地理信息系统《武汉大学》

地理信息系统原理GIS(CourseofGeographicInformationSystem)地理信息系统原理GIS前言一、课程意义二、课程安排三、可选教材1、当前时代特点要求3、专业要求开始学习2、GIS发展势头迅速地理信息系统原理GIS前言1）信息的巨大物化力量由于信息爆炸，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，因为对信息的合理管理和利用会产生巨大的经济效益。如股市信息2）信息资源的科学管理和充分利用由于社会进步，人类开始觉悟到对资源的利用不能简单掠夺，而应当合理地管理利用，把开发和保护结合起来。其表现为：兴起城市规划，污水、环境资源管理与利用，灾害监测系统，三峡工程等。3）信息产业的形成与壮大信息产业的发展日益迅猛，已成为当代经济发展的重要特点。例如：1990年世界信息产业的产值达1489亿美圆，到90年代中期已突破1万亿美圆，成为跃居传统产业之上的最大产业之一。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。1、信息时代特点返回地理信息系统原理GIS2、地理信息系统发展趋势前所未有前言目前，GIS在科学界、技术界和商业界，在社会、经济和管理部门全面发展和推广应用，其标志为：---投入使用的GIS系统，每2-3年翻一翻；---GIS市场的年增长率为35%以上，目前从事GIS的厂家数目急增，主要厂家年销售量增长均在100%以上；---愈来愈多的地区性和国际性会议以GIS为主题，讨论GIS理论及各种应用；---愈来愈多的学术刊物和论文采用GIS为标题；---愈来愈多的学科如地理、工程学、森林学、城乡规划、计算机科学、测量与制图学、航测与遥感学等，将GIS作为其发展方向加以强调；---愈来愈多的大学增加关于GIS的课程，对GIS感兴趣的人愈来愈多；---。。。总之，包括GIS在内的信息技术正不断渗入到各行各业，并将彻底改变人们的工作方式、生活环境。返回地理信息系统原理GIS3、专业要求前言在上述大环境下，社会急需GIS专业人才，GIS专业需要该课程作为主干课程；接触GIS的程度不同，对GIS的理解不同；为了正确理解GIS，掌握GIS基本理论和方法，共同学习本课程。返回地理信息系统原理GIS[1]地理信息系统教程，胡鹏等，武汉大学出版社[2]地理信息系统基础，龚健雅，科学出版社[3]地理信息系统原理与方法，吴信才，电子工业出版社[4]地理信息系统原理与方法,边馥苓,测绘出版社前言三、参考教材返回地理信息系统原理GIS二、课程安排前言什么是GIS？GIS能作什么？如何实现？如何发展？第一章绪论:GIS概念,与相关学科关系,GIS组成,GIS的功能与应用等第二至八章：GIS数据结构、数据输入、数据处理、数据管理和空间分析等第九章：GIS发展热点返回地理信息系统原理GIS第一章绪论§1-1GIS概念§1-2GIS发展§1-3GIS构成§1-4GIS功能和应用二、信息与数据三、地理信息与地学信息四、信息系统和GIS一、国际GIS的发展二、我国GIS的发展一、GIS组成二、硬件配置三、软件配置一、GIS功能二、GIS应用一、例子§1-5GIS相关学科一、GIS构成二、GIS学科树一、GIS相关学科地理信息系统原理GIS一、例子如何为一公园选择合理位置？依山傍水；交通方便；较安静……要求方案2条件2方案1条件1第一章绪论§1-1GIS概念返回处理、分析空间分析算法现实世界获取水系信息地形信息道路信息植被信息等+++空间数据库存储地理信息系统原理GIS二、信息与数据第一章绪论1、信息1）定义：信息是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数据、符号、声音、图象等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。2）信息的特性：A、客观性：任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息的正确性和精确度的保证。B、适用性：问题不同，影响因素不同，需要的信息种类是不同的。信息系统将地理空间的巨大数据流收集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息，这是由建立信息系统的明确目的性所决定的。如股市信息，对于不会炒股的人来说，毫无用处，而股民们会根据它进行股票的购进或抛出，以达到股票增值的目的。C、传输性：信息可在信息发送者和接受者之间进行传输信息的传输网络，被形象地称为“信息高速公路”。D、共享性：信息与实物不同，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，这为信息的并发应用提供可能性。§1-1GIS概念地理信息系统原理GIS2、数据第一章绪论§1-1GIS概念指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、\符号、声音、图象等符号。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。3、两者关系（有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，其实不然）。数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵，是形与质的关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。例如“1、”“0”独立的1、0均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了“有”“无”信息，当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息。返回地理信息系统原理GIS三、地理信息与地学信息第一章绪论§1-1GIS概念1、地理信息1）定义：指与研究对象的空间地理分布有关的信息。它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。2）特点：A、地域性：（是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志）。地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。B、多维结构：指在同一位置上可有多种专题的信息结构。如某一位置上的地理信息包括（例图）C、时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。因此，一实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。