第一章 导论(地理信息系统概论)

1、资源环境工程学院教学安排教学安排 第第1 1章章 导论导论 (2(2学时学时) ) 1.1 1.1 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念 1.2 1.2 地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成 1.3 1.3 地理信息系统的功能简介地理信息系统的功能简介 1.4 1.4 地理信息系统的发展透视地理信息系统的发展透视 第第2 2章章 地理信息系统的数据结构地理信息系统的数据结构 (8(8学时学时) ) 2.1 2.1 地理空间及其表达地理空间及其表达 2.2 2.2 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征 2.3 2.3 空间数据结构的类型空间数据结构的类型 2.4 2.4 空间

2、数据结构的建立空间数据结构的建立 3.1 空间数据的坐标变换 3.2 空间数据结构的转换3.3 多源空间数据的融合 3.4 空间数据的压缩与综合 3.5 空间数据的内插方法 3.6 图幅数据边沿匹配处理4.1 空间数据库概述4.2-4 空间数据库概念，逻辑，物理模型设计4.5-8空间数据查询，索引，元数据，空间数据引擎4.9 GIS空间时态数据库5.1 数字地面模型分析5.2 空间叠合分析5.3 空间临近度分析5.4 空间网络分析补充：缓冲区分析，空间统计分析第6章 地理信息系统的应用模型 (8学时)6.1 GIS应用模型概述 各章节联系各章节联系什么是什么是GIS？GIS能作能作什么？什么？

3、 如何实现？如何实现？第一章：第一章：GISGIS概概念念, ,与相关学科与相关学科关系关系,GIS,GIS组组成成,GIS,GIS的功能的功能与应用等与应用等 第二至八章：第二至八章：GISGIS数据结构、数据数据结构、数据输入、数据处理、输入、数据处理、数据管理和空间数据管理和空间分析等分析等 实验教学以MapGIS为主要平台 分组进行 全班每人一组，定机定人定任务 成果 成果各人自存，按时提交； 成果包括每次的实习内容、实习报告及实验操作测评1、MAPGISMAPGIS软件安装和运行环软件安装和运行环境配置境配置2 2、 MAPGISMAPGIS文件和工程管理文件和工程管理3 3、空间数

4、据扫描矢量化采集输、空间数据扫描矢量化采集输入入4 4、图形编辑、图形编辑5 5、图形剪裁、图形剪裁6 6、图形输出、图形输出7 7、MapGISMapGIS库管理库管理8 8、缓冲区分析、缓冲区分析9 9、数字高程模型建立与应用、数字高程模型建立与应用1010、电子沙盘制作、电子沙盘制作9 9、补充：投影变换、补充：投影变换n邬伦等邬伦等. . 地理信息系统地理信息系统- -原理、方法和应用原理、方法和应用. .北京：北京：科学出版社，科学出版社，20012001nKang-tsung Chang.Kang-tsung Chang.地理信息系统导论地理信息系统导论. .北京：科北京：科学出版

5、社，学出版社，20032003n宋小冬等宋小冬等. .地理信息系统实习教程地理信息系统实习教程. .北京：科学出版北京：科学出版社，社，20042004n汤国安等汤国安等. ArcGIS. ArcGIS地理信息系统空间分析实验教地理信息系统空间分析实验教程程. .北京：科学出版社，北京：科学出版社，20062006n党安荣等党安荣等. ArcGIS 8 Desktop. ArcGIS 8 Desktop地理信息系统应用地理信息系统应用指南指南. .北京：清华大学出版社，北京：清华大学出版社，20032003返回返回第一章第一章 绪论绪论FGIS基本概念FGIS的形成和发展FGIS的基本组成和功

6、能FGIS的应用领域教学要求掌握掌握GISGIS基本概念基本概念: : 了解了解GISGIS的形成和发的形成和发展展掌握掌握GISGIS的基本组成和功能的基本组成和功能了解了解GISGIS的应用领域的应用领域第一节 GIS基本概念1.数据（Data）-通过数字化或直接记录通过数字化或直接记录下来的可以被识别的符号（如文字、数字、下来的可以被识别的符号（如文字、数字、符号、语言、图像等）符号、语言、图像等）, ,是一种未加工的原是一种未加工的原始材料。始材料。一、数据与信息一、数据与信息 2.信息(Information)是用文字、是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表达数字、符号、语言、图

