第一章-地理信息系统概论

[e-mail]地理信息系统原理武汉大学测绘学院赵前胜[e-mail]@sgg.whu.edu.cn教学内容地理信息系统（简称GIS)是集计算机科学、信息科学、测绘科学、地理科学、空间科学、环境科学和管理科学等为一体的新兴边缘学科，是数字地球的重要组成部分，是当今科技发展的制高点。本课程系统地介绍地理信息系统的技术体系及其应用方法，包括基本概念、空间数据模型、空间数据采集和质量控制、数据处理的内容和方法、空间分析的内容和方法、空间信息可视化、地理信息系统的应用，3S集成及地理信息系统的最新发展等。[e-mail]教学目的要求学生通过本课程的学习，能够掌握地理信息系统的基本理论和技术方法，了解它的主要应用领域和发展方向，为从事地理信息系统的应用、开展和研究奠定理论与技术基础。学生修读该课程之前，必须先修计算机语言（如C,C++,VB,VC等）、数据库技术、计算机图形学和地图学等相关课程。[e-mail]参考资料教材：《地理信息系统原理、方法和应用》，科学出版社，邬伦等著参考书：《地理信息系统教程》，武汉大学出版社，胡鹏等著地理信息系统（上卷）——原理与技术（第二版）/GeographicalInformationSystems,Volume1,PrinciplesandTechnicalIssues,SecondEdition,MichaelF.Goodchild等地理信息系统（下卷）——管理与应用（第二版）/GeographicalInformationSystems,Volume2,ManagementIssuesandApplications,SecondEdition,MichaelF.Goodchild等[e-mail]参考网站(地理信息系统论坛)(3S视讯传媒)(GIS帝国)(ESRI公司)(美国国家地理数据中心)（地理信息及分析中心）（国家基础地理信息中心）（中国地球系统科学数据共享网）相关学术期刊InternationalJournalofGeographicalInformationScience(国际地理信息系统杂志)InternationalJournalofRemoteSensingComputersandGeosciencesTransactionsinGISGeoInformatica测绘学报武汉大学学报（信息科学版）测绘通报相关会议COSIT（ConferenceonSpatialInformationTheory）（空间信息理论会议）计算机科学、认知科学、心理学、机器人科学领域的学者会聚讨论空间信息理论，每两年一次分别在欧洲、北美举行；是公认的GI理论研究的最高权威会议ACM-GIS（计算机协会ACM关于GIS的学术讨论会）SDH(SpatialDatabaseHandel)（空间数据处理会议）SSD/SSTD（大型时空数据库学术会议）ISPRS（国际摄影测量与遥感）[e-mail]讲授内容提要第一章地理信息系统概论，重点介绍地理信息系统的基本概念、类型、功能、研究内容及发展简史；第二章空间数据模型，阐述空间数据模型的基本概念、介绍场模型、要素模型等基本空间数据模型；第三章空间参照系和地图投影，简要介绍地球基本要素和地图投影；第四章GIS中的数据，阐述GIS中数据内涵和数据类型，GIS数据质量控制；第五章空间数据获取与处理，介绍地图数字化等空间数据的获取方法，数据加工处理；[e-mail]讲授内容提要第六章空间数据管理，重点介绍空间数据的矢量结构、栅格结构及其编码方法，介绍空间数据库、空间索引技术等第七章空间分析：包括度量分析、叠置分析、三维分析、缓冲区分析及网络分析等基本基础空间分析以及统计分析和空间分析模型；第八章数字地形模型及地形分析，介绍DEM的概念及建立，讲述DEM的应用及地形分析第九章空间数据表现与地图制图，包括符号、符号化、色彩、注记等地图可视化内容第十章3S集成技术，与遥感的结合，与全球定位系统、遥感的结合，对GIS的最新发展进行综述考核方式课堂表现（出勤、课堂作业）课后作业考试（闭卷）[e-mail]第一章－地理信息系统概述本章介绍了地理信息系统的一些最基本的、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。有些概念，如空间信息和空间数据，还将得到进一步的阐述，实际上，空间数据也是本书中描述GIS功能的核心。GIS既是一项技术，也是一门学科，本章也介绍了它的主要研究内容以及与其它学科，如地理学、地图学、遥感等的关系。本章同时介绍了GIS的组成、分类、功能、发展历史和展望，这些将在后面的章节中更为详尽地被描述。[e-mail]1.地理信息系统的概念首先介绍一个地理信息系统应用实例,之后给出信息与数据，最后阐述信息系统及信息系统的类型。[e-mail]1.地理信息系统的概念公园选址辅助决策地理信息系统是集地球科学、信息科学与计算机技术为一体的高新技术，目前已广泛应用于资源管理、环境监测、灾害评估、城市与区域规划等众多领域，成为社会可持续发展的有效的辅助决策支持工具。介绍一个郊游公园选址例子，阐述地理信息系统在其中起到的辅助决策作用。[e-mail]1.1地理信息系统的概念公园选址辅助决策[e-mail]1.地理信息系统的概念公园选址辅助决策郊游公园具体位置的选择需要满足一定的要求：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；[e-mail]1.地理信息系统的概念公园选址辅助决策总结：数据获取数据管理数据处理和分析方案输出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。