以免过时的信息造成决策的失误或因为缺少可靠的动态数据，不能对变化中的地理事件或现象作出合理的预测预报和科学论证。例如98年龙王庙特大洪水险情正是武汉勘测设计院利用先进的摇感、GPS技术测得实时数据为抗洪决策提供可靠依据。显然，如果用过时数据，这将造成多大的损失，这就是地理信息的时序特征。地理信息系统原理GIS第一章绪论§1-1GIS概念2、地学信息与人类居住的地球有关的信息都是地学信息。地理信息的信息源是地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等；地学信息所表示的信息范围更广泛，不仅来自地表，还包括地下、大气层甚至宇宙空间。它是人们深入认识地球系统、适度开发资源、保护环境的前提和保证。3、两者信息源不同返回地理信息系统原理GIS四、信息系统和地理信息系统第一章绪论§1-1GIS概念1、信息系统(InformationSystem,IS)1）系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成，能完成特定功能的有机整体。2）信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。具有采集、管理、分析和表达数据的能力。3）类型：从适用于不同管理层次角度出发、信息系统分为下列不同类型。事务处理系统、管理信息系统：主要支持操作层人员的日常事务处理，图书管理，借还书。决策支持系统：从MIS中获取信息，进行推测，以辅助决策。人工智能、专家系统：用计算机模仿人类思维过程进行推理，在医学上应用较成功。为有效地对信息流进行控制，组织、管理、充分利用，就需要建立某种信息系统，那么对地理信息进行管理、利用就需要建立地理信息系统。返回地理信息系统原理GIS2、地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)第一章绪论§1-1GIS概念1）定义：不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的A、GIS是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。B、为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。---美国国家地理信息与分析中心C、是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。D、GIS是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。--英国教育部2）理解aGIS是一计算机系统，既然是系统，就要具有系统的基本功能，数据采集、管理、分析和表达，所以每个GIS系统都是由若干具有一定功能的模块组成。bGIS的处理对象是有关的地理分布数据，也就是空间数据，为了能对这些空间数据进行定位，定性和定量的描述，决定了GIS要对空间数据按统一地理坐标进行编码，这是GIS与其他信息系统不同的根本所在。返回地理信息系统原理GIS第一章绪论§1-1GIS概念3、GIS与其它IS之间的关系和区别GIS空间数据和属性数据的联合体返回图片摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘地理信息系统原理GIS1）GIS与其它IS之间的关系（信息系统分类）第一章绪论§1-1GIS概念信息系统（IS)非空间信息系统空间信息系统（SIS）如厂矿企业管理、财务等MIS非地理信息系统CAD/CAM地理信息系统（GIS）专题GIS综合信息系统地籍信息系统城市管线信息系统城市规划与管理IS区域资源与环境IS…………返回地理信息系统原理GIS2）GIS与其它IS的区别第一章绪论§1-1GIS概念A、GIS与一般MIS：GIS离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等都是GIS广泛使用的核心技术。GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而一般MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询，即使存储了图形，也是以文件的形式存储，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。如电话查号台是一个一般MIS，只能回答用户询问的电话号码，而通信信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的地理分布、空间密度、最近的邮局等空间关系信息。返回地理信息系统原理GISB、GIS与CAD/CAM第一章绪论§1-1GIS概念管理了图形数据和非空间属性数据的系统不一定是GIS，如ＣＡＤ，ＣＡＭGIS与CAD共同点GIS与CAD不同点都有空间坐标系统；都能将目标和参考系联系起来；都能描述图形数据的拓扑关系；都能处理属性和空间数据ＣＡＤ研究对象为人造对象—规则几何图形及组合；图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱；ＣＡＤ中的拓扑关系较为简单；一般采用几何坐标系。ＧＩＳ处理的数据大多来自于现实世界，较之人造对象更复杂，数据量更大；数据采集的方式多样化；GIS的属性库结构复杂，功能强大；强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁；GIS采用地理坐标系。返回地理信息系统原理GISGIS与CAMGIS与CAM共同点GIS与CAM不同点都有地图输出、空间查询、分析和检索功能ＣＡＭ侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图的输出机制；它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系；它与数据库的联系通常是一些简单的查询。CAM是GIS的重要组成部分；综合图形和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策信息。CAM（ComputerAdidMap)--计算机地图系统\计算机辅助制图第一章绪论§1-1GIS概念返回地理信息系统原理GIS§1-2GIS发展第一章绪论GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图，1960年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson提出了把地图变成数字形式的地图，1963年，又提出GIS这一本术语，并建立了第一个GIS___加拿大GIS，随后GIS以燎原之势在全世