第4章 交通地理信息系统.pdf

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1、一、例子一、例子如何为一公园选择合理位置？如何为一公园选择合理位置？依山傍水；交通方便；较安静依山傍水；交通方便；较安静要求要求方案2条件2方案2条件2方案1条件1方案1条件14-1 GIS概念4-1 GIS概念处理、分析处理、分析空间分析算法空间分析算法现实世界现实世界获取获取水系信息地形信息道路信息植被信息等水系信息地形信息道路信息植被信息等+空间数据库空间数据库存储存储1、地理信息系统(Geographic Information System,GIS)1、地理信息系统(Geographic Information System,GIS)4-1 GIS概念4-1 GIS概念1）定义1）定

2、义：不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的A、GIS是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。B、为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。A、GIS是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及

3、这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。B、为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。-美国国家地理信息与分析中心-美国国家地理信息与分析中心C、是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。D、GIS是一种C、是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。D、GIS是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示获取、存储、检索、操作、分析和

4、显示地球地球空间数据空间数据的计算机系统。的计算机系统。-英国教育部-英国教育部2）理解2）理解a GIS是一计算机系统，既然是系统，就要具有a GIS是一计算机系统，既然是系统，就要具有系统的基本功能系统的基本功能，数据采集、管理、分析和表达，所以每个GIS系统都是由若干具有一定功能的模块组成。b GIS的，数据采集、管理、分析和表达，所以每个GIS系统都是由若干具有一定功能的模块组成。b GIS的处理对象是处理对象是有关的地理分布数据，也就是有关的地理分布数据，也就是空间数据空间数据，为了能对这些空间数据进行定位，定性和定量的描述，决定了GIS要对空间数据按统一地理坐标进行编码，这是GIS

5、与其他信息系统不同的根本所在。，为了能对这些空间数据进行定位，定性和定量的描述，决定了GIS要对空间数据按统一地理坐标进行编码，这是GIS与其他信息系统不同的根本所在。4-1 GIS概念4-1 GIS概念2、GIS与其它IS之间的关系和区别2、GIS与其它IS之间的关系和区别G G G GISISISIS空间数据和属性数据的联合体空间数据和属性数据的联合体返回返回图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘1）GIS与其它IS之间的关系（1）GIS与其它IS之间的关系（信息系统分类）信息系统分类）4-1 GIS概念4-1 GIS概念信息系统（IS)信

6、息系统（IS)非空间信息系统非空间信息系统空间信息系统（SIS）空间信息系统（SIS）如厂矿企业管理、财务等MIS如厂矿企业管理、财务等MIS非地理信息系统非地理信息系统CAD/CAMCAD/CAM地理信息系统（GIS）地理信息系统（GIS）专题GIS专题GIS综合信息系统综合信息系统地籍信息系统地籍信息系统交通地理信息系统交通地理信息系统城市规划与管理IS城市规划与管理IS区域资源与环境IS区域资源与环境IS返回返回4-2 GIS发展4-2 GIS发展GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图，1960年，加拿大测量学家GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图，1960年，加拿大测量学家R.F

7、.Tomlinson 提出了把地图变成数字形式的地图，1963年，又提出GIS这一本术语，并建立了提出了把地图变成数字形式的地图，1963年，又提出GIS这一本术语，并建立了第一个GIS_加拿大GIS第一个GIS_加拿大GIS，随后GIS以燎原之势在全世界迅速发展起来。，随后GIS以燎原之势在全世界迅速发展起来。诺基尔。汤姆林逊诺基尔。汤姆林逊1、60年代，探索时期1、60年代，探索时期（GIS思想和技术方法的探索GIS思想和技术方法的探索）人们关注什么是GIS，GIS能干什么。）人们关注什么是GIS，GIS能干什么。2、70年代，巩固时期、70年代，巩固时期，（，（这时由于计算机技术及其在自

