地理信息系统 绪论

地理信息系统张菊清长安大学地测学院教学目的与课程重点

掌握基本概念、基础理论、基本原理、方法掌握空间数据的获取、编辑、可视化及专题地图的制作学会GIS的空间分析方法及应用工具地理信息系统第一章绪论1、基本概念2、GIS的构成3、GIS的功能4、GIS的特征5、研究内容6、相关学科7、发展简史8、发展趋势9、发展展望10、应用领域11、系统平台12、参考资料地理信息系统如何有效管理，以实现快速查找？地理信息系统绪论1、基本概念1.1.1基本概念1、数据与信息（Dataandinformation)数据(Data)：

定义：数据是指通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，它不仅包括数字还包括文字、符号、图形、图像以及各种可以转换成数据的现象。数据本身没有任何的意义。地理信息系统绪论信息（information）：

定义：信息是指用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等内容、数量和特征，是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理形式的各种改变而改变。特点：数据与信息之间的关系：1、基本概念地理信息系统绪论特点：客观性任何事物都是与客观事物紧密相关的。实用性任何信息对决策都起到十分重要的作用。传输性信息可以在传输者和提供者之间传输。共享性信息可以被多个用户所共享，而实物不同。地理信息系统绪论

数据包含原始事实，信息是数据处理的结果，它是把数据处理成有意义或有用的形式。对一个人是信息对其他人可能是数据；信息必须是有意义或有用的。数据与信息不可分，信息来自数据。信息是用记录在各种物理介质中的数据来表达的。数据中所包含的意义即是信息。即信息是数据的内涵，而数据是信息的表达，数据只是信息的载体，并不等同于信息。数据与信息之间的关系地理信息系统绪论2、地理数据与地理信息（GeologydataandGeologyinformation)地理数据（GeologyData）：

定义：地理数据是指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，它是各种地理特征和现象间关系的符号化特征。包括几何数据、属性数据及时间数据三部分。1、基本概念几何数据：点的坐标（X,Y)属性数据：树时态数据：2003年地理信息系统绪论地理信息（Geologicalinformation）：

定义：地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对地理数据的解释。

特性：区域特征：与地理位置联系在一起。多维特征：在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构。时间特征：地理数据或地理现象发生的时刻、时段，以及地理现象的动态变化。1、基本概念地理信息系统绪论1、基本概念3、信息系统（InformationSystem）

能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统称为信息系统。地理信息系统绪论1、基本概念信息系统硬件软件数据人3、信息系统（InformationSystem）地理信息系统绪论类型1、事务处理系统（TPS，TransationProcessSystem）2、管理信息系统(MIS，ManagementInformationSystem)3、决策支持系统（DSS，DecisionSupportSystem）4、人工智能和专家系统（ES，ExpertSystem）地理信息系统绪论1、基本概念4、地理信息系统（GeographicInformationSystem）

地理信息系统是一种特定而又十分重要的空间信息系统。它是以采集、储存、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。地理信息系统绪论其它概念

面向数据处理过程的定义：地理信息系统是一个具有输入、存储、查询、分析和输出地理数据的计算机系统。

面向专题应用的定义：根据处理信息的类型来定义地理信息系统，如房地产管理信息系统，土地管理信息系统，城市交通管理信息系统，资源开采管理信息系统等。

工具箱定义：这种定义基于软件系统分析的观点，认为地理信息系统包括各种复杂的处理空间数据的计算机程序和各种算法。工具箱定义系统地描述了地理信息系统应具备的功能，这为软件系统的评价提供了基本的技术指标。地理信息系统绪论其它概念

数据库定义：强调数据库理论和技术方法对GIS设计、操作的重要性以及分析工具与数据库管理系统的联接。一个通用的地理信息系统可以看成是许多特殊的空间分析方法与数据库管理系统的结合。

地图观：认为GIS是一个地图处理和显示系统。在该系统中，每个数据集被看成是一张地图、或一个图层（layer）、或一个专题(theme)、或覆盖(coverage)。利用GIS的相关功能对数据集进行操作和运算，就可以得到新的地图。

空间分析观：强调空间分析和模拟的重要性。实际上，GIS的空间分析功能是它与CAD、MIS等系统的主要区别之一，也是GIS理论和技术方法发展的动力。多种定义:GeographicInformationSystem(GIS)isaninformationsystemabletoencode,store,transform,analyze,anddisplaygeospatialinformation/society.htmlGeographicinformationsystem(GIS)isasystemforinput,storage,manipulation,andoutputofgeographicinformationNCGIACoreCurriculuminGeographicInformationScience地理信息系统地理信息系统绪论地理信息系统的分类

按范围:全球,国家,区域,城市GIS

按维度:二维GIS,三维GIS,四维GIS(三维动态GIS)或时态GIS

按内容:综合性GIS和专题GIS。地理信息系统绪论2、地理信息系统的构成硬件软件地理空间数据库系统开发、管理与使用人员GIS地理信息系统硬件：输入设备输出设备绪论系统的应用模式（单机式）地理信息系统绪论C

