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聂祥永国家林业局华东林业调查规划设计院二00二年九月第三讲地理信息系统及其在森林资源管理工作中的应用高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统第一章地理信息系统概述第二章GIS的组成和功能第三章GIS的数据模型与结构第四章GIS常用软件简介第五章森林资源GIS的建立第一节地理信息系统的概念高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统第二节地理信息系统的主要类型第一章地理信息系统概述高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统第一节GIS的技术系统第二节GIS的构成第三节GIS的功能第二章GIS的组成和功能高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统第一节地理空间第二节空间数据模型第三节空间数据结构第三章GIS的数据模型与结构高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统第一节GIS常用软件第二节MapInfo简介第三节MapInfo基本操作使用第四章GIS常用软件简介高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统第五章森林资源GIS的建立第一节森林资源管理与GIS第二节森林资源GIS建立第三节森林资源GIS应用工作流程高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统1、系统的概念：2、数据与信息的概念：3、信息系统的概念：4、地理数据：地理信息以数字、文字、图形、图像等媒介为载体，通常这些媒介被称之为地理数据、根据这些数据的不同，常常将其划分成空间数据（表现其地理坐标位置的数据，如图形、图像）和属性数据（反映相关属性特征的数据，如调查数据……）5、地理信息：就是表征地理圈或地理环境因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、图像和图形的总称。地理信息有三大特征：(1)区域分布性(空间定位)；(2)数据量大；(3)信息载体的多样性。7、地理信息系统的定义：地理信息系统(GeographicinformationSystems简称GIS)是一个有组织的计算机软件和硬件的集合。用于高效地创建、操作、分析和显示各种类型的地理或空间参照的数据。GIS的显著特征是可以从事复杂的空间运算，这对于其它系统来说是比较困难的事。(AsystemforcapturingstoringChecking,manipulatinganalysisanddisplayingdatawhicharespatiallyreferencedtheEarth)地理信息系统也可简单定义为用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统8、地图（map）：地图是一张以绘图方式反映地理情况的平面图第一节地理信息系统的概念高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统第二节地理信息系统的主要类型地理信息系统是有关空间数据管理和空间信息分析的计算机系统。依照其应用领域，地理信息系统可分为土地信息系统、资源管理信息系统、地学信息系统等（图1.1）；根据其使用的数据模型，可分为矢量、栅格和混合型住处系统；根据其服务对象，可分为专题信息系统和区域信息系统。与一般的管理信息相比，地理信息具有以下特征：（1）地理信息系统在分析处理问题中使用了空间数据与属性数据，并通过数据库管理系统将两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思维方法；而管理信息系统则只有属性数据库的管理，既使存贮了图形，也往往以文件形式等机械形式存贮，不能进行有关空间数据的操作，如空间查询、检索、相邻分析等，更无法进行复杂的空间分析。（2）地理信息系统强调空间分析，通过利用空间解析式模型来分析空间数据据，地理信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。（3）地理信息系统的成功应用不权取决于技术体系，而且依靠一定的组织体系（包括实施组成，系统管理员、技术操作员、系统开发设计者等）。（4）虽然信息技术对地理信息系统的发展起着重要的作用。但是，实践证明，人的因素在地理信息系统的发展过程中越来越具有重要的影响作用，地理信息系统许多的应用问题已经超出技术领域的范畴。高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统地理信息系统（GIS）信息系统管理信息系统(MIS)非地理信息系统CAD/CAM非空间信息系统空间信息系统数据模型应用领域土地信息系统资源管理信息系统地管信息系统矢量栅格混合型专题信息系统区域信息系统服务对象（图1.1）地理信息系统的分类高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统第一节GIS的技术系统地理信息系统的技术系统一般由软件系统、信息系统和应用系统三部分所组成。一、软件系统地理信息系统的软件系统由核心软件和应用软件组成。其中核心软件包括数据处理、管理、地图显示和空间分析等部分，由特殊的应用软件包则紧紧地与核心模块相连，并面向一些特殊的应用问题，如网络分析、数字地型模型分析等。虽然地理信息系统软件有些是通用的数据库管理系统，但大部分软件是专用的，仅限用于地理信息系统领域；一些地理信息系统软件属于免费软件，但大多数为商业化软件系统，并有知识产权所有问题；有些软件是面向特定硬件的，但大多数软件独立于特定硬件，为开放系统。二、信息系统信息系统是具有处理、管理和分析能力的系统。它主要包括为GIS应用系统建立和运行所需要的计算机软件环境、数据获取以及系统实现等的信息技术。信息系统是GIS应用系统运作的物质基础和技术保证。三、应用系统GIS的应用系统是GIS的服务对象，GIS最终成果的总结。GIS应用系统具有特定的系统目标、功能要求、数据内容和应用环境。如森林资源GIS是为森林资源与林政管理和监督工作服务的应用系统，它应具有对森林资源的空间特征数据的处理分析和表达功能，它的数据内容是有关森林资源的基础数据和管理信息。