地理信息系统第一章绪论.ppt
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1、地理信息系统原理及应用地理信息系统原理及应用1.1地理信息系统基本概念v数据与信息数据与信息数据(Data):通过数字化并记录下来可以被识别的符号符号,用以定性或定量地描述事物的特征和状况。数字、文字、符号、图形、影像、声音等都是数据。信息(Information):用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征。?信息与数据的区别与联系v数据与信息数据与信息两者在词义上的差别:数据是信息的表达形式(载体),信息则是数据的内容(内涵)P8;数据处理与解释:l l数据处理:为数据解译服务。数据处理:为数据解译服务。l l数据解译:从数据中获取信息。如:遥感图像的数据解译
2、:从数据中获取信息。如:遥感图像的解译。解译。信息的特征:客观性、适用性、传输性、共享性(P8)。1.1地理信息系统基本概念v地理信息与地理信息系统地理信息与地理信息系统地理信息地理信息l l地理数据地理数据地理数据地理数据是与地理环境要素有关的物质的数量、是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、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图像和图形等的总称.(p8p8)l l地理信息地理信息地理信息地理信息:是地理数据所蕴含和表达的地理意义。:是地理数据所蕴含和表达的地理意义。l l地理信息的特征:地理信息的特征:地理信息的特征:地理信息的
3、特征:属于属于空间信息空间信息。具有。具有空间定位特征(区域性)空间定位特征(区域性)属性特征(多层次性)属性特征(多层次性)时序性特征(动态变化性)时序性特征(动态变化性)。1.1地理信息系统基本概念v地理信息系统地理信息系统信息系统(ISInformationSystem):能对数据和信息进行采集、储存、加工和再现,并能回答用户一系列问题的计算机系统。数据输入数据库及管理系统数据处理与分析数据与结果的显示与输出用户界面1.1地理信息系统基本概念地理信息系统地理信息系统(GISGeographicalInformationSystem)定义:多个定义教材:教材:(P10)以地理空间数据库为基
4、础,在计算机软硬件的支持下,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、分析、模拟和显示,对空间相关数据进行采集、管理、分析、模拟和显示,并采用地理模型分析方法,适时提供多种空间和动态并采用地理模型分析方法,适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系统的计算机系统。FICCDCFICCDC(美国联邦数字地图协调委员会):(美国联邦数字地图协调委员会):(美国联邦数字地图协调委员会):(美国联邦数字地图协调委员会):由计算由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统,该系统设计机硬件、
5、软件和不同的方法组成的系统,该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模用来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与管理问题。和显示,以便解决复杂的规划与管理问题。1.1地理信息系统基本概念地理信息系统的基本概念:地理信息系统的基本概念:GISGIS是一种计算机系统;包括地理数据采集、地是一种计算机系统;包括地理数据采集、地理数据管理、地理数据处理和分析、地理数据可理数据管理、地理数据处理和分析、地理数据可视化表达与输出等子系统。视化表达与输出等子系统。GISGIS的操作对象:地理数据(或空间数据的操作对象:地理数据(或空间数据spatial spat
6、ial datadata)。)。GISGIS的技术优势:空间数据综合分析与表达的技术优势:空间数据综合分析与表达1.1地理信息系统基本概念地理信息系统的类型v按研究范围分类(按研究范围分类(P10)全球GIS区域GIS局部GIS.地理信息系统的类型v按数据模型按数据模型矢量型栅格型混合型地理信息系统的类型v按研究内容按研究内容专题地理信息系统(ThematicGIS)具有有限目标和专业特点的GIS。如:水资源管理信息系统、农作物估产信息系统、水土流失信息系统、地籍地理信息系统、管网地理信息系统、人口管理信息系统、环境管理信息系统区域地理信息系统(RegionalGIS)主要以区域综合研究和全面
