第10章 地理空间信息的应用-GIS讲座

合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二地理信息系统GISGeographicInformationSystem合肥工业大学土木学院高飞合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二2地理信息系统GIS建库合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二3什么是地理信息系统—GISGIS的概念框架GIS的定义、理解和框架体系结构GIS的基本内容GIS技术涉及的基本内容GIS的组成硬件、软件、空间数据、管理人员GIS的功能基本要求、具体功能：数据采集、传输、管理和应用GIS的特性与相关学科GIS的学科树、GIS与相关系统区别和联系GIS的应用领域GIS应用与3S集成技术合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二4一、GIS的概念框架——GIS起源1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建立了世界上第一个实用的地理信息系统——加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理和规划。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。合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二5一、GIS的概念框架GIS定义——定义类型面向功能的定义：GIS是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统。面向工具箱定义：GIS是一组用来输入、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合。这种定义强调GIS提供的用于处理地理数据的工具。面向数据库定义：GIS是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询。面向专题应用定义：根据GIS应用领域的不同，将GIS分为各类应用系统。合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二6一、GIS的概念框架——GIS定义（1）GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。—美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二7一、GIS的概念框架——GIS定义（2）GIS是在电子计算机软件和硬件的支持下，运用信息科学、管理科学，对空间地理信息进行综合处理、分析和应用的信息系统。GIS——GeographicInformationSystemGIS是计算机科学、地理学、测绘学、地图学等多门学科综合技术应用的一门边缘学科合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二8一、GIS的概念框架——GIS定义框架用户界面系统和数据库管理产品生成产品输出空间数据处理空间数据分析数据输入数据库建立合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二9一、GIS的概念框架——对GIS的理解（1）GIS的物理外壳是计算机的技术系统数据采集系统、数据管理系统、数据处理和分析系统、可视化表达与输出系统等组成，影响着GIS硬件平台、系统效率和功能、数据处理方式和产品类型。GIS的操作对象是空间数据地理数据—属性数据、几何数据、时间数据。GIS能对空间数据进行有效管理，是GIS区别于其它信息系统的根本标志，也是技术难点之一。合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二10一、GIS的概念框架——对GIS的理解（2）GIS的技术优势在于它的空间分析能力GIS独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形处理和表达、空间模拟和空间决策支持等，可产生常规方法难以获得的重要信息，这是GIS的重要贡献。GIS与地理学、测绘学联系紧密地理学是GIS的理论依托，为GIS提供有关空间分析的基本观点和方法。测绘学为GIS提供各种定位数据，其理论和算法可直接用于空间数据的变换和处理。合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二11一、GIS的概念框架——GIS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研究内容合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二12二、GIS基本内容——（1）美国地理信息与分析中心GIS教学大纲一、概论引言、硬/软件、栅格GIS、数据获取、空间数据性质、空间现象及关系、GIS功能、栅格/矢量数据模型对比与相关问题二、GIS技术问题坐标系统与地理编码、矢量数据结构与算法、栅格数据存储、关于地表的数据结构及其算法、客体与时间、数据库、误差模拟与不确定性、可视化技术三、GIS应用GIS应用领域、决策支持、系统规划、系统实现、GIS发展趋势合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二13二、GIS基本内容——（2）GIS教学大纲一、概论GIS定义与历史、作为商品的数据与信息、GIS应用潜力二、GIS制图与空间分析空间数据类型、地理参考、地图投影、坐标变换、空间基本概念、点线面的基本操作三、计算机环境下的实现不同层次信息的数字表达、数据模型、误差、矢量/栅格讨论、计算机技术进展四、GIS操作硬件、数据存储媒介、处理器与处理环境、显示、生产系统举例五、GIS应用应用领域、全球尺度应用、GIS决策、项目管理、价格效益分析六、机构问题数据使用权、质量保证与标准、法律意义、GIS管理、GIS教育与培训合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二14二、GIS基本内容——（3）计算机软件、硬件空间数据获取空间数据表达与数据结构空间数据处理空间数据管理空间数据分析空间数据的显示与可视化GIS应用GIS项目管理、开发、质量保证与标准化GIS教育与培训合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二15三、GIS的组成——概论系统软件系统硬件空间数据管理人员和用户合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二16三、GIS的组成之一——硬件（基本配置）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合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二17三、GIS的组成之一——硬件（应用模式1）单机模式：•由基本外设、处理设备和输出设备构成•适用于小型GIS建设•数据传输与资源共享不方便合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二18三、GIS的组成之一——硬件（应用模式2）局域网模式：•部门或单位内部GIS建设•专线连接•资源共享较方便输出用户组1输入……GIS中央数据库与网管Intranet用户组n合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二19三、GIS的组成之一——硬件（应用模式3）广域网模式：•用户分布地域广泛，不适合专线连接•公共通讯连接•资源共享方便•局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接输入GIS中央数据库（服务器）图象处理系统局域网用户组输出多媒体系统用户用户主干网Internet合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二20三、GIS的组成之二——软件结构操作系统（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合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二21三、GIS的组成之二——软件（系统软件）系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、UNIX等。系统软件关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二22三、GIS的组成之二——软件（基础软件）数据库软件用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQLServer、Ingress等。目前GIS软件中采用商用数据库管理属性数据，一个有发展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形和属性数据的联合管理。图形平台某些GIS软件中图形处理平台。如AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMapGIS软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGEGIS软件合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二23三、GIS的组成之二——软件（GIS软件）空间数据输入与转换空间数据库管理系统图形与属性数据编辑制图与输出空间查询与分析GIS合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二24GIS软件（类型）专业GIS（ProfessionalGIS）桌面GIS（DesktopGIS）手持GIS（Hand-HeldGIS）组件GIS（ComponentGIS）GISViewer网络GIS（InternetGIS）其它（基于CAD的GIS）合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二25GIS软件（主要GIS软件）合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二26三、GIS的组成之三——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：关系数据库合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二27数据采集在GIS中的地位汽油数据以数据为处理线索硬件∶软件∶数据=1∶2∶7合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二28GIS数据：内容数字线化数据地形测图思想：点、线、面影象数据数据源丰富生产效率高直观详细记录地表自然现象数字高程模型属性数据是什么，判读和考察详细描述信息合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二29GIS数据：特征空间特征GIS独有的数据类型刻画空间对象的位置、形状和大小等几何特征表示：绝对描述—坐标（直角坐标、经纬度）相对描述—空间关系专题特征除空间特征、时间特征外的其它特征时间特征合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二30GIS的数据来源—分类表第一手数据第二手数据非电子数据电子数据全站仪、GPS数据地球物理、地球化学遥感数据地图专题地图统计图表平板测量数据工程测量数据笔记航空、遥感相片人口普查社会经济调查各种统计资料已建各种数据库GIS数据合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二31GIS的数据来源—特点统计数据地图存储介质、现势性、投影转换遥感、航空影象和数据分辨率、变形规律、纠正、解译特征地面测量数字数据格式、精度多媒体，辅助GIS空间分析和查询GIS空间数据合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二32数据内容与相应设备地图地面测量数据统计资料航空、遥感数字数据多媒体坐标几何数字化仪扫描仪摄影测量键盘空间数据库编辑处理数据交换合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系2020年4月14日星期二33三、GIS的组成之四——管理人员和用户咨询管理信息管理数据整理•GIS的开发是以人为本的系统工程。•业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。•不