环境信息系统概论

环境科学与工程学院

南京信息工程大学

李凤chobdau@

2课程概况教学时数：48学时（32+16）16周考试形式：闭卷考核方式：理论70%；平时10%（考勤和作业）；上机20%授课方式：按照大纲教学内容讲述作业上机操作3教材与参考书阎海忠,杨树华,张光飞,《环境信息系统基础》,科学出版社,2006年7月第一版。孙水裕,王孝武,《环境信息系统》,化学工业出版社,2004年1月第1版。王桥,张宏,李旭文,《环境地理信息系统》,科学出版社,2004年8月第一版。聂庆华，《地理信息系统及其在环境科学中的应用》，高等教育出版社，2006年2月15日第一版

张邦俊,《环境信息系统基础》,浙江科学技术出版社,2004年4月第一版。廖克，《现代地图学》，科学出版社，2003年第一版王珊,萨师煊,《数据库概论》,高等教育出版社,2006年第四版汤国安，《地理信息系统》，科学出版社，2010年第2版汤国安,杨昕,ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程,北京:科学出版社,20064课程目标通过教学，并结合实验，使学生基本掌握环境信息系统的基本概念、基本原理、实现的技术手段和方法、实现的途径及其应用，并培养对这一领域的专业兴趣。为今后在这一领域的继续深造或采用环境信息系统技术解决实际问题打下较扎实的基础。

5课时安排（32个理论学时，16个上机学时）环境信息系统概论2环境信息系统开发的数据库基础10

环境信息系统开发的地理信息系统基础11

环境信息系统开发的环境制图基础

4环境信息系统的建设与设计3

环境信息系统开发范例2第一讲环境信息系统概论南京信息工程大学首先

环境信息系统是什么呢？是一款游戏吗？是一个软件吗？是一门基础学科吗？大学生学籍管理系统资源与环境信息系统国家重点实验室http:///sc/index.aspx

江苏省生态环境监控系统（1831）/jshbw/hjxxh/xxyw/201205/t20120522_196192.html

江苏省环境环保厅数据中心:8080/wcm/sjzx/map.jsp

美国马塞诸塞州海洋资源信息系统(MORIS)(/eea/agencies/czm/program-areas/mapping-and-data-management/moris/)

10第一节信息与信息管理信息技术信息时代信息化信息资源信息系统物联网：物联网(InternetofThings)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。

11一、信息是什么信息是有载体的。载体：例如数字、文字、符号、图像、言语和声音等信息：上述载体所表示的实践、事物和现象等的内容、数量或特征12信息与数据的关系内容与形式的关系。数据是信息的载体，其形式是多样的，如各种语言、文字、图像等；而信息则指的是包含在各种具体数据中的抽象内容。13例如：对于一位到“武汉”旅客而言济南有飞机飞往武汉济南18日8:15有飞机飞往武汉济南18日8:15有东航飞机飞往武汉天河机场信息量小大数据资料中包含信息量的多少是由消除对事物认识的“不确定性”来决定的。14信息论的奠基人1928年，哈特莱(HartleyRV)在《贝尔系统技术杂志》上发表一篇题为《信息传输》的论文。论文把信息理解为选择通信符号的方式，即发信者所发出的信息，就是他从通信符号表中选择符号的具体方式。哈特莱还注意到，不管符号所代表的意义是什么，只要从符号表中选择的符号数目一定，发信者所能发出的信息的数量就被限定了。哈特莱的思想和研究成果为信息论的创立奠定了基础。15信息论的创始人贝尔实验室的申农(ShannonCE)于1948年在《贝尔系统技术杂志》上发表了著名论文《通信的数学理论》，标志着信息论的诞生。申农是从通信工程的角度去研究信息传递与度量问题的。他认为，信息的多少意味着被消除的不确定性的大小。因此，信息被看作是用以消除信宿对信源发出何种消息的不确定性的东西。简单地说，“信息是指有新内容、新知识的消息"。16信息的本质(1)信息的存在不以主体(人、生物或机器)的存在为转移，即使主体不存在，信息同样可以存在。从这个意义上讲，信息就是事物内部结构和外部联系的运动方式和状态。（客观存在）(2)信息在主观上可以接受和利用，并作用于人们的行动。从这个意义上来讲，信息是主体所感知或主体所表述的事物的运动状态及其变化方式。（具有主观性）17环境信息环境信息是环境数据的内在含义，是以语言、文字、表格、图形、声音、图像等表达的环境资料的进一步解释。根据这个定义，那些能表达某种含义的信号、密码、情报、消息都可概括为信息。18（1）并非任何数据都表示信息，信息是消化了的数据。（2）信息是更直接反映现实概念的，而数据则是信息的具体体现，所以信息不随载荷它的物理设备而改变，而数据则不然，它在计算机化的信息系统中和计算机系统有关。（3）信息从数据中加工、提炼而来，用于帮助人们正确决策的有用数据。（4）信息对决策有价值。图1.1数据与信息的关系数据与信息19信息=数据？数据（Data）加工处理信息（Information）消除不确定性例如：广播“到往北京方向的T36次列车将于7：30分发车”对到北京的乘客信息对到济南的乘客数据201．信息的特征所谓信息的特征，就是指信息区别于其他事物的本质属性。信息的基本特征包括以下9点。1)普遍性，2)表征性，3)动态性4)相对性，5)依存性，6)传递性，7)可干扰性，8)可加工性，9)可共享性10）残缺性二、信息的特征、分类和功能21信息运动模型模型反映了信息从客体进入主体，经过在主体中的运动再作用于客体的运动过程。22主体利用信息的基本过程这个过程是一个反馈控制过程。232、信息分类（1）按照主体的观察过程来分，信息可以分为：

