第五章农业信息技术GIS-1

第五章农业信息技术GIS-12025/4/15主要参考书与有关网站

地理信息系统-原理、方法和应用，邬伦等，科学出版社，2001年地理信息系统基础，龚建雅，科学出版社，2001土地信息系统，朱德海等，中国农业大学出版社，地理信息系统导论，陈述彭等，科学出版社地理信息系统实习教程，张超等，高等教育出版社相关网站：；水木清华数字地球板；ESRI公司国家基础地理信息中心；中科院地理所GIS国家重点实验室（）；本专题主要内容GIS的概念、特征、功能及应用趋势。GIS在农业上的应用Mapinfo的安装、应用和具体操作。第一节

GIS的概念、特征、功能

及应用趋势一、GIS的基本概念和特性几个背景概念地理学区位区域空间研究地球表层（水圈、生物圈和岩石圈）自然和社会各因素的空间分布规律及其相互关系，探索它们相互联系、相互作用的规律性。位置（天文地理位置、自然地理位置、经济地理位置），空间关系（与其它地理要素的关系）区域的边界性（边界优势），区域特征与区域内外的差异性，区域的相似性（主要区域：行政区、自然保护区、农业技术示范区等）人类生存的地理环境，地理实体的空间位置（地理坐标）与及其相互关系几个基本概念信息、数据：事物客观存在的表征。信息类同于知识、消息。数据是信息的载体，是未加工的原始资料。

地理实体、地理特征、地理数据、地理信息

地理实体是指地球空间上不能继续分割的单元，地理实体的界定依赖于研究的空间尺度；

地理特征是对一个地理实体的描述。

地理数据是地理特征及其之间关系的符号化表示，包括位置、属性与时域性，通常把地理数据与空间数据等同。

地理信息是对地理数据的解释，属于空间信息，它表示地表物体和环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图形、图象的总称。

几个基本概念

地理信息系统(GeographicalInformationSystem,简称GIS),是指在计算机软硬件下，采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示空间物体的地理分布以及与之相关的属性，并以回答用户问题为主要任务的技术系统。

以地理空间数据库为基础,适时提供多种空间的和动态的地理信息,用于决策服务的计算机技术系统。地理信息系统特征物理外壳：表现为计算机化的系统操作对象是空间数据GIS的技术优势在于混合数据结构与有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、决策支持功能等.信息载体的多变性，可以是数字、文字、地图、数字地图……地理信息系统特征架构于一完整丰富的地理数据库之上.具有数据撷取、编修、更新、储存、查询、处理、分析及展示等功能.将真实世界的各项讯息，利用计算机及其外围设备，进行数据的数化、编修、储存、查询、处理、分析及展示等作业.地理信息系统如何表达现实世界分层数字化道路河流地質植被将真实世界的各项地理特征,利用现代化计算机处理的技术,一层一层的将资料分别键入计算机中,在计算机中储存着图形以及说明图形意义的文字或数字数据.水文地形土地使用植栽土壤街道工廠水系水表固體廢棄物公園排放點頁岩頁岩砂和碎石碎石層环境监控系统交通信息系统地籍信息系统城市信息系统土地监控系统流域管理系统地理信息系统（GIS）主要特征空间数据属性数据空间数据和属性数据的综合体NameAddressTownSt.ZipGIS是GIS二、GIS的构成

概述硬件配置存储、输入、输出设备GIS软件构成GIS主要功能主要软件介绍概述GIS由计算机硬件、软件、空间数据、应用模型和用户组成计算机硬件是指各类计算机处理机及其输入输出和网络设备软件是支持信息采集、处理、存储管理和可视化输出的计算机程序系统数据包括图形和非图形数据、定性和定量数据、影像数据及多媒体数据等，数据是核心地位用户是地理信息系统所服务的对象计算机硬件硬件输入设备

