地理信息系统——第一章绪论

地理信息系统李燕婷青海大学地质系测量教研室[e-mail]13897280545《地理信息系统》课程简介《地理信息系统》是一门综合性较强的课程，知识点多，具有学科与技术的统一性、发展与内容更新的快速性、多学科集成（地理学、地图学、测绘学、遥感科学、计算机科学、数据库、信息科学等）、渗透性较强、空间抽象性强、研究对象的空间尺度变化大，应用范围广等特点。课程讲述的主要内容包括空间信息基础、空间数据结构、空间数据库、空间数据采集与处理、GIS空间分析原理与方法、地理信息系统产品输出、地理信息系统设计与标准化、GIS新技术等。其中，空间数据结构、空间数据处理、GIS空间分析原理与方法和地理信息系统产品输出等为课程的中心内容。《地理信息系统》课程特点GIS是一门典型的交叉性学科要掌握相关学科的知识。GIS是一门实践性很强的学科要重视技能训练，重点掌握ArcInfo等基础GIS软件的操作和使用GIS是一门迅速发展中的学科要经常阅读有关的文献资料，掌握GIS学科的发展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自己的能力。《地理信息系统》课程的要求掌握地理信息系统的基本原理：包括空间数据的语义学基础、GIS的科学定义、空间关系和空间对象的表达、空间数据结构和类型、空间分析原理和地学模型方法等；掌握地理信息系统的基本技术和方法：具有应用相关软件从事空间数据的采集、存储与管理、处理、分析和图形创建的基本技能；初步具有应用GIS技术开展地学研究的能力：包括地学应用模型的构建，应用型GIS的设计，主要GIS软件系统的使用和评价等。教学目的与课程重点掌握基本概念、基础理论、基本原理、方法掌握空间数据的获取、编辑、可视化及专题地图的制作学会GIS的空间分析方法及应用工具教学主要参考资料《地理信息系统基础》——龚建亚，科学出版社《地理信息系统》——张超等，高等教育出版社《地理信息系统原理、方法和运用》——邬伦等，科学出版社《地理信息系统实习教程》——张超等，高等教育出版社《地理信息系统与Mapinfo应用》——张建平等，科学出版社《地理信息系统》——汤国安，科学出版社…………第一章绪论第一节基本概念第二节GIS的构成第三节GIS的功能第四节GIS的特征第五节GIS的研究内容第六节GIS的相关学科第七节GIS的发展简史第八节GIS的发展趋势第九节GIS的发展展望第十节GIS的应用领域地理信息系统第一节基本概念1.1.1基本概念1、数据与信息（Dataandinformation)数据(Data)：定义：数据是指通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，它不仅包括数字还包括文字、符号、图形、图像以及各种可以转换成数据的现象。数据本身没有任何的意义。地理信息系统信息（information）：定义：信息是指用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等内容、数量和特征，是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理形式的各种改变而改变。特点：数据与信息之间的关系：第一节基本概念地理信息系统特点：客观性任何事物都是与客观事物紧密相关的。实用性任何信息对决策都起到十分重要的作用。传输性信息可以在传输者和提供者之间传输。共享性信息可以被多个用户所共享，而实物不同。数据与信息之间的关系(1)信息与数据是不可分离的；(2)信息是内涵，数据是载体。信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就信息；(3)数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。(4)信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变；(5)数据是原始事实，而信息是数据处理的结果；(6)不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。2、地理数据与地理信息（GeologydataandGeologyinformation)地理数据（GeologyData）：定义：地理数据是指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，它是各种地理特征和现象间关系的符号化特征。包括几何数据、属性数据及时间数据三部分。几何数据：点的坐标（X,Y)属性数据：树种、树高、树龄时态数据：2010年地理信息（Geologicalinformation）：定义：地理信息是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。特性：区域特征：与地理位置联系在一起。多维特征：在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构。时间特征：地理数据或地理现象发生的时刻、时段，以及地理现象的动态变化。3、信息系统（InformationSystem）能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统称为信息系统。数据人信息系统硬件软件类型1、事务处理系统（TPS，TransationProcessSystem）2、管理信息系统(MIS，ManagementInformationSystem)3、决策支持系统（DSS，DecisionSupportSystem）4、人工智能和专家系统（ES，ExpertSystem）4、地理信息系统（GeographicalInformationSystem）定义：GIS是由计算机硬软件、地理数据和用户组成，通过对地理数据的采集，输入、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理数据，从而为工程设计、土地利用、资源管理、城市管理、环境监测、管理决策等应用服务的计算机系统。