第1章 地理信息系统概论

地理信息系统主讲：潘晓芳2011.9本课程的教学目的和要求•掌握GIS的概念，了解GIS组成和基本功能；概念框架、理解，GIS组成、基本功能•掌握GIS的数据处理流程采集、编辑、组织、管理、分析、输出；•熟悉GIS空间分析基本技术和方法，具有用GIS解决本专业相关问题的能力；•了解GIS的发展与趋势通过该门课程的学习，掌握地理信息系统的基本原理、基本方法与常用GIS软件的操作。教材及参考书目：•教材：–《地理信息系统——原理、方法和应用》，邬伦等著，科学出版社；•参考书目：–《地理信息系统概论》，黄杏元等著，高等教育出版社；–《地理信息系统涉及与实现》，吴信才等著，电子工业出版社；–……什么是地理信息系统？•典型案例：公园选址辅助决策•要求：–1）依山傍水，地形有一定起伏，必须靠近天然的小河流；–2）交通方便，但周围环境较安静，公园距公路的距离最远不得超过1.25km，最近不得小于0.25km；–3）空气新鲜，有一定的植被覆盖率；–4）等等其它条件；道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算土地适宜性评价传染病医院的选址学校的选址银行选址邮递员问题设置雷达站、电视台的发射站、道路选择、航海导航等，军事上如布设阵地、设置观察哨、铺架通信线路等管网中某一点出现故障后，分析应关闭和阀门有影响的管段、用户区域等。水、油、气等物质网络上管道或点设备（阀门、仪表等）发生故障的分析问题。本章要学习的问题：•什么是地理信息系统？•地理信息系统有什么功能和作用？•地理信息系统的组成？•地理信息系统的发展？第一章绪论•1.1地理信息系统的概念•1.2地理信息系统的类型、构成•1.3地理信息系统的功能•1.4地理信息系统的研究内容•1.5地理信息系统的发展•地理信息系统是解决空间问题的有效的辅助决策支持工具。•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。–以一定规则组织在一起的事实的集合。第一节地理信息系统的概念信息的特点客观性实用性可传输性共享性正确和精确性信息能提供并发应用以一定的形式或格式在用户间传输经处理分析有价值•数据(Data):–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、图像以及它们能转换成的数据等形式。–数据是用以载荷信息的物理符号，数据本身并没有意义–数据可以有数值、图形、声音、视觉数据等信息=数据+说明数据是信息的载体。•地理数据：–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。–包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。•地理信息：–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，它是对地理数据的解释。–地理信息地理信息具有区域性、多维结构特性和动态变化的特性。区域性动态性（时间性）多维性单点多重属性信息随时间动态变化地理信息的定位特征地理信息的特点•信息系统：–具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。–一个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。信息系统类型1.管理信息系统（MIS）：基于数据库的管理系统2.决策支持系统（DSS）：在MIS基础上加上方法模型对问题进行仿真或模拟3.智能决策支持系统（IDSS）：在DSS中引入人工智能,如专家系统（ES）4.空间信息系统（SIS）：对空间数据进行采集、处理管理和分析的系统信息系统的分类•地理信息系统的定义：–不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的–A、GIS是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。–B、为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。---美国国家地理信息与分析中心–C、是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。–D、GIS是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。--英国教育部•本教材的定义是由两个部分组成的：–一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；–另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库（GeospatialDatabase）为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统与其它相关技术的区别1、GIS与CAD系统的区别•CAD（ComputerAidedDesign）图形处理功能强大，制图、编辑、输出等，但属性功能很弱。•GIS对图形属性综合管理，具有较强的空间分析能力。二者不能互相替代，CAD可作为GIS数据采集的工具。2.GIS与数字地图制图的区别•数字地图制图通常只对图形数据进行管理，缺少管理非图形数据的能力。•GIS同时管理图形非图形数据，把两者结合起来作深层次分析。•数字地图是地理信息系统重要的数据源。3.GIS与一般的数据管理系统的区别•GIS处理的是空间数据和属性数据的综合。•一般的数据库管理系统数据处理对象是非空间数据，多为关系型二维表格。•GIS对计算机软硬件要求比后者高。•用数据库管理系统建立的数据库可以作为地理信息系统空间数据库的属性库的数据源。