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GIS理论与实践学习报告学号：20172201010学院：国土资源工程学院专业：测绘工程姓名：钟凯指导教师：朱大明一、GIS理论1.GIS基本概念GIS全称GeographicInformationSystem，中文名地理信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，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。它是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、空间科学、环境科学、信息科学和管理科学等为一体的边缘学科，其核心是计算机科学，基本技术是地理空间数据库、地图可视化和空间分析。2.GIS的发展（1）GIS的开拓期（60年代）：1963年，加拿大测量学家首先提出了GIS这一术语，并建立了世界上第一个实用的GIS——加拿大地理信息系统，用于自然资源的管理和规划。这一时期，GIS发展的另一显著标志，是许多有关的组织和机构纷纷建立，例如1966年美国成立城市和区域信息系统协会，1969年又建立州信息系统全国协会，国际地理联合会于1968年设立了地理数据收集和处理委员会。这些组织和机构的建立，对于传播GIS的知识和发展GIS的技术，起了重要的指导作用。（2）GIS的巩固发展期（70年代）：由于计算机技术及其在自然资源和环境环境数据处理中的应用，促使GIS迅速发展并得以巩固。（3）GIS技术大发展时期（80年代）：由于大规模和超大规模集成电路的问世，推出了第四代计算机，特别是微型计算机和远程通讯传输设备的出现为计算机的普及应用创造了条件，加上计算机网络的建立，使地理信息的传输时效得到极大的提高。GIS的应用领域迅速扩大，从资源管理、环境规划到应急反应，从商业服务区域划分到政治选举分区等，涉及到了许多的学科与领域。（4）GIS的应用普及时代（90年代）：国家级乃至全球性的GIS已成为公众关注的问题，例如GIS已列入美国政府制定的“信息高速公路”计划，美国副总统戈尔提出的“数字地球”战略也包括GIS。毫无疑问，GIS将发展成为现代社会最基本的服务系统。3.GIS的组成（1）人员，GIS中最重要的组成部分，再好的软件也无法弥补操作人员的作用。（2）数据，精确的可用的数据将会影响到查询和分析的结果。（3）硬件，硬件的性能将会影响到软件对数据的处理速度，使用是否方便及可能输出方式的选择。（4）软件，不仅包含GIS软件，还包括各种数据库、绘图、统计、影像处理及其它类型的程序。（5）过程，GIS要求明确定义，一致的方法来生成正确的可验证的结果。4.GIS的特点（1）公共的地理定位基础；（2）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；（3）系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息；（4）以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统。5.GIS的基本功能（1）数据采集与输入；（2）地图编辑；（3）空间数据管理；（4）空间分析；（5）地形分析；（6）数据显示与输出。6.GIS常用软件（1）MAPGISMAPGIS是中国地质大学开发的通用工具型地理信息系统软件，它是在享有盛誉的地图编辑出版系统的MAPCAD基础上发展起来的，可对空间数据进行采集、存储、检索、分析和图形表示。MAPGIS包括了MAPCAD的全部基本制图功能，可以制作具有出版精度的十分复杂的地形图和地质图。同时，它能对地形数据与各种专业数据进行一体化管理和空间分析查询，从而为多源地学信息的综合分析提供了一个理想的平台。（2）ArcGIS美国Esri公司在2010年推出ArcGIS10，这是全球首款支持云架构的GIS平台，同时ArcGIS10具备了真正的3D建模、编辑和分析能力，并实现了由三维空间向四维时空的飞跃；真正的遥感与GIS一体化让RS+GIS价值凸显，是目前世界上使用最多的商业化软件之一。（3）GRASSGRASS是Unix系统平台上的GIS系统，主要采用栅格数据结构，在地下水模拟方面使用很广。7.GIS产品分类（1）专题地理信息系统（2）区域地理信息系统（3）地理信息系统工具二、GIS实践学习1.软件认识由于本科学习中已经学习过ArcGIS软件的使用，因此这次我们使用另一个专业性软件MAPGIS来对GIS进行实践性的学习。