输出DAGIS中央数据库及网管服务器CD-ROM磁带机用户组1用户组2B

输入扫描仪数字化仪PC机工作站绘图仪打印机局域网局域网模式地理信息系统绪论用户组1用户组2服务器CD-ROM磁带机硬盘、光盘机AGIS中央数据库及网管用户组3用户组4广域网B

输入PC机B输入扫描仪绘图仪打印机E输出D图像处理系统F多媒体系统工作站多媒体

软件系统操作系统（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软件基础软件系统软件GIS地理信息系统绪论地理信息系统主要软件组成GIS的软件按照功能可以分为以下几个子系统：（1）数据输入子系统（2）图形及属性编辑子系统（3）空间数据库管理子系统（4）空间查询与分析子系统（5）制图与输出子系统地理信息系统绪论地理信息系统

地理空间数据库空间的定位数据非空间的属性数据在某个已知坐标系下的坐标，即几何坐标。空间关系即拓扑关系定性：包括名称、类型、特征等定量：包括数量和等级等地理空间数据库绪论地理空间数据库地理信息系统绪论系统开发、管理和使用人员

GIS咨询管理信息管理数据整理地理信息系统绪论

系统开发、管理和使用人员

人是地理信息系统中重要的构成因素，GIS是一个动态的地理模型，仅有系统软硬件和数据还构不成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并采用地理分析模型提取多种信息，为地理研究和决策服务。地理信息系统绪论§1.3

地理信息系统的功能地理信息系统1.3.1地理信息解决的核心问题1、位置（Location）即在某个特定的位置有什么？2、条件（Conditions）即什么地方有满足条件的东西3、变化趋势（Trends）综合现有数据，以识别已经发生或正在发生变化的地理现象。4、模式（Patterns）分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。5、模型（Model）需要建立新的数据关系以产生解决方案。绪论地理信息系统§1.3

地理信息系统的功能数据采集与编辑数据存储与管理数据处理与变换空间分析与统计产品制作与显示基本功能GIS功能资源管理应用功能区域规划国土监测二次开发和编程辅助决策绪论工程信息GIS数据采集数据编辑数据存储数据管理数据分析数据输出§1.3

地理信息系统的功能核心GIS基本功能的实现过程文件图表数据获取

原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑投影变换数据输出

制图、表格

交互展示

结构化数据空间数据库地理信息系统绪论§1.4

地理信息系统的特征地理信息系统一个系统；一门技术；一个工具；一种方法；一种地理信息的描述语言。绪论地理信息系统§1.5与GIS相关的学科绪论地理信息系统1、地理学

地理学是一门研究人类赖以生存的空间科学。在地理学研究中，空间分析的理论和方法具有悠久的历史，它为地理信息系统提供了有关空间分析的基本观点与方法，成为地理信息系统的基础理论依托。而地理信息系统的发展也为地理问题的解决提供了全新的技术手段，并使地理学研究的数学传统得到了充分的发挥。地理学所面对的是一个形体的，即自然的地理世界，而感受到的却是一个地理信息世界。GIS以地理信息世界表达地理现实世界，可以真实、快速地模拟各种自然的过程和思维的过程，对地理研究和预测具有十分重要的作用。绪论地理信息系统2、地图学

地图是地理信息的一种图形语言形式，从历史的发展角度看，地理信息脱胎于地图，地图学的理论与方法对地理信息系统的发展有着重要的影响。从地理信息系统的发展过程可以看出，地理信息系统的产生、发展与制图系统存在着密切的联系，两者的相同之处是基于空间数据的表达、显示和处理。从系统的构成与功能上看，一个地理信息系统具有机助制图系统的所有组成和功能，并且地理信息系统还有数据处理的功能。地图是地理信息的重要数据源，同样也是地理信息的一种主要产品。

绪论地理信息系统地理信息的描述语言绪论

相同点:都是基于空间数据库的空间信息的表达、显示和处理。不同点:地图强调的是数据分析，符号化与显示，缺少对非空间数据的管理能力；而地理信息系统对图形数据和属性数据进行统一存储、管理、处理和分析，可以相互操作，且具有空间分析功能。

联系:地图学理论与方法对地理信息系统的发展有重要影响，机助制图是地理信息系统的主要技术基础。而且地图是GIS重要的数据源，为GIS的图形输出设计提供了技术支持。地理信息系统2、地图学

绪论地理信息系统

数据库管理系统是操作和管理数据库的软件系统，提供可被多个应用程序和用户调用的软及系统，支持可被多个应用程序和用户调用的数据库的建立、更新、查询和维护功能。GIS在管理非间的属性数据时，可借用数据库管理系统来进行管理。但对于空间数据的管理，数据库管理系统存在明显的弱点。3、数据库管理系统绪论地理信息系统3、数据库管理系统相同点:都是以管理为目标.不同点:数据库管理系统处理的数据没有或不包括空间特征;而地理信息系统除了具有功能强大的空间数据的管理能力外,还具有图形数据的采集,空间数据的可视化和空间分析等功能.联系:数据库管理系统是地理信息系统中属性数据管理的基础软件.绪论地理信息系统4、CAD（计算机辅助设计）共同点：都有空间坐标，都能描述图形数据的拓扑关系，也能处理非图形属性数据。不同点：

