第一章地理信息系统导论

1、一一.地理信息系统导论地理信息系统导论 1. 地理信息系统的概念2. 地理信息系统的基本构成3. 地理信息系统的功能概述4. 地理信息系统的发展概况5. 城乡规划GIS应用概述1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.1数据、信息、地理信息与地理数据数据、信息、地理信息与地理数据(一一) 数据数据 指输入到计算机并能被计算机进行处理指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图像等的数字、文字、符号、声音、图像等符号符号。数据是对客观现象的表示，数据是对客观现象的表示，数据本身并没数据本身并没有意义有意义。数据的格式往往和具体的计算机。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，

2、随载荷它的物理设备的形式而系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。改变。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.1数据、信息、地理信息与地理数据数据、信息、地理信息与地理数据认识地理信息系统首先会接触到信息信息与数据数据这两个名词。（二）（二） 信息信息1、定义、定义：信息是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数据、符号、声音、图像等形式记录下来，进行传递和处理，为人们的生产，建设，管理等提供依据。2、特性、特性：1）客观性）客观性：任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息的正确性和精确度的保证；1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.1数据、信息、地理信息与地理数据数据、信息

3、、地理信息与地理数据2）适用性：）适用性：问题不同，影响因素不同，需要的信息问题不同，影响因素不同，需要的信息种类是不同的。种类是不同的。信息系统将地理空间的巨大数据流信息系统将地理空间的巨大数据流收集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变收集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息，为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息，这是由建立信息系统的明确目的性所决定的；这是由建立信息系统的明确目的性所决定的；3）传输性：）传输性：信息可在信息发送者和接受者之间进行信息可在信息发送者和接受者之间进行传输传输,信息的传输网络信息的传输网络，被形象地称为，被

4、形象地称为“信息高速公信息高速公路路”。4）共享性：信息与实物不同，）共享性：信息与实物不同，信息可传输给多个用信息可传输给多个用户，为用户共享户，为用户共享，而其本身并无损失，这为信息的，而其本身并无损失，这为信息的并发应用提供可能性。并发应用提供可能性。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.1数据、信息、地理信息与地理数据数据、信息、地理信息与地理数据(三三) 两者关系两者关系 有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，其实不然。其实不然。数据是信息的数据是信息的表达、载体表达、载体，信息是数据，信息是数据的的内涵内涵，是，是形形与与质质的

5、关系。的关系。只有数据对实体行为产只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。成为信息。 例如独立的例如独立的“1”、“0”均无意义。当它表示某实均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了体在某个地域内存在与否，它就提供了“有有”“”“无无”信息；当用它来标识某种实体的类别时，它就提供信息；当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息了特征码信息1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.1数据、信息、地理信息与地理数据数据、信息、地理信息与地理数据可以把数据比作原材料，可以把数据比作原材料，而信息

6、是对原材料处理而信息是对原材料处理的结果。如同一个木匠，的结果。如同一个木匠，在一些工具的帮助下，在一些工具的帮助下，可以把木材做成有用的可以把木材做成有用的家具。同样，计算机专家具。同样，计算机专业人员应用计算机的硬业人员应用计算机的硬件和软件把原始数据转件和软件把原始数据转换成信息。这种转换过换成信息。这种转换过程可用右图说明。程可用右图说明。 1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.1数据、信息、地理信息与地理数据数据、信息、地理信息与地理数据(四四) 地理信息地理信息 定义：定义：地理信息是指与研究对象的空间地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息，它表示地理系统地理分布有

7、关的信息，它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。总称。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.1数据、信息、地理信息与地理数据数据、信息、地理信息与地理数据 2、特性：、特性：1）地域性：地理信息属于空间信息，位置）地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系。的识别与数据相联系。2）多维结构：在二维空间编码基础上，实）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地现多专题的第三维信息结构的组合，为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选理系

8、统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。提供方便。3）时序特征：时空的动态变化引起地理信）时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据空间数据的变化。息的属性数据空间数据的变化。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.1数据、信息、地理信息与地理数据数据、信息、地理信息与地理数据（五）地理数据（五）地理数据定义：定义：地理特征和地理特征和现象间关系的符号现象间关系的符号化描述化描述空间位置空间位置属性特征属性特征时态特征时态特征1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.2信息系统信息系统(Information System)及其类型及其类型(一一) 信息系统信息系统 信息系统是

