第一讲-GIS基本概论与原理PPT课件

.,1,地理信息系统概述,一、GIS的基本概念,二、GIS的组成与发展阶段,三、GIS的相关学科,四、GIS的构成,五、GIS工具软件功能,七、GIS的现状及发展趋势,六、GIS应用的构成和领域,.,2,一、例子,如何为一公园选择合理位置？,GIS概念,返回,.,3,GIS的基本概念,1.信息2.数据3.地理信息4.地理数据,.,4,地理信息系统的基本概念,一、GIS的基本概念1、信息和地理信息信息的定义：是用文字、数字、符号、语言、图象、图形等介质来表达事件、事物或现象等的内容、数量和特征，从而向人们（或系统）提供的关于现实世界新的事实和知识。信息特征：客观性;适用性;可传输性;共享性。,.,5,数据的定义：是一种未加工的原始资料。用文字、数字、符号、语言、图象、图形等都是数据。信息与数据的关系数:数据是信息表示的载体，信息是数据表示的内容。,地理信息系统的基本概念,.,6,地理信息的定义：地理信息是关于地理实体、现象或关系的本质、特征及其运动状态、规律的表征和一切有用的知识。,地理信息系统的基本概念与原理,.,7,地理数据的定义：各种地理特征、现象和关系的符号化表示。包括空间位置及其关系、属性特征和时域特征三部分。称为空间数据的基本特征,地理信息系统的基本概念与原理,.,8,地理信息的特征除了具备信息的一般特征外，还有以下特征：空间分布性属性特征数据量大信息载体多样性时序性,地理信息系统的基本概念与原理,.,9,2、信息系统和地理信息系统,（1）信息系统的定义：信息系统是具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。在计算机时代，信息系统大部分或全部由计算机系统支持，并由硬件、软件、数据和用户四大要素组成。智能化的系统还应包括知识。其系统的概念模型可由下图描述。分为事务处理系统和决策支持系统。,地理信息系统的基本概念与原理,.,10,信息系统,地理信息系统的基本概念与原理,.,11,2）地理信息系统的定义地理信息系统（GIS）是在计算机软硬件支持下是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）空间和地理分布有关的的数据的计算机空间信息系统(整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影)。它不但采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，而且回答用户问题,地理信息系统的基本概念与原理,.,12,地理信息系统全称与简称关于它确切的全称，多数人认为是GeographicalInformationSystem，也有人认为是GeoinformationSystem。国际上现发行的两种主要的专业杂志，就是各自采用不同的全称，前者是英国出版的季刊的全称，后者是德国出版的季刊的全称。在加拿大和澳大利亚，则称为LandInformationSystem。在我国，通常称为ResourcesandEnvironmentalInformationSystems。全称虽有差异，但简称都是GIS,地理信息系统的基本概念与原理,.,13,GIS不同的定义:对于不同的部门和不同的应用目的，其定义也不尽相同。例如: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”。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”。加拿大的RogerTomlinson认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统。”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”。俄罗斯学者也把GIS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”。,地理信息系统的基本概念与原理,.,14,GIS的组成与发展阶段,发展阶段（）起始发展阶段(60年代)（）发展巩固阶段(70年代)（）推广应用阶段(80年代)（）蓬勃发展阶段(90年代以后),.,15,人,系统实现,模型实现,数据实现,GIS,技术,学科,1.项目GIS2.部门GIS3.企业GIS4.社会GIS,GIS的组成与发展阶段,.,16,GIS的构成,硬件：计算机、外设、网络设备软件：计算机系统软件地理信息系统软件应用分析软件,.,17,GIS的基本组成(硬件),1、单机模式的硬件组成（单用户模式）主要由高档计算机（高档微机、工作站或小型机）、数据输入设备、数据输出设备和数据存储设备组成。,.,18,单机模式的硬件组成,.,19,2、网络模式的GIS硬件组成（多用户模式）,网络模式的GIS主要在单机模式的基础上增加网络设备，如服务器、客户机、路由器、交换机、集线器、传输介质等。网络的拓扑结构有总线结构（楼宇网）、星形结构和环形结构（园区网）20世纪90年代以来，计算机技术的飞速发展不断改变着GIS的结构体系，从主机及终端结构到Client/Server，再到Internet/Intranet。