地理信息系统概论(第一章)new.ppt

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1、地理信息系统概论 任课教师：冯文钊 Email: 第一章 地理信息系统概述 数据、信息和信息系统 地理信息系统基本概念和本质特征 地理信息系统的组成及功能 地理信息系统发展和应用 1.数据、信息和信息系统 v系统 系统 具有特定的功能，保持相对的动态稳定，特定条件 下发生突变。 系统是开放的，系统内部、系统与环境之间有着物 质、能量及信息的交互。 系统通过相互协调来获得最好的整体功能。 信息系统是一种采集、输入数据或低级信息 ，按照人们的指令进行加工处理，提取、输 出有用信息乃至知识的系统。 输入 系统的环境 功能及其运作 系统一般组成示意图 输出 1.数据、信息和信息系统 v数据和信息 数据

2、（Data）：是人类在认识世界过程中，定性或定量 描述认识目标的直接记录或原始资料 信息（Information）：信息是通过对数据进行解释、运 用和解算后产生的对人类认识有意义的消息或因素。 特征：客观性、适用性、传输性和共享性 数据和信息的关系 数据是信息的载体（表达），是人类认识过程的直接记 录或原始素材；信息是潜在于数据中的意义（内容）， 是对数据的解释，是对数据加工后的有认识意义的结果 1.数据、信息和信息系统 v信息系统：信息系统是采集、输入数据或低级 信息，进行加工处理，输出有用信息的系统 v信息系统的本质特征：从数据中提取和发掘有 用信息 v基于计算机的信息系统（数据库） v信

3、息系统的构成要素：数据及信息、软件、硬 件和人员 v信息和信息系统的层次性 v数据挖掘和知识发现（data ming and knowledge discovery，简称DM 和 KD）：认证 合理的、新的结构特征，以形成更深层次的知 识。 输入数据或 输出信息 低级信息 乃至知识 处理功能 （存贮显示分析等） 信息系统示意 2.地理信息系统基本概念和本质特征 v地理空间数据和信息 v地理空间数据和信息 地理空间数据：符号化表示的、地球表层空间地理现象和事务的直接纪 录。 地理空间信息：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、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。

4、v地理空间数据和信息的三个基本特征 空间位置特征 多位结构（属性特征） 时态特征 地理空间数据区别于一般计算机数据的本质特征 空间位置特征 空间特征数据和属性数据之间的一一对应的关系或链接关系 2.地理信息系统基本概念和本质特征 v地理信息系统定义（据FICCDC） GIS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。 用户界面 系统和数据库管理 数据库建立 和数据输入 空间数据 处理和分析 产品 生成和输出 2.地理信息系统基本概念和本质特征 nGIS的物理外壳是计算机化的技术系统 nGIS的操作对象

5、是空间数据 坐标串形式存储的离散型空间数据 栅格单元表达的连续型空间数据 混合数据结构、数据集成、地理空间分析、 定位、表达和决策支持功能 GIS与地理学和测绘学关系密切 2.地理信息系统基本概念和本质特征 v地理信息系统区别于一般信息系统的主 要特点 v地理空间数据和信息的特殊复杂性 v必须具备科学可视化功能 v区域性和多层次 v数据量大 v注重空间分析 2.地理信息系统基本概念和本质特征 v地理信息系统与计算机科学技术的关系 n地理信息系统与计算机科学技术总体的关系 吸收计算机技术 作出一定的贡献 GIS正在融入计算机主流 n地理信息系统与各计算机具体分支技术的关系 数据库技术 图像图像技

6、术 网络技术 OA技术 人工智能、专家系统 n地理信息系统与CAD系统的区别 空间分析 图形处理 2.地理信息系统基本概念和本质特征 v地理信息系统与其他学科的关系 3.地理信息系统的组成及功能 vGIS的基本构成 v硬件 主机 输入、输出设备 网络设备 3.地理信息系统的组成及功能 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 3.地理信息系统的组成及功能 输入、数据采集（数字化仪、扫描仪）

