地理信息系统课程(GIS)_第1章 绪 论

1、1.什么是GIS?2.GIS能干什么? 城市规划 虚拟现实 社会管理 , 导 航3.GIS高级形式 GIS是一门典型的交叉学科 GIS是一门实践性很强的学科 GIS是一门迅速发展的学科 课程特点教材问题课时安排 总学时：6450（讲课）14（实验）GIS概述： 4GIS数据结构： 4GIS数据采集与质量控制：6 GIS数据处理： 8 GIS数据库： 5 空间数据查询与分析： 11 空间信息的可视化：4 GIS应用： 4GIS设计与评价： 4教学要求 强调实践：（实验签到、定机定人、成果自存） 成绩评估：平时30考试70关于这门课的若干问题第1节 GIS的概念的概念 第第2节节 GIS的组成的组

2、成 第第3节节 GIS的功能及应用的功能及应用 第第4节节 GIS的发展的发展 教学要求 教学重点 教学活动 作 业教学要求 1. 掌握地理信息系统的基本概念掌握地理信息系统的基本概念 2. 了解地理信息系统发展的历史背景和原因了解地理信息系统发展的历史背景和原因 3. 理解地理信息系统的组成、功能及应用理解地理信息系统的组成、功能及应用 教学重点 1. GIS概念和特点。概念和特点。 2. 空间数据和空间数据和GIS应用模型。应用模型。 3. GIS基本功能基本功能 4. GIS近代发展特点近代发展特点 教学活动 在网络上，在网络上，检索相关的地理信息系统往站检索相关的地理信息系统往站, ,

3、 了解该领域的新进展了解该领域的新进展。 返回上一页第1 节 GIS的概念一、数据与信息 1.信息 2.数据 3.信息与数据的关系定义：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。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； 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。所建立的信息系统的 明确目的性所决定了信息的适用性； 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，

4、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。 定义：指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、声音、图像等符号。特性：数据是对客观现象的表示，是用以载荷信息的物理符号，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。 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。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。 第

5、1 节 GIS的概念二、地理信息与地学信息 1.地理信息 2.地学信息 3.地理信息与地学信息的区别定义：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。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，它的这种定位特征是通过 公共的地理基础来体现的。这是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志； 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。 可以按时间

6、尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震）、 短期的（如江河洪水、秋季低温） 中期的（如土地利用、作物估产） 长期的（如城市化、水土流失） 超长期的（如地壳变动、气候变化） 实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。定义：指与人类居住的地球有关的信息都是地学信息特性：具有无限性、多样性、灵活性等特点 地学信息是人们深入认识地球系统、合理开发资源、净化能源、保护环境的前提和保证。 地理信息与地学信息的区别主要在于信息源的范围不同 地理信息的信息源是地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等； 地学信息所表示的信息范围更广泛，不仅来自地表，还包括地下、大气层甚至宇宙空

7、间。 第1 节 GIS的概念三、信息系统与地理信息系统 1.信息系统（Information System, IS） 2.地理信息系统 3.地理信息与其他系统之间的区别与联系系统： 由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成，能完成特定功能的有机整体。 信息系统： 能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系 统。具有采集、管理、分析和表达数据的能力。 类型： a. 事务处理系统、管理信息系统 b. 决策支持系统 c. 人工智能、专家系统 定义： 1）美国学者Parker认为“GIS是一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的信息技术”。 2）加拿大的Roger Tomli

8、nson认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统”。 3）Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”。 4）Burrough认为“GIS是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有 力的工具”。 5）俄罗斯学者定义为“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”。 6）美国国家地理信息与分析中心给出的定义：“GIS为了获取、存储、检索、分析和显示空 间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统”。 7）英国教育部认为：“GIS是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计 算机系统”。8）FICC

9、DC认为 “GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持 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” 理解：地理信息系统的定义是由两个部分组成的。 一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、处理、存储、分析和输出空间信息的理论 和方法的一门新兴的交叉学科； 另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型 分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服 务的计算机技术系统。地理信息系统具有以下三个方面的特征： 第一，具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性； 第二，

