地理信息系统基础1-绪论.ppt

地理信息系统基 础 课程性质、教学目的 n课程性质：专业基础必修课 n教学目的 n (1)掌握GIS的概念，了解GIS的组成和基本功能； n (2)掌握GIS的数据处理流程: 采集、编辑、组织、 管理、分析、输出； n (3)熟悉GIS空间分析基本技术和方法； n (4)了解GIS的发展与趋势； n (5)熟悉SuperMap Deskpro 5 的使用。 教学要求 n按时上课、完成作业、做好笔记、勤于动手 。 n使用统一的作业本，完成课后思考题。 n缺课5次及以上者取消考试资格（抽查）。 n平时成绩满分30分，主要根据课堂考察和课 后作业情况评分。 n期末考试成绩满分70分（闭卷）。 主要学习资料 n教材地理信息系统（汤国安编） n课件 nSuperMap Deskpro 5软件（机房） nSuperMap GIS应用与开发教程，张正 栋等，武汉大学出版社（参考书） nSuperMap Deskpro 5 使用技巧 /gb/services/su pport/05.htm n地理信息系统论坛/ 第一章 绪论 nGIS的基本概念 nGIS的发展概况 nGIS的组成 nGIS与相关学科及技术的关系 nGIS的应用 nSuperMap Deskpro 5的基本概念与应用环 境 n思考与练习 第一节 基本概念 n信息和数据 n地理信息 n地理信息的特征 n信息系统 n地理信息系统 n地理信息系统的特征 信息(Information) n定义：用文字、数字、符号、语言、图像等介质 来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征 ，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的 事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分 析和决策的依据。 n特点： （1）信息的客观性 （2）信息的适用性 （3）信息的传输性 （4）信息的共享性 数据:(Data) n定义：通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号 ，是用以载荷信息的物理符号。在计算机化的地理信息 系统中，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。 n地理信息系统的建立，首先是收集数据，然后对数据进 行处理，即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强 等，其目的就是为了得到数据中包含的信息。对同一数 据每个人的解释可能不同，因而获得信息量的多少与人 的知识水平和经验有关。 n信息与数据是不可分离的，即信息是数据的内涵，而数 据是信息的表达，也就是说数据是信息的载体。 地理信息 n地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状 态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特 征与地理现象之间关系的地理数据的解释。或者 定义为：表征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数字、文字、图 像和图形等的总称 。从另一个角度来说，一切与 空间位置有关的信息都叫做地理信息。 n特点 （1）空间分布性：属于空间信息，其位置的识别是与数 据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的 最显著的标志。 （2）数据量大。 （3）信息载体的多样性。 什么是GIS？ n地理信息系统（GIS , Geographic Information System）是在计算机硬、软件系统支持下，对体 现现实世界的现状和变迁的各类空间数据及描述 这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理 、运算、分析、显示和描述的技术系统，它作为 集计算机科学、地理学、测绘、环境科学、城市 科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的 新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。 n地理信息系统中“地理”的概念并非指地理学，而 是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属 性数据以及以此为基础而演义出来的知识。 GIS能够回答的问题 n1位置问题。即“在某个特定位置有什么”的问题。位置可以 用多种方式描述，如名称，邮编，地理参照物等。 n2条件问题。即“满足某个条件的地点在哪里”的问题。这个 问题与上述相反，并且需要依据空间分析来回答。比如在某 个范围内要找到一块无林地，要求是面积为2000平方米，距 离公路100米以内，土壤可以支撑建筑物。 n3趋势问题。即“自从以来发生了哪些变化？”的问题。 可以观察某地区随时间的变化。 n4格局问题。比如要确定核电站附近的居民，其死亡是否主 要由癌症所致。 n5模型问题。即“如果，会发生什么？”的问题。例如如 果一条新道路加入网络，或一种有毒物质渗漏至当地水源供 应的地方时，会发生什么事情。回答这些问题需要有关地理 学以及其他的信息。 