《地理信息系统概述》PPT课件.ppt

辽宁工程技术大学测绘学院夏春林Xia Chun-lin,School of Geomatics,Liaoning Technical University地理信息系统原理Principle of Geographic Information System课程安排(Course Arrangement)总学时：总学时：48上上 机：机：8（计算机实验室，主楼三机房）考核办法：考核办法：闭卷考试，A、B卷（考试课）先修课程：先修课程：测量学，数据结构，数据库等后续课程：后续课程：GIS软件应用，GIS实习，创新专题设计，毕业设计等。主要内容(Major Contents)一、地理信息系统概述 (Outline About GIS)二、GIS数据结构 (Data structure of GIS)三、空间数据的处理 (Spatial Data Processing)四、GIS空间数据库 (Spatial Database of GIS)主要内容(Major Contents)五、空间分析的原理与方法（Principle&Methods of Spatial Analysis)六、GIS应用模型(Application Models of GIS Software)七、GIS的设计与评价(Design&Evaluation of GIS)八、GIS产品的输出设计（Output Design of GIS Product)地理信息系统：地理信息系统：(geographic Information System)对地理信息进行采集、存储、管理、分析和再现，并能回答用户一系列问题的系统。（智能性，专家系统）简单理解：把现实世界微缩为计算机模型，随意分析操作。功能等价：GIS=CAD+Database+Spatial Analysis初识地理信息系统初识地理信息系统第1章 地理信息系统概述CAD下全国地图数字地图GIS下的空间与属性数据vvGISGIS应用之应用之应用之应用之 专题图制作专题图制作专题图制作专题图制作 中国中国中国中国4 4个年份粮食产量比较个年份粮食产量比较个年份粮食产量比较个年份粮食产量比较GIS应用之虚拟规划vv GISGIS应用之应用之应用之应用之 普通地图制图普通地图制图普通地图制图普通地图制图 -1:2000-1:2000国家标准地形图国家标准地形图国家标准地形图国家标准地形图GIS应用之道路三维设计与效果预览GIS应用之空间查询与决策GIS应用之 空间分析（剖面分析）因此，GIS外观表现是计算机硬件系统，内涵却是一些计算机程序和各种地理数据组织而成的现实空间信息模型。GIS就是要以地理信息世界模拟表达地理现实世界，通过信息联系反映出客观实体间的联系，对客观世界的事物、关系和过程进行描述、分析和仿真。3.GIS的特点的特点 a.多方式采集、管理、输出地理数据；b.空间分析能力，辅助决策；c.地理空间数据的实验场，无损失模拟。1.1 地理信息系统基本概念一、数据与信息数据是信息的表达，信息则是数据的内容。数据：是用以记录信息的原始材料。可以是数字、文字、符号、图象等形式。信息：是数据的涵义，对数据的解译。数据数据处理信息 二、数据处理对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、检索、计算、分析、模拟、预测等操作。目的：（1）转换成便于观察、分析、传输和进一步处理的形式；（2）处理后存储起来，供不断使用；（3）加工成对管理、决策有用的数据。1.2 地理信息与地理信息系统一一.地理信息（地理信息（Geographic Information）:是表征地理环境中固有要素或实体的数量、质量、分布、联系和规律等的数字、文字、图形和图象等的总称。特性：1）地理信息属于空间信息，是与其空间位置（空间坐标）相联系的。2）地理信息具有多维特征：三维；二维+任意第三维；时间维另有定义：是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。二.地理信息系统（Geographic Information System）多种定义概念框架用户界面系统和数据库管理数据输入（建库）空间数据处理分析产品生产和输出（1）GIS的表现：外在表现为计算机系统，内部由数据及若干子系统构成；（2）操作对象：空间数据。每一地理目标都要按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性、定量和拓扑关系描述。（根本区别，难点所在）（3）GIS的优势：独特的空间查询、空间分析能力，可视化表达，地理过程的演化模拟和决策支持。3.GIS分类(Classes of GIS)：按研究内容分：（1）专题GIS(Thematic GIS)：具有有限目标和行业特点的GIS系统。如矿产资源、森林动态监测、作物估产、水土流失等信息系统。