《农业物联网应用技术》课件-4.4 地理信息系统

农业物联网应用技术任务四地理信息系统PART01知识目标1.掌握地理信息系统的概念。2.了解地理信息系统的组成。技能目标能够简述地理信息系统的工作原理。素质目标提高学生地理信息系统应用能力。任务描述地理信息系统(geographic

information

system,GIS)是一个强大的工具，用于处理、分析和可视化地理空间数据。本任务我们将探索如何使用GIS解决真实世界的问题，从而为学生提供在地理信息领域中的理论知识和实际技能。首先，需要了解GIS的基本概念、数据结构和常见的地理信息技术。其次，需要学会获取和处理地理空间数据，如数据的获取途径、数据清洗、格式转换等。最后，能够应用这些技能与方法解决现实中的问题。案例导入案例一农业资源调查与管理农业资源是人们从事农业生产或农业经济活动所利用的各种物质与能量。农业资源调查就是针对农业资源的属性进行清查。地理信息系统建立这些属性的空间和统计数据库(信息来源于土壤图、气候图、各种统计报表等),将图形与数据库有机结合，可实现农业资源档案的计算机一体化，为农业资源自动化管理服务。利用地理信息系统建成的信息系统较传统的数据库管理系统查询更科学，获取空间数据更及时，农业资源统计表和图形的同时输出使得信息更直观。案例导入案例二中国移动的数据化运营利用遥感、地理信息系统和计算机等技术对重大农业灾害进行综合测评，为政府和有关机构提供及时有效、准确可靠的决策信息，使减灾、防灾、救灾等有更充分的科学依据，为农业生产和农村经济稳定发展提供有力保证。对有灾害发生的区域，可以根据空间信息计算出的大致受灾面积，估算该区域的经济损失。根据地理信息系统的空间特性，对某一区域历史数据的演变进行分析，对区域内灾害发生的基本规律、时空分布、危害程度等进行综合评价和模拟，并对灾害发展趋势进行预测，为防灾、减灾提供对策。地理信息系统及其应用2、摄影测量与遥感RS

（RemoteSensing）3、全球定位系统

GPS

（GlobalPositionSystem）

1、地理信息系统GIS(GeographicInformationSystem)3S技术地理信息技术走进日常生活的电子地图（一）地理信息系统的概念

功能：存储、管理数据、显示数据的空间分布，可以解决空间查询、分析、模拟、统计和预测等五大功能。

地理信息系统(Geographicalinformationsystem，简称GIS)是一种以采集、存储、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统。

一、地理信息系统

地理信息系统能为我们做什么？【问题】地理信息系统比地图优越的功能有()①不仅有平面信息，还有三维立体的信息②有很便捷的检索功能和大容量的信息库③可以随时进行信息的切换、缩放、补充测算等，获得更新的信息④不仅有空间数据信息，还有景观照片和动态的影像信息A.①②B.②③C.②③④D.①②③④D【问题】地理信息系统是()A主要记录地理事物的计算机系统

B具有空间分析能力，没有动态预测能力

C是地图绘制系统

D是专门处理地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统D（二）地理信息系统的发展

1、GIS的四个发展阶段2、中国GIS的发展:20世纪80年代起步，发展快

开拓期20世纪60年代巩固发展期20世纪70年代大发展期20世纪80年代

用户时代20世纪90年代后GIS软件硬件应用模型数据人员

包括从事GIS开发的专业人员，也包括使用GIS的用户

提供存储、显示、分析地理数据的功能。主要包括：数据输入与编辑、数据管理、数据操作以及数据显示与输出等GIS硬件组成：计算机主机、数据输入设备、数据输出设备、数据传输设备、存储设备

解决实际问题的数学模型：人口扩展模型、商业选址模型、路径分析模型等

GIS数据分为基础数据和专题数据（三）地理信息系统的组成

GIS是如何工作的呢？（四）地理信息系统的工作过程

主要包括地理数据的输入、存储，地理数据的操作和分析，以及地理信息输出等环节。1、地理数据的输入：

将收集好的各种数据资料，经过分类和标准化处理后，就可输入到计算机中。其中对图形数据的输入，常用的方法的扫描纸质地图后进行数字化处理。纸质地图图像扫描图像处理图像拼接图像剪裁图像配准矢量化编辑与修改地图数字化过程建立地理数据库是GIS首要工作。4.1GIS的数据来源4.2数据的规范化和标准化4.3数据输入4.4数据质量地理信息系统的数据输入4.1GIS的数据来源

