《土地信息系统》PPT课件.ppt

第一章 概 论,1,土地信息系统,聂宜民3号楼209;206室（05388249688;8249775）,第一章 概 论,2,1、地理信息系统导论 陈述彭 2002 科学出版社2、GIS软件应用 程雄等 2004 武汉大学出版社3、实用地理信息系统 陈俊等 2001 科学出版社4、地理信息系统 汤国安 2000 科学出版社5、GIS 原理、方法和应用 鸟伦等 2000 科学出版社、地理信息系统基础 龚键雅 2000 科学出版社、ARCGIS 8 Desktop 党安荣 2002 清华大学出版社9、地理信息系统实习教程 宋小冬等 2005 科学出版社10、ArcView基础教程 刘良明 2001 测绘出版社,地理信息系统 参考书,第一章 概 论,3,课程简介,学时:54讲授:27 教材:刘耀林主编 实验:27(地点:3#403)实验平台：ARCGIS,第一章 概 论,4,第一章 绪论,第一节 土地信息与土地信息系统第二节 土地信息系统构成及功能第三节 土地信息系统与相关学科的关系 第四节 土地信息技术发展过程 第五节 土地信息系统发展趋势,第一章 概 论,5,第一节 土地信息与土地信息系统,一、数据与信息二、土地信息三、土地（管理）信息系统,第一章 概 论,6,一、信息与数据,信息（Information)A、狭义相对论：两次不定性之差，即获得信息前后对事物认识的差别。B、广义相对论：指主体（人、生物式机器）与外部客体（环境、其他人，生物或机器）之间相互联系的一种形式，是主体与客体之间一切有用的消息式知识，是表征事物的一种普遍形式。C、本讲义：信息是用文字、数字、符号、语言、图象等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向系统（人们）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。,第一章 概 论,7,说明:信息是一个抽象的概念，它是事物的特征及诸事物之间的相互联系的一种抽象反映。这种反映能被人们认识和理解并作为知识来识别事物，从而达到认识世界、改造世界的目的。信息的特征：客观性、实用性、可传输性共享性。,第一章 概 论,8,数据（Data）,数据(Data)：是表示和记录信息的文字、符号、图像和声音的组合。说明:这种组合既要表示出信息的内容，也要满足处理、传播和使用的需要。数据包括数值数据和非数值数据，数字、文字、符号、图象都是数据。它是计算机处理的对象，也是计算机处理的结果用以载荷信息的物理符号，数据本身并没有意义,第一章 概 论,9,信息与数据的关系：,+,+,数据是信息的载体（表达），而信息则是数据的内涵（内容）,数据,处理,解释,信息,第一章 概 论,10,数据+（处理）+解释=信息,数据:数据是记录下来可以识别的符号,具有多种形式,但其中包含的信息的内容不会改变数据处理：对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算、分析、模拟和预测的操作处理目的：（）把数据转换成便于观察、分析和传输或进一步处理；（）把数据加工成对正确管理和决策有用的数据（）便于存储 解释：涉及到背景、目的、数据处理形式、智慧、知识，经验等。,第一章 概 论,11,图形数据与属性数据,图形数据：位置数据：描述地理实体与位置有关的数据 拓扑数据：描述地理实体间拓扑关系的数据属性数据：描述地理实体非图形数据的数据部分称为属性数据,面积:5亩权属:山东农业大学.,第一章 概 论,12,二、土地信息,（一）概念土地信息:是指表征土地系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。土地信息是对土地特征、现象等数据的解释。例如：面积（几何信息）、权属信息、利用类型信息,第一章 概 论,13,（二）土地信息的特征,土地信息除了具有信息的一般特性,如共享性、客观性外,还具有以下独特特征:1.