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地理信息系统的一些相关概念

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地理信息系统的一些相关概念
• 1.   信息和数据
• （1）信息:是向人们或系统提供的关于现实世界的事实的知识，换句话说，信息是用数字、文字、符号、语言等介质表示的事件、事物、现象的内容、数量或特征。
从信息科学角度看信息的四大特点
适用性。客观性。共享性。传输性
• （2)数据:是用于载荷信息的物理量,包括:数字、文字、符号等。数据是客观对象的一种表示，而信息是数据内涵的意义.
地理信息系统的建立，首先是收集数据，然后进行处理,获得信息。
地理信息的特征
空间性、动态性(时间性)、专题性（属性）、分布性
空间信息包括：人口、资源。社会、经济、环境
信息系统:(1).什么是信息系统：信息系统是具有采集管理分析和表达数据能力的系统,在计算机时代信息系统都部分或全部由计算机系统支持，并由计算机硬件软件数据和用户组成.智能化的信息系统还包括知识
地理信息系统特征
A.      具有采集、管理、分析、显示多种地理空间信息的能力。

B.      以地理研究和决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析,多要素综合分析和动态预测能力,并能产生高层次的地理信息。
C。      计算机系统的支持。 GIS各种功能的实现,依赖于计算机软、硬件系统的支持。
 所以地理信息系统：
从外部来看:是计算机软、硬件系统.
从内部来看:是数据和程序组织而成的空间系统模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。
GIS发展趋向
1、从软件系统看GIS的发展趋势
1)集成（Integration）
体现GIS和其他技术的结合

2)分化（Fractionation)
体现软件领域中的新的开发思想
2、从应用看GIS发展趋势
1）数据标准化
2）系统集成化
3)开发组件化
4)平台网络化
5）应用社会化

GIS 发展原因
1)实际的需要

2）技术、理论和方法的成熟
开放GIS就是网络环境中对不同种类地理数据和地理处理方法的透明访问。开放GIS的目的是提供一套具有开放界面规范的通用组件，开发者根据这些规范开发出交互式组件，这些组件可以实现不同种类地理数据和地理处理方法间的透明访问。  
当前GIS 发展中的几个热点
1.传统GIS软件的特点

(1）按功能模块开发（GIS按照功能划分为一系列模块）；
(2）具有独立的数据结构；
（3）属于独立封闭的系统， 形成信息孤岛;
（4)系统庞大、费用昂贵;
（5）用户难以掌握,不易普及。
传统GIS开发难度高、用专用二次开发语言、不便于同其它系统系统的集成
1）组件技术的出现对软件技术产生很大的影响
1）组件技术的出现对软件技术产生很大的影响
组件GIS的基本思想是把GIS各大功能模块划分成几个控件，每个控件完成不同功能。使各个GIS控件之间，以及GIS控件与非GIS控件之间,可以通过开发工具集成起来，形成最终的GIS应用系统。

从技术的角度看，组件式GIS是面向对象技术和组件式软件在GIS开发中的应用，它符合当今软件技术的发展潮流。

目前，国际上大多数GIS软件公司把开发组件式软件作为重要的发展战略.
5）组件式GIS的特点
（1) 高效无缝的系统集成

(2) 无须专门GIS开发语言

（3）成本低有利GIS的普及
(4）功能灵活，可扩充性强
WebGIS的结构：WebGIS系统 的组成
1） WebGIS浏览器

2)WebGIS 信息代理(Information Agent）

3）WebGIS服务器

4. 空间数据基础设施
1)国家信息基础设施NII（信息高速公路）
信息高速公路的五道车道：
公用电信有线网； 移动通信网; 卫星广播通信网； 地面电视广播网；有线电视网。
信息高速公路的三大支柱：
高传输速率的光纤网络；强大的网络管理软件；超级的数据库服务器.
信息高速公路的组成:
传输层,即信息高速公路的车道;网络层，用来交换信息，实现信息的交换和调度；终端层室沟通信息高速公路的各类用户界面.

