01-地理信息系统概述

北京大学遥感与地理信息系统研究所地理信息系统概述基本概念GIS的类型和组成GIS的主要功能研究内容发展简史发展展望数据、信息、信息系统数据指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体物理设备形式的改变而改变信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息数据和信息的关系数据是信息的载体要表达信息，必须通过数据的形式信息是通过对数据的加工、提取得到的地理信息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、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对地理数据的解释。在地理信息中，其位置通过数据进行标识，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。特性定位特征：由经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识多维结构特征：在二维空间的基础上实现多主题的第三维结构动态变化特征：时序特征地理信息系统的定义GeographicInformationSystem,GIS是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统其他定义：GIS是一种获取、存储、检查、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。——英国教育部1987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（NCGIA）1988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。基本内容对象：地理信息、空间数据及其属性数据功能：获取、存储、检索、操作、分析和显示形式：计算机系统地理信息系统的3种定义视角DavidMaguire,1991,ChiefScientist,DirectorofProducts，ESRI地图视角（mapview）FocusesoncartographicaspectsofGIS,viewingGISasmapprocessingordisplaysystemsinwhichtheemphasisisontheabilityofsuchsystemstoproducehighqualitymapsandcharts.数据库视角（databaseview）Emphasizestheimportanceofwell-designedandimplementeddatabasesystemsinwhichcomplexanalyticaloperationsthatrequiretheuseofmanytypesofgeographicaldatacanbepreformed.空间分析视角（spatialanalysisview）FocusesonanalysisandmodelinginwhichGISisseenmoreasaspatialinformationsciencethanatechnology.GIS与其他系统的区别计算机地图制图强调的是图形显示，通常只有图形数据，不注重非图形属性数据空间分析功能很弱计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）处理的多为规则几何图形及其组合，图形功能强大，但属性处理功能比较弱一般采用几何坐标系，不能建立地理坐标系，不能完成地理坐标变换不具备具有地理意义的空间查询和分析功能数据库管理系统（DBMS）缺乏对空间实体定义的能力缺乏空间关系查询和空间分析能力缺乏空间数据可视化功能但：GIS与DBMS之间的界限正在逐步缩减地理信息系统的组成计算机硬件系统输入/输出设备、中央处理单元、存储器，等计算机软件系统计算机系统软件地理信息系统软件和其他支持软件通用的GIS软件包，数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机图像处理系统等用于支持对空间数据输入、存储、转换、输出和与用户接口应用分析软件根据地理专题或区域分析模型编制的用于特定应用任务的程序空间数据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。包括：1）某个已知坐标系中的位置；2）实体间的空间关系；3）与几何位置无关的属性系统开发、管理和使用人员地理信息系统处理的内容位置（Locations）在某个特定的位置有什么条件（Conditions）什么地方有满足某些条件的东西变化趋势（Trends）综合现有数据，以识别已经发生了或正在发生变化的地理现象模式（Patterns）分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。将现有数据组合在一起，能更好地说明正在发生什么，找出发生事件与哪些数据有关模型（Models）该类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案地理信息系统的功能结构化数据观察的的现象、文件与地图存储与检索数据预处理查询与分析展示与交互数据获取交互展示原始数据制图数据库GIS功能：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信息共享与自动化数据输入成为地理信息系统研究的重要内容目前可用于地理信息系统数据采集的方法与技术很多如手扶跟踪数字化仪自动化扫描输入遥感数据集成扫描技术的应用与改进，实现扫描数据的自动化编辑与处理仍是地理信息系统数据获取研究的主要技术关键GIS功能：数据处理主要包括数据格式化、转换、概括数据的格式化不同数据结构的数据间变换是一种耗时、易错、需要大量计算量的工作，应尽可能避免数据转换数据格式转化数据比例尺的变换：涉及到数据比例尺缩放、平移、旋转等方面，其中最为重要的是投影变换综合（Generalization）包括数据平滑、特征集结等。