地理信息系统基本概念GIS原理与应用绪_论.ppt

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1、1,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。信息具有客观性、适用性、可传输性和共享性等特征。数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，是数据的内容和解释。信息=数据+数据处理,第一节 地理信息系统基本概念,2,2.信息的特点信息的客观性。与客观事物紧密相联系的；信息的适用性。信息对决策是十分重要；信息的传输性。信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备(包括远程终端)，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。信息的共享性。信息可以传输给多个户，为多个用户共享，而其本身并无损失。,第一节 地理

2、信息系统基本概念,3,二、地理信息与地理信息系统1.地理信息地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征（简称属性）及时域特征三部分。地理信息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，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素。,第一节 地理信息系统基本概念,4,空间分布性 其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。具有多维结构的特征 即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构，而各个专题型实体型之间的联系是通过属性码进行的，这就为地理系统各圈层之间的综

3、合研究提供了可能。,第一节 地理信息系统基本概念,5,时序特征十分明显 可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的、短期的、中期的、长期的、超长期的等。这对地理事物的预测、预报，从而为科学决策提供依据很重要。具有丰富的信息 GIS数据库中不仅包含丰富的地理信息，还包含与地理信息有关的其它信息,第一节 地理信息系统基本概念,6,GIS中空间、时间、属性的不可分割性,时间变化序列研究：空间位置固定，研究不同时间属性的变化特性；空间分布格局研究：时间固定，研究属性的分布特征和格局；变化的区域分异研究某一属性在不同时间下空间分布格局的差异。,7,第一节 地理信息系统基本概念,地理信息系统（Geograp

4、hic Information System，简称GIS）是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。目前已经广泛地应用于资源调查、环境评估、区域发展规划、公共设施管理、交通安全等领域，成为一个跨学科、多方向的研究领域。,8,第一节 地理信息系统基本概念,作为一种通用技术，地理信息系统按照一种新的方式去组织和使用地理信息，以便更有效地分析和产生新的地理信息；同时，地理信息系统应用也改变了地理信息发布和交换的方式；因此，地理信息系统提供了一种认识和理解地理信息的新方式，使地理信息系统进一步发展成为一门处理空间数据的学科。,9,10,通过上述分

5、析和定义可提出GIS的如下基本概念：1）GIS的物理外壳是计算机化的技术系统；2）GIS的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这些有三维要素的地理实体。3）GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。4）GIS与测绘学和地理学有着密切的关系，但可以广泛地应用到其他空间相关领域。,第一节 地理信息系统基本概念,11,第二节 GIS的功能简介,1.基本功能（1）数据采集与编辑（2）数据存储与管理（3）数据处理与变换（4）空间分析与统计（5）产品制作与显示（6）二次开发和编程 空间分析是地理信息系统区别于其

6、它信息系统的重要标志。包括：1）拓扑叠合；2）缓冲区分析；3）网络分析；4）数字地形分析；5）空间集合分析；,12,空间数据的可视化 统计与量算 规划与管理 预测与监测 辅助决策,2.应用功能,13,灾害控制和分析水土保护农业决策和精细农业海洋渔业环境保护城市GIS数字地球军事国防等,3.应用领域,14,文件图表,数据获取,原始数据,存储检索,空间查询空间分析,数据编辑投影变换,数据输出,制图、表格,交互展示,结构化数据,空间数据库,GIS基本功能的实现过程,15,第三节 GIS的基本构成,一个典型的地理信息系统包括5个主要组成部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。,用户,1

7、6,第三节 GIS的基本构成,17,1.系统硬件GIS硬件配置一般包括四个部分：（1）计算机主机、显示器；（2）数据输入设备：数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等；（3）数据存贮设备：光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等；（4）数据输出设备：笔式绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。,第三节 GIS的基本构成,18,第三节 GIS的基本构成,19,2.系统软件,第三节 GIS的基本构成,20,3.空间数据 地理空间数据是地理信息系统操作的对象。,定位拓扑关系属性,第三节 GIS的基本构成,21,4.应用人员 人是GIS中的重要构成因素。地理信息系统从其设计、建

8、立、运行到维护的整个生命周期，处处都离不开人的作用。包括：系统开发、系统管理以及使用人员。5.应用模型 应用模型是应用系统建设成败的关键。,第三节 GIS的基本构成,22,第五节 GIS与其它学科的关系,地理信息系统的发展，明显地体现出多学科交叉的特点，这些交叉的学科包括地理学、测量学、地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科。目前数据库技术(DBMS)、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制图(CAM)和计算机图形学(Computer Graphics)软件包已被许多GIS研究者所采用，但这些系统不是为地理意义而设计的，无法取代GIS的作用

9、。,23,24,1、GIS有别于DBMS（数据库管理系统）GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识。因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。,第五节 GIS与其它学科技术的关系,25,2、GIS有别于MIS（管理信息系统）GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。,第