•空间数据：–是指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，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。•地理空间信息:–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，它是对地理数据的解释。–其最主要的特征：•所有的信息都具有地理位置参照•人类社会中70-80%的信息具有空间特性。GISGIS在信息系统中的位置信息系统非空间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•专题地理信息系统（SubjectGIS）：是具有有限目标和专业特点的地理信息系统。为特定的专门的目的服务，如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、环境管理信息系统等。•区域地理信息系统（RegionalGIS）：主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。如国家级、地区级、市级或县级等。•地理信息系统工具(GIS—Tools）：它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。第二节地理信息系统的类型、构成地理信息系统的组成？系统软件系统硬件空间数据计算机硬件系统输入设备专用设备常规设备GPS全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统全站仪扫描仪数字化仪键盘、鼠标处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备绘图仪终端打印机计算机软件系统操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）标准软件（图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件用户界面GIS软件基础软件系统软件GIS地理空间数据定位拓扑关系属性GIS组成：地理空间数据•GIS的操作对象为空间数据•空间数据特征：几何、属性、时间数据；•空间数据组织：矢量结构、栅格结构；•空间数据管理：几何数据：文件属性数据：关系数据库系统开发、管理和使用人员咨询管理信息管理数据整理第三节地理信息系统的功能制图结构化数据交互展示原始数据观察的的现象、文件与地图存储与检索数据预处理查询与分析展示与交互数据获取数据库GIS能作什么？缓冲区分析叠加分析空间查询网络分析地形分析。。。数据采集与输入数据编辑与更新数据存储与管理空间查询与分析数据显示与输出数据采集与输入现实世界文字报告、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库空间查询空间数据库哈尔滨在哪里？空间查询属性查询78路公交经过哪些站？叠加分析空间数据库为某工厂选址，首先找出地价1万元m;且地形起伏较小的区域?地价1万元m坡度小于3度的地形信息空间检索满足两条件的区域+缓冲区分析空间数据库道路的噪音影响范围?街道中心线空间检索城市环境评价空间数据库哪条路最近,如何乘车?道路信息空间检索网络分析地形分析空间数据库航道淤积,挖槽方案比较?地形信息空间检索数据显示与输出空间数据库各种需求?各种信息空间检索GIS基本功能的实现过程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的主要应用领域资源管理区域和城乡规划灾害监测环境评估作战指挥交通运输……宏观决策地理信息系统有什么作用资源管理GIS最初就是起源于资源清查，是GIS的最基本的职能。GIS在国际上典范中有：加拿大应用GIS完成全国土地资源潜力和估算；利用GIS进行世界小麦大面积估产的高准确率---这些说明GIS在资源清查方面的应用趋于成熟。区域和城乡规划在进行区域和城镇规划的过程中，要处理许多不同性质和不同特点的问题，涉及多方面要素，如资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等，GIS将这些数据信息归算到城市的统一系统之中，最后进行城市和区域多目标的开发和规划，包括城镇总体规划，城市建设用地适宜性评价，城市环境选质量评价，道路交通规划，公共设施配置及城市环境动态监测等。灾害监测GIS可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损失估算，确定泄洪区内人员撤退、财产转移和救灾物资供应的最佳路线，为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息。环境评估作战指挥交通运输宏观决策GIS利用地理数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，可为国家宏观决策提供依据。例如我国在三峡地区的研究中通过利用GIS和机助制图的方法，建立环境监测系统，为三峡工程的宏观决策提供了建库前后环境变化的数量，速度和演变趋势等可靠数据。城市土地利用信息系统电信资源管理铁路地理信息系统公安警用地理信息系统属性查询查询专题图作战指挥地图切换医疗机构信息查询第四节地理信息系统的研究内容地理信息系统的相关学科•地理信息系统，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。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GIS第五节地理信息系统的发展•60年代开拓发展阶段•70年代巩固阶段•80年代突破阶段•90年代以后社会化阶段作业与思考•什么是GIS？它具有什么特点？•简述GIS的构成。•简述GIS的发展。•结合自己的专业说明GIS的应用。