地理信息系统GIS技术与应用

第七章地理信息系统技术与应用第三节第二节第四节第一节GIS概述(GeographicalInformationSystem)GIS的运行机理GIS在物流信息系统中的作用GIS的组成和功能第四节GIS工具软件第五节江西省万安县脐橙种植区划包头市大气二氧化硫分布图第一节GIS概述GIS的定义GIS的分类GIS的特征312第三种观点强调地理信息系统的社会作用，认为GIS从根本上改变了一个组织或部门（如政府规划部门）运作的方式。第二种观点认为地理信息系统是信息系统的特例。第一种观点把地理信息系统描述为一个工具箱，其中包含有一套用于采集、存储、管理、处理、分析和显示地理数据的计算机软件工具。一、GIS的定义一、GIS的定义地理信息系统区别于其他信息系统和信息技术的四大特点：首先，GIS具备处理地理数据的能力。其二，GIS是在统一的地表定位坐标系统下，以特定的数据模型输入、组织、存储和管理（包括更新）地理数据，并允许用户根据地理空间位置访问数据，或根据专题属性访问数据，以地图的形式表示地理数据。其三，GIS拥有一套特殊的用于处理和分析地理数据的基本工具。最后，GIS具有很强的地理数据的输出功能。二、GIS的分类地理信息系统按照范围大小可分为全球的、区域的和局部的三种。按照表达空间数据维数，可分为2维、2.5维、布满整个三维空间的真三维地理信息系统、考虑时间维的时态地理信息系统和4维地理信息系统。按照地理空间数据模型或数据结构，可分为地理相关模型、地理关系模型和面向对象模型的地理信息系统。按照内容来分，可以分为专题地理信息系统、综合地理信息系统和地理信息系统工具。1）专题地理信息系统（ThematicGIS），是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定的专门目的服务。——森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、矿业资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统等。2）区域信息系统（RegionalGIS），主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模，如国家级的、地区或省级的、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统；也可以按自然分区或流域为单位的区域信息系统。——区域信息系统如加拿大国家信息系统、中国黄河流域信息系统等。许多实际的地理信息系统是介于上述二者之间的区域性专题信息系统，如北京市水土流失信息系统、海南岛土地评价信息系统、河南省冬小麦估产信息系统等。三、GIS的特征地理信息系统具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性。地理信息系统由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法、作用与空间数据，产生有用信息。地理信息系统以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息。地理信息系统在分析处理问题中使用了空间数据与属性数据，并通过数据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应用，从而提供了认识地理现象的一种新的思维方法。地理信息系统强调空间分析，通过利用空间解析式模型来分析空间数据，地理信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。三、GIS的特征第二节GIS的组成和功能计算机硬件系统计算机软件系统地理空间数据（数据库）GIS应用模型GIS用户一个典型的、完整的GIS，其基本组成一般包括以下5个主要部分：（1）硬件系统（2）计算机软件系统•地理信息系统软件和其他支持软件包括通用的GIS软件包，也可以包括数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机图像处理系统、CAD等，用于支持对空间数据输入、存储、转换、输出和与用户接口。•应用分析程序是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。（3）系统开发、管理和使用人员GIS不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型。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，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。对于合格的系统设计、运行和使用来说，地理信息系统专业人员是地理信息系统应用的关键，而强有力的组织是系统运行的保障。一个周密规划的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师以及最终运行系统的用户。（4）空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。它是由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他系统通讯输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。在GIS中，空间数据主要包括：某个已知坐标系中的位置、实体间的空间关系等。GIS的功能数据处理与编辑2数据输入1数据存储与管理3空间查询与分析4数据显示与输出5（1）数据采集、监测与编辑主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。一般而论，地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的70%或更多，并且这种比例在近期内不会有明显的改变。（2）数据处理初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。（3）数据存储与组织涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格/矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。（4）空间查询与分析（5）图形与交互显示地理信息系统为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。第三节GIS的运行机理地理空间概述地理空间数据模型地理空间的数据结构地理空间数据库地理数据的分类与编码一二三四五地理空间数据的获取和处理六一、地理空间概述GIS中的地理空间是指经过投影变换后，在笛卡儿坐标系中的地球表层特征空间。