目前，地理信息系统还不能完全代替最终决策者。$$$获取数据数据库管理处理和分析方案[e-mail]1.地理信息系统的概念1.1信息、数据、地理信息与地理数据从公园选址辅助决策的例子可知，认识地理信息系统首先会接触到信息与数据这两个名词。（一）信息1、定义：信息是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数据、符号、声音、图像等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。2、特性：1）客观性：任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息的正确性和精确度的保证；[e-mail]1.地理信息系统的概念1.1信息、数据、地理信息与地理数据2）适用性：问题不同，影响因素不同，需要的信息种类是不同的。信息系统将地理空间的巨大数据流收集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息，这是由建立信息系统的明确目的性所决定的；3）传输性：信息可在信息发送者和接受者之间进行传输,信息的传输网络，被形象地称为“信息高速公路”。4）共享性：信息与实物不同，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，这为信息的并发应用提供可能性。[e-mail]1.地理信息系统的概念1.1信息、数据、地理信息与地理数据(二)数据指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图像等符号。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。[e-mail]1.地理信息系统的概念1.1信息、数据、地理信息与地理数据(三)两者关系有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，其实不然。数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵，是形与质的关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。例如独立的“1”、“0”均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了“有”“无”信息；当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息[e-mail]1.地理信息系统的概念1.1信息、数据、地理信息与地理数据可以把数据比作原材料，而信息是对原材料处理的结果。如同一个木匠，在一些工具的帮助下，可以把木材做成有用的家具。同样，计算机专业人员应用计算机的硬件和软件把原始数据转换成信息。这种转换过程可用右图说明。[e-mail]1.地理信息系统的概念1.1信息、数据、地理信息与地理数据(四)地理信息定义：地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。[e-mail]1.地理信息系统的概念1.1信息、数据、地理信息与地理数据2、特性：1）地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系。2）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。3）时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。[e-mail]1.地理信息系统的概念1.1信息、数据、地理信息与地理数据（五）地理数据定义：地理特征和现象间关系的符号化描述空间位置属性特征时态特征[e-mail]1.地理信息系统的概念1.2信息系统(InformationSystem)及其类型(一)信息系统信息系统是具有数据采集、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。它能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，具有采集、管理、分析和表达数据的能力。主要由计算机硬件软件数据用户四大要素组成。[e-mail]1.地理信息系统的概念1.2信息系统(InformationSystem)及其类型[e-mail]1.地理信息系统的概念1.2信息系统(InformationSystem)及其类型(二)信息系统的类型信息的需要完全取决于管理的层次，一般在组织中将信息系统分成三个管理层次：操作层（底层）、战术层（中间层）和战略层（顶层）。分析模型专家系统决策支持系统外部信息附加事实规则事务处理系统管理信息系统内部信息[e-mail]1.地理信息系统的概念1.2信息系统(InformationSystem)及其类型1）事物处理系统（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。[e-mail]1.地理信息系统的概念1.2信息系统(InformationSystem)及其类型3）决策支持系统（DecisionSupportSystem，DSS）能从管理信息系统中获得信息，帮助管理者制定好的决策。该系统是一组处理数据和进行推测的