环信息系统及实验chp3 环境信息系统GIS基础 01讲 GIS导论

1、南京信息工程大学环境科学与工程学院李凤英 本部分分为6讲第1讲 地理信息系统（gis）导论第2讲 地理空间数据组织第3讲 地理空间数据管理第4讲 地理空间数据处理第5讲 空间分析的一般方法第6讲 地理制图及输出第第1讲讲 地理信息系统导论地理信息系统导论学习目标：学习目标： 理解gis的相关概念，说明gis和相关学科的关系 掌握gis的特点、类型与组成 了解gis的基本功能和用途 了解gis的发展概况 重点：gis的基本概念、组成及功用地理信息系统导论地理信息系统导论第一节第一节 地理信息系统的产生地理信息系统的产生第二节第二节 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念第三节第三节 地理信

2、息系统的特点和功能地理信息系统的特点和功能第四节第四节 地理信息系统的组成地理信息系统的组成第五节第五节 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 第六节第六节 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展趋势 电子技术、计算机技术、遥感技术、空间技术、自动成图技术及通信技术发展给gis产生与发展创造了条件；地理信息系统脱胎于地图，它们都是地理信息的载地理信息系统脱胎于地图，它们都是地理信息的载体，具有存贮、分析和显示地理信息的功能。体，具有存贮、分析和显示地理信息的功能。计算机制图技术的发展对gis的产生起了有力的促进作用；海量资源信息，客观上需要gis为之服务第一节第一节 地理信息系统的产

3、生地理信息系统的产生第一节第一节 地理信息系统的产生地理信息系统的产生 地理信息系统概念是地理信息系统概念是60年代加拿大测绘学家结合年代加拿大测绘学家结合计算机发展趋势，提出的计算机发展趋势，提出的利用计算机和数据库技利用计算机和数据库技术结合管理地球空间信息的概念体系术结合管理地球空间信息的概念体系，并于，并于1971年建成第一个地理信息系统。年建成第一个地理信息系统。 地理信息系统（地理信息系统（gis）是在计算机软硬件支持下）是在计算机软硬件支持下，运用信息科学、管理科学，对，运用信息科学、管理科学，对空间地理信息空间地理信息进进行行综合处理、分析和应用综合处理、分析和应用的系统的系统

4、数据与信息数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统基本概念基本概念信息的特点信息的特点数据与信息的区别数据与信息的区别第二节第二节 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念数据与信息数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统(1)信息的客观性(2)信息的适用性(3)信息的传输性 (4)信息的共享性信息的特点：信息的特点：数据与信息数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统数据数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。信息信息是向人们或机器提供关于现实世界各种

5、事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。数据与信息数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统数据与信息数据与信息是不可分离的，数据是信息的表达，信息是数据的内涵。数据本身并没有意义，数据只有对实体行为产生影响时才成为信息数据与信息的关系基本概念基本概念地理信息的特征地理信息的特征地图与地理信息的关系地图与地理信息的关系数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地理信息地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。地图地图

6、是将地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化。 数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统基本概念(1)属于空间信息(2)具有多维结构的特征(3)时序特征十分明显数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地理信息的特征地理信息的特征1. 地图是地理信息载体2. 地图是地理信息的传统数据源3.地图是gis的查询与分析结果的表示方法（主要输出形式）数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理

7、信息系统地理信息系统地图与地理信息的关系 地理系统地理系统是一个多层次的巨系统，它具有多层次的结构和泛目标的功能，需要多学科的知识结构和多种形式技术体系的支持。地理系统是认识地理圈的事物、现象和发生发展过程，理解物质迁移与能量转换内外循环的规律，认识地理规律、掌握地理信息，以调控资源与环境为目的的逻辑思维过程。 地理信息系统地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。 地理系统是地理信息系统的科学依据

8、；地理地理系统是地理信息系统的科学依据；地理信息系统是研究地理系统的科学技术保证。信息系统是研究地理系统的科学技术保证。数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地理信息系统的分类地理信息系统的分类地理信息系统的功能地理信息系统的功能地理信息系统的应用地理信息系统的应用地理信息系统的特点地理信息系统的特点第三节第三节 地理信息系统的特点和功能地理信息系统的特点和功能地理信息系统区别于一般信息系统的主要特点：地理信息系统区别于一般信息系统的主要特点：u 地理空间数据和信息的特殊复杂性地理空间数据和信息的特殊复杂性u 必须具备科学可视化功能必须具备科学可视化

9、功能u 区域性和多层次区域性和多层次u 数据量大数据量大u 注重空间分析注重空间分析一、地理信息系统的特点专题地理信息系统(thematic gis)区域地理信息系统(regional gis)地理信息系统工具(gis tools)城市信息系统自然资源查询信息系统规划与评估信息系统土地管理信息系统等。按功能分类按内容分类二、地理信息系统的分类gis的主要任务：u某个地方有什么？u复合某些条件的实体在哪里？u变化趋势u空间结构特征u模拟三、地理信息系统的功能利用地物或者区域的属性数据或信息，来查找满足给定条件的地物或区域的地理位置信息。利用地物或者区域的空间位置数据或信息，来查询、获取地物或区域

10、的自然或人文的有关属性信息。根据已有数据，包括现状的和历史的数据，识别地理现象已经发生或正在发生的变化，总结出变化趋势，为用户提供关于变化趋势的图表等。按指定的区域组合地理空间数据，探究与地理事件有关的其他地理空间因素，分析其间的patterns或空间相关关系，并采用各种方式向用户报告分析结果。在发现变化趋势和空间结构特征的基础上，进行更高层次的研究，建立分析模型并加以验证，发现具有普遍意义的规律性，建立新的数据关系，产生解决方案。u数据采集和输入u数据处理u数据存储、组织和管理u显示与输出u空间查询与分析空间查询检索定式化的空间分析功能其他的空间模型分析三、地理信息系统的功能四、地理信息系统