数字化仪（Digitizer）扫描仪解析测图仪测绘仪器遥感图像处理系统GPS接收机硬件输出设备

绘图仪：分为矢量绘图仪（早期最主要的图形输出设备）和栅格式绘图设备（激光打印机（但幅面偏小）和喷墨绘图仪（能绘制高质量的彩色遥感影像图））打印机硬盘和磁带机图形终端GIS软件构成基础软件的五大子系统图形及属性编辑空间数据输入与转换空间查询与空间分析空间数据库管理系统制图与输出GIS的基本内容基本内容：软硬件、空间数据获取、空间数据表达及数据结构、空间数据处理、空间数据管理、空间数据分析，GIS应用GIS与相关学科的关系地理学：GIS的分析理论基础地图学：高精度空间数据的来源，算法应用计算机科学：GIS是地理空间数据与计算机结合的产物遥感：数据源管理科学农业、林业、生态等其它学科应用GIS常用软件介绍目前,世界上常用的GIS软件已达400多种。国外较著名的有ARC/INFO,GENAMAP等;国内较著名的有MAP/GIS,Geostar等。ESRI公司，ARC/INFO为代表，美国环境系统研究所（ESRI）研制，是世界上应用最广的GIS软件之一。1991年对ARC/INFO第6版进行汉化，率先进入中国。ARC/INFO提供了用于地理数据的自动输入、处理、分析和显示的强大功能。目前已成功应用到包括自然资源管理、自动制图、设施管理、城市与区域规划、人口和商业管理、石油天然气、军事等9大类别的100多个领域。GENAMAP开发商：澳大利亚的GENASYS，占澳大利亚市场的90%,虽然较晚，但是技术交全面，特别适合于UNIX系统软件类型：工作站版本的GENAMAP,运行于UNIX系统，微机版本的GENAMAP，运行于DOS和WINDOWS.MAPINFO开发商：美国MAPINFO公司特点：是一种桌面地理信息系统，定位是广大的微机用户，面向的是数字地图化的分析,读取多种形式的数据库及其限制格式的ASCII文件。CITYSTAR,开发商：北京大学遥感所等，windows平台三、地理信息系统的功能从数据流的角度分为：数据获得（DATAACQUISITION）预处理(PREPROCESSING)数据管理（DATAMANAGEMENT）操作和分析（MANIPULATIONANDANALYSIS）产品生成（PRODUCTGENERATION）地理信息系统具体功能数据输入功能数据编辑功能数据管理功能数据操作功能查询检索功能整饰输出功能1、数据输入功能

图形数据输入图象数据输入属性数据输入（1）图形数据输入矢量数字化输入优点：图形要素编辑和修改，技术比较成熟。缺点：耗时，劳动强度大，精度受硬件水平的影响受输入人员水平的影响较大栅格扫描输入由扫描仪和矢量化软件完成的扫描仪获得灰度值，利用矢量化软件得到坐标值优点：输入速度比较快，缺点：精度受硬件影响

（2）图象数据输入

栅格扫描方式图象数据扫描输入以后，还必须进行几何纠正、灰度变换、彩色合成、滤波处理、坐标变换等一系列运算之后，才能与矢量数据混合使用，真正成为GIS可以分析、处理、应用的信息（3）属性数据输入

属性数据是指用于描述对象特征性质的数据空间数据主要指图形和图象数据属性数据的输入有两种方式：其一是借助数据库管理系统（DBMS）输入，其二是借助GIS关系数据表输入数据的录入方式：键盘输入、扫描输入、语音输入和书写输入。2、数据编辑功能1）数据增删属性数据的增删图形数据的增删Gis对图形数据的增删修改功能是比较强大的，包括对图形几何数据的增删修改和对图形特征参数的增删修改两个方面2）格式变换异构数据库的变换图形数据的变换从其它地理信息系统中读取数据数据的投影坐标变换：对不同比例尺、不同投影类型，或同一比例尺同一投影类型而不同投影带的图形数据，转换到统一的坐标系统中，以便实现不同图形数据的合成和拼接，为GIS的综合分析做准备。

3）分割拼图其一是要素的提取是在整幅地图或图形中提取自己所需要的信息其二是图幅的分割，即在整幅地图或图象中切割出自己所需要的局部范围。

4）图属连接图属连接是指空间数据与属性数据的连接，以便形成空间·属性一体化数据，为GIS的空间分析服务。5）拓扑生成。在GIS系统中，图形数据都有一定的空间拓扑关系，一条弧段由若干点组成，一个多边形由若干弧段组成。

