第一章地理信息系统深入与提高

地理信息系统，国际上流行的简称是GIS(Geographical Information System)。 多数人认为是 Geographical Information System，也有人认为是 GeoInformation System。国际上现发行的两种主要的专业杂志，就是各自采用不同的全称。前者是 英国出版的季刊的全称；后者是 德国 出版的季刊的全称。在 加拿大 和 澳大利亚 ，则称为 “土地信息系统 ”（ Land Information System）。 第一章 地理信息系统深入与提高德国杂志的封面设计，它在 GIS三个字母中，填充着彩色的图案，分别显示出地球、影像分析、卫星（ Globe， Image Analysis， Satellite），这三个名词的第一个字母的缩写也为 GIS广义地说，地理信息系统是指包括地理信息系统（ GIS）、遥感（ Remote Sensing， RS）以及全球定位系统（ Global Position System， GPS）的综合和集成（即所谓的 3S） ，有人称之谓空间信息系统。 应该说， GIS是空间信息系统的核心。地理信息地理信息 地理信息是指表征地理圈或地理环境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、特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；图像和图形等的总称； 地理信息属于空间信息，它具有空间地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化定位特征、多维结构特征和动态变化特征。特征。1.1 地理信息系统基本概念信息系统是具有采集、处理、管理和分析功能的系统，它能为企业部门或组织的决策过程提供有用信息，在信息社会中，我们所说的信息系统大部分都由计算机系统支持，信息系统不只是单纯的计算机系统而是辅助企业管理的人机系统。信息系统地理信息系统地理信息信息系 统空 间 位置 ：（ x,y,z） or (Topo)时间过 程 ：（ t）各种属性： a（ x,y,z,t）数据存储、管理、处理、分析、显示与开发GIS是空间数据和属性数据的综合体G ISGIS对于 GIS的理解地理信息系统，是 20世纪 60年代开始迅速发展起来的地理学研究的新技术，是多种学科交叉的产物。 地理信息系统地理信息系统 (简称简称 GIS) GIS是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科，它研究关于地理空间信息处理和分析过基础学科，它研究关于地理空间信息处理和分析过程中提出一系列基本问题，如空间对象表达与建模程中提出一系列基本问题，如空间对象表达与建模、空间关系及推理机制、空间信息的控制基准、空、空间关系及推理机制、空间信息的控制基准、空间信息的认知与分析、间信息的认知与分析、 GIS系统设计与评价系统设计与评价 GIS应用应用模型与可视化、空间信息的政策与标准等；模型与可视化、空间信息的政策与标准等； GIS的操作对象是空间数据的操作对象是空间数据 ,空间数据的主要特点是空间数据的主要特点是按统一的地理坐标编码，并实现对其定位、定性、按统一的地理坐标编码，并实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述定量和拓扑关系的描述 ,由此而形成由此而形成 GIS的技术优势的技术优势是有效的地理实体表达、独特的时空分析能力、强是有效的地理实体表达、独特的时空分析能力、强大的图形创造手段和可靠的科学预测与辅助决策功大的图形创造手段和可靠的科学预测与辅助决策功能等；能等；(1)加拿大的 Roger Tomlinson把地理信息系统定义为 :全方位 分析和操作 地理数据 的 数字系统 （ 1986）。对于不同的部门、不同的应用目的，地理信息系统的定义不尽相同 (2)美国国家数字制图数据标准委员会定义 :GIS为 收集、管理、操作、分析和显示 空间数据的 计算机软、硬件系统。(3)David J Cowen定义地理信息系统为 :综合有关环境问题 的 地理数据 的 决策系统 （ 1988）。(4)美国 Michael F.Goodchild给出一个比较通用的定义GIS是一 采集、存储、管理、分析和显示 有关地理现象信息 的 综合系统 。 GIS的科学定义： 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是管理和分析空间数据的应用工程技术是管理和分析空间数据的应用工程技术，该工程技术系统由六个子系统组成；，该工程技术系统由六个子系统组成；GIS为地理学解决复杂的规划与管理问题提为地理学解决复杂的规划与管理问题提供了有效的手段，而地理学则为供了有效的手段，而地理学则为 GIS提供了提供了重要的基础理论依托；重要的基础理论依托；地理信息系统既是事务处理系统、管理信息地理信息系统既是事务处理系统、管理信息系统，也是决策支持系统。系统，也是决策支持系统。应该指出的是，地理信息系统只是一种技术手段或工具，它的作用，是人自身分析思想的延伸。它的作用在很大程度上取决于用户（规划人员，管理人员，领导者）的水平、技能和经验。