11、的应用1. 统计与量算；2. 规划与管理；3. 预测与监测；4. 辅助决策。 90%的政府部门 企业和商用领域 民用国外gis应用典型案例： 美国地质调查局的“国家地图”项目，提供全美范围的地理空间数据，应用于自然灾害、风险评估、美国安全和许多其他领域： 美国人口普查局维护的“在线地图资源”网站，互联网用户可以在该网站绘制美国各个地域公共地理数据的地图：/geo/www.maps/cp_onlinemapping.htm 美国住房和城市发展部的制图项目，将住宅开发信息与环境数据结合在一起：http:/w

12、/offices/cio/emaps/index.cfm 美国森林服务机构用gis和其他计算机技术绘制森林火灾地图，并建立火情模型：http:/www.fs.fed.us/fire/tools_tech/我国成功的应用案例我国成功的应用案例 国家测绘局的“国家动态地图网”。基于国家基础地理信息系统全国1:4000000、1:1000000数据库，结合各权威部门公开发布的具有空间分布特征的社会、经济、自然等专题信息，以及与人民生活密切相关的城市、旅游信息等，实现在线或非在线发现与获取，并对这些信息进行整理、组织和集成，对其进行综合分析与利用，以各种形式进行表达，形成一系列内容

13、不断增加和更新的专题地图，建立在线地图制图集成系统，为广大用户提供一个基于因特网信息的地图界面和以地图为形式的分析与表达工具，为政府管理决策、科学研究和教学提供参考资料，也为科学普及和公众生活提供有益的信息源。 http:/ 地理信息系统的组成地理信息系统的组成数据输入数据输入数据存储数据存储信息输入信息输入系统操作系统操作系统支持系统支持地理分析地理分析硬件系统硬件系统地理数据地理数据软件系统软件系统输入设备输入设备存储设备存储设备输出设备输出设备计算机系统软件计算机系统软件gis软件软件应用分析程序应用分析程序地地理理数数据据库库系统开系统开发、管理和使发、管理和使用人员用人员一、一、gi

14、sgis的硬件系统的硬件系统二、二、gisgis的软件系统的软件系统数据输入和校验数据输入和校验数据存储和管理数据存储和管理数据变换分析数据变换分析数据显示和输出数据显示和输出用户接口模块用户接口模块gis软件软件应用分析软件应用分析软件计算机系统软件计算机系统软件操作系统操作系统汇编程序汇编程序编译程序编译程序服务程序服务程序三、地理数据三、地理数据地理数据分类几何数据几何数据关系数据关系数据属性数据属性数据度量关系延伸关系拓扑关系几何坐标定性定量四、用四、用 户户系统组织、管理、维护和数据更新、应用程序开发、信息提取、地理决策一、研究内容一、研究内容gis基本理论基本理论技术系统技术系统应

15、用方法应用方法第五节第五节 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 概念、定义、内涵构成、特点、功能和任务理论体系发展历史及发展趋势一、研究内容一、研究内容gis基本理论基本理论技术系统技术系统应用方法应用方法第五节第五节 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 硬件配置数据结构与表示输入输出系统地理数据管理用户界面gis工具软件研制一、研究内容一、研究内容gis基本理论基本理论技术系统技术系统应用方法应用方法第五节第五节 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 应用系统设计数据采集与校验专题分析模型3s结合地学专家系统考古学考古学人文地理学人文地理学公共管理公共管理社会学社

16、会学流行病学流行病学健康护理规划健康护理规划森林学森林学土壤科学土壤科学地貌学地貌学环境科学环境科学地质学地质学生态学生态学水文学水文学气象学气象学公共信息查询公共信息查询矿产开发矿产开发设施维护设施维护产业产业/商业商业市场市场旅游业旅游业资产管理资产管理计算机科学计算机科学制图学制图学可视化可视化符号学符号学测量测量遥感遥感照相测量法照相测量法数学数学数据库数据库计算机计算机图形学图形学统计学统计学地理地理 统计学统计学人工人工智能智能认知科学认知科学社会经济测量地形测量环境测量二二 相关学科树相关学科树与其他信息系统的的区别与联系ugis与机助制图系统与机助制图系统前者可以包括后者所有功

17、能，此外还应具有丰富的空间分析功能ugis与数据库管理系统与数据库管理系统gis除了需要功能强大的空间数据的管理功能之外，还需具有图像数据的采集、空间数据的可视化和空间分析等功能ugis与与cad二者都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理非图形属性数据。cad处理的多为规则几何图形及其组合，图形功能极强，属性功能较弱，且一般仅在单幅图上操作，海量数据的图库管理能力比gis弱。gis处理的多为地理空间的自然目标和人为目标，图形关系复杂，需要丰富的符号库和属性库，gis需要有较强的空间分析功能，图形和属性的相互操作频繁，且多具有专业化的特征。ugis与遥感图像处理系统与遥

18、感图像处理系统遥感图像处理系统的制图功能较强，缺乏实体的空间关系描述、空间分析等功能。1.起步阶段（60年代），注重空间数据的地学处理。 1963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）； 1969年，esri （环境系统研究所）建立； 1969年， integraph公司建立。 2.发展阶段（70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遍重视。 1978年，erdas成立。一、地理信息系统的发展概况一、地理信息系统的发展概况第六节第六节 gis发展趋势发展趋势3.推广应用阶段（80年代），注重空间决策支持分析。 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 world 首次发行； 1989年，ingegraph 发布mge； 4.用户时代（90年代后）, 注重gis社会应用与服务