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地理信息系统概论FoundationofGeographicalInformationSystem课程设计•着重介绍GIS基础知识与初步应用•共72学时理论，36个学时上机实践•课程目标–通过本课程的学习，掌握地理信息系统的基本概念、空间数据的采集、处理与组织、GIS空间分析的原理方法、GIS设计的技术方法等内容；–掌握常用GIS软件的操作，为后续其它GIS课程的学习打下基础；–为未来从事地理学研究和决策应用地理信息系统理论与技术奠定扎实的知识基础。课程特点•学科与技术的统一体•发展与内容更新的快速性•多学科集成、渗透性较强•空间抽象性地理信息系统概论第一章绪论第二章空间数据基础第三章空间数据输入与处理第四章空间数据库第五章空间信息可视化与信息查询第六章GIS空间分析原理与方法第七章地理信息系统的应用模型第八章地理信息系统工程设计与评价第九章地理信息系统技术与科学发展学习方法•课程听讲：认真听讲、积极提问、参与讨论；•上机练习：掌握地理信息系统空间数据的管理、空间分析工具的使用、解决实际问题的技能；•课外阅读：阅读本课程提供的文献资料，以及有关的教科书，思考、讨论课堂内容，完成作业；课程参考资料•网站与论坛：––––•教材秦奋、钱乐详等，地理信息系统原理与方法西安地图出版社•参考书–王家耀等，理论地图学，解放军出版社–K.T.Chang著，陈健飞译，地理信息系统导论，科学出版社–黄杏元等，地理信息系统概论，高等教育出版社背景知识要求•学习过地图学、地理学基础专业相关课程，具有地理现象与地理问题的基本分析与建模的专业素养；•学习过概率统计、数理统计学或相关学科，掌握数理统计的基础知识；•学习过计算机基础课程，能够操作Windows，熟练使用数据库表、办公软件。第一章绪论如果说地图是地理学的第二代语言，那么地理信息系统就是地理学的第三代语言。——陈述彭简单地说，地理信息系统是回答如下问题地信息系统——“哪里”——HenryTomch1绪论本章主要内容：介绍地理信息系统地一些最基本的，但又是非常重要的概念，包括信息、数据、信息系统、空间数据、空间信息和地理信息系统。介绍GIS作为一种高新技术，一门学科，它的主要研究内容以及与其它学科，如地理学、地图学、遥感的相互关系。介绍了GIS的组成、分类、功能、发展历史和展望等。1.GIS的基本概念数据(data)——指某一目标定性、定量描述，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，本身没有意义，如数字“1”。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。1.1数据与信息1.GIS的基本概念信息(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，它不随载体的物理设备形式的改变而改变。特点：客观性、实用性、传输性、共享性。1.GIS的基本概念数据与信息的关系密不可分。一方面，信息是数据的内涵，是数据的内容和解释。另一方面，数据是信息的表达形式，是信息的载体。数据存贮信息处理器数据图1-2数据到信息的转换示意图1.2地理信息与地理数据地理信息—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、联系和规律的数字、文字、图像和图形的总称。在地理信息中，其位置是通过数据进行标识的，这是地理信息区别于其他类型信息的最显著的标志。地理数据—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。地理信息的特点区域性数据量大、内容丰富具有多维结构时序特征明显空间自相关信息载体的多样性1.3信息系统信息系统—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。人们常使用计算机收集数据并将数据进行处理，因此，人们普遍认为计算机的使用已经或正在导致信息革命。组成：处理过程计算机硬件计算机软件数据人基于计算机的信息系统图1-3信息系统的组成信息系统功能信息系统功能基本功能信息的处理信息的采集信息的存储信息的管理信息的检索信息的传输图1-4信息系统的基本功能事务处理系统（TSP,transactionprocesssystem）主要用以支持操作层人员的日常活动。（人员如会计师、销售人员和商店监理等）管理信息系统（MIS，managementinformationsystem）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。决策支持系统（DSS，decisionsupportsystem）能从管理信息系统中获得信息，帮助管理者制定好的决策。人工智能和专家系统（ES，expertsystem）是能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统。包括：知识库、推理机、解释系统、用户接口和知识获得系统。地理信息的类型地理信息的类型分析模型决策支持系统专家系统附加事实规划内部信息外部信息管理信息系统事务处理系统图1-5信息系统的类型1.4地理信息系统空间数据属性数据空间数据和属性数据的综合体NamePopulationAreaHistoryZipGIS是GIS1.4地理信息系统地理信息系统（GIS，GeographicalInformationSystem）它是一种特定的十分重要的空间信息系统。地理信息系统是在相关学科的支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统；是一门挖掘多种空间和动态的地理信息、模拟地理现象与过程，为人们认知、管理和充分利用地理空间信息资源的系统理论与方法的交叉科学。