地理信息系统教程

(CourseofGeographicInformationSystem)地理信息系统教程1/44前言一、课程意义二、课程安排三、可选教材1、当前时代特点要求3、专业要求开始学习2、GIS发展势头快速2/44序言1）信息巨大物化力量

因为信息爆炸，人们工作重点从单纯物质生产转移到对信息处理上来，因为对信息合理管理和利用会产生巨大经济效益。如股市信息

2）信息资源科学管理和充分利用

因为社会进步，人类开始觉悟到对资源利用不能简单掠夺，而应该合理地管理利用，把开发和保护结合起来。其表现为：兴起城市规划，污水、环境资源管理与利用，灾害监测系统，三峡工程等。

3）信息产业形成与壮大

信息产业发展日益迅猛，已成为当代经济发展主要特点。比如：1990年世界信息产业产值达1489亿美圆，到90年代中期已突破1万亿美圆，成为跃居传统产业之上最大产业之一。当代发达国家信息产业产值率占国民生产总值40%-60%，年增加是传统产业3-5倍。

而约80%信息与空间分布相关，使得地理信息系统发展更为迅猛。1、信息时代特点返回3/442、地理信息系统发展趋势前所未有序言当前，GIS在科学界、技术界和商业界，在社会、经济和管理部门全方面发展和推广应用，其标志为：---投入使用GIS系统，每2-3年翻一翻；---GIS市场年增加率为35%以上，当前从事GIS厂家数目急增，主要厂家年销售量增加均在100%以上；---愈来愈多地域性和国际性会议以GIS为主题，讨论GIS理论及各种应用；---愈来愈多学术刊物和论文采取GIS为标题；---愈来愈多学科如地理、工程学、森林学、城镇规划、计算机科学、测量与制图学、航测与遥感学等，将GIS作为其发展方向加以强调；---愈来愈多大学增加关于GIS课程，对GIS感兴趣人愈来愈多；---。。。总之，包含GIS在内信息技术正不停渗透到各行各业，并将彻底改变人们工作方式、生活环境。返回4/443、专业要求序言在上述大环境下，社会急需GIS专业人才，GIS专业需要该课程作为主干课程；接触GIS程度不一样，对GIS了解不一样；为了正确了解GIS，掌握GIS基本理论和方法，共同学习本课程。返回5/44

[1]地理信息系统教程，胡鹏等，武汉大学出版社

[2]地理信息系统基础，龚健雅，科学出版社[3]地理信息系统原理与方法，吴信才，电子工业出版社[4]地理信息系统原理与方法,边馥苓,测绘出版社序言三、参考教材返回6/44二、课程安排序言什么是GIS？GIS能作什么？

怎样实现？怎样发展？第一章

绪论:GIS概念,与相关学科关系,GIS组成,GIS功效与应用等

第二至八章：GIS数据结构、数据输入、数据处理、数据管理和空间分析等第九章：GIS发展热点

返回7/44第一章绪论§1-1GIS概念§1-2GIS发展§1-3GIS组成§1-4GIS功效和应用二、信息与数据三、地理信息与地学信息四、信息系统和GIS一、国际GIS发展二、我国GIS发展一、GIS组成二、硬件配置三、软件配置一、GIS功效二、GIS应用一、例子§1-5GIS相关学科一、GIS组成二、GIS学科树一、GIS相关学科8/44一、例子怎样为一公园选择合理位置？依山傍水；交通方便；较平静……要求方案2条件2方案1条件1第一章绪论§1-1GIS概念返回处理、分析空间分析算法现实世界获取水系信息地形信息道路信息植被信息等+++空间数据库存放9/44二、信息与数据第一章绪论1、信息1）定义：信息是现实世界在人们头脑中反应。它以文字、数据、符号、声音、图象等形式统计下来，进行传递和处理,为人们生产，建设，管理等提供依据。2）信息特征：A、客观性：任何信息都是与客观事实相联络，这是信息正确性和准确度确保。B、适用性：问题不一样，影响原因不一样，需要信息种类是不一样。信息系统将地理空间巨大数据流搜集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决议含有主要意义有用信息，这是由建立信息系统明确目标性所决定。如股市信息，对于不会炒股人来说，毫无用处，而股民们会依据它进行股票购进或抛出，以到达股票增值目标。C、传输性：信息可在信息发送者和接收者之间进行传输信息传输网络，被形象地称为“信息高速公路”。D、共享性：信息与实物不一样，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，这为信息并发应用提供可能性。

