GIS原理与应用.ppt

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1、1GIS原理与应用原理与应用2课程简介课程简介GISGIS原理及应用原理及应用课程是课程是GISGIS专业本科生专业本科生的专业基础课程，以及相关专业的专业必的专业基础课程，以及相关专业的专业必修课或专业选修课。本课程旨在掌握修课或专业选修课。本课程旨在掌握GISGIS的的基本原理、技术方法和实际应用，了解其基本原理、技术方法和实际应用，了解其主要应用领域和发展方向，并为应用型主要应用领域和发展方向，并为应用型GISGIS的开发奠定基础。的开发奠定基础。3课程安排课程安排 学时分配：学时分配：课堂讲授：课堂讲授：3030学时学时上机实践：上机实践：1010学时学时上机时间安排上机时间安排 -第

2、第12-1612-16周，每周五周，每周五5 5、6 6节节4教材与其它资源教材与其它资源教材教材地理信息系统概论：地理信息系统概论：黄杏元等高教出版社黄杏元等高教出版社MAPGISMAPGIS地理信息系统：地理信息系统：吴信才等吴信才等 电子工业出版社电子工业出版社参考书参考书地理信息系统基础：龚健雅地理信息系统基础：龚健雅 科学出版社科学出版社地理信息系统原理与方法：地理信息系统原理与方法：吴信才吴信才 电子工业出版电子工业出版社社地理信息系统原理、方法和应用：邬伦等地理信息系统原理、方法和应用：邬伦等 科学出版科学出版社社5教材与其它资源教材与其它资源 网络资源：网络资源：地理信息系统论

3、坛地理信息系统论坛 GIS空间站空间站地理信息系统帝国论坛地理信息系统帝国论坛6教材与其它资源教材与其它资源 期刊期刊测绘学报测绘学报地理学报地理学报遥感学报遥感学报武汉大学学报（信息版）武汉大学学报（信息版）测绘通报测绘通报中国图形图像学报中国图形图像学报 7教学方式教学方式 以课堂讲授为主以课堂讲授为主 辅以软件操作辅以软件操作 综合多媒体教学、课堂讨论等多种方式综合多媒体教学、课堂讨论等多种方式 提倡教学互动提倡教学互动8课程特点及要求课程特点及要求 课程特点课程特点学科与技术的统一体学科与技术的统一体 GIS是一门学科，用以描述一切与地理相关的内容，是一门学科，用以描述一切与地理相关的

4、内容，集空间数据采集、存储、管理、分析和表达输出于集空间数据采集、存储、管理、分析和表达输出于一体一体 GIS又是一个技术系统，即以空间数据为处理对象，又是一个技术系统，即以空间数据为处理对象，以空间数据组织和处理为基础，采用地学模型分析以空间数据组织和处理为基础，采用地学模型分析方法，及时提供多种空间信息和动态信息，为研究方法，及时提供多种空间信息和动态信息，为研究环境过程、分析发展趋势、预估规划决策等服务的环境过程、分析发展趋势、预估规划决策等服务的计算机技术系统计算机技术系统 学科发展促成学科发展促成GIS理论体系的形成，而技术系统发理论体系的形成，而技术系统发展则加强了展则加强了GIS

5、的应用范围的应用范围9课程特点及要求课程特点及要求 课程特点课程特点GIS是一门迅速发展中的学科，具有发展与内容是一门迅速发展中的学科，具有发展与内容更新的快速性更新的快速性 短短短短40余年的发展历史，余年的发展历史，GIS却经历了以空间数据却经历了以空间数据地学处理为主的开拓期、注重地理信息管理的巩固地学处理为主的开拓期、注重地理信息管理的巩固期、以空间决策与支持为特点的理论和技术突破阶期、以空间决策与支持为特点的理论和技术突破阶段以及广泛应用的社会化阶段段以及广泛应用的社会化阶段其技术发展、内容更新之快，非其他学科可比，特其技术发展、内容更新之快，非其他学科可比，特别是在别是在90年代以

6、来，随着计算机技术的快速发展，年代以来，随着计算机技术的快速发展，地理信息系统表现得异常活跃地理信息系统表现得异常活跃10课程特点及要求课程特点及要求 课程特点课程特点GIS是一门典型的交叉性学科，多学科集成、渗是一门典型的交叉性学科，多学科集成、渗透性较强透性较强 GIS是多学科、多技术交叉的空间信息系统，是多学科、多技术交叉的空间信息系统，在在理论上理论上依托于地理学、测绘学、数学等基础性学依托于地理学、测绘学、数学等基础性学科；科；在技术上在技术上取决于计算机软硬件技术、航空航取决于计算机软硬件技术、航空航天技术、遥感与雷达技术等的进步；天技术、遥感与雷达技术等的进步；在应用上在应用上则