10、由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的 地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务； 第三，计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能以快 速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。 第1 节 GIS的概念地理信息系统与其他系统之间的区别 1）.GIS与IS之间的关系 从操作、管理的信息种类的不同，信息系统分为一般管理信息系统(MIS)和空间信息系统( SIS) 信息系统（IS)非空间信息系统空间信息系统（SIS）如厂矿企业管理、财务等MIS非地理信息系统地理信息系统（GIS）CAD/CAM专题GI

11、S综合信息系统地籍信息系统城市规划与管理IS区域资源与环境IS 城市管线信息系统第1 节 GIS的概念地理信息系统与其他系统之间的区别 1）.GIS与IS之间的关系 从操作、管理的信息种类的不同，信息系统分为一般管理信息系统(MIS)和空间信息系统( SIS) 空间数据和属性数据的联合体第1 节 GIS的概念地理信息系统与其他系统之间的区别 2）.GIS与一般MIS的区别 GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用； GIS的处理对象是有关的地理分布数据，也就是空间数据 一般MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询。 第1 节 GIS的概念地理信息系统与其他系统之间

12、的区别 3）.GIS与CAD/CAM的区别 管理了图形数据和非空间属性数据的系统不一定是GIS，如CAD、CAM GIS与CAD共同点 GIS与CAD 不同点 都有空间坐标系统； 都能将目标和参考系联系起来； 都能描述图形数据的拓扑关系； 都能处理属性和空间数据CAD研究对象为人造对象规则几何图形及组合； 图形功能功能较强，属性库功能较弱； CAD中的拓扑关系较为简单； 一般采用几何坐标系 。GIS处理的数据很复杂，数据量更大；数据采集的方式多样化； GIS的属性库结构复杂，功能强大； 强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁； GIS采用地理坐标系 。GIS与CAM共同点GIS与CAM 不

13、同点都有地图输出、空间查询、分析和检索功能 CAM侧重于数据查询、分类及自动符号化； 它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系； 它与数据库的联系通常是一些简单的查询。 CAM是GIS的重要组成部分； 综合图形和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策信息。 第1 节 GIS的概念地理信息系统与其他系统之间的区别 4）.GIS与RS的相互关系 遥感数据是GIS的重要信息源。经过处理的遥感信息，或进入GIS系统作为制 图的背景图象，或是与经过分类的信息协同GIS与遥感的集成分析。 遥感图象信息处理系统是专门用于对遥感数据进行处理的软件，主要强调对 遥感数据的几何处理、灰度处理和专

14、题信息提取，具有较强的制图功能，可 设计丰富的符号和注记，虽有空间叠置分析空能，但由于缺少实体空间关系 的描述，难以进行空间实体的空间关系查询、属性查询及网络分析等。 面向位置的特征 遥感图象处理系统不能看作是GIS。 第2 节 GIS的构成一、GIS的构成 一个实用的GIS系统，要支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，其基本组成一般包括以下五个主要部分：系统软件系统硬件空间数据应用人员应用模型应用人员，GIS服务的对象，分为一般用户和从事建 立、维护、管理和更新的高级用户软系统件，支持数据采集、存储、加工、回答用户问 题的计算机程序系统硬件系统，各种设备-物质基础数 据，

15、系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术 产生社会经济效益的关键所在 第2 节 GIS的构成二、系统硬件基本配置 输入设备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、鼠标处理设备处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备输出设备绘图仪终端打印机第2 节 GIS的构成二、系统硬件应用模式 单机模式： 由基本外设、处理设备和输出设备构成 适用于小型GIS建设 数据传输与资源共享不方便第2 节 GIS的构成二、系统硬件应用模式 输 出用户组1输

16、入GIS中央数据库与网管Intranet用户组n局域网模式： 部门或单位内部GIS建设 专线连接 资源共享较方便第2 节 GIS的构成二、系统硬件应用模式 广域网模式： 用户分布地域广泛，不适合专线连接 公共通讯连接 资源共享方便 局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接输入GIS中央数据库（服务器）图象处理系统局域网用户组输出多媒体系统用户用户主主 干干 网网Internet第2 节 GIS的构成二、系统软件软件结构 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）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软件基础软件操作系统GIS第2 节