一、地图数据普通地图：以相对平衡的详细程度表示地表自然地理与经济要素。4.1GIS的数据来源

一、地图数据专题地图：重点反映某一种或几种专门要素。4.1GIS的数据来源

二、遥感数据

GIS的重要信息源。

一种大面积的动态的近实时的数据源。4.1GIS的数据来源

三、数字资料井号G18-6井位X4189517.16座标Y19313593.17补心海拔（m）1336.6项目底部井深厚度海拔（m）（m）（m）石炭系3414.2

-2077.60马六段

马马五1马五113421.27.0

马五123428.47.2

马五133432.33.9

马五143436.84.5

（K1）3436-3436.80.8-2100.20马五2马五213439.62.8

马五22（K2）3444.34.7-2107.70马五333449.24.9

五3461.011.8

3474.213.2

马五4马五41a3478.34.1

b3488.09.7

（K3）

马五42

马五43

油气井的地质分层数据表油气勘探里的测井数据文件把这些数据导入GIS后，可以和井的坐标、地图叠加，生成三维地层模型可以分析不同深度的地层特征，判断哪里可能有油气展示不同区域的地质属性差异导入GIS后，就能把井的分层数据和区域地质图结合起来做地层对比分析，不同井的同一地层厚度、埋深变化生成三维地质剖面图，展示地下地层的起伏和分布4.1GIS的数据来源四、文字报告主要内容4.1GIS的数据来源4.2数据的规范化和标准化4.3数据输入4.4数据质量4.2数据的规范化和标准化

统一的地理基础：统一的地图投影系统、地理坐标系统及地理编码系统；统一的分类编码原则：系统性、科学性、实用性、统一性、完整性、简捷性、可扩展性；数据交换格式标准；标准的数据采集技术规程。一、主要内容4.2数据的规范化和标准化耕地71园地

72林地

73牧草地74居民点及公矿用地

75交通用地75水域

76未利用地

77土地利用类型7有林地

731灌木地

732疏林地733迹地

735针叶树疏林地7331阔叶树疏林地7332未成林林地7344.2数据的规范化和标准化二、数据的规范化和标准化面临的问题地球科学研究成果的制约；不同的GIS采用了不同的数据模型；4.3 数据输入4.3.1空间数据的输入4.3.2非空间属性数据的输入4.3.3空间数据和非空间数据的连接4.3 数据输入4.3.1空间数据的输入一、键盘输入将图形元素点、线、面实体的地理位置数据（各种坐标系中的坐标）通过键盘输入数据文件或程序中去。4.3.1空间数据的输入

二、手扶跟踪数字化输入1、数字化仪简介4.3.1空间数据的输入

二、手扶跟踪数字化输入2、数字化过程设置好数字化仪用数字化软件进行数字化确定投影方式和坐标系4.3.1空间数据的输入

二、手扶跟踪数字化输入3、数字化方式1）点方式：每记录一次坐标，操作员按键一次。2）流方式：以等时间间隔或等距离间隔方式记录曲线坐标。点方式流方式4.3.1空间数据的输入

二、手扶跟踪数字化输入3、数字化精度

数字化精度受数字化仪误差、数字化方式、操作人员人为误差、编稿原图误差等多种因素的影响。4.3.1空间数据的输入三、扫描数字化仪输入1）扫描仪简介滚筒式平板式

按栅格方式扫描后将图像数据交给计算机处理。分辨率400～800dpi4.3.1空间数据的输入三、扫描数字化仪输入2）栅格扫描数据到矢量数据的转化A.扫描数字化软件自动或半自动提取矢量点、线、面数据。

原始地图扫描栅格文件栅格编辑自动矢量化矢量文件矢量编辑文件转换GIS数据库4.3.1空间数据的输入三、扫描数字化仪输入2）栅格扫描数据到矢量数据的转化B.以扫描图像为底图，人工屏幕数字化。4.3.1空间数据的输入四、扫描与手工数字化比较1、手扶跟踪数字化方法速度慢、精度低、作业劳动强度大。

扫描仪在快速、经济地处理山区地形图时比手工数字化有效。

4.3.1空间数据的输入四、扫描与手工数字化比较2、数字化仪在处理少量信息地图时比扫描仪合算些。

栅格扫描仪输入地形图的主要困难是从栅格影像中提取点、线、面信息。

栅格扫描仪数字化存在的问题除数据量大外，更主要的问题是噪声和中间色调象元的处理问题。4.3.2非空间属性数据的输入非空间属性数据指的是与空间实体有关的属性数据；非空间属性数据一般通过键盘输入；非空间属性数据输入量在GIS数据输入中占很大比重。