地理信息系统的三种定义视角In1991,DavidMaguiresynthesizedvariousGISdefinitionsintothreedistinctyetoverlappingviews,whichhetermed:themap,thedatabase,andthespatialanalysisviews.ThemapviewfocusesoncartographicaspectsofGIS,viewingGISasmapprocessingordisplaysystemsinwhichtheemphasisisontheabilityofsuchsystemstoproducehighqualitymapsandcharts.ThedatabaseviewofGISemphasizestheimportanceofwell-designedandimplementeddatabasesystemsinwhichcomplexanalyticaloperationsthatrequiretheuseofmanytypesofgeographicaldatacanbepreformed.ThespatialanalysisviewofGISfocusesonanalysisandmodelinginwhichGISisseenmoreasaspatialinformationsciencethanatechnology.其它概念面向数据处理过程的定义：地理信息系统是一个具有输入、存储、查询、分析和输出地理数据的计算机系统。面向专题应用的定义：根据处理信息的类型来定义地理信息系统，如房地产管理信息系统，土地管理信息系统，城市交通管理信息系统，资源开采管理信息系统等。工具箱定义：这种定义基于软件系统分析的观点，认为地理信息系统包括各种复杂的处理空间数据的计算机程序和各种算法。工具箱定义系统地描述了地理信息系统应具备的功能，这为软件系统的评价提供了基本的技术指标。数据库定义：强调数据库理论和技术方法对GIS设计、操作的重要性以及分析工具与数据库管理系统的联接。一个通用的地理信息系统可以看成是许多特殊的空间分析方法与数据库管理系统的结合。地图观：认为GIS是一个地图处理和显示系统。在该系统中，每个数据集被看成是一张地图、或一个图层（layer）、或一个专题(theme)、或覆盖(coverage)。利用GIS的相关功能对数据集进行操作和运算，就可以得到新的地图。空间分析观：强调空间分析和模拟的重要性。实际上，GIS的空间分析功能是它与CAD、MIS等系统的主要区别之一，也是GIS理论和技术方法发展的动力。多种定义GeographicInformationSystem(GIS)isaninformationsystemabletoencode,store,transform,analyze,anddisplaygeospatialinformation(GIS)isasystemforinput,storage,manipulation,andoutputofgeographicinformationNCGIACoreCurriculuminGeographicInformationScience地理信息系统的分类按范围:全球,国家,区域,城市GIS按维度:二维GIS,三维GIS,四维GIS(三维动态GIS)或时态GIS按内容:综合性GIS和专题GIS。综合性GIS，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。专题GIS即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、环境管理信息系统，土地信息系统,规化信息系统,交通信息系统等。区域性地理信息系统全球性地理信息系统综合地理信息系统专题地理信息系统工具型地理信息系统应用型地理信息系统按研究区域分按研究内容分按功能分信息系统非空间信息系统空间信息系统管理信息系统非地理信息系统地理信息系统综合地理信息系统专题地理信息系统CAD与一般信息系统之间的区别（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库的管理，即使存储了图形，也仅仅以机械形式存储，不能进行有关空间数据的操作。1234……350林地王强3……150旱地赵雨4……130工业用地李宁2……180居民地张华1……面积土地利用权属编号(2)地理信息系统强调的是空间分析，通过利用空间分析模型来分析空间数据，地理信息系统的成功也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不仅取决于技术体系，而且依靠一定的组织体系。(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。与一般信息系统之间的区别第二节地理信息系统的构成硬件软件地理空间数据库系统开发、管理与使用人员GIS系统硬件系统软件空间数据应用人员应用模型GIS的基本构成硬件：输入设备输出设备硬件C输出DAGIS中央数据库及网管服务器CD-ROM磁带机用户组1用户组2B输入扫描仪数字化仪PC机工作站绘图仪打印机局域网局域网模式用户组1用户组2服务器CD-ROM磁带机硬盘、光盘机AGIS中央数据库及网管用户组3用户组4广域网B输入PC机B输入扫描仪绘图仪打印机E输出D图像处理系统F多媒体系统工作站多媒体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地理信息系统主要软件组成GIS的软件按照功能可以分为以下几个子系统：（1）数据输入子系统（2）图形及属性编辑子系统（3）空间数据库管理子系统（4）空间查询语分析子系统（5）制图与输出子系统地理信息系统空间特征：是指地理实体的空间位置及相互关系；属性特征：表示地理实体的名称、类型和数量等；时间特征：指实体随时间而发生的相关变