区域分布性：土地信息具有空间定位的特点。2.数据量大：土地信息既有空间特征,又有属性特征,并包括一个较长的发展时段,因此其数据量很大。如全国1:400万土地利用数据,经过一定的综合后,其Arc/Info的Coverage格式数据量为8.2G。3.信息载体的多样性：描述土地实体可以用文字、数字、地图和影像等形式以及纸质、光盘等物理介质载体。4.土地信息的动态特征：主要是指某些土地信息随时间的周期性变化、波动性变化,有些土地信息呈周期性变化。,第一章 概 论,14,三、土地信息系统,概念：土地信息系统(LIS):是以土地空间数据库为基础,在计算机软硬件的支持下,对土地相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示,并采用空间模型分析方法,适时提供多种空间和动态的土地信息,为决策服务而建立起来的计算机技术系统。1、土地空间数据库 2、基本功能 3、决策服务计算机技术系统,第一章 概 论,15,土地信息系统特征,具有采集、管理、分析和输出多种土地空间信息的能力;以土地研究和土地决策为目的,以模型方法为手段,具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力,并能产生高层次的土地信息;由计算机系统支持进行土地数据管理,并由计算机程序模拟常规的或专门的土地分析方法,作用于空间数据,产生有用信息;,第一章 概 论,16,土地信息系统按内容分类,1.专题土地信息系统：它是具有有限目标和专业特点的土地信息系统。为特定的专门的目的服务,如土地利用现状调查信息系统、土地定级估价信息系统、地籍管理信息系统、土地利用规划管理信息系统。2.土地信息系统工具：它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土地信息系统基本功能的软件包。,第一章 概 论,17,土地信息系统服务领域,1.地籍管理：土地管理的基础。2.土地定级估价：土地市场3.土地利用动态监测：土地土地利用现状进行监测、制图、统计、分析与管理。4.耕地保护：根据土地利用现状、农用土地的质量以及当地经济发展预测,对农用土地进行分类,划分基本农田保护区。5.土地利用规划：6.建设用地管理：根据土地利用规划以及国家有关政策、法规、法令,征收集体所有的土地7.土地监察：调解土地纠纷,监察土地政策的执行情况。8.土地整理,第一章 概 论,18,第二节 土地信息系统构成及功能,土地信息系统的基本构成土地信息系统功能,第一章 概 论,19,一、土地信息系统的构成,硬件；软件；数据；人,第一章 概 论,20,土地信息系统工作流程,成果,采集输入,数据编辑,数据存贮,产品输出,数据处理,应用分析,原始数据,标准数据,成果数据,应用数据,标准数据,第一章 概 论,21,硬件配置,硬件的配置主要取决于系统的功能要求和数据存贮量,一般包括输入设备,如数字化仪、扫描仪、键盘等输出设备,如绘图仪、打印机、显示器等计算机系统数据存贮设备,如磁盘和光盘驱动器、磁带机等,第一章 概 论,22,第一章 概 论,23,软件配置,信息系统的软件由管理软件和功能软件组成。功能软件一般包括五大模块,即输入与预处理、数据库管理、数据处理、产品输出以及用户接口,第一章 概 论,24,数 据,基础数据,专业数据,中间数据,成果数据,土地信息系统,第一章 概 论,25,能够使用系统的人,输入编辑分析开发输出,第一章 概 论,26,二、土地信息系统功能,1.数据采集、检验与编辑2.数据操作3.数据的存储与组织4.查询、统计、计算5.空间分析6、显示（产品输出）,第一章 概 论,27,1.数据采集、检验与编辑,用于获取数据,通过对数据的检验和编辑保证土地信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性(即所谓的无缝数据库)、数据值逻辑一致、无错等。