地理信息系统的特点 n多目的性：具有采集、管理、分析和输出多种地理空间 信息的能力；以地理研究和地理决策为目的，以地理模 型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态 预测的能力；并能产生高层次的地理信息。 n空间表达：具有公共的地理定位基础，所有的地理要素 ，要按经纬度或者特有的坐标系统进行严格的空间定位 ，才能使具有时序性、多维性、区域性特征的空间要素 进行复合和分解，将隐含其中的信息变为显示表达，形 成空间和时间上连续分布的综合信息基础。 n信息仿真：地理信息系统从外部来看，它表现为计算机 软硬件系统；而其内涵却是由计算机程序和地理数据组 织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度 信息化的地理系统。信息的流动及信息流动的结果，完 全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真。 地理信息系统按其内容分为三大类： n专题地理信息系统（Subject GIS）：水资源管理信 息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系 统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统 、环境管理信息系统等。 n区域地理信息系统（Regional GIS）：主要以区域 综合研究和全面信息服务为目标。如国家级、地 区级、市级或县级等。 n地理信息系统工具(GIS Tools）：具有图形图像数 字化、存储管理、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。 GIS与其它系统的区别 nGIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选 定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单 的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因 此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含 DBMS。 nGIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组 织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数 据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信 息，它只是GIS的一个数据源。 nGIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图 形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱， 更缺乏分析和判断能力。 nGIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属 性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备复杂、 系统功能强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图 形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没 有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS， MIS在概念上更接近DBMS。 地理信息系统（GIS）与管理信息系统（MIS ） 比较项目GISMIS 数据类型 有空间分布特性,由点、线、面及相 互关系构成 主要为属性数据和统计分析数据 数据源图形图像及地理特征属性表格、统计数据、报表 输出结果 图形图像产品、统计报表、文字报 告、表格 表格、报表、报告 硬件配置 外设：数字化仪、扫描仪、绘图仪 、打印机、磁带机 主机：要求高档微机或工作站 打印机、键盘、一般微机 软件 要求高，价格昂贵 如：ARC/INFO 、微机版约3.0万,工作站版约5-10万 要求低、便宜，标准规格统一，如 ORACAL、FOXBASE 等 处理内容（采用 目的或分析内容 ） 用于系统分析、检索、资源开发利用或 区域规划，地区综合治理，环境监测， 灾害预测预报 查询、检索、系统分析、办公管理 。如OS 工作方式人机对话，交互作用程度高人为干预少 两者均以计算机为核心，数据量大而复杂（共同点） GIS在信息系统统中的位置 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 本节结束 第二节 GIS的发展概况 n国外不少人认为，19世纪以来普遍应用的地图和专题图就 是一种模拟式的地理信息系统。照此定义，我国的地理信 息系统的产生可追溯到宋代的地理图碑，它刻绘了山脉、 长江、黄河、长城以及全国各级行政机构，是宋代的中国 地图。 n到二十世纪50年代，随着电子计算机科学的兴起和它在航 空摄影测量学与地图制图学中的应用以及政府部门对土地 利用规划与资源管理的要求，使人们开始有可能用电子计 算机来收集、存贮和处理各种与空间和地理分布有关的图 形和有属性的数据，并通过计算机对数据的分析来直接为 管理和决策服务，这才导致了现代意义上的地理信息系统 的问世。 