7、服务为目标。如:城市GIS、省级市GIS、居住小区信息系统、校园信息系统、数字地球地理信息系统工具(GISTool)具有GIS基本功能的软件包,也称GIS开发平台或外壳。如:ARCGIS;MapInfo;CityStar;MapGIS;GeoStar;SuperMap1.2地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成系统系统软件软件应用应用模型模型应用应用人员人员空间空间数据数据系统系统硬件硬件GIS一、系统硬件一、系统硬件v数据处理设备:数据处理设备:数据的处理与计算v数据输入设备:数据输入设备:数据录入v数据输出设备:数据输出设备:数据输出数据处理设备数据处理设备v图形工作站图形工作站Th
8、inkStation工作站MacPro(MA970CH/A)是是目前配置最好、价格最目前配置最好、价格最贵的行货苹果电脑,标贵的行货苹果电脑,标配了两个英特尔四核处配了两个英特尔四核处理器。作为一款标准的理器。作为一款标准的商务工作站,它集美观商务工作站,它集美观造型与强劲配置与一身,造型与强劲配置与一身,是多媒体工作室的不错是多媒体工作室的不错选择。选择。数据处理设备数据处理设备v图形工作站图形工作站数据处理设备数据处理设备v个人计算机个人计算机数据处理设备数据处理设备v客户机客户机/服务器(服务器(C/S)这是网络软件运行的一种形式。通常,采用客户机这是网络软件运行的一种形式。通常,采用客
9、户机服务器结构的系统,有一台或多台服务器以及大量的服务器结构的系统,有一台或多台服务器以及大量的客户机。服务器配备大容量存储器并安装数据库系统,客户机。服务器配备大容量存储器并安装数据库系统,用于数据的存放和数据检索;客户端安装专用的软件,用于数据的存放和数据检索;客户端安装专用的软件,负责数据的输入、运算和输出。负责数据的输入、运算和输出。客户机和服务器都是独立的计算机。当一台连入网客户机和服务器都是独立的计算机。当一台连入网络的计算机向其他计算机提供各种网络服务络的计算机向其他计算机提供各种网络服务(如数据、文如数据、文件的共享等件的共享等)时,它就被叫做服务器。而那些用于访问服时,它就被
10、叫做服务器。而那些用于访问服务器资料的计算机则被叫做客户机。严格说来,客户机务器资料的计算机则被叫做客户机。严格说来,客户机服务器模型并不是从物理分布的角度来定义,它所体服务器模型并不是从物理分布的角度来定义,它所体现的是一种网络数据访问的实现方式。采用这种结构的现的是一种网络数据访问的实现方式。采用这种结构的系统目前应用非常广泛。如宾馆、酒店的客房登记、结系统目前应用非常广泛。如宾馆、酒店的客房登记、结算系统,超市的算系统,超市的POS系统,银行、邮电的网络系统等。系统,银行、邮电的网络系统等。vHPProLiantBL685c405659-B21参考价格参考价格:9800元元服务器类型服务
11、器类型:刀片式:刀片式处理器类型处理器类型:AMDOpteron8214服务器处理器主频服务器处理器主频:2.2GHz标配处理器标配处理器:2颗颗内存容量内存容量:4GB内存类型内存类型:DDR2数据输入设备数据输入设备v图形手扶跟踪数字化仪(简称数字化仪数字化仪)数字化仪是在专业应用领域中一种用途非常广泛的图形输入设备,是由电磁感应板、游标和相应的电子电路组成。当使用者在电磁感应板上移动游标到指定位置,并将十字叉的交点对准数字化的点位时,按动按钮,数字化仪则将此时对应的命令符号和该点的位置坐标值排列成有序的一组信息,然后通过接口(多用串行接口)传送到主计算机。通俗来说,数字化仪就是一块超大面
12、积的手写板,用户可以通过用专门的电磁感应压感笔或光笔在上面写或者画图形,并传输给计算机系统。在许多的专业应用领域中,用户需要绘制大面积的图纸,仅靠CAD系统是无法完全完成图纸绘制的,在精度上也会有较大的偏差,因此必须通过数字化仪来满足用户的需求。高精度的数字化仪适用于地质、测绘、国土等行业。普通的数字化仪适用于工程、机械、服装设计等行业。输入计算机的数据是矢量数据输入计算机的数据是矢量数据v数字化仪数字化仪数据输入设备数据输入设备v大幅面图形扫描仪大幅面图形扫描仪办公扫描仪办公扫描仪工程扫描仪工程扫描仪数据输入设备数据输入设备v大幅面图形扫描仪大幅面图形扫描仪丹麦著名的CONTEX公司是大幅面