8、然资源和环境数据处理的应用，促进 GIS迅速发展这时由于计算机技术及其在自然资源和环境数据处理的应用，促进 GIS迅速发展）。这期间，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理这三个方面。）。这期间，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理这三个方面。3、80年代，实破阶段3、80年代，实破阶段，也是GIS普遍发展和推广应用阶段，人们把GIS与RS解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等。，也是GIS普遍发展和推广应用阶段，人们把GIS与RS解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等。4、90年代，全面应用4、90年代，全面应

9、用，产业化阶段，对GIS进一步研究，研究的内容集中在：空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等。，产业化阶段，对GIS进一步研究，研究的内容集中在：空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等。一、国际GIS的发展状况一、国际GIS的发展状况返回返回二、我国GIS发展二、我国GIS发展我国GIS起步较晚，但发展较快，分为以下几个阶段：我国GIS起步较晚，但发展较快，分为以下几个阶段：1、70年代，准备阶段1、70年代，准备阶段：一些知名人士GIS先驱看到GIS的广阔前景和GIS的重要性，进行极积呼吁，为GIS在我国的发展奠定了与论准备基础并做了一些可

10、行性实验。：一些知名人士GIS先驱看到GIS的广阔前景和GIS的重要性，进行极积呼吁，为GIS在我国的发展奠定了与论准备基础并做了一些可行性实验。2、80年代，试验起步阶段2、80年代，试验起步阶段:这期间，我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些典型，试验专题试验软件开发工作。:这期间，我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些典型，试验专题试验软件开发工作。3、90年代，我国GIS发展阶段3、90年代，我国GIS发展阶段：我国改革开放以来，沿海，治江经济开发区的发展土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为

11、之服务，这也推动GIS在我国的全面发展。：我国改革开放以来，沿海，治江经济开发区的发展土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，这也推动GIS在我国的全面发展。4、96年以来，是我国GIS产业化阶段4、96年以来，是我国GIS产业化阶段。近几年来，我国经济信息化的基础设施和重大信息工程已纳入国家计划，一批国家级和地方级的GIS相继建立并投入运行，一批专业遥感基地已建立，并进入了产业化运行，一批综合运用。近几年来，我国经济信息化的基础设施和重大信息工程已纳入国家计划，一批国家级和地方级的GIS相继建立并投入运行，一批专业遥感基地已建立，并进入了产业化运行，一批综合运用“3S3S”技术的重点

12、项目已实施，并在自然灾害监测和图土资源调查中发挥效益，一批高等院校开设了与GIS相关的新专业，培养了一大批从事GIS研究与开发的高层次人才，具有我国自主版权的GIS基础软件的研制逐步进入了产业化轨道，等等这些都标志我国GIS产业已进入新的发展阶段。技术的重点项目已实施，并在自然灾害监测和图土资源调查中发挥效益，一批高等院校开设了与GIS相关的新专业，培养了一大批从事GIS研究与开发的高层次人才，具有我国自主版权的GIS基础软件的研制逐步进入了产业化轨道，等等这些都标志我国GIS产业已进入新的发展阶段。4-2 GIS发展4-2 GIS发展返回返回4-3 GIS 构成4-3 GIS 构成从计算机的

13、角度看，GIS是由软件、硬件、数据和用户组成。从计算机的角度看，GIS是由软件、硬件、数据和用户组成。用户用户软件硬件地理空间数据数据软件硬件地理空间数据数据（系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础）（系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础）硬件硬件（各种设备-物质基础）（各种设备-物质基础）软件软件（支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统）（支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统）用户用户（GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户）（GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户）由于计算机的飞速发展和地理

14、信息的时序特征，硬件寿命3-5年，软件（5-15年），数据（1-2年，5-70年不等）由于计算机的飞速发展和地理信息的时序特征，硬件寿命3-5年，软件（5-15年），数据（1-2年，5-70年不等）GIS需要不断维护、更新，所以用户要不断进行知识更新。需要不断维护、更新，所以用户要不断进行知识更新。一、GIS组成一、GIS组成返回返回4-3 GIS 构成4-3 GIS 构成二、硬件配置二、硬件配置数字化、解析测图仪、扫描仪遥感处理设备等数字化、解析测图仪、扫描仪遥感处理设备等前面说过，GIS作为技术系统必须具备数据的采集、管理、分析、表达和显示功能，一定功能必须由一定的软件、硬件实现，所以GI

