地理信息系统第一章绪论1ppt课件.pptVIP

地理信息系统原理及应用 1 1地理信息系统基本概念 数据与信息数据 Data 通过数字化并记录下来可以被识别的符号 用以定性或定量地描述事物的特征和状况 数字 文字 符号 图形 影像 声音等都是数据 信息 Information 用数字 文字 符号 语言等介质来表示事件 事物 现象等的内容 数量或特征 信息与数据的区别与联系 数据与信息两者在词义上的差别 数据是信息的表达形式 载体 信息则是数据的内容 内涵 P8 数据处理与解释 数据处理 为数据解译服务 数据解译 从数据中获取信息 如 遥感图像的解译 信息的特征 客观性 适用性 传输性 共享性 P8 1 1地理信息系统基本概念 地理信息与地理信息系统地理信息地理数据是与地理环境要素有关的物质的数量 质量 分布特征 联系和规律等的数字 文字 图像和图形等的总称 p8 地理信息 是地理数据所蕴含和表达的地理意义 地理信息的特征 属于空间信息 具有空间定位特征 区域性 属性特征 多层次性 时序性特征 动态变化性 1 1地理信息系统基本概念 地理信息系统信息系统 IS InformationSystem 能对数据和信息进行采集 储存 加工和再现 并能回答用户一系列问题的计算机系统 数据输入 数据库及管理系统 数据处理与分析 数据与结果的显示与输出 用户界面 1 1地理信息系统基本概念 地理信息系统 GIS GeographicalInformationSystem 定义 多个定义教材 P10 以地理空间数据库为基础 在计算机软硬件的支持下 对空间相关数据进行采集 管理 分析 模拟和显示 并采用地理模型分析方法 适时提供多种空间和动态的地理信息 为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机系统 FICCDC 美国联邦数字地图协调委员会 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与管理问题 1 1地理信息系统基本概念 地理信息系统的基本概念 GIS是一种计算机系统 包括地理数据采集 地理数据管理 地理数据处理和分析 地理数据可视化表达与输出等子系统 GIS的操作对象 地理数据 或空间数据spatialdata GIS的技术优势 空间数据综合分析与表达 1 1地理信息系统基本概念 地理信息系统的类型 按研究范围分类 P10 全球GIS区域GIS局部GIS 地理信息系统的类型 按数据模型矢量型栅格型混合型 地理信息系统的类型 按研究内容专题地理信息系统 ThematicGIS 具有有限目标和专业特点的GIS 如 水资源管理信息系统 农作物估产信息系统 水土流失信息系统 地籍地理信息系统 管网地理信息系统 人口管理信息系统 环境管理信息系统 区域地理信息系统 RegionalGIS 主要以区域综合研究和全面服务为目标 如 城市GIS 省级市GIS 居住小区信息系统 校园信息系统 数字地球 地理信息系统工具 GIS Tool 具有GIS基本功能的软件包 也称GIS开发平台或外壳 如 ARCGIS MapInfo CityStar MapGIS GeoStar SuperMap 1 2地理信息系统的基本构成 一 系统硬件 数据处理设备 数据的处理与计算数据输入设备 数据录入数据输出设备 数据输出 数据处理设备 图形工作站 ThinkStation工作站 MacPro MA970CH A 是目前配置最好 价格最贵的行货苹果电脑 标配了两个英特尔四核处理器 作为一款标准的商务工作站 它集美观造型与强劲配置与一身 是多媒体工作室的不错选择 数据处理设备 图形工作站 数据处理设备 个人计算机 数据处理设备 客户机 服务器 C S 这是网络软件运行的一种形式 通常 采用客户机 服务器结构的系统 有一台或多台服务器以及大量的客户机 服务器配备大容量存储器并安装数据库系统 用于数据的存放和数据检索 客户端安装专用的软件 负责数据的输入 运算和输出 客户机和服务器都是独立的计算机 当一台连入网络的计算机向其他计算机提供各种网络服务 如数据 文件的共享等 时 它就被叫做服务器 而那些用于访问服务器资料的计算机则被叫做客户机 严格说来 客户机 服务器模型并不是从物理分布的角度来定义 它所体现的是一种网络数据访问的实现方式 采用这种结构的系统目前应用非常广泛 如宾馆 酒店的客房登记 结算系统 超市的POS系统 银行 邮电的网络系统等 HPProLiantBL685c405659 B21参考价格 9800元服务器类型 刀片式处理器类型 AMDOpteron8214服务器处理器主频 2 2GHz标配处理器 2颗内存容量 4GB内存类型 DDR2 数据输入设备 图形手扶跟踪数字化仪 简称数字化仪 