7、 建库、数据管理（服务器、工作站） 查询、空间分析（服务器、工作站） 决策支持、上网（服务器、工作站、） 制作专题图（服务器、工作站） 输出（绘图仪） 3.地理信息系统的组成及功能 单机模式： 由基本外设、处理 设备和输出设备构 成 适用于小型GIS建 设 数据传输与资源共 享不方便 3.地理信息系统的组成及功能 局域网模式： 部门或单位内部 GIS建设 专线连接 资源共享较方便 输 出用户组1 输 入 GIS中央 数据库与网管 Intranet 用户组n 3.地理信息系统的组成及功能 广域网模式： 用户分布地域广 泛，不适合专线 连接 公共通讯连接 资源共享方便 局部范围为局域 网，通过若干

8、通 道与广域网连接 输入 GIS中央 数据库 （服务器） 图象 处理系统 局域网 用户组 输出 多媒体 系统 用户用户 主 干 网 Internet 3.地理信息系统的组成及功能 软件 GIS专业软件 数据输入和编辑 空间数据管理 数据处理和分析 数据输出 用户界面 系统二次开发能力 3.地理信息系统的组成及功能 数据库软件 Oracle SQL Server SDE(Spatial Database Engine空间数据引 擎) 系统管理软件 Unix Windows 3.地理信息系统的组成及功能 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

9、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 GIS 3.地理信息系统的组成及功能 n地理空间数据和信息 混合式 扩展式 开放式 3.地理信息系统的组成及功能 系统开发、管理和使用人员 咨 询 管 理 信息管 理 数据整 理 GIS的开发是以人为本的系统 工程。 业务素质与专业知识是GIS工 程及应用成功的关键。 不但对GIS的技术和功能有足 够的了解，而且要具备组织管 理管理的能力。 技术培训、硬件维护与更新、 系统升级、数据更新、文档管 理、数据共享建设等。 3.地理信息系统的组成及功能 应用模型 系 统 软 件 系 统 硬 件 空间 数据 人员

10、应用 模型 （客户端计算机） 各种GIS软件（包） 数据输入输出、处理 分析等功能模块 操作系统等 系统软件 面向用户 的功能模块 分析模型 专家系统 用户界面 用户 （服务器计算机） GIS服务器软件GIS数据库 观测记录 遥感数据 传统地图 电子地图 声像数据 键盘 数字化仪 扫描仪 光磁盘机 媒体设备 输 入 不同形式输入数据 输入设备 显示器 绘图仪 打印机 激光照排 媒体设备 地图 图像 表格 文字 声像 输 出 输出设备 不同形式输出 3.地理信息系统的组成及功能 vGIS的功能 3.地理信息系统的组成及功能 采集数据 3.地理信息系统的组成及功能 管理各行业数据 测绘 勘测 规划

11、 土地 交通 管线 农林 水利 环保 油田 地质 军事 3.地理信息系统的组成及功能 管理海量数据 3.地理信息系统的组成及功能 查询 浏览 3.地理信息系统的组成及功能 专业分析 3.地理信息系统的组成及功能 路径分析 3.地理信息系统的组成及功能 地图整饰 3.地理信息系统的组成及功能 动态分段 3.地理信息系统的组成及功能 断面分析 3.地理信息系统的组成及功能 格网分析 3.地理信息系统的组成及功能 生成数字高程模型 3.地理信息系统的组成及功能 三维地下体分析 3.地理信息系统的组成及功能 基本功能 数据采集与编辑 数据存储与管理 数据处理和变换 数据变换 数据重构 数据抽取 空间分

12、析和统计 拓扑叠合 缓冲区建立 数字地形分析 空间集合分析 产品制作与显示 3.地理信息系统的组成及功能 二次开发和编程 GIS的空间分析技术与手段是有限的，而实际应 用模型是无可枚举的，任何GIS都应提供二次开发工 具，定制菜单、程序与可视化界面等 GIS二次开发环境： 专用工具：如Arc/Info的AML语言； 通用语言：如VC+、VB、Delphi等 组件开发：如MapInfo的MapX； 3.地理信息系统的组成及功能 n应用功能 资源管理 区域规划 国土监测 辅助决策 3.地理信息系统的组成及功能 4.地理信息系统发展和应用 v地理信息系统的产生与发展 v强劲的需求导致GIS的产生 v