土地信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的70%或更多,并且这种比例在最近不会有明显的改变。(6人*50元*180天=54000元)数据采集的方法与技术：手扶跟踪数字化仪、自动化扫描输入、遥感数据、测量数据,第一章 概 论,28,2.数据操作,数据转换：包括数据结构、格式间变换（数据格式化）、比例尺的变换（缩放、平移、旋转等）变形校正投影变换数据概化：包括数据平滑等,第一章 概 论,29,3.数据的存储与组织,这是一个数据集成的过程,是建立土地信息系统数据库的关键步骤,涉及空间数据和属性数据的组织。空间数据结构的选择：空间数据结构在一定程度上决定了系统所能处理数据与分析的功能。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结构。混合型数据结构利用了矢量与栅格数据结构的优点 属性数据的组织方式:层次结构、网络结构与关系数据库管理系统等,其中关系数据库管理系统是目前最为广泛应用的数据库系统。,第一章 概 论,30,4.查询、统计、计算,查询、统计、计算是土地信息系统以及许多其他自动化土地数据处理系统应具备的最基本的分析功能。,第一章 概 论,31,5.空间分析,空间分析是土地信息系统的核心功能,也是土地信息系统与其他计算机系统的根本区别。分析模型指在土地信息系统支持下,分析和解决问题的方法体现,它是土地信息系统应用深化的重要标志。,第一章 概 论,32,6、显示（产品输出）,产品输出形式：屏幕显示、报告、表格、地图输出及硬拷贝、文件 良好的、交互式的制图环境,使用户能够设计和制作出具有高品质的地图，是衡量土地信息系统性能的重要指标。,第一章 概 论,33,第三节 土地信息系统与相关学科的关系,第一章 概 论,34,土地信息系统与相关学科的关系1,土地科学：作为LIS 的分析理论基础,它反映了LIS所需要处理的内容和体系,并为LIS提供了空间分析的方法 测量和遥感:不但为LIS提供快速、可靠、多时相的获取多种信息源的手段,而且它们的许多理论和方法可直接用于空间数据的变换和处理;地图学：为LIS图形数据的表达以及可视化提供了方法。专家系统：为LIS的数据处理中运用专业领域知识提供框架。,第一章 概 论,35,计算机图形学,计算机图形学：计算机图形学所处理的图形数据是不带属性的纯几何图形,是土地空间数据和几何抽象。因此,计算机图形学只能完成LIS底层的图形操作,它是LIS算法设计的基础。而LIS除了能对图形信息数据进行显示和处理以外,还能完成数据的土地模型分析以及许多具有土地意义的数据处理。,第一章 概 论,36,LIS与CAD和CAM,CAD（Computer Aided Design,）是使用计算机技术来辅助设计人员进行设计,以提高设计的自动化程度,节省人力和时间的一种计算机系统CAM（Computer Aided Manufactory）是使用计算机技术进行几何图形的编辑和绘制的计算机系统。CAD和CAM的使用使众多行业和部门中的设计人员从制图板上的手工劳动中解放出来,因而受到广大设计人员、制图人员的青睐。,第一章 概 论,37,LIS与CAD和CAM,共同点：它们均可以处理非图形的属性数据;它们也都可以对空间数据建立空间相关关系,对所描述对象的拓扑结构进行处理等主要区别:(1)CAD、CAM不考虑地理坐标系和坐标变换。(2)LIS的数据量要比CAD和CAM的数据量多得多,数据结构、数据类型亦更为复杂:数据间联系紧密,这是因为LIS涉及的区域广泛、精度要求高、变化复杂、要素众多、相互关联,单一结构难以完整描述。(3)CAD、CAM不具备LIS的空间查询和分析功能。,第一章 概 论,38,数据库管理系统(DBMS),数据库管理系统(DBMS)是操作和管理数据库的计算机系统。它提供可以被多个应用程序和用户调用的软件系统,具有对数据库的建立、更新、查询和维护功能。从技术的角度分析,LIS的基本任务之一就是对土地空间数据进行管理。