高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统一个典型的地理信息系统应包括三个基本部分：计算机系统（硬件、软件）、地理数据库系统、应用人员与组织机构（图.2.1）。GIS界面数据模型空间数据库显示数据获取用户传播图2.1地理信息系统组成示意图第二节GIS的构成高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统（1）计算机统。计算机系统又可分为硬件系统、软件系统。地理信息系统的硬件部分包括执行程序的中央处理器，保存数据和程序的存储设备，用于数据输入、显示和输出和外围设备等。其中大多数硬件是计算机技术的通用设备，而有些设备则在地理信息系统中得到了广泛应用，如数字化仪、扫描仪等。地理信息系统的硬件系统正朝着低价位且快速的方向发展。（2）地理数据库系统。地理信息系统的地理数据分为几何数据和属性数据。它们的数据表达可以采用栅格和矢量两种形式，几何数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及拓扑几何关系。地理数据库系统由数据库实体和地理数据库管理系统组成。地理数据库管理系统主要用于数据维护、操作和查询检索。地理数据库是地理信息系统应用项目重要的资源与基础，它的建立和维护是一项非常复杂的工作，涉及到许多步骤，需要技术和经验，需要投入高强度的人力与开发资金，是地理信息系统应用项目开展的瓶颈技术之一。（3）地理信息系统的应用人员和组织机构。对于合格的系统设计、运行和使用来说，地理信息系统专业人员是地理信息系统应用成功的关键，而强有力的组织是系统运行的保障。一个周密规划的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师以及最终运行系统的用户。缺乏合格地理住处系统专业人员是当今地理信息系统技术应用中最为突出的问题之一。另外，从系统中数据处理看，地理信息系统是由数据输入子系统、数据存储与检索子系统、数据处理与分析子系统和输入子系统组成。（1）数据输入子系统，负责数据的采集、预处理和数据转变等。（2）数据存储与检索子系统，负责组织和管理数据库中的数据，以便于数据查询、更新与编辑处理。（3）数据处理与分析子系统，负责对系统中所存储的数据进行各种分析计算，如数据的集成与分析、参数估计、空间拓扑叠加、网络分析等。（4）输出子系统，以表格、图形或地图的形式将数据库的内容或系统分析的结果以屏幕显示或硬件拷贝方式输出。高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统第三节GIS的功能作为地理信息自动处理与分析系统，地理信息系统的功能遍历数据采集—分析—决策应用的全部过程，并能回答和解决以下五类问题：（1）位置，即在某个地方有什么的问题。位置可表示为地方名、邮政编码、地理坐标等。（2）条件，即符合某些条件的实体在哪里的问题。例如在某个地区寻找面积不小于1000m2的不被植被覆盖的，且地下条件适合于大型建筑的区域。（3）趋势，即某个地方发生的某个事件及其随时间的变化过程。（4）模式，即某个地方存在的空间实体的分布模式的问题。模式分析揭示了地理实体之间的空间关系。（5）模拟，即某个地方如果具备某种条件会发生什么问题。地理信息系统的模拟是基于模型的分析。由于地理信息系统发展的多源性，其功能具有可扩充性以及应用的广泛性。Mauguire等按照地理信息系统中数据流程，将地理信息系统的功能分为以下5类10种：①采集、检验与编辑；②格式化、转换、概化；③存储与组织；④分析；⑤显示。在分析功能中，把空间分析与模型分析功能称为地理信息系统高级功能。1、地理信息系统的基本功能（1）数据采集、检验与编辑。①数据输入：把模拟量的数据如纸介质地图数据、航片、卫片等数据转化为计算机可读的格式，以备后续处理。最主要的技术手段是手持数字阶级数据输入、扫描数字化数据输入等。②数据编辑：对输入的数据进行编辑修改以使之成为“干净”的数据，对数据的精度完整性和一致性进行检查修改等，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性（即所谓的无隙数据库，SeamlessDatabase）、数据值逻辑一致、无错等。一般而论，地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的70%或更多，并且这种比例在最近不会有明显的改变。为此，信息共享与自动化数据输入成为地理信息系统研究的重要内容。目前可用于地理信息系统数据采集的方法与技术很多，有些仅用于地理信息系统，如手扶跟踪数据字仪化，而自动化扫描输入与遥感数据的集成最为人们关注。扫描技术的应用与改进是一个富有挑战性的问题，扫描数据的自动化编辑与处理仍是地理信息系统主要研究的技术关键。高新技术在森林资源管理工作中的应用第三讲地理信息系统2、空间分析与模型分析功能空间分析在地理学研究中有着悠久的历史与传统，数学概念与方法的引入，并从统计方法扩展到运筹学、拓扑学等方法的应用，进一步促进了其定量分析的能力。地理信息系统的空间分析功能可用于分析和解决地理特征间的相互关系及空间模式。因此，根本的问题不在于什么是空间分析，而是说明空间分析方法中哪些是地理信息系统能够实现的？地理信息系统的应用是否能真正地改进空间分析能力？在地理信息系统应用成功大量的案例中，他们多是描述地理信息系统如何改进基本的地图制图、土地信息管理及相关现象的分析等，唯一缺少的提对空间特征间关系能力的描述。因此，应更多地关注地理信息系统空间分析问题的研究，尤其是加强环境空间模似模型的研究。这不仅是地理学家的责任，也是许多其它学科，诸如环境学科以及公共决策分析家的任务。地理信息系统的空间分析可分为三个不同的层次。一是空间检索，包括从空间位置检索空间物体及其属性和从属性条件集检索空间物体。“空间索引”是空间检索的关键技术，如何有效地从大型的地理信息系统数据库中检索出所需信息，将影响地理信息系统的分析能力。另一方面，空间物体的图形表达也是空间检索的重要部分。第二则是空间拓扑叠加分析，空间拓扑叠加实现了输入特征的属性的合并以及特征属性在空间上的连接。空间拓扑叠加本质是空间意义上的布尔运算。目前，空间拓扑叠加被许多人认为是地理信息系统中独特的空间分析功能。有一点需要指出，矢量系统的空间拓扑叠加需要进行大量的几何运算，并在叠加过程中会产生许多小而无用的伪多边形（Silverpolygon），其属性组织不合理，伪多边形的产生是多边形矢量叠加的主要问题。第三是空间模拟分析，空间模拟分析刚刚起步，目前多数研