15、S的硬件配置为：前面说过，GIS作为技术系统必须具备数据的采集、管理、分析、表达和显示功能，一定功能必须由一定的软件、硬件实现，所以GIS的硬件配置为：计算机硬盘光盘 等存储设备存贮处理打印机绘图仪显示终端 等输出服务器、网络适配器、传输介质、调制解调器等网络设备。网络计算机硬盘光盘 等存储设备存贮处理打印机绘图仪显示终端 等输出服务器、网络适配器、传输介质、调制解调器等网络设备。网络随着网络普及，信息共享成为时代要求，GIS要有网络功能随着网络普及，信息共享成为时代要求，GIS要有网络功能输入输入功能硬件配置功能硬件配置返回返回4-3 GIS 构成4-3 GIS 构成三、软件配置三、软件配置

16、GIS应用软件GIS硬件操作系统GIS应用软件GIS硬件操作系统GIS专业平台软件GIS专业平台软件GIS用户界面GIS数据库GIS用户界面GIS数据库有了计算机硬件之后，首先需要OS,DOS,WINDOWS,UNIIX等。裸机，没装任何OS的机子，是不能工作的。GIS应用软件在GIS软件层次的外层，外层以内层软件为基础，共同完成用户指定的任务。有了计算机硬件之后，首先需要OS,DOS,WINDOWS,UNIIX等。裸机，没装任何OS的机子，是不能工作的。GIS应用软件在GIS软件层次的外层，外层以内层软件为基础，共同完成用户指定的任务。1、GIS软件层次1、GIS软件层次返回返回2、GIS基

17、础软件主要模块2、GIS基础软件主要模块4-3 GIS 构成4-3 GIS 构成图形及属性编辑空间数据输入与转换空间数据管理系统空间查询与空间分析制图与输出图形及属性编辑空间数据输入与转换空间数据管理系统空间查询与空间分析制图与输出返回返回4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用GIS能作什么？能作什么？一、GIS 功能一、GIS 功能缓冲区分析缓冲区分析叠加分析叠加分析空间查询空间查询网络分析网络分析地形分析地形分析。数据采集数据采集与输入与输入数据编辑与更新数据编辑与更新数据存储与管理数据存储与管理空间查询与分析空间查询与分析数据显示数据显示与输出与输出返回返回数据采集与输入数

18、据采集与输入4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用现实世界现实世界返回返回文字报告、遥感图象等文字报告、遥感图象等数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪解析测图仪解析测图仪键盘 等键盘 等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库空间数据库空间查询空间查询4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用返回返回空间数据库空间数据库哈尔滨在哪里？哈尔滨在哪里？空间查询属性查询空间查询属性查询78路公交经过哪些站？路公交经过哪些站？叠加分析叠加分析4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用空间数据库空间数据库为某工厂选址，首先找

19、出地价为某工厂选址，首先找出地价1万元万元m;且地形起伏较小的区域且地形起伏较小的区域?地价地价1万元万元m坡度小于3度的地形信息坡度小于3度的地形信息空间检索空间检索返回返回满足两条件的区域满足两条件的区域+缓冲区分析缓冲区分析4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用空间数据库空间数据库道路的噪音影响范围道路的噪音影响范围?街道中心线街道中心线空间检索空间检索返回返回城市环境评价城市环境评价4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用空间数据库空间数据库哪条路最近哪条路最近,如何乘车如何乘车?道路信息道路信息空间检索空间检索返回返回网络分析网络分析地形分析地形分析4-4

20、GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用空间数据库空间数据库航道淤积航道淤积,挖槽方案比较挖槽方案比较?返回返回地形信息地形信息空间检索空间检索数据显示与输出数据显示与输出4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用空间数据库空间数据库各种需求各种需求?各种信息各种信息空间检索空间检索返回返回4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用二、GIS 主要应用领域二、GIS 主要应用领域资源管理资源管理区域和城乡区域和城乡规划规划灾害监测灾害监测环境评估环境评估作战指挥作战指挥交通运输交通运输宏观决策宏观决策商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域商业金融、通讯邮电、日常生活等各领