——实在信息是指某个事物实际所具有的信息；

——先验信息是指某主体在实际观察该事物之前已经具有的关于该事物的信息；

——实得信息是某主体在观察该事物的过程中实际获得的关于该事物的信息。242、信息分类（2）按照信息的发生领域，可将信息划分为：物理信息是指无生命世界的信息。生物信息是指生命世界的信息。社会信息是指社会上人与人之间交流的信息，包括一切人类社会运动变化状态的描述。按照其活动领域，社会信息又可分为科技信息，经济信息，政治信息，军事信息、文化信息等。252、信息分类（3）按照信息的表现形式，可将信息划分为：消息是关于客观事物发展变化情况的最新报道。消息反映的是事物当前动态的信息，因而生存期短暂，有较强的时间性，主要用于了解情况，以决定行为方式。资料是客观事物的静态描述与社会现象的原始记录。资料反映的是客观现实的真实记载，因此生存期长久，有较强的累积性，主要用作论证的依据。知识是人类社会实践经验的总结，是人类发现、发明与创造的成果。知识反映的是人类对客观事物的普遍认识和科学评价，因此对人类社会活动有重要的意义。人们通过学习掌握知识，可以增长创造才能，提高决策水平，更有效地开展各项社会活动。262、信息分类（4）按照主体的认识层次，可将信息划分为：——语法信息是指只考虑事物运动的状态与状态改变的方式本身，而不考虑信息的内容及效果，它是最抽象、最基本的层次。——语义信息是指事物运动的状态和方式的逻辑含义，是信息认识过程的第二个层次。——语用信息是指事物运动状态及状态改变方式的效用、价值与目的，是信息认识过程的最高层次。27（5）按照信息产生的先后和加工浓度划分，可以分为零次信息、一次信息、二次信息、三次信息。（6）按反映形式可分为：数字信息、文字信息、图像信息和语言信息等；（7）按应用领域可分为：管理信息、社会信息、科技信息、文化信息、体育信息和军事信息等；（8）按照信息稳定性可分为：固定信息和流动信息；（9）按照重要性可分为：战略信息、战术信息和业务信息。

2、信息分类282、信息分类293．信息的功能信息的功能是信息属性的体现，主要表现为：1)信息是认识客体的中介2)信息是人类思维的材料3)信息是科学决策的依据4)信息是有效控制的灵魂5)信息是系统秩序的保证6)信息是社会发展的资源30三、信息管理1、信息管理的社会功能1)开发信息资源，提供信息服务2)合理配置信息资源，满足社会信息需要3)推动信息产业的发展，促进社会信息化水平的提高312．信息管理的发展