CAD处理规则的几何图形及其组合，它的图形功能尤其是三维图形功能极强，属性功能相对要弱，采用的一般是几何坐标。

GIS处理的多为自然目标，又分为特征，因而图形处理的难度大，且GIS的属性库内容结构复杂，功能强大，土星与属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征。另外GIS的数据量大，输出方式多样化，具有较强的多层次空间叠加分析功能。绪论地理信息系统

CAM是使用计算机技术进行几何图形的编辑和绘制的计算机系统。CAM的使用使众多行业和部门中的设计人员从制图板上和手工劳动中解放出来，因而受到广大设计人员、制图人员的青睐。CAM技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用，GIS的出现进一步为CAM提供了现代化的先进技术手段，引起地图制图过程的深刻变化，成为现代地图制图主要手段。虽然GIS的发展与计算机辅助制图有着密切的关系，但二者之间存在许多根本性的不同。5、CAM（计算机辅助制图）绪论目的不同：CAM的目的是制图，主要考虑信息的显示和表达，是传统地图的数字化再现。除正确的表达专业内容外，强调线划的圆滑、色彩的协调、图面的美观。而GIS的目的是空间数据的管理与分析，制图只是GIS的功能之一。地理信息系统绪论5、CAM（计算机辅助制图）采用的技术不同：GIS通过严格的空间拓扑关系、空间及属性数据库的建立实现信息的管理、查询与分析。建立描述地质实体空间特征的图形元素之间的拓扑关系、建立与图形元素相连接的描述地质实体非空间特征的属性数据库是地理信息系统与单纯的计算机辅助制图系统的最本质的差别；GIS具有强大的空间查询和深层次的空间分析功能，提供对规划、管理和决策有用的信息。而CAM不具有空间分析功能。地理信息系统绪论5、CAM（计算机辅助制图）地理信息系统与GIS相关的学科

ChristopherB.Jones在“GeographicalInformationSystemsandComputerCartography”（AddisonWesleyLongmanLtd.,1997)一书中用一棵树的相士更为详细地给出了地理信息科学与其他学科的关系。在这棵树中，“树根”表示学科基础；“树枝”表示应用，应用的需求和结构返回到“树根”；“雨滴”则表示应用的数据来源。绪论地理信息系统与GIS相关的学科绪论地理信息系统§1.7地理信息系统的发展简史1.7.1地理信息系统的问世

GIS的发展依赖于计算机技术的发展，尤其是计算机图形学的发展。GIS萌芽于20世纪60年代初，是由加拿大的RogerF.Tomlinson和美国的DuaneF.Marble在不同的地方从不同的角度提出的。前者针对土地利用，在加拿大土地调查局建立了加拿大地理信息系统（CGIS）；后者则在美国西北大学研究大规模城市交通，并提出建立GIS软件系统的思想。绪论地理信息系统1.7.2地理信息系统的发展从GIS的发展历史来看，每十年都上一个台阶：

20世纪60年代：开拓发展阶段，机助制图、量算分析

70年代：巩固阶段，大容量、图形人机交互

80年代：突破阶段，微机GIS软件产品、应用扩展

90年代：社会化阶段，空间信息产业、WebGIS

新世纪：空间信息基础设施、数字城市、数字地球§1.7地理信息系统的发展简史绪论地理信息系统§1.7地理信息系统的发展简史1.7.3我国地理信息系统的发展

我国地理信息系统方面的工作自80年代初开始，以中国科学院遥感应用研究所成立的全国第一个地理信息系统研究室为标志，在几年的初步发展阶段中，我国地理信息系统在理论探索、硬件配置、软件研制、规范制定、局部系统建立、初步应用实验和技术队伍培养等方面都取得了进步，积累了经验，为全国范围内开展地理信息系统的研制应用奠定了基础。

90年代，我国地理信息系统进入快速发展阶段，力图从地理信息系统从初步发展时期的实验，局部应用走向实用化和生产化，为国民经济重大问题提供分析和决策数据，同时地理信息系统的研究和应用也正逐步形成行业，具备了走向产业化的条件。绪论地理信息系统

一方面，地理信息系统为了保持系统的动态性和现势性，他还要求及时地更新系统中的数据，目前地理信息系统中存储的信息只是现实世界的一个静态模型，需要定时或及时地更新。遥感作为一种获取和更新空间数据的强有力手段，能及时地提供准确、综合和大范围内进行动态检测的各种资源与环境数据，因此遥感信息就成为地理信息系统十分重要的信息源。另一方面，GIS中的数据可以作为遥感影像分析的一种辅助数据。

RS是GIS的重要数据源，而GIS的应用又提高了RS的应用和分析能力。GIS和RS之间的关系：绪论地理信息系统全球定位系统（GPS）GP