地理信息系统概论_第一章

刘伟[e-mail]13013939855徐州师范大学测绘学院教学大纲简介课程特点和基本要求教学内容和学时分配考核方式参考书目与主要网站课程特点与基本要求课程特点GIS是一门典型的交叉性学科地理信息系统是多学科、多技术交叉的空间信息系统。在理论上依托于地理学、测绘学、数学等基础性学科；在技术上取决于计算机软硬件技术、航空航天技术、遥感与雷达技术等的进步；在应用上则依赖于具体应用学科如交通、城市规划、资源管理等理论和技术的发展。因此，为更好地掌握并深刻理解GIS，有必要理解与GIS相关的学科。课程特点与基本要求课程特点GIS是一门实践性很强的学科GIS是一门学科，同时又是一个技术系统，即以空间数据为处理对象，以空间数据组织和处理为基础，采用地学模型分析方法，及时提供多种空间地理信息和动态地理信息，为研究环境过程、分析发展趋势、预估规划决策等服务的计算机技术系统。因此，要重视技能训练，重点掌握ArcInfo等基础GIS软件的操作和使用。课程特点与基本要求课程特点GIS是一门迅速发展中的学科短短的40余年发展历史，GIS却经历了以空间数据地学处理为主的开拓发展期、注重地理信息管理的巩固发展期、以空间决策与支持分析为特点的理论和技术突破阶段以及广泛应用的社会化阶段。其技术发展、内容更新之快，非其他学科可比，特别是在90年代以来，随着计算机技术的快速发展，地理信息系统表现得异常活跃，在内容上从地理信息到地理信息科学再到地球信息科学的形成，技术上则从地理信息系统到组件式地理信息系统再到开放式地理信息系统、网络地理信息系统等。目前GIS正朝着以系统为中心向以数据为中心转变、从面向地图处理向面向客观空间实体与关系处理的转变、由单纯的二维处理向多维处理的转变和从管理型向分析决策型转变的方向发展。因此，要经常阅读有关的文献资料，掌握GIS学科的发展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自己的能力。课程特点与基本要求课程特点空间抽象性地理信息系统中的数据，无论是可见的还是不可见的，都是自然环境的一种表现模式，是数字化的现实世界，这是建立在对自然环境的抽象和描述基础上。由于计算机的数字化特征，空间对象须离散化的表达，即把空间对象抽象表达为点、线、面、体等具有位置和属性特征的地理实体。因此，在学习过程中，要注重空间抽象能力的培养。基本要求本课程旨在使学生掌握地理信息系统的基本原理、技术方法和实际应用，了解其主要应用领域和发展方向，并为从事GIS的地理学应用和应用型地理信息系统的开发奠定基础。具体要求如下：了解地理信息系统的基本原理，包括空间数据的语义学基础、GIS的科学定义、空间关系和空间对象的表达、空间数据结构和类型、空间分析原理和地学模型方法等；掌握地理信息系统的基本技术和方法，包括空间数据的采集、存储与管理、处理、分析和图形创造的基本技能；初步具有应用GIS技术开展地学研究的能力，包括地学应用模型的构建，应用型GIS的设计，主要GIS软件系统的使用和评价等。教学内容与学时分配第1章导论(2学时)§1.1地理信息系统的基本概念§1.2地理信息系统的基本构成§1.3地理信息系统的功能简介§1.4地理信息系统的发展透视§1.5地理信息系统有关学科§1.6地理信息系统理解歧意第2章地理信息系统的数据结构(4学时)§2.1地理空间及其表达§2.2地理空间数据及其特征§2.3空间数据结构的类型§2.4空间数据结构的建立第3章空间数据的处理(4学时)§3.1空间数据的坐标变换§3.2空间数据结构的转换§3.3多源空间数据的融合§3.4空间数据的压缩与综合§3.5空间数据的内插方法§3.6图幅数据边沿匹配处理第4章地理信息系统空间数据库(6学时)§4.1空间数据库概述§4.2空间数据库概念模型设计：传统的数据模型§4.3空间数据库概念模型设计：语义数据模型和面向对象数据模型§4.4空间数据库逻辑模型设计和物理设计§4.5GIS空间时态数据库第5章空间分析的原理与方法(6学时)§5.1数字地面模型分析§5.2空间叠合分析§5.3空间缓冲区分析§5.4空间网络分析§5.5空间统计分析§5.6空间数据的集合分析和查询第6章地理信息系统的应用模型(2学时)§6.1GIS应用模型概述§6.2适宜性分析模型§6.3发展预测模型§6.4位址选择模型§6.5交通规划模型§6.6地学模拟模型§6.7专家系统概述第7章地理信息系统的设计与评价(2学时)§7.1GIS设计概述§7.2地理信息系统的设计§7.3地理信息的标准化§7.4地理信息系统的评价第8章地理信息系统产品的输出设计(2学时)§8.1地理信息系统产品的输出形式§8.2地理信息系统图形输出系统设计§8.3地理信息系统的可视化与虚拟现实第9章地理信息系统应用技术(2学时)§9.13S技术§9.2分布式地理信息系统§9.3WebGIS第10章政府地理信息系统专题(2学时)§10.1政府地理信息系统的建设原则§10.2政府地理信息系统的运行机制§10.3政府地理信息系统的设计§10.4政府地理信息系统的典型示范应用考核方式本课程的教学应坚持理论与实践相统一的原则，考核方式包括平时提问、期末考试等；本课程采用的结构化考核和评分方法为：学生的总成绩（100分）=平时提问和课堂讨论成绩（20分）+期末考试成绩（80分）。参考书目黄杏元等.地理信息系统概论（第三版）.北京：高等教育出版社，2008陈述彭等.地理信息系统导论.北京：科学出版社，1999邬伦等.地理信息系统—原理、方法和应用.北京：科学出版社，2000胡鹏等.地理信息系统教程.