GIS_学科基础讲座(地理信息系统专业适用).ppt

GIS专业概论,讲座二GIS的学科基础,GIS定义,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,工具学科特征是指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。工程学科特征是指在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横断学科特征是指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,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,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数据库比一般数据库结构要复杂得多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,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,GIS学科基础,计算机科学（计算机基础及其应用）测绘科学（测量、地图制图、遥感、航测）地理学信息科学（信息管理、加工、应用）。,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,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,地理是一门充满诗意的学科,“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”（毛泽东-送瘟神）“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。”（白居易-大林寺桃花）“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”“一场春雨一场暖，一场秋雨一场寒。”“天无三日晴，地无三尺平。”“落红不是无情物，化作春泥更护花。”（龚自珍-己亥杂诗）,水圈,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？,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！,衣,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,衣着特征明显的阿拉伯人,食,湖南人不怕辣、贵州人辣不怕、四川人怕不辣。,住,行,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？,行,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？,台风圣帕,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（AlexanderVonHumboldt）、李特尔（KarlRitter）、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,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。,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。,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。,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(GeocomputationalGeography)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（neuralnetwork)遗传算法模型（geneticprogramming）细胞自动模型（cellarautomata）模式参数随机取样模型（randomsamplingofmodelparameter）模糊逻辑模型(fuzzylogic)改进了的地理加权回归（geographicallyweightedregression）,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,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，应具备动手操作测量仪器的技能。通过实习可以培养学生分析问题和解决问题的能力，并为利用所学理论与技能解决相关问题打下坚实的基础。,测量学目的及要求,测量学发展及现状,科学的产生和发展是由生产决定的，测绘科学技术也不例外。随着现代技术的飞速发展，测量技术也得到了很大的发展。一、国内测量学发展我国是世界四大文明古国之一，测绘科学技术有着悠久的历史。从夏禹治水的简单测量仪器到现代的GPS技术、伽利略计划都显示了我国测量技术的的迅速发展过程。二、国外测量学发展国外测量技术同样在其它相关学科技术的发展过程中得到了迅速的发展。测绘工作十分精细严谨，其测绘成果、成图质量的优劣将直接对