10、五节 GIS与其它学科技术的关系,26,3、GIS有别于地图数据库 地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。4、GIS有别于CAD系统 二者虽然都有参考系统，都能描述图形，GIS与CAD的最大的区别是它能够提供地理位置信息服务（具有地理坐标）和具有决策分析功能。CAD 是设计我们世界的工具；GIS 是管理我们世界的工具；,第五节 GIS与其它学科技术的关系,27,信息系统,专题地理信息系统,地理信息系统,非地理信息系统,管理信息系统,综合地理信息系统,CAD/CAM,空间信息

11、系统,地籍GIS交通GIS,资源与环境GIS规划与管理GIS,数据模型,矢量GIS,栅格GIS,矢-栅GIS,研究范围,全球GIS,区域GIS,研究内容,非空间信息系统,GIS在信息系统中的位置,第六节 地理信息系统的发展,地理信息系统发展的科学背景 在20世纪60年代，美国麻省理工学院首次提出计算机学术术语，证明了交互计算机图形学是一个可行、有用的研究领域；60年代初，计算机技术用于地图量算、分析和制作；60年代中期，计算机用于辅助制图和空间分析，在数据自动采集、数据分析和显示技术领域中得到极大发展；这些技术用于从现实世界中按照特殊应用目的采集、存储、检索、分析、传输可显示的空间信息，促成了

12、地理信息系统技术的产生。,一、地理信息系统的萌芽 1962年，加拿大测量学家R.F Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界上第一个运行型的GIS(加拿大地理信息系统，CGIS)，并用于自然资源的管理和规划。CGIS在技术上取得重大突破，如地图数据的扫描输入、栅格矢量数据的转换；在系统设计上，提出空间分块、专题分层的数据结构、空间数据和属性数据相联接等思想，对以后GIS发展有重大影响；,第六节 地理信息系统的发展,同时，D.F.Marble 在美国西北大学提出了建立地理信息系统软件系统的思想；西北技术研究所的H.Fisher教授建立了哈佛计算机图形与空间分析实验室，开发了S

13、YMAP（对当今的栅格地理信息系统有一定影响）、ODYSSEY软件包（矢量地理信息系统的原型）；其他国家也展开了地理信息系统或相关技术的研究，如英国的David P.Bickkmore成立了实验制图部，从事计算机制图与研究。,第六节 地理信息系统的发展,二、地理信息系统的发展阶段（1）60年代为地理信息系统开拓期，注重于空间数据的地学处理。综合来看，初期地理信息系统发展的动力来自于诸多方面，如学术探讨、新技术的应用、大量空间数据处理的生产需求等。特点：这个时期，专家兴趣以及政府的推动起着积极的引导作用，并且大多数地理信息系统工作限于政府及大学的范畴，国际交往甚少。,第六节 地理信息系统的发展,

14、（2）70年代为地理信息系统的巩固发展期，注重于空间地理信息的管理。这种发展应归结于以下几方面的原因：一是资源开发、利用乃至环境保护问题成为政府首要解决之疑难，而这些都需要一种能有效地分析、处理空间信息的技术、方法与系统。二是计算机技术迅速发展，数据处理加快，内存容量增大，超小型、多用户系统的出现，,第六节 地理信息系统的发展,尤其是计算机硬件价格下降，使得政府部门、学校以及科研机构、私营公司也能够配置计算机系统；在软件方面，第一套利用关系数据库管理系统的软件问世，新型的地理信息系统软件不断出现，据IGU调查，70年代就有 80多个地理信息系统软件。第三，专业化人才不断增加，许多大学开始提供地

15、理信息系统培训，一些商业性的咨询服务公司开始从事地理信息系统工作，如美国环境系统研究所（ESRI）成立于1969年。,第六节 地理信息系统的发展,总体特点：（1）地理信息系统在继承60年代技术基础之上，充分利用了新的计算机技术，但系统的数据分析能力仍很弱；（2）在地理信息系统技术方面未有新的突破；（3）系统的应用与开发多限于某个机构；（4）专家个人的影响削弱，而政府影响增强。,第六节 地理信息系统的发展,（3）80年代为地理信息系统大发展时期，注重于空间决策支持分析。地理信息系统的应用领域迅速扩大，从资源管理、环境规划到应急反应，从商业服务区域划分到政治选举分区等，涉及到了许多的学科与领域，如

16、古人类学、景观生态规划、森林管理、土木工程以及计算机科学等。许多国家制定了本国的地理信息发展规划，启动了若干科研项目，建立了一些政府性、学术性机构。1）如中国于1985年成立了资源与环境信息系统国家重点实验室；,第六节 地理信息系统的发展,2）美国于1987年成立了国家地理信息与分析中心（NCGIA）；3）英国于1987年成立了地理信息协会。同时，商业性的咨询公司，软件制造商大量涌现，并提供系列专业性服务。最显著的特点：商业化实用系统进入市场。（4）90年代为地理信息系统的用户时代。一方面，地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上由于受地理信息系统影响而改变了现

