学科基础讲座ppt课件

单击此处编辑母版标 题样式 单击此处编辑母版副标题样式 *1 GIS 的学科基础 GIS定义 n地理信息系统(简称GIS) 是本世纪60 年代发 展起来的一门融计算机技术、测绘科学、 遥感、应用数学、信息科学、地球科学于 一身的综合和集成的信息技术, 为采集、量 测、存储、分析、管理、显示、传播和应 用与地理和空间有关的数据提供了有效的 手段。 GIS 学科特点 n工具学科特征 n是指GIS 作为一种信息技术为人们提供了解决空间问题 的工具与思路。GIS 工具可应用于与空间问题相关的诸 多领域。这就要求GIS 专业人才有意识并且有能力利用 GIS工具解决问题。 n工程学科特征 n是指在GIS应用系统开发/ 二次开发的过程中,需要考虑 软件开发方法、软件质量管理、软件工程项目管理等 诸多问题,而GIS 应用系统开发/ 二次开发是当前GIS 社 会需求的重要组成部分 n横断学科特征 n是指GIS 融合了计算机科学、数学、地球科学、环境科 学、空间科学、信息科学、管理科学、测绘学与遥感 学等学科知识,已逐渐发展为地理信息科学 (Geoinformatics) 。 学科体系 地理信息系统与其它相关 学科系统间的关系 nGIS与地图学 nGIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础 n最终产品之一也是地图 nGIS是地图学理论、方法与功能的延伸 n地图学强调图形信息传输 nGIS则强调空间数据处理与分析 nGIS与一般事务数据库 n数据库技术具有很好的管理,分析和处理数据的 功能 n数据库技术是GIS的主要支撑技术之一 nGIS属性数据库部分相当于一般数据库 nGIS数据库比一般数据库结构要复杂得多 nGIS与计算机地图制图 n计算机地图制图系统强调的是图形表示 nGIS既注重实体的空间分布又强调它们的显示方 法,可综合图形和属性的数据进行深层次的空间 分析 n数字地图是GIS的数据源，也是GIS表达形式 龚健雅.地理信息系统基础.北京：科学出版社， 2001 陈述彭等. 地理信息系统导论.北京：科学出版社 ，2000 郭达志等.地理信息系统基础与应用.北京：煤炭 工业出版社，1997 张超等.地理信息系统实习教程.北京：高等教育 出版社，2000 吴信才等.地理信息系统原理与方法.北京：电子 工业出版社，2002 参考书目 主要网站 n/ n/ n/ n/ n/ n/ n/ 城市土地利用信息系统 电信资源管理 铁路地理信息系统 公安警用地理信息系统 属性查询 查询 专题图 作战指挥 地图切换 医疗机构信息查询 n地理是一门充满诗意的学科 n“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”（毛泽东-送瘟神 ） n“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。”（白居易-大林 寺桃花） n“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜” n“一场春雨一场暖，一场秋雨一场寒。” n“天无三日晴，地无三尺平。” n“落红不是无情物，化作春泥更护花。”（龚自珍-己亥 杂诗） 水 圈 大 气 圈 生 物 圈 岩 石 圈 地理学：是一门研究地球表层由岩石圈、大气圈、生物圈、水圈、土 壤圈相互作用组成的巨系统的科学。 NO.1：什么是地理？ 地理科学 社会科学 数 学 自然科学 工程科学 技术科学 哲 学 基础科学 钱学森：地理科学独立于自然科学与社会科学之外。 地理学的特点：区域性 、综合性（宏观性） NO.2：地理，生活中无处不在！ 图片所示是我国哪个民族的服饰？ 与绍兴有何不同，为什么？ 六月暑天犹着棉 终年多半是寒天 白天束带为衣 夜间解带当被 阿拉法特伊朗女足 衣着特征明显的阿拉伯人 湖南人不怕辣、 贵州人辣不怕、 四川人怕不辣。 傣族竹楼古镇西塘 西藏民居北京四合院 住 处处楼前飘管吹 家家门外泊舟航 南船北马 坐飞机去纽约需要越过太平洋吗？ 观测技术：传统野外调查+3S技术（RS、GIS、GPS） 分析与解释技术：分类、空间统计分析、对比分析等 表达技术：描述、地图、地理信息系统、地理可视化等 NO.3地理学怎么做？ 