17、GIS的构成二、系统软件操作系统 操作系统主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOS、Windows98/NT/2000/XP、UNIX等。 操作系统关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。第2 节 GIS的构成二、系统软件基础软件 数据库软件，用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。 流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。 目前GIS软件中采用商用数据库管理属性数据，一个有发展前景的模型是面向对象 数据模型，可实现图形和属性数据的联合管理。 Oracle、

18、Informix、Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间数据类型。 ESRI公司的SDE(Spatial Database Engine)是基于关系数据库的空间数据管理平台。图形平台，某些GIS软件中图形处理平台。如AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMap GIS软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS软件 第2 节 GIS的构成二、系统软件GIS软件 空间数据输入与转换空间数据库管理系统图形与属性数据编辑制图与输出空间查询与分析GIS第2 节 GIS的构成二、系统软件GIS软件类型 0 专业GIS（Professional

19、GIS）0 桌面GIS（Desktop GIS）0 手持GIS（Hand-Held GIS）0 组件GIS（Component GIS）0 GIS Viewer0 网络GIS（Internet GIS）0 其它（基于CAD的GIS）第2 节 GIS的构成三、空间数据 栅格结构矢量结构空间数据是指描述地球表层一定范围内的地理 事物及其关系的数据,又称地理数据。 是GIS的操作对象，是地理信息的载 体，是系统应用的基础 空间数据特征：几何、属性、时间数据； 空间数据组织：矢量结构、栅格结构； 空间数据管理： 几何数据文件 属性数据关系数据库 第2 节 GIS的构成四、应用人员 GIS的开发是以人为

20、本的系统工程 业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理的能力。技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。咨询信息管理数据整理第2 节 GIS的构成四、应用人员 缺少决策者的支持缺少专业知识缺乏远见缺少用户介入缺少长期规划缺少系统分析失败的GIS个人冲突个人冲突没有协作精神没有协作精神错误的选择错误的选择错误的使用错误的使用没有进行咨询没有进行咨询没有培训没有培训没有手册没有手册没有用户的参与没有用户的参与没有总体目标没有总体目标没有任务目标没有任务目标没有应用目标没有应用目标没有软件版本升级没有软件版

21、本升级没有数据的更新没有数据的更新没有模型的改进没有模型的改进没有使用系统方法没有使用系统方法没有反复试验修改没有反复试验修改五、应用模型 应用模型是客观世界中相应系统经由观念 世界到信息世界的映射，反映了人类对 客观世界利用改造的能动作用 并且是GIS技术产生社会经济效益的 关键所在，也是GIS生命力的重要 保证，因此在GIS技术中占有十分 重要的地位 需要解决的问题多源数据收集规划定义过程应用操作过程问题的定义分解/联合问题的实质证据/数据/假设问题的概念概念/要素/方法解决问题的数据数据源/数据集 问题答案 验证/解释/表达问题求解统计计算/模型分析/空间分析问题数据子集提取/综合数据库

22、建立数据输入/格式化第2 节 GIS的构成第3 节 GIS的功能及应用一、GIS功能概述 GIS能作什么？缓冲区分析 叠加分析 空间查询 网络分析 地形分析 。数据采集与输入 数据编辑与更新数据存储与管理空间查 询与分析数据显示与输出 第3 节 GIS的功能及应用一、GIS功能概述 GIS的核心问题可归纳为五个方面内容：位置、条件、变化趋势、模式和模型 1）位置（Locations） 即在某个特定的位置有什么。 首先，必须定义某个物体或地区信息的具体位置，常用的定义方法有： 通过各种交互手段确定位置，或者直接输入一个坐标； 其次，指定了目标或区域的位置后，可以获得预期的结果以及其所有或部分特