通过一个关键字或识别符把非空间属性数据与点、线、面空间实体连接在一起。4.3.3空间数据和非空间数据的连接4.3.3空间数据和非空间数据的连接手工输入系统自动生成标识码属性数据几何数据主要内容4.1GIS的数据来源4.2数据的规范化和标准化4.3数据输入4.4数据质量4.4数据质量一、空间数据质量的概念

空间数据质量是指空间数据的可靠性和精度，是数据适用于不同应用的能力。通常用数据误差来度量。4.4数据质量二、空间数据质量的问题

1、微观部分1）定位（位置）精度：GIS中空间实体的坐标数据与实体真实位置的接近程度；2）属性精度：空间实体的属性值与其真值相符的程度；3）逻辑一致性：地理数据逻辑关系上的可靠性；4）分辨率：栅格数据的像素越小，越能反映细节。分辨率：栅格数据的像素越小，越能反映细节4.4数据质量二、空间数据质量的内容1）完整性：指地理数据在范围、内容及结构等方面满足所有要求的完整程度。包括数据层、分类及检验的完整性；2）时间性：数据获取时间不同；3）数据档案：记录资料的收集、输入、处理过程的文档资料；4)地域性：同等精度、统一分类的数据是否覆盖整个研究区。2、宏观部分4.4数据质量三、误差来源阶段误差来源数据采集

实测误差，地图制图误差，航测遥感数据分析误差（获取、判读、转换、人工判读误差）数据输入

数字化过程中操作员和设备造成的误差，某些地理属性没有明显边界引起的误差（地类界）

数据存贮

数字存贮有效位不能满足（由计算机字长引起，单精度、双精度类型）空间精度不能满足数据操作

类别间的不明确、边界误差（不规则数据分类方法引起）多层数据叠加误差多边形叠加产生的裂缝（无意义多边形）各种内插引起的误差

数据输出比例尺误差、输出设备误差、媒质不稳定（如图纸伸缩）成果使用

用户错误理解信息、不正确使用信息2、数据存储

采用“分层”技术，即将地图中的不同要素，存储在不同的“图层”中。

右图的图层可以用于哪类土地利用类型的分析？想一想：3、数据的操作与分析：

对GIS操作，可以使各类数据之间的关系以直观的形式表现出来，这种形式可以是图形、地图或表格。用户和决策者对操作结果进行判断分析后，就可应用。GIS的基础1.地理数据管理地理信息系统的首要功能是对地理数据进行管理。它存储、分析和显示与地球表面位置相关的数据。这些数据包括地形、地貌、水系、植被、建筑物、人口分布等。地理信息系统能够存储大量的地理数据，并对其进行有效的管理和分析。地理信息系统的功能2.空间分析空间分析是一种技术，通过该技术可以理解和解释地理数据在空间上的分布和关系。空间分析包括地形分析、水文分析、距离计算、面积测量、路径优化等。地理信息系统的功能3.地图可视化地理信息系统提供了强大的地图可视化功能，可以将地理数据转化为可视化的地图，以直观的方式展示地理信息。地图可视化可以帮助用户更好地理解和分析地理数据，从而做出更好的决策。地理信息系统的功能4.空间数据查询地理信息系统提供了空间数据查询功能。用户可以通过输入查询条件或者在地图上直接选择区域，获取相关的地理数据。这种查询方式直观地理信息系统的功能5.地理信息共享地理信息系统可以实现地理信息的共享，用户可以将地理数据分享给其他用户，或者从其他用户那里获取地理数据。这种共享方式有助于提高地理信息的应用价值和利用率。地理信息系统的功能6.综合信息处理地理信息系统具有处理综合信息的能力。它可以将各种来源的地理数据进行整合、分析和处理，生成具有实用价值的地理信息产品。这些产品包括土地利用规划、环境监测、城市规划、交通管理等方面的信息。地理信息系统的功能某城市有若干个仓库用于给商店供货，怎样确定每一个仓库的服务范围？仓库3分钟、5分钟、10分钟服务区7.虚拟现实技术地理信息系统还可以结合虚拟现实技术，实现虚拟地理环境的创建。通过这种技术，用户可以在计算机上创建三维的虚拟环境，模拟真实的地理场景，可以用于城市规划、旅游模拟、游戏开发等领域。地理信息系统的功能