7、则依赖于具体应用学科如交通、城市规划、资源管依赖于具体应用学科如交通、城市规划、资源管理、水资源等理论和技术的发展理、水资源等理论和技术的发展11课程特点及要求课程特点及要求 课程特点课程特点空间抽象性空间抽象性 GIS中的数据，无论是可见的还是不可见的，都中的数据，无论是可见的还是不可见的，都是自然环境的一种表现模式，是数字化的现实世是自然环境的一种表现模式，是数字化的现实世界，这是建立在对自然环境的抽象和描述基础上。界，这是建立在对自然环境的抽象和描述基础上。由于计算机的数字化特征，空间对象须离散化的由于计算机的数字化特征，空间对象须离散化的表达，即表达，即把空间对象抽象表达为点、线、面、

8、体把空间对象抽象表达为点、线、面、体等具有位置和属性特征的地理实体等具有位置和属性特征的地理实体12课程特点及要求课程特点及要求 要求要求掌握掌握GIS概念，包括空间数据的语义学基础、概念，包括空间数据的语义学基础、GIS的科的科学定义、空间关系和空间对象的表达、空间数据结构学定义、空间关系和空间对象的表达、空间数据结构和类型、空间分析原理、和类型、空间分析原理、MAPGIS软件的基本操作等软件的基本操作等了解了解GIS组成和基本功能、设计与评价、组成和基本功能、设计与评价、发展与趋势发展与趋势掌握掌握GIS的数据处理流程：采集、编辑、组织、管理、的数据处理流程：采集、编辑、组织、管理、分析和

9、输出等分析和输出等培养自己使用培养自己使用GIS解决本专业相关问题的能力解决本专业相关问题的能力13第一章第一章 导论导论14第一章第一章 导论导论 要求：要求：理解理解GIS的相关概念，清楚的相关概念，清楚GIS和相关学和相关学科的关系科的关系 掌握掌握GIS的类型与组成的类型与组成 掌握掌握GIS的基本功能、研究内容及用途的基本功能、研究内容及用途 了解了解GIS的发展概况的发展概况15第一章第一章 导论导论GIS的基本概念的基本概念GIS的构成的构成GIS的功能和应用的功能和应用GIS的产生和发展的产生和发展相关学科相关学科161.1 基本概念基本概念1.数据和信息数据是通过数字化或记录

10、下来可以被鉴别的符号，是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据中所包含的意义。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。171.1 基本概念基本概念 数据和信息数据和信息信息的特征：信息的特征：信息的客观性：信息的客观性：任何信息都是与客观事实紧密相任何信息都是与客观事实紧密相关的；关的；信息的适用性：信息的适用性：信息对决策是十分重要的；信息对决策是十分重要的；信息的传输性：信息的传输性：可在发送者和接受者之间传输；可在发送者和接受者之间传输；信息的共享性：信息的共享

11、性：可传输给多个用户，为多个用户可传输给多个用户，为多个用户共享。共享。181.1 基本概念基本概念2.地理信息与地图地理信息与地图地理信息地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称文字、图象和图形等的总称地图地图是将地理环境诸要素按照一定的数学法则，是将地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布

12、和联系以及随时间的发展变化情量的空间分布和联系以及随时间的发展变化情况况191.1 基本概念基本概念 地理信息与地图地理信息与地图地理信息的特点：地理信息的特点：空间分布性空间分布性 具有多维结构的特征具有多维结构的特征 时序特征十分明显时序特征十分明显地理信息与地图的关系：地理信息与地图的关系：地图是地理信息载体地图是地理信息载体 地图是地理信息的传统数据源地图是地理信息的传统数据源 地图是地图是GIS的查询与分析结果的主要表示方法的查询与分析结果的主要表示方法 201.1 基本概念基本概念3 信息系统与地理信息系统信息系统与地理信息系统信息系统的定义：信息系统的定义：信息系统是对数据和信息

13、进行采集、存储、加工和信息系统是对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统，具有处理、再现，并能回答用户一系列问题的系统，具有处理、管理和分析数据的功能。它能为企业、部门或组织管理和分析数据的功能。它能为企业、部门或组织的决策过程提供有用的信息的决策过程提供有用的信息信息系统的组成：信息系统的组成：信息系统由计算机硬件、软件、数据和用户四大要信息系统由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成素组成211.1 基本概念基本概念信息系统与地理信息系统信息系统与地理信息系统GIS的定义：的定义：Geographical Information System（Geograph