武汉：武汉大学出版社，2002参考书目与主要网站主要网站（地理信息系统论坛）（地理信息系统世界）（GIS帝国论坛）（测绘信息网）参考书目与主要网站第一章导论学习目标理解GIS的相关概念，GIS和相关学科的关系掌握GIS的特点、类型与组成了解GIS的基本功能和用途了解GIS的发展概况重点：GIS的基本概念、组成及功用第一章导论第一节地理信息系统基本概念第二节地理信息系统的基本构成第三节地理信息系统的功能简介第四节地理信息系统的发展透视第五节地理信息系统有关学科第六节地理信息系统理解歧意第一节地理信息系统基本概念数据与信息数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。信息具有：客观性、适用性、传输性和共享性。第一节地理信息系统基本概念数据与信息两者不可分割且在含义上有所差别：数据是信息的表达，信息则是数据的内容；数据是客观对象的表示，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息；地理信息地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。第一节地理信息系统基本概念地理信息系统(简称GIS)GIS是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科，它研究关于地理空间信息处理和分析过程中提出一系列基本问题，如空间对象表达与建模、空间关系及推理机制、空间信息的控制基准、空间信息的认知与分析、GIS系统设计与评价GIS应用模型与可视化、空间信息的政策与标准等；GIS的操作对象是空间数据,空间数据的主要特点是按统一的地理坐标编码，并实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述,由此而形成GIS的技术优势是有效的地理实体表达、独特的时空分析能力、强大的图形创造手段和可靠的科学预测与辅助决策功能等；GIS是管理和分析空间数据的应用工程技术，该工程技术系统由多个相互联系的子系统组成；GIS为地理学解决复杂的规划与管理问题提供了有效的手段，而地理学则为GIS提供了重要的基础理论依托；GIS的科学定义：地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。地理信息系统的分类专题地理信息系统(ThematicGIS)区域地理信息系统(RegionalGIS)地理信息系统工具(GISTools)城市信息系统自然资源查询信息系统规划与评估信息系统土地管理信息系统等。按功能分类按内容分类地理信息系统与其他系统的区别GIS有别于DBMS，GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。GIS有别于MIS，GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。GIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。第二节GIS的基本构成系统软件系统硬件空间数据用户第二节GIS的基本构成系统硬件由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。系统软件由系统管理软件、数据库软件和基础GIS软件组成，用于执行GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。空间数据库由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。用户由系统开发人员、使用人员及管理者共同构成了系统的用户群。第二节GIS的基本构成硬件系统输入设备输入设备专用设备专用设备常规设备常规设备GPSGPS全数字摄影测量工作站全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统遥感与遥感图象处理系统全站仪全站仪扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪键盘、鼠标键盘、鼠标处理设备处理设备工作站工作站服务器服务器硬盘阵列硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘活动硬盘光盘机光盘机磁带机磁带机输出设备输出设备绘图仪绘图仪终端终端打印机打印机输入设备输入设备专用设备专用设备常规设备常规设备GPSGPS全数字摄影测量工作站全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统遥感与遥感图象处理系统全站仪全站仪扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪键盘、鼠标键盘、鼠标输入设备输入设备专用设备专用设备常规设备常规设备GPSGPS全数字摄影测量工作站全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统遥感与遥感图象处理系统全站仪全站仪GPSGPS全数字摄影测量工作站全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统遥感与遥感图象处理系统全站仪全站仪扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪键盘、鼠标键盘、鼠标扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪键盘、鼠标键盘、鼠标处理设备处理设备工作站工作站服务器服务器硬盘阵列硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘活动硬盘光盘机光盘机磁带机磁带机硬盘阵列硬