空间数据基础设施内容包括空间数据标准、基础空间框架数据、空间数据交换网及元数据。
• 在科技界目前对“数字地球”还没有确切的学术的定义，一般认为“数字地球”是对真实地球及其相关现象的统一的数字化的认识,是以因特网为基础，以空间数据为依托，以虚拟现实技术为特征，具有三维界面和多种分辨率浏览器的面向公众开放的系统.
• 通常认为数字地球主要由三部分组成：A不同分辨率尺度下的地球三维可视化的浏览界面（与目前普遍使用的GIS不同），这是与用户交流的接口。B 网络化的地理信息世界，为用户提供公用信息和商业信息，甚至可以为各类网络用户开辟一个认识“我们这个星球”的“没有围墙的实验室”。C 多源信息的集成和显示机制,就是融合和利用现有的多源信息，并将其“嵌入”数字地球的框架，进行“三维的描述”和智能化的网络虚拟分析，这是建立地球的关键技术。数字地球的兴起将在农业、环境、资源、人口、灾害、城市建设、教育军事、政府决策和区域的可持续发展等领域起到巨大的作用。
第二节 地理信息系统的组成及分类
• 一.地理信息系统的组成
GIS 由五个主要的元素所构成： 硬件、软件、数据、人员和方法（模型）。
• 1。硬 件：计算机、外设、网络设备
硬件主体是GIS所操作的计算机
2。软 件： 计算机系统软件、地理信息 系统软件、 应用分析软件
3。数 据
一个GIS系统中最重要的部件就是数据了

•

• 二.GIS的分类
• 1、从提供的性能角度看GIS分类
• 1）空间管理型GIS 大众型
• 2）空间分析型GIS 传统型
•  3）空间决策型GIS 决策型
• 3、从系统结构角度看GIS的分类
• 1）单机GIS
•  2)网络GIS
• 3、从数据结构角度看GIS的分类
• 1）矢量数据结构GIS
• 2)栅格数据结构GIS
• 3）混合型数据结构
• 矢量和栅格模式
• 在矢量模式中，关于点、线和多边形的信息被编码并以x、y坐标形式储存。一个点特征的定位，例如一个钻孔，可以被一个单一的x、y坐标所描述.线特征，例如地理信息系统工作于两种不同的基本地理模式-—矢量模式和栅格模式.
• 公路和河流，可以被存储于一系列的点坐标.多边形特征,例如销售地域或河流聚集区域，可以被存储于一个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于描述一些离散特征，但对连续变化的特征，例如土壤类型或赶往医院的开销等,就不太有用。栅格模式发展为连续特征的模式。栅格图象包含有网格单元,有点像扫描的地图或照片。不管是矢量模式还是栅格模式，用来存储地理数据，都有优点和缺陷。现代的GIS都可以处理这两种模式。
•
•

• 四。 GIS同一般信息系统的主要不同点
• 。 GIS具有分析功能
第三节。GIS的研究内容
及应用概述
•
第三节

3S 5S GIS与虚拟现实集成 与网络的集成 与企业管理集成 与通信系统集成
• 一．地理信息系统研究的内容
• 二．目前GIS应用的特点
• GIS应用专业化
• GIS应用社会化
3、GIS与其他技术系统的集成

• 三. 派生出的各种基于GIS的应用系统
1、UGIS(Urban GIS)城市地理信息系统

城市信息系统发展的三个阶段：

（1）MIS为主体结合GIS的静态城市管理；

（2）GIS为主体结合OA的动态城市规划管理;

（3)以数字城市为长期目标的面向城市可持续发展的全数字化信息系统.

GGIS （Government GIS)政府地理信息系统
2、MGIS（Military GIS)军事地理信息系统

MGIS的特点:

。用电子地图代替了笨重的模拟地图；

.DTM模型等地形分析广泛应用；

。GIS同其他系统集成的应用。
• *四. GIS如何工作
• GIS就是用来存储有关世界的信息，这些信息是可以通过地理关系连接在一起的所有主题层coverage合.这个简单却非常有力和通用的概念，对于解决许多真实世界的问题具有无价的作用，这些问题包括:跟踪传输工具、记录计划的详细资料，模拟全球的大气循环等。
地理信息包含有明确的地理参照系统，例如经度和纬度坐标，或者是国家网格坐标
• 地理信息系统工作于两种不同的基本地理模式—-矢量模式和栅格模式。
• 在矢量模式中,关于点、线和多边形的信息被编码并以x、y坐标形式储存。一个点特征的定位，例如一个钻孔，可以被一个单一的x、y坐标所描述。线特征，例如公路和河流，可以被存储于一系列的点坐标。多边形特征，例如销售地域或河流聚集区域，可以被存储于一个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于描述一些离散特征，但对连续变化的特征，例如土壤类型或赶往医院的开销等，就不太有用。栅格模式发展为连续特征的模式。栅格图象包含有网格单元，有点像扫描的地图或照片.不管是矢量模式还是栅格模式,用来存储地理数据,都有优点和缺陷。现代的GIS都可以处理这两种模式。