7、像等介质来表达事件、事物、现象等的内容、数量或特事件、事物、现象等的内容、数量或特征。具有客观性、适用性、可传输性和征。具有客观性、适用性、可传输性和共享性。共享性。来源于数据来源于数据, ,是数据的内涵，是是数据的内涵，是用数据来表达的。用数据来表达的。 信息的特点信息的特点p客观性：客观性：p适用性：适用性：p传输性：传输性：p共享性：共享性：任何信息都是与客观事物紧密相关的任何信息都是与客观事物紧密相关的地理信息系统的建立的明确的目的性地理信息系统的建立的明确的目的性信息可以在发送者和接收者之间传输信息可以在发送者和接收者之间传输信息可以传输给多个用户、为多个用户共享信息可以传输给多个用

8、户、为多个用户共享 两者在词义上的差别：数据是信息的表达，信息则是数据的内容； 数据是客观对象的表示，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息； 信息是当代社会发展的一项重要任务。二、地理数据与地理信息二、地理数据与地理信息u地理数据（地理数据（geo-datageo-data）: : 是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。 地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。u地理信息(GI)是指表示地球表层事物或现象所固有的数量、质量、分布特征、相互关系和变化规律的具有空间内涵的信息（地

9、理数据）的总称。 地理信息特征1、空间特征： 地理信息具有空间特征，属于空间信息，其数据是与地理信息具有空间特征，属于空间信息，其数据是与确定的空间位置联系在一起的。确定的空间位置联系在一起的。2、属性特征： 地理信息具有属性特征，通常在二维空间的定位基础地理信息具有属性特征，通常在二维空间的定位基础上，按专题来表达多维即多层次的属性信息。上，按专题来表达多维即多层次的属性信息。3、时序特征： 地理信息具有时序特征，通常可以按照时间尺度来区地理信息具有时序特征，通常可以按照时间尺度来区分地理信息分地理信息三、信息系统与地理信息系统信息系统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一

10、个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。 地理信息系统 地理信息系统（GIS）是指在计算机软硬件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据继续采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。或：是有关空间数据管理和空间信息分析的计算机系统。是传统科学与现代技术结合的产物。 地理信息系统的任务是地理信息系统的任务是采集、存储、管理、采集、存储、管理、分析和显示分析和显示地球空间信息。地球空间信息。GISGIS与其它与其它ISIS之间的关系（之间的关系（信息系统分类）信息系统分类）信息系统（信息系统（IS)IS)非空间信息系统非空间信息系统空间信息系统（空

11、间信息系统（SISSIS）如厂矿企业管理、如厂矿企业管理、财务等财务等MISMIS非地理信息系统非地理信息系统CAD/CAMCAD/CAM地理信息系统（地理信息系统（GISGIS）专题专题GISGIS综合信息系统综合信息系统地籍信息系统地籍信息系统城市管线信息系统城市管线信息系统城市规划城市规划与管理与管理ISIS区域资源区域资源与环境与环境ISISGIS的理解 GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）GIS定义对GIS的理解 GIS的物理外壳是计算机

12、化的技术系统 数据采集系统、数据管理系统、数据处理和分析系统、可视化表达与输出系统等组成，影响着GIS硬件平台、系统效率和功能、数据处理方式和产品类型。 GIS的操作对象是空间数据 地理数据属性数据、几何数据、时间数据。GIS对空间数据的管理好操作，是GIS区别于其它信息系统的根本标志，也是技术难点之一。一门技术；一门工具；一个系统；一种方法；一种地理信息的描述语言。地理信息系统的特征地理信息系统的特征GIS定义-对GIS的理解一个完整的GIS主要由四个部分构成，即计计算机硬件系统、计算机软件系统、地理算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据（或空间数据）和系统管理操作人数据（或空间数据）和系统