13、GIS的产生和发展 地理信息系统的开拓期（60年代） 地理信息系统的巩固发展期（70年代） 地理信息系统技术大发展时期（80年代） 地理信息系统的应用普及时代（90年代） 时间标志 数据库 管理 空间关系 分析 专业模型 空间信息 模型 20世纪60年 代（ 管理） CGISY 20世纪80年 代 （管理） ARC/INFOYY(简单) 20世纪90年 代初 （分析） 专业研究 用户 YY(简单)Y(外挂) 20世纪90年 代中 （模拟） GoodChild Fischer Haining Fothringham OpenShow等 YY(简单)Y(外挂)Y(外挂) 2000年 （调控） 区域

14、系统 可持续发展 调控 Y 空间信息分 析 （模块） Y(模块) 空间过程模 拟模型（模 块） 4.地理信息系统发展和应用 nGIS的国内发展状况 20世纪70年代准备阶段 1980-1985起步阶段 1986-1990发展阶段 20世纪90年代快速发展阶段 4.地理信息系统发展和应用 vGIS的发展态势 vGIS已经成为一门综合性技术 3S集成 GIS信息共享措施的建立 多源空间数据的无逢集成 GIS图形与属性的无逢结合 空间数据交换格式的解决 空间数据仓库和元数据技术 多维和动态的数据模型 4.地理信息系统发展和应用 vGIS的产业化的发展势头强劲 主要的GIS产品供应商国外 INTERG

15、APH ESRI AutoDesk BSI Smallworld MapInfo Seimens Landmark Other 4.地理信息系统发展和应用 主要的GIS产品供应商国内 MapGis GeoStar SuperMap 4.地理信息系统发展和应用 组件式GIS 研制单位组件式GIS ESRIMapObjects IntergraphGeomedia MapinfoMapX 4.地理信息系统发展和应用 nGIS网络化已构成当今社会的热点 浏览器 嵌入式 组件 Internet WWW 服务器 应用 服务器 数据 服务器 元数据 查询 搜索 引擎 URL HTTP FTP 研制单位We

16、b GIS ESRIInternet Map Server IntergraphGeomedia Web Map MapinfoMapXtreme AutoDeskMapGuide BentlyModel Server/Discovery 长地公司MapGIS Web 4.地理信息系统发展和应用 Web GIS解决方案 4.地理信息系统发展和应用 n地理信息科学的产生和发展 主体：地球信息机理 手段：地理信息技术 应用领域：全球变化与区域可持续发展 4.地理信息系统发展和应用 v地理信息系统的应用领域 地理逻辑地理逻辑 绘图绘图 绘图机构绘图机构 地质测绘地质测绘 地方政府地方政府 人口局人口

17、局 税务部门税务部门 旅游旅游 服务业服务业 公用事业公用事业 公司公司 企业企业教育教育 交通运输交通运输 部门部门 4.地理信息系统发展和应用 v政府部门 v企业和商业领域 v民用 农业： 表现土地利用的卫星影像与厄尔逆诺的气象波动 模型相结合可以预测对农业的影响。 GPS（全球定位系统）接受器与便携式 GIS 软件相结 合可以实时、准确地为农业生产提供某地化学物质的 浓度。 在加利福利亚的圣华金河流域，GIS被用来模拟 非点源污染。生成的地图提供了土壤盐分的可视化显 示。 商业地理方面 一个公司利用GIS来评估其办公地点迁址将对员 工变换工作（employees commute to w

18、ork）的影响 。 魁北克一家面临竞争压力的小公司用GIS开发了 它的客户数据库，并用以辨别客户的分布情况，加大 邮件宣传的效率并提高客户的回头率。 旧金山的一个组织用GIS来帮助小型商业公司寻 找那些具有合适的商业、经济、人口和交通属性等内 容的贸易空间 军事 美国空军利用 GIS 技术来管理、维护和可视化 数以百万计的气候记录。 瑞典军队为改善军事计划，在这一方面做过更深 入的工作，他们把军用和民用目标用不同的符号分别 表示出来。 加拿大军队则有定制的 GIS 软件并将其与陆军 的命令系统结合起来应用。 生态和环保 哥伦比亚正在建立一个 GIS 数据库以对那些预 留出来作为国家公园的土地进