数字化仪是在专业应用领域中一种用途非常广泛的图形输入设备 是由电磁感应板 游标和相应的电子电路组成 当使用者在电磁感应板上移动游标到指定位置 并将十字叉的交点对准数字化的点位时 按动按钮 数字化仪则将此时对应的命令符号和该点的位置坐标值排列成有序的一组信息 然后通过接口 多用串行接口 传送到主计算机 通俗来说 数字化仪就是一块超大面积的手写板 用户可以通过用专门的电磁感应压感笔或光笔在上面写或者画图形 并传输给计算机系统 在许多的专业应用领域中 用户需要绘制大面积的图纸 仅靠CAD系统是无法完全完成图纸绘制的 在精度上也会有较大的偏差 因此必须通过数字化仪来满足用户的需求 高精度的数字化仪适用于地质 测绘 国土等行业 普通的数字化仪适用于工程 机械 服装设计等行业 输入计算机的数据是矢量数据 数字化仪 数据输入设备 大幅面图形扫描仪 办公扫描仪 工程扫描仪 数据输入设备 大幅面图形扫描仪丹麦著名的CONTEX公司是大幅面工程扫描仪的专业生产商 其产品遍布世界各地 CONTEX以欧洲特有的严谨认真的设计制造风格 生产出世界上分辨率最高 性能价格比最优 销量最大的高品质大幅面扫描仪 其产品OEM给许多国际著名的CAD GIS 图象等外设供应商 并广泛支持第三方应用软件 是各种图纸管理软件及处理软件的首选输入设备 它在国内市场的装机量达80 遍布GIS 机械 建筑 电子 水利 勘测 石油 化工 市政 邮电 出版 电力 航天 档案 纺织 管道线路布置等各个领域 输入计算机的数据是栅格数据 数据输入设备 数字摄影测量工作站 数据输入设备 全球定位系统 GPS 数据输出设备 绘图仪计算机显示器CRT显示器LCD显示器 数据输出设备 网络设备 GIS的组成 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 二 系统软件 GIS功能软件基础支撑软件操作系统软件 GIS的组成 软件结构 GIS软件 支撑软件 系统软件 GIS 二 系统软件 GIS功能软件 分类GIS基础软件平台 具备丰富GIS专业功能的通用型GIS软件 ESRI 美国环境系统研究所 ArcGISMapInfo公司 MapInfoIntergraph公司 GeoMedia超图公司 SuperMap中地公司 MapGIS吉奥公司 GeoStarGIS应用软件 二 系统软件 GIS功能软件 分类GIS基础软件平台GIS应用软件 利用GIS基础软件平台上提供的GIS数据处理与分析功能 针对某一具体应用开发的信息系统软件 土地信息系统交通信息系统人口信息系统水土流失信息系统 二 系统软件 GIS功能基础软件 平台功能空间数据输入与编辑空间数据管理空间数据处理与分析空间数据输出图形用户界面 1 MAPGIS图形输入与编辑 1 ArcGIS图形输入与编辑 2 空间数据管理 3 空间数据处理与分析 4 空间数据输出 5 用户图形界面 6 系统二次开发功能 利用GIS基础软件平台提供的具有GIS系统功能的应用程序开发语言 可以开发各种应用型GIS软件 如 ArcGISEngineMapX GIS基础软件平台的主要功能 二 系统软件 基础支撑软件系统库软件 提供基本的程序设计语言以及数学函数库等用户可编程功能 如 C 运行库和编译系统 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 SQLServer Ingress等 目前GIS软件中通常采用商用数据库管理空间数据 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 Informix Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间数据类型 而ESRI公司的SDE SpatialDatabaseEngine 也是基于关系数据库的空间数据管理平台 操作系统软件系统软件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Windows系列 WindowsXP WindowsVista UNIX等 系统软件关系到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 二 系统软件 GIS的操作对象为空间数据空间数据特征 几何 属性 时间数据 空间数据组织 矢量结构 栅格结构 P12 空间数据管理 几何数据 文件属性数据 关系数据库 三 空间数据 GIS的开发是以人为本的系统工程 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 四 系统开发 管理与应用人员 是应用地理信息系统的功能为某一特定的实际工作而建立的解决方案依据对客观世界的认识 