第一章 导论

合肥工业大学资源与环境工程学院Email：[e-mail]:526091899主要内容第1节地理信息系统基本概念第2节地理信息系统的基本构成第3节地理信息系统的功能简介第4节地理信息系统的发展概况本章重点：GIS的基本概念、构成和功能第一节地理信息系统的基本概念一、数据与信息（一）基本概念数据是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。信息是以数字、文字、符号、语言、图像等形式来表示事件、现象等的内容、数量或特征，向人们提供关于现实世界各种事实的知识，为生产、管理和决策提供依据。信息是现实世界在人们头脑中的反映。2020/9/283第一节地理信息系统的基本概念（二）信息的特点2020/9/284任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息正确性和精确度的保证。GIS将大量的地理数据收集、组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对决策具有重要意义的有用信息，这是由系统建立的明确目的性所决定的。信息可在发送者和接受者之间进行传输。客观性适用性传输性共享性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。第一节地理信息系统的基本概念（三）两者关系信息与数据是不可分离的，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。数据本身并没有意义，数据只有通过解释，对实体行为产生影响时才成为信息。2020/9/285第一节地理信息系统的基本概念（四）数据处理与解释数据处理是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算以及分析、模拟和预测等操作。其目的在于：把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式把数据加工成对正确管理和决策有用的数据把数据编辑后存储起来，以供后续使用数据处理是为数据解释服务的，数据解释还需要人类的智慧，对同一数据，各人的解释可能不同，其对决策的影响也不同，而不同的解释，则往往来自于不同的背景、目的和应用。2020/9/286第一节地理信息系统的基本概念二、地理信息与地理信息系统（一）地理信息基本概念地理数据是与地理环境要素有关的物质的数量、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。地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理含义，是与研究对象的空间地理分布有关的信息。2020/9/287第一节地理信息系统的基本概念地理信息的特征2020/9/288空间特征（地域性）1地理信息属于空间信息，其数据是与确定的空间位置联系在一起的，它的这种定位特征是通过统一的地理定位基础来体现的。2在二维空间定位基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理信息各圈层之间的综合研究提供可能，也为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。属性特征（多维结构）3时空的动态变化引起地理信息的属性或空间数据的变化，实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使其具有现势性。时序特征第一节地理信息系统的基本概念（二）地理信息系统地理信息系统简称为GIS。关于它确切的全称，多数人认为是GeographicalInformationSystem，也有人认为是Geo-InformationSystem。国际上现发行的两种主要的专业杂志，就是各自采用不同的全称，前者是英国出版的季刊的全称，后者是德国出版的季刊的全称。在加拿大和澳大利亚，则称为LandInformationSystem。在我国，通常称为ResourcesandEnvironmentalInformationSystems。全称虽有差异，但简称都是GIS。2020/9/289第一节地理信息系统的基本概念2020/9/2810什么是GIS第一节地理信息系统的基本概念定义1.美国的Parker：地理信息系统是一种存储、分析和显示空间与非空间数据的信息技术。2.美国的MichaelGoodchild：采集、存储、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统。3.加拿大的RogerTomlinson：全方位分析和操作地理数据的数字系统。4.PeterBurroughs：地理信息系统是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具。5.俄罗斯学者：一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合。……，有的侧重技术内涵，有的侧重应用功能2020/9/2811第一节地理信息系统的基本概念推荐：美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）：地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来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。2020/9/2812第一节地理信息系统的基本概念2020/9/2813地理信息系统的概念框架和构成用户界面系统和数据库管理产品生成产品输出空间数据处理空间数据分析数据输入数据库建立第一节地理信息系统的基本概念基本概念1.GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，该系统通常由若干相互关联的子系统构成；2.GIS的操作对象是地理实体；3.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、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等；4.