9、具有数据采集、管理、分析和表达数信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。它能对数据和信息进行程提供有用的信息。它能对数据和信息进行采集、采集、存储、加工和再现存储、加工和再现，具有采集、管理、分析和表达，具有采集、管理、分析和表达数据的能力。主要由数据的能力。主要由计算机硬件计算机硬件软件软件数据数据用户用户四大要素组成。四大要素组成。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.2信息系统信息系统(Information System)及其类型及其类型1.地理信息系统的概念地理信息系统

10、的概念 1.2信息系统信息系统(Information System)及其类型及其类型(二二)信息系统的类型信息系统的类型信息的需要完全取决于管理的层次，一般在组织中将信信息的需要完全取决于管理的层次，一般在组织中将信息系统分成三个管理层次：操作层（底层）、战术层息系统分成三个管理层次：操作层（底层）、战术层（中间层）和战略层（顶层）。（中间层）和战略层（顶层）。 分析模型专家系统决策支持系统外部信息附加事实规则事务处理系统管理信息系统内部信息1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.2信息系统信息系统(Information System)及其类型及其类型1）事物处理系统（）事物处理系统

11、（Transaction Process System ，TPS）主要用以支持操作层人员的日常活动。它主要负责处理日常事务。2）管理信息系统（）管理信息系统（Management Information System ，MIS）需要包含组织中的事务处理系统，并提供了内部综合形式的数据，以及外部组织的一般范围和大范围的数据。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.2信息系统信息系统(Information System)及其类型及其类型3）决策支持系统（）决策支持系统（Decision Support System ，DSS）能从管理信息系统中获得信息，帮助管理者制定好的决策。该系统是一组

12、处理数据和进行推测的分析程序，用以支持管理者制定决策。4）人工智能和专家系统）人工智能和专家系统 （Expert System ,ES）是能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统。专家系统扩大了计算机的应用范围，使其从传统的资料处理领域发展到智能推理上来。MIS能提供信息帮助制定决策，DSS能帮助改善决策的质量，专家系统应用智能推理制作决策并解释理由。专家系统知识库推理机解释系统用户接口知识获取1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念 1.2信息系统信息系统(Information System)及其类型及其类型1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念1.3地理信息系统地理信息系统(一一)

13、地理信息系统的定义地理信息系统的定义地理信息系统（地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一种）是一种决策支持系统决策支持系统，它，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过处理的信息是经过地理编码地理编码的，地理位置的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。检索的重要部分。 1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念1.3地理信息系统地理信息系统不同领域、不同专业对不同领

14、域、不同专业对GIS的的理解不同理解不同，目前，目前没有没有完全统完全统一的被普遍接受的定义：一的被普遍接受的定义：1)Goodchild把把GIS定义为定义为“采集、存贮、管理、分析和采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统显示有关地理现象信息的综合系统”。 2)俄罗斯学者也把俄罗斯学者也把GIS定义为定义为“一种解决各种复杂的地理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相关问题，以及具有内部联系的工具集合”。 3)美国国家地理信息与分析中心给出的定义：美国国家地理信息与分析中心给出的定义：“GIS为了为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的获取、

15、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统计算机化的数据库管理系统”。 4)英国教育部认为：英国教育部认为：“GIS是一种获取、存储、检索、操是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统作、分析和显示地球空间数据的计算机系统”。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念1.3地理信息系统地理信息系统这些定义，有的侧重于这些定义，有的侧重于GIS的技术内涵，有的则强的技术内涵，有的则强调调GIS的应用功能。为了能更具体地认识和真正了的应用功能。为了能更具体地认识和真正了解解GIS的概念，这里推荐美国联邦数字地图协调委的概念，这里推荐美国联邦数字地图协调委

16、员会员会(FICCDC)关于关于GIS的定义。该定义认为的定义。该定义认为“GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的是由计算机硬件、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，以便解决复杂的理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题规划和管理问题”。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念1.3地理信息系统地理信息系统地理信息系统术语（地理信息系统术语（GIS）北美、欧洲：北美、欧洲：Geographical Information System加拿大：加拿大：Geomatigue中国：

17、中国：Resource and Environmental Information System技术内涵：技术内涵：Geo-relational Information System信息科学：信息科学：Spatial Information System应用类型：应用类型：Natural Resources Information System Land Information System Transportation Geographical Information System地学应用：地学应用： GeoScience专业杂志：专业杂志：Geographical Information