21、域返回返回资源管理资源管理4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用GIS最初就是起源于资源清查，是GIS的最基本的职能，目前趋于成熟的主要应用领域。资源清查包括土地资源，森林资源和矿产资源的清查、管理、土地利用规划，野生动物的保护等。GIS的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地汇集在一起，并通过统计，叠量分析等功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源统计和资源现状分析，从而为资源的合理开发、利用提供依据。GIS在国际上GIS最初就是起源于资源清查，是GIS的最基本的职能，目前趋于成熟的主要应用领域。资源清查包括土地资源，森林资源和矿产资源的清查、管理、土地利用规

22、划，野生动物的保护等。GIS的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地汇集在一起，并通过统计，叠量分析等功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源统计和资源现状分析，从而为资源的合理开发、利用提供依据。GIS在国际上典范典范中有：A、加拿大应用GIS完成全国土地资源潜力和估算B、利用GIS进行世界小麦大面积估产的高准确率-这些说明GIS在资源清查方面的应用趋于成熟。中有：A、加拿大应用GIS完成全国土地资源潜力和估算B、利用GIS进行世界小麦大面积估产的高准确率-这些说明GIS在资源清查方面的应用趋于成熟。返回返回图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘图片摘自 张超主编的地

23、理信息系统教程所配光盘区域和城乡规划区域和城乡规划4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用在进行区域和城镇规划的过程中，要处理许多不同性质和不同特点的问题，涉及多方面要素，如资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等，GIS将这些数据信息归算到城市的统一系统之中，最后进行城市和区域多目标的开发和规划，包括城镇总体规划，城市建设用地适宜性评价，城市环境选质量评价，道路交通规划，公共设施配置及城市环境动态监测等，这些功能的实现是以GIS的一些数据处理和分析算法加以保证的，如GIS的空间搜索方法，多信息叠加处理和一系列的分析软件，回归分析，投入产出计算，模糊加权评价等。在进行区域和

24、城镇规划的过程中，要处理许多不同性质和不同特点的问题，涉及多方面要素，如资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等，GIS将这些数据信息归算到城市的统一系统之中，最后进行城市和区域多目标的开发和规划，包括城镇总体规划，城市建设用地适宜性评价，城市环境选质量评价，道路交通规划，公共设施配置及城市环境动态监测等，这些功能的实现是以GIS的一些数据处理和分析算法加以保证的，如GIS的空间搜索方法，多信息叠加处理和一系列的分析软件，回归分析，投入产出计算，模糊加权评价等。返回返回图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘灾害监测灾害监测4-4 GIS

25、 功能和应用4-4 GIS 功能和应用返回返回GIS方法和多时相的遥感数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损失估算，确定泄洪区内人员撤退、财产转移和救灾物资供应的最佳路线，为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息。GIS方法和多时相的遥感数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损失估算，确定泄洪区内人员撤退、财产转移和救灾物资供应的最佳路线，为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息。图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘环境评估环境评估4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用返回返回图片摘自 张超

26、主编的地理信息系统教程所配光盘图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用返回返回作战指挥作战指挥图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘交通运输交通运输4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用返回返回图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘宏观决策宏观决策4-4 GIS 功能和应用4-4 GIS 功能和应用返回返回GIS利用地理数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，可为国家宏观决策提供依据。例如我国在三峡地区的研究中通过利用GI

27、S和机助制图的方法，建立环境监测系统，为三峡工程的宏观决策提供了建库前后环境变化的数量，速度和演变趋势等可靠数据。GIS利用地理数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，可为国家宏观决策提供依据。例如我国在三峡地区的研究中通过利用GIS和机助制图的方法，建立环境监测系统，为三峡工程的宏观决策提供了建库前后环境变化的数量，速度和演变趋势等可靠数据。图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘4-5 GIS应用于交通诱导流系统1 交通信息的地理特征?研究对象：线路和设施、交通工具、运行状况。?信息处理：研究对象具有明显的地理特征，故研究和利用交通信息时