目前，基于客户/服务器体系结构并在局域网、广域网或因特网支持下的分布式系统结构。,.,20,网络模式的GIS硬件组成（多用户模式）,.,21,GIS软件组成,主要由系统软件（操作系统、网络软件等）、数据库软件（如Oracal、Sybase、SQLServer等）、GIS软件平台（如Arc/Info、MapInfo等）、应用软件（GIS二次开发软件、GIS组件库等）组成。层次结构如下图：GIS软按应用目的可分为：工具性软件和应用性软件。工具性软件，也称为GIS工具软件或GIS平台，是由软件商开发的通用软件平台，基本包含了GIS软件全部的功能。是GIS二次应用开发的基本平台。应用性软件，主要是GIS应用者根据需要，根据某种GIS平台开发的专业应用软件。,.,22,GIS软件层次结构如下图,.,23,.,24,逻辑维,知识维,时间维,GIS三维结构,GIS涉及学科及其之间的关系,.,25,计算机科学城市科学地理学信息论测绘遥感学应用数学环境科学管理科学,知识维,.,26,明确目标系统分析资料收集系统优化指标设计决策制定系统综合计划实施,逻辑维,.,27,时间维,意向阶段系统开发设计研究阶段规划阶段调查阶段调查研究阶段安装阶段总体方案研究阶段运行阶段,.,28,GIS的相关学科,地理学,GIS,遥感技术,摄影测量学,数学和统计学,制图技术,计算机科学,专家系统,计算机图形学,计算机辅助设计,数据库技术,软件工程,.,29,GIS与其它相关学科系统间的关系,GIS与地图学GIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础最终产品之一也是地图GIS是地图学理论、方法与功能的延伸地图学强调图形信息传输GIS则强调空间数据处理与分析,.,30,GIS与一般事务数据库,数据库技术具有很好的管理,分析和处理数据的功能数据库技术是GIS的主要支撑技术之一GIS属性数据库部分相当于一般数据库GIS离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等都是GIS广泛使用的核心技术。GIS数据库比一般数据库结构要复杂得多,.,31,GIS与其它IS之间的关系和区别,GIS,空间数据和属性数据的联合体,.,32,GIS与一般MIS,与MIS系统的区别管理信息内容的不同GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而一般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，即使存储了图形，也是以文件的形式存储，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。如电话查号台是一个一般MIS，只能回答用户询问的电话号码，而通信信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的地理分布、空间密度、最近的邮局等空间关系信息。,.,33,1）GIS与其它IS之间的关系（信息系统分类）,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,CAD/CAM,地理信息系统（GIS）,专题GIS,综合信息系统,城市管线信息系统,城市规划与管理IS,区域资源与环境IS,地籍信息系统,.,34,GIS与计算机地图制图,计算机地图制图系统强调的是图形表示GIS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数字地图是GIS的数据源，也是GIS表达形式,.,35,GIS与计算机辅助设计(CAD),共同点:都有空间坐标都能把目标和参考系统联系起来都能描述图形数据的拓扑关系都能处理非图形属性数据,.,36,GIS与计算机辅助设计(CAD),区别:CAD处理的多为规则几何图形及其组合;它的图形功能尤其是三维图形功能极强;属性库功能相对要弱;采用的一般是几何坐标系,.,37,GIS与计算机辅助设计(CAD),GIS处理的多为自然目标，因而图形处理的难度大;GIS的属性库内容结构复杂，功能强大;图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征;GIS采用的多是大地坐标，必须有较强的多层次空间叠置分析功能;GIS的数据量大，数据输入方式多样化;所用的数据分析方法具有专业化特征目前,GIS与CAD仍有不同的侧重和特长,但它们主流技术之间的融合仍在不断扩展之中,.,38,.,39,GIS与CAMCAM（ComputerAdidMap)-计算机地图系统计算机辅助制图,.,40,GIS工具软件功能,GIS软件平台的功能主要由以下几个部分组成：,.,41,（1）数据输入模块,将系统的外部原始数据（多种来源、多种形式的数据）传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为便于系统处理的内部格式。主要由手扶跟踪数字化的矢量跟踪数字化、扫描数字化的光栅扫描数字化、以及键盘输入等方式。,.,42,（2）图形与属性编辑模块,数据输入完成后，对数据的分层、分类和编码、编辑、坐标转换、剪裁、接边、属性输入和属性联接等。