18、Science(英国英国) Geo-Information System （德国）（德国）1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念1.3地理信息系统地理信息系统GIS中中“S”含义的演变：含义的演变：System：系统（技术）：系统（技术）技术层面，强调对地理数据的管理和分析技术层面，强调对地理数据的管理和分析Science：科学（：科学（GIScience） 广义上的地理信息系统，一个科学体系广义上的地理信息系统，一个科学体系 Service：服务（：服务（GISservice）从技术型研究型向服务层面转移从技术型研究型向服务层面转移本课程将地理信息系统限制在技术层面，从系统的本课程将地理信

19、息系统限制在技术层面，从系统的角度进行角度进行GIS基本理论和技术方法的阐述。基本理论和技术方法的阐述。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念1.3地理信息系统地理信息系统(二二)地理信息系统和地理信息系统和4M对于地理学家、城市规划人员、资源管理者等使对于地理学家、城市规划人员、资源管理者等使用地理信息的人们而言，他们观察并量测用地理信息的人们而言，他们观察并量测（Measure）环境参数，并制作地图（）环境参数，并制作地图（Map）描）描述了地球的特征；他们监测（述了地球的特征；他们监测（Monitor）周围环境）周围环境的变化，对影响环境的过程和活动建立模型的变化，对影响环境的过程和活

20、动建立模型（Model）。这四项活动（）。这四项活动（4M），通过应用），通过应用GIS技术，都可以得到改善和提高。技术，都可以得到改善和提高。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念1.3地理信息系统地理信息系统地理信息系统按其内容可以分为三大类：地理信息系统按其内容可以分为三大类：专题地理信息系统（专题地理信息系统（Subject GIS）：是具有有限目标和：是具有有限目标和专业特点的地理信息系统。为特定的专门的目的服务，专业特点的地理信息系统。为特定的专门的目的服务，如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信

21、息系统、水土流失信息系产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统、环境管理信息系统等。统、环境管理信息系统等。 区域地理信息系统（区域地理信息系统（Regional GIS）：主要以区域综合：主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。如国家级、地区级、市级研究和全面信息服务为目标。如国家级、地区级、市级或县级等。或县级等。 地理信息系统工具地理信息系统工具(GISTools）：它是一组具有图形图：它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。等地理信息系统基本功能的软件包。1.地理信息系统

22、的概念地理信息系统的概念1.3地理信息系统地理信息系统GIS有别于有别于DBMS（数据库管理系统），（数据库管理系统），GIS具有以具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含必须包含DBMS。GIS有别于有别于MIS（管理信息系统），（管理信息系统），GIS要对图形数要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，据和属性数据库共同管理、

23、分析和应用，GIS的软硬的软硬件设备要复杂、系统功能要强；件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的和地理信息的MIS不一定就是不一定就是GIS，MIS在概念上更在概念上更接近接近DBMS。1.地理信息系统的概念地理信息系统的概念1.3地理信息系统地理信息系统GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询

24、，不可地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据的一个数据源。源。GIS有别于有别于CAD/CAM：管理了图形数据和非空间：管理了图形数据和非空间属性数据的系统不一定是属性数据的系统不一定是GIS，如计算机辅助设计，如计算机辅助设计(Computer Adided Design，)，计算机辅助制，计算机辅助制图图(Computer Adided Map，)。2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成 一个实用的一个实用的GI

25、S系统，系统，要支持对空间数据的采要支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、集、管理、处理、分析、建模和显示等功能；建模和显示等功能；基本组成一般包括以下基本组成一般包括以下四个主要部分：空间数四个主要部分：空间数据、系统软件、系统硬据、系统软件、系统硬件、应用人员件、应用人员。数据GIS软件硬件人员2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.1地理信息系统的构成地理信息系统的构成硬件硬件计算机硬件系统是计算机系统中的实际物计算机硬件系统是计算机系统中的实际物理装置的总称，可以是电子的、电的、磁理装置的总称，可以是电子的、电的、磁的、机械

26、的、光的元件或装置，是的、机械的、光的元件或装置，是GIS的的物理外壳。物理外壳。 2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.1地理信息系统的构成地理信息系统的构成硬件硬件 GISGIS 专用外设设备专用外设设备 计算机 屏幕 键盘 鼠标器 标准的计算机外围设备标准的计算机外围设备 网络 数字化仪 解析测图仪 遥感图像 处理系统 测绘仪器 扫描仪 硬盘 磁带机 打印机 绘图仪 2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.2地理信息系统的构成地理信息系统的构成软件软件GIS软件是系统的核心，用于执行GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面(G