13、管理操作人员员。 其核心部分是计算机系统（软件和硬件），空间数据反映GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。 第二节 GIS的基本组成空间数据库操作管理分析数据模型界面表现数据获取通讯用户网络GIS的组成硬件基本配置输入设备输入设备专用设备常规设备GPS全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统全站仪扫描仪数字化仪键盘、鼠标处理设备处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备输出设备绘图仪终端打印机GIS的组成硬件应用模式单机模式单机模式： 由基本外设、处理 设备和输出设备构成 适用于小型GIS建设 数据传输与资源

14、共享不方便GIS的组成硬件应用模式局域网模式局域网模式： 部门或单位内部GIS建设 专线连接 资源共享较方便输 出用户组1输 入GIS中央数据库与网管Intranet用户组nGIS的组成硬件应用模式广域网模式广域网模式： 用户分布地域广泛，不适合专线连接 公共通讯连接 资源共享方便 局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接输入GIS中央数据库（服务器）图象处理系统局域网用户组输出多媒体系统用户用户主主 干干 网网InternetGIS的组成软件结构操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）标准软件（图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件用户界面GIS软件基础

15、软件系统软件GISGIS的组成软件系统软件 系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOS、WindowsXP78，UNIX等。系统软件关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。GIS的组成软件基础软件 数据库软件数据库软件 用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。目前GIS软件中采用商用数据库管理属性数据，一个有发展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形和属性数据的联合管理。 Oracle、Informix、Ing

16、ress等关系数据库管理软件都相继增加了空间数据类型。而ESRI公司的SDE（Spatial Database Engine）也是基于关系数据库的空间数据管理平台。 图形平台图形平台 某些GIS软件中图形处理平台。如AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMap GIS软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS软件 GIS的组成软件GIS软件空间数据输入与转换空间数据库管理系统图形与属性数据编辑制图与输出空间查询与分析GISGIS的组成空间数据栅格结构格结构矢矢量结构结构 GIS的操作对象为空间数据 空间数据特征：几何、属性、时间数据； 空间数据

17、组织：矢量结构、栅格结构； 空间数据管理： 几何数据：文件 属性数据：关系数据库GIS的组成管理人员咨询管理信息管理数据整理GIS的开发是以人为本的系统工程。 业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理管理的能力。技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。GIS的组成应用模型 为某一特定的实际工作而建立的运用地理信息系统的解决方案； 土地适宜性模型、选址模型、洪水预测模型、人口扩散模型等等第三节第三节 GISGIS的功能的功能基本功能（核心基本功能（核心问题）问题） 位置（Locations） 条件（C

18、onditions） 趋势（Trends） 模式（Patterns） 模型（Models）GIS的功能基本功能位置 某个特定位置有什么？ 几何查属性 例：国家属性查询GIS的功能基本功能条件 满足给定条件的地理对象分布 属性查位置 例：客户分布GIS的功能基本功能趋势 地理对象随时间的变化 例：人口变化趋势GIS的功能基本功能模式 空间对象的分布模式问题 揭示空间对象的空间关系 例：商业服务竞争GIS的功能基本功能模型 解决问题方案 基于模型的 例：公园选址GIS的功能基本功能实现文件图表采集与编辑 原始数据存储与管理空间分析空间统计数据处理与变换产品制作演示 制图、表格 交互展示 结构化数据

19、空间数据库二次开发数据采集与编辑数据采集与编辑现实世界现实世界文字报告、文字报告、遥感图象遥感图象等等数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪解析测图仪解析测图仪键盘键盘 等等编辑、接边、分层、图形与编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等属性连接、加注记等空间数据库空间数据库ArcGIS数据采集与编辑MapGIS数据采集与编辑空间查询空间查询空间数据库空间数据库哈尔滨在哪哈尔滨在哪里？里？属性查询属性查询78路公交路公交经过哪些经过哪些站？站？空间分析与统计空间分析与统计MapGIS属性查询叠加分析叠加分析空间数据库空间数据库 为某工厂选址，首先找为某工厂选址，首先找出地价出地价1万元万元;且地形起伏