14、ic Information System）Geographical Information Science Geographical Information Service 221.1 基本概念基本概念信息系统与地理信息系统信息系统与地理信息系统GIS的定义：的定义：空间数据空间数据属性数据属性数据Name Address Town St.Zip Name Address Town St.Zip GISGI231.1 基本概念基本概念信息系统与地理信息系统信息系统与地理信息系统GIS的定义：的定义：简言之为能处理与使用地表面数据的计算机系统简言之为能处理与使用地表面数据的计算机系统 GIS是

15、用以采集、存储、管理、分析和描述整个或部是用以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统关的数据的空间信息系统 GIS是以由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，是以由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、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。建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。241.1 基本概念基本概念4 GIS 的分类的分类251.2 GIS构成构成硬件系统硬件系统硬件系统硬件

16、系统软件系统软件系统应用模型应用模型GIS用户用户用户用户GUIGUI空间数据空间数据DBMSDBMS261.2 GIS构成构成1 硬件系统硬件系统输输入入设设备备数数 字字 化化 仪仪扫扫描描仪仪键键 盘盘数数 字字 像像 机机输输 出出 设设 备备 显显 示示 器器绘绘 图图 机机打打 印印 机机校校片片纪纪录录仪仪计计算算机机主主机机光光盘盘读读写写器器磁磁 带带 机机硬硬盘盘软软盘盘处理设备处理设备存存 储储 设设 备备271.2 GIS构成构成2 软件系统软件系统数数 据据 输输 入入 和和 校校 验验数数 据据 存存 储储 和和 管管 理理数数 据据 处处 理理 与与 分分 析析数

17、数 据据 显显 示示 和和 输输 出出用用户户界界面面GIS专业软件专业软件系系 统统 管管 理理 软软 件件操操 作作 系系 统统汇汇 编编 程程 序序编编 译译 程程 序序服服 务务 程程 序序系系统统二二次次开开发发能能力力数数据据库库软软件件管管 理理 软软 件件数数 据据 库库 软软 件件281.2 GIS构成构成 GIS的软件层次的软件层次GISGIS应用软件应用软件GISGIS硬件硬件操作系统操作系统GISGIS专业软件专业软件GISGIS用户界面用户界面GISGIS数据库数据库291.2 GIS构成构成3 空间数据空间数据栅格结构栅格结构矢量结构矢量结构空间特征空间特征属性特征

18、属性特征时间特征时间特征301.2 GIS构成构成4 人员人员系统组织、管理、维护和数据更新应用程序开发信息提取规划、决策311.2 GIS构成构成5 应用模型应用模型 构建构建GIS应用模型，首先必须明确用应用模型，首先必须明确用GIS求解问题的求解问题的基本流程；其次根据模型的研究对象和应用目的，确定模基本流程；其次根据模型的研究对象和应用目的，确定模型的类别、相关的变量、参数和算法，构建模型逻辑结构型的类别、相关的变量、参数和算法，构建模型逻辑结构框图；然后确定框图；然后确定GIS空间操作项目和空间分析方法；最后空间操作项目和空间分析方法；最后是模型运算结果验证、修改和输出。是模型运算结

19、果验证、修改和输出。显然，应用模型是显然，应用模型是GIS与相关专业连接的纽带。与相关专业连接的纽带。321.3 GIS的功能和应用的功能和应用1 GIS 的基本功能的基本功能（1）数据采集和输入）数据采集和输入现实世界现实世界文字报文字报告、遥告、遥感图象感图象等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键盘 等等编辑、接边、分层、图形与编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等属性连接、加注记等空间数据库空间数据库331.3 GIS的功能和应用的功能和应用1 GIS 的基本功能的基本功能（2）数据存储与管理）数据存储与管理:数据库数据库（3）数据处理和变换）数据处理和变换数据变

20、换：一种数学状态转变为另一种数学状态；数据变换：一种数学状态转变为另一种数学状态；数据重构：一种几何形态转变为另一种几何形态；数据重构：一种几何形态转变为另一种几何形态；数据抽取：从全集到子集的条件提取。数据抽取：从全集到子集的条件提取。（4）空间分析：拓扑叠合、数字地形分析）空间分析：拓扑叠合、数字地形分析341.3 GIS的功能和应用的功能和应用 GIS 的基本功能的基本功能 缓冲区分析缓冲区分析空间数据库空间数据库道路的噪音影响范道路的噪音影响范围围街道中心线街道中心线空间检索空间检索351.3 GIS的功能和应用的功能和应用 GIS 的基本功能的基本功能空间查询空间查询空间数据库空间数