经过从概念到计算机信息表达的映射 形成计算机中可以运行的软件功能序列 五 应用模型 构建步骤 五 应用模型 基本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与编程应用功能 1 3GIS的功能简介 数据采集与编辑数据分层 点 线 面 数字化空间数据编辑 1 3GIS的功能简介 数据存储与管理数据的集成过程几何数据与属性数据组织空间数据的拓扑关系数据结构矢量结构 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 关系模型空间数据库的定义数据的访问与提取空间数据查询 位置查询 属性查询 拓扑查询数据更新与维护 1 3GIS的功能简介 数据处理与变换 1 3GIS的功能简介 空间分析与统计叠合分析 overlay 在统一的空间参照系下 把同一区域的两个或两个以上的地理图层重叠在一起进行的图形运算和属性运算 以产生空间区域的多重属性特征或建立地理对象之间的空间对应关系 易于进行多条件的查询 地图剪裁 地图更新和统计分析 1 3GIS的功能简介 叠合分析 overlay 示意 空间合成叠加 作用 1 用于搜索具有几种地理属性的分布区域 2 对叠合后产生的多重属性进行新的分类 空间统计叠加 作用 用于提取某个区域范围内某种主题属性内容的数量特征 空间分析与统计缓冲区分析 Buffer 是对选中的一组或一类地图要素 点 线或面 按设定的距离条件 围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体 从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法 缓冲区应用的实例污染源对其周围的污染量随距离而减小 确定污染的区域 为失火建筑找到距其500米范围内所有的消防水管等 道路噪声影响范围就是沿道路建一定宽度的缓冲区 车流量决定缓冲区半径 城市道路扩宽时 计算需拆迁的房屋及赔偿估算 某地区有危险品仓库 要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围 这就需要进行点缓冲区分析 1 3GIS的功能简介 空间分析与统计数字地形分析 DTM DigitalTerrainModel 是地形表面形态属性信息的数字表达 是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述 数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型 DigitalElevationModel 简称DEM 1 3GIS的功能简介 三维空间数据的可视化 曲面三维透视图 由DEM生成坡度图 由DEM生成坡向图 由DEM生成的高程变异图 高程变异图 高程标准差与平均高程的比值 产品制作与显示将GIS处理和分析的结果 输出为各种地图 图像 图表 文字等 第3节GIS的功能简介 地理系统信息产品输出 屏幕显示 打印机输出 绘图机输出 电子地图的编制 分级统计图法和图表统计图法 二次开发与编程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 为满足不同的用户需要 GIS提供专用的脚本语言开发环境 供用户在自己的编程环境中调用GIS函数库 或者系统将某些功能做成组件形式供用户开发语言调用 定制菜单 程序与可视化界面等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MapInfo的MapX 用户可方便地编制自己的GIS应用系统 1 3GIS的功能简介 GIS的功能 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 为满足不同的用户需要 GIS提供专用的脚本语言开发环境 供用户在自己的编程环境中调用GIS函数库 或者系统将某些功能做成组件形式供用户开发语言调用 定制菜单 程序与可视化界面等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MapInfo的MapX GIS的功能 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 应用功能资源管理区域规划国土监测辅助决策 1 3GIS的功能简介 资源管理 资源的清查 管理和分析是GIS应用最广泛的领域 也是目前趋于成熟的主要应用领域 其主要任务是将各种来源的数据和信息有机地汇集在一起 在一个连续无缝的方式下管理大型的地理数据库 这种功能强大的数据环境允许集成各种应用 最终用户通过GIS的客户端软件 可直接对数据库进行查询显示 统计 制图 