,.,43,（3）数据存储与管理模块。,主要将地理要素（通常是点、线、面）的位置、空间拓扑关系和属性数据进行组织和管理。包括对数据的无缝图层连接、分区、建立空间索引、设置数据访问机制等。,.,44,（4）数据分析与处理模块,主要是对数据执行空间分析运算和预处理运算。包括查询和提取等操作、栅格叠加分析和矢量叠加分析、空间聚类、路径分析、资源分配、地址匹配等基本空间操作功能。,.,45,（5）数据输出与表示模块,主要是数据的专题制图输出、统计报表输出、方案选择、可视化表示等。,.,46,（6）用户接口模块,主要提供用户界面、程序接口、数据接口和开发环境等。,.,47,GIS的主要应用程序及与硬件的关系,输入、数据采集（数字化仪、扫描仪）建库、数据管理（服务器、工作站）查询、空间分析（服务器、工作站）决策支持、上网（服务器、工作站、）制作专题图（服务器、工作站）输出（绘图仪）,.,48,GIS功能和应用,GIS能作什么？,GIS功能,返回,.,49,GIS的应用功能,可以回答5个方面的问题：（1）位置问题，在特定的位置有什么或是什么的问题（2）条件问题，什么地方有满足某些条件的问题（3）变化趋势问题，利用综合数据分析，识别已发生或正在发生的地理事件或现象。（4）模式问题，分析已发生或正在发生事件的相关因素（原因）（5）模型问题，需要数学模型支持的问题。,.,50,GIS应用模型,GIS应用模型的构建和选择也是系统应用成败至关重要的因素。虽然GIS为解决各种现实问题提供了有效的基本工具，但对于某一专门应用目的的解决，必须通过构建专门的应用模型，例如土地利用适宜性模型、选址模型、洪水预测模型、人口扩散模型、森林增长模型、水土流失模型、最优化模型和影响模型等,.,51,.,52,地理信息系统之要义,一切信息都可图形化,.,53,地理信息系统（GIS）是什么？,空间数据,属性数据,空间数据和属性数据的综合体,能让你轻易找到工业园5英里内和20年以上年轮属性的所有桥梁,GIS是,G,IS,.,54,GIS的数据采集功能,.,55,现实世界,GIS的数据采集功能,.,56,用于大型GIS工程应用领域：测绘勘测规划土地交通管线农林水利环保油田地质军事,GIS可以做什么数据管理,.,57,GIS可以做什么,管理海量数据,.,58,GIS可以做什么,浏览查询,.,59,空间查询,.,60,叠加分析,返回,.,61,缓冲区分析,返回,城市环境评价,.,62,GIS可以做什么,生成数字地面模型,.,63,地形分析,航道淤积,挖槽方案比较?,返回,.,64,返回,网络分析,.,65,GIS可以做什么？,路径分析,.,66,返回,数据显示与输出,.,67,GIS可以做什么？,专业性分析,.,68,GIS可以做什么,地图整饰,.,69,GIS可以做什么？,动态分段,.,70,GIS可以做什么,断面分析,.,71,GIS可以做什么,格网分析,.,72,三维地下体分析,GIS可以做什么,.,73,GIS应用的构成,空间数据管理,视窗生产力,因特网和局域网,数据集成,开放的标准,.,74,空间数据结构类型,矢量数据概念:矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标（x，y）的有序集合。,.,75,空间数据结构类型,栅格数据将工作区域的平面表象按一定分解力作行和列的规则划分，形成许多格网，每个网格单元称为象素。根据所表示实体的表象信息差异，各象元可用不同的“灰度值”来表示。若每个象元规定N比特，则其灰度值范围可在0到2N1之间；把白灰色黑的连续变化量化成8比特（bit），其灰度值范围就允许在0255之间，共256级；若每个象元只规定1比特，则灰度值仅为0和1，这就是所谓二值图像，0代表背景。栅格数据结构实际上就是象元阵列，即象元按矩阵形式的集合，栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。,.,76,.,77,空间数据结构,点线面集合,构造适用坐标对坐标量无限制,矢量数据栅格数据,.,78,矢量图,栅格图,.,79,空间数据,贴片,每个特征都由贴片索引基于树型结构存储在B+树型索引索引点、线、面支持通过SQL大数据量的读取及存储,.,80,GIS的应用领域,地理逻辑绘图,绘图机构,地质测绘,环保机构,地方政府,人口局,税务部门,旅游服务业,公用事业公司,企业,教育,交通运输部门,.,81,GIS的现状（应用领域）,1、基础空间数据建设部门传统的建设和应用GIS的部门，有近15年的数据建设历史基于计算机和网络的应用，相互间无共享机制，数据不对公众公开。数据格式多样化。空间与属性相关的数据分离存储。2、市政设施部门均为工程应用部门。设备数据库、空间数据库。3、公众服务部门，近5年开始进行信息化建设。4、金融服务部门，部分数据库具有空间特征。5、社会经济部门，多数数据库不具备空间属性。