27、UI)等。按照其功能分为：GIS专业软专业软件件，数据库软件数据库软件，系统管理软件系统管理软件等，其层次结构：2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.2地理信息系统的构成地理信息系统的构成软件软件2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.2地理信息系统的构成地理信息系统的构成软件软件(一一)GIS专业软件专业软件GIS专业软件一般指具有丰富功能的通用GIS软件，它包含了处理地理信息的各种高级功能，可作为其他应用系统建设的平台。其代表产品有ARC/INFO、MGE、MAPINFO、MAPGIS、GEOSTAR等。它们一般都包含有以下的主要核心模块：数据输入和编辑、空间数据

28、管理、数据输数据输入和编辑、空间数据管理、数据输出、用户界面、系统二次开发能力。出、用户界面、系统二次开发能力。2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.2地理信息系统的构成地理信息系统的构成软件软件(二二)数据库系统数据库系统数据库软件除了在数据库软件除了在GIS专业软件中用于支持复杂专业软件中用于支持复杂空间数据的管理软件以外，还包括服务于以非空空间数据的管理软件以外，还包括服务于以非空间属性数据为主的数据库系统，这类软件有：间属性数据为主的数据库系统，这类软件有：ORACLE，SYBASE，INFORMIX，DB2，SQL Server,Ingress等。它们也是等。它们也是G

29、IS软件的重要组成软件的重要组成部分，而且由于这类数据库软件具有快速检索、部分，而且由于这类数据库软件具有快速检索、满足多用户并发和数据安全保障等功能，目前已满足多用户并发和数据安全保障等功能，目前已实现在现成的关系型商业数据库中存储实现在现成的关系型商业数据库中存储GIS的空的空间数据，例如间数据，例如SDE(Spatical Database Engine)就是就是最好的解决方案。最好的解决方案。2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.2地理信息系统的构成地理信息系统的构成软件软件(三三)系统管理软件系统管理软件系统管理软件主要指计算机操作系统，当今使用系统管理软件主要指计算机

30、操作系统，当今使用的操作系统有：的操作系统有： Windows系列、系列、 UNIX，LINUX等。它们关系到等。它们关系到GIS软件和开发语言使用的有效软件和开发语言使用的有效性，因此也是性，因此也是GIS软硬件环境的重要组成部分。软硬件环境的重要组成部分。2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.3地理信息系统的构成地理信息系统的构成空间数据空间数据空间数据是空间数据是地理信息的载体地理信息的载体，是地理信息系统的是地理信息系统的操作对象操作对象，它具体描述地理实体的空间特征、属它具体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。性特征和时间特征。空间特征空间特征是指地理实体的空是

31、指地理实体的空间位置及其相互关系；间位置及其相互关系；属性特征属性特征表示地理实体的表示地理实体的名称、类型和数量等名称、类型和数量等；时间特征时间特征指实体随时间而指实体随时间而发生的相关变化。发生的相关变化。 根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素，它们的数据表数据抽象为点、线、面三类元素，它们的数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为矢量数据结构矢量数据结构和和栅格数据结构栅格数据结构。2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.3地理信息系统的构成地理信息系统

32、的构成空间数据空间数据栅格结构矢量结构空间位置空间位置空间关系空间关系属性信息属性信息2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.3地理信息系统的构成地理信息系统的构成空间数据空间数据GIS应用人员主要包括应用人员主要包括系统开发、系统管理系统开发、系统管理和使用人员和使用人员，他们的业务素质和专业知识他们的业务素质和专业知识是是GIS工程及其应用成败的关键工程及其应用成败的关键系统开发系统开发系统管理系统管理使用人员使用人员 2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.4地理信息系统的构成地理信息系统的构成应用模型应用模型GIS应用模型的构建和选择也是系统应用成败至关重要的应

33、用模型的构建和选择也是系统应用成败至关重要的因素。虽然因素。虽然GIS为解决各种现实问题提供了有效的基本工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。门的应用模型。土地利用适宜性模型土地利用适宜性模型选址模型选址模型洪水预测模型洪水预测模型人口扩散模型人口扩散模型森林增长模型森林增长模型水土流失模型水土流失模型最优路径模型最优路径模型2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.4地理信息系统的构成地理信息系统的构成应用模型应用模型2.地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成2.4地