系统可快速地采集和显示所需的资料（按地理位置分布的空间信息），执行指定的分析计算，提供结果信息，帮助用户制定决策，但系统本身并不作决策，它只是辅助和支持用户，而不是代替用户决策。 1.2 GIS的基本构成 系统硬件系统硬件由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。 系统软件系统软件由系统管理软件、数据库软件和基础由系统管理软件、数据库软件和基础 GIS软件组成，用于执行软件组成，用于执行 GIS功能的功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。 空间数据库空间数据库由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等询、检索和更新等 ,这是信息处理的基础和来源。这是信息处理的基础和来源。 应用模型应用模型由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。地理空间信息系统的方法模型决定了地理空间数据获取经济效益和社会效益。地理空间信息系统的方法模型决定了地理空间数据库系统的整体思路和解决办法，从逻辑上定义地理空间数据库系统的数据内容库系统的整体思路和解决办法，从逻辑上定义地理空间数据库系统的数据内容、相互关系和处理方法等。、相互关系和处理方法等。 人人人是人是 GIS系统的能动部分。人员的技术水平和组织管理能力是决定系统系统的能动部分。人员的技术水平和组织管理能力是决定系统建设成败的重要因素。对系统进行组织、管理、维护、数据更新、应用程序开建设成败的重要因素。对系统进行组织、管理、维护、数据更新、应用程序开发以及地理分析模型提取等发以及地理分析模型提取等 . 硬件系统硬件系统 软件系统软件系统应用模型应用模型GIS用户用户GUI空间数据空间数据DBMS1.3 地理信息系统的分类 根据地理信息系统的内容，可作如下分类：(1)区域信息系统，主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标。(2)专题信息系统，是具有有限目标和专业特点的地理信息系统 ，为特定的目的服务。 (3)地理信息系统工具或地理信息系统外壳，主要为一组具有图形图像数字化、存贮管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包 根据地理信息系统的功能和作用，可作如下分类：（ 1）工具型地理信息系统；（ 2）应用型地理信息系统；（ 3）大众地理信息系统。 根据地理信息系统的结构，可分 :(1)矢量 GIS (2)栅格 GIS (3)混合型信息系统GIS在信息系 统 中的位置信息系统 非空间信息系统专题地理信息系统地理信息系统非地理信息系统管理信息系统综合地理信息系统CAD/CAM空间信息系统地籍 GIS交通 GIS资源与环境 GIS规划与管理 GIS数据模型矢量 GIS 栅格 GIS 矢 -栅 GIS研究范围全球 GIS区域 GIS研究内容GIS功能基 本 功 能应 用 功 能数据采集与编辑数据存储与管理数据处理与变换空间分析与统计产品制作与显示二次开发和编程资源管理区域规划国土监测辅助决策n数据变换 n数据重构 n数据抽取n拓扑叠合 n缓冲区建立 n数字地形分析 n空间集合分析1.4 地理信息系统的功能 GIS基本功能的实现过程文件图表 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应用功能应用功能（ 1）资源清查）资源清查（ 2）城乡规划）城乡规划（ 3）灾害监测）灾害监测（ 4）土地调查）土地调查（ 5）环境管理）环境管理（ 6）城市管网）城市管网（ 7）作战指挥）作战指挥（ 8）宏观决策）宏观决策1.5 地理信息系统的应用及特点地理信息系统概论地理信息技术的应用n 政府部门 n 城市规划 n 土地管理 n 环境与资源 n 旅游 n 军事 n 税务 n 交通 (铁路公路 ) n n n 企业应用 n 管网 n 电信 n 自来水 n 商业 /广告 n 物流 n 电力 n 银行n 公众服务 n 社区管理 n LBS n 旅游咨询 n 医疗咨询 n 位置查询 n 地理信息系统应用领域图 1-11 GIS学科 “树 ”“树根 ”表示G1S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 地理信息系统的应用特点 （ 1） GIS应用领域不断扩大（ 2） GIS应用研究不断深入（ 3） GIS应用社会化（ 4） GIS应用全球化（ 5） GIS应用环境网络化、集成化（ 6） GIS应用模型多样化、模块化1.6 地理信息系统研究的任务 (1)地理信息系统基本理论的发展包括研究地理信息系统的概念、定义和内涵；地理信息系统的信息论研究；建立地理信息系统理论体系；研究地理信息系统的构成、功能、特点和任务；总结地理信息系统发展历史；探讨地理信息系统发展方向等理论问题。 (2)地理信息系统技术系统设计侧重于软、硬件技术系统的逻辑设计与物理实现，包括地理信息系统硬件设计与配置；地理空间数据结构及表示；输入与输出系统；空间数据库管理系统；用户界面与用户工具设计；地理信息系统工具软件研制；微机地理信息系统的开发等。 (3)地理信息系统应用方法研究涉及有关地理信息系统应用问题的研究，包括应用系统设计和实现方法；数据采集与校验；地理信息系统空间分析函数与专