地理信息系统发展的四个阶 段 n60年代起源于北美 n70年代是GIS发展的巩固阶段 n80年代为地理信息系统的大发展阶段 n90年代至今为地理信息系统的应用普及时代 GIS在我国的发展 n准备阶段：1978年到1980年，进行舆论准备，正式提出倡 议，开始组建队伍、组织个别实验研究。 n起步阶段：1981年到 1985年，理论探索和区域性实验研 究。并在此基础上制定国家地理信息系统规范。 n初步发展阶段：1986年到90年代。地理信息系统的研究被 列入我国“七五”攻关课题，并且作为一个全国性的研究领 域，已逐步和国民经济建设相结合，并取得了重要进 展 和实际应用效益。 n快速发展阶段： 90年代末到现在。理论日趋成熟，应用 日益广泛，三维GIS、WEBGIS走向应用，GIS市场逐步 形成并成熟。 本节结束 第三节 地理信息系统的构成 系 统 软 件 系 统 硬 件 空间 数据 用户 计算机硬件系统 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 工作站服务器 硬盘阵列 存储设备 活动硬盘光盘机磁带机 输出设备 绘图仪 终端 打印机 计算机软件系统 操作系统 （系统调用、设备运行、网络等） 系统库 （编程语言等） 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 系统软件 GIS 地理空间数据 栅格结构 矢量结构 定位 拓扑关系 属性 系统开发、管理和使用人员 数据整理 咨询 信息管 理 本节结束 第四节 GIS与相关学科与技术的 关系 n地理信息系统的发展，明显地体现出多学科交叉 的特点，这些交叉的学科包括地理学、测量学、 地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、 数学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有 关的学科。 n目前数据库技术(DBMS)、计算机辅助设计（ CAD）、计算机辅助制图(CAM)和计算机图形学 (Computer Graphics)软件包已被许多GIS研究者所 采用，但这些系统不是为地理意义而设计的，无 法取代GIS的作用. 本节结束 第五节 地理信息系统的应用 nGIS的功能 n应用领域 n实例 空间数据获取与集成 空间数据组织与管理 空间编辑与处理 输出 查询统计与空间分析 GIS系统的主要功能 应用领域 n测绘与地图制图 n资源调查与管理 n城乡规划 n灾害监测 n环境保护 n国防 n宏观决策支持 n 消防调度指挥信息系统 地质灾害评价决策GIS系统 城市土地利用信息系统 电信资源管理 铁路地理信息系统 医疗机构信息查询 本节结束 三维可视化虚拟现实GIS系统 第六节 SuperMap Deskpro 5的基本概 念 与应用环境 n基本概念 n工作空间、数据源、数据集、图层、地图、布 局、资源等。 n应用环境 n基本操作 工作空间(Workspace) n工作空间用于管理用户的当前工作环 境，即用户在工作环境和工作过程中 操作和处理的所有数据，包括数据源 、地图、布局、资源和三维场景等内 容。 n文件方式存储:工作空间文件的扩展名为 .smw（系统默认）或.sxw （XML格式） 。 n数据库方式存储 n任何时候不能同时打开多个工作空间 。 基本概念基本概念 工作空间 数 据 源 地 图 资 源 布 局 数 据 集 数据库 （SQL Server /Oracle/Sybase/） 文件 （SDB+/DWG/ DXF/DGN） 数据引擎数据引擎 三 维 场 景 基本概念基本概念 数据源(Datasource) n空间数据的来源，即存储空间数据的 场所。一个数据源可以包含一个或多 个各种类型的数据集。 n文件方式存储 n数据库方式存储 n一个工作空间中可以有多个数据源。 n工作空间和数据源对应不同的物理存 储。 基本概念基本概念 数据集(Dataset) n数据集是一组数据对象的集合，在 SuperMap Deskpro 5中有18种类型的数据 集，如：点数据集、线数据集、多边形数 据集、TIN数据集、复合数据集、文本数据 集等。 n数据集是空间数据的基本组织单位。多个 具有相同坐标系、不同专题、内容相关的 数据集被组织在同一个数据源中。 n数据源是其物理存储媒介。 基本概念基本概念 图层(Layer) n添加到地图中的数据集被赋予了显示属性， 如显示风格、专题地图等，称为图层。 n一幅地图由一个或多个图层组成。一般而言 ，一个图层对应着一个数据集；同一个数据 集可以被多次添加到不同地图窗口中，此时 ，多个图层对应着同一个数据集。 n图层是数据集的显示方式。显示数据集的实 质是将数据集中的对象以一定的风格添加到 地图窗口的图层中。 基本概念基本概念 地图(Map) n一个或多个数据集显示在一个地图窗 口中，成为地图。 n存储多个图层的内容、显示状态、显 示风格、显示比例的窗口。 n地图的物理存储媒介是工作空间。 布局(Layout) n布置和注释一个或多个窗口的内容以供排 版打印的窗口。 n地图和布局都保存在工作空间文件（或数 据库）中，保存地图和布局后，如没有保 存工作空间，结果将不被保存。 n如果工作空间中没有数据源，则相应的地 图和布局将没有数据。 资源 n符号库 n线型库 n填充库 基本概念基本概念 三维场景 n用于保存三维窗口显示状态。 SuperMap Deskpro 5的应用环 境 n基本工作界面 n菜单与工具栏 n基本操作 基本工作界面 工 作 空 间 管 理 器 图例管理器 结果输出窗口 状态条 图层设置 工具栏