§1-1GIS概念10/442、数据第一章绪论§1-1GIS概念指输入到计算机并能被计算机进行处理数字、文字、\符号、声音、图象等符号。数据是对客观现象表示，数据本身并没有意义。数据格式往往和详细计算机系统相关，随载荷它物理设备形式而改变。

3、二者关系（有些人认为，输入都叫数据，输出都叫信息，其实不然）。数据是信息表示、载体，信息是数据内涵，是形与质关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。比如“1、”“0”独立1、0均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在是否，它就提供了“有”“无”信息，当用它来标识某种实体类别时，它就提供了特征码信息。

返回11/44三、地理信息与地学信息第一章绪论§1-1GIS概念1、地理信息

1）定义：

指与研究对象空间地理分布相关信息。它表示地理系统诸要素数量、质量、分布特征，相互联络和改变规律图、文、声、像等总称。2）特点：A、地域性：（是地理信息区分于其它类型信息最显著标志）。地理信息属于空间信息，位置识别与数据相联络，它这种定位特征是经过公共地理基础来表达。B、多维结构：

指在同一位置上可有各种专题信息结构。如某一位置上地理信息包含（例图）C、时序特征：时空动态改变引发地理信息属性数据或空间数据改变。所以，一实时GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息含有现势性。以免过时信息造成决议失误或因为缺乏可靠动态数据，不能对改变中地理事件或现象作出合理预测预报和科学论证。比如98年龙王庙特大洪水险情正是武汉勘测设计院利用先进摇感、GPS技术测得实时数据为抗洪决议提供可靠依据。显然，假如用过时数据，这将造成多大损失，这就是地理信息时序特征。

12/44第一章绪论§1-1GIS概念2、地学信息

与人类居住地球相关信息都是地学信息。地理信息信息源是地球表面岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等；地学信息所表示信息范围更广泛，不但来自地表，还包含地下、大气层甚至宇宙空间。它是人们深入认识地球系统、适度开发资源、保护环境前提和确保。3、二者信息源不一样返回13/44四、信息系统和地理信息系统第一章绪论§1-1GIS概念1、信息系统(InformationSystem,IS)1）系统：由相互作用和相互依赖若干组成部分结合而成，能完成特定功效有机整体。2）信息系统：能对数据和信息进行采集、存放、加工和再现，并能回答用户一系列问题系统。含有采集、管理、分析和表示数据能力。3）类型：从适合用于不一样管理层次角度出发、信息系统分为以下不一样类型。

事务处理系统、管理信息系统：主要支持操作层人员日常事务处理，图书管理，借还书。

决议支持系统：从MIS中获取信息，进行推测，以辅助决议。

人工智能、教授系统：用计算机模仿人类思维过程进行推理，在医学上应用较成功。为有效地对信息流进行控制，组织、管理、充分利用，就需要建立某种信息系统，那么对地理信息进行管理、利用就需要建立地理信息系统。

返回14/442、地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)第一章绪论§1-1GIS概念1）定义：不一样领域、不一样专业对GIS了解不一样，当前没有完全统一被普遍接收A、GIS是对地理环境相关问题进行分析和研究一门学科，它将地理环境各种要素，包含它们空间位置形状及分布特征和与之相关社会、经济等专题信息以及这些信息之间联络等进行获取、组织、存放、检索、分析，并在管理、规划与决议中应用。B、

为了获取、存放、检索、分析和显示空间定位数据而建立计算机化数据库管理系统。---美国国家地理信息与分析中心C、是在计算机软硬件支持下，以采集、存放、管理、检索、分析和描述空间物体定位分布及与之相关属性数据，并回答用户问题为主要任务计算机系统。D、GIS是一个获取、存放、检索、操作、分析和显示地球空间数据计算机系统。--英国教育部2）了解aGIS是一计算机系统，既然是系统，就要含有系统基本功效，数据采集、管理、分析和表示，所以每个GIS系统都是由若干含有一定功效模块组成。bGIS处理对象是相关地理分布数据，也就是空间数据，为了能对这些空间数据进行定位，定性和定量描述，决定了GIS要对空间数据按统一地理坐标进行编码，这是GIS与其它信息系统不一样根本所在。