以及提供区域多种组合条件的资源分析 为资源的合理开发利用和规划决策提供依据 土地资源管理 地籍管理 区域规划 GIS为城市与区域规划人员提供各种地理数据 GIS软件城市与区域规划人员提供强大的分析工具 例如 通过对交通流量 土地利用 人口数据等的分析 预测将来的道路等级 根据地质 水文和人文数据 进行路线设计 帮助政府部门完成总体规划 城市规划 国土监测 GIS利用多时相的RS数据 可以有效用于森林火灾的预测预报 洪水灾情监测和淹没损失估算 土地利用动态变化分析和环境质量的评估依据等 辅助决策 商业应用 利用GIS能够迅速有效地管理空间数据 进行空间可视化 确定商业中心位置和潜在市场的分布 寻找商业地域规律 研究时空变化趋势等 确定商业中心位置和潜在市场的分布 辅助决策 GIS的相关学科 P15 GIS 地理学 测绘与制图技术 遥感技术 计算机科学 软件工程 数据库技术 计算机图形学 计算机辅助设计 专家系统 数学 管理学 GIS特征 与相关软件的区别与联系 GIS与CAD CAMGIS与数据库管理系统 DBMS GIS与管理信息系统 MIS GIS与遥感信息处理系统 RS GIS与机助制图系统 地图数据库 GIS特征 续 GIS与CAD CAM 坐标参考系统处理图形 非图形数据 对空间对象的空间相关关系建立和处理CAD不能建立地理坐标系统和完成地理坐标变换 CAD处理多为规则图形 而GIS为非几何图形 CAD图形功能强而属性处理能力弱 而GIS图形与属性的操作比较频繁 且专业化特征比较强 GIS的数据量比CAD大得多 数据结构 数据类型复杂 数据之间联系紧密 CAD不具备地理意义上的查询和分析能力 GIS特征 续 GIS与MIS对属性数据进行管理和处理对图形数据进行存储GIS对图形和属性数据共同管理 分析和应用 MIS一般只处理属性数据 对图形数据以文件形式进行管理 图形要素不能分解 查询 图形与数据之间没有联系 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 GIS特征 续 GIS与RS处理系统遥感数据是GIS的重要信息源 经过遥感信息系统处理的遥感信息 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 虽有空间叠置分析功能 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 GIS特征 续 GIS与机助制图系统 地图数据库GIS的主要技术基础强调空间数据的处理 显示与表达空间分析能力GIS包含数字制图系统的全部功能地图数据库若空间分析能力较强 可升格为GIS 而GIS若空间分析能力较弱 则退化为地图数据库 国际上GIS的起因与发展起因 地理学的发展与人类生产技术的进步密切相关 文字描述 如 南阳商场在人民路与新华路交叉口附近 地图 地理学的第二代语言地图的优点 由数学决定的结构特殊的符号系统经过地图综合地图的不足 数据损失图幅及其边缘的限制数据不易恢复静态 更新慢不便于研究多要素之间的复杂关系 1 4GIS的发展概况 地理信息系统的产生现代科学方法系统论 信息论 控制论现代高新技术计算机技术 空间技术和自动化技术现代科学方法和现代高新技术的形成与应用为GIS的产生提供了先决条件 也预示信息时代的到来 1 4GIS的发展概况 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 到上世纪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 GIS 地理学的第三代语言 1 4GIS的发展概况 地理信息系统的发展的四个阶段60年代起源于北美 1956年 奥地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库 随后各国的土地测绘和管理部门都逐步发展土地信息系统 LIS 用于地籍管理 1963年 加拿大测量学家RogerTomlinson 罗杰 汤姆林森 加拿大地理测量学家 早期从事计算机制图研究 首先提出了地理信息这一术语 并于1971年建立了世界上第一个GIS 加拿大地理信息系统 CGIS 用于自然资源的管理和规划 于70年代初投入产品生产 Tomlinson被誉为 地理信息系统之父 稍后 美国哈佛大学计算机图形与空间分析实验室研究出SYMAP系统软件 由于当时计算机水平的限制 使得GIS带有更多的机助制图色彩 地学分析功能极为简单 与此同时 国外许多与GIS有关的组织和机构纷纷建立 例如 美国1966年成立了城市和区域信息系统协会 URISA 1969年又建立起州信息系统全国协会 NASIS 国际地理联合会 IGU 于1968年设立了地理数据收集和处理委员会 