因此,LIS在数据管理上借鉴了数据库管理的理论和方法属性数据可采用通用数据库管理系统或在其上开发的软件系统进行管理。,第一章 概 论,39,数据库管理系统(DBMS),在对 LIS 空间数据的管理上,数据库管理系统(DBMS)尚存在两个明显的不足:(1)缺乏空间实体定义能力。目前流行的数据库结构,如网状结构、层次结构和关系结构,都难以对地理空间数据结构进行全面、灵活、高效地描述。(2)缺乏空间关系查询能力。目前通用的DBMS的查询主要是针对实体的查询,而LIS中则不仅要求对实体的查询,还要求对(实体之间)空间关系进行查询,如关于方位、距离、包容、相邻、相交和空间覆盖关系等。因此,通用DBMS尚难以实现对土地数据空间查询和空间分析。,第一章 概 论,40,补充（1）：地理信息系统的定义,GIS定义：(Geographic Information System）地理信息系统属于空间信息系统。在计算机软硬件技术支持下采集、存储、管理、分析和输出各种地理空间信息的计算机系统。说明：（1）计算机系统，与计算机水平密切相关（2）基本功能（3）操作对象：地理空间信息，即自然景观和社会人文景观信息，这些信息是人们赖以生存基础地球的基本信息，所以GIS是与人类的生存、发展和进步密切关联的一门信息科学与技术。,第一章 概 论,41,补充（2）：土地管理信息系统,Land Information System,LIS：是一个以GIS为平台，以土地资源与资产管理为工作对象的计算机管理信息系统。LIS主要任务：将遥感、地面测绘、土地调查及历史文档中得到的土地信息（土地利用、权属、土地行政区划、面积等）输入计算机，利用计算机快速、便捷、存贮量大的优势，实现对土地信息的分类、检索、排序、统计、分析、综合等功能，并根据专家经验和国家的法规、政策以及土地管理的工作模式，协助土地管理人员完成各项业务任务。使用对象：土地管理工作人员。,第一章 概 论,42,补充：土地管理信息系统（3）,LIS与GIS异同共同点：同属空间型信息系统（Spatial Information SystemSIS）即都给用户提供一个空间数据框架，用户可将各种属性数据（自然与社会属性数据）置于这一框架中。,第一章 概 论,43,补充：土地管理信息系统（4）,不同点：（1）GIS：内涵比较广泛，空间分析功能较全，特别在自然地理信息数据和处理、如山体表面积计算、山脊线划高度，但地表属性、特别权属涉及比较少。LIS：空间分析仅占GIS一部分，更强调管理方面；（2）LIS界面要求较高，因其对象不是研发人员，而是一般基层管理人员；（3）土地管理是政府的一项职能,所以LIS提供的信息（如权属等）有法律效力,第一章 概 论,44,第四节 土地信息技术发展过程,国外发展历程国内发展历程,第一章 概 论,45,国外发展历程（1）,60年代：起步阶段 1956年，奥地利测绘部门建立地籍数据库（LIS），1963年，加拿大测量学家R.F.Tomsion首先提出GIS概念，并建立加拿大GIS（CGIS）是世界上第一个GIS，用于资源管理和规划。特点：硬件水平低，存贮量小，读取速度慢，可实现手扶跟踪数字化地图，地图拓扑编辑，分幅数据拼接。同时成立许多与GIS有关的组织、协会，传播GIS,第一章 概 论,46,国外发展历程（2）,70年代：发展阶段（1）发达国家建立许多专业性质的LIS和GIS，如70-76年，美国地质局即建成50多个信息系统，作为地理，地质和水资源领域空间信息的工具。（2）加拿大、德国、日本、瑞典等国也发展自己的GIS（3）约有三百多个系统投入使用特点：（1）计算机发展到第三代，内存容量大磁盘出现，输入、输出设备比较齐全，为地理数据的录入，存贮检索、输出提供了强有力的手段。（2）可以通过屏幕直接监视数字化的操作，图形、图象卡的发展，增强了人机对话和高质量图形的显示。,第一章 概 论,47,国外发展历程（3）,80年代：普及阶段 GIS普及推广阶段，微机性能价格比，网络建立，GIS软件发展，使GIS推广并投入正常运转，到89年，市场报价软件70多个，如ARC/INFO，GENAMAP，MAPINFO，SICAD，SYSTEM9等。