返回15/44第一章绪论§1-1GIS概念3、GIS与其它IS之间关系和区分GIS空间数据和属性数据联合体返回图片摘自张超主编《地理信息系统教程》所配光盘16/441）GIS与其它IS之间关系（信息系统分类）第一章绪论§1-1GIS概念信息系统（IS)非空间信息系统空间信息系统（SIS）如厂矿企业管理、财务等MIS非地理信息系统CAD/CAM地理信息系统（GIS）专题GIS综合信息系统地籍信息系统城市管线信息系统城市规划与管理IS区域资源与环境IS…………返回17/442）GIS与其它IS区分第一章绪论§1-1GIS概念A、GIS与普通MIS：GIS离不开数据库技术。数据库中一些基本技术，如数据模型、数据存放、数据检索等都是GIS广泛使用关键技术。

GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而普通MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）优化存放与查询，即使存放了图形，也是以文件形式存放，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功效也很有限。如电话查号台是一个普通MIS，只能回答用户问询电话号码，而通信信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户地理分布、空间密度、最近邮局等空间关系信息。返回18/44B、GIS与CAD/CAM第一章绪论§1-1GIS概念管理了图形数据和非空间属性数据系统不一定是GIS，如ＣＡＤ，ＣＡＭ

GIS与CAD共同点GIS与CAD不一样点都有空间坐标系统；都能将目标和参考系联络起来；都能描述图形数据拓扑关系；

都能处理属性和空间数据ＣＡＤ研究对象为人造对象—规则几何图形及组合；图形功效尤其是三维图形功效强，属性库功效相对较弱；ＣＡＤ中拓扑关系较为简单；普通采取几何坐标系。ＧＩＳ处理数据大多来自于现实世界，较之人造对象更复杂，数据量更大；数据采集方式多样化；GIS属性库结构复杂，功效强大；强调对空间数据分析，图形属性交互使用频繁；GIS采取地理坐标系。返回19/44GIS与CAM

GIS与CAM共同点GIS与CAM不一样点都有地图输出、空间查询、分析和检索功效ＣＡＭ侧重于数据查询、分类及自动符号化，含有地图辅助设计和产生高质量矢量地图输出机制；它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系；它与数据库联络通常是一些简单查询。CAM是GIS主要组成部分；综合图形和属性数据进行深层次空间分析，提供辅助决议信息。CAM（ComputerAdidMap)--计算机地图系统\计算机辅助制图第一章绪论§1-1GIS概念返回20/44§1-2GIS发展

第一章绪论GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图，1960年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson提出了把地图变成数字形式地图，1963年，又提出GIS这一本术语，并建立了第一个GIS___加拿大GIS，随即GIS以燎原之势在全世界快速发展起来。诺基尔。汤姆林逊1、60年代，探索时期（GIS思想和技术方法探索）人们关注什么是GIS，GIS能干什么。2、70年代，巩固时期，（这时因为计算机技术及其在自然资源和环境数据处理应用，促进GIS快速发展）。这期间，发展研究重点是空间数据处理算法，数据结构和数据库管理这三个方面。3、80年代，实破阶段，也是GIS普遍发展和推广应用阶段，人们把GIS与RS处理全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等。4、90年代，全方面应用，产业化阶段，对GIS深入研究，研究内容集中在：空间信息分析新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等。一、国际GIS发展情况返回21/44二、我国GIS发展我国GIS起步较晚，但发展较快，分为以下几个阶段：1、

70年代，准备阶段：一些著名人士GIS先驱看到GIS辽阔前景和GIS主要性，进行极积呼吁，为GIS在我国发展奠定了与论准备基础并做了一些可行性试验。2、

80年代，试验起步阶段:这期间，我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些经典，试验专题试验软件开发工作。3、

90年代，我国GIS发展阶段：我国改革开放以来，沿海，治江经济开发区发展土地有偿使用和外资引进，急需GIS为之服务，这也推进GIS在我国全方面发展。4、

96年以来，是我国GIS产业化阶段。近几年来，我国经济信息化基础设施和重大信息工程已纳入国家计划，一批国家级和地方级GIS相继建立并投入运行，一批专业遥感基地已建立，并进入了产业化运行，一批综合利用“3S”技术重点项目已实施，并在自然灾害监测和图土资源调查中发挥效益，一批高等院校开设了与GIS相关新专业，培养了一大批从事GIS研究与开发高层次人才，含有我国自主版权GIS基础软件研制逐步进入了产业化轨道，等等这些都标志我国GIS产业已进入新发展阶段。第一章绪论§1-2GIS发展返回22/44§1-3GIS组成第一章绪论从计算机角度看，GIS是由软件、硬件、数据和用户组成。