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析、处理和模拟在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。23GeographicalInformationSystemsScienceStudyServicesGeospatialInformationScience概念辨析从学术观点来看，人们对GIS有如下三种观点：地图观，数据库观，空间分析观。(1)地图观：持地图观的人主要来自景观学派和制图学派，们认为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。(2)数据库观：持数据库观点的人主要来自于计算机学派，强调数据库理论和技术方法对GIS设计、操作的重要性。(3)空间分析观：持此种观点的人主要来自于地理学派，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。国际上看美国学者Parker：GIS是一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的信息技术。Goodchild：采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统。Burrough：GIS是采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具。美国联帮数字地图协调委员会的定义：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。加拿大的Tomlinson：GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统。俄罗斯学者：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。1.4地理信息系统GIS基本概念：(1)GIS的物理外壳——计算机(2)GIS的操作对象——空间数据(3)GIS的技术优势——综合集成(4)GIS是一门交叉学科——横断性1.4地理信息系统GIS类型：按研究内容(1)专题地理信息系统（ThematicGIS）(2)区域综合型地理信息系统（RegionalGIS）(3)地理信息系统工具或地理信息系统外壳（GISTools）1.4地理信息系统GIS类型：按数据结构（1）矢量型地理信息系统（2）栅格型地理信息系统（3）混合型地理信息系统1.4地理信息系统GIS特征：(1)、空间数据与属性数据的统一(2)、空间分析(3)、组织体系的重要性(4)、人的重要性图1-6GIS的组成2.地理信息系统的组成※计算机系统（硬件、软件）※地理数据库系统图形（几何数据库）属性数据库元数据库※应用人员与组织机构2.1计算机硬件系统图1-7计算机标准外设和GIS使用的外设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2.1计算机软件系统图1-8计算机软件系统的层次GIS应用软件系统库数据库标准软件操作系统计算机硬件2.1计算机软件系统GIS软件按功能可分为以下几类：数据输入数据存贮与管理数据分析与处理模块数据输出与表示模块用户接口模块2.2计算机软件系统应用分析程序是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。2.3地理空间数据四种互相联系的数据类型某个已知坐标系中的位置实体间的空间相关性与几何位置无关的属性实体产生、发展与演化的时间2.4系统开发、管理和使用人员人是GIS中的重要构成因素。地理信息系统从其设计、建立、运行到维护的整个生命周期，处处都离不开人的作用。仅有系统软硬件和数据还构不成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。2.5应用模型构建GIS应用模型，首先必须明确用GIS求解问题的基本流程（图1-9）；其次根据模型的研究对象和应用目的，确定模型的类别、相关的变量、参数和算法，构件模型逻辑结构框架图；然后确定GIS空间操作项目和空间分析方法；最后是模型运行结果验证、修改和输出。规划定义过程应用操作过程需要解决的问题分解/联合问题的定义证据/数据/假设问题的实质概念/要素/方法问题的概念数据源/数据集解决问题的数据多源数据收集数据输入/格式化数据库建立提取/综合问题数据子集统计计算/模型分析/空间分析问题的求解验证/解释/表达问题答案图1-9用GIS求解问题的基本流程（据陈述彭）3.地理信息系统的功能GIS具有遍历数据采集—分析—决策应用的全部过程，并能回答和解决以下五类问题：位置，即在某个地方有什么的问题。 条件，即符合某些条件的实体在哪里的问题。趋势，即某个地方发生的某个事件及其随时间的变化过程。模式，即某个地方存在的空间实体的分布规律的问题。模拟，即某个地方如果具备某种条件会发生什么的问题。3.1GIS解决的基本问题图1-10GIS功能概述（椭圆）以及它们的表现（矩形）（据邬伦）观察的现象文件与地图数据获取原始数据数据预处理结构化数据查询与分析交互展示数据库存储与检索存储与检索制图3.2地理信息系统软件的基本功能数据存储与组织数据存储与组织数据处理数据处理基本功能数据采集、监测与编辑数据采集、监测与编辑图形与交互显示图形与交互显示空间查询与分析空间查询与分析3.2.地理信息系统科学研究功能空间查询与分析空间查询与分析空间检索空间拓扑叠加分析空间模型分析外部内部混合3.3地理信息系统软件的基本功能地理信息系统基本理论技术系统应用方法概念、定义、内涵理论体系构成、特点、功能、任务发展历史、发展方向硬件配置数据结构地理信息系统工具输入、输出管理空间数据管理用户界面应用系统设计专题分析模型数据采集和校验地学专家系统图1-8