特点：（1）计算机进入第四代，微机出现并以很高的增长率普及。（2）GIS两个发展方向（a）解决全球问题，即高度综合范围广、地域大。（b）小型功能专一，如农田管理、农场规划等，在微机上运行。（3）市场商品GIS,第一章 概 论,48,国外发展历程（4）,90年代：特点：（1）微机获得很大发展，微机价格以每年30%速率下降，功能节节上升，内存、磁盘、主频均有很大提高。（2）Windows 95出现，界面、内存管理,编程环境均有新改进。（3）GIS成为开发平台，允许用户进行二次开发（4）大型数据库推出，GIS数据库向关系型数据库靠近，易于与当前数据库连接。,第一章 概 论,49,国外发展历程（6）,90年代后期：internet网络；高分辨率遥感卫星（1米，2.5米）；差分GPS技术（厘米级）*3S（GIS,RS,GPS)技术，*数字地球（Digital Earth）概念（1998年戈尔）的提出：即多分辨率的真实地球三维表示的数据集。包括数字化、网络化、智能化和可视化的地球技术系统。,第一章 概 论,50,国外发展历程（7）,发展特点：1、国家制定法律规范市场：美国、德国、俄罗斯等国在80年代末90年代初颁布了信息法，加大对系统软件和信息产品的管理力度，推动社会信息化健康发展。2、信息社会化：不要求统一软件，优胜劣汰，鼓励竞争，美国、德国均在各洲应用不同的平台。3、国家组织制定统一的技术标准：美国空间数据标准制定用了10年时间，这是一项耗时但必需做的重要工作，否则社会将无法形成信息产业。,第一章 概 论,51,国内发展历程（1）,中国：70年代准备阶段（1）计算机制图技术：72年研究制图自动化，1977年产生第一张由计算机出的第一张全要素图（2）遥感技术：74年引入美国卫星资料并开展卫星图象处理和分析工作。80年代：试验阶段（1）典型实验：1981年在渡口一二滩的遥感和地理信息系统的典型实验。（2）专题试验：如在AEC/INFO基础上中科院建立的黄土高原流失信息系统等。（3）通用软件设计，如北大的PURSIS系统中科院的MCGIS系统等。,第一章 概 论,52,国内发展历程（2）,90年代：应用普及阶段1、多领域GIS建立(1)95、7、1上海市、国务院9202项目（2）厦门城市规划系统（3）1/25地形图,国家测绘局2、发展国产GIS:96年开始，国家科委组织有关人员测评我国GIS软件,MAPGIS,CITYSTAR,GEOSTAR,第一章 概 论,53,国内发展历程（3）,2000年:我国主要GIS软件销售和技术服务产值为2.5亿元,带动产业达13亿元2003年,我国主要国产GIS软件已经打破出口零的界限,国内市场占有份额上升到30%左右.,第一章 概 论,54,国内发展历程（4）,土地：1986年，国家土地管理局成立1992年2月，中国土地学会土地信息与遥感分会在山西太原召开土地管理计算机应用研讨会1995年统计，全国土管部门在LIS方面的投资达5亿元1995年5月，国家局科技司组织全国LIS成果演示会。有40多项成果参加演示。1999年，国土资源大调查，数字国土工程 99年启动洛阳、厦门等，正在筹建的城市；青岛、福州、武汉、烟台、佛山、大庆等。,第一章 概 论,55,第五节 土地信息系统发展趋势,LIS任务：采用先进技术管理土地技术层面：与计算机信息技术、遥感技术、地理信息系统技术、管理信息系统技术密切相关,管理层面：与土地管理的理论与实践的发展密切相关从当前发展形势分析,在技术与应用两方面,发展趋势可以归结为:,第一章 概 论,56,1.遥感技术、全球定位技术与土地信息系统技术更加融合2.时空 LIS3.LIS应用模型（二次开发）4.Internet与LIS的结合（WebGIS）:Open GIS;组件GIS5.LIS与专家系统的结合,第一章 概 论,57,1.遥感技术、全球定位技术与土地信息系统技术更加融合,随着国民经济的发展,在土地利用问题上的矛盾会更加突出。