用户软件硬件地理空间数据数据（系统分析与处理对象、组成系统应用基础）硬件（各种设备-物质基础）软件（支持数据采集、存放、加工、回答用户问题计算机程序系统）用户（GIS服务对象，分为普通用户和从事建立、维护、管理和更新高级用户）因为计算机飞速发展和地理信息时序特征，硬件寿命3-5年，软件（5-），数据（1-2年，5-70年不等）GIS需要不停维护、更新，所以用户要不停进行知识更新。一、GIS组成返回23/44第一章绪论§1-3GIS组成二、硬件配置

数字化、解析测图仪、扫描仪遥感处理设备等前面说过，GIS作为技术系统必须具备数据采集、管理、分析、表示和显示功效，一定功效必须由一定软件、硬件实现，所以GIS硬件配置为：计算机硬盘光盘等存放设备存贮处理打印机绘图仪显示终端等输出服务器、网络适配器、传输介质、调制解调器等网络设备。网络伴随网络普及，信息共享成为时代要求，GIS要有网络功效输入功效硬件配置返回24/44第一章绪论§1-3GIS组成三、软件配置

GIS应用软件GIS硬件操作系统GIS专业平台软件GIS用户界面GIS数据库有了计算机硬件之后，首先需要OS,DOS,WINDOWS,UNIIX等。裸机，没装任何OS机子，是不能工作。GIS应用软件在GIS软件层次外层，外层以内层软件为基础，共同完成用户指定任务。

1、GIS软件层次返回25/442、GIS基础软件主要模块第一章绪论§1-3GIS组成图形及属性编辑空间数据输入与转换空间数据管理系统空间查询与空间分析制图与输出返回26/44第一章绪论§1-4GIS功效和应用GIS能作什么？一、GIS功效

缓冲区分析叠加分析空间查询网络分析地形分析。。。数据采集与输入数据编辑与更新数据存放与管理空间查询与分析数据显示与输出返回27/44数据采集与输入第一章绪论§1-4GIS功效和应用现实世界返回文字汇报、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库28/44空间查询第一章绪论§1-4GIS功效和应用返回空间数据库哈尔滨在哪里？空间查询属性查询78路公交经过哪些站？29/44叠加分析第一章绪论§1-4GIS功效和应用空间数据库为某工厂选址，首先找出地价<1万元m;且地形起伏较小区域?地价<1万元m坡度小于3度地形信息空间检索返回满足两条件区域+30/44缓冲区分析第一章绪论§1-4GIS功效和应用空间数据库道路噪音影响范围?街道中心线空间检索返回城市环境评价31/44第一章绪论§1-4GIS功效和应用空间数据库哪条路最近,怎样乘车?道路信息空间检索返回网络分析32/44地形分析第一章绪论§1-4GIS功效和应用空间数据库航道淤积,挖槽方案比较?返回地形信息空间检索33/44数据显示与输出第一章绪论§1-4GIS功效和应用空间数据库各种需求?各种信息空间检索返回34/44第一章绪论§1-4GIS功效和应用二、GIS主要应用领域

资源管理区域和城镇规划灾害监测环境评定作战指挥交通运输宏观决议商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域返回35/44资源管理第一章绪论§1-4GIS功效和应用GIS最初就是起源于资源清查，是GIS最基本职能，当前趋于成熟主要应用领域。资源清查包含土地资源，森林资源和矿产资源清查、管理、土地利用规划，野生动物保护等。GIS主要任务是将各种起源数据和信息有机地聚集在一起，并经过统计，叠量分析等功效，按各种边界和属性条件，提供区域各种条件组合形式资源统计和资源现实状况分析，从而为资源合理开发、利用提供依据。GIS在国际上典范中有：A、加拿大应用GIS完成全国土地资源潜力和估算B、利用GIS进行世界小麦大面积估产高准确率---这些说明GIS在资源清查方面应用趋于成熟。返回图片摘自张超主编《地理信息系统教程》所配光盘36/44区域和城镇规划第一章绪论§1-4GIS功效和应用在进行区域和城镇规划过程中，要处理许多不一样性质和不一样特点问题，包括多方面要素，如资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等，GIS将这些数据信息归算到城市统一系统之中，最终进行城市和区域多目标开发和规划，包含城镇总体规划，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，公共设施配置及城市环境动态监测等，这些功效实现是以GIS一些数据处理和分析算法加以确保，如G