21、据库哈尔滨在哪里哈尔滨在哪里空间查询空间查询属性查询属性查询78路公交经路公交经过哪些站过哪些站361.3 GIS的功能和应用的功能和应用 GIS 的基本功能的基本功能（5）数据显示和输出）数据显示和输出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371.3 GIS的功能和应用的功能和应用 GIS 的基本功能的基本功能（6）二次开发和编程）二次开发和编程 包括提供专用语言的开发环境，调用包括提供专用语言的开发环境，调用GIS命令和函数或用开发语言（命令和函数或用开发语言（VB、VC等）调用等）调用GIS控件。控件。381.3 GIS的功能和应用的功能和应用 GIS 的基

22、本功能的基本功能文件图表数据获取 原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑投影变换数据输出 制图、表格 交互展示 结构化数据空间数据库391.4 GIS的功能和应用的功能和应用401.4 GIS的产生和发展的产生和发展 产生产生GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图起源于人口普查，土地调查和自动制图计算机科学的兴起和它在航空摄影测量学与地图制图计算机科学的兴起和它在航空摄影测量学与地图制图学中的应用，以及政府部门对土地利用规划与资源管学中的应用，以及政府部门对土地利用规划与资源管理的要求，使人们开始有可能用计算机来收集、存贮理的要求，使人们开始有可能用计算机来收集、存贮和处理各种与空间和地理

23、分布有关的图形和有属性的和处理各种与空间和地理分布有关的图形和有属性的数据，并通过对数据的分析来为管理和决策服务数据，并通过对数据的分析来为管理和决策服务1960年，加拿大测量学家年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson 提出了把地图提出了把地图变成数字形式的；变成数字形式的；1963年又提出年又提出GIS这一术语这一术语，并于，并于1971年建立了第一个年建立了第一个GIS加拿大加拿大GIS随后随后GIS以燎原之势在全世界迅速发展起来以燎原之势在全世界迅速发展起来411.4 GIS的产生和发展的产生和发展 发展发展国际国际GIS发展发展60年代，探索时期。人们关注什么是年代，探索时期。人

24、们关注什么是GIS，GIS能干能干什么什么70年代，巩固时期。发展研究的重点是空间数据处年代，巩固时期。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理的算法，数据结构和数据库管理这三个方面80年代，突破阶段。人们把年代，突破阶段。人们把GIS与与RS用于解决全球用于解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等散问题等90年代，产业化阶段。对年代，产业化阶段。对GIS进一步研究，研究的内进一步研究，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

25、能引入等关系和数据模型，人工智能引入等 421.4 GIS的产生和发展的产生和发展 发展发展我国我国GIS的发展的发展70年代，准备阶段。年代，准备阶段。GIS先驱进行极积呼吁、舆论准先驱进行极积呼吁、舆论准备和一些可行性实验备和一些可行性实验80年代，试验起步阶段。年代，试验起步阶段。我国在我国在GIS理论探索，规范理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展90年代初，年代初，GIS发展阶段。改革开放以来，沿海，沿发展阶段。改革开放以来，沿海，沿江经济开发区发展土地的有偿使用和外资的引进，急江经济开发区发展土地的有偿使用和外资的

26、引进，急需需GIS为之服务，这也推动为之服务，这也推动GIS在我国的全面发展在我国的全面发展96年以来，年以来，GIS产业化阶段。空间信息基础设施已纳产业化阶段。空间信息基础设施已纳入国家计划；国家和地方级的入国家计划；国家和地方级的GIS相继建立并投入运相继建立并投入运行；各高校开设了与行；各高校开设了与GIS相关的新专业；具有我国自相关的新专业；具有我国自主版权的主版权的GIS基础软件的研制逐步进入了产业化轨道基础软件的研制逐步进入了产业化轨道431.5 GIS相关学科相关学科44考古学考古学人文地理学人文地理学公共管理公共管理社会学社会学流行病学流行病学健康护理规划健康护理规划森林学森林

27、学土壤科学土壤科学地貌学地貌学环境科学环境科学地质学地质学生态学生态学水文学水文学气象学气象学公共信息查询公共信息查询矿产开发矿产开发设施维护设施维护产业产业/商业商业市场市场旅游业旅游业资产管理资产管理计算机科学计算机科学制图学制图学可视化可视化符号学符号学测量测量遥感遥感照相测量法照相测量法数学数学数据库数据库计算机计算机图形学图形学统计学统计学地理统计学地理统计学人工人工智能智能认知科学认知科学社会经济测量地形测量环境测量45小小结结GIS的特点的特点GIS的基本概念：的基本概念：数据与信息、地理信息与地图等数据与信息、地理信息与地图等GIS的构成：的构成：硬件、软件、空间数据库、应用人员和硬件、软件、空间数据库、应用人员和应用模型应用模型GIS的功能和应用：的功能和应用：数据输入、存储与管理、处理数据输入、存储与管理、处理与变换、空间分析、显示与输出、二次开发与变换、空间分析、显示与输出、二次开发GIS的产生和发展的产生和发展