34、理信息系统的构成地理信息系统的构成应用模型应用模型显然，显然，应用模型是应用模型是GIS与相关专业连接的与相关专业连接的纽带纽带，它的建立绝非是纯数学或技术性问，它的建立绝非是纯数学或技术性问题，而必须以坚实而广泛的专业知识和经题，而必须以坚实而广泛的专业知识和经验为基础，对相关问题的机理和过程进行验为基础，对相关问题的机理和过程进行深入的研究，并从各种因素中找出其因果深入的研究，并从各种因素中找出其因果关系和内在规律，有时还需要采用从定性关系和内在规律，有时还需要采用从定性到定量的综合集成法，这样才能构建出真到定量的综合集成法，这样才能构建出真正有效的正有效的GIS应用模型。应用模型。三种三

35、种GIS观观地图观：地图观点的定义侧重于制图有关的地图观：地图观点的定义侧重于制图有关的内容，因此内容，因此GIS被视为一个地图分析与处理系统被视为一个地图分析与处理系统数据库观：数据库观点的数据库观：数据库观点的GIS定义则侧重于数定义则侧重于数据库设计与实现的完美性，一个复杂的数据库据库设计与实现的完美性，一个复杂的数据库管理系统被视为管理系统被视为GIS不可分割的一部分不可分割的一部分空间分析观：持空间分析观点的定义侧重于空间分析观：持空间分析观点的定义侧重于分析和建模，分析和建模，GIS被视为一门空间信息科学而不被视为一门空间信息科学而不仅是一门技术。仅是一门技术。 3. 地理信息系统

36、的功能概述地理信息系统的功能概述由计算机技术与空间数据相结合而产生的由计算机技术与空间数据相结合而产生的GIS这一这一高新技术，包含了处理信息的各种高级功能，但高新技术，包含了处理信息的各种高级功能，但是它的基本功能是数据的是它的基本功能是数据的采集、管理、处理、分采集、管理、处理、分析和输出析和输出。GIS依托这些基本功能，通过利用空间依托这些基本功能，通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等，演绎出丰富多数据集成技术、二次开发环境等，演绎出丰富多彩的系统应用功能，被广泛地应用于资源管理、彩的系统应用功能，被

37、广泛地应用于资源管理、区域规划等领域，满足用户的广泛需求。区域规划等领域，满足用户的广泛需求。GIS的基本功能的基本功能w 输入输入w 查询查询w 编辑编辑w 分析分析w 输出输出GIS基本功能的实现过程基本功能的实现过程文件图表文件图表数据获取数据获取 原始数据原始数据存储检索存储检索空间查询空间查询空间分析空间分析数据编辑数据编辑投影变换投影变换数据输出数据输出 制图、表格制图、表格 交互展示交互展示 结构化数据结构化数据空间空间数据库数据库3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.1数据采集与编辑数据采集与编辑地理信息系地理信息系统的数据通统的数据通常抽象为不常抽象为不同的专

38、题或同的专题或层层3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.1数据采集与编辑数据采集与编辑数据采集编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺数据采集编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为序转化为X、Y坐标及对应的代码输入到计算机中坐标及对应的代码输入到计算机中3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.2数据处理和变换数据处理和变换 数据处理的任务和操作内容有：数据处理的任务和操作内容有：1)数据变换数据变换：指对数据从一种数学状态转换为另：指对数据从一种数学状态转换为另一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、比例一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、比例尺缩放、误差改

39、正和处理等；尺缩放、误差改正和处理等；2)数据重构：数据重构：指对数据从一种几何形态转换为另指对数据从一种几何形态转换为另一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据压缩、结构转换等；压缩、结构转换等；3)数据抽取数据抽取：指对数据从全集合到子集的条件提：指对数据从全集合到子集的条件提取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间内插等。内插等。3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.2数据处理和变换数据处理和变换 数据获取数据获取数据入库数据入库3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.3

40、数据存储与管理数据存储与管理这是建立地理信息系统数据库的关键步骤，这是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。涉及到空间数据和属性数据的组织。空间数据模型：栅格模型、矢量模型或栅空间数据模型：栅格模型、矢量模型或栅格格/矢量混合模型矢量混合模型空间数据管理模式：空间数据与属性数据空间数据管理模式：空间数据与属性数据一体化存储一体化存储数据库技术：空间索引数据库技术：空间索引 3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.3数据存储与管理数据存储与管理StatesRoadsCapitalsRivers Lakes 数据分层数据分层管理管理3. 地理信息系统的功能

