第一章 导 论

1、第一章第一章 导导 论论 第一节 GIS的基本概念 一、一、数据和信息1、数据：（、数据：（Data)数据是通过数字化并直接记录下来的可以被鉴别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。数据是用以载荷信息的物理符号，包括数字、文字、符号和图像等。在计算机化的地理信息系统中，数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。 信息是近代科学的一个专门术语。信息系统能为企业、部门或组织的决策过程提供有用的依据。2、信息（Information）：是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们提供关于现实世界新的事实和知识，作为生

2、产、管理和决策的依据。 3、数据与信息关系数据与信息关系：数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。 例如：例如：“1”1”和和“0”0”，当用来表示某一种实，当用来表示某一种实体在某个地域内存在与否时，它就提供了有体在某个地域内存在与否时，它就提供了有(1(1表表示示) )无无(0(0表示表示) )的信息。的信息。信息与数据是不可分离的，即信息是数据的信息与数据是不可分离的，即信息是数据的内涵的意义，是数据的内容和解释，而数据是客内涵的意义，是数据的内容和解释，而数据是客观对象的表示，是信息的表达。也就是说数据是观对象的表示，是信息的表达。也就是说数据是

3、信息的载体。信息的载体。4 4、数据处理与解释、数据处理与解释数据处理，即对数据进行收集、筛选、排序、归数据处理，即对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。测等操作。数据处理的目的：数据处理的目的：把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式；处理的形式；把数据加工成对正确管理和决策有用的数据；把数据加工成对正确管理和决策有用的数据；把数据编辑后存储起来，以供后续使用。把数据编辑后存储起来，以供后续使用。总之，就是为了得到数据中包含的信息。对同一总之，就是为

4、了得到数据中包含的信息。对同一数据每个人的解释可能不同，因而获得信息量的多少数据每个人的解释可能不同，因而获得信息量的多少与人的知识水平和经验有关。与人的知识水平和经验有关。 5 5、信息的特点：、信息的特点：(1)(1)信息的客观性：与客观事物紧密相联系的；信息的客观性：与客观事物紧密相联系的； (2)(2)信息的适用性：信息对决策是十分重要；信息的适用性：信息对决策是十分重要； (3)(3)信息的传输性：信息可以在信息发送者和接受者信息的传输性：信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备( (包括远包括远程终端程终端)

5、)，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。系统内各子系统之间的传输和交换。 (4)(4)信息的共享性：信息与实物不同，它可以传输给信息的共享性：信息与实物不同，它可以传输给多个户，为多个用户共享，而其本身并无损失。信息的多个户，为多个用户共享，而其本身并无损失。信息的这些特点，使信息成为当代社会发展的一项重要资源。这些特点，使信息成为当代社会发展的一项重要资源。 信息来源于数据（信息来源于数据（DataData）。）。 二、地理信息与地理信息系统(一)地理信息 1、地理信息与地理数据的概念(1)地理信息是地理数据所蕴含

6、和表达的地理含义。(2)地理数据是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称 。从另一个角度来说，一切与空间位置有关的信息都叫做地理信息。它脱胎于地图，它们都是地理信息的载体，具有存储、分析与显示地理信息的功能。 2、地理信息的特征地理数据是各种地理特征和现象间关系的符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（简称属性）号化表示，包括空间位置、属性特征（简称属性）及时域特征三部分。及时域特征三部分。(1)(1)空间特征空间特征空间位置数据描述地物所在位置。这种位置空间位置数据描述地物所在位置。这种位置既可以根

7、据大地参照系定义，如大地经纬度坐标，既可以根据大地参照系定义，如大地经纬度坐标，也可以定义为地物间的相对位置关系，如空间上也可以定义为地物间的相对位置关系，如空间上的相邻、包含等的相邻、包含等，这是地理信息区别于其它类型，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。信息的最显著的标志。 (2)(2)属性特征属性特征属性数据有时又称非空间数据，是属属性数据有时又称非空间数据，是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指于一定地物、描述其特征的定性或定量指标。标。即在二维空间的基础上实现多专题的即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构，而各个专题型实体型之间的第三维结构，而各个专题型实体型之间的联

8、系是通过属性码进行的，这就为地理系联系是通过属性码进行的，这就为地理系统各圈层之间的综合研究提供了可能。统各圈层之间的综合研究提供了可能。(3)(3)时序特征时序特征时域特征是指地理数据采集或地理现象发生的时域特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻时刻/ /时段。时间数据对环境模拟分析非常重要，正时段。时间数据对环境模拟分析非常重要，正受到地理信息系统学界越来越多的重视受到地理信息系统学界越来越多的重视, ,这对地理事这对地理事物的预测、预报，从而为科学决策提供依据很重要。物的预测、预报，从而为科学决策提供依据很重要。 可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的可以按照时间尺度将地理信息划分为

