GIS(地理信息系统)概述.讲义

LOGOGIS地理信息系统综述目录GIS系统综述1GIS技术发展及特性2GIS技术特性3GIS应用及现状4GIS系统综述定义总体构架硬件构架软件构架人员构架GIS系统GIS系统综述---三种不同视角定义地图观点强调GIS作为信息载体与传播媒介的地图功能，认为GIS是一种地图数据处理与显示系统；每个地理数据集都可看成是一张地图，通过地图代数实现数据的操作与运算，其结果仍然表现为一张具有新内容的地图。测绘及各类专题地图部门非常重视GIS的快速与高质量的地图制作与表达能力。数据库观点此观点多为具有计算机科学背景的用户所接纳，强调数据库系统在GIS中的重要地位，认为一个完整的数据库管理系统是任何一个成功的GIS不可缺少的部分。空间分析工具观点此观点强调GIS的空间分析与模型分析功能，认为GIS是一门空间或地理信息科学。该种观点普遍地为地理信息系统界所接受，并认为这是区分GIS与其它地理数据自动化处理系统的唯一特征。GIS系统综述-科学定义地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以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。GIS系统的相关学科“树根”表示GIS的技术基础，如测量学、计算机科学与数学等。“树枝”表示GIS的应用，应用的结果与需求返回到“树根”“雨滴”是每个应用中的数据来源，如各种测量如地形测量、环境测量等，并为它的发展提供了有效的手段，而地理信息系统的应用主要是在环境科学、地理学和社会科学等领域。GIS系统综述-系统构架系统软件系统硬件空间数据用户GIS系统综述-硬件构架处理设备工作站服务器操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）GIS系统综述-软件构架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GISGIS系统综述-人员构架咨询管理信息管理数据整理地图的使用者：他们需要从地图上查找感兴趣的东西。地图生产者：编辑各种专题或综合信息地图。地图出版者：需要高质量的地图输出产品。地图分析员：他们需要根据位置和空间关系完成分析任务。数据录入人员：完成数据编辑。数据库设计者：需要实现数据的存储和管理。开发者：需要实现GIS的软件功能。GIS技术概述发展阶段及特征发展趋势基本功能基本要素基本实现过程及输出GIS技术发展及特征GIS技术发展阶段许多政府决策部门的必备系统；美国“信息高速公路”“数字地球”战略，我国“21世纪工程”“三金工程”等提出注重空间决策分析；应用领域扩大，涉及学科和领域；商业化实用系统进入市场注重空间数据处理；专家兴趣、政府推动起积极引导作用；范围小且国际交流少全面发展时期趋于成熟时期注重信息管理；政府起主要作用；系统的数据分析能力很弱，技术无新的突破发展时期摇篮时期90年代以后80年代70年代60年代GIS技术发展阶段特征组件化Web化微型化数据库化组件化Web化微型化数据库化分久必合合久必分微软COM技术提供标准接口webGIS为internet应用而生，同时也为局域网瘦客户端模式奠定基础小内存低处理器，精简嵌入式GIS软件，为适应野外数据采集必然趋势，实现了图形数据和属性数据的一体化管理海量数据处理、并发、权限管理、集群虚拟现实GISGIS技术发展趋势之一随时随地GIS.发展趋势是指在任意的时间、地点能充分地完整地享受各种类型和各种形式的GIS信息。它是WEBGIS、嵌人式GIS和移动GIS的完美结合是指能对任何真实世界、历史世界或者虚构世界实现交互式地身临其境的GIS直播式再现GIS数据挖掘GIS技术发展趋势之二高维实用化GIS.发展趋势是指实现三维及以上GIS的实用化。我们所处世界中的地质、海洋、空气、温度等，都是实实在在的四维实体空间。高维实用化GIS就是要将三维GIS应用于地质、海洋、空气、温度等这些领域的科学研究、生产、军事等工作中是指从海量的GIS属性中，挖掘出这些属性在时空上的某种客观规律和统计规律。