严格执行土地用途管制是土地在月管理的重要内容，土地利用动态监测是执行土地用途管制必不可少的技术途径。以遥感为主要数据源,以全球定位系统给遥感数据做精确定位与几何校正,结合土地信息系统空间分析的强大功能,整合成为一个土地利用监测分析信息系统。,第一章 概 论,58,2.时空 LIS,土地信息除具有空间特性外,还具有明显的时序特征。近几年提出的空间一时态数据模型也仅能处理空间二维和时间一维,不能完全表示和分析不断变化的三维世界,因而需要开发时空LIS。实现时空复合操作,将空间分析问题进一步拓展为时空分析范畴,已成为新一代LIS的重要研究课题。时空LIS主要研究时空模型以及时空数据的表示、存储、操作、查询和时空 分析。,第一章 概 论,59,3.LIS应用模型（二次开发）,LIS强大的生命力在于与各种实际应用的结合。然而,通用LIS的数据管理、查询和空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的,这些领域都有自己独特的专用模型。因而根据某种应用目标或任务要求,建立LIS应用模型,是LIS解决实际问题的能力、效率及产生社会经济效益的关键所在,因此日益受到重视。,第一章 概 论,60,4.Internet与LIS的结合（WebGIS）,近年来,Internet技术的迅速发展与普及应用为LIS发展提供了新的机遇,它改变了地理信息的获取、传输、发布、共享、应用和可视化等过程和方式,Internet已成为LIS新的操作平台。Internet与LIS的结合即Internet LIS。利用Internet在web上发布空间数据,为用户提供空间数据浏览、查询、制作专题图和分析的功能,已经成为LIS发展的必然趋势。,第一章 概 论,61,Internet LIS又有下列两个研究热点:组件式LIS,即将已有的巨型LIS分解为若干可相互操作的自我管理、相互独立的组件。这些组件与平台和操作系统无关,LIS应用的开发者可以利用这些组件快速地组装LIS 应用软件。组件式 LIS特点：优化资源配置；提高效率；方便用户二次开发。,第一章 概 论,62,Open LIS,即开放式地理信息系统,是为了使不同的LIS软件之间具有良好的互操作性以及在异构数据库中实现信息共享的途径。由于Internet LIS用于发布分布式土地信息和处理与分析工具,使得 Internet LIS必须使用已有的多种数据源和各种土地信息分析处理功能,即Internet LIS面临地理信息的互操作性问题。因此,从数据的观点看,Open LIS是未来Internet LIS技术发展的必然趋势。,第一章 概 论,63,5.LIS与专家系统的结合,研究利用计算机模拟人类专家的推理思维过程。系统根据知识库中的知识,对输入的原始事实进行复杂推理,并作出判断和决策,从而起到人类专家的作用。LIS 经过近40年的发展应用,还主要停留在空间数据库的建立与管理、空间实体查询、空间叠置分析、缓冲区分析以及成果输出上,由于缺乏知识处理和进行启发式推理的能力,其决策支持功能仍很弱,还无法解决多层次、多因素、非线性变化的复杂地学问题。解决这类问题是一项具有一定创造性的过程,需要大量的人为经验和专家知识。因此,将 LIS 和专家系统相结合,发展智能LIS或专家LIS是解决复杂地学问题的重要途径。,第一章 概 论,64,小结,第一节 土地信息与土地信息系统一、数据、信息、属性数据、图形数据二、土地信息：概念、特征三、土地（管理）信息系统：概念、特征、分类、服务第二节 土地信息系统构成及功能土地信息系统的组成:4个方面土地信息系统基本构成：硬件；软件土地信息系统功能:6个：采集编辑；数据操作；数据组织；查询统计计算；空间分析；显示输出第三节 土地信息系统与相关学科的关系：CAD;CAM;数据库；计算机图形；遥感测量 第四节 土地信息技术发展过程 第五节 土地信息系统发展趋势:3S技术；时空LIS;WebGIS;Open GIS;组件GIS；专家GIS,