p01第一章地理信息系统概论课件.ppt
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1、地理信息系统概论,地理信息系统的重要性,GIS架起了地理学和现代信息科学之间的桥梁,是地理学定量化、空间化,由传统走向现代的必要技术手段;它可以在空间尺度上,综合处理各类地理信息,这对于弥合区域与系统、人文与自然之间的分裂状态将起到很大作用;GIS具有广阔的应用领域,资源、环境、土地,农业、城市管理和规划等部门都需要GIS技术。是解决解决资源、环境和人口等问题的重要工具;,地理信息系统的重要性(续),GIS是现代信息科学的重要研究领域,已经形成和正在形成一个新的信息技术领域,据统计,80以上的信息都和地理相关,需要GIS技术来处理;正在兴起的地球信息科学和席卷全球的数字地球浪潮主要以GIS为技
2、术依托。,教材和参考资料,黄杏元等,地理信息系统概论(面向21世纪教材)邬伦,地理信息系统原理、方法和应用(科学出版社)龚健雅,地理信息系统基础.北京:科学出版社,2001郭达志等,地理信息系统基础与应用.北京:煤炭工业出版社,1997,参考网址,http:/202.201.4.2/Gistutor(其中包含美国NCGIA的GIS核心课程),本课程旨在使学生掌握地理信息系统的基本原理、技术方法和实际应用,了解其主要应用领域和发展方向,并为从事GIS的地理学应用和应用型地理信息系统的开发奠定基础。具体要求如下:了解地理信息系统的基本原理,包括空间数据的语义学基础、GIS的科学定义、空间关系和空间
3、对象的表达、空间数据结构和类型、空间分析原理和地学模型方法等;掌握地理信息系统的基本技术和方法,具有应用ArcInfo、SuperMap软件从事空间数据的采集、存储与管理、处理、分析和图形创造的基本技能;初步具有应用GIS技术开展地学研究的能力,包括地学应用模型的构建,应用型GIS的设计,主要GIS软件系统的使用和评价等。,基本要求,第一章绪论,第一节 地理信息系统的概念第二节 GIS的构成第三节 GIS的功能第四节 GIS的历史发展趋势第五节 GIS的主要应用领域 第六节 GIS的效益评估方法,第一节地理信息系统概念,一、数据、信息、系统、信息系统、地理信息二、地理信息系统的定义三、地理信息
4、系统的特征四、地理信息系统的分类五、GIS和其它相关学科的关系,一、数据、信息、系统、信息系统、地理信息,1.数据(Data)是指对某一目标定性、定量描述的原始资料,包括数值、字符、图像、图形、声音、视频等。在计算机中数据按符号进行存储和处理。,2.信息(Information),狭义信息论的定义:两次不定性之差,即指人们获得信息前后对事物认识的差别。广义信息论的定义:指主体(人、生物、机器)与客体(环境、其他人、生物或机器)之间相互联系的一种形式,是主体和客体之间的一切有用的消息或知识,是表征事物性质、特征和状态的一种普遍形式。信息和数据不可分离,信息是数据的内涵,而数据是信息的表达方式。数
5、据是客观对象的表示,数据在得到解释之后,才能变成信息。,3.系统(System),相互联系的若干要素所构成的、具有特定功能的整体。系统仅指计算机信息系统,而且还包括其他系统,比如一个学校就是一个系统,还有生态系统,地理系统等等,4.信息系统(Information System),信息系统指具有处理、管理和分析数据能力,能够为决策提供有用信息的系统;信息系统不一定是计算机信息系统;计算机信息系统,是为实现某种特定功能,由必要的人、计算机、数据、方法或程序按一定关系联系起来进行工作的集合体,要素之间的关系通过信息流实现。,5.地理信息(Geographical Information),表征地理
6、系统诸要素的数量、质量、状态、分布特征、相互关系和变化规律的各类信息,其基本特征是具有空间定位信息;地理信息又叫空间信息(Spatial Information)。但空间信息和不注重信息的地理意义。,地理信息的特点,地理信息属于空间定位信息,也就是说,地理信息包含着位置信息,地理信息可以在地图上表示出来,是可地图化的。位置信息不但具有二维空间位置的特征,还具有第三维特征。位置信息的具有精度特征,这种精度取决于输入地图的比例尺。专题特征,地理信息具有属性信息,这种属性信息在地理信息系统中以分层的方式表示出来,不同的专题信息往往具有不同的量度方式。多时序特征:地理要素随时间而变化,因此作为表示地理