将编辑好的GIS信息在计算机显示器的屏幕上显示，或通过绘图仪、打印机等输出。4、GIS的输出GIS的工作过程信息输入数据处理数据库管理空间分析（查询）可视化表达（地图、三维视图、多媒体等）实例：左图为一幅具有林木、河流和住房的景观地图，右图是根据左图而建立的空间数据模型。1．右图中的r表示：A．林木

B．河流

C．房屋

D．农田2．图中区域的林木覆盖率：A．30%

B．22%

C．10%

D．5%BC3．图中有关地物的叙述正确的是：A．河流由东向西流

B．房屋在河流的西岸

C．三种地物中占面积最大的是林地D．河流由西向东流Bs具有林木、河流和住房的景观地图实例：左图为一幅具有林木、河流和住房的景观地图，右图是根据左图而建立的空间数据模型。4．地图与地理信息系统对地物的表示相同的是：

A．储存信息的形式相同

B．查询的方式相同

C．都能将不同来源、不同比例尺、不同投影的地图数据进行综合，并进行空间分析

D．都能反映地物的分布Ds具有林木、河流和住房的景观地图环境评估灾害预测交通运输商业金融水利GIS的应用领域资源调查城市规划国土管理邮电通信公安城市规划和管理城市道路交通管理城市基础设施管理1.农业灾害预测与控制地理信息系统可以用于预测和评估农业灾害，如病虫害、旱灾、火灾等。通过分析历史数据和实时监测数据，地理信息系统可以预测灾害发生的可能性，并帮助农民采取相应的预防和应对措施。2.水土保持地理信息系统可以用于评估土壤质量和水量分布，帮助农民制订水土保持措施。例如，通过分析土壤类型、坡度、降水量等数据，地理信息系统可以预测土壤侵蚀和水的流动，从而指导农民选择合适的种植方式和灌溉方式。3.农业资源调查和管理地理信息系统可以用于调查和管理农业资源，如土地资源、水资源、生物资源等。例如，通过绘制土地利用图、水资源分布图、农作物种植图等，地理信息系统可以帮助农民更好地了解和管理自己的资源，提高生产效率。4.农业适应性评价地理信息系统可以用于评估农业土地的适应性，即该土地是否适合种植某种农作物。通过分析土地的物理性质、气候条件、历史产量等数据，地理信息系统可以评价土地的适应性，并指导农民选择适合的农作物。地理信息系统在农业中的应用5.农业生态环境研究地理信息系统可以用于研究农业生态环境，如生态系统的分布、生物多样性、环境影响因素等。例如，通过分析生态系统的结构、功能和相互关系，地理信息系统可以帮助农民制订更加环保和可持续的农业生产方式。6.农业气候区划地理信息系统可以用于划分农业气候区，即根据气候条件将农业区域划分为不同的类型。例如，通过分析气候数据和农作物生长数据，地理信息系统可以划分出适合不同农作物的种植区域，并指导农民选择合适的农作物。7.农作物估产与检测地理信息系统可以用于估计农作物的产量和检测农产品的质量。例如，通过分析农作物生长过程中的数据，如温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等，地理信息系统可以预测农作物的产量，并检测农产品的质量。8.农作物自动种植地理信息系统还可以用于指导农作物自动种植。通过分析土地、气候、农作物等数据，地理信息系统可以生成农作物种植的优化方案，并指导农业机械进行自动种植。地理信息系统在农业中的应用应用领域

应用城市规划与管理基础设施管理土地利用与管理生态环境管理城市规划的设计、工程选址，也可进行城市管理和辅助决策完成工程设计、应急抢修、日常维修管理等工作可有效地完成对土地利用状况的监控和管理实现城市生态规划、环境评价、环境与区域可持续发展的决策分析、环保设施的管理GIS在城市建设和管理中的典型应用：课堂小结：地理信息系统概念应用工作过程发展组成城市管理2、应用GIS技术的最终目的是

A.处理信息B.记录信息

C.便于信息查询D.为地理决策提供信息D1、下列课题中，不能应用GIS进行研究的有

A．近50年来，世界粮食总产量与人均产量变化趋势分析

B．近10年来，上海市区人口分布变化特征与城市建设相关性分析

C．浙江省西部地区土地利用状况与农业结构变化特征分析

D．上海市浦东新区内环线内主要道路交叉点交通流量状况通报及优化公交线网、站点分布的方案设计A课堂练习：3．下列四图，是同学们为家乡所作的自然、社会经济方面的资料分析图，其中只适宜用GIS数据库软件制