（2）综合GIS(General GIS)：以全球、区域综合研究和全面信息服务为目标的GIS。如城市、流域GIS。特点：数据项目多，信息齐全。按研究范围分：（1）全球性GIS；（2）区域性GIS按使用的数据模型分：（1）矢量；（2）栅格；（3）混合型1.2 GIS的基本构成(硬件系统，软件系统，空间数据，应用人员，应用模型硬件系统，软件系统，空间数据，应用人员，应用模型)1.2.1 GIS 硬件系统硬件系统(Hardware System)1.桌面GIS(Desktop GIS)：高档微机+必要数据输入/输出设备 输入：数字化仪，扫描仪，解析或数字摄影测量仪 输出：显示器，绘图仪，打印机2.网络GIS(Web GIS)：服务器+客户机+网络设备1.2.2 GIS软件系统软件系统(GIS Software)系统软件（系统软件（Windows/unix)，数据库软件，数据库软件(Access,Oracle),GIS专业软件（用于各种应用系统建设）图专业软件（用于各种应用系统建设）图1-8 数据输入与编辑模块数据输入与编辑模块（Model of Data Input&Editing)：将地图、文本、遥感、航片、GPS等数据录入地理数据库，进行必要编辑。地理数据库管理模块地理数据库管理模块(Model of Geographic Database Management)：管理点、线、面实体及其空间关系；必要的数据转换与处理。空间查询与分析模块空间查询与分析模块(Model of Spatial Query&Analysis)：图、属查询；空间指标量算；支持各种空间分析。用用 户户 接接 口口(User Interface)：接受和运行用户指令（菜单）数据输出与表达模块数据输出与表达模块(Model of Data I/O)：根据用户要求将GIS内数据分析处理，以各种方式提交用户（地图，表格，数字，文字，影像）。二次开发环境二次开发环境：可编写复杂的GIS应用系统。1.2.3 空间数据一、空间数据的三个特征空间特征：位置，相互关系属性特征：名称，类型，数量等时间特征：变化二、空间数据库 结构化存储的空间数据集。（数据文件，数据库管理系统）三、空间与属性数据的连接、查询、管理1.混合式：分别存储，表示码（ID）连接；2.扩展式：通过GeoSQL访问RDBMS；3.开放式：用专门DBMS统一管理空间和属性数据；四、GIS从业人员（1）GIS开发人员：基础平台开发；二次开发。（2）GIS应用人员：数据-结果五、应用模型 为专业性应用目的，而建立的数学模型及实现模块。1.3 GIS的功能简介一、基本功能（数据的采集、管理、处理、分析和输出）1.数据采集与编辑 将各专题层的实体转化为x、y坐标及相应的代码存入计算机。2.数据存储与管理 属性数据管理 空间数据管理3.数据处理与转换 数据变换；数据重构；数据抽取。4.空间分析与统计叠 置:同一地区两个不同数据层相叠合，产生新的空间特征和属性合并；缓冲区建立：对点、线、面自动建立缓冲多变形，分析临近性；数字地形分析：构造DEM，分析坡度、断面、面积、容积，通视等；空间集合分析：布尔逻辑运算5.产品制作与显示GIS产品：处理、分析获得的图、表、文字等；（二维，三维）6.二次开发环境编程中调用GIS的命令、函数；Mapinfo提供专门的功能控件，供可视化开发语言调用。MapX,Arc Objects二、应用功能1.资源管理2.区域规划3.国土监测4.辅助决策1.4 GIS 的发展一、发展史:60年代(开拓期):第一个GIS建立;70年代(巩固期)：相关理论、技术发展；80年代(发展期):我国85年成立资环信息系统国家重点实验室;90年代后(用户时代):各地区纷纷建立GIS系统.二、目 前:向集成化、产业化、社会化和科学化发展：已成为一门综合性技术：3S；其他技术2.GIS产业化发展势头强劲3.GIS网络化成为社会热点4.地理信息科学的产生GeomaticsGeoinfomatics3.将 来:GIS的大众化：随着GIS 日益融入人们生活,“GIS的发展将来就是没有GIS”.1.5 GIS与其他学科的关系 除软硬件和数据外，需要人进行系统管理、维护、数据更新、扩充完善、应用开发，提取多种信息为决策服务。他们应该具备良好的测绘、遥感、地理、计算机技术和应用科学的基础知识，处理各类复杂技术为题的经验，较强的决策指挥能力。（1）地理学及其分支（测量学、地图学等）为GIS提供理论依托;（2）计算机制图为GIS的图形处理和输出提供理论支持;地图强调图形显示与符号化;GIS强调空间分析.（3）数据库管理系统用于存储、管理和查询非图形的属性数据；（4）遥感与摄影测量是GIS的主要信息源之一和数据更新途径;（5）大地测量为GIS提供精确的控制信息,特别是GPS可快速、廉价地 获取地面点的数字位置信息；（6）计算机科学的发展使GIS的实现成为可能。计算机图形学、人工智能的支持。（7）数学为数据处理提供理论支持：几何学、逻辑代数、图论、空间统计学。遥感影像与地形图叠加