它是定义在地球表层目标集上的关系，即地理世界以实体为单位进行组织，将客观世界作为一个整体看待，每一个实体不仅具有空间位置属性和空间上的联系，更重要的是它与其他实体还具有逻辑上的语义联系，它还具有时间属性。一、地理空间概述地理空间定性框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成。地理空间特征实体表示地理空间信息的几何形态、时空分布规律及其相互之间的关系，指具有形状、属性和时序性的空间对象或地理实体，包括点、线、面、体。GIS中的地理空间一般包括地理空间定位框架及其所联结的地理空间特征实体。二、地理空间数据模型GIS空间数据模型由三个有机联系的层次所组成：广为采用的数据模型是基于平面图的矢量数据模型和基于连续铺盖的栅格数据模型。可将空间逻辑数据模型分为采用结构化模型和面向操作的模型两大类。逻辑数据模型并不涉及员底层的物理实现细节，但计算机处理的是二进制数据，必须将逻辑数据模型转换为物理数据模型，即要设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库总体存储结构等。概念数据模型逻辑数据模型物理数据模型三、地理空间的数据结构基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。矢量数据结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体空间分布的一种数据组织方式。矢量数据结构的获取方法主要有：手工数字化法、手扶跟踪数字化法、数据结构转换法。矢量数据结构三、地理空间的数据结构栅格结构又称为网格结构（raster或gridcell）或象元结构（pixel），是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素，由行、列号定义，并包含一个代码，表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。栅格数据结构三、地理空间的数据结构矢量栅格一体化数据结构四、地理空间数据库GIS数据库是指以特定的信息结构和数据模型（关系模型、面向对象模型等）来表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足Internet和Intranet上的不同用户对空间信息需求的数据库。四、地理空间数据库GIS数据库除了一般数据特征外，还具有一些区别于其他一般数据库的特征，表现在以下七个方面：空间特征抽象特征空间关系特征多尺度与多态性非结构化特征分类编码特征海量数据特征五、地理数据的分类与编码类型名称可以根据地理实体的形态（form）或功能（function）而定。分类体系的描述部分描述各类地理实体的基本功能和性质。地理数据的分类体系由两部分组成：类型名称和描述。五、地理数据的分类与编码地理数据编码是在数据分类的基础上，以易于计算机和人识别的代码（code）唯一地标识地理实体的类型。六、地理空间数据的获取和处理数据源是指建立GIS地理数据库所需的各种数据的来源，主要包括地图、遥感图像、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据等，可归纳为原始采集数据、再生数据和交换数据三种来源。六、地理空间数据的获取和处理空间数据采集的任务是将现有的地图、外界观测成果、航空像片、遥感图像、文本资料等转换成GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。六、地理空间数据的获取和处理图形变换数据格式的转换图像解释图像纠正图幅拼接空间数据的处理第四节GIS在物流信息系统中的作用二、GIS物流管理系统的特点与结构一、GIS和企业物流的联系三、GIS技术与数字物流四、面向物流分析的GIS系统一、GIS和企业物流的联系由于物流对地理空间有较大的依赖性，采用GIS技术建立企业的物流管理系统可以实现企业物流的可视化、实时动态管理。生产物料需求计划物料需求计划计算模块拣货单（种类、数量、顺序）配送计划（拣货单号、拣货路线、配送路线）出库单据配送计划拣货计划组合策略每个工位的需求物料计划每个工位的需求计划按工位和时间排序工位位置仓库管理储位位置检查每个工位的在线物料数据物料清单二、GIS物流管理系统的特点与结构1.图形显示输出上的优势2.分析功能上的优势3.模型模拟上的优势在物流管理领域，与单纯的数据库及CAD技术相比，GIS具有独特的技术优势。GIS物流管理系统的特点采用GIS建立的物流管理系统主要的特点是在GIS的可视化环境中对企业的物流进行可视化、实时动态管理。这种动态包含时间动态和空间动态。时间动态和传统方式相比，所有的数据都可以更新。空间动态是指GIS的地图或空间图形的显示和分析能力。GIS物流管理系统的结构•整个GIS物流管理系统一般由终端、物流控制中心和物流管理台组成。•终端包括各种通信器材和处于局域网中的终端计算机。•物流控制中心主要是高性能的服务器或大型机，运行大型数据库系统，负责各种数据、调度信息的存储和调用任务。•物流管理台是监控和调度目标运行的终端，其实质是一个能接收并显示动态信息的GIS平台。三、GIS技术与数字物流物流行业的GIS系统一般都包括公路、铁路、水路、海域、航空等交通信息、储运资源信息（汽车、轮船、仓库等）、服务资源信息（营运网点、生产工厂等）以及后勤资源信息（加油站、修理厂等）等。由于整套系统全部是数字化的，这就使得用户有多种方式进行查询和统计，系统输出也可以人工控制，屏蔽不需要的信息，显示需要的，并且可以图表与数据结合，在数字地图上直接表示出来。四、面向物流分析的GIS系统集成的模型：车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型等。主要功能：（1）车辆和货物跟踪（2）提供运输路线规划和导航规划出运输线路，使显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。四、面向物流分析的GIS系统（3）信息查询对配送范围内的主要建筑、运输车辆、客户等进行查询，查询资料可以文字、语言及图象的形式显示，并在电子地图上显示其位置。（4）模拟与决策可利用长期客户、车辆、订单和地理数据等建立模型来进行物流网络的布局模拟，并以此来建立DSS。第五节GIS工具软件1）ESRI产品系列（EnvironmentalSystemsResearchInstituteInc.）于1969年成立于美国加利福尼亚州的Redlands市，公司主要从事GIS工具软件的开发和GIS数据生产。ArcViewGIS用户界面GIS工具软件2）Mapinfo产品系列M