7、要素特征的地理信息也具有时序特征。,地理信息的特点(空间属性),空间数据,属性数据,空间数据和属性数据的综合体,GIS是,G,IS,空间和属性都随时间而变化,二、GIS的定义,GIS:Geographical Information SystemESRI的定义:地理信息系统是计算机硬件、软件、地理数据和人的有机组合,用来有效地获取、存储、更新、处理、分析和显示所有与地理(空间)有关的各类信息。,黄兴元的定义,地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术,又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成,用以支持空间数据的采集、管理、处理
8、、分析、建模和显示,以便解决复杂的规划和管理(地理空间相关)问题。,张超的定义,以地理空间数据库为基础,在计算机软、硬件的支持下,对空间相关数据进行采集、管理、分析、模拟和显示;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而建立起来的计算机技术系统。,定义的比较,ESRI:侧重于GIS的组成和具体技术黄兴元;侧重GIS的学科基础和实际应用张超:提出了空间数据库的概论,也提出了地理信息模型,即地理空间模拟的思想;,三、地理信息系统的特征,地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生的边缘学科,因此它明显的体现出多学科交叉的特征,这些交叉学科的基础理论同样构成地理
9、信息系统的基础理论体系;地理信息系统通常是指计算机化的信息系统,需要得到计算机硬件和软件系统的支持。地理信息系统中,信息的流动及信息流动的结果,完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真;,三、地理信息系统的特征(续),处理的对象为地理空间信息。地理信息系统用于处理地球表层这一特定空间内各种地理现象的信息。系统中的数据组织均以地理坐标为参照系,地理信息系统中还必须考虑各地理要素的空间关系;地理信息系的核心组成是地理数据库,包括属性数据库,图形数据库和遥感影像数据库,地理信息系统提供在统一的平台综合处理处理这些信息的能力,这是地理信息系统不同于其他信息系统的重要一点。,三、地理信息系统的特征(续)
10、,地理信息系统具体有强大的制图功能,完全可以代检查传统制图和一般意义上的机助制图技术,地理信息系统可以根据实际需要设计生产产各种地图、图表、文字等信息;地理信息系统必须具有空间分析功能,正是空间分析功能,是地理信息系统区别于机助制图系统,也正是空间分析功能赋予地理信息系统以强大的生命力;,三、地理信息系统的特征(续),空间模拟:地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。地理信息系统可以依据系统应用模型,快速模拟自然过程的演变和过程,取得地理预测和实验的结果;通过GIS选择优化方案,避免不合理的决策,解决与资源、环境、社会、经济和人口有关的实际应用课题,构成决策支持系统。,四
11、、地理信息系统的分类,1.按所选数据结构分类Little(1978)、Tomlinson(1982)、Wiber(1979)按系统所选数据结构的类型将地理信息系统分为:l 多边形,即矢量性地理信息系统l 格网,即栅格性地理信息系统l 兼有矢量性功能又有栅格性功能。,矢量图,栅格图,矢量数据和栅格数据比较图示,点线面集合,矢量数据,2.按照用途分类,自然资源地理信息系统、城市地理信息系统、土地管理地理信息系统、经济区划地理信息系统等等,亦即专题性地理信息系统。,3.常用分类方法,综合性地理信息系统:指按统一的标准存储和处理国家范围内的各种自然和社会经济要素,以提供全国性的咨询服务。如我国自然环境
12、综合信息系统等。区域性地理信息系统:它以某个地区,包括自然区、行政区和任意区,作为研究范围,围绕某个专题而设计的地理信息系统。主要为区域研究、管理和规划提供服务。如城市建设与规划地理信息系统。专题性地理信息系统:指以某一专业、任务和现象为研究内容而设计的系统,如美国地震数据分析系统、森林管理信息系统。,五、GIS和其他学科的关系,地理信息系统实质是一种现代技术和传统学科的综合,是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科,其涉及的领域包括:,五、GIS和其他学科的关系(续),地理学:研究地理现象的空间分布和空间关系的传统学科;地图学:研究空间信息的显示和输出,地图是目前GIS最主要的信息源