GIS数据挖掘是深层次的GIS应用，这个方面的应用将是无限广阔的。可以从任何角度，通过GIS属性数据来挖掘其在时空上的价值。事实上GIS发展的最高级阶段，就是对现有各种系统（如图形系统、数据库系统、专家系统、管理系统等）的完美集成GIS系统基本功能GIS系统基本功能•数据采集和编辑•数据处理和转换•数据存储和管理•空间分析和统计•产品制作与显视•二次开发与编程说明1、数据输入是建立地理数据库必须的过程。2、数据输入功能指将地图数据、物化遥数据、统计数据和文字报告等输入、转换成计算机可处理的数字形式的各种功能。可实现多种方式的数据输入，如图形数据输入、栅格数据输入、GPS测量数据输入、属性数据输入等。3、数据采集的主要技术有两类，即使用数字化仪的手扶跟踪数字化技术和使用扫描仪的扫描技术。4、手扶跟踪数字化曾在相当长的时间内是空间数据采集的主要方式。扫描数据的自动化编辑与处理是空间数据采集技术研究的重点说明1、数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。2、属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成，图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、图形变换、投影变换、误差校正等功能。说明1、GIS的空间分析技术与手段是有限的，而实际应用模型是无可枚举的，任何GIS都应提供二次开发工具。2、定制菜单、程序与可视化界面等3、GIS二次开发环境：专用工具：如Arc/Info的AML语言；通用语言：如VC++、VB、Delphi等组件开发：如MapInfo的MapX；说明1、数据的有效组织与管理，是GIS系统应用成功与否的关键。主要提供空间与非空间数据的存储、查询检索、修改和更新的能力。2、数据结构：矢量数据结构、光栅数据结构、矢栅一体化数据结构。决定着GIS的数据分析能力、效率和精度3、在空间数据的存储与管理中，关键是确定应用系统空间与属性数据库的结构以及空间与属性数据的连接。4、目前广泛使用的GIS软件大多数采用空间分区、专题分层的数据组织方法，用GIS管理空间数据，用关系数据库管理属性数据。说明1、中间处理过程和最终结果的可视化表达是GIS的重要功能之一。2、通常以人机交互方式来选择显示的对象与形式，对于图形数据，根据要素的信息密集程度，可选择放大或缩小显示。3、GIS不仅可以输出全要素地图，也可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图、图表及数据等。说明1、空间查询与分析是GIS的核心，是GIS最重要的和最具有魅力的功能，也是GIS有别于其他信息系统的本质特征。2、空间分析：空间检索：包括从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体。空间拓扑叠加分析：实现空间特征（点、线、面或图像）的相交、相减、合并等，以及特征属性在空间上的连接。空间模型分析：如数字地形高程分析、BUFFER分析、网络分析、图像分析、三维模型分析、多要素综合分析及面向专业应用的各种特殊模型分析等GIS系统基本实现过程文件图表数据获取原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑投影变换数据输出制图、表格交互展示结构化数据空间数据库GIS系统的输出地图图像统计表三维多媒体虚拟现实GIS系统的输出对比可将屏幕图形复制至胶片上，用于制作幻灯片或正胶片。较高光栅胶片拷贝机以不同复杂度的打印字符输出各类地图，精度差，变形大。差字符点阵行式打印机实时显示GIS的各类图形、图像产品。一般屏幕像元点阵高分辨彩显可制作彩色地图与影像地图等各类精致地图制品。高栅格点阵喷墨打印机适合绘制一般的线划地图，还可以进行刻图等特殊方式的绘图高矢量线划矢量绘图机特点精度图形输出方式设备可将屏幕图形复制至胶片上，用于制作幻灯片或正胶片。