地理信息系统(GIS)的基本概念和理论

1、地理信息系统（GIS）概述结构组织nGIS的基本概念nGIS的发展及趋势nGIS的基本组成nGIS软件功能nGIS的相关学科nGIS与其他系统的区别GIS的基本概念的基本概念 1. 信息和地理信息信息和地理信息 信息的定义信息的定义： 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。信息的特征信息的特征：n客观性n适用性n可传输性n共享性1. 信息和地理信息信息和地理信息 地理信息的定义：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。地理信息的

2、特征除了具备信息的一般特征外，还有以下特征特征：n空间分布性n数据量大n信息载体多样性n时序性 栅格数据栅格数据矢量数据矢量数据1. 信息和地理信息信息和地理信息 2. 信息系统和地理信息系统信息系统和地理信息系统 信息系统的定义信息系统的定义： 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，信息系统都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。分为事务处理系统和决策支持系统2. 信息系统和地理信息系统信息系统和地理信息系统 地理信息系统（地理信息系统（GIS）的定义：的定义：是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表

3、面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的的数据的计算机空间信息系统。GIS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Roger Tomlinson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”。 对地理信

4、息系统对地理信息系统 的不同视点的不同视点2. 信息系统和地理信息系统信息系统和地理信息系统 地图的使用者：地图的使用者：他们需要从地图上查找感兴趣的东西。地图生产者：地图生产者：编辑各种专题或综合信息地图。地图出版者：地图出版者：需要高质量的地图输出产品。地图分析员：地图分析员：他们需要根据位置和空间关系完成分析任务。数据录入人员：数据录入人员：完成数据编辑。数据库设计者：数据库设计者：需要实现数据的存储和管理。开发者：开发者：需要实现GIS的软件功能。与地理信息系统相关的角色（人）与地理信息系统相关的角色（人）2. 信息系统和地理信息系统信息系统和地理信息系统 GIS的物理外壳是计算机化的

5、技术系统。该系统又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、可视化表达与输出子系统等。这些子系统的构成直接影响着GIS的硬件平台、系统功能和效率、数据处理的方式和产品输出的类型。地理信息系统的特点地理信息系统的特点2. 信息系统和地理信息系统信息系统和地理信息系统 GIS的操作对象是地理实体或空间数据。 地理实体:指的是在人们生存的地球表面附近的地理图层(大气图、水图、岩石图、生物图)中可相互区分的事物和现象，即地理空间中的事物和现象。 空间数据:即以点、线、面方式编码并以(X、Y)坐标串储存管理的离散型空间数据，或者以一系列栅格单元表达的连续型空间

6、数据。 地理实体数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述，即空间特征数据和属性特征数据统称为地理数据。地理信息系统的特点地理信息系统的特点2. 信息系统和地理信息系统信息系统和地理信息系统 GIS的技术优势在于数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法难以得到的重要信息。地理空间分析能力重要信息（核心）快速的空间定位搜索复杂的查询功能强大的图形创造和可视化表达手段地理过程的演化模拟空间决策支持功能等。地理信息系统的特点地理信息系统的特点2. 信息系统和地理信息系统信息系统和地理信息系统 GIS与测绘学和地理学密切相关。 地理学是一门研

7、究人地相互关系的科学，研究各自然界面的生物、物理、化学过程，以及探求人类活动与资源环境间相互协调的规律，这为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。 测绘学不但为GIS提供各种不同比例尺和精度的定位数据，而且其理论和算法可直接用于空间数据的变换和处理。地理信息系统的特点地理信息系统的特点2. 信息系统和地理信息系统信息系统和地理信息系统 u地理信息系统按存储数据的范围大小，可划分为全球的、区域的和局部的三种。u地理信息系统按表达空间维数，分为2维和3维。通常GIS研究地球表层的若干要素的分布，属22.5 维GIS，布满整个三维空间建立的GIS，才是真三维GIS。一般

8、也将数字位置模型（2维）和数字高程模型（1维）的结合称为2+1维或2.5 维GIS。u按是否直接存储时间尺度，分为静态和动态。如果考虑时间维度，也称为时态GIS或动态GIS。否则为静态。u按事件处理内容和方式，分为事务处理或管理GIS和决策支持GIS。3. 地理信息系统的分类地理信息系统的分类 GIS的发展及趋势的发展及趋势 .起步阶段（起步阶段（60年代），注重空间数据的地年代），注重空间数据的地学处理学处理。u1963年，加拿大测量学家R. T. Tomlinson首先提 出GIS这一术语，建立加拿大地理信息系统（CGIS）；u1969年，ESRI （环境系统研究所）建立；u1969年，

