GIS 第1部分 绪论.ppt

1、地理信息系统,Geographic Information System,2014 For 12,教 学 安 排,总学分数 2 总学时 n周 （ 32 学时） 课堂讲授与机房上机实践 作业与思考 作业或实习报告 实践 上机练习 考试 闭卷 成绩 综合考查(课堂+上机+考试),教 学 主 旨,掌握地理信息系统技术的原理和基本概念 掌握和了解各种空间数据获取、处理、存储管理、分析应用和输出过程和方法 了解当前GIS技术应用情况 初步了解与掌握相关GIS软件,理论与实践并重,参考书目与实习软件,主要参考书目 ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程（汤国安） 地理信息系统概论 （黄杏元等） 地理信息

2、系统原理、方法和应用（北大邬伦） （国内外书籍与网络资料） 软件 ArcGIS 9.3 （或10.1） MapInfo 9 （或更高版本）,GIS 学习,培养 对空间信息兴趣 提倡 空间思维方式 理解 对GIS基本理论、方法 乐于 主动参与、动手实践 鼓励 相互交流、互相帮助 思考 结合应用、勤于思考 ,课程内容,课堂GIS理论讲授 第1部分 绪论 第2部分 GIS数据结构 第3部分 GIS数据采集处理 第4部分 GIS空间分析 第5部分 GIS制图输出 第6部分 GIS应用发展介绍,GIS上机实习 MapInfo软件功能 ArcGIS基础练习 ArcGIS空间分析 ArcGIS 3D数据 A

3、rcGIS水文分析 ArcGIS数据采集（自）,第一章 绪 论,GIS基本概念 GIS构成 GIS基本功能 GIS应用,数据与信息(data &Information) 信息载体 地理信息(Geographic Information) 地理信息载体,是指和空间地理分布有关的信息。 表示地表物体、环境和现象的数量、质量、分布特征、相互联系和规律的数字、文字、图形、图象等。,数字、文字、图件等介质,80%以上信息具有空间特征,数据是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号。,信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世

4、界新的事实和知识。,文字、数字、符号、语言、图像等介质,GIS是以空间信息为主要特征的,第一节 地理信息系统基本概念,地理信息系统产生的背景,地理（空间）信息载体的发展,第一阶段 文字、语言 描述阶段,第二阶段 简单地图- -精确的地图 （普通地图和 专题地图）,第三阶段 数字地图 （电子地图） GIS,如：徐霞客游记,地图是地学（空间）信息最主要的传播途径。 地图是地学工作者（乃至普通人日常生活）最常用的工具,如果说地图是地理学的第二代语言，那么地理信息系统就是地理学的第三代语言。 陈述彭院士,GIS,引例,1854年8月到9月英国伦敦霍乱流行时，当局始终找不到发病的原因，后来医生约翰斯诺(

5、John Snow)说：“我们画一张图吧”。 他在绘有霍乱流行地区所有道路、房屋、饮用水机井等内容的1：6500比例尺地图上，标出了每个霍乱病死者的住家位置，得到了霍乱病死者居住分布图。,地图空间信息,斯诺博士分析了这张分布图，马上明白了霍乱病源之所在死者住家都集中于饮用“布洛多斯托”井水的地方及周围。,根据斯诺博士的分析和请示，当局于9月8日摘下了这个水井的泵，禁止使用该水泵吸水，从这天以后，新的霍乱病患者就再也没有出现了。 在这个例子中，患者的居住地与饮用水井之间的空间位置关系提示了霍乱病的发病根源。,信息的巨大物化力量 信息爆炸，人们的工作重点从单纯的物质生产转移到对信息的处理上来，因为

6、对信息的合理管理和利用会产生巨大的经济效益。 信息资源的科学管理和充分利用 基于信息管理与利用，把各种资源开发和保护结合起来。如：土地管理、城市规划，污水、环境资源管理与利用，灾害监测系统，等。 信息产业的形成与壮大 信息产业的发展日益迅猛，现代发达国家信息产业的产值率占国民生产总值的40%-60%，年增长是传统产业的3-5倍。 而约80%信息与空间分布有关，使得地理信息系统的发展更为迅猛。 美国劳工部三大新兴产业：纳米技术、生物技术和地理空间技术 从事地理信息的上市公司 超图、数字政通、四维图新、合众思壮,随着信息时代的到来,地理信息系统产生的背景,地理信息系统产生的背景,数字信息时代,地理

7、信息,全新的 地理信息载体和分析应用工具,内因,外因,社会需求 技术进步 政府推动,GIS成为现代地学研究的三大利器（“3S”技术）之一。,地理空间信息技术,GIS 地理信息系统 （Geographic Information System） GPS 全球定位系统 （Global positioning System） RS 遥感 （Remot Sensing） EOS 地球观测系统 （Earth Observation System) DPS 数据摄影测量系统 （Data Photogrammetric System) DE 数字地球 （Digital Earth ）,“3S”技术,RS,G

