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新编地图学教程 电子教案 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第9章 地理信息系统与地图1 1 地理信息系统概述地理信息系统概述2 2 地理信息系统的功能与软件产品地理信息系统的功能与软件产品3 3 GISGIS的空间分析的空间分析4 4 GISGIS应用与地图分析应用与地图分析 地理信息系统（地理信息系统（地理信息系统（地理信息系统（Geographic Information System,Geographic Information System,Geographic Information System,Geographic Information System,简称简称简称简称GISGISGISGIS），是一种专业的信息系统，它的对象是那些具有空间属性特征），是一种专业的信息系统，它的对象是那些具有空间属性特征），是一种专业的信息系统，它的对象是那些具有空间属性特征），是一种专业的信息系统，它的对象是那些具有空间属性特征的地理信息。地理信息系统与地图学有密切联系：地理信息系统脱的地理信息。地理信息系统与地图学有密切联系：地理信息系统脱的地理信息。地理信息系统与地图学有密切联系：地理信息系统脱的地理信息。地理信息系统与地图学有密切联系：地理信息系统脱胎于地图，并在机助制图基础上发展起来；图形处理是地理信息系胎于地图，并在机助制图基础上发展起来；图形处理是地理信息系胎于地图，并在机助制图基础上发展起来；图形处理是地理信息系胎于地图，并在机助制图基础上发展起来；图形处理是地理信息系统的重要内容；地图是地理信息系统中主要的空间数据来源，也是统的重要内容；地图是地理信息系统中主要的空间数据来源，也是统的重要内容；地图是地理信息系统中主要的空间数据来源，也是统的重要内容；地图是地理信息系统中主要的空间数据来源，也是它最终输出的一种主要形式。地图是地理信息系统的主要支撑。它最终输出的一种主要形式。地图是地理信息系统的主要支撑。它最终输出的一种主要形式。地图是地理信息系统的主要支撑。它最终输出的一种主要形式。地图是地理信息系统的主要支撑。1 1 1 1 地理信息系统概述地理信息系统概述地理信息系统概述地理信息系统概述 1.1 1.1 地理信息系统的定义与组成地理信息系统的定义与组成1.1.地理信息系统的地理信息系统的定义定义 地理信息系统是综合处理和分析空间数据的一种技术系地理信息系统是综合处理和分析空间数据的一种技术系地理信息系统是综合处理和分析空间数据的一种技术系地理信息系统是综合处理和分析空间数据的一种技术系统。它是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持统。它是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持统。它是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持统。它是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态显示，并采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态显示，并采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态显示，并采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。机技术系统。机技术系统。机技术系统。(1)(1)(1)(1)硬件硬件硬件硬件(2)(2)(2)(2)软件软件软件软件(3)(3)(3)(3)数据数据数据数据(4)(4)(4)(4)操作者操作者操作者操作者2.2.地理信息系统的地理信息系统的组成组成计 算 机 主 机数据输入设备数据存储设备数据输出设备数据输入子系统数据的预处理子系统数据的存贮与管理子系统空间分析子系统数据输出子系统空间特征属性特征时间特征系 统 开 发 人 员GIS 最 终 用 户1.2 1.2 地理信息系统类型地理信息系统类型1.1.综合性地理信息系统综合性地理信息系统综合性地理信息系统综合性地理信息系统2.2.