23、性，例如当前地块所有者、地址、土地利用情况、估价等。2）条件（Conditions）即什么地方有满足某些条件的东西。 首先，可以用下列方式指定一组条件，如： 从预定义的可选项中进行选取； 填写逻辑表达式； 在终端上交互地填写表格。 其次，指定条件后，可以获得满足指定条件的所有对象的列表，如： 在屏幕上以高亮度显示满足指定条件的所有特征。3）变化趋势（Trends）综合现有数据，以识别已经发生或正在发生变化的地理现象 首先，确定趋势，当然趋势的确定并不能保证每次都正确，一旦掌握了一个特 定的数据集，要确定趋势可能要依赖假设条件、个人推测、观测现象或 证据报道等 其次，针对该趋势，可通过对数据的分

24、析，对该趋势加以确认或否定。地理信 息系统可使用户快速获得定量数据以及说明该趋势的附图等。4）模式（Patterns）分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。 首先，确定模式，模式的确定通常需要长期的观察、熟悉现有数据、了解数据 间的潜在关系。 其次，模式确定后，可获得一份报告，说明该事件发生在何时何地、显示事件 发生的系列图件。5）模型（Models）该类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案。 首先，建立模型，如选择标准、检验方法等。 其次，建立了一个或多个模型后，能产生满足特定的所有特征的列表，并着重 显示被选择特征的地图，且提供一个有关所选择的特征详细描述的报表第3 节 GIS的

25、功能及应用二、基本功能实现 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第3 节 GIS的功能及应用二、基本功能实现数据获取 现实世界文字报告、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘 等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库第3 节 GIS的功能及应用二、基本功能实现编辑、变换与处理 数据获取数据入库目的：保证数据入库时在内容上的完整性，逻辑上的一致性。方法：数据编辑与处理、错误修正： 数据格式转化：矢量、栅个格转化，不同数据格式转化； 数据比例转化：平移、旋转、比例、纠正 投影变换：投影方式 数据概化：平

26、滑、特征集结 数据重构：几何形态变换（拼接、截取、压缩、结构） 地理编码：拓扑结构第3 节 GIS的功能及应用二、基本功能实现数据组织与管理 数据的集成过程： 几何数据与属性数据组织 数据结构： 矢量结构、栅格结构、栅格/矢量结构 决定着GIS的数据分析能力、效率和精度 数据管理： 层次模型、网络模型、关系模型、混合管理模式 第3 节 GIS的功能及应用二、基本功能实现空间查询空间数据库哈尔滨在哪里？空间查询属性查询78路公交经过哪些站？第3 节 GIS的功能及应用二、基本功能实现叠加分析空间数据库 为某工厂选址，首先找出地价1万元m; 且地形起伏较小的区域?地价1万元m坡度小于3度的地形信息

27、空间检索满足两条件的区域+ +第3 节 GIS的功能及应用二、基本功能实现缓冲区分析空间数据库道路的噪音影响范围?街道中心线空间检索城市环境评价第3 节 GIS的功能及应用二、基本功能实现网络分析空间数据库哪条路最近,如何乘车?道路信息空间检索第3 节 GIS的功能及应用二、基本功能实现数据输出 数据交换 统计表格 制 图：专题地图、影象地图、统计地图、地形图GIS Data第3 节 GIS的功能及应用二、基本功能实现用户界面 第3 节 GIS的功能及应用二、基本功能实现二次开发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。定制菜单、程序与可视

28、化界面等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ArcView 的MapObject，ArcGIS的ArcObject，MapInfoMapX；第3 节 GIS的功能及应用三、应用领域GIS 主要应用领域 资源管理 区域和城乡规划 灾害监测 环境评估 作战指挥 交通运输 宏观决策 商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域第3 节 GIS的功能及应用三、应用领域资源管理 资源清查是GIS的最基本的职能 包括: 1）土地资源的清查、管理； 2）森林资源的清查、管理； 3）矿产资源的清查、管理； 4）土地利用规划； 5）野生

