规划用地管理及划拨； 规划选址分析； 市政道路规划与管理； 市政管线规划与管理； 建筑规划管理； 城市设计辅助方案；,城市实体,数字城市概念模型,数字城市是指利用空间信息构筑虚拟平台，将包括城市自然资源、社会资源、基础设施、人文、经济等有关的城市信息，以数字形式获取并加载上去，从而为政府和社会各方面提供广泛的服务。,eCity Software / Paris / Hotels,灾害监测 利用地理信息系统，借助遥感遥测的数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算，为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的

10、信息。 由灾害监测进一步引出应急管理应用。,3.GIS的功能简介,环境保护 利用GIS技术建立城市环境监测、分析及预报信息系统；为实现环境监测与管理的科学化自动化提供最基本的条件；在区域环境质量现状评价过程中，利用GIS技术的辅助，实现对整个区域的环境质量进行客观地、全面地评价，以反映出区域中受污染的程度以及空间分布状态。,3.GIS的功能简介,环境保护 包头市大气二氧化硫分布图,道路交通管理 近年来，GIS在交通方面的应用得到了广泛的重视，并形成了专门的交通地理信息系统GIS-T，以满足道路交通管理方面的要求。,3.GIS的功能简介,铁路地理信息系统,国防 由军事技术革命引发的数字化战场建设

11、已成为未来战场发展的主流，建设数字化战场和数字化部队已成为21世纪军队发展的大趋势，引起了各国的普遍关注。数字化战场的一个基本特点就是“3S”技术被广泛地运用到从战略构思到战术安排的各个环节。它往往在一定程度上决定了战争的成败。 “3S”技术即GPS（全球卫星定位与导航）、RS(航空航天遥感)和GIS(地理信息系统)作为核心技术.,3.GIS的功能简介,辅助决策 地理信息系统利用拥有的数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，为宏观决策提供依据。,3.GIS的功能简介,广泛的 GIS 应用,电力,电讯,运输 及物流管理,土地管理,石油, 燃气及 管道,林业,环保,商务 及 行销,水及 废物处

12、理,地图绘制,4.GIS分类,29,31,纸质地形图 矢量化,5.GIS工作过程,GIS基本问题,(1) 位置。位置问题回答“某个地方有什么” (2)条件。条件问题即“符合某此条件的地理对象在哪里” (3)趋势。趋势即“某个地方发生的某个事件及其随时间的变化过程”。 (4)模式。模式问题即“地理实体和现象的空间分布之间的中间关系问题”。 (5)模拟。模拟即“某个地方如果具备某种条件会发生什么” 。,34,5.GIS工作过程,GIS功能特征,基础,编辑与更新,数据存储与管理,数据处理与分析,数据输出与显示,数据获取,5.GIS工作过程,数据采集与输入 根据任务的需要，将各种系统外部的原始数据转化

13、为GIS软件可以识别的格式并加以利用的过程称为数据采集。它包括数字化、规范化和数据编码3个方面的内容。 (1)数字化是指根据不同信息类型，经过跟踪数字化或扫描数字化，进行模数转换、坐标变换等，形成各种数据文件，存入数据库。 (2)规范化是指对不同比例尺、不同投影坐标系统和不同精度的外来数据，必须统一坐标和记录格式，以便在统一的数学基础上进一步工作。 (3)数据编码是指根据一定的数据结构和目标属性特征，将数据转换为计算机识别和管理的代码或编码字符。,做笔记,GIS数据获取,数据分类,空间数据,属性数据,空间数据与属性数据,2.GIS的主要组成部分,几何目标的坐标位置、方向、角度、距离和面积等信息

14、。,目标的位置关系： “相连”、“相邻”、“包含”,空间数据,GIS数据获取,空间数据指的是在二维或三维坐标下，以一种拓扑结构来描述物理位置及逻辑连接，针对真实的地理信息。 主要的输入方式为，键盘输入、数字化仪和扫描仪输入等。,属性数据,GIS数据获取,属性数据指的是存放地理信息的元素自身特性的数据，常储存与与GIS联合使用的商用数据库中（Oracle、Sybase等）。 主要的输入方式为键盘输入。,现代遥感（RS）和全球卫星定位（GPS）技术为GIS提供了丰富的数据来源。 GIS将原始数据形成数字化地图，为电力系统可视化分析提供了最基础的数据支撑。,GIS数据获取,GIS功能特征,编辑与更新