,.,82,GIS用户主要分布的行业,空间基础数据建设部门：勘测测绘、遥感等城市市政管理部门：规划、土地、房地产、市政水电气能源部门：石油、天然气、地质自然利用：农林、水利、环保公众服务部门：公安、消防、紧急救援金融服务部门：银行、保险社会经济部门：统计局、信息中心,.,83,资源管理,.,84,区域和城乡规划,.,85,灾害监测,.,86,作战指挥,.,87,交通运输,.,88,宏观决策,.,89,GIS的效益评估方法,1、直接效益：软件效益、工程效益、服务效益2、间接效益：科学决策效益、快速决策效益,.,90,成本,时间,手工操作,计算机管理,GIS的实践效益,.,91,GIS项目的投资情况分析,.,92,地理信息系统是IT的支柱性产业,大规模交易处理,分布式计算,多用户数据接口,RowLocking,.,93,地理信息系统（GIS）的传统挑战,孤立的、各自为政的部门专有的数据,程式化的编程语言昂贵的软硬件平台工具使用的艰难,.,94,地理信息系统（GIS）的发展趋势,向非GIS用户发送空间数据方便地在你更大的信息系统中集成空间信息维护准确的、无缝连接的实时数据提供快速的数据接入GIS走向网络化GIS、GPS、RS一体化GIS工程化,.,95,Tools(工具)Centralized(集中式)Standalone(孤立的)GISData(GIS数据)MappingSystemLegacydatamigrationIsolatedspatialanalysis,IntegratedtechnologyDistributed(分布式)Embedded(嵌入式的)SpatiallyenableddataDatabaseSystemLegacydataaccessEnterprisespatialanalysis,GIS的发展趋势：从专业应用融入IT潮流,(制图系统),(现有数据的转换),(现有数据的访问),(数据库系统),(空间相关的数据),（基于集成技术）,(独立的空间分析),(企业级的空间分析),.,96,GIS的发展趋势：OPENGIS,.,97,GIS的发展趋势：超图空间数据仓库,.,98,数字地球与GIS,数字地球就是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识。数字城市是数字地球的具体实现。巨大的数字地球由下列体系组成：数据采集与更新体系数据处理与储存体系信息提取与分析体系数据与信息传播体系数据库体系网络体系应用模型体系专用软件体系标准与互操作体系,.,99,数字地球与GIS,数字地球需要的新理论和技术：数据获取与更新（数据源、空间数据的采集与数据库）网络、计算机硬件、数据与信息传播数据处理、储存、数据库、信息提取与分析GIS互操作技术、虚拟现实技术、WEBGIS技术等,.,100,主要的GIS产品供应商,INTERGAPHESRIAutoDeskBSISmallworldMapInfoSeimensLandmarkOtherDeLorme,Maptitude,PrecisionMapping,etc.,.,101,GIS的现状（软件领域）,.,102,RDBMS(NTorUNIX),数据服务器,GISOffice(Client1),GeoMediaProfessional(Clientn),Internet,InternetExplorer,Netscape,or,GeoMediaWebMap+RDBMS(NTServer),Web服务器,Intranet,GeoMedia,GeoMediaProfessional,GeoMedia,GeoMediaNetwork,客户端的浏览查询（规划，管线，交通，社会经济信息等查询）,各专业的分析应用,GIS的标准应用流程图,数据更新，编辑及制图,GeoVecOffice(Clientn),GeoVecOffice(Client1),数据采集，建库,（地形管网及规划图纸扫描矢量化）,市区规划管理系统,地下管线管理系统,道路交通管理系统,(Client1),(Client2),(Clientn),(Clientn+1),GeoVecOfficeClientn),GIS数据库的管理,MTA,三维地形分析,.,103,超过70%的GIS项目资金用于数据采集和数据管理数据库是GIS最主要的资产从上可知：地理信息系统首先是一个数据库解决方案,其次才是一个地理化应用来自Harlow报告,真正的数据库问题,.,104,实现空间数据仓库的目标,GIS桌面客户机,Web浏览器,MIS应用,专用空间数据,Records,Spatial,集中式空间信息管理,.,105,为他人传送数据的需要,制造和维护数据GIS部门专业用户GIS的近30年历史,.,106,如何与GIS的用户沟通,1、了解他们的真正需求（需求软件的功能、解决方案的成效、其它）2、了解用户的GIS应用背景（客户现有的数据情况、对数据库的要求、GIS的应用情况）3、了解客户做项目的方式4、了解客户的项目投资情况5、了解客户的项目与技术决策人,.,107,作业和思考题,什么叫信息及其特征？什么叫信息系统及其构成？1.什么叫GIS，与其他类型信息相比，地理信息具有哪三个主要的特性?2.GIS涉及哪些学科？3.试述GIS与CAD异同之处。4.什么是GIS的三维结构？5.GIS软件的构成？6.阐述网络模式的GIS硬件组成？7.一般GIS平台软件有哪些功能？8.GIS一般能解决哪些问题？求解问题的过程如何？9.GIS应用领域和前景如何？10.目前我国GIS应用和发展存在哪些问题？你认为应如何解决？,.,108,思考题,1、什么是地理实体2、空间数