(1)古代信息管理时期——信息交流活动是自发的、无组织的，信息记载材料是天然的，信息记录方法是手工的。由于信息活动主要集中在个体层次上，社会信息量不大，信息管理活动是零星的、片断的，主要是对信息载体进行封闭式的物理管理。322．信息管理的发展(2)近代信息管理时期——以文献信息为中心，以图书馆为主要阵地，解决文献资料的收集、整理、保存与传播报道问题为主要任务，管理手段基本上以解决文献资料的收集、整理、保存与传播报道主要任务，管理手段基本以人力和手工为主并辅以部分机械化作业，主要管理者是图书馆员。33图书馆 图书馆源于保存记事的习惯。早在公元前3000年时，巴比伦的神庙中就收藏有刻在胶泥板上的各类记载。最早的图书馆是希腊神庙的藏书之所和附属于希腊哲学书院（公元前4世纪）的藏书之所。

我国的图书馆历史悠久。起初称做“府”、“阁”、“观”、“台”、“殿”、“院”、“堂”、“斋”、“楼”。如西周的盟府、两汉的石渠阁、东观和兰台、隋朝的观文殿、宋朝的崇文院、明代的澹生堂、清朝的四库全书七阁等等。“图书馆”是一个外来语，于19世纪末从日本传到我国。

据《在辞典中出现的“图书馆”》说，“图书馆”一词最初在日本的文献中出现是1877年的事；而最早在我国文献中出现，当推《教育世界》第62期中所刊出的一篇《拟设简便图书馆说》，时为1894年。34藏书楼藏书楼，中国古代供藏书和阅览图书用的建筑。中国最早的藏书建筑见于宫廷，如汉朝的天禄阁、石渠阁。宋朝以后，随着造纸术的普及和印本书的推广，民间也建造藏书楼。建于明朝嘉靖四十年（1561）的浙江宁波天一阁，是中国现存最古老的藏书楼，为面宽六间的两层楼房，楼上按经、史、子、集分类列柜藏书，楼下为阅览图书和收藏石刻之用。建筑南北开窗，空气流通。书橱两面设门，既可前后取书，又可透风防霉。清朝北京故宫文渊阁是专为收藏四库全书而建的藏书楼，其房屋制度、书架款式等仿天一阁。352．信息管理的发展(3)现代信息管理时期——第二次世界大战以后，以计算机和通信技术为中心的现代信息技术迅猛发展，对人类社会经济活动产生了广泛而深远的影响，并将信息管理活动推向一个全新的发展时期－现代信息管理时期。

1)面向技术的信息管理阶段

2)面向竞争的信息管理阶段36

1)面向技术的信息管理阶段20世纪50年代计算机在数据处理技术上的突破，把计算机应用从单纯的数值运算扩展到数据处理的广阔领域。50年代出现了电子数据处理系统(EDPS)，60年代兴起了管理信息系统(MIS)，70年代又先后产生了决策支持系统(DSS) 和办公自动化系统(OAS或OA)等。372)面向竞争的信息管理阶段

70年代末80年代初提出的信息资源管理(IRM)概念确立了将信息资源作为经济资源、管理资源和竞争资源的新观念，强调信息资源在组织管理决策与竞争战略规划中的作用，从而使组织形成了新的信息管理战略。

80年代末期，一种体现信息资源管理思想的新一代信息管理系统——战略信息系统(SIS)迅速兴起。这一阶段信息管理的特点是：以信息资源为中心，以战略信息系统为主要阵地，以解决信息资源对竞争战略决策的支持问题为主要任务．管理手段网络化，主要管理者是信息主管(chiefinformationofficer，CIO)。383．信息管理学的进展图书馆学、文献学、情报学、档案学等,经过一百多年来的发展，和其他相关学科一起,从文献信息的角度出发研究信息管理问题，内涵日益丰富,外延不断扩大，逐渐成为信息管理学的重要应用研究领域。但是，传统的图书馆学、情报学基本上局限于“静态”文献信息管理活动的研究，不能适应网络化、数字化和全球一体化信息环境下信息管理实践的全面发展需要。

39思考：南京信息工程大学信息工程？“信息工程”，informationproject，信息工程专业是建立在超大规模集成电路技术和现代计算机技术基础上，研究信息处理理论、技术和工程实现的专门学科。该专业以研究信息系统和控制系统的应用技术为核心，在面向21世纪信息社会化的过程中具有十分重要的地位。40第二节系统与信息系统一﹑系统系统是无处不在、无所不包的。人体内部有呼吸系统、消化系统、神经系统等生物系统人类社会经济系统；地球——太阳系——银河系——天体系统41系统论的创始人之一，美国著名生物学家L.V.Bartalanffy指出，“系统是许多组成要素的综合体。”美国国家标准协会（ANSI）对系统的定义是：各种方法、过程或技术结合到一块，按一定的规律相互作用，以构成一个有机的整体。1.系统的定义42

