GIS的组成和功能

第一章GIS的组成和功能2 1 3 本章主要内容 第一节地理信息系统的基本构成第二节地理信息系统的功能简介第三节地理信息系统的发展透视第四节地理信息系统有关学科第五节地理信息系统理解歧意 第一节GIS的基本构成 用户 第一节GIS的基本构成 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 系统软件由系统管理软件 数据库软件和基础GIS软件组成 用于执行GIS功能的数据采集 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 用户由系统开发人员 使用人员及管理者共同构成了系统的用户群 第一节GIS的基本构成 硬件系统 第一节GIS的基本构成 软件系统 第一节GIS的基本构成 空间数据 第一节GIS的基本构成 用户 第二节GIS的功能简介 基本功能数据采集与编辑 主要用于获取数据 保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性 数值逻辑一致性与正确性等 数据存储与管理 这是建立地理信息系统数据库的关键步骤 涉及到空间数据和属性数据的组织 栅格模型 矢量模型或栅格 矢量混合模型是常用的空间数据组织方法 数据处理和变换 初步的数据处理主要包括数据格式化 转换 概括 数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换 数据转换包括数据格式转化 数据比例尺的变化等 第二节GIS的功能简介 基本功能空间分析和统计 空间分析是地理信息系统的核心功能 也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别 在地理信息系统支持下 分析和解决现实世界中与空间相关的问题 是地理信息系统应用深化的重要标志 产品制作与显示 一个好的地理信息系统应能提供一种良好的 交互式的制图环境 以供地理信息系统的使用者能够设计和制作出高质量的地图 其表现形式既可以是计算机屏幕显示 也可以是诸如报告 表格 地图等硬拷贝图件 二次开发和编程 为满足各种不同的应用需求 GIS必须具备的另一个基本功能是二次开发环境 包括专用语言开发环境和控件 第二节GIS的功能简介 基本功能实现过程 应用功能资源管理 区域规划 灾害监测 环境保护 道路交通管理 国防 辅助决策 第二节GIS的功能简介 资源管理资源管理是地理信息系统最基本的职能 这时系统的主要任务是将各种来源的数据汇集在一起 并通过系统的统计和覆盖分析功能 按多种边界和属性条件 提供区域多种条件组合形式的资源统计和进行原始数据的快速再现 由资源管理进一步引出数字城市管理应用 第二节GIS的功能简介 资源管理城市土地利用信息系统 第二节GIS的功能简介 区域规划城市与区域规划中要处理许多不同性质和不同特点的问题 它涉及资源 环境 人口 交通 经济 教育 文化和金融等多个地理变量和大量数据 地理信息系统的数据库管理有利于将这些数据信息归并到统一系统中 最后进行城市与区域多目标的开发和规划 第二节GIS的功能简介 区域规划 第二节GIS的功能简介 税务机关为土地评估部门和土地规划部门编制土地利用图 城市规划管理 数字化基础地形数据的采集 建库及管理 规划 用地 选址 市政管理 管线等专题数据的建库及管理 规划方案设计辅助决策 规划用地管理及划拨 规划选址分析 市政道路规划与管理 市政管线规划与管理 建筑规划管理 城市设计辅助方案 城市实体 数字城市概念模型 eCitySoftware Paris Hotels 灾害监测利用地理信息系统 借助遥感遥测的数据 可以有效地用于森林火灾的预测预报 洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算 为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息 由灾害监测进一步引出应急管理应用 第二节GIS的功能简介 灾害监测 第二节GIS的功能简介 环境保护利用GIS技术建立城市环境监测 分析及预报信息系统 为实现环境监测与管理的科学化自动化提供最基本的条件 在区域环境质量现状评价过程中 利用GIS技术的辅助 实现对整个区域的环境质量进行客观地 全面地评价 以反映出区域中受污染的程度以及空间分布状态 第二节GIS的功能简介 环境保护包头市大气二氧化硫分布图 第二节GIS的功能简介 仿真烟云 追踪石棉 多氯联苯和其它物质的活动 道路交通管理近年来 GIS在交通方面的应用得到了广泛的重视 并形成了专门的交通地理信息系统GIS T 以满足道路交通管理方面的要求 第二节GIS的功能简介 道路交通管理铁路地理信息系统 第二节GIS的功能简介 国防由军事技术革命引发的数字化战场建设已成为未来战场发展的主流 建设数字化战场和数字化部队已成为21世纪军队发展的大趋势 引起了各国的普遍关注 数字化战场的一个基本特点就是 3S 技术被广泛地运用到从战略构思到战术安排的各个环节 它往往在一定程度上决定了战争的成败 3S 技术即GPS 全球卫星定位与导航 RS 航空航天遥感 和GIS 地理信息系统 作为核心技术 第二节GIS的功能简介 辅助决策地理信息系统利用拥有的数据库 通过一系列决策模型的构建和比较分析 为宏观决策提供依据 第二节GIS的功能简介 广泛的GIS应用 电力 电讯 运输及物流管理 土地管理 石油 燃气及管道 林业 环保 商务及行销 水及废物处理 地图绘制 电信公司研究地形 