去年第9号台风“圣帕”19 日2时在惠安崇武镇登陆， 登陆时近中心最大风速33 米/秒，风力12级。截至8 月21日18时统计，9号台风 “圣帕”已造成福建、浙江 、江西、湖南4省36人死亡 ，9人失踪，紧急转移安置 137.3人。 RS卫星云图 车载GPS 地震能预报吗？ 地理学的发展阶段 地理学在中国战国前后的古希腊、古罗马时 代开始萌 芽，至今已有2000多年的发展历史。地理学的发展可划分 为三个基本阶段： 古代地理学，以记载地理知识为主体； 近代地理学，对各种地理现象进行条理化归纳，并对它 们之间的关系进行解释性描述； 现代地理学，采用定性与定量相结合的方法，规范研究 与实证研究并举，解释各种地理现象的内在机制并预测其未 来演变。 地理学与数学的不解之缘 古代地理学和 近代地理学中的数学 方法限于定量地描述、记载和解释。 现代地理学中运用数学方法，是为 了深入地进行定量化研究，揭示地理现象 发生、发展的内在机制及运动规律，从而 为地理系统的预测及优化调控提供科学依 据。 一、现代地理学发展史上的计量运动 近代地理学有3种主要学派: 区域学派,代表人物是赫特纳（ A.Hettner）、哈特向（R.Hartshorne)。 人地关系学派，代表人物是洪堡（ Alexander Von Humboldt）、李特尔（Karl Ritter）、李希霍芬（F. Richthofen）等。 景观学派，代表人物是施吕特尔（O. Schlter）等。 计量运动的萌芽 德籍旅美地理学家舍弗尔（F.K. Schaefer） ，1953年发表了一篇题为地理学中的例外论的 文章，抨击了哈特向的地域独特主义观点，即“例 外主义”观点。 他认为，地理学应该是解释现象，而不应该是 罗列现象。解释现象必须有法则，应该把地理现象 看成是法则的实例。地理学的目的应该与其他科学 有相似之处：都是追求、探索法则的。 舍弗尔等人对区域学派的批评与否定，拉开了 现代地理学发展史上的计量运动的帷幕。 早 期 计 量 运 动 的 三 种 学 派 计量运动主要是由美国地理学家发起的，形成了3 大学派： 艾奥瓦的经济派。代表人物是舍弗尔、麦卡尔蒂 。受杜能、廖什、克里斯塔勒等区位论学者影响很深， 极力倡导建立地理学法则，着重探讨经济区位现象间相 互内在联系及其组合类型。 威斯康星的统计派。代表人物是威弗尔、罗宾逊 、东坎和仇佐里，以经典著作统计地理学为代表作 ，主要特征是发展和应用统计分析方法。 普林斯顿的社会物理学派。代表人物是司徒瓦特 (J.Q. Stewart)。该派把物理学原理应用于社会现象的 研究之中，发展了理论地理学中的引力模型、位势模型 、空间相互作用模式。 计量运动的飞速发展 加里森(W. L. Garrison) 及其领导的华盛顿小组首次 把地理学的理论和方法建立在定量的基础上，编写了第 一本计量地理学教材，率先在华盛顿大学举办了地 理计量方法研讨班，培养了大批现代地理学名家。 美国区域科学协会组织了大量的学术活动，编辑出 版了区域科学年鉴，成为美国计量运动的源地之一 。瑞典学者哈格斯特朗积极组织瑞典和美国的地理学家 交流学术思想，大大促进了计量运动向全世界的扩散。 计量运动中涌现的著名学派、组织和学术刊物 英国以乔莱（R.J. Chorley）、哈格特(P. Haggett)和哈威(D. Harvey)等为代表的剑桥学派； 1964年国际地理学联合会(IGU)设立的地理计量学方法委 员会； 1967年英国地理学会设立的地理教学采用模型和计量技术 委员会； 1968年日本成立的计量地理学研究委员会，1973年又改称 理论、计量地理学委员会； 1963年英国出版的地理学计量资料杂志和1969年美国 出版的地理分析国际理论地理学杂志。 二、计量地理学的发展阶段 n第一阶段（20世纪50年代末期到60年代末期） 把统计学方法引入地理学研究领域，构造 一系列统计量来定量地描述地理要素的分布特 征，应用各种概率分布函数、方差等简单的统 计特征回归分析方法。 分布中心、区域形状、地理要素分布的集 中和离散程度等都有了定量指标，许多地理要 素间的相关关系，也可以进行定量地表示。 n第二阶段（20世纪60年代末期到70年代末期） 多元统计分析方法和电子计算机技术在地理学 研究中广泛应用。