29、动物的保护 第3 节 GIS的功能及应用三、应用领域区域和城乡规划GIS在区域和城乡规划中的应用包在区域和城乡规划中的应用包括：括： 1）城镇总体规划；）城镇总体规划； 2）公共设施配置；）公共设施配置； 3）道路交通规划；）道路交通规划； 4）城市环境动态监测；）城市环境动态监测； 5）城市环境选质量评价；）城市环境选质量评价； 6）城市建设用地适宜性评价；）城市建设用地适宜性评价； 第3 节 GIS的功能及应用三、应用领域灾害监测GIS方法和多时相的遥感数据，用于: 森林火灾的预测预报; 洪水灾情监测和淹没损失估算; 确定泄洪区内人员撤退、财产转移和救灾物资供应的最佳路线; 为救灾抢险和防

30、洪决策提供及时准确的信息。第3 节 GIS的功能及应用三、应用领域环境评估 第3 节 GIS的功能及应用三、应用领域作战指挥 第3 节 GIS的功能及应用三、应用领域交通运输 第3 节 GIS的功能及应用三、应用领域宏观决策 GIS利用地理数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，可为国家宏观决策提供依据。第4 节 GIS的发展一、国际GIS的发展状况 60年代，探索时期：人们关注什么是GIS，GIS能干什么。 70年代，发展时期：研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据 库管理。 80年代，实破阶段：把GIS与RS结合来解决全球性问题。 90年代，全面应用，产业化阶段：对GIS进一步

31、研究，研究的内容集中 在：空间信 息分析的新模式和新方 法，空间关系和 数据模型，人工智能引入等。 40年代和50年代计算机科学、地图学和航空摄影测量技术的发展，产生利用计算机汇总各种数据，借助计算机处理和分析这些数据，最后通过计算机输出一系列结果，作为辅助决策的有用信息，产生了最早地理信息系统的基本框架。50年代末60年代初，计算机获得广泛应用以后，很快就被应用于空间数据的存储与管理。计算机分析地图内容并提供信息，是从自然资源的管理和土地规划任务开始的，在这个基础上诞生了世界上第一个地理信息系统加拿大地理信息系(CGIS，诺基尔汤姆林逊，1963)。受计算机发展水平的限制，当时的地理信息系统

32、的特征是存储能力小，磁带存取速度慢。机助制图能力较强，地学分析功能较简单，实现了手扶跟踪数字化方法，可以完成地图数据的拓扑编辑，分幅数据的自动拼接，开创了格网单元的操作方法，发展了许多基于格网的系统。所有这些处理空间数据的主要技术，奠定了地理信息系统发展的基础。另外，纷纷成立的许多有关GIS的组织和机构对传播和发展地理信息系统也起了重要的指导作用。 在这期间，计算机发展到第三代，内存容量大增，运算速度加快，大容量直接存取设备磁盘的使用，为地理数据的录入、储存、检索、输出提供了强有力的手段。用户屏幕和图形、图像卡的发展增强了人机对话和高质量图形显示功能，促使GIS朝着实用化方向发展。从1970年

33、至1976年，美国地质调查所就建成了50多个信息系统，分别作为处理地理、地质和水资源等领域空间信息的工具。加拿大、联邦德国、瑞典等国，也先后发展了自己的地理信息系统。一些商业公司开始活跃，GIS软件在市场上受到欢迎，据IGU统计，在70年代约有300多个系统投入使用，其中较完整的系统软件就有80个之多。D.F.Marble等拟订了处理空间数据的计算机软件登录的标准格式，提出GIS发展研究的重点是空间数据处理的算法、数据结构和数据库管理这三方面。许多大学(如美国纽约州立大学等)开始注意培养GIS方面的人才，创建了GIS实验室。因此，地理信息系统这一技术受到了政府部门、商业公司和大学的普遍重视，成

34、为引人注目的领域。 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，使地理信息的传输效率得到极大的提高。软件开发工具的广泛应用和数据库技术的推广，推动了GIS的数据处理能力，空间分析功能，人机交互对话，地图的输入、编辑和输出技术的进一步发展，并逐渐走向成熟。地理信息系统的应用从解决基础设施的规划(如道路、输电线等)转向更加复杂的区域开发问题。 90年代以来，随着地理信息产业的建立和地球数字化产品的普及应用，GIS的发展进入用户时代。社会对GIS的认识普遍提高，需求大幅度增加，GIS已成为许多机

