地理信息科学GIS.ppt
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1、,地理信息科学 第一讲 概述 从GISystem到GIScience 艾廷华,艾廷华 资源环境科学学院,地图制图与地理信息工程系 办公室:3区7号楼 519,506(机房实验室)Email:OP:68778375 MP:研究方向:地图综合,空间数据挖掘,移动计算与MobileGIS,课程介绍课程名:地理信息科学课程类别:选修学分数:2总学时:36授课对象:地理信息系统(计算机地图制图学)专业期间:2011年11月12月(1015周)上课时间:星期一、三7,8,9节(14:05-16:30),1-601授课方式:分8个专题讲授,每个专题授课4节参考教材:讲义祝国瑞教授编 科学出版社,承继成等编
2、考试方式:开卷考试。,课程介绍课程学习目标:通过较高层次的关于GI-3S(_cience,_ystem,_ervice)的学习,了解地理信息科学的发展过程 掌握GI信息的特征、表达、加工技术及社会服 务的基本问题,是对过去课程“GIS原理”,“数字制图”进一步拓宽.课程特点:本学科发展前沿介绍,涉及多门课程的研究,综合 性强,信息量大.但没有完整的结构体系.课程内容:地理信息科学的产生、发展及研究现状 地理信息的空间认知与心象地图 地理信息模型表达 地理信息的融合与尺度变换 数据加工处理(挖掘、推理、智能化处理)地理信息可视化 地理信息工程与地理信息的社会化服务,第一讲 概述 从GISyste
3、m到GIScience,0 内容 信息科学概述 地理信息科学的确立 地理信息科学的研究内容:3S 与计算科学的结合 研究群体 主要研究问题 研究现状,1 信息科学概述 1.1 定义,信息科学是 研究信息现象及其运动规律的科学:以信息作为主要研究对象,以信息过程的运动规律作为主要研究内容,以信息科学方法论作为主要研究方法,以扩展人的信息功能(全部信息功能形成的有机整体就是智力功能)作为主要研究目标的一门科学.,(1)信息本体论的信息_事物的运动状态和状态改变方式认识论的信息_主体所感知的运动状态和状态改变方式全信息:同时考察 形式-语法信息 syntactic 含义-语义信息 semantic
4、价值-语用信息 pragmaticShanon 只是语法信息的统计情形,信息与物质,能量:物质是信息的载体,物质的运动是产生信息的源泉,但 信息只是物质运动状态和状态改变的方式,而不是事物本身;传递和处理信息需要能量,控制能量需要信息,信息是事物运动的状态和状态改变的方式,能量则是物体做功的本领,(2)信息的运动规律 产生:本体论意义上的信息 获取:转换为认识论上的信息 再生:认识论上的转换 施效:认识论上的信息反作用于对象,产生新的信息 传递:系统优化或自组织 过程智能化 探讨信息的定性本质;研究信息的定量测度;阐明信息过程的基本规律(以上所列);揭示利用信息来优化系统的方法和原理;归纳和构
5、建信息科学的方法论,1.2 与几个概念的区分,信息与数据 信息的载体,信息的数字表达,其他表达包括语音,图像,文本,图形等.等目前已范化.,(2)信息与媒体 信息的表达的依附体.单媒体与多媒体,(3)信息与资料 具有某种目的,用途的材料的集合,携带有价值的信息,(4)信息与知识 主体关于该类事物运动状态及其变化规律的表述,信息是知识的原材料,知识是信息提炼抽象出来的,2.地理信息科学的确立 2.1 GISystem的发展历史,(1)GIS的定义A geographic information system is:A computer software system(with supportin
6、g hardware)that manages data pertaining(有关的)to land,water,and air resources,such that one can store and retrieve such geographic information as well as analyze stored information or additional parameters derived from stored information.,多种定义:,Geographic Information System(GIS)is an information syste
7、m able to encode,store,transform,analyze,and display geospatial information,Geographic information system(GIS)is a system for input,storage,manipulation,and output of geographic information NCGIA Core Curriculum in Geographic Information Science,(2)起源于地图制图学的发展 1960s:最早的机器制图作品 Atlas of British Flora,
8、基于穿孔卡片计算机,后由针式打印机取代.地图学家Bertin在IBM Selectric 打字机上设计了可缩放的地图符号In 1963,a grant was obtained from the Ford Foundation to initiate the Laboratory for Computer Graphics at Harvard University,where Fisher and his colleagues built a team of scientists,engineers,and programmers who eventually created SYMAP.T
9、his was a computer mapping package that could produce isoline,choropleth,and proximal maps on the line printer.,(3)GIS 之父 Tomlin,1966年完成加拿大地理信息系统并投入应用 CGIS.60年代,当他在Spartan Air Services 工作时,与农业部门的技术管理人员合作对地图数字化产生了兴趣.最终与IBM合作在Agricultural Rehabilitation and Development Administration(ARDA)部门完成了该系统.,该系
10、统存储了1000多幅地图,覆盖了全国,并投入正式使用.对GIS技术的发展有三个方面的突出贡献:滚筒式扫描对航片数字化;高效率的Morton码索引机制的建立;对区域边界的表达采用拓扑 结点/链式编码,(4)GIS发展历史大事记,GIS发展历史大事记(continue),(5)当今多种类型的GIS,Professional GISThe distinctive features of professional GIS include data collection and editing,database administration,advanced geoprocessing and anal
11、ysis,and other specialist tools,such as ESRI ArcInfo,Samllworld GISDesktop GISDesktop GIS focus on data use,rather than data creation,and provide excellent tools for making maps,reports,and charts.Well-know examples include ESRI ArcView,Intergraph GeoMedia,MapInfor professionalHand-held GISHand-held
12、 GIS are lightweight systems designed for mobile and field use,such as Autodesk Onsite,ESRI ArcPad,Component GISComponent GIS are tool kits and used by knowledgeable programmers to create focused applications.Examples include ESRI MapObjects and MapInfo MapX.GIS viewerGIS viewer are able to display