较高光栅胶片拷贝机以不同复杂度的打印字符输出各类地图，精度差，变形大。差字符点阵行式打印机实时显示GIS的各类图形、图像产品。一般屏幕像元点阵高分辨彩显可制作彩色地图与影像地图等各类精致地图制品。高栅格点阵喷墨打印机适合绘制一般的线划地图，还可以进行刻图等特殊方式的绘图高矢量线划矢量绘图机特点精度图形输出方式设备软件名称空间分析ARC/INFOARCVIEWMGEMapInfoMapGISGeoStarSuperMap空间查询与量算空间查询强较强强较强较强较强较强空间量算强较强强较强较强较强较强缓冲区分析围绕点强更强强较强较强强较强围绕线/弧强更强强较强较强强较强围绕面/多边形强更强强较强较强强较强加权强更强强较强较强强较强叠加分析点与多边形强更强强较强较强强较强线与多边形强更强强较强较强强较强多边形与多边形强更强强较强较强强较强网络分析最短路径强强强较弱较弱较弱网络属性值累计强强强较弱较弱较弱路由分配强强强较弱较弱较弱空间邻接搜索强强强较弱较弱较弱较弱最近相邻搜索强强强较弱较弱较弱较弱地址匹配强强强较弱较弱较弱较弱其他分析拓扑分析强强强较强较强较强临近分析强更强强较强较强较强复合分析较弱较弱较弱较弱较弱较强空间统计分类分析统计图表分析较弱较弱较弱较强较弱较弱较弱主成分分析较弱较弱较弱较强较弱较弱较弱层次分析较弱较弱较弱较强较弱较弱较弱系统聚类分析较弱较弱较弱较强较弱较弱较弱判别分析较弱较弱较弱较强较弱较弱较弱各软件的空间分析功能比较GIS系统的应用环境单机应用:GIS数据处理，专业GIS分析，地图设计出版网络应用：比如，GoogleEarth,GoogleMap等WebGIS;电力，电信等企业级GIS业务系统。移动应用：GPS卫星导航、个人位置服务、车辆跟踪及监控GIS系统的应用领域公众领域：设施管理、智能交通管理、工程建设、城市规划、通信、物流、CRM（客户关系管理）军事领域：军事战略分析,智能导航武器如美国在海湾战争、科索沃战争中采用的辅助指挥作战的GIS系统学术领域：环境保护，灾害预测，宏观决策分析个人领域：个人导航、无线位置服务(WirelessLocationService)，WebGISGIS系统案例分析-水利水电GIS在水利水电中的主要应用---防洪减灾方面的应用---水资源管理方面的应用---水环境和水土保持方面的应用---水利水电工程建设和管理方面的应用我国是一个水资源相对紧缺的国家，洪涝灾害、干旱缺水和水污染等问题十分突出，即水资源短缺与洪涝灾害频繁发生并存，洪涝灾害与干旱灾害并存。资源性缺水与水质性缺水并存。这一系列的现象严重制约了国民经济和社会发展。任何一项先进技术的应用和发展都必须依附于生产的需要。GIS技术在水利行业的应用也主要围绕着上述主要问题。GIS系统案例分析-防洪减灾防洪减灾的四种应用类型（1）防汛决策支持系统或信息管理系统的平台（2）灾情评估（3）洪涝灾害风险分析与区划（4）城市防洪GIS系统案例分析-防洪减灾防汛决策支持系统或信息管理系统的平台功能空间数据处理、查询、检索、更新和维护；利用空间分析能力和可视化模拟显示为防汛指挥决策提供辅助支持；为各类应用模型提供实时数据；优化模型参数；预报预测和防汛信息及决策方案的可视化表达。灾难评估功能基础背景数据（包括地理、社会、经济）的管理；空间和属性数据查询、检索、统计和显示的基础；灾情数据的提取和分析；灾情的模拟和可视化表达；对决策起辅助作用的工具。注：目前洪涝灾害的监测评估业务运行系统已在水利部遥感技术应用中心投入运行。GIS系统案例分析-防洪减灾洪涝灾害风险分析与区划多源、多尺度和海量数据的管理；空间数据的叠加与综合处理；图形处理的特殊功能。洪涝灾害风险分析是分析不同强度的洪水发生概率及其可能造成的损失。它包括洪水的危险性分析，承灾体的易损性和损失评估。采用GIS技术，可以将上述三方面所涉及到的诸多自然，地理和社会因子附上相应的权重进行空间叠加，是进行洪涝灾害风险分析与区划的有效手段。GIS系统案例分析-防洪减灾城市防洪功能城市积水、退水的预报预测；现有排水设施（排水管网、泵站等）信息的管理；