28、需要对其进行地理图形描述，即信息的图形化处理。?具体应用：电子地图的制作、地理信息库的建立、监控中心的工作平台。4-5 GIS应用于交通诱导流系统2 基于GIS的电子地图的功能描述?地图调用功能?图形处理功能?目标查询功能?车辆查询功能?路径优化功能4-5 GIS应用于交通诱导流系统3 交通运输地理信息数据地理信息数据就是描述地理信息的数据，是GIS的操作对象和管理内容。?空间数据：反映了两方面的信息?几何坐标：体现实体位置?拓扑关系：体现实体特征?非空间数据：即非几何属性数据?定性属性：名称、类型和特征（特性表示）?定量属性：数量、等级（数量表示）4-5 GIS应用于交通诱导流系统4 基于G

29、IS的交通流诱导系统软件的制作?地理信息数据的输入：即图形数字化的处理过程。输入方法较多。?矢量图像和栅格图像的数据结构比较?研究意义：各种数据需要按照一定的结构进行组织并映射到计算机中，以便接受各种处理。?研究对象：GIS中，空间数据按照其存储格式的不同，可划分为矢量数据和栅格数据，相应的图像为矢量图像和栅格图像。4-5 GIS应用于交通诱导流系统?矢量数据结构：通过坐标来精确精确描述实体的位置和形状。根据是否表明实体之间的空间关系，分为实体型和拓扑型数据。?栅格数据结构：不连续的近似近似数据形成像元阵列，而每个像元的位置则由网格单元的行和列来确定。栅格图像中，像元对应的点称为像素，所以栅格

30、图像又称为位图位图。?两结构的比较：矢量数据结构，精度高、复杂；栅格数据结构，精度低、简单。矢量栅格数据较比矢量栅格数据较比矢量数据优点：表示地理数据的精度较高严密的数据结构，数据量小完整的描述空间关系图形输出精确美观图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息缺点：数据结构复杂矢量叠置较为复杂数学模拟比较困难技术复杂，特别是软硬件栅格数据优点：数据结构简单空间数据的叠置和组合方便各类空间分析很易于进行数学模拟方便缺点：图形数据量大用大像元减少数据量时，精度和信息量受损地图输出不美观难以建立网络连接关系投影变换比较费时4-5 GI

31、S应用于交通诱导流系统?诱导系统电子地图的制作：?直接数字化；?矢量图处理；?位图的配准。?Mapinfo中的地图图层化?图像通常分为多个图层；?不同图层装配相应的图形；?各图层按照一定的顺序叠加形成最终图像。4-5 GIS应用于交通诱导流系统?电子地图数据库的设计遵循原则：?拓扑关系的正确性和简洁性；?数据的冗余度控制；?查询和分析算法的先进性；?地图刷新时间的控制；?属性数据采用关系型数据库。4-5 GIS应用于交通诱导流系统需要建立的数据库包括：?道路数据库；?历史数据库；?服务信息数据库；?数字地图；?当前信息数据库。数据输入方法的改进：如“可视”的数据输入方法。4-5 GIS应用于交

32、通诱导流系统?Map类结构的设计：如P76图56所示。?电子地图的开发过程?导航电子地图的预处理：通过坐标转换，将CAD格式的地图转换为GIF格式；?建立路网；?建立路网的拓扑数据库（相交、相邻）。?建立转向控制交叉口和单行道数据库；?获取路段和交叉口的轮廓线坐标。4-5 GIS应用于交通诱导流系统5 基于GIS的诱导电子地图的组成模块?图形图像编辑模块：即对采集来的图像进行编辑、修改。?地图数据的操作分析模块?车辆动态轨迹的显示：?读取定位信息、?定位数据处理、?轨迹图形显示。?地图显示的自动处理；?目标查询功能的实现第四章 交通地理信息系统习题1 什么是地理信息？GIS的涵义如何？2 GIS的系统组成包括哪几部分？3基于基于GIS的电子地图包括哪些主要功能？的电子地图包括哪些主要功能？4.位图是矢量图像吗？和栅格图像是何关系？位图是矢量图像吗？和栅格图像是何关系？5.地图数据库的操作和分析包括哪些内容？