35、构(特别是政府决策部门)必备的工作系统。地理信息系统已被列入“信息高速公路”计划，也是美国前副总统戈尔提出的“数字地球”战略的重要组成部分。90年代，GIS开发和研究主要集中在下列一些方向： 空间信息分析的新模式和新方法； 空间信息应用模型；GIS的效益评价； 三维、四维空间数据结构和数据模型； 人工智能和专家系统的引入； 网络GIS； 虚拟现实技术与GIS的结合等。 第4 节 GIS的发展二、国内GIS的发展状况 起步较晚，但发展较快，分为以下几个阶段： 70年代，准备阶段 80年代，试验起步阶段 90年代，发展阶段 96年以来，产业化阶段70年代初，我国开始探讨计算机在测量、地图制图和遥感

36、领域的应用。1972年开始研制制图自动化系统1974年引进美国地球资源卫星图像，开展了卫星图像的处理和信息解译工作，还开展了全国 范围的航空摄影测量与地形制图，为我国地理信息系统数据库的建立打下了坚实的物质 基础，并于1977年诞生我国第一张全要素数字地图。这些都为我国地理信息系统的研制和开发做了物质和技术准备，为GIS的发展开辟了道路。80年代，计算机技术的发展和对“信息革命”的热烈响应，GIS技术在我国正式进入全面试验阶段我国在GIS理论探索、规范探讨、实验技术、软件开发、系统建立、人才培养、典型试验和专题试验等方面都取得了实质性的进展。 在典型试验中主要研究建立数据规范和标准、空间数据库

37、建立、数据处理和分析算法以及系 统分析软件和应用软件的开发等。 在专题试验和应用方面，探索地理信息系统的设计与应用，建成的区域性系统有1 100万国 土基本信息系统和全国土地信息系统、洪水灾害预报与分析系统等。国际GIS学术会议多次在我国举行，有关高校开设了地理信息系统课程，这一切均为GIS的进一步发展和实际应用打下了基础。 从1986年到1995年前后，我国GIS走上了全面发展道路。 沿海、沿江经济开发区的发展，土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，推动了 GIS的发展和应用。 GIS研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关项目，开始有计划、有组织、有目标地进行理 论研究和应用建设。

38、 全国许多行业部门和部分省市积极发展各自专业GIS和区域GIS，上海、北京、深圳、海口、 三亚、常州等大中城市都在积极建设城市GIS。 1996年以来，我国GIS技术在技术研究、成果应用、人才培养、软件开发等方面进展迅速，并力图将GIS从初步发展时期的研究实验、局部应用推向实用化、集成化、工程化，为国民经济发展提供辅助分析和决策依据。GIS在研究和应用过程中走向产业化道路，成为国民经济建设普遍使用的工具，并在各行各业发挥重大作用。 第4 节 GIS的发展三、当代GIS的发展动态 自20世纪60年代世界上第一个GIS加拿大地理信息系统(CGIS)问世以来，经过近40多年年的发展，GIS系统软件和

39、应用软件日趋成熟和完善。 随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS的社会需求量增大，GIS应用日趋广泛。应用需求促进发展，GIS已从一门技术发展为一门独立的新兴学科。 下面就GIS当前的几个热门研究领域作一介绍。 面向对象技术与GIS 真三维GIS和时空GIS GIS应用模型 InternetGIS GIS与专家系统 GIS与虚拟现实技术的结合。 第4 节 GIS的发展面向对象技术与GIS 1. 图形和属性分开管理的数据模型的弱点 不利于空间数据的整体管理，以保证数据的一致性； GIS的开放性和互操作性受限制； 数据共享和并行处理无保证。 2. 面向对象技术 面向对象技术将

40、现实世界的实体都抽象为对象，利用四种数据抽象技术(分类、概括、联合、 聚集)可构建复杂的地理实体，利用继承和传播这两种数据抽象工具将所有实体对象构建 成一个分层结构。 面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条适合于人类思维模式的直观、结构清晰、 组织有序的方法，面向对象数据模型成为较为理想的统一管理GIS空间数据的有效模型。 因而，面向对象的技术在GIS中的应用，即面向对象的GIS，已成为GIS的发展方向。 Smallworld GIS是目前面向对象GIS中最为典型的代表， 3. 面向对象的GIS有待进一步研究的问题 大对象的操作仍受硬件条件的限制； 对象的独立性与颗粒度问题； 矢量和栅格