区域性地理信息系统区域性地理信息系统区域性地理信息系统区域性地理信息系统3.3.专题性地理信息系统专题性地理信息系统专题性地理信息系统专题性地理信息系统1.3 1.3 数字地图制图与数字地图制图与GISGIS的关系的关系 数字地图制图与地理信息系统从它们的形成开始数字地图制图与地理信息系统从它们的形成开始数字地图制图与地理信息系统从它们的形成开始数字地图制图与地理信息系统从它们的形成开始一直到发展至今，都是紧密联系在一起的，它们的主一直到发展至今，都是紧密联系在一起的，它们的主一直到发展至今，都是紧密联系在一起的，它们的主一直到发展至今，都是紧密联系在一起的，它们的主要区别在于最终的目的不同：数字地图制图要区别在于最终的目的不同：数字地图制图要区别在于最终的目的不同：数字地图制图要区别在于最终的目的不同：数字地图制图的目的是的目的是快速、精确地编制高质量的地图。快速、精确地编制高质量的地图。地理信息系统地理信息系统地理信息系统地理信息系统的目的目的是为地理研究和地理决策提供服务。的是为地理研究和地理决策提供服务。2.1 2.1 2.1 2.1 地理信息系统的基本功能地理信息系统的基本功能地理信息系统的基本功能地理信息系统的基本功能1.1.1.1.数据的采集与输入数据的采集与输入数据的采集与输入数据的采集与输入2 2 地理信息系统功能与软件产品地理信息系统功能与软件产品野外测量数据野外测量数据和属性数据和属性数据现有地图像片遥感图像数字信息键盘电子数据记录数字化仪扫描仪摄像机光驱软驱磁带机数据输入数据库GIS软件系统的主要功能：(1)(1)空间数据管理空间数据管理(2)(2)自动生成拓扑关系自动生成拓扑关系(3)(3)地图概括与地图信息提取地图概括与地图信息提取(4)(4)图幅管理及空间数据处理图幅管理及空间数据处理(5)(5)缓冲区生成，图像与图形的叠合与分离缓冲区生成，图像与图形的叠合与分离(6)(6)数字地形分析数字地形分析(7)(7)格网分析与量测计算格网分析与量测计算(8)(8)自动制图自动制图2.2.数据管理、分析和处理数据管理、分析和处理数据输出显示器绘图仪打印机图像各种地图、专题图报表3.3.数据输出数据输出彩色喷墨绘图仪彩色喷墨绘图仪彩色激光打印机彩色激光打印机1.ARC/INFO(1)(1)PC_ARC/INFOPC_ARC/INFO系统的软件结构系统的软件结构(2)(2)PC_ARC/INFOPC_ARC/INFO制图的特点制图的特点(3)(3)PC_ARC/INFOPC_ARC/INFO制图模式的优点制图模式的优点(4)(4)PC_ARC/INFOPC_ARC/INFO在制图中存在的问题在制图中存在的问题(5)(5)强大的空间分析功能强大的空间分析功能易于派生新图和更新地图便于快速、多样地确定地图的表现形式几何数据与属性数据输入编辑修改建立空间信息的图形描述（符号）输出地图没有交互式图面配置设计功能编辑状态与制图状态的分离(美国环境系统研究所公司美国环境系统研究所公司 ESRI Inc.ESRI Inc.产品产品)2.2 2.2 专业型专业型GISGIS软件软件 MGE(Modular GIS Environment)MGE(Modular GIS Environment)模块化模块化GISGIS环境，环境，是是IntergraphIntergraph典型的典型的GISGIS一体化应用产品。一体化应用产品。(1)MGE (1)MGE软件的基本结构软件的基本结构 (2)MGE (2)MGE的扩展结构的扩展结构2.Intergraph(Intergraph Inc.(Intergraph Inc.产品产品)3.GENAMAP3.GENAMAP GENAMAP GENAMAP 是基于是基于UNIXUNIX、WINDOWSWINDOWS的的GISGIS软件产品。它软件产品。它具有较强的功能，较好的一致性、开放性和易操作性。具有较强的功能，较好的一致性、开放性和易操作性。Australia Genasys Inc.产品2.3 2.3 大众化桌面大众化桌面GISGIS软件软件1.ARCVIEW（美国环境系统研究所公司（美国环境系统研究所公司ESRI Inc.