13、工程扫描仪的专业生产商,其产品遍布世界各地。CONTEX以欧洲特有的严谨认真的设计制造风格,生产出世界上分辨率最高、性能价格比最优、销量最大的高品质大幅面扫描仪,其产品OEM给许多国际著名的CAD、GIS、图象等外设供应商,并广泛支持第三方应用软件,是各种图纸管理软件及处理软件的首选输入设备。它在国内市场的装机量达80%,遍布GIS、机械、建筑、电子、水利、勘测、石油、化工、市政、邮电、出版、电力、航天、档案、纺织、管道线路布置等各个领域。输入计算机的数据是栅格数据输入计算机的数据是栅格数据数据输入设备数据输入设备v数字摄影测量工作站数字摄影测量工作站数据输入设备数据输入设备v全球定位系统(全
14、球定位系统(GPS)数据输出设备数据输出设备v绘图仪绘图仪v计算机显示器计算机显示器CRT显示器LCD显示器数据输出设备数据输出设备v网络设备网络设备局域网模式局域网模式: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nGIS的组成的组成硬件硬件应应用模式用模式广域网模式广域网模式: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主干干网网Internet二、系统软件二、系统软件vGIS功能软件v基础支撑软件
15、v操作系统软件GIS的组成的组成软软件件结结构构操作系统(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、数据库等)GIS基本功能软件GIS应用软件用户界面GIS软件支撑软件系统软件GIS二、系统软件二、系统软件vGIS功能软件分类GIS基础软件平台:基础软件平台:具备丰富GIS专业功能的通用型GIS软件。ESRI(美国环境系统研究所美国环境系统研究所):ArcGISMapInfo公司:公司:MapInfoIntergraph公司:公司:GeoMedia超图公司:超图公司:SuperMap中地公司:中地公司:MapGIS吉奥公司:吉奥公司:GeoStarGIS应用软件:
16、应用软件:二、系统软件二、系统软件vGIS功能软件分类GIS基础软件平台基础软件平台GIS应用软件:应用软件:利用GIS基础软件平台上提供的GIS数据处理与分析功能、针对某一具体应用开发的信息系统软件。土地信息系统交通信息系统人口信息系统水土流失信息系统.二、系统软件二、系统软件vGIS功能基础软件平台功能空间数据输入与编辑空间数据输入与编辑空间数据管理空间数据管理空间数据处理与分析空间数据处理与分析空间数据输出空间数据输出图形用户界面图形用户界面(1)MAPGIS图形输入与编辑图形输入与编辑(1)ArcGIS图形输入与编辑图形输入与编辑(2)空间数据管理)空间数据管理(3)空间数据处理与分析
17、)空间数据处理与分析(4)空间数据输出)空间数据输出(5)用户图形界面)用户图形界面(6)系统二次开发功能)系统二次开发功能利用利用GIS基础软件平台提供的具有基础软件平台提供的具有GIS系统功能的应用程序开发语言,可以开发系统功能的应用程序开发语言,可以开发各种应用型各种应用型GIS软件。如:软件。如:ArcGISEngineMapXGIS基基础软础软件平台的主要功能件平台的主要功能空间数据输入与转换空间数据库管理系统图形与属性数据编辑制图与输出空间查询与分析GIS二、系统软件二、系统软件v基础支撑软件基础支撑软件系统库软件:系统库软件:系统库软件:系统库软件:提供基本的程序设计语言以及数学
18、函数库等用户可编程功能。如:C运行库和编译系统。数据库软件:数据库软件:数据库软件:数据库软件:用来管理空间数据,包括图形数据和属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQLServer、Ingress等。目前GIS软件中通常采用商用数据库商用数据库管理空间数据,一个有发展前景的模型是面向对象数据模型,可实现图形和属性数据的联合管理。Oracle、Informix、Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间数据类型。而ESRI公公司的司的SDE(SpatialDatabaseEngine)也是基于关系数)也是基于关系数据库的空间数据管理平台。
19、据库的空间数据管理平台。v操作系统软件操作系统软件系统软件主要是计算机的操作系统以系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件,目前流行及各种标准外设的驱动软件,目前流行的有的有Windows系列(系列(WindowsXP、WindowsVista)、)、UNIX等。系统软件等。系统软件关系到关系到GIS软件和开发语言使用的有效性,软件和开发语言使用的有效性,是是GIS软硬件环境的重要组成部分。软硬件环境的重要组成部分。二、系统软件二、系统软件栅格结构矢量结构GIS的操作对象为空间数据空间数据特征:几何、属性、时间数据;空间数据组织:矢量结构、栅格结构(P12);空间数据管理:几何
