地理信息系统第一讲

第一部分1111、GISGISGISGIS的科学基础2222、GISGISGISGIS的基础理论3333、GISGISGISGIS概论4444、GISGISGISGIS的技术基础主要内容主要内容主要内容主要内容第一章第一章第一章第一章GISGISGISGIS的科学基础的科学基础的科学基础的科学基础地球系统科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信息科学是GISGISGISGIS发展的科学基础；GISGISGISGIS是这些大学科的交叉和边缘学科，反过来又促进了这些学科的发展。1.1地球系统科学地球系统科学地球系统科学地球系统科学地球系统指由大气圈,,,,水圈,,,,陆圈((((岩石圈,,,,地幔,,,,地核))))和生物圈((((包括人类))))组成的有机整体。地球系统科学就是研究组成地球系统的这些子系统之间相互联系,,,,相互作用中运转的机制,,,,地球系统变化的规律和控制这些变化的机理,,,,为全球环境变化预测建立科学基础,,,,并为地球系统的科学管理提供依据。地球系统科学研究的空间范围从地心到地球外层空间,,,,时间尺度从几百年到几百万年。宇宙的起源宇宙产生于宇宙产生于137137137137137137137137亿年前的奇点中，大爆炸亿年前的奇点中，大爆炸11111111秒基本秒基本粒子相互作用，粒子相互作用，5050505050505050万万-100-100-100-100-100-100-100-100万年后产生氢原子，万年后产生氢原子，1-21-21-21-21-21-21-21-2亿后亿后年形成天体星系。年形成天体星系。太阳系第一节地球和宇宙地球在宇宙中的位置太水金地火小木土天海冥阳星星球星行星星王王王星星星星带航天飞机上看到的地球全貌航天飞机上看到的地球全貌地球系统地球系统地球系统地球系统地球系统地球系统地球系统地球系统大气圈大气圈外层外层外层外层热层热层热层热层中间层中间层中间层中间层平流层平流层平流层平流层对流层对流层对流层对流层外层（散逸层）外层（散逸层）：粒子向太空扩：粒子向太空扩散，构成地球外部磁场。散，构成地球外部磁场。热层（电离层）：热层（电离层）：90-800km90-800km90-800km90-800km90-800km90-800km90-800km90-800km，，温温度迅速升高，度迅速升高，300km300km300km300km300km300km300km300km达达10001000100010001000100010001000度高度高温，存在大量自由电子和离子，温，存在大量自由电子和离子，是吸收紫外线、传播无线电波和是吸收紫外线、传播无线电波和卫星运行的主要圈层。卫星运行的主要圈层。中间层中间层：：50-90km50-90km50-90km50-90km50-90km50-90km50-90km50-90km，，温度由热温度由热--冷冷（（00000000————————--8383838383838383度）。度）。平流层平流层：：10-55km10-55km10-55km10-55km10-55km10-55km10-55km10-55km，，温度由冷温度由冷————————热（热（-80-80-80-80-80-80-80-80————————00000000度），无垂向大气对度），无垂向大气对流，为飞行安全区和臭氧层分布流，为飞行安全区和臭氧层分布区，吸收了大量的紫外线辐射。区，吸收了大量的紫外线辐射。对流层对流层：平均：平均11-13km11-13km11-13km11-13km11-13km11-13km11-13km11-13km，，赤道赤道17-17-17-17-17-17-17-17-18km18km18km18km18km18km18km18km，，两极两极8-9km8-9km8-9km8-9km8-9km8-9km8-9km8-9km。。密度最大，密度最大，气温由热气温由热--------冷（冷（1515151515151515————————--5050505050505050度）。是度）。是产生气侯现象的主要层圈。产生气侯现象的主要层圈。生物圈生物圈被子植物被子植物银杏纲裸子银杏纲裸子松柏纲裸子松柏纲裸子羊齿科蕨类羊齿科蕨类灯心草蕨类灯心草蕨类石松纲蕨类石松纲蕨类人类人类鸟类鸟类哺乳动物哺乳动物爬行动物爬行动物两栖动物两栖动物鱼类鱼类小壳生物小壳生物水圈研究意义研究意义应对人类社会可持续发展面临的问题应对人类社会可持续发展面临的问题　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　人口爆炸人口爆炸人口爆炸人口爆炸人口爆炸人口爆炸人口爆炸人口爆炸　　　　　　资源短缺　　　　　　资源短缺　　　　　　资源短缺　　　　　　资源短缺　　　　　　资源短缺　　　　　　资源短缺　　　　　　资源短缺　　　　　　资源短缺　　　　　　　　环境恶化　　　　　　　　环境恶化　　　　　　　　环境恶化　　　　　　　　环境恶化　　　　　　　　环境恶化　　　　　　　　环境恶化　　　　　　　　环境恶化　　　　　　　　环境恶化　　　　　　　　　　灾害频发　　　　　　　　　　灾害频发　　　　　　　　　　灾害频发　　　　　　　　　　灾害频发　　　　　　　　　　灾害频发　　　　　　　　　　灾害频发　　　　　　　　　　灾害频发　　　　　　　　　　灾害频发1.21.21.21.21.21.21.21.2地球信息科学地球信息科学地球信息科学地球信息科学地球信息科学地球信息科学地球信息科学地球信息科学地球信息科学地球信息科学GISciGISci是地球系统科学的是地球系统科学的组成部分，是研究地球表面信息流的科组成部分，是研究地球表面信息流的科学。学。GISGIS以信息流为研究主题，即研究地球表以信息流为研究主题，即研究地球表面资源、环境、社会经济等一切现象的面资源、环境、社会经济等一切现象的信息流过程，以信息流为纽带的能量流、信息流过程，以信息流为纽带的能量流、物流、人流、资金流。