19、行优先次序排序。 在肯尼亚，通过 GIS 可以显示出大型哺乳动物 在雨季都散布在热带稀疏草原上，而在旱季则集中在 盆地里。理解哺乳动物的季节迁移模式对于管理野生 动物和牲畜的水资源分配非常重要。 在加利福利亚的Santa Catalina岛，GIS被用来评 估生态成本和泥土路的效益。道路虽然为生态管理提 供通路，但同是又破坏了生态景观，因此在生态环境 方面它的存在与否很难做决断。 电力和煤气（AM/FM） 贝鲁特正在利用GIS分析它的电力线路以减少损 失、提高电压。GIS用来模拟能达到最优电力效益的 设施布置措施。 新墨西哥州也正在利用GIS来管理其公众服务设 施布局、正常运转并维护长达250

20、0英里的电力输送 。关注的主要问题是防止对环境有损害的活动。 丹麦能源部正在建立全国每幢建筑中能源用量 的数据库。这种信息对于规划发电站和设计分布体系 非常重要。 紧急情况处理和公共安全 1977年，探测土星的卡西尼太空船发射。GIS被 用来评估甲板上钚发生器出现意外的风 险情况。 意大利国家地震调查局正在建立一种综合的信息 系统以对主要的地震事件生成实时的 表格报告和运作图。 环境管理 在朝鲜，国家公园的分区按照风景质量、高程、 坡度、自然状况等标准进行分析。分析发现一些公园 无法进行正确的分区。 土耳其建立了一个大型水坝。GIS用来对大坝建成 后对灌溉、水力发电、卫生、采矿教育、旅游以及电

21、 讯等方面产生的影响进行全面的评估。 在巴伐利亚，生态平衡与GIS软件相结合为环境 管理提供有力的工具。这种信息通过网络进行发布。 林业 在森林覆盖的盆地，公路的修建和使用将极大地 增加沉积物的沉积作用。林业公司正在建立一个公路 沉积物模型以确定一个维护计划。 美国渔业和野生动植物组织已经在发现濒临灭绝 的红翎啄木鸟的地方确定了一个管理森林的指导方针 。GIS用来计算它们的活动范围和觅食区域。 卫生保健 加利福利亚州要求县政府报告门诊病人卫生保健 中产生的文化和种族问题。GIS用来表现地理、社会 经济、人口统计以及卫生保健设施的数据。 大学里的研究人员也利用GIS来分析罕见疾病的 流行情况，并

22、估计个人感染的环境危险系数。 在科罗拉多州，体重过轻婴儿的百分比高出了全 国平均值。GIS用来调查其原因，如年龄、种族、教 育、高程以及对公共卫生服务设施的获取情况。 采矿和地理科学 西维吉尼亚利用GIS来监测酸矿井排水进入地表 水的情况。高程、水文、矿区面积、水质数据都综合 起来进行监测。 采矿服务公司利用GIS为核废弃物贮藏地、矿产 勘探计划和地下水监测生成三维数据库。 电讯 在哥伦比亚，光纤干线网络通过GIS数据库可以 很容易地查看。在该数据库中，每一个网络部件要素 都被记录在案。 在印度尼西亚，用GIS研究广播站的位置、听众 人数以及设备的维护等，并以此来管理广播电话。电 讯咨询公司使

23、用土地利用与土地覆盖数据来预测无线 通讯系统信号衰减情况。 运输 在韩国，GIS用来实时监测交通状况，从而减轻 高速公路上的交通瓶颈。 在乔治亚州，GIS技术用来管理车道路面状况。 在此基础上，对基于负载破裂的公路段等级进行了研 究。 水资源与水资源分布 埃及人口增长和农业扩张对水资源管理提出了 新的要求。政府正在建立一个对尼罗河水道、运河、 排水沟和泵站进行管理的系统。 在佛罗里达，水压计算模型用来减轻公共厕所 下水道水量溢出的情况。当大量暴雨来临时，卫星影 像用来估计降雨量并对下水道泵站的工作提供必要的 帮助。 在加拿大，水力污染运输模型被用来模拟不同情 况下多污染源的影响。 应用界面 空间 处理 属性 处理 空间数 据管理 属性数据管理 (RDBMS) 空间 数据库 属性 数据库 ID 混合式数据库管理系统 应用界面 空间 处理 属性 处理 空间数据 管理层 RDBMS 空间与属性数据库 扩展式数据库管理系统 应用界面 空间 处理 属性 处理 专门的DBMS 空间与属性数据库 开放式数据库管理系统