20、较小的区域且地形起伏较小的区域?地价地价1万元万元m坡度小于坡度小于3 3度度的地形信息的地形信息空间检索空间检索满足两条件的满足两条件的区域区域+ +ArcGIS空间叠加分析缓冲区分析缓冲区分析空间数据库空间数据库道路的噪音影响范道路的噪音影响范围围?街道中心线街道中心线空间检索空间检索城市环境评价城市环境评价ArcGISArcGIS缓冲区分析缓冲区分析空间数据库空间数据库哪条路最近哪条路最近,如如何乘车何乘车?道路信息道路信息空间检索空间检索网络分析网络分析地形分析地形分析空间数据库空间数据库航道淤积航道淤积, 挖挖槽方案比较槽方案比较?地形信息地形信息空间检索空间检索数据显示与输出数据显

21、示与输出空间数据库空间数据库各种需求各种需求?各种信息各种信息空间检索空间检索地图显示GISGIS应用功能应用功能 资源管理资源管理区域和城乡区域和城乡规划规划灾害监测灾害监测 环境评估环境评估 作战指挥作战指挥 交通运输交通运输 宏观决策宏观决策 商业金融、通讯商业金融、通讯邮电、日常生活邮电、日常生活等各领域等各领域GIS 应用功能应用功能 资源管理资源管理 GISGIS最初就是起源于资源清查，最初就是起源于资源清查，是是GISGIS的最基本的职能，目前趋于的最基本的职能，目前趋于成熟的主要应用领域。资源清查包成熟的主要应用领域。资源清查包括土地资源，森林资源和矿产资源括土地资源，森林资源

22、和矿产资源的清查、管理、土地利用规划，野的清查、管理、土地利用规划，野生动物的保护等。生动物的保护等。GISGIS的主要任务的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地是将各种来源的数据和信息有机地汇集在一起，并通过统计，叠量分汇集在一起，并通过统计，叠量分析等功能，按多种边界和属性条件，析等功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源提供区域多种条件组合形式的资源统计和资源现状分析，从而为资源统计和资源现状分析，从而为资源的合理开发、利用提供依据。的合理开发、利用提供依据。 GIS GIS在国际上在国际上典范典范中有：中有：A A、加拿大应用、加拿大应用GISGIS完成全国土地完成

23、全国土地资源潜力和估算资源潜力和估算B B、利用、利用GISGIS进行世界小麦大面积进行世界小麦大面积估产的高准确率估产的高准确率-这些说明这些说明GISGIS在资源清查方面的应用趋于成熟。在资源清查方面的应用趋于成熟。 返回返回图片摘自图片摘自 张超主编的张超主编的地理地理信息系统教程信息系统教程所配光盘所配光盘区域和城乡规划区域和城乡规划 在进行区域和城镇规划的过程中，在进行区域和城镇规划的过程中，要处理许多不同性质和不同特点的问要处理许多不同性质和不同特点的问题，涉及多方面要素，如资源、环境、题，涉及多方面要素，如资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金人口、交通、经济、教育、文化和

24、金融等，融等，GISGIS将这些数据信息归算到城将这些数据信息归算到城市的统一系统之中，最后进行城市和市的统一系统之中，最后进行城市和区域多目标的开发和规划，包括城镇区域多目标的开发和规划，包括城镇总体规划，城市建设用地适宜性评价，总体规划，城市建设用地适宜性评价，城市环境选质量评价，道路交通规划，城市环境选质量评价，道路交通规划，公共设施配置及城市环境动态监测等，公共设施配置及城市环境动态监测等，这些功能的实现是以这些功能的实现是以GISGIS的一些数据的一些数据处理和分析算法加以保证的，如处理和分析算法加以保证的，如GISGIS的空间搜索方法，多信息叠加处理和的空间搜索方法，多信息叠加处理

25、和一系列的分析软件，回归分析，投入一系列的分析软件，回归分析，投入产出计算，模糊加权评价等。产出计算，模糊加权评价等。 返回返回图片摘自图片摘自 张超主编的张超主编的地理地理信息系统教程信息系统教程所配光盘所配光盘灾害监测灾害监测返回返回GISGIS方法和多时相的遥方法和多时相的遥感数据，可以有效地用感数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损洪水灾情监测和淹没损失估算，确定泄洪区内失估算，确定泄洪区内人员撤退、财产转移和人员撤退、财产转移和救灾物资供应的最佳路救灾物资供应的最佳路线，为救灾抢险和防洪线，为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信决策提供及时准