8、PS全球卫星定位系统,GIS基本概念 在计算机软、硬件和网络支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示、描述和应用的技术系统。 Geographical Information System ，简称GIS Geo-Information System Geo-Information Science,其他的GIS定义,北大教材：,是以地理空间数据库为基础，采用地理分析方法，提供空间及动态的地理信息，为地理研究和决策服务的计算机系统。 特征有三个方面： 采集、管理、分析和输出地理信息； 可以利用地理模型分析； 有计算机的支持。,中科院研究生院教材：

9、,为特定的应用目的而建立的空间信息系统。是在计算机软、硬件和网络的支持下，对有关空间数据进行予处理、输入存储、查询检索、处理分析、显示、更新和提供应用技术的系统。,空间数据,属性数据,空间数据和属性数据的综合体,能让你轻易找到主要道路1公里内和20年以上5层以上所有建筑物,GIS,G,IS,如何为一公园选择合理位置？,方案2,条件2,方案1,条件1,处理、分析,空间分析 算法,对GIS的理解,GIS的物理外壳是计算机化的技术系统 GIS的操作对象是空间数据 GIS的技术优势在于它的空间分析能力 GIS与地理学、测绘、地图学联系紧密,GIS是管理和分析空间数据的应用工程技术。 GIS为地理学解决

10、复杂的规划与管理问题提供了有效的手段，地理学为GIS提供了重要的基础理论依托。 GIS重视对拓扑结构的管理，重视拓扑关系的自动生成，强调与空间相关的查询统计，强调空间分析，强调三维模型分析。 地理信息系统中“地理”的概念并非指地理学，而是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性数据以及以此为基础而演义出来的知识。,地理信息系统特点,GIS与其它系统的区别,A、GIS与一般MIS (管理型数据库系统) ： 数据库中的一些基本技术是GIS广泛使用的核心技术。 GIS空间数据和属性数据共同管理、分析和应用 MIS非图形数据（属性数据）的优化存储与查询 （不能对空间数据进行查询、检索、分析，无拓扑关

11、 系，其图形显示功能有限）,B、GIS与CAD,GIS与其它系统的区别,C、GIS与CAM,CAM（Computer Adid Map)计算机地图系统计算机辅助制图,GIS与其它系统的区别,GIS历史,GIS的发展依赖于计算机技术的发展，尤其是计算机地理制图学的发展。GIS萌芽于上世纪60年代初，其思想概念是由加拿大的Roger F.Tomlinson和美国的Duane F.Marble在不同地方不同角度提出的。 针对土地利用，加拿大土地调查局建立了加拿大地理信息系统（CGIS），成为世界上第一个真正意义上的地理信息软件系统； 同时，在美国西北大学研究大规模城市交通时，提出建立GIS软件系统的

12、思想。,GIS历史进程,(上世纪)六十年代开拓发展阶段 七十年代巩固阶段 八十年代突破阶段 九十年代社会化阶段 .,Geomatics概念的产生,地理信息的采集和应用 地学应用为目的的信息学科 整合推动 现代测绘学科的核心技术是“3S”技术，“3S”的集成或综合运用为传统测绘学科的发展将注入新的活力，形成新的地球空间信息学科。,技术与科学的争论,地球空间信息学 英文名称：GeoSpatial Information Science，又称Geomatics （法国测量专家Bernart 75年首次提出） （90年 Gagnon给出定义；有部门纷纷改名） 研究内容：全球定位系统（GPS）、地理信息

13、系统（GIS）、遥感技术（RS）及3S集成 技术支撑：计算机技术和通讯技术 主要应用：提供与地球空间分布有关的数据或信息，并加以应用。,是以RS、GPS、GIS等空间信息技术为主要内容，并以计算机技术和通讯技术为主要技术支撑，用于采集、量测、存储、管理、分析、显示、传输和应用与地球和空间分布有关的数据的一门综合性和集成性的信息科学和技术 ，是地球信息科学的重要组成部分。,地球空间信息科学 Geomatics,地球空间信息科学的主要研究内容 包括： 地球空间信息的基准、标准化、时空变化、组织、空间认知、不确定性、解译与反演、表达与可视化等基础理论，及空间定位技术、遥感技术、地理信息系统技术和数据

14、通讯技术等基础技术。,GIS主要发展态势,GIS已成为一门综合性技术 GIS的产业化发展 网络GIS（WebGIS）的发展 地理信息（地球空间信息）科学的发展 “数字地球”技术发展,专业级GIS ESRI 的ArcGIS等 消费级GIS Google Earth Virtual Earth (Bing Map的前身) 美国环境系统研究所遥感影像总监劳瑞乔丹,第二节 GIS的基本构成,系 统 软 件,空 间 数 据,计算机 硬件,GIS,用户,应用分析模型,GIS,GIS组成： 软件,GIS组成： 硬件基本配置,处理设备,工作站,服务器,网络,GIS组成：硬件配置模式（1）,单机模式： 由基本外