物流、人流、资金流。对地观测系统对地观测系统对地观测系统对地观测系统对地观测系统对地观测系统对地观测系统对地观测系统对地观测系统（EarthObservingSystemEarthObservingSystemEarthObservingSystemEarthObservingSystem，EOSEOSEOSEOS）是美国从80808080年代开始，为在航天领域观测全球变化提出。采取与欧空间局、加拿大、日本的合作体制，将有关计划合并，于80808080年代中期提出的一项计划。EOSEOSEOSEOS计划的目的是：通过更深刻地了解地球的各种情况、现象及其相互作用，认识地球系统，并了解地球系统变化的规律。该计划由EOSEOSEOSEOS科学研究计划、EOSEOSEOSEOS航天观测系统、数据信息系统三大部分组成。1.31.31.31.31.31.31.31.3地理信息科学地理信息科学地理信息科学地理信息科学地理信息科学地理信息科学地理信息科学地理信息科学信息时代的地理学是关于地理信息的本质特征与运动规律的科学，其研究对象是地理信息模拟————————数字————————信息1.41.41.41.41.41.41.41.4地球空间信息科学地球空间信息科学地球空间信息科学地球空间信息科学地球空间信息科学地球空间信息科学地球空间信息科学地球空间信息科学地球空间信息科学是地球科学、空间科学和信息科学交叉渗透发展的结果。它由地球空间信息理论、地球空间信息技术和地球空间信息应用三个部分组成。它的主要研究方向是从空间信息流的角度揭示和认识地球系统，特别是地球表层系统的现象和过程，地球各圈层相互作用的时空特征。地球空间信息科学在国家和区域的可持续发展及资源、环境和人口的协调发展中具有广阔的应用前景。1.51.51.51.51.51.51.51.5地理信息系统地理信息系统地理信息系统地理信息系统地理信息系统地理信息系统地理信息系统地理信息系统GISGISGISGIS是地球空间信息科学的重要内容之一GISGISGISGIS强调在技术层面上对地球空间信息的存储、处理和空间分析GIS在地球信息科学在地球信息科学在地球信息科学在地球信息科学与技术体系中的地位与技术体系中的地位与技术体系中的地位与技术体系中的地位GIT全球定位系统（GPS）GlobalPositionSystem遥感技术（RS）RemoteSensing地球信息科学（GI）Geo-Infomatics地理信息系统（GIS）GeographicInformationSystem地球信息科学与技术（GIT）Geo-InformaticsandTechnologyGIT=GI∩RS∩GIS∩GPSGIS学科内容及其逻辑关系学科内容及其逻辑关系学科内容及其逻辑关系学科内容及其逻辑关系地理信息技术（T）GeographyInformationTechniqueGIS地理信息科学（S）GeographyInformationScience地理信息工程（E）GeographyInformationEngineeringGIS=S∩T∩E第二章第二章第二章第二章GISGISGISGIS的基础理论的基础理论的基础理论的基础理论GISGISGISGIS发展之初并无完善和系统的基础理论，其发展主要依靠技术引导和应用驱动，但不能因此而轻视理论的作用。一般认为地球科学和信息科学是GISGISGISGIS的理论支点。2.12.12.12.1地理系统理论地理系统理论地理系统理论地理系统理论一、混沌理论是研究地理系统混沌状态的理论。混沌是研究事物的初始阶段如何进行自组织的理论。研究地理系统混沌理论的目的是从地理系统的紊乱中寻找规律。二、地理协同理论地理系统的各要素或子系统功能相加，具有非线性特征。三、人地系统理论在历史上曾有过环境决定论、人定胜天论、人与环境协调理论等，但最完备、最科学的还是现在的可持续发展理论。四、地带性规律地理系统就是整体性与分异性的统一。整体性指任何地理系统或区域系统都是资源、环境、经济和社会的综合体；分异性或地带性指由于地球表层物质和能量分布的不均匀性所造成的地理空间的分异性特征。五、区位理论地理空间结构与空间功能具有区位特征2.22.22.22.2地理信息理论地理信息理论地理信息理论地理信息理论一、地理信息熵（信噪比）用来度量地理信息载体的信息能量，即地理信息载体的信息与噪声之比，简称““““信噪比””””，是评价地理信息载体的质量标准。二、地理信息流地理信息流是由于物质和能量在空间分布上存在着不均衡现象所产生的，它依附于物质流和能量流而存在，也是物质流、能量流的性质、特征和状态的表征和知识。三、地理空间场理论即地理能量场信息理论，对于不同的地理实体，可形成不同的地理空间或地理空间场。四、地理实体电磁波能量信息理论是作为地理信息系统的主要信息源的遥感信息的基础理论。五、地理信息关联性理论它是从事物间的联系、依存和制约的普遍性原则出发，研究地理信息间的内在联系和机理。对于GISGISGISGIS的信息获取、组织、分析、综合、模拟、评估、预测，及地理信息融合、信息共享等，都具有重要的理论指导作用。六、GISGISGISGIS的相关理论问题�空间数据的计算机表达、采集问题、精度和质量�海量数据存储和传输、数据分析、显示表达�维护、交换、应用、管理理论研究亟待解决的问题理论研究亟待解决的问题理论研究亟待解决的问题理论研究亟待解决的问题GISGISGISGIS的设计与实现方法学GISGISGISGIS的功能超媒体GISGISGISGIS的建立GISGISGISGIS信息的深加工GISGISGISGIS的可视化与虚拟现实2.32.32.32.3地理（地球）空间认知理论地理（地球）空间认知理论地理（地球）空间认知理论地理（地球）空间认知理论地图学中有认知地图和心像地图之理论地理（地球）空间认知包括感知过程、表象过程、记忆过程和思维过程�司机对道路从不熟悉到熟悉、从盲目找路到快速确定