17、有机构的运行,第六节 地理信息系统的发展,设置与工作计划等。另一方面，社会对地理信息系统认识普遍提高，需求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用的扩大与深化。国家级乃至全球性的地理信息系统已成为公众关注的问题，例如地理信息系统已列入美国政府制定的“信息高速公路”计划；“数字地球”战略。毫无疑问，地理信息系统将发展成为现代社会最基本的服务系统。,第六节 地理信息系统的发展,三、我国地理信息系统的发展 我国GIS的发展虽然较晚，经历了三个阶段，即起步(1970-1980)、准备(1980-1985)、发展(1985-1995)、产业化(1996以后)阶段。（1）以1980年中国科学院遥感应用研究所成

18、立全国第一个地理信息系统研究室为标志。在几年的起步准备阶段中，我国地理信息系统在理论探索、硬件配制、软件研制、规范制订、区域试验研究、局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进步，积累了经验，为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。,第六节 地理信息系统的发展,（2）地理信息系统进入发展阶段的标志是第七个五年计划开始。GIS研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发工作:如全国性地理信息系统（或数据库）实体建设、区域性或城市地理信息系统、GIS基础软件或专题应用

19、软件的研制和教育培训。通过近五年的努力，在GIS技术上的应用开创了新的局面，并在全国性应用、区域管理、规划和决策中取得了实际的效益。,第六节 地理信息系统的发展,（3）自90年代起，地理信息系统步入快速发展阶段。在这一时期，执行GIS和遥感联合科技攻关计划，强调GIS的实用化、集成化和工程化，力图使地理信息系统从初步发展时期的研究实验、局部实用走向实用化和生产化，为国民经济重大问题提供分析和决策依据。努力实现基础环境数据库的建设，推进国产软件系统的实用化、遥感和地理信息系统技术一体化。,第六节 地理信息系统的发展,这期间的主要研究及发展的领域有：重大自然灾害监测与评估系统的建设和应用；重点产粮

20、区主要农作物估产；城市地理信息系统的建设与应用；建立数字化测绘技术体系；国家基础地理信息系统建设与应用；专业信息系统与数据库的建设和应用；基础通用软件的研制与建立；地理信息系统规范化与标准化；基于地理信息系统的数据产品研制与生产；经营地理信息系统业务的公司逐渐增多。,第六节 地理信息系统的发展,四、国内地理信息系统的应用从应用方面看，地理信息系统已在以下方面应用：资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与结产；交通、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发；自然灾害的监测与评估、金融、保险；石油与天然气、军事、犯罪分析；运输与导航、110报警系统公共汽车调度等方面得到了具体应用。,

21、第六节 地理信息系统的发展,一批地理信息系统软件已研制开发成功（如 MapGIS，SuperMap，GeoSTAR，CityStar等；一批高等院校已设立了一些与GIS有关的专业或学科，一批专门从事GIS产业活动的高新技术产业相继成立。此外，还成立了“中国GIS协会”和“中国GPS技术应用协会”等。,第六节 地理信息系统的发展,第六节 地理信息系统的发展,五 GIS的发展态势 当前，GIS正向着集成化、产业化和社会化发展方向迈进，呈现以下主要发展态势：（1）GIS已经成为一门综合性技术 它与全球定位系统（GPS）、遥感（RS）相结合构成“3S”集成系统，与CAD、多媒体、通信、因特网、办公自动

22、化、虚拟现实等多种技术相结合，构成综合性的信息技术。所有这些技术的融合发展都可以应用于公路规划、公路设施管理、车辆导航与信息监控等领域。,（2）GIS的产业化发展势头强劲由于GIS是一项关系国家综合竞争实力的高新技术，其产业化的发展受到世界各国的普遍重视。我国的GIS产业化已经被列为国家信息产业中的重要发展方向，在数据生产、GIS软件产品以及应用方面作了大量工作。产业化的发展为GIS在交通、公路工程、选线设计等领域的应用提供了信息与技术平台服务。,第六节 地理信息系统的发展,（3）GIS网络化已经成为当今社会热点Internet技术的发展为GIS的网络化发展提供了新的发展契机，为GIS的空间数据共享、分布式处理、基于网络的GIS空间分析、空间模拟提供了可能性。网络化GIS的发展使车辆监控、紧急救援、车辆调度、公路交通安全控制等成为可能。,第六节 地理信息系统的发展,47,美国Daratech公司最近公布调查结果，2006年全球 GIS产值预测达到36亿美元。2004年全球GIS产值为28.2亿美元。由GIS协会组织做全国地理信息产业的调查，摸清产业规模（从业人数、产值、分类、渗透性、产业链）。,全球GIS产值,1.一个完整的GIS系统有哪几部分组成？其主要功能有哪些？2.GIS的发展经历了哪几个阶段？国内国外的发展有什么不同？3.举例说明GIS可应用的行业。,课堂复习与思考,