MAPGIS是具有国际先进水平的完整的地理信息系统，它分为“输入”、“图形编辑”、“库管理”、“空间分析”、“输出”以及“实用服务”六大部分。根据地学信息来源多种多样、数据类型多、信息量庞大的特点，该系统采用矢量和栅格数据混合的结构，力求矢量数据和栅格数据形成一整体的同时，又考虑栅格数据既可以和矢量数据相对独立存在，又可以作为矢量数据的属性，以满足不同问题对矢量、栅格数据的不同需要。MAPGIS的主要功能：（1）数据输入在建立数据库时，我们需要将各种类型的空间数据转换为数字数据，数据输入是GIS的关键之一。MAPGIS提供的数据输入有数字化仪输入、扫描矢量化输入、GPS输入和其它数据源的直接转换。（2）数据处理输入计算机后的数据及分析、统计等生成的数据在入库、输出的过程中常常要进行数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变换等工作。MAPGIS通过图形编辑子系统及投影变换、误差校正等系统来完成。（3）数据库管理MAPGIS数据库管理分为网络数据库管理、地图库管理、属性库管理和影象库管理四个子系统。（4）空间分析地理信息系统与机助制图的重要区别就是它具备对中间数据和非空间数据进行分析和查询的功能，它包括矢量空间分析、数字高程模型（DTM）、网络分析、图像分析、电子沙盘五个子系统。（5）数据的输出如何将GIS的各种成果变成产品供各种用途的需要，或与其它系统进行交换，是GIS中不可缺少的一部分。GIS的输出产品是指经系统处理分析，可以直接提供给用户使用的各种地图、图表、图象、数据报表或文字报告。MAPGIS的数据输出可通过输出子系统、电子表定义输出系统来实现文本、图形、图象、报表等的输出。2.实践内容（1）MAPGIS的初步认识主要内容：了解MAPGIS软件的运行环境、安装与启动、结构与功能、相关术语以及常用工作文件的类型。（2）图形输入与编辑主要内容：了解数字化准备工作并学习相关操作步骤；学习点、线、面元素的提取和制作；理解图层分层概念；掌握手工数字化；熟悉屏幕跟踪矢量化。（3）拓扑建立与系统库编辑主要内容：学习拓扑处理对数据的要求，拓扑处理工作流程及主要功能，系统库编辑等。（4）图形裁减、误差校正、投影转换、图框生成主要内容：掌握裁减框裁减；学习键盘输入裁减框裁减；了解误差校正的作业步骤及注意问题；了解投影转换与图框生成步骤及注意问题。（5）空间分析与数据接口转主要内容：学习矢量空间分析；学习DTM分析；了解数据输出及转换接口。三、学习心得通过对本门课程的学习。我们学习了地理信息系统的基本理论，了解了地理信息系统的发展历程，掌握了地理信息系统的一些基本软件如MAPGIS的使用，发现了地理信息系统在农业、林业、水利、土地资源等各个领域的应用前景。但显然，目前的GIS软件都存在一些共性的问题：（1）基本上以系统为中心，不同系统之间壁垒比较分明，数据共享与服务共享困难。在三十多年的时间里，形成了许多GIS软件，他们在不同的环境中独自发展，有自己的文化背景、领域背景和技术背景，形成了自己的数据模型和功能组织结构。虽然在功能闭包和问题描述能力方面大同小异，但实际操作上差别甚大，加上内部空间数据组织互相保密，形成了不同的壁垒，为数据共享和服务共享增加了许多困难。（2）影象数据管理与处理能力弱，跟不上大规模快速数据获取技术的发展。目前，大部分GIS软件处理矢量空间数据的能力较强，但影象数据的处理能力很弱，空间实体的识别和处理几乎不能自动进行。影象数据在GIS中基本上只能起到表面覆盖和场景渲染的作用，没有两者之间的互动关系，其不能形成一体化处理的能力。（3）空间事务处理组织能力弱。由于对空间实体之间的关系缺乏完整的描述框架，在GIS空间数据模型与组织方面存在不少问题。事务处理时空间实体的封锁粒度甚难把握，基本上采用图层封锁的办法，难以组织有效的原子事务和嵌套事务机制，直接影响了GIS复杂应用的操作难度。因此，面对这些共性问题，我们可以大胆发挥想象来预测未来GIS的发展趋势和发展方向。首先，针对数据共享与服务共享困难这一问题，我们可以利用大数据移动互联网来进行解决，将GIS与移动互联网相结合，大力发展网络GIS，即WebGIS的发展与推广；其次，针对影象数据管理与处理能力弱这一问题，我们应当加强以GIS为核心的3S(Raster、GIS、GPS)技术集成，将GIS发展成为具有多媒体网络、虚拟现实技术以及数据可视化的强大空间数据综合处理技术系统；最后，针对空间事务处理组织能力弱这一问题，我们应当大力发展三维GIS技术，将较为简单的三维显示和操作功能转换为真三维表示和分析，支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解决三维空间事务处理组织问题。