CGDSP 这些组织和机构的建立为传播GIS知识 发展GIS技术起了重要的推动作用 1 4GIS的发展概况 地理信息系统的发展的四个阶段70年代是GIS发展的巩固阶段 人机图形交互美国1970 1976年 美国地质调查局就成立了50多个地理信息系统 作为地理 地质 水资源等领域空间信息的工具 DIME DualIndependentMapEncoding 双重独立地图编码 美国人口调查局建立的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码结构 加拿大 英国 西德 瑞典和日本等国对地理信息系统的研究均投入了大量的人力 物力 财力 研究不同专题 不同规模 不同类型的各具特色的地理信息系统 召开一系列国际学术研讨会 P4 软件公司活跃 JackDangermond创立的ESRI公司开发出ArcInfo软件 1 4GIS的发展概况 JackDangermond在全球GIS领域享有极高的声望 被公认为是GIS业界的先驱和技术领导者 Jack也由于在地理信息领域的卓越贡献而被公认为GIS 教父 他于1969年创建了美国环境系统研究所公司 EnvironmentalSystemsResearchInstitute Inc 简称ESRI 并担任公司总裁至今 地理信息系统的发展的四个阶段80年代为地理信息系统的大发展和推广应用阶段 计算机的迅速发展和普及 地理信息系统也逐步走向成熟 并在全世界范围内全面地推向应用阶段 1987年美国成立了国家地理信息与分析中心 NCGIA GIS软件商业化 先后开发了ArcInfo Genamap System9等GIS软件 GIS应用 不再受国家限制 并开始由于解决全球化问题90年代至今为地理信息系统的应用普及时代 地理信息系统已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地理信息系统影响而改变了现有机构的运行方式 设置与工作计划等 从美国的 国家信息基础设施 行动计划 NationalInformationInfrastructure 简称NII 建设到数字地球的提出 由 数字地球 细化到 数字中国 数字省区 数字城市 数字小区 直到 企业信息化 电子商务 数字通讯 虚拟现实 等众多的信息化领域的工作已全面铺开 1 4GIS的发展概况 地理信息系统的发展的四个阶段20世纪社会服务阶段 网络GIS 由于计算机的软硬件均得到飞速的发展 网络已进入千家万户 移动GIS 1 4GIS的发展概况 GIS在我国的发展准备阶段 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 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 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 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市场开始形成 1 4GIS的发展概况 在中国 GIS的发展也很让Jack吃惊 1978年1月 受中国科学院院士陈述彭之邀 Jack第一次访华 赠送给中国科学院一些源代码和几套软件 Jack称它们为种子 那时GIS在中国几乎为零 Jack耸耸肩评价说 1984年 中国测绘科学研究院向ESRI公司购买了第一套商业软件 上世纪80年代 中国科学院的4名研究人员还在ESRI得到一年的实习培训机会 1996年 Jack专程来华 同国家测绘总局签署协议 支持中国1 100万数字地图的项目计划 让Jack感到吃惊的是2006年底召开的那次中国用户大会 会议上有67个针对不同行业的应用专题报告和48家合作伙伴的应用展示 共有超过4000人参会 GIS在中国的发展速度 出乎我的意料 GIS发展态势 GIS已成为一门综合性技术 3S 一体化与CAD 多媒体 通信 因特网 虚拟现实 办公自动化等相结合 过程综合的信息技术 GIS产业化发展势头强劲 GIS产业对象包括 硬件 软件 数据采集与转换 电子数据 遥感数据获取与处理 系统开发与集成 咨询与技术服务 85 联邦机构和地方政府机构使用GIS20世纪90年代全球GIS产业以每年15 40 的速度增加 我国GIS产业发展也已被确定为国家信息产业中重要的发展方向 http 国家基础地理信息系统网 GIS发展态势 GIS网络化已构成当今社会的热点 网络地理信息系统 Web GIS 指基于Internet平台 客户端应用软件采用网络协议 运行在Internet上的地理信息系统 一般由多主机 多数据库和多个客户端以分布式模式连接在Internet上而组成 一般有以下四个部分 Web GIS浏览器 brows