产品）产品）(1)(1)(1)(1)软件结构软件结构软件结构软件结构(2)(2)(2)(2)基本功能基本功能基本功能基本功能 图形显示和信息查询功能图形显示和信息查询功能图形显示和信息查询功能图形显示和信息查询功能 投影变换功能投影变换功能投影变换功能投影变换功能 地图概括功能地图概括功能地图概括功能地图概括功能 热连接热连接热连接热连接 数据建立、增删、修改、派生、电子表格形显示、数据建立、增删、修改、派生、电子表格形显示、数据建立、增删、修改、派生、电子表格形显示、数据建立、增删、修改、派生、电子表格形显示、字段选择，支持假名等功能。字段选择，支持假名等功能。字段选择，支持假名等功能。字段选择，支持假名等功能。直观、动态的统计图表示功能。直观、动态的统计图表示功能。直观、动态的统计图表示功能。直观、动态的统计图表示功能。2.MAPGIS2.MAPGIS 是集图形、图像、地质、地理、遥感、人工智能、计算机科是集图形、图像、地质、地理、遥感、人工智能、计算机科学等于一体的全汉字学等于一体的全汉字GISGIS软件系统。软件系统。MAPGISMAPGIS由三部分组成：由三部分组成：(1)(1)MAPGISMAPGIS微机彩色地图编辑出版系统，微机彩色地图编辑出版系统，(2)MAP(2)MAP库管理系统，库管理系统，(3)(3)空间分析系统。空间分析系统。武汉中地信息工程有限公司 3.Geostar吉奥之星（武汉吉奥信息工程技术有限公司）（武汉吉奥信息工程技术有限公司）吉奥之星 GIS 软件系统采用基于矢量栅格一体化的数据结构和面向对象技术，以网络化和集成化为手段，将矢量数据、属性数据、影像数据、DEM数据高度集成为一体。使四种数据既可单独建库，又可进行分布式管理。图形数据与属性数据结合紧密，图形数据与属性数据结合紧密，GISGIS与遥感图像处理系统与遥感图像处理系统一体化，体现了整体空间信息系统的特征。一体化，体现了整体空间信息系统的特征。4.方正智绘（北大方正技术研究所）方正智绘方正智绘(Founder Mirage Map Information System)(Founder Mirage Map Information System)是北大方正集团是北大方正集团开发的集地图制作、出版、地理数据采集、管理、查询于一身的专业化信开发的集地图制作、出版、地理数据采集、管理、查询于一身的专业化信息处理软件。息处理软件。其稳定而精确的地图打印与出版其稳定而精确的地图打印与出版功能优于国外软件，可满足对输出的功能优于国外软件，可满足对输出的高质量要求。高质量要求。3 3 3 3 GISGISGISGIS的空间分析的空间分析的空间分析的空间分析 空间分析空间分析空间分析空间分析:是基于地理对象的位置和形态特征的一种空间是基于地理对象的位置和形态特征的一种空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息，并且这种技数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息，并且这种技术也提供了提取和传输信息的能力。术也提供了提取和传输信息的能力。空间分析空间分析空间分析空间分析是地理信息系统的核心。它包括：几何形态分析、是地理信息系统的核心。它包括：几何形态分析、包含分析、网络分析、地形分析。包含分析、网络分析、地形分析。3.1 GIS3.1 GIS二维分析二维分析 二维分析，二维分析，是指在二维空间中几何特征的分析，如空间是指在二维空间中几何特征的分析，如空间度量，以及基于空间度量分析的缓冲区分析、包含分析、空间度量，以及基于空间度量分析的缓冲区分析、包含分析、空间距离结合空间连通性的网络分析等。距离结合空间连通性的网络分析等。1.1.空间量度空间量度 二维地图中，地理基本要素二维地图中，地理基本要素(点、线、面点、线、面)本身具有的本身具有的空间特征：点的大小、线的长度、多边形的周长、多边形空间特征：点的大小、线的长度、多边形的周长、多边形的面积。的面积。空间量度在二维地图中地理基本要素之间的关系：空间量度在二维地图中地理基本要素之间的关系：点到点的距离点到点的距离 点到线的最短距离点到线的最短距离 点到多边形边的最短距离点到多边形边的最短距离 线与线的最短距离线与线的最短距离2.2.缓冲区分析缓冲区分析 缓冲区分析：根据地理要素中的点、线、多边形等实体，缓冲区分析：根据地理要素中的点、线、多边形等实体，在实体周围或内部建立一定宽度范围的缓冲多边形，这是在实体周围或内部建立一定宽度范围的缓冲多边形，这是GISGIS空间分析的基本功能之一。空间分析的基本功能之一。