9、超短期的( (如台风、地震如台风、地震) )、短期的、短期的( (如江河洪水、秋季低温如江河洪水、秋季低温) )、中期的中期的( (如土地利用、作物估产如土地利用、作物估产) )、长期的、长期的( (如城市化、如城市化、水土流失水土流失) )、超长期的、超长期的( (如地壳变动、气候变化如地壳变动、气候变化) )等。等。空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素。基本要素。(二二)地理信息系统地理信息系统（GIS , Geographical Information System或或 GeoInformation system ）地理信息系统地理信

10、息系统有时又称为有时又称为“地学信息系统地学信息系统”或或“资源与环境信息系统资源与环境信息系统”。它是一种特定的十。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。分重要的空间信息系统。1 1、地理信息系统定义地理信息系统定义它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系

11、，包括空间种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。规划、决策和管理问题。地理信息系统定义及框架如下图。地理信息系统定义及框架如下图。用户界面用户界面系统和数据库管理系统和数据库管理产品生成产品生成产品输出产品输出空间数据处理空间数据处理空间数据分析空间数据分析数据输入数据输入数据库建立数据库建立2 2、GISGIS的基本概念：的基本概念：1）GIS的物理外壳是计算

12、机化的技术系统，它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、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。2）GIS的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类地理实体。空间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、定性和定量的描述、这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。3)GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。

13、4) GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。大地测量、工程测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用，可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展。地理学是GIS的理论依托，它为地理信息系统提供了有关空间分析的基本观点和方法。有的学者断言，“地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。如果说GIS的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙，那么，信息地理学的兴起和发展将是

14、打开地理科学信息革命的一扇大门，必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。GIS被誉为地学的第三代语言用数字形式来描述空间实体。GIS学科学科“树树” ：“树树根根”表示表示GIS的技术基础，的技术基础，如测量学、计算机科学如测量学、计算机科学与数学等；与数学等；“树枝树枝”表表示示GIS的应用，应用的结的应用，应用的结果与需求返回到果与需求返回到“树树根根”；“雨滴雨滴”是每个是每个应用中的数据来源，如应用中的数据来源，如各种测量如地形测量、各种测量如地形测量、环境测量等，并为它的环境测量等，并为它的发展提供了有效的手段，发展提供了有效的手段，而地理信息系统的应用而地理信息系统的应用主

15、要是在环境科学、地主要是在环境科学、地理学和社会科学等领域。理学和社会科学等领域。 3、地理信息系统的特点及分类体系地理信息系统的特点及分类体系1)1)特点：它能够处理空间定位数据，且具有空特点：它能够处理空间定位数据，且具有空间分析功能。间分析功能。GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，它能够处理空间定位数据。GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS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，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MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。GISGIS有别于

16、地图数据库有别于地图数据库，地图数据库仅，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注仅是将数字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析，提供辅属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是助决策的信息，它只是GISGIS的一个数据源。的一个数据源。GISGIS有别于有别于CADCAD系统系统，二者虽然都有参，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但考系统，都能描述图形，但CADCAD系统只处理系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。分析和

17、判断能力。 2)分类体系分类体系(1)GIS按研究的范围大小可分为全球性的、区域性的和局部性的；(2)按研究内容的不同可分为综合系统与专题系统。(3)根据使用的数据模型可分为矢量、栅格和混合型信息系统。第二节 1-4 1-4 地理信息系统构成地理信息系统构成示意图示意图计算机硬件系统计算机硬件系统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计算机软件系统计算机软件系统操作系统（系统调用、设备运行、网络等）

18、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软件软件基础软件基础软件系统软件系统软件GIS构建地理信息应用模型的步骤：地理空间数据地理空间数据 栅格结构矢量结构定位定位拓扑关系拓扑关系属性属性系统开发、管理和使用人员系统开发、管理和使用人员 咨询管理信息管理数据整理1-28 GIS1-28 GIS数据分层概念数据分层概念一、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

19、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。美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对地理信息系统的研究均投入了大量的人力、物力、财力，研究不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。3.推广应用阶段（80年代），计算机的迅速发展和普及，地理信息系统也逐步走向成熟，并在全世界范围内全面地推向应用阶段,这一阶段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

20、际杂志出版；1988年，美国人口调查局第一次公开发TIGER；1988年，GIS World 首次发行；1989年，Ingegraph 发布MGE； 4.4.用户时代（用户时代（9090年代后）年代后）, , 注重注重GISGIS社会应社会应用与服务，用与服务，GISGIS技术迅猛发展。技术迅猛发展。9090年代至今为地理信息系统的应用普及时年代至今为地理信息系统的应用普及时代代 ：由于计算机的软硬件均得到飞速的发展，：由于计算机的软硬件均得到飞速的发展，网络已进入千家万户，地理信息系统已成为许多网络已进入千家万户，地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统，尤其是政府决策部门在一机构必备的工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上由于受地理信息系统影响而改变了现有定程度上由于受地理信息系统影响而改变了现有机构