15、设、处理 设备和输出设备构成 适用于小型GIS建设 数据传输与资源共享不方便,GIS组成：硬件配置模式（2）,局域网模式： 部门或单位内部GIS建设 专线连接 资源共享较方便,GIS组成：硬件配置模式（3）,广域网模式： 用户分布地域广泛，不适合专线连接 公共通讯连接 资源共享方便 局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接,输入,GIS系统 数据库 （服务器）,图象 处理系统,局域网 用户组,输出,多媒体 系统,用户,用户,主 干 网,Internet,云端,GIS组成： GIS软件,空间数据输入与转换,空间数据库 管理系统,图形与属性 数据编辑,制图与 输出,空间查询与分析,GIS,GIS

16、软件类型,专业GIS（Professional GIS）专门化 桌面GIS（Desktop GIS） 手持GIS（Hand-Held GIS） 组件GIS（Component GIS） GIS Viewer 网络GIS（Internet GIS） 其它（基于CAD的GIS）,常见GIS软件,国外的： ArcGIS MapInfo GeoMedia MGE GRASS SmallWorld（GE） Giswin,国内的： Supermap MapGIS GeoStar TopMap GeoBean VRMap MapEngine,GIS软件性能价格比,GIS组成： 空间数据,GIS的操作对象为空

17、间数据 空间数据特征：几何、属性、时间数据； 空间数据组织：矢量结构、栅格结构； 空间数据管理： 几何数据：文件 属性数据：关系数据库,空间数据的基本形式,矢量数据模型（vector） 现实世界由要素（Features）组成 栅格数据模型（Raster ） 现实世界是连续变化的场Grid Image,矢量数据,栅格数据,GIS为解决各种现实问题提供了有效的基本工具，但对于某一个专门应用目的的解决，必须通过构件专门的应用模型，土地适宜性模型，公园选址模型，最优路径分析模型等。 应用模型是GIS技术产生社会经济效益的关键所在，也是GIS生命力的重要保证。,GIS组成： 应用分析模型,第三节 GIS

18、的功能简介,GIS能作什么？,数据采集与输入,现实世界,空间数据库,数据编辑与处理,数据获取,数据入库,目的：保证数据在入库时在内容上的完整性， 逻辑上的一致性。 方法：数据编辑与处理、错误修正： 数据格式转化：矢量、栅个格转化，不同数据格式转化； 数据比例转化：平移、旋转、比例、纠正 投影变换：投影方式 数据概化：平滑、特征集结 数据重构：几何形态变换（拼接、截取、压缩、结构） 地理编码：拓扑结构,数据组织与管理,数据的集成过程 空间数据与属性数据组织 数据结构 矢量结构、栅格结构、栅格/矢量结构 决定着GIS的数据分析能力、效率和精度 数据管理 层次模型、网络模型、关系模型、 混合管理模式

19、,空间查询,哈尔滨在哪里？,空间查询,属性查询,78路公交经过哪些站？,数据输出,数据交换 （元数据：简单的说就是描述数据的数据） 统计表格 制图：专题地图、影像地图、统计地图、地形图,叠加分析,空间检索,缓冲区分析,街道中心线,空间检索,城市环境评价,道路信息,空间检索,网络分析,地形分析,航道淤积, 挖槽方案比较?,地形信息,空间检索,数据显示与输出,各种信息,空间检索,二次开发,GIS的空间分析技术与手段是有限的，而实际应用模型是无可枚举的，任何GIS都应提供二次开发工具。 定制菜单、程序与可视化界面等 GIS二次开发环境： 专用工具：如Arc/Info的AML语言； 通用语言：如VB、

20、VC+ 、.net、java等 组件开发：如MapInfo的MapX；MO ArcGIS Engine、API等,用户界面,应用功能,资源管理 区域规划 国土监测 测绘与地图制图 灾害监测 环境保护 国防 宏观决策支持,城市土地利用信息系统,城市公共服务信息系统,电信资源管理,铁路地理信息系统,公安警用地理信息系统,属性查询,查询,专题图,作战指挥,地图切换,医疗机构信息查询,灾害监测,环境评估,作战指挥,常用GIS平台空间分析简单比较,ESRI 与 ArcGIS（Arc/Info）,Environmental system research institute 美国环境系统研究公司，成立于1

21、969年，是世界上最大的地理信息系统技术提供商。公司自创建之初就一直引领着世界地理信息系统技术的潮流。全球每天有超过一百万人使用ESRI公司的GIS软件，有超过三十万个分布于政府部门、石油部门、测绘部门、健康机构，电力、国防、航空航天、商业等各个领域的用户单位 ,ArcGIS简介,ArcGIS是一个全面的、可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案，主要由数据服务器ArcSDE及4个基础框架组成 桌面GIS（ Desktop GIS ） 服务器GIS (Server GIS) 嵌入式GIS（ Embedded GIS ） 移动GIS (Mobile GIS),ArcGIS组成,桌面GIS：ArcView，ArcEditor和ArcInfo，分享通用结构、代码基础和扩展模块和统一的开发环