地理信息系统概论

地理信息系统概论课程特点：GIS是一门典型的交叉性学科因此，学生要学好GIS，首先必须要做好“GIS”(Gentlemanlike,Intelligence,Smile。即博大(共建共享)、智能(开发创新)、微笑(微笑服务))。GIS是一门实践性很强的学科因此，要重视技能训练，重点掌握MAPGIS等基础GIS软件的操作和使用。GIS是一门迅速发展中的学科因此，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。课程地位：专业基础选修课。学习要求：1掌握GIS的基本概念、基本理论、基本操作方法（即原理与技术）；2了解GIS最新发展趋势和方向，应用领域，应用技术；3熟悉一门地理信息系统基本软件（MapGIS）的应用与操作；4按时完成作业、课程实验报告，不缺课。学习方法：1、认真听课，做好笔记。理解每节课的内容；2、注意参考资料的阅读；3、动手实践（基于MapGIS软件），独立完成课程实验规定的内容；成绩考核：期末考试40％；平时成绩30％；上机实验30%。主要参考资料：参考书：1.黄杏元，马劲松，地理信息系统概论（第三版），高等教育出版社，20082.陈述彭，地理信息系统导论，科学出版社，20063.吴信才，地理信息系统设计与实现，电子工业出版社，20004.龚健雅，地理信息系统基础，科学出版社,1998练习软件：MapGIS6.7;资料下载：……第一章地理信息系统概论1基本概念2GIS的分类3GIS的功能概述4GIS的研究内容5GIS的发展简史6GIS的发展展望第1讲GIS基本概念、分类和构成目的要求：通过本讲，掌握地理信息系统的基本概念和定义，能分析其与其他系统的不同。掌握GIS的基本构成是计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据、应用模型和系统管理操作人员。了解GIS基本类型。教学重点：基本概念的讲解；地理信息系统的特点构成。教学难点：信息、数据的区别和联系、GIS的概念教学课时：2教学方法：理论讲授§1GIS的基本概念1.1.1信息信息(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。狭义：是指人们获得信息前后对事物认识的差别广义：是指主体(人、生物和机器)与外部客体(环境、其它人、生物和机器)之间相互联系的一种形式。信息是以一定规则组织在一起的事实的集合。信息的特点：客观性，适用性，传输性，共享性1.1.1信息信息的特点:信息的客观性：与客观事物紧密相联系的；信息的适用性：信息对决策是十分重要；信息的传输性：信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备(包括远程终端)，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。信息的共享性：信息与实物不同，它可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。信息的这些特点，使信息成为当代社会发展的一项重要资源。1.1.2数据数据: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。原始事实如：员工姓名，课程表数据可以有数值、图形、声音、视觉数据等数据的特点：数据只有对实体行为产生影响时才成为信息例如：1和0数据到信息要经过一些数据处理。1.1.2数据数据处理:即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等，其目的就是为了得到数据中包含的信息。——提取信息①把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式；②把数据加工成对正确管理和决策有用的数据；③把数据编辑后存储起来，以供不断使用。1.1.2数据信息和数据的关系：1.1.2数据信息和数据的关系：信息与数据是不可分离的。信息=数据+说明（或规则）信息是与物理介质有关的数据表达。数据是信息的载体。数据中所包含的意义就是信息。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。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。数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。1.1.3地理数据与地理信息地理数据：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、联系和规律等的数字、文字、图像和图形的总称。是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。1.1.3地理数据与地理信息空间位置数据（空间数据或几何数据）描述地物所在位置，相对位置或绝对位置属性数据（非空间数据）属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标时态特征数据是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段，该数据对环境模拟分析非常重要。空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素。1.1.3地理数据与地理信息地理信息：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，是对地理数据的解释。地理信息的特征空间特征：其位置的识别是与数据联系在一起的。多维特征：即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构。时序特征：可以按照时间尺度划分地理信息，对地理事物进行预测、预报，从而为科学决策提供重要依据。1.1.3地理数据与地理信息地图与地理信息、地理数据的关系地图：是将地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化。显然地图均具有空间性质，地图所表示的内容也都具有时间和属性特性。地图与地理信息、地理数据的关系地图是传统的表达和存储地理数据的工具，是地理信息的传统数据源地理信息是对地理数据的解释，地图是地理信息载体地图是地理信息系统查询与分析结果的表示方法1.2.1信息系统系统：是具有特定功能的、相互联系的许多要素所构成的一个整体。