13、,数字制图实质是GIS的前身;遥感:遥感是GIS的主要数据源,图像处理的方法大多被GIS的空间分析方法所采用;测量学:获取空间数据的必要条件。同时也奠定了GIS空间数据模型的数学基础;,五、GIS和其他学科的关系(续),数学:主要有几何学和图论等;统计学:统计方法 是GIS空间分析的基本方法,统计检验也利于GIS空间数据不确定性和误差检验;计算机科学:包括CAD、DBMS、计算机图形学、软件工程、专家系统、网络和操作系统等;其它相关应用学科:如城市规划,土地管理等。,1.遥感、全球定位系统与GIS的关系,遥感:地理信息的获取手段、是地理信息系统的重要信息源,有利于数据的快速更新,但是,遥感图像
14、分类中地理信息的参与可以提高分类精度。GPS:地理定位和信息采集,实时GIS的基本工具,2.GIS和自动制图系统的关系,在自动制图系统(Cartography)中,地理要素的空间信息以数字化的形式存在,通过制图要素的选择、分类、简化和指定符号来实现快速绘制地图。但是自动制图系统不能管理作为地理信息重要内容的属性信息。不能进行地理现象的空间分析。其所具有的制图功能,通过GIS软件完全可以实现。但从GIS的发展来看,GIS是在自动制图系统的基础上发展起来的。因此它们之间存在着千丝万屡的联系。,3.GIS和数据库管理系统的关系,数据库管理系统(DBMS):数据库系统是地理信息系统的基础,地理信息系统
15、的处理对象保存在地理数据库中,目前的数据库系统已经演化为空间数据库系统,既能处理普通的属性信息,又能管理空间位置信息,甚至具有智能化特征。但数据库管理系统大多不具备地图显示的功能,更不能进行针对位置信息的空间分析。,第二节GIS的构成,一、硬件环境二、软件系统三、空间数据四、应用模型五、人员和用户界面,一、硬件环境,1.计算机服务器、小型机、图形工作站、微机等。用于输入、数据采集、建库、数据管理、查询、空间分析、决策支持、上网、制作专题图2.数据输入设备键盘、数字化仪(幅面、分辨率、数据格式)、扫描仪(分类:黑白与彩色、平板式与滚筒式,分辨率、数据格式)、解析和数字摄影测量仪、GPS接收仪,一
16、、硬件环境(续),3.数据存储设备磁盘DISK(软磁盘、硬磁盘)、磁带Tape、光盘4.数据输出设备图形图像显示系统、硬拷贝输出设备(打印机、绘图机)5.交互设备鼠标器、跟踪球与游戏杆、VR设备、触摸屏,GIS的主要应用程序及与硬件的关系,输入、数据采集(数字化仪、扫描仪)建库、数据管理(服务器、工作站)查询、空间分析(服务器、工作站)决策支持、上网(服务器、工作站)制作专题图(服务器、工作站)输出(绘图仪),二、软件系统,1.操作系统操作系统的功能:硬件资源的管理、承担硬件与软件交互和用户接口等功能。正如所有应用软件必须运行在某个操作系统之上一样,不同的GIS软件也必须运行在某种操作系统之上
17、:GIS运行主要操作系统MS DOS、Windows95/98、Windows NT/2000、OS/2、Mac System、UNIX,2.GIS软件工具包,GIS软件需要考虑的功能基本功能支持的数据类型对网络的支持用户界面命令行接口(Command line)文本菜单(Text menu)图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)网络用户界面(Network User Interface,NUI)空间分析分析功能的强弱,二、软件系统(常见软件介绍),ARCGIS:ARCGIS是美国环境系统研究所(Environmental System Research In
18、stitute,Co.,简称ESRI),已连续数年稳居GIS市场占有率的第一位。在软件中提出的概念、思想已深刻影响着其它GIS类型后继软件的开发。ArcView GIS:ESRI 桌面型GISGENAMAP:Australia Genesys IncMicroStation/MGE:Intergraph Inc.RIS(Rational Interface System),二、软件系统(常见软件介绍续),GeoMedia:多用于市政和城市规划部门MAPINFO:MAPINFO Inc.桌面型GIS,由于其数据结构,基本不具备空间分析功能。但由于造价低,在国内市场占有率较高。IDRISI:美国C
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