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1《地理信息系统基础》结课报告班级：勘查0901学号：1803090124姓名：张长江二○一○年十一月二十三日2一、地理信息系统简介1.地理信息系统的基本概念地理信息系统（GeographicalInformationSystem,简称GIS）是用于回答地理学问题的艺术、科学、工程和技术的总称，是一种利用计算机创建和描述地表的数字表达方法。2.地理信息系统的基本构成一个实用的GIS要支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能。一般，GIS主要由五个部分构成，它们是计算机硬件环境、软件环境、地理空间数据、系统使用与管理人员和应用模型。3.地理信息系统的主要功能一般的GIS包括以下五项基本功能：1.数据采集与输入。2.数据编辑与更新。3.数据储存与管理。4.空间查询与分析。5.数据显示与输出。4.地理信息系统的相关学科体系地理学为GIS提供了有关空间分析的基本观点与方法，是地理信息系统的基础理论依托。而GIS的发展也为地理问题的解决提供了全新的技术手段，并使地理学研究的数学传统得到充分发挥。地学数据处理系统是以地学数据的收集、存贮、加工、集成、再生成等数据处理为目标，为地理信息系统提供符合一定标准和格式数据的信息系统。⑴作为GIS的外部数据处理，为GIS准备数据，如遥感校正。⑵作为GIS内部数据处理，已成为GIS空间分析的有机组成部分。GIS脱胎于地图，并成为地图信息的又一种新的载体形式。地图是GIS重要数据来源之一。地图学理论与方法对GIS有重要的影响。地图强调的是数据分析、符号化与显示，而地理信息系统则注重于信息分析。与传统地图集相比，电子地图（EMS）有许多新的特征：⒈声、图文、多媒体集成。⒉查询检索和分析决策功能。⒊图形动态变化功能。⒋良好用户界面、读者可以介入地图生成。⒌多级比例尺的相互转换。一个好的电子制图系统应具有地理信息系统的所有功能，且其拥有更强的空间信息表达与显示功能。桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的主要目的是产生地图：地图就是数据库。大多数桌面制图系统只有及其有限的数据管理、空间分析以及个性化能力。桌面制图系统在桌面计算机上进行操作，例如PC机，Macintosh以及小型UNIX工作站。计算机辅助设计CAD计算机辅助设计(CAD)系统促进了产生建筑物和基本建设的设计和规划。这种设计需要装配固有特征的组件来产生整个结构。这些系统需要一些规则来指明如何装配这些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系统已经扩展可以支持地图设计，但管理和分析大型的地理数据库的工具很有限。数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其中包括地理数据。DBMS使存储和查找数据最优化，许多GIS为此而依靠它。相对于GIS而言，它们没有分析和可视化的工具。5.地理信息系统的应用领域3地理信息系统又名空间信息系统，因此，与空间位置有关的领域都是地理信息系统的重要应用领域。GIS应用在环境评价和监测系统方面，主要用于环境影响评价、污染评价、灌溉适宜性评价、灾害监测（森林火灾、洪水灾情、救灾抢险等）、生态系统的研究、生物圈遗迹管理和自然资源管理等。GIS在土地和资源评价管理方面，广泛应用于土地管理、水资源清查和矿产资源评价（矿产预测、矿产评价、工程地质、地质灾害）中。GIS在市政工程建设方面，应用于公共供应网络（电、水、气、废水）、电信网络、交通领域、区域和城市规划和道路工程中。GIS可为政府和企业提供极为有力的管理、规划和决策工具。它可用于企业生产经营管理、税收、地籍管理、宏观规划、开发评价管理、交通工程、公共设施使用、道路维护、市区设计、公共卫生管理、经济发展和赈灾服务等。由于GIS强有力的数据管理、处理、显示和制图功能，测绘制图部门可利用GIS技术实现计算机制图设计、数据储存、编辑加工及自动化生产。采用GIS技术便于地图修改、更新，缩短成图周期，可大大提高劳动部门的生产率。一个新的趋势是将具体的模型与GIS方法结合起来用于规划管理，如噪声分析、环境污染、公共供应网络模型、旅游规划模型、航空和生态生物学模型等。总之，地理信息系统正越来越成为国民经济各有关领域必不可少的应用工具，相信它的不断成熟与完善将为社会的进步与发展做出更大的贡献。6.地理信息系统的主流软件数据库软件除了GIS专业软件中用于支持复杂空间数据的管理软件以外，还包括服务于非空间属性数据为主的数据库系统，这类软件有：Oracle,Sybase,Informix,DB2,SQLServer,Ingress等。它们也是GIS软件的重要组成部分，而且由于这类数据库软件具有快速检索、满足多用户并发和数据安全保障等功能，目前已实现在现成的关系型商业数据库中存储GIS的空间数据，例如SDE（SpatialDatabaseEngine）就是最好的解决方案。7.地理信息系统的发展一、国际发展状况地理信息系统的存在与发展已历经30余年。用户的需要、技术的进步、应用方法论的提高，以及有关组织机构的建立等因素，深深地影响着地理信息系统的发展。综观GIS发展，尤其是北美地区的实际情况，可将地理信息系统发展分为以下几个阶段：（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。