41、数据统一的、支持动态拓扑结构和复合对象表示的面向对象的数据结构问题。 第4 节 GIS的发展真3维GIS与时空GIS 1. 真3维GIS 目前绝大多数的GIS采用二维或2.5维来表示现实三维现象，通常将三维分量Z值当做一个属性 值，如DEM数据，这对于许多地学分析是非常不便的，甚至难以进行。 随着计算机技术特别是计算机图形学的发展，使得显示和描述三维实体的几何特征和属性特征 成为可能，因此真三维数据结构的研究，真三维GIS的应用成为GIS发展的一个热点： 三维数据结构的研究，包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化； 三维数据的生成和管理； 地理数据的三维显示，包括三维数据的空间操作和

42、分析，表面处理，栅格图像、全息图 像显示，层次处理等。 2. 时空GIS 由于受器件的限制和一些技术原因，传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了其时间特性。因而需要开发时空四维GIS。实现时空复合操作，将空间分析问题进一步拓展为时空分析范畴，已成为新一代GIS的重要研究课题，其主要研究内容是： 时空模型 时空数据的表示、存储、操作、查询 时空分析 目前较常用的做法是在数据模型基础上扩充，如在关系模型的元组中加入时间，在对象模型中引入时间属性。在这种扩充的基础上如何解决从表示到分析的一系列问题仍有待进一步的研究。 第4 节 GIS的发展GIS应用模型的发展 GIS强大的生命力在于与各种实

43、际应用的结合。而通用GIS的数据管理、查询和空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的，因为这些领域都有自己独特的专用模型。目前的GIS对用户定义通用GIS空间分析与各专业模型的主要途径 松散耦合式，也称为外部空间模型法。这种方法基本上将GIS当做一个空间数据库看待，在GIS 环境外部借助其他软件或计算机高级语言建立专用模型，其与GIS之间采用数据 通讯的方式联系。 嵌入式，也称内部空间模型法。即在GIS中借助GIS的通用功能来实现应用领域的专用分析模 混合型空间模型法，是前两种方法的结合，即尽可能利用GIS提供的功能，最大限度地减少用 户自行开发的工作量和难度，又保持外部空间模型法的灵活性

44、。 这些方法的一个主要问题是它对于普通用户而言过于困难。最好的方式是GIS本身能支持建立专业应用模型，能支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于GIS的分析、建模和决策，GIMS是目前GIS研究的热点问题之一。第4 节 GIS的发展Internet GIS Internet GIS的信息处理模式由传统的集中式转向客户服务器模式，客户机处理GIS应用软件，服务器负责存储和管理GIS空间数据库，并响应客户机对GIS应用功能的服务请求。 由于Internet GIS分布式管理与互操作的要求，Internet GIS又有组件式GIS和Open GIS两个研究热点，但目

45、前Internet GIS仍然存在着诸多不足 目前Internet GIS存在的不足 支持单一数据源而非多数据源的获取，不能满足日益增长的信息交互与Open GIS规范的需求； 数据集中而非分布式存放与管理，不利于信息的共享与更新； 缺乏统一的管理机制以实现大量分布式空间信息相互间的有机联系； 缺乏丰富的空间信息表现手法以及与网络资源特别是借助浏览器表达的能力； 空间信息获取控制以及客户与服务器端安全体系的建立不够完善。 目前，商品化的WebGIS还处于初级阶段，提供的查询和分析功能还不能满足专业应用的需要，它的出现已开始改变GIS传统的数据输出和地图发布的方式，为地理信息的高度社会化共享提供了可能。 组件式GIS 即将已有的巨型GIS分解为若干可互操作的自我管理、相互独立的组件，包括数据管理组件、空间查询组件、数据获取组件、专题制图组件和显示组件等。这些组件建立在分布