农业信息技术 chapter5 地理信息系统

农业信息技术第五章地理信息系统3地理信息系统的基本概念GIS的构成GIS的基本原理GIS的软件系统3S集成与农业应用第一节地理信息系统的基本概念一、地理信息系统的定义二、GIS的产生与发展三、GIS的基本特征四、GIS的类型五、GIS的主要用途一、地理信息系统的定义第一节地理信息系统的基本概念地理信息系统(GeographicalInformationSystem，简称GIS)，是20世纪60年代开始迅速发展起来的集地理空间数据处理与计算机技术于一体的一门边缘技术学科，是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，实现空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。二、GIS的产生与发展起步阶段发展阶段应用阶段成熟阶段普及阶段1960美R.F.Tomlinson数字地图1965W.L.Garrison提出GIS术语加拿大土地管理局CGIS信息论系统论控制论硬件技术软件技术•未被广泛认可•从事的人员有限•项目的投资强度非常小•少数专家左右着GIS的发展地学第一节地理信息系统的基本概念成立了一些和GIS相关的组织一些企业开始涉足GIS市场计算机技术地图交互编辑技术地图数字化•得到一定的发展•理论和技术上没有什么突破1970s起步阶段发展阶段应用阶段成熟阶段普及阶段二、GIS的产生与发展第一节地理信息系统的基本概念计算机技术广泛应用数据库技术推广GIS数据处理能力、空间分析功能、人机交互对话、地图的输入、编辑和输出技术均有了较大发展大批商业化GIS软件1980s起步阶段发展阶段应用阶段成熟阶段普及阶段二、GIS的产生与发展第一节地理信息系统的基本概念起步阶段发展阶段应用阶段成熟阶段普及阶段计算机软硬件技术迅速发展GIS已成为支持多种硬件平台的高技术产品，并利用Windows开发工具与多媒体技术，为用户提供了多窗口环境与更为良好用户界面空间技术发展新阶段（需求应用）1990s二、GIS的产生与发展第一节地理信息系统的基本概念起步阶段发展阶段应用阶段成熟阶段普及阶段1990s后期到21世纪初应用领域已达100多个广义的地理空间性质的自然资源管理、国土整治及生态建设、土地及房地产管理、市政工程及城市管理等社会治安、消防、运输、商业网点、通讯、环境保护、石油、气象、水利、地质、农林业等向数据挖掘、模型模拟、预报与预测、智能化决策分析、虚拟现实地理信息系统、WebGIS方向发展二、GIS的产生与发展第一节地理信息系统的基本概念三、GIS的基本特征地图是地理学的第二代语言，而GIS将成为地理学的第三代语言陈述彭影像表示的形体模型（如遥感影像）地图表示的地理模型数表展示的人文经济社会统计数据GIS模型区域研究综合思维工具地理空间数据库适时提供多种空间的和动态的地理信息，用于决策服务第一节地理信息系统的基本概念三、GIS的基本特征第一节地理信息系统的基本概念1.地理信息系统是一个空间型的信息系统，具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性。2.以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析和动态预测的能力。3.GIS的操作对象是地理数据，既有空间数据，又有属性数据，并通过数据库管理系统将二者联系在一起共同管理、分析和应用，从而提供了认识地理现象的一种新的方式方法。三、GIS的基本特征第一节地理信息系统的基本概念4.在计算机系统支持下，利用空间分析模型，完成空间地理数据管理、地理分析、地理决策。计算机支持是地理信息系统的重要特征。5.能够对空间信息数据进行图形化输出，表达形象直观，便于决策应用。6.与地球科学、环境科学、管理科学、应用数学、遥感、GPS、空间数据库、图形图像处理及各种应用技术有着不可分割的密切关系。四、GIS的类型第一节地理信息系统的基本概念大致分为应用型地理信息系统和工具型地理信息系统。根据研究范围，分为全球信息系统、区域信息系统和国家信息系统；根据其研究内容，分为专题信息系统和综合信息系统；按照使用的数据模型，分为矢量信息系统、栅格信息系统和矢栅混合系统等。四、GIS的类型（一）专题信息系统（ThematicInformationSystem）森林动态监测信息系统水资源管理信息系统矿产资源信息系统农作物估产信息系统草场资源管理信息系统水土流失信息系统等具有有限目标和专业特点的GIS，为特定的专门目的服务。第一节地理信息系统的基本概念（二）区域信息系统（RegionalInformationSystem）以区域综合研究和全面的信息服务为目标四、GIS的类型第一节地理信息系统的基本概念加拿大国家信息系统美国橡树岭地区模式信息系统美国圣地亚哥县信息系统我国黄河流域信息系统等自然分区或流域为单位国家级的区域信息系统地区或省级市级和县级等行政分区…北京市水土流失信息系统海南岛土地评价信息系统河南省冬小麦估产信息系统等区域性专题信息系统四、GIS的类型第一节地理信息系统的基本概念许多实际的地理信息系统是介于上述二者之间（三）地理信息系统工具（GISTool）一组具有图形图像数字化、存贮管理、查询检索、分析运算和多种输出等GIS基本功能的软件包专门设计研制的在完成了实用GIS后抽取掉具体区域或专题的地理空间数据后得到的四、GIS的类型第一节地理信息系统的基本概念五、GIS的主要用途信息查询绘制图件预测预报模拟分析管理与决策特定位置存在什么、周边环境如何查找满足一定条件的地方所处位置地图：数据来源/一种成果过去及现在空间格局变化分析→未来变化过程假设数据→GIS进行模拟→分析可能结果与专家系统相结合，开发空间决策支持系统第一节地理信息系统的基本概念第二节GIS的构成一、硬件系统二、软件系统三、地理空间数据四、系统开发、管理和使用人员一、硬件系统（一）硬件系统构成1.数据输入设备：图形手扶跟踪数字化仪、大幅面图形图像扫描仪、各种类型的数字测量设备、键盘、通讯端口等。