我们采用下述描述性定义：系统是由相互联系和相互制约的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体。这个定义可以从三个方面理解：

（1）系统是由若干元素组成的。（2）系统有一定的结构。（3）系统有一定的功能，特别是人造系统总有一定的目的性。1.系统的定义43定义表明，系统必须满足：(1)由两个以上的元素组成，而且往往是大量的元素。系统越庞大，构成元素越多，元素间的关系越复杂。(2)元素之间存在着相互制约的有机联系，保持某种功能。实际上系统总是把具有不同性质、不同功能的元素合成在一起，产生更高价值的整体功能。(3)系统中存在着物质、能量和信息流动。其中，信息流动控制着其他流动，使之更加有序。44

1954年建立了一般系统理论促进协会，

1957年美国科学家古德写的“系统工程”一书公开出版。

70年代随着计算机的应用，系统工程的思想有了充分实现的可能性。目前系统工程方法已渗入到一切领域。

系统的观点是系统必须用于特定目标；系统与外界环境之间有明确的边界，并通过边界与外界进行物质和信息的交换；系统是动态的、发展的。452、系统的一般模型 一个实际系统的模型从宏观上来看有输入、处理和输出三部分(输入和输出也可以是多个)。系统的边界由定义和描述一个系统的一些特征来形成。边界之内是系统，边界之外是环境。在对系统的认识、理解和处理上，可先将系统视为一个黑箱(blackbox)，由此来研究其外部特性，即按输入(亦称外部激励，stimulate)和输出(对应于每个激励的响应，response)。随着人们认识程度的深入，不断地展开黑箱，使其逐渐变“灰"，变“透明"，以至“完全透明"。46系统的实例473系统的分类与特征(1)系统的分类1）按系统的起源分类：可以分为自然系统和人工系统。

例如血液循环系统、天体系统、生态系统等自然形成(进化、演化）的系统(自然)。人类为了达到某种目的而对一系列的要素作出有规律的安排，使之成为一个相关联的整体(教室系统)。482）按系统的抽象程度分类分为三类：概念系统、逻辑系统和物理系统。3）按系统功能来分类分为社会系统、经济系统、军事系统、企业管理系统等。4）按系统和外界的关系分类可以分为封闭系统和开放系统。(1)系统的分类495）按系统内部结构分类以把系统分为开环系统和闭环系统。处理处理反馈A）开环系统B）闭环系统输入输入输出输出(1)系统的分类50根据上述系统的含义可以得出系统具有以下特性。（1）目的性（Purpose）:系统的发生和发展具有很强的目的性。一个系统有一个总目标，组成这个系统的各个要素都为实现这个系统的目标而贡献。可以根据系统的可分性，将系统目标分解，各个子系统确保相关子系统功能的实现，就能保证系统总目标的实现。

(2)系统的特征51（2）整体性（Integrality）:组成系统的要素是一个有机的整体。系统整体功能不是各个组成要素功能的简单叠加，而是呈现出各个组成要素所没有的新功能，作为集合的整体的功能要比所有子系统的功能的和要大。（3）结构性或层次性（Hierarchy）:小-中-大系统。将复杂系统分成较小的系统，较小的系统又可以再分解，直到分解的子系统易于求解为止。（4）关联性（Relationship）:系统各要素间相互影响,相互制约并存在密切的联系。524系统方法 所谓系统方法，就是按照事物本身的系统性把对象放在系统的形式中加以考察的一种方法，是一种立足整体、统筹全局、使整体与部分辩证地统一起来的科学方法。具体地说，就是从系统的观点出发，始终着重在整体与部分(要素)、要素与要素、整体与外部环境的相互关系中揭示对象的系统性质和运动规律，以达到最佳地处理问题的一种方法。

535基本原则在运用系统方法考察客体对象时，一般应遵循整体性、历时性和最优化的原则。整体性原则是指把对象作为一个合乎规律的由各个构成要素组成的有机整体来研究。历时性原则是指在运用系统方法分析研究对象时，应着重注意系统以什么方式产生，在其发展过程中经历了哪些历史阶段，以及发展前景如何。最优化原则是指从许多可供选择的方案中挑选出一种最优方案，以使系统运行于最优状态，达到最优效果。