相关学科：地理学、测绘学……2020/9/2814第一节地理信息系统的基本概念2020/9/2815GIS相关学科GIS计算机科学数据库理论软件工程计算机图形学图像处理人工智能网络计算数学几何学拓扑学统计分析地理学、测绘学、地学地图学RS、GPS其它应用科学2020/9/2816数学运算研究统计学地理统计学认知科学计算机科学测量遥感摄影测量学制图学可视化符号学信息存储数据库模式识别计算几何计算机图形学人工智能旅游业航运市场资产管理产业/商业矿产开发设施维护公共信息查询公共管理考古学人文地理学社会科学健康护理规划流行病学环境科学地貌学土壤科学森林学地质学生态学水文学气象学地形测量环境测量社会、经济测量学科树GIS从技术和应用的角度，GIS是解决空间问题的工具、方法和技术，简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统；从学科的角度，GIS是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系；从功能上，GIS具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能；从系统学的角度，GIS具有一定结构和功能，是一个完整的系统。2020/9/2817第一节地理信息系统的基本概念第一节地理信息系统的基本概念特点1.公共的地理定位基础；2.具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力;3.系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息；4.以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统。2020/9/28182020/9/2819第一节地理信息系统的基本概念与其它系统的区别1.GIS与一般MISGIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而一般MIS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。2.GIS与CAD/CAM二者虽然都有参考系统，都能表达和处理空间定位数据，但CAD/CAM系统属性库功能弱，更缺乏空间分析和判断能力。2020/9/2820第一节地理信息系统的基本概念地理信息系统的分类体系非空间信息系统管理信息系统信息系统专题GISGIS非地理信息系统综合GISCAD/CAM空间信息系统地籍GIS交通GIS人口GIS……城市GIS省GIS数字地球……数据模型矢量GIS栅格GIS矢-栅GIS研究范围全球GIS区域GIS研究内容国家GISGIS分类第二节地理信息系统的基本构成2020/9/2821GISTitleinhere空间数据Titleinhere系统软件Titleinhere系统硬件应用人员应用模型2020/9/2822第二节地理信息系统的基本构成一、系统硬件GPS全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器RS全站仪绘图仪终端打印机输出设备专用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计算机处理设备输入设备常规设备扫描仪数字化仪键盘、鼠标第二节地理信息系统的基本构成2020/9/2823GIS应用软件GIS基础软件平台数据库系统软件（存储和管理）系统库（编程语言、数学库等）操作系统（系统调用、设备运行、网络管理等）GIS功能软件基础支撑软件操作系统软件地理信息系统软件层次二、系统软件(一）GIS软件层次2020/9/2824第二节地理信息系统的基本构成(二）GIS基础软件平台功能空间数据的输入和编辑空间数据的管理空间数据的处理和分析空间数据的输出图形用户界面系统二次开发三、空间数据2020/9/2825第二节地理信息系统的基本构成地理数据空间数据矢量数据点线面栅格数据平面曲面属性数据名称类型数量时态数据描述对象时空变化的状态、特点和过程四、应用人员包括系统开发人员和终端用户，从事系统的组织、管理、维护和数据更新、应用程序开发、信息提取、地理决策2020/9/2826第二节地理信息系统的基本构成五、应用模型GIS应用模型是为某一特定的实际工作而建立的运用地理信息系统的解决方案，是人们对客观世界的规律性认识，再经过从概念到计算机信息表达的映射，形成计算机可以运行的软件功能序列，其构建和选择是系统应用成败至关重要的因素。虽然GIS为解决各种现实问题提供了有效的基本工具，但对于某一专门应用目的的解决，必须通过构建专门的应用模型，它是GIS与相关专业连接的纽带。2020/9/2827第二节地理信息系统的基本构成2020/9/2828第二节地理信息系统的基本构成需要解决的问题多元数据收集规划定义过程应用操作过程问题的定义分析/联合问题的实质证据/数据/假设问题的概念概念/要素/方法解决问题的数据数据源/数据集数据库建立数据输入/格式化问题数据子集提取/综合问题求解统计计算/模型分析/空间分析问题答案验证/解释/表达用GIS求解问题的基本流程（陈述彭）2020/9/2829GIS可以干什么第三节地理信息系统的功能简介2020/9/2830如何为一公园选择合理位置？依山傍水；交通方便；较安静，空气新鲜，有植被覆盖……要求方案2条件2方案1条件1现实世界获取水系信息地形信息道路信息植被信息等+++处理、分析空间分析算法空间数据库存储实例第三节地理信息系统的功能简介一、基本功能2020/9/2831二次开发与编程产品制作与演示空间分析和统计数据处理与变换数据采集与编辑数据存储与管理GIS6123452020/9/2832第三节地理信息系统的功能简介（一）数据采集与编辑分层组织2020/9/2833第三节地理信息系统的功能简介现实世界文字报告、遥感图像等数字化仪、扫描仪GPS、RS设备解析测图仪键盘等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库采集流程2020/9/2834（二）数据存储与管理GIS数据库（空间数据库）是区域内一定地理要素特征以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。空间数据的管理技术空间数据库的定义，数据访问和提取，从空间位置检索空间物体及其属性，从属性条件检索空间物体及其位置，开窗和接边操作，数据更新和维护等。第三节地理信息系统的功能简介2020/9/2835第三节地理信息系统的功能简介数据查询空间数据库哈尔滨在哪里？空间查询属性查询78路公交经过哪些站？2020/9/2836（三）数据处理与变换数据变换指对数据从一种数学状态转换为另一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、比例尺缩放、误差改正和处理等；数据重构指对数据从一种几何形态转换为另一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据压缩、结构转换等；数据抽取指对数据从全集合到子集的条件提取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间内插等。第三节地理