3.3.包含分析包含分析 包含分析主要是指点、线、多边形之间的关系分析。包含分析主要是指点、线、多边形之间的关系分析。结 点 nn=(xi,yi),i=1,2,n;nn=n1多边形 F=(n1,n2,nn)点状要素 pt=(xt,yt),判断 pt 是否在多边形 F 内部4.4.网络分析网络分析 网络是一系列相互连接且具有方网络是一系列相互连接且具有方向性的弧段，形成物质、信息流通的向性的弧段，形成物质、信息流通的通道。通道。网络基本要素组成：网络基本要素组成：(1)(1)节点节点(2)(2)连通路线或链连通路线或链(3)(3)中心中心(4)(4)障碍障碍三个重要概念：三个重要概念：开销：指在网络中为完成从一个结点到达另一个结点所需开销：指在网络中为完成从一个结点到达另一个结点所需要付出的花费。要付出的花费。资源需求：指网络中与连通路线或链、中心等相联系的资资源需求：指网络中与连通路线或链、中心等相联系的资源数量。源数量。资源容量：指网络中的各连通路线或弧段为满足各中心的资源容量：指网络中的各连通路线或弧段为满足各中心的需求，能够容纳或允许通过的资源量。需求，能够容纳或允许通过的资源量。3.2 GIS3.2 GIS三维分析三维分析包括：数字地形模型的生成、坡度分析、坡向分析、地形剖面分析、其他。包括：数字地形模型的生成、坡度分析、坡向分析、地形剖面分析、其他。包括：数字地形模型的生成、坡度分析、坡向分析、地形剖面分析、其他。包括：数字地形模型的生成、坡度分析、坡向分析、地形剖面分析、其他。3.3 GIS3.3 GIS四维分析四维分析1.1.自动补偿的稳定过程分析自动补偿的稳定过程分析自动补偿的稳定过程分析自动补偿的稳定过程分析2.2.城市规模发展趋势分析城市规模发展趋势分析城市规模发展趋势分析城市规模发展趋势分析 地理现象的时间序列变量可分为三种类型：长期趋势、周期波动、随机波动。在 GIS 分析中以前两种为主，体现在四维分析中即是趋势分析：4.1 GIS4.1 GIS应用对地图的作用应用对地图的作用 地理信息系统技术的应用，使地图学正面临着从概念设计、工艺程序到实际应用的根本性变革，表现在以下几个方面：4 GIS4 GIS应用与地图分析应用与地图分析(1)(1)解决了地图数据的存贮和可视化的矛盾解决了地图数据的存贮和可视化的矛盾(2)(2)解决了大容量数据与高速查询之间的矛盾解决了大容量数据与高速查询之间的矛盾(3)(3)大大提高了地图分析的灵活性，缩短了地图更新的周期大大提高了地图分析的灵活性，缩短了地图更新的周期(4)(4)扩大了地图的应用范围及研究领域扩大了地图的应用范围及研究领域4.2 GIS4.2 GIS数学模型与地图表示数学模型与地图表示 GIS地学模型是在对系统所描述的具体对象与过程进行大量研究的基础上，总结出描述地学要素间相互关系和客观规律信息的、语言的或数学及其他的表达方式。地图表示和地图概括相关的模型中几种分析方法：地图表示和地图概括相关的模型中几种分析方法：1.1.1.1.主成分分析与地图表示主成分分析与地图表示主成分分析与地图表示主成分分析与地图表示2.2.2.2.聚类分析与地图表示聚类分析与地图表示聚类分析与地图表示聚类分析与地图表示3.3.3.3.判别分析与地图表示判别分析与地图表示判别分析与地图表示判别分析与地图表示4.3 GIS4.3 GIS中的产品输出系统中的产品输出系统1.1.地图符号系统的设计地图符号系统的设计地图符号库的设计，需遵循下列原则：地图符号库的设计，需遵循下列原则：(1)(1)尽可能地符合国家规定的各种专题地图图式。尽可能地符合国家规定的各种专题地图图式。(2)(2)遵循图案化、精确性、逻辑性、对比性、统一性、色彩象征遵循图案化、精确性、逻辑性、对比性、统一性、色彩象征性、制图和印刷可能性等一般原则。性、制图和印刷可能性等一般原则。(3)(3)符号库的可扩充性。符号库的可扩充性。2.2.地图空间数据输出地图空间数据输出 在在GISGIS系统分析处理后，地图空间数据一般有以下几种输出形式：系统分析处理后，地图空间数据一般有以下几种输出形式：(1)(1)短暂显示输出短暂显示输出 (2)(2)永久保存输出永久保存输出3.3.地图非空间数据输出地图非空间数据输出 对于非空间数据特别是属性数据，可用统计图形式将这些信息很好地传递给用户。其主要形式有柱状图、扇形图、直方图、折线图、散点图以及统计表格。第九章第九章 结束结束