54

二﹑模型与系统模型是指对某个实际问题或客观事物规律进行抽象后的一种形式化表达方式。

1.数学模型：对实际问题进行分析或高度抽象的基础上建立的一组数学表达公式。

2.程序模型：对实际问题求解的一种形式化表达方法。分为:①一组固定求解组合数学模型(一组数学公式的有序集合)。②处理流程(客观事物过程的形式化表达,如工艺流程)。③计算机语言程序(规范化的计算机指令代码编写的计算机处理模型)。55

3.逻辑模型：描述某类管理问题时的逻辑表达式，表达方式：

条件—结果—，IF—THAN—ELSE。

4.结构模型：系统按一个个子系统有序构成的结构形式,分为:(1)逻辑结构模型:系统总体方案和实现方案的处理模式

(2)物理结构模型:计算机网络系统的实际结构图。

5.方法模型:求解某一问题的基本方法,常有:(1)系统开发策略模型(委托开发,软件购买或自行开发等)。

(2)系统开发方法模型(如结构化方法,面向对象开发)。

(3)分类和编码方法模型(如数字码,字符码或混合码)。

二﹑模型与系统56

6.分析模型:对管理问题分析的方法。

7.管理模型:是对某个问题和业务管理控制方法的统称。

8.数据模型:设计和建立数据库时用于提供数据表示和操作手段的形式框架。

9.系统模型:系统内部的结构形式以及各部分之间的连接方式。二﹑模型与系统57三﹑

信息系统的概念

1.信息系统的定义信息系统(InformationSystem，IS)是一个对组织内业务数据进行收集、处理和交换，以支持和改善组织的日常运作，满足管理人员解决问题而做出决策所需各种信息的系统。

2.信息系统的组成

信息系统是一系列相互关联的可以收集（输入）、操作、存储（处理）和传播（输出）的数据和信息并提供反馈机制以实现其目标的元素或组成部分的集合。58（1）输入：是获取和收集原始资料的活动（2）处理：是将数据转换或变换成有用的输出信息。（3）输出：输出是指用户所需要的信息（4）反馈：反馈是一种用来改变输入、处理的输出。

2.信息系统的组成59信息系统是对数据进行收集、存储、加工、传输和维护，并能向有关人员提供有用信息的系统。其基本功能均可以概括为6个基本方面：数据的采集、存储、加工、传输、维护和提供服务。

（1）数据采集数据采集就是把分布在各部门、各处、各点的有关信息收集起来，即录下其数据，集中起来转化成信息系统所需的形式。

（2）数据的处理即将数据加工转换为有用的信息。3.信息系统的功能60（3）数据的存储（4）数据的管理数据管理的主要内容有：事先规定好应采集数据的种类、名称、代码、地点、所用设备、数据格式、采集时间、送到何处、规定好应存储数据的存储介质、逻辑组织方式、访问权限、规定好以何种方式将何种信息传输给何人，数据保存年限等等。（5）数据的检索（6）数据的传输数据处理工作的各个环节并不一定是在同一个地点进行，所以，数据需要经过传输，送到指定的地方去。3.信息系统的功能61计算机信息系统是以计算机和各种信息技术为基础，为实现某个目标，由信息资源处理模型支持的，由计算机硬件设备、通信与网络设备、计算机软件、信息资源、人员、规章制度等所组成的信息处理统一体。（1）计算机硬件设备是用来进行输入、处理、输出活动的计算机设备。4.计算机信息系统62（2）计算机软件计算机软件是由程序和文档组成的，包括系统软件和应用软件两部分。（3）数据库数据库是计算机信息系统中最核心的技术之一。对于数据库的操作需要有数据库管理系统软件，如VFP、Access、SQLServer、Oracle等。（4）远程通信与网络4.计算机信息系统63（5）人员计算机信息系统中的人员应包括系统分析员、企业领导、业务管理人员、程序员、计算机软硬件维护人员、数据录入人员和系统操作人员。（6）管理制度管理制度是计算机信息系统正常运转的一项非常重要的措施。4.计算机信息系统64一﹑环境信息系统的定义

将一切用于环境管理，环境科学研究等与环境保护相关的信息系统的统称。包括两个方面:(1)功能上:定义为一个获得﹑存取﹑编辑﹑处理﹑分析和显示环境数据的系统.(2)内容上:包含计算机软件﹑硬件﹑环境数据和专业人员的系统.第三节环境信息系统65二﹑环境信息系统的分类

1.环境管理信息系统

(1)管理信息系统的定义