第八章-交通地理信息系统GIS

1第八章交通地理信息系统GIS1.1地理信息与地理信息系统1.2地理信息系统的组成1.3地理信息系统的功能1.4地理信息系统的应用1.5地理信息系统的发展21.1地理信息与地理信息系统31.1地理信息与地理信息系统(续)地理信息地理信息系统GIS与地理学、测绘学和计算机之间密切关系4地理信息地理信息地理信息的特征1.1地理信息与地理信息系统5地理信息地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。通过经纬网建立的地理坐标来实现空间位置的识别；多维结构的特征，可在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构；时序特征十分明显，可以按照时间尺度将地理信息进行划分。1.1地理信息与地理信息系统6地理信息的特征地理信息除了具有信息的一般特性，如共享性、客观性外，还具有以下独特特征：区域分布性空间定位特点数据量大空间特征、属性特征、发展时段信息多样性文字、数字、地图和影像等地理信息的动态特征周期性、波动性变化1.1地理信息与地理信息系统7地理信息系统概念地理信息系统的特征1.1地理信息与地理信息系统8地理信息系统概念地理信息系统（GIS）是地图学、计算机科学、地理学、测量学等多门学科综合的边缘交叉学科，在我国又称为资源与环境信息系统，是在计算机软硬件支持下，运用系统工程和信息科学方法，对地表空间数据进行采集、存储、显示、查询、操作、分析和建模、以提供对资源、环境和区域等方面规划、管理、决策和研究的人-机系统。1.1地理信息与地理信息系统9地理信息系统的特征GIS的物理外壳是计算机化的技术系统GIS的对象是地理实体。GIS的技术优势在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等1.1地理信息与地理信息系统10GIS与地理学、测绘学和计算机的关系GIS与地理学的关系GIS与测绘学的关系GIS与计算机的关系1.1地理信息与地理信息系统111.2地理信息系统的组成系统硬件系统软件空间数据应用人员应用模型12系统硬件1.2地理信息系统的组成输入设备专用设备常规设备GPS全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统全站仪扫描仪数字化仪键盘、鼠标处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备绘图仪终端打印机13系统软件1.2地理信息系统的组成操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）标准软件（图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件用户界面GIS软件基础软件系统软件GIS14空间数据空间数据是以结构化的形式存储在计算机中的，称为数据库。数据库由数据库实体和数据库管理系统组成。数据库实体存储有许多数据文件和文件中的大量数据，而数据库管理系统主要用于对数据的统一管理，包括查询、检索、增删、修改和维护等。1.2地理信息系统的组成15应用人员GIS应用人员包括系统开发人员以及GIS技术的最终用户。应用人员的业务素质和专业知识是GIS工程及其应用成败的关键。1.2地理信息系统的组成16应用模型构建GIS应用模型：首先必须明确用GIS求解问题的基本流程；其次根据模型的研究对象和应用目的，确定模型的类别、相关的变量、参数和算法，构建模型逻辑结构框图；然后确定GIS空间操作项目和空间分析方法；最后是模型运行结果的验证、修改和输出。1.2地理信息系统的组成171.3地理信息系统的功能数据采集与编辑数据存储与管理数据处理和变换空间分析和统计181.3地理信息系统的功能输入查询编辑分析输出191.3地理信息系统的功能文件图表数据获取原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑投影变换数据输出制图、表格交互展示结构化数据空间数据库GIS基本功能的实现过程20数据处理和变换数据变换数学状态之间的转换数据重构几何形态之间的转换数据抽取数据从全集到子集的条件提取1.3地理信息系统的功能21空间分析和统计1拓扑叠加通过将同一地区两个不同图层的特征相叠加，不仅建立新的空间特征，而且能将输入的特征属性予以合并，易于进行多条件的查询检索、地图裁剪、地图更新和应用模型分析等。缓冲区建立研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立各种类型要素的缓冲多边形，用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性。1.3地理信息系统的功能22空间分析和统计2数字地形分析GIS提供了构造数字高程模型及有关地形分析的功能模块，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷线、山脊线、日照强度、库容量、表面积、立体图、剖面图和通视分析等，为地学研究、工程设计和辅助决策提供重要的基础性数据。