15、,数据存储与管理,数据处理与分析,数据输出与显示,数据获取,基础,5.GIS工作过程,数据编辑与更新 数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。 图形编辑主要包括图形修改、增加和删除，图形整饰，图形变换，图幅拼接，投影变换，误差校正和建立拓扑关系等。 属性编辑通常与数据库管理结合在一起完成，主要包括属性数据的修改、删除和插入等操作。 数据更新是以新的数据项或记录来替换数据文件或数据库中相应的数据项或记录，它是通过修改、删除和插入等一系列操作来实现的。,做笔记,做笔记,GIS功能特征,编辑与更新,数据存储与管理,数据处理与分析,数据输出与显示,数据获取,本质,GIS本质上是地理信息数据库和商用数据库的

16、联合使用，旨在为实物分析提供数字化、可视化的数据支撑。,GIS数据存储与管理,5.GIS工作过程,数据存储与管理 数据存储，即将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。属性数据管理一般直接利用商用关系数据库软件。,做笔记,GIS的数据存储一般采用了分层技术，即根据地图的某些特征，将其分为若干层，整张地图是所有层得叠加结果。 这样，用户操作时就只涉及到一些特定的层而非整幅地图，系统对用户要求的反应速度得以大大提升。,GIS数据存储与管理,空间库管理,属性库管理,GIS数据存储与管理,GIS的数据管理,以图形反应地理数据的拓扑关系，包含地理实体信息。通常以点、线、面等元素来表征。 包括矢量

17、模型和面片数据模型。,属性数据则反应了空间数据元素的特性。 一般采用关系数据模型。,注：两部分数据库自成体系，但采用相同结构，具有关联指向关系,GIS功能特征,编辑与更新,数据存储与管理,数据处理与分析,数据输出与显示,数据获取,关键,GIS数据处理与分析,数据的质量检查和纠正,包括空间数据和属性数据对应关系校验、误差校正、再编辑等,数据的整饰处理,使其满足地理信息系统的各种应用要求，如矢量数据光滑处理，拓扑关系建立等,GIS数据分析的核心内容是空间分析 是指根据确定的应用分析模型，通过对空间图形数据的拓扑运算及空间、非空间属性数据的联合运算等各种操作运算来分析一定区域的各种现象，以获得更有效

18、的数据或某一特定问题的解决方案。 这是GIS与一般计算机辅助设计（CAD）和绘图系统（CAC）功能的主要区别所在。,GIS数据处理与分析,5.GIS工作过程,空间统计局分析 空间统计与分析是GIS的核心，是GIS最重要和最具有魅力的功能。其以地理事物的空间位置和形态特征为基础，以空间数据与属性数据的综合运算(如数据格式转换、矢量数据叠合、栅格数据叠加、算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算等)为特征，提取与产生空间的信息。,做笔记,GIS数据处理与分析,分析方法,分析方向,GIS功能特征,编辑与更新,数据存储与管理,数据处理与分析,数据输出与显示,数据获取,特色,5.GIS工作过程,数据显示与

19、输出 数据显示是中间处理过程和最终结果的屏幕显示，通常以人机交互方式来选择显示的对象与形式，对于图形数据根据要素的信息量和密集程度，可选择放大或缩小显示。 GIS不仅可以输出要素地图，还可以根据用户需要，分层输出各种专题地图、各类统计图、图表、数据和报告等。,做笔记,GIS相比于一般数据库的最大特色在于直观的数据输出与显示，即“所见即所得”。 输出的形式既可以是各种矢量图形和分析图表，文字报表，也可以是空间数据分析和关联分析结果的地理图形形式。,GIS输出与显示,5.GIS工作过程,基本功能实现过程,GIS软件,国外的： ArcGIS（包括ArcGIS, MapObjects, ArcIMS、

20、 ArcSDE等） MapInfo Geoconcept GeoMedia MGE SmallWorld Giswin QGIS,国内的： Giswin Supermap YTLWorld MapGIS GeoStar TopMap GeoBean VRMap MapEngine ConverseEarth TerraMAP Thgis,6.GIS在物流系统中的应用,(1)打造数字物流企业，规范企业日常运作，提升企业形象。 (2)通过对运输设备的导航跟踪，提高车辆运作效率，降低物流费用，抵抗风险。 (3)结合物流企业的决策模型库的支持，根据物流企业的实际仓储情况，并且由GPS获取的实时道路信息，可以计算出最佳物流路径