26、确的信息。息。图片摘自图片摘自 张超主编的张超主编的地理地理信息系统教程信息系统教程所配光盘所配光盘环境评估环境评估返回返回图片摘自图片摘自 张超主编的张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘返回返回作战指挥作战指挥图片摘自图片摘自 张超主编的张超主编的地理地理信息系统教程信息系统教程所配光盘所配光盘交通运输交通运输返回返回图片摘自图片摘自 张超主编的张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘宏观决策宏观决策返回返回 GISGIS利用地理数据库，利用地理数据库，通过一系列决策模型的构通过一系列决策模型的构建和比较分析，可为国家建和比较分析，可为国家宏观决策提供

27、依据。例如宏观决策提供依据。例如我国在三峡地区的研究中我国在三峡地区的研究中通过利用通过利用GISGIS和机助制图和机助制图的方法，建立环境监测系的方法，建立环境监测系统，为三峡工程的宏观决统，为三峡工程的宏观决策提供了建库前后环境变策提供了建库前后环境变化的数量，速度和演变趋化的数量，速度和演变趋势等可靠数据。势等可靠数据。图片摘自图片摘自 张超主编的张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘第四节第四节 地理信息系统的形成和发展地理信息系统的形成和发展 地理信息系统萌芽于20世纪60年代，经过50多年的发展历程，已成为一门成熟的地理信息技术、具有生命力的地理信息科学和欣欣向

28、荣的地理信息产业。4-1 GIS4-1 GIS的形成和发展概述的形成和发展概述60年代起步阶段70年代巩固阶段80年代突破阶段90年代产业化阶段21世纪网络化阶段（WebComOpen）1 11、计算机存储量小，磁带存储速度慢；2、机助制图能力强，地学分析功能比较简单；3、出现手扶跟踪的数字化仪；4、成立了专门的GIS机构和组织；5、代表国家：加拿大、美国等URISA美国现代城市和区域信息系统协会（66）CGDSP国际地学会地理数据采集委员会（68）2 巩固发展阶段（70年代） 以第三代计算机为基本硬件； 软件日益增多； 应用领域开始扩大； 提出GIS的研究重点： 许多国家地区大学成立GIS研

29、究机构 商业化产品出现3 突破性发展阶段（80年代） 以第四代计算机为基本配置； 系统软件功能更加齐全； 应用领域进一步扩大；效益更加明显 GIS机构、技术队伍壮大 国际合作项目增多 商业化机构和产品增多理论方法技术取得突破趋向成熟4 GIS技术和产业同步发展时期（90年代）： 硬件环境更加完善（性能、效能、价格） 软件环境更加成熟适用（WINDOW95） 标准化的GIS软件平台日益增多 GIS与RS、GPS、WWW的结合 GIS产生的效益更加显著并产生了GIS产业 GIS队伍精炼、扩大 GIS教育体系和手段趋向网络化、多媒体化5 GIS网络化阶段（21世纪）： GIS与INTERNET相结合

30、，网络GIS; GIS与电信公司结合， 移动GIS;4- -2 GIS在中国的发展概况1 1准备阶段（准备阶段（78788080） 以计算机在测量、制图、遥感领域的应用为背景 遥感技术的应用和推广 舆论准备 组织建设 可行性实验197810陈述彭院士在第一界环境遥感学术讨论会上正式提出开展GIS研究2.试验起步阶段（81-85年） 试验与应用取得突破：二滩、渡口地区的空间数据库，国土基础信息系统和全国土地信息系统等。 成立了资源与环境信息系统国家重点实验室 部分大学科研机构GIS人才培训取得进步 制定了资源与环境信息系统国家规范标准 开展学术交流，建立自己的GIS研究与应用模式3.全面迅速发展阶段（86-95年） GIS地区行业特色明显 理论研究、应用和人才培训成果丰硕 参与国际合作项目增多 GIS前沿研究取得进步 成立了中国地理信息系统协会（CAGIS） 学术活动频繁1992年年10月联合国经济发展部月联合国经济发展部（UNDESD）在北京召开了城在北京召开了城市市GIS学术会议，并建议筹建学术会议，并建议筹建中国中国GIS协会，协会，1994年年4月在北月在北京召开中国地理信息系统协会京召开中国地理信息系统协会成立大会。成立大会。4行