以电子计算机技术为手段，许多 地理学家熟练地掌握了多元统计方法，具备了分析 多因素、复杂结构和动态特征等复杂地理问题的能 力。 n第三阶段（20世纪70年代末期开始到80年代末 期） 系统理论、系统分析方法、系统优化方法 、系统调控方法等被引进地理学研究领域，促 进了运筹学中的规划方法、决策方法、网络分 析方法，以及数学物理方法、模糊数学方法、 分形几何学方法、非线性分析方法等一系列现 代数学方法的形成。同时GIS技术的发展为其提 供了先进的技术手段支持。 n第四阶段（20世纪90年代初至今） 按照英国著名地理学家、里兹大学S.奥彭肖 (S. Openshaw)教授的提法，90年代初进入计算地 理学(Geocomputational Geography)时代。 得益于计算机技术与计算理论和方法的巨大 发展和3S技术在获取大容量、整体性地理数据信 息中的成功应用，以向量或并行处理器为基础的 超级计算机为工具，对“整体”、“大容量”资料所 表征的地理问题实施高性能计算，探索构筑新的 地理学理论和应用模型。 除继续应用20世纪80年代中叶以来在地理学模型研究中成功 引入的突变、自组织、混沌、分支、分形等模型外，地理计 算学又成功地引入了： 神经网络（neural network) 遗传算法模型（genetic programming） 细胞自动模型（cellar automata） 模式参数随机取样模型（random sampling of model parameter ） 模糊逻辑模型(fuzzy logic) 改进了的地理加权回归（geographically weighted regression） 三、计量地理学在中国的发展 20世纪50年代末，一些大学开设运筹学课程，地理 学报等刊物上开始出现运用有关数学方法研究地理问题 的论文。 70年代末80年代初，计量地理学正式起步。1980年5 月，计量地理学被部分综合大学和师范院校地理系列 为专业课；中国地理学会于1983年召开数量地理研讨会； 1984年和1985年，正式出版了教材计量地理学概论（ 林炳耀）和计量地理学基础（张超、杨秉庚）。 20世纪80年代后期以来，地理数学方法的应用与系统 科学、系统分析方法以及GIS技术有机地结合起来。 测绘科学 测量学 一、测量学定义 测量科学是以地球的形状、大小、地球重力场、地球表面的地形、地 貌及地物的几何形状和其空间位置为研究对象，并将地球表面的地形及其 它信息测绘于图纸上，以便各行各业的使用的理论与技术的学科。 二、测量学的任务： 1、测定：把地面上的地物地貌测绘到地形图上。 2、测设：把图纸上的设计放样到地面。 三、测量学的分类 现代测量学 大地测量学 工程测量学 摄影测量学 地形测量学 海洋测量学 地图制图学 大地测量学：主要是研究地球的形状及大小、地球重力场、地球板块的 运动，地球表面点的几何位置及其变化的科学。 工程测量学：主要是研究在工程施工和资源开发利用中的勘测设计、建 设施工、竣工验收、生产运营、变形监测及灾害预报等方面测绘理论与技 术。 摄影测量学：是研究影象及遥感信息与被测物体之间内在的几何和物理 关系，并进行分析、处理和解译，以确定被测物体的形状、大小、性质及 空间位置的一门学科。 地形测量学：主要研究地球表面局部区域的测绘理论、技术、方法及应 用，它是将局部区域地球球面近似的当作平面，无需顾及地球曲率的影响 ，对地球表面的地物及地貌进行测绘，因此，又称为普通测量学。 海洋测绘学：是以海洋水体及海底地形为对象，它是研究海洋定位,测定 海洋大地水准面及平均海平面、海面及海底地形，海洋重力及磁力等自然 及社会信息的地理分布，并编制成各种海图的理论与技术的学科。 地图制图学：研究地图制图的理论和方法。 一、测量学的目的 掌握测量学的基础知识及理论，具有使用常规测量仪器的基本技能； 在学习大比例尺测图的基本原理、方法及技能的基础上，掌握利用GPS测 量技术及全站仪进行数字测图的整个过程，并能利用测量的基本理论、方 法及技能对测量数据进行正确处理；掌握基本的施工测量方法及过程，不 但能在一般工程建设规划、设计和施工中正确使用测绘成果，并能使用测 量仪器进行一般工程的施工放样工作。 二、学习测量学要求 要求学生在掌握基本理论及方法的基础上，应具