寻找新增手机信号塔的站点位置 第二节GIS的功能简介 商家通过分析附近地区居民点的密集程度 对新增零售网点的选址进行评估 第二节GIS的功能简介 第三节GIS的发展透视 20世纪60年代的开拓20世纪70年代的发展20世纪80年代的突破20世纪90年代的社会化21世纪10年代的新发展 第三节GIS的发展透视 20世纪60年代的开拓RogerF Tomlinson 加拿大 和DuaneF Marble 美国 于20世纪60年代处首次提出 地理信息系统 1962年 Tomlinson提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据 并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统 CGIS 以实现专题图的叠加 面积量算等 到1972年 CGIS全面投入运行与使用 成为世界上第一个运行型的地理信息系统 特点 注重空间数据的地学处理 以专家兴趣与大学研究为主 第三节GIS的发展透视 20世纪70年代的发展 1 资源开发利用 环境保护成为政府重要关注问题 需要GIS的空间分析技术 方法 2 计算机技术的迅速发展 如人机图形交互技术 第一套利用关系数据库管理系统的软件问世等 3 专业化人才的增加 许多大学开始提供GIS培训 4 一些商业性咨询服务公司开始从事GIS工作 如美国环境系统研究所 ESRI 成立于1969年 特点 注重空间地理信息的管理 以机构开发与政府推动为主 第三节GIS的发展透视 20世纪80年代的突破 1 GIS应用领域迅速广大 2 许多国家指定了有关GIS的发展规划 建立了一些政府性 学术性机构 如中国于1985年成立了 资源与环境信息系统国家重点实验室 美国于1987年成立了国家地理信息与分析中心 NCGIA 3 商业性咨询公司 软件制造商大量涌入 特点 注重空间决策支持分析 商业化实用系统开始进入市场 第三节GIS的发展透视 20世纪90年代的社会化 1 GIS已经成为许多机构必备的工作系统 尤其是政府决策部门在一定程度上由于受GIS影响而改变了现有机构的运行方式 设置与工作计划等 2 社会对GIS认识普遍提高 需求大幅度增加 导致GIS应用的扩大与深化 3 国家级乃至全球级GIS成为公众关注问题 特点 GIS行业化 产业化 成为现代人类社会最基本的服务系统 第三节GIS的发展透视 21世纪10年代的新发展新一代GIS的研究与开发 特点 网络化多级客户 服务器体系 标准化开放式机制 对象组件式架构 中间件与智能体技术 提供按需所求的GIS软件网络注册使用申请与应用服务能力 第四节GIS的相关学科 地理学地图学计算机科学遥感科学测绘科学 第四节GIS的相关学科 地理学地理学是一门研究人类赖以生存的环境空间的科学 在地理学研究中 空间分析的理论与方法具有悠久的传统历史 它为GIS提供了有关空间分析的基本观点与方法 成为GIS的基础理论依托 而GIS的发展也为地理问题的研究与解决提供了全新的技术手段 使地理学的空间分析与综合传统得到充分发挥 第四节GIS的相关学科 地图学地图作为记录地理信息的一种图形语言形式 最为古老 久负盛誉 从历史发展看 GIS脱胎于地图 并成为地图信息的又一种新的载体形式 它具有存储 分析 显示和传输的功能 尤其是计算机制图为地图特征的数字表示 操作和显示提供了成套方法 为GIS的图形输出设计提供了技术支持 同时 地图仍是目前GIS的重要数据来源之一 但二者间有着一定的差别 地图强调的是数据载体 符号化与显示 而GIS则注重于信息分析 同时 地图学理论与方法对GIS的发展有重要的影响 并成为GIS发展的根源之一 第四节GIS的相关学科 计算机科学计算机科学的发展对GIS的发展有着深刻的影响 数据库管理系统 DBMS 是现代GIS不可缺少的重要组成部分之一 计算机辅助设计 CAD 提供了数据输入 显示与表达的软件与方法 计算机图形学提供了图形处理 显示的软 硬件以及技术方法 计算机图形理论是现代GIS的技术理论之一 人工智能的发展给GIS的技术进步带来了积极影响 尽管目前GIS还没有充分利用已有人工智能的各种技术 但人工智能为GIS提供了智能化技术系统的设计与方法 计算机网络技术则为GIS的构件化技术的形成了提供了新的机遇 为使GIS发展成为社会基础设施的重要组成部分奠定了基础 第四节GIS的相关学科 遥感科学遥感作为空间数据采集手段 已成为GIS的主要信息源与数据更新途径 遥感图像处理系统包含若干复杂的解析函数 并有许多方法用于信息的增强与分类 但遥感系统本身的空间分析能力颇为有限 并难与DBMS系统相连 遥感是GIS的主要数据源与更新手段 同时 GIS的应用又进一步支持了遥感信息的综合开发与利用 第四节GIS的相关学科 测绘科学大地测量为GIS提供了精确定位的信息 尤其是全球定位系统 GPS 可快速 廉价地获取地表特征的数字位置信息 航空像片及其精确测量方法的应用使得摄影测量成为GIS主要的地形数据来源 第五节对GIS的理解歧意 地图观点数据库观点空间分析工具观点 第五节对GIS的理解歧意 地图观点强调GIS作为信息载体与传播媒介的地图功能 认为GIS是一种地图数据处理与显示系统 每个地理数据集都可看成是一张地图 通过地图代数实现数据的操作与运算 其结果仍然表现为一张具有新内容的地图 测绘及各类专题地图部门非常重视GIS的快速与高质量的地图制作与表达能力 第五节对GIS的理解歧意 数据库观点此观点多为具有计算机科学背景的用户所接纳 强调数据库系统在GIS中的重要地位 认为一个完整的数据库管理系统