目前地理信息系统所提供的数据综合功能极弱，与地图综合的要求还有很大差距，需要进一步发展GIS功能：数据存储与组织是建立地理信息系统数据库的关键步骤，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空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体目前大多数系统都是将二者分开存储，通过公共项（一般定义为地物标识码）来连接这种组织方式的缺点是数据的定义与数据操作相分离，无法有效记录地物在时间域上的变化属性空间数据库：统一存储GIS功能：空间查询与分析空间查询是地理信息系统以及许多其它自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能基于位置的查询基于属性的查询空间分析是在地理信息系统支持下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，它是地理信息系统应用深化的重要标志空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别两类重要的分析方法叠加复合分析缓冲区分析GIS功能：显示与输出GIS为用户提供了许多用于地理数据表现的工具计算机屏幕显示诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件尤其重要的是GIS的地图输出功能GIS制图与输出一个好的GIS系统应能提供一种良好的、交互式的制图环境供GIS的使用者能够设计和制作出高质量的地图GIS的应用以及相关学科数据源应用理论与技术基础地理信息系统的应用领域资源清查灾害监测土地管理环境管理城市规划与管理交通运输管理军事作战指挥宏观决策等国家管理与政策制定选举与分区等政治问题健康与卫生保健地理信息系统的发展简史60年代——开拓发展阶段地图综合分析与输出系统主要应用于土地管理算法粗糙，图形功能有限加拿大地理信息系统70年代——巩固阶段应用于更多的领域遥感技术提供了数据源人机交互编辑修改图形功能和数据管理功能较弱80年代——蓬勃发展阶段PC机的广泛应用，软件技术的发展进入多学科领域多功能、共享的综合性信息系统我国开始GIS相关的工作90年代——社会化阶段应用到社会生产生活的方方面面国家级、全球性GIS系统GIS发展大事记——创新阶段日期类型事件备注1963技术加拿大地理信息系统CGIS最初开发是RogerTomlison和他在加拿大国土普查部门的同事共同开发的。该工程提出了许多技术，介绍了许多GIS术语。1963一般URISA成立城市与区域信息系统协会在美国建立。迅速成为GIS改革者互相交流的场所。1964理论哈佛大学实验室成立验室在HowardFisher的指导下哈佛大学计算机制图与空间分析实验室在哈佛大学成立，在1966年，哈佛实验室开发了第一个栅格GIS(SYMAP)。1967技术双重独立地图编码美国人口统计局开发了DIME-GBF(双重独立地图编码-地理数据库文件)一种数据结构和其70年人口普查的街道地址数据库。1969商业ESRI有限公司成立JackDangermond,一个哈佛实验室的学生，和他的妻子Laura组建了ESRI，从事GIS项目1969商业Intergraph公司成立Jim.Meadlock和其他四个在土星火箭导航系统工作的人一起成立了M&SComputing，然后改名叫Intergraph。1969理论Designwithnature出版IanMcHarg的书是第一本陈述了许多现代GIS分析概念的书，包括叠加分析等等1972技术Landsat卫星发射最初起名叫ERTS(地球资源技术卫星)，这是发射的第一颗地球遥感卫星1974理论AutoCarto1Conference(自动制图会议)在维吉尼亚州Reston进行，是第一个设置GIS研究议程的一系列重要的会议。1977理论拓扑数据结构研讨会哈佛实验室召开的一个重要会议，并且开发了ODYSSEYGIS。GIS发展大事记——商业化的年代(1)日期类型事件备注1981商业Arcinfo投入市场Arcinfo是第一个重要的商业GIS软件系统。为微型计算机设计，基于矢量关系数据库的数据模型，设立了新的产业标准1984理论BasicReadingsinGeographicInformationSystems出版DuaneMarble,HughCalkins和DonnaPeuquet将收集到的文章以书的形式出版，是最早的关于GIS的信息源1985技术GPS的使用全球定位系统缓慢建立起来，但是今天却成为导航，勘测和制图的主要的数据源。1986理论PrinciplesofGeographiccalInformationSystemsforLandResourcesAccessment出版PeterBurrough的书是第一本关于GIS的专著。它迅速的变成全世界学习GIS的学生的参考教材。1986商业Mapinfo公司成立Mapinfo软件开发了第一个GIS桌面产品。它定义了一个新的GIS产品标准。1987理论IJGIS国际杂志推出TerryCoppock和其他一些人出版了第一本关于GIS的杂志。InternationalJournalofGeographicalInformationSystems1987一般乔利报告“掌握地理信息(HandlingGeographicInformation)”是英联邦政府做的一个强调GIS价值的有影响的报告。1988一般GISWorld开版GISWorld，现在的GeoWorld，第一个致力于GIS研究的杂志在美国出版。1988技术TIGER(一体化拓扑地理编码和参照)发布TIGER(一体化拓扑地理编码和参照)，美国人口统计局所开发的DIME(双重独立地图编码)的下一代产品1988理论美国和英