41、概述地理信息系统的功能概述3.3数据存储与管理数据存储与管理空间和属性空间和属性数据的关联数据的关联3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.4空间查询和分析空间查询和分析空间查询和分析功能是GIS的一个独立研究领域，它的主要特点是帮助确定地理要素之间新的空间关系，它不仅已成为区别于其他类型系统的一个重要标志，而且为用户提供了灵活地解决各类专门问题的有效工具。1)空间查询空间查询2)拓扑叠加拓扑叠加3)缓冲区建立缓冲区建立4)网络分析网络分析5)数字地形分析数字地形分析3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.4空间查询和分析空间查询和分析1)空间查询：空间查询是空间查

42、询：空间查询是GIS最基本的功能，包括最基本的功能，包括已知属性查图形，已知已知属性查图形，已知图形查属性及多种条件图形查属性及多种条件的综合查询；的综合查询；3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.4空间查询和分析空间查询和分析2)拓扑叠加拓扑叠加：通过将同一通过将同一地区两个不同图层的特征地区两个不同图层的特征相叠加，建立新的空间特相叠加，建立新的空间特征，易于进行多条件的查征，易于进行多条件的查询检索、地图裁剪、地图询检索、地图裁剪、地图更新和应用模型分析等；更新和应用模型分析等；3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.4空间查询和分析空间查询和分析3)缓冲区

43、建立缓冲区建立：它是研究根据它是研究根据数据库的点、线、面实体，自数据库的点、线、面实体，自动建立各种类型要素的缓冲多动建立各种类型要素的缓冲多边形，用以确定不同地理要素边形，用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性。的空间接近度或邻近性。3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.4空间查询和分析空间查询和分析4)网络分析网络分析：以运筹学中的网络模型以运筹学中的网络模型为基础。如在城市各街道区建立图书为基础。如在城市各街道区建立图书馆、医院等公共设施，希望各居民住馆、医院等公共设施，希望各居民住家能到这些设施的路途最短，而在建家能到这些设施的路途最短，而在建立消防站、救护车站时，

44、需要路途最立消防站、救护车站时，需要路途最短，花费时间最少等。短，花费时间最少等。3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.4空间查询和分析空间查询和分析5)数字地形分析数字地形分析：GIS提供了构造数字高程模型及提供了构造数字高程模型及有关地形分析的功能模块，包括坡度、坡向、地有关地形分析的功能模块，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷线、山脊线、日照强度、库容量、表粗糙度、山谷线、山脊线、日照强度、库容量、表面积、立体图、剖面图和通视分析等表面积、立体图、剖面图和通视分析等3. 地理信息系统的功能概述地理信息系统的功能概述3.5数据显示与输出数据显示与输出数据显示与输出：数据显示与

45、输出：GIS为用户提供了许多为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件表格、地图等硬拷贝图件数据显示与输出数据显示与输出地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容1研究内容研究内容地理信息系统是在地理学研究和生产地理信息系统是在地理学研究和生产实践的需求中产生，地理信息系统的应实践的需求中产生，地理信息系统的应用使技术系统不断完善，并逐渐发展了用使技术系统不断完善，并逐渐发展了地理信息系统的理论；地理信息系统的理论；理论研究又指导开发新一代高效地理理论研

46、究又指导开发新一代高效地理信息系统，并不断拓宽其应用领域，加信息系统，并不断拓宽其应用领域，加深应用的深度；深应用的深度；地理信息系统的应用，又对理论研究地理信息系统的应用，又对理论研究和技术方法提出了更高的要求。和技术方法提出了更高的要求。 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容研究内容研究内容地理信息系统工具地理信息系统工具应用方法应用方法技术系统技术系统基本理论基本理论地地理理信信息息系系统统用户界面等用户界面等空间数据管理空间数据管理概念、定义、内涵概念、定义、内涵理论体系构成、特点、功能、任务理论体系构成、特点、功能、任务发展历史与发展方向发展历史与发展方向硬件配置硬件配置数据