信息系统(InformationSystem):是具有数据采集、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。1.2.2信息系统的类型组成信息系统的四大要素硬件数据（知识）软件用户信息系统的三个管理层次操作层（底层）战术层（中间层）战略层（顶层）操作员决定方向的战略决策者高中层的管理人员1.2.2信息系统的类型1)信息系统按功能分类（①~④）①事务处理系统(TransactionProcessSystem,TPS)主要用以支持操作层人员的日常活动。它主要负责处理日常事务。②管理信息系统(ManagementInformationSystem,MIS):需要包含组织中的事务处理系统，并提供了内部综合形式的数据，以及外部组织的一般范围和大范围的数据。③决策支持系统(DecisionSupportSystem,DSS)是一组处理数据和进行推测的分析程序，用以支持管理者制定决策。包括分析决策模型、MIS中的信息和决策者的推测。1.2.2信息系统的类型④人工智能和专家系统(ExpertSystem,ES)能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统。MIS能提供信息帮助制定决策，DSS能帮助改善决策的质量，专家系统能应用智能推理制作决策并解释决策理由。1.2.2信息系统的类型2)信息系统按结构分类Pc机为平台单机信息系统工作站为平台网络信息系统C/S结构B/S结构§2地理信息系统及其类型、构成由上面对信息系统的了解，可以知道地理信息系统(GeographicalInformationSystem,GIS)是一种决策支持系统，具有一般信息系统的特点。顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。2.1地理信息系统GIS是什么?世界各地的人每天都会提出以下一些问题：种植园的土壤有什么特征（农场主）？下一个服装店应该设在哪里（零售商）？应该在道路的何处开挖，才能迅速找到煤气总管（煤气工程师）？臭氧洞在过去十年有何变化（气候学家）？有预测台湾未来地震趋势的模型吗（地质学家）？在过去的两次人口普查中，城乡人口在分布上有何变化（规划师）？在这里配备武器装备和人员，会遭到谁袭击（军事指挥员）？GIS是什么?将冰箱送到客户家里，如何走最好（配送管理员）？前12个月，这个城市买掉的土地和财产总值是多少（城市会计师）？如果雾天发生火灾，大火将向何方扩展，将有多少木材被烧掉（林务官）？若大量污水排入井内，污水将如何扩散，对饮水者产生何影响（水文学家）？等等诸如此类的问题。这些问题的共同特点都是与地理环境和地理过程密切相关的。地理信息系统领域的专家都很清楚，要回答这些问题，需要访问多维（空间维、时间维）、大容量和高处理费用特征的地理信息，同时即使回答简单的地理学问题，也要求按统一的标准集成多种数据源。2.1地理信息系统因此，关于什么是GIS，可以认为：地理信息系统（GeographicalInformationSystem简称GIS）是用于回答地理学问题的艺术、科学、工程和技术的统称，是一种用计算机创建和描述地表的数字表达方法。这是对GIS的一个广义的定义。从20世纪60年代至今，GIS已经迅速发展成为一个独特的研究和应用领域，并形成一个全球性的重要行业。成为IT的主流。但是关于其概念的争论也在继续。2.1地理信息系统2.1地理信息系统GIS是什么?关于概念的争议在关于GIS概念的争论中，出现了对GIS概念的不同理解。其中：1美国学者Parker认为“GIS是一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的信息技术”。2Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”。3加拿大的RogerTomlinson认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统。”4Burrough认为“GIS是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具”。2.1地理信息系统GIS是什么?关于概念的争议5俄罗斯学者也把GIS定义为“一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合”。6美国联邦数字地图协调委员会(FICCDC)关于GIS的定义认为“GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、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”。——《地理信息系统概论》（黄杏元）7陈述彭把GIS定义为：“用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术”。（1999）2.1地理信息系统GIS是什么?关于概念的争议8.《地理信息系统基础》（龚健雅）、李德仁——“地理信息系统是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间和地理分布有关的空间信息的系统(1995)。”2.1地理信息系统GIS是什么?关于概念的争议由前面的定义可以总结出对GIS的概念定义的5个方面的观点，认为GIS：是工具箱，其中包含一套用于采集、存储、管理、处理、分析和显示地理数据的计算机软件工具。是信息系统的特例，除了具有处理地理编码数据的特殊性外，地理信息系统具备一般信息系统的共同特点。是一门技术，主要包括空间和时间数字式数据的输入、存储、操作和输出技术学科，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强调其社会作用，认为GIS从根本上改变了一个组织或部门（如国土部门，政府规划部门）运做方式。2.1地理信息系统GIS是什么？但就本课程所讲授的内容，GIS采用本书定义，为：地理信息系统的定义由两部组成。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。这个定义给大多数GIS用户提供了如何理解GIS的主要框架。这个定义回答了GIS不