空间集合分析空间集合分析是按照两个逻辑子集给定的条件进行布尔逻辑运算。1.3地理信息系统的功能231.4地理信息系统的应用1土地评价道路规划公安警力城市供水物流运输污水管网241.4地理信息系统的应用2无线通讯环境监测电力线路水利工程水文地质地质灾害251.4地理信息系统的应用3商业服务突发事件森林火灾房产估计水资源管理地籍管理261.5地理信息系统的发展地理信息系统的发展过程当代GIS的发展动态27地理信息系统的发展过程20世纪60年代起由加拿大测量学家R.FTomlinson首先提出我国GIS的发展自20世纪80年代初开始，经历了准备(1980～1985)、发展(1985～1995)、产业化(1996以后)3个阶段。近年来，国内出现了不少优秀的国产GIS软件（GeoSTAR,CityStar,MapGIS,SuperMap等）。在理论上、技术上、应用方面GIS都有长足的发展1.5地理信息系统的发展28当代GIS的发展动态理论基础的建设日趋与计算机信息技术融合动态、多源、多维化地理信息系统技术GIS应用模型Internet与GIS的结合GIS与专家系统、神经网络的结合GIS与虚拟现实技术的结合地理信息标准化1.5地理信息系统的发展29理论基础的建设地理信息科学的本质是从信息流的角度来揭示地球系统发生、发展及其演化规律，从而实现资源、环境与社会的宏观调控。1.5地理信息系统的发展30日趋与计算机信息技术融合近年来随着计算机软、硬件技术和通信技术的高速发展，GIS技术也得到了迅速的发展和更广泛应用，并日趋与主流IT技术融合，成为信息技术发展的一个新方向。1.5地理信息系统的发展31动态、多源、多维化最新GIS技术将逐渐摆脱先前的主要处理静态的、二维的、数字式的地图技术的约束，而从传统的静态地图、电子地图发展到能对空间信息进行可视化和动态分析、动态模拟，支持动态的、可视化的、交互的环境来处理、分析、显示多维和多源地理空间数据。1.5地理信息系统的发展32地理信息系统技术1地理信息系统技术的发展趋势表现在：支持“数字地球”或“数字城市”概念的实现，从二维向多维发展，从静态数据处理向动态发展，具有时序数据处理能力。基于网络的分布式数据管理及计算、Web-GIS和B/S体系结构，用户可以实现远程空间数据调用、检索、查询、分析，具有联机事务管理(OLTP)和联机分析(OLAP)管理能力。面向空间实体及其相互关系的数据组织和融合，具有矢量和遥感影像数据互动等多源数据的装载与融合能力，多尺度比例尺数据无缝融合、互动。1.5地理信息系统的发展33地理信息系统技术2具有统一的海量数据存储、查询和分析处理能力、基于空间数据的数据挖掘和强大的模型支持能力。具有与其他计算机信息系统的整体集成能力。例如与MIS、ERP、OA等各种企业信息化系统的无缝集成；微型、嵌入式GIS与各种掌上终端设备集成，如PDA、手机、GPS接收设备等。具有虚拟现实表达及自适应可视化能力，针对不同的用户出现不同的用户界面及地图和虚拟现实效果。1.5地理信息系统的发展34GIS应用模型GIS强大的生命力在于与各种实际应用的结合。根据某种应用目标或任务要求，从相应专业或学科出发，对客观世界进行深入分析研究，并借助GIS技术的支持，建立GIS应用模型，是GIS解决实际问题的能力、效率及产生社会经济效益的关键所在，因此日益受到重视。1.5地理信息系统的发展35Internet与GIS的结合Internet与GIS的结合即InternetGIS，利用Internet在Web上发布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询、制作专题图和分析的功能，已经成为GIS发展的必然趋势。组件式GIS（即将已有的巨型GIS分解为若干可互操作的自我管理、相互独立的组件，包括数据管理组件、空间查询组件、数据获取组件、专题制图组件和显示组件等）和OpenGIS（即开放式地理信息系统）成为InternetGIS两个研究热点。1.5地理信息系统的发展36GIS与专家系统、神经网络的结合专家系统研究的是利用计算机模拟人类专家的推理思维过程，系统根据知识库中的知识，对输入的原始事实进行复杂推理，并作出判断和决策，从而起到人类专家的作用。将GIS和专家系统相结合，发展智能GIS或专家GIS，是解决复杂地学问题的重要途径。1.5地理信息系统的发展37GIS与虚拟现实技术的结合虚拟现实(VirtualReality)是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，是当代信息技术高速发展和集成的产物。开发虚拟GIS成为GIS发展的一大趋势。随着虚拟技术的发展和虚拟现实硬件价格的降低，使得开发成本低廉的虚拟现实软件包成为可能，如用户可通过VirtualGIS软件在三维环境中观察和分析GIS数据。1.5地理信息系统的发展38地理信息标准化地理信息的标准化包括地理信息的各个组成部分，各个操作过程、各种数据类型、软件和硬件系统等。1.5地理信息系统的发展