47、结构数据结构地学专家系统地学专家系统专题分析模型专题分析模型输入、输出系统输入、输出系统应用系统设计应用系统设计数据采集与校验数据采集与校验地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容2相关学科相关学科地理学地理学测绘学测绘学计算机科学计算机科学管理科学管理科学 地理学地理学 计算机科学计算机科学 软件工程软件工程 数据库技术数据库技术 CAD 专家系统专家系统 计算机图形学计算机图形学 测绘学测绘学 管理科学管理科学 GIS 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

48、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社会经济测量测量地形测量地形测量环境测量环境测量4. 地理信息系统发展简史地理信息系统发展简史 国际上的国际上的GIS发展，基本上经历了四个阶发展，基本上经历了四个阶段：段：开拓启蒙阶段开拓启蒙阶段、巩固阶段巩固阶段、突破阶段突破阶段和和社会化

49、阶段社会化阶段4. 地理信息系统发展简史地理信息系统发展简史4.1开拓启蒙阶段开拓启蒙阶段1、20世纪世纪60年代为年代为GIS思想和技术方法的开拓思想和技术方法的开拓启蒙时期启蒙时期1963年，加拿大测量学家年，加拿大测量学家Roger Tomlinson首先首先提出提出GIS 这一术语，建立加拿大地理信息系统这一术语，建立加拿大地理信息系统（CGIS）,1971年建成投入使用；年建成投入使用；1969年，年，ESRI （环境系统研究所）建立；（环境系统研究所）建立；1969年，年， Integraph公司建立。公司建立。4. 地理信息系统发展简史地理信息系统发展简史4.2巩固阶段巩固阶段2

50、、70年代是年代是GIS的发展巩固时期的发展巩固时期计算机发展到第三代计算机发展到第三代内存容量大增，运算速度达到内存容量大增，运算速度达到10秒级秒级大容量直接存取设备大容量直接存取设备磁盘磁盘屏幕和图形、图像卡屏幕和图形、图像卡注重空间地理信息的管理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。受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视。1978年，年，ERDAS成立。成立。4. 地理信息系统发展简史地理信息系统发展简史4.3突破阶段突破阶段3、80年代是年代是GIS在理论、方法和技术上取得突破与趋向在理论、方法和技术上取得突破与趋向成熟的阶段。成熟的阶段。大规模和超大规模集成

51、电路的问世大规模和超大规模集成电路的问世第四代计算机第四代计算机计算机网络计算机网络软件开发工具的广泛应用软件开发工具的广泛应用数据库技术的推广数据库技术的推广空间分析功能，人机交互对话，地图的输入、编辑和输出空间分析功能，人机交互对话，地图的输入、编辑和输出技术的进一步发展，并逐渐走向成熟。地理信息系统的应技术的进一步发展，并逐渐走向成熟。地理信息系统的应用从解决基础设施的规划用从解决基础设施的规划(如道路、输电线等如道路、输电线等)转向更加复转向更加复杂的区域开发问题。杂的区域开发问题。 4. 地理信息系统发展简史地理信息系统发展简史4.3突破阶段突破阶段 1981年，年，ESRI ARC

52、/INFO GIS发布；发布； 1985年，年，GPS成为可运行系统；成为可运行系统； 1986年，年，MapInfo建立；建立；1986年，年，SPOT卫星首次发射；卫星首次发射；1987年，地理信息系统的国际杂志出版；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年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER；1988年，年，GIS World 首次发行；首次发行；1989年，年，Ingegraph 发布发布MGE； 4. 地理信息系统发展简史地理信息系统发展简史4.4社会化阶段社会化阶段4、90年代，全面社会化应用年代，全面社会化应用GIS已成为许多机构已成为许多机

53、构(特别是政府决策部门特别是政府决策部门)必备必备的工作系统的工作系统地理信息系统已被列入地理信息系统已被列入“信息高速公路信息高速公路”计划计划 90年代，年代，GIS开发和研究主要集中在下列一些方开发和研究主要集中在下列一些方向：空间信息分析的新模式和新方法；空间信息向：空间信息分析的新模式和新方法；空间信息应用模型；应用模型；GIS的效益评价；三维、四维空间数的效益评价；三维、四维空间数据结构和数据模型；人工智能和专家系统的引入；据结构和数据模型；人工智能和专家系统的引入；网络网络GIS；虚拟现实技术与；虚拟现实技术与GIS的结合等。的结合等。补充：补充：GIS技术进展技术进展1空间数据