例如，处理人口统计局数据（如美国人口调查局建立的DIME）、资源普查数据（如加拿大统计局的GRDSR）等。许多大学研制了一些基于栅格系统的软件包，如哈佛的SYMAP、马里兰大学的MANS等。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。对于这个时期地理信息系统的发展来说，专家兴趣以及政府的推动起着积极的引导作用，并且大多地理信息系统工作限于政府及大学的范畴，国际交往甚少。4（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。地理信息系统的真正发展应是70年代的事情。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，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。这个时期地理信息系统发展的总体特点是：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然很弱；在地理信息系统技术方面未有新的突破；系统的应用与开发多限于某个机构；专家个人的影响削弱，而政府影响增强。（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。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，美国于1987年成立了国家地理信息与分析中心（NCGIA），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。这个时期地理信息系统发展最显著的特点是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有机构的运行方式、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；同美国副总统戈尔提出的“数字地球”战略、我国的“21世纪议程”和“三金工程”也包括地理信息系统。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。二、国内发展状况我国地理信息系统方面的工作自80年代初开始。以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志，在几年的起步发展阶段中，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。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。地理信息系统研究作为政府行为，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、区域地理信息系统研究和建设、城市地理信息系统、地理信息系统基础软件或专题应用软件的研制5和地理信息系统教育培训。通过近五年的努力，在地理信息系统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。自90年代起，地理信息系统步入快速发展阶段。执行地理信息系统和遥感联合科技攻关计划，强调地理信息系统的实用化、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。在地理信息系统的区域工作重心上，出现了“东移”和“进城”的趋向，促进了地理信息系统在经济相对发达、技术力量比较雄厚、用户需求更为急迫的地区和城市首先实用化。这期间开展的主要研究及今后尚需进一步发展的领域有：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。同时经营地理信息系统业务的公司逐渐增多。总之，中国地理信息系统事业经过十年的发展，取得了重大的进展。地理信息系统的研究和应用正逐步形成行业，具备了走向产业化的条件。二、地理信息系统的基本原理1.地理信息系统的学科基础理信息系统，是六十年代开始迅速发展起来的地理学研究的新技术，是多种学科交叉的产物。作为传统科学与现代技术相结合的产物，地理信息系统为各种涉及空间数据分析的学科提供了新的方法，而这些学科的发展都不同程度地提供了一些构成地理信息系统的技术与方法。为了更好地掌握并深刻地理解地理信息系统，有必要认识和理解与地理信息系统相关的学科。地理学是一门研究人类生活空间的学科，地理学研究空间分析的传统历史悠久，它为GIS提供了一些空间分析的方法与观点，成为GIS部分理论的依托。地理学的许多分支学科，如地图学、大地测量学等都与GIS有着密切的相依关系。另一方面，地理信息系统也以一种新的思想和新的技术手段解决地理学的问题，使地理学研究的数学传统得到充分发挥。地理信息系统的相关学科见图1。地理学计算机科学软件工程数据库技术CAD专家系统计算机图形学制图技术遥感技术GIS62.地理信息系统的数据结构数据结构是计算机科学中与数据库系统关系较密切的一个基础性的分支。它主要研究没有数学方程的非数值计算领域，如表格、树状、网状、图结构等的程序设计问题中，计算机的操作对象以及它们之间的关系和操作。数据结构具体指同一类数据元素中各元素之间的相互关系，包括三个组成成分：数据的逻辑结构，数据的存储结构和数据的运算。数据的逻辑结构是对数据之间逻辑关系的描述，又是也简称为数据结构；数据的存储结构又称为物理结构，是数据的逻辑结构在计算机存储器中的实现；数据的运算是