3、数据管理功能

属性数据管理包括数据结构定义、数据编辑修改、数据检索查询、数据安全保护、数据文件管理、数据通讯以及系统维护等。空间数据管理：对空间数据进行管理，包括定义结构，编辑、查询、检索等

矢量数据结构：矢量数据结构是按照点、线（弧段）、面（多边形）3种基本图形要素，以及3种要素之间的空间拓扑关系建立的二维表结构。栅格数据结构：栅格数据结构是将整个图幅按照一定间距分割成一个阵列，并用二维矩阵进行表示的一种数据结构，阵列中的每个元素称为一个象元，矩阵的每个元素代表一个象元的值，而矩阵元素的行、列号即是象元的位置。SPOTXS20m*20m牡丹水庫bandG,R,IR網格資料關於衛星影像栅格格式

4、数据操作功能操作功能包括空间数据运算、属性数据运算、空间数据分析，并对结果做出预测和评价，为科学决策提供辅助支持。空间数据运算

空间数据量算：GIS的空间数据量算功能通常有距离计算（两点距离、多边形周长、弧段长度）、面积计算、体积计算（土石方、库容量）、方位计算（夹角、方位角）等；空间集合运算功能有逻辑交运算、逻辑并运算、逻辑差运算等。属性数据运算

GIS的属性数据运算可以概括为算术运算、逻辑运算和统计运算。算术运算是指对属性数据进行的加、减、乘、除及三角函数运算；逻辑运算通常包括与、或、非等运算；统计运算则可分为单变量统计运算、多变量统计运算等。

5、查询检索功能属性查询，图形查询，图形与属性之间的交叉查询；查询各种数值或图形，查询相应的各种关系

属性查询：图形环境和属性环境图形查询：可以按照属性值、区域范围和逻辑条件来查询图形关系查询：通常包括面一面关系查询、线—线关系查询、点—点关系查询、线—面关系查询、点—线关系查询、点—面关系查询6种。逻辑查询：应用较广泛的查询。如查询土壤类型是水稻上，而且面积大于50hm2的地块分布状况，就要应用逻辑查询。6、整饰输出功能输出专题图：如土壤类型图、作物分布图、粮食产量分布图、耕地变化统计图、分省农业产值统计表。根据输出数据类型或输出设备类型可以分为矢量地图和栅格地图两种四、GIS主要应用测绘与地图制图：3S技术的应用资源管理：与RS的结合城乡规划灾害监测环境保护国防宏观决策支持五、GIS发展概况开拓发展阶段-60年代计算机模拟地图巩固发展时期-70年代自然资源管理与土地利用规划技术大发展时期-80年代复杂的地域开发、全球问题应用普及时代产业化、集成化、社会化（美国85%的政府机构）20世纪70年代20世纪80年代20世纪90年代21世纪初GIS起步专家GIS企业GIS社会化

GIS时间GIS应用的社会化发展历程

地理信息系统是IT的支柱性产业大规模交易处理分布式计算多用户数据接口RowLocking地理信息系统（GIS）的传统挑战孤立的、各自为政的部门专有的数据,程式化的编程语言昂贵的软硬件平台工具使用的艰难地理信息系统（GIS）的发展趋势向非GIS用户发送空间数据方便地在你更大的信息系统中集成空间信息维护准确的、无缝连接的实时数据提供快速的数据接入GIS走向网络化GIS、GPS、RS一体化GIS工程化Tools(工具)

Centralized(集中式)

Standalone(孤立的)

GISData (GIS数据)

MappingSystem Legacydatamigration Isolatespatialanalysis

IntegratedtechnologyDistributed(分布式)Embedded(嵌入式的)SpatiallyenableddataDatabaseSystemLegacydataaccessEnterprisespatialanalysisGIS的发展趋势：从专业应用融入IT潮流(制图系统)(现有数据的转换)(现有数据的访问)(数据库系统)(空间相关的数据)（基于集成技术）(独立的空间分析)(企业级的空间分析)GIS的发展