54、库管理空间数据库管理关系型数据库+空间数据引擎SDO、SDE多尺度海量栅格数据组织与管理数据分块、影像金字塔空间数据仓库特征、结构、数据分析和数据挖掘GIS技术进展技术进展2空间数据分析技术空间数据分析技术空间数据几何操作基于空间位置的分析技术三维模型构造与三维分析、网络分析和空间分析空间数据挖掘技术空间统计、空间关联分析、空间聚类分析、模糊集和粗集、神经网络与遗传算法GIS技术进展技术进展3空间信息可视化与交互空间信息可视化与交互自适应空间信息可视化用户模型与用户认知反应的模拟和表达，自适应空间数据库，用户界面的自适应设计，符号的自适应设计等海量空间信息的渐进传输与可视化空间信息发布式协同交

55、互处理技术GIS技术进展技术进展4GIS体系结构及其软件体系结构及其软件集中式地理信息系统软件组件化的地理信息系统软件网络地理信息系统网格地理信息系统时态GIS平台GIS发展展望发展展望1GIS理论研究中亟待解决的问题理论研究中亟待解决的问题一、一、GIS理论发展的需要理论发展的需要技术导向性GIS是一门技术引导的多技术交叉的信息空间科学，它在技术上所关注的是：数据采集；数据建模；数据的精度和系统回答问题的可信度；数据量；数据存取与保密；数据分析；用户接口；成本与效益；GIS系统的寿命；GIS系统工作的组织问题。这些技术问题，将会随着相关学科和软件、硬件手段的不断进步，而日趋完善。GIS发展展

56、望发展展望1GIS理论研究中亟待解决的问题理论研究中亟待解决的问题应用导向性GIS是一门以应用为目的的信息产业，即GIS也是应用导向的，即它除了具有基础性和公益性特点，服务于科学研究和造福人类外，它还具有实际应用并创造价值的广阔市场。 GIS的应用可以深入到各个领域、各个机构，形成诸如资源GIS，灾害监测和防治GIS，农林牧副渔GIS等。GIS的不断发展，它既依赖于地理学、统计学和测量学这些基础学科，又取决于计算机软件技术、航天技术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进步与成就。 GIS发展展望发展展望1GIS理论研究中亟待解决的问题理论研究中亟待解决的问题GIS集成化和智能化发展趋势图形数据

57、和属性数据的结合。GIS与RS的集成GIS与GPS、RS技术的集成。GIS与GPS、CCD技术的集成3S与移动通信的集成GIS与专家系统（Expert System）的结合。 GIS发展展望发展展望1GIS理论研究中亟待解决的问题理论研究中亟待解决的问题二、二、GIS理论理论研究中亟待解决的问题理论理论研究中亟待解决的问题1）GIS设计与实现的方法学问题设计与实现的方法学问题2）GIS的功能问题的功能问题3）多媒体地理信息系统的管理和操作的问题）多媒体地理信息系统的管理和操作的问题4）GIS地理信息的深加工问题地理信息的深加工问题5）空间信息可视化技术和虚拟现实技术（）空间信息可视化技术和虚拟

58、现实技术（VR）GIS发展展望发展展望2GIS的发展动态的发展动态 一、一、GIS软件中发展的热点软件中发展的热点GIS中面向对象技术研究时空系统时空系统地理信息建模系统（地理信息建模系统（GIMS-Geographic Information Modeling System） 三维地理信息系统的研究三维地理信息系统的研究 GIS发展展望发展展望2GIS的发展动态的发展动态 二、实用地理信息系统发展趋势与展望二、实用地理信息系统发展趋势与展望 GIS网络化网络化 GIS标准化标准化数据商业化数据商业化系统专门化系统专门化GIS企业化企业化GIS全球化全球化GIS大众化大众化补充：地理信息系统的

59、主要应用领域补充：地理信息系统的主要应用领域资源管理(Resource Management)资源配置(Resource Configuration)城市规划和管理(Urban Planning and Management) 土地信息系统和地籍管理(Land Information System and Cadastral Applicaiton)主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源各种资源(如土地、森林、草场如土地、森林、草场)分布、分级、统计、分布、分级、统计、制图等问题。主要回答制图等问题。主要回答“定位定位”和和“模式模式”

60、两类问两类问题题在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的在这类应用中的目标是保证目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益资源的最合理配置和发挥最大效益空间规划是空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何设施建设中如何保证绿地的