9、Integraph公司建立； 发展阶段（发展阶段（70年代），注重空间地理信息的年代），注重空间地理信息的管理，受到政府部门、商业公司和大学的普管理，受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视。遍重视。1. GIS的发展概况的发展概况 推广应用阶段（推广应用阶段（80年代），注重空间决策支年代），注重空间决策支持分析持分析1981年，ESRI ARC/INFO GIS发布； 1985年，GPS成为可运行系统； 1986年，MapInfo建立； 1986年，SPOT卫星首次发射； 1987年，地理信息系统的国际杂志出版； 1988年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER； 1988年，GIS Wo

10、rld 首次发行； 1989年，Ingegraph 发布MGE；1. GIS的发展概况的发展概况 用户时代（用户时代（90年代后），注重年代后），注重GIS社会应用与社会应用与服务，服务，GIS技术迅猛发展技术迅猛发展 控件式GIS成为GISTools的发展方向； WebGIS蓬勃发展； 三维GIS崭露头角； 国外主流国外主流GIS软件软件 ARC/INFO（ArcView、ArcObject、ArcIMS） GENAMAP MGE（Modular GIS Environment）（GeoMedia） MapInfo（Mapinfo Proserver、MapX、MapXtreme、Spati

11、alWare） ERDAS1. GIS的发展概况的发展概况准备阶段（70年代）试验阶段（80年代）全面发展阶段（90年代）国产主流国产主流GIS软件软件GeoStar MapGISSuperMap CityStar2. 我国我国GIS的发展的发展GIS与遥感（RS）和全球定位系统（GPS）进一步结合，构成日趋完善的技术体系；空间数据结构与数据管理的研究更加深入；GIS应用模型开发日趋加强；GIS智能化；GIS网络化；三维GIS的研究不断深入；宏观与微观应用进一步加强，并形成新的产业；3. GIS的发展趋势的发展趋势GIS的基本组成的基本组成 1. 单机模式的硬件组成单机模式的硬件组成 主要由高

12、档计主要由高档计算机（高档微算机（高档微机、工作站或机、工作站或小型机）、数小型机）、数据输入设备、据输入设备、数据输出设备数据输出设备和数据存储设和数据存储设备组成。备组成。 计算机计算机数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪手写笔手写笔光光 笔笔输入设备输入设备绘图仪绘图仪打印机打印机刻录机刻录机磁盘阵列磁盘阵列磁带机磁带机活动硬盘活动硬盘输出设备输出设备存储设备存储设备2. 网络模式的网络模式的GIS硬件组成（多硬件组成（多用户模式）用户模式） 网络模式的网络模式的GIS 主要在单机模式的基础上增加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、交换网络设备，如服务器、客户机、路由器

13、、交换机、集线器、传输介质等。机、集线器、传输介质等。 3. GIS软件组成软件组成 主要由系统软件（操作系统、网络软件等）、数据库主要由系统软件（操作系统、网络软件等）、数据库软件（如软件（如OracalOracal、SybaseSybase、SQL ServerSQL Server等）、等）、GISGIS软件软件平台（如平台（如Arc/InfoArc/Info、MapInfoMapInfo等）、应用软件（等）、应用软件（GIS GIS 二二次开发软件、次开发软件、GISGIS组件库等）组成。组件库等）组成。GIS软件功能软件功能 GIS可以做什么可以做什么管理海量数据管理海量数据GIS可以

14、做什么可以做什么浏览浏览查询查询GIS可以做什么可以做什么路径分析路径分析GIS可以做什么可以做什么地图整饰地图整饰GIS可以做什么可以做什么动态分段动态分段GIS可以做什么可以做什么生成数字地面模型生成数字地面模型三三维维地地下下体体分分析析GIS可以做什么可以做什么数据存储与管理数据输入与转换数据分析与处理图形与属性编辑数据输出与表示用户接口GISGIS软件系统构成软件系统构成各模块功能各模块功能（1）数据输入模块：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

15、化的光栅扫描数字化、以及键盘输入等方式。各模块功能各模块功能（2）图形与属性编辑模块：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。（3）数据存储与管理模块：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。各模块功能各模块功能（4）数据分析与处理模块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。（5）数据输出与表示模块：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。（6）用户