20、数据:文件属性数据:关系数据库三、空间数据三、空间数据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。四、系统开发、管理与应用人员四、系统开发、管理与应用人员v是应用地理信息系统的功能为某一特定的实际工作而是应用地理信息系统的功能为某一特定的实际工作而建立的解决方案建立的解决方案v依据对客观世界的认识,经过从概念到计算机信息表依据对客观世界的认识,经过从概念到计算机信息表达的映射,形成计算机中可以运行的
21、软件功能序列。达的映射,形成计算机中可以运行的软件功能序列。五、应用模型五、应用模型v构建步骤:构建步骤:五、应用模型五、应用模型v基本功能基本功能数据采集与编辑数据存储与管理数据处理与变换空间分析与统计产品制作与显示二次开发与编程v应用功能应用功能1.3 GISGIS的功能简介的功能简介v数据采集与编辑数据采集与编辑数据分层(点、线、面)数字化空间数据编辑1.3 GISGIS的功能简介的功能简介v数据存储与管理数据存储与管理数据的集成过程几何数据与属性数据组织空间数据的拓扑关系数据结构矢量结构、栅格结构、栅格/矢量结构决定着GIS的数据分析能力、效率和精度数据管理:层次模型、网络模型、关系模
22、型空间数据库的定义数据的访问与提取空间数据查询:位置查询;属性查询;拓扑查询数据更新与维护1.3 GISGIS的功能简介的功能简介数据处理与变换数据处理与变换数据获取数据入库目的:保证数据在入库时在内容上的完整性,目的:保证数据在入库时在内容上的完整性,逻逻辑上的一致性。辑上的一致性。方法:数据编辑与处理、错误修正:方法:数据编辑与处理、错误修正:数据变换数据变换:投影变换;:投影变换;数据平移、旋转、缩放、几何纠正数据平移、旋转、缩放、几何纠正数据重构:数据重构:数据格式转化(矢量、栅格转化,不同数据格式转化)数据格式转化(矢量、栅格转化,不同数据格式转化)数据拼接数据拼接数据剪裁数据剪裁数
23、据压缩数据压缩数据抽取:数据抽取:类型选择;窗口提取、布尔提取、空间数据内插类型选择;窗口提取、布尔提取、空间数据内插1.3 GISGIS的功能简介的功能简介v空间分析与统计空间分析与统计叠合分析(叠合分析(overlayoverlay):):在统一的空间参照系统一的空间参照系下下,把同一区域同一区域的两个或两个以上两个或两个以上的地理图层重叠在一起进行的图形运算图形运算和属性运算,属性运算,以产生空间区域的多重属性特征或建立地理对象之间的空间对应关系。易于进行多条件的查询、地图剪裁、地图更新和统计分析。1.3 GISGIS的功能简介的功能简介叠合分析(overlay)示意空间合成叠加空间合成
24、叠加空间合成叠加空间合成叠加作用:作用:1 1、用于搜索具、用于搜索具有几种地理属性有几种地理属性的分布区域;的分布区域;2 2、对叠合后产、对叠合后产生的多重属性进生的多重属性进行新的分类行新的分类空间统计叠加空间统计叠加空间统计叠加空间统计叠加作用:作用:用于提取某个区用于提取某个区域范围内某种主域范围内某种主题属性内容的数题属性内容的数量特征。量特征。v空间分析与统计空间分析与统计缓冲区分析缓冲区分析缓冲区分析缓冲区分析(Buffer)(Buffer)(Buffer)(Buffer)是对选中的一组或一类地图要素(点、线或面)按设定的距离条件,围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体,从而实现
25、数据在二维空间得以扩展的信息分析方法。缓冲区应用的实例缓冲区应用的实例缓冲区应用的实例缓冲区应用的实例污染源污染源对其周围的污染量随距离而减小,确定污染的区域;为失火建筑失火建筑找到距其 500 米范围内所有的消防水管等;道路噪声影响范围道路噪声影响范围就是沿道路建一定宽度的缓冲区,车流量决定缓冲区半径;城市道路扩宽时,计算需拆迁的房屋及赔偿估算;某地区有危险品仓库危险品仓库,要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围,这就需要进行点缓冲区分析。1.3 GISGIS的功能简介的功能简介 栅格数据栅格数据距离变换距离变换提取一定宽度的多边形提取一定宽度的多边形缓冲区缓冲区v空间分析与统计空间分析与统计数字地
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