第二节GIS的构成一、硬件系统（一）硬件系统构成2.数据存贮设备：光盘、硬盘、磁带及相应的驱动设备。第二节GIS的构成硬盘磁带机磁盘驱动器磁盘阵列一、硬件系统（一）硬件系统构成3.计算机主机：大型、中型、小型机、工作站和微型计算机。第二节GIS的构成工作站中型机小型机大型机微机一、硬件系统（一）硬件系统构成4.数据输出设备：图形/图像显示器、矢量/栅格绘图仪、行式/点阵打印机等。第二节GIS的构成（二）硬件系统配置类型1.简单型配置2.基本型配置3.专业型配置4.网络型配置一、硬件系统第二节GIS的构成1.简单型配置满足GIS软件的基本要求•编辑•查询•检索•分析•制表•制图受限输入设备存储设备输出设备数据更新成果表达-2.基本型配置•地理信息更新和表达•GIS功能全面发挥3.专业型配置高分辨率图形工作站图像处理器全站型速测仪GPS接收机4.网络型配置二、软件系统第二节GIS的构成操作系统汇编程序编译程序诊断程序库程序各种维护使用手册、程序说明等计算机系统软件GIS软件和其他支撑软件应用分析程序数据库管理软件计算机图形软件包CAD图像处理软件等•数据输入•交互编辑•数据管理•数据操作•查询检索•整饬输出•用户接口根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸三、地理空间数据（一）信息与数据第二节GIS的构成信息（information）是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体物理设备形式的改变而改变。数据（data）是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们所能转换成的各种形式。表示数据名称数据类型数据长度类型数值型数据字符型数据图表数据音频数据视频数据（二）地理信息与地理数据地理信息（geographicalinformation）关于地理圈（大气、生物、土壤、岩石、水）或地理环境中地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，是对地理数据的解释。1.地理信息区域性经纬网等建立地理坐标来实现空间位置标识多维结构二维空间基础上实现多专题的第三维结构时序特征超短期/短期/中期/长期/超长期三、地理空间数据第二节GIS的构成地理数据（geographicaldata）是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称，是各种地理特征和现象间关系的符号化表示。2.地理数据（geographicaldata）（二）地理信息与地理数据三、地理空间数据第二节GIS的构成空间数据（spatialdata）单个的或群体的以空间位置为参照的数据，描述地物所在位置，或地物间的相对位置关系，如空间上的距离、邻接、重叠、包含等。属性数据（attributedata）一定地物、描述其特征的定性或定量指标，包括语义数据与统计数据等，通常以数字、符号、文本和图像等形式来表示。时态数据（temporaldata）描述地理数据采集或地理现象发生时刻或时段的数据。图形图像文字表格数字数字化仪扫描仪键盘磁带机系统建立者GIS是系统程序作用的对象是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据三、地理空间数据第二节GIS的构成（三）地理空间数据四、系统开发、管理和使用人员骨架：计算机硬件精髓：GIS软件血液：地理数据大脑：GIS用户♫系统组织、管理、维护♫数据更新、系统扩充完善、应用程序开发♫灵活采用地理分析模型提取多种信息第二节GIS的构成第三节GIS的基本原理一、地理空间数据与地图二、地图的基本原理三、数字地图的存储、显示与输出四、GIS的空间数据管理五、GIS的空间数据分析与处理一、地理空间数据与地图地理空间数据----表格或地图表示地图（map）是经过概括并用形象符号表示的地球表面在平面上的图形，用来表示各种自然和社会现象的分布状况和联系。地图是一种图解图像模型，可以获得一个地区或整个地球表面的同一时间的空间表象。地图表达的对象可以是具体的（如居民点、植被、土壤等）和抽象的（如人口密度、工农业产值、影响范围）、现实的（如河网、道路、城市土地利用）和预期的（如规划的灌溉网、规划的道路和土地利用规划）。还可表示自然现象的发生发展过程，如表示城市化过程的城市扩散图、土地利用变化图，反映土壤侵蚀速率图等。第三节GIS的基本原理二、地图的基本原理第三节GIS的基本原理（一）地图上的坐标及坐标映射体系地图实际上是将地球表面的特征以点、线、面的形式映射到一个二维平面上，通过采用平面坐标系（planarcoordinatesystems）确定地图位置与地面位置的对应关系。平面坐标系又称xy坐标系或笛卡尔坐标系（Cartesiancoordinatesystems）。位置总是与坐标（x,y）密切相联。地球是个椭圆形的球体，经度和纬度常用于表示地球表面上任何一点的位置，其单位为度、分、秒（DMS）。但是，经度和纬度不能用作平面坐标系中的x、y坐标，因为同样的经度差所反映的地面距离是随纬度而变的。例如，１度的经度差值间的地面距离，在赤道上是111公里，在两极上则为0。二、地图的基本原理第三节GIS的基本原理（一）地图上的坐标及坐标映射体系根据不同的需要，采用适合的坐标映射体系将地球表面映射到平面上。常用的映射体系有若干种，各自都在不同方面产生某些程度的失真：名称形状面积距离方向备注麦开托（Mercator）不失真确定失真愈近两极，失真愈大有些失真通用横向麦开托（UniversalTransverseMercator）不失真愈远离中央经线，失真愈大失真情况同面积有些失真在映射大面积区域时不适用。横向麦开托（TransverseMercator）不失真确定失真有些失真有些失真艾尔伯斯等积锥（AlbersEqual-AreaConic）有些失真不失真有些