13、and query popular file formats,such as ESRI ArcExplorer,Intergraphs GeoMedia,and MapInfos ProViewerInternet GISInternet GIS focus on display and query applications,as well as maping.Examples include Autodestk MapGuide,ESRI ArcIMS,Intergraph GeoMedia Web Map,and MapInfo MapXtreme.,2.2 GIScience 的确立,(
14、1)名称的更改 GoodChild于1990年7月在苏黎世第四届SDH会议上作特邀报告“Spatial Information Science”,两年后在IJGIS期刊上发表了“Geographical Information Science”(1992,6,p31-45),美国NCGIA地理信息与分析中心主任,GoodChild提出了GIScience关注的8个问题:,Data collection and measurement discretization:generalization,abstraction,approximation.GPS,map,or remote sensing
15、?Data captureSpatial statisticsData modeling and theories of spatial dataData structures,algorithms and processesDisplayAnalytical toolsInstitutional,managerial and ethical issues,1996年,期刊“InternationalJournal of Geographical Information System”改名为“I.Journal of Geographical Information Science”,随后,美
16、国测绘学会期刊ACSM 的“Cartography and Geographical Information System”也改名为“Cartography and Geographical Information Science”.一批学校相应的系名专业名改为 Geomatics,Geoinformatics.,GI是关于地球表面地理要素与地理现象的信息;与其他信息相比的显著特征在于地理位置参考系;描述GI的地理概念包括:GI本身的基础框架描述大地坐标系、投影、距离度量);地理要素类字典条目(湖泊、河流、城市、建筑物);地名字典条目;描述地理实体间关系的术语(远近、相交、南、前后);现象要素
17、的基本类型(植被、水系、行政区划),3.地理信息科学的研究内容 3.1地理信息GI,geographic has to do with the Earth its two-dimensional surface its three-dimensional atmosphere,oceans,sub-surface spatial has to do with any multi-dimensional frame medical images are referenced to the human body engineering drawings are referenced to a me
18、chanical object architectural drawings are referenced to a building geographic is a subset of spatial often the terms are used interchangeably geographic sound too soft?,区分两个概念 地理与空间(Geo vs Spatial),3.2 地理信息科学(1)定义 信息科学:根据信息的性质与特征,应用科学原理 方法对信息进行系统化研究;地理信息科学:信息科学的一个分支,关于GI 的研究;,Geographic information
19、 scienceis the science behind the technology considers fundamental questions raised by the use of systems and technologies is the science needed to keep technology at the cutting edge NCGIA Core Curriculum in Geographic Information Science(1997),“Geographic Information Science(GIScience)is the basic
20、 research field that seeks to redefine geographic concepts and their use in the context of geographic information systems.GIScience also examines the impacts of GIS on individuals and society,and the influences of society on GIS.GIScience re-examines some of the most fundamental themes in traditiona
21、l spatially oriented field such as geography,cartography,and geodesy,while incorporating more recent developments in cognitive and information science.It also overlaps with and draws from more psychology,and contributes to progress in those fields.It supports research in political science and anthro
22、pology,and draws on those fields in studies of geographic information and society.”1999,workshop held by National Science Foundation,(2)有关论述,地理信息的认知;地理信息的计算问题;地理信息的社会化服务;(from NCGIA),GI_,Science,System,Society,GIS,GPS,RS,(3)研究领域 3S,Geographic Information Systems(1980s)Geographic Information Science(
23、1990s)Geographic Information Services(2000s),发展历程,Geo-Information Science:Concerns generic issues in the handling and analysis of geo-spatial data such as data structures,visualisation,spatial data analysis,spatial data quality and the propagation of uncertainty.Geo-Information Systems:Concerns the
24、use of specialist software in mapping and data mining applications in such diverse areas as the environment,crime,health,education,transport and business.Geo-Information Service:Concerns the design and construction of specific spatial information solutions such as in predictive modelling,spatial dec
25、ision support and location-based services.,(4)GIScience需研究的问题A 空间如何表达?地球表面是无限复杂的decisions must be made about how to capture it,represent it in a digital system about how and where to sample about what data format options to use 采用什么标准来选取表达复杂事物与现象accuracy of representation accuracy of predictions,dec
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