•
• 五. GIS的任务
• 一般来说，GIS有以下五个过程或任务：
• 1。输入
• 在地理数据用于GIS之前，数据必须转换成适当的数字格式.从图纸数据转换成计算机文件的过程叫做数字化。对于大型的项目，现代GIS技术可以通过扫描技术来使这个过程全部自动化,对于较小的项目，需要手工数字化（使用数字化桌）。
• 目前，许多地理数据已经是GIS兼容的数据格式.这些数据可以从数据提供商那里获得并直接装入GIS中.
• 2、处理
• 3、管理
• 4、查询和分析(接近程度分析和叠置分析）
• 5。可视化分析
• 六. GIS可以作什么
• 1。进行地理信息查询和分析
• GIS搜索数据库并进行地理信息查询的能力，GIS可以：
• 缩短回答客户请求的时间
• 找到适合于开发的土地
• 在粮食、土壤和天气之间找寻相关关系
• 电气线路故障定位
• 房地产经纪人可以用GIS在一定的区域内寻找满足下列条件的所有房屋2。改进工作集成(提高工作效率)
• 3。做出好的决定
• 4、制图
• GIS可以作什么———--（数据管理.浏览查询。强大的分析功能.动态分段。专业性分析。地图整饰.路径分析。断面分析。格网分析。)
用于大型GIS工程 应用领域：

测绘 勘测 规划 土地
交通 管线 农林 水利
环保 油田 地质
军事……
GIS的应用的构成
数据集成
空间数据管理

•

•
• 七。 GIS的应用领域

第二章 GIS的基础及
数据获取
第二章 GIS的基础及数据获取

2。1 地图简介
2。2 GIS工作的硬件配置
2。3 GIS工作的软件构成
2。4 GIS中的数据源
2.5 空间数据的质量及精度分析
2.6 地理信息的标准
2。7 空间元数据

第一节 地图基础
一．地图的分类
地图按内容分类：普通地图和专题地图

地图按比例尺分类:大:大于1:1万
中：1:1—1：100万
小:小于1:100

二．地理空间坐标系：空间位置的参照基准
1、地理空间坐标
北京:北纬39°56 ’； 东经116°24’

2、平面直角坐标
1、球面坐标系统（天文地理坐标，大地地理坐标“大地经度和大地维度”，空间直角坐标）
2、平面坐标系统—高斯平面直角坐标(横轴等角墨卡托投影
，分带投影)
3、高程基准
1956黄海高程 1985国家高程基准

三．地图的投影
1、地图的投影
由于球面的不可展示性，为了用平面坐标来表示球面上目标的空间位置，必须进行球面坐标到平面坐标的转换，这就是地图的投影变换。
2、地图投影的分类
1）按变形的性质可分为等角投影，等积投影，等距投影；
2)按展开方式可分方位投影、圆柱投影、圆锥投影;
3）按投影 面积与地球相割或相切可分为割投影和切投影。
3、地图投影的选择
我国的主要用高斯—-克吕格投影地图投影。（横轴等角墨卡托投影)接近南博特投影(UTM）

我国东经：72－136:13－23共11个投影带。

四．地形图的分幅和编号
我国，基本地形图的分幅和编号按国际规定的在1:100万地形图基础上,按径纬度进行.
1) 1:100万地形图的分幅和编号：南北纬88度
按纬差4度,径差6度分(cong180度开始从A-1到A—60)+
2） 1:50万， 1:20万，1:10万地形图的分幅和编号
1:50万按纬差2度，径差3度分，即一幅1：100万地形图包含4幅1：50万地形图；
1:20万按纬差40‘，径差1度分, 分36幅图；
1：10万按纬差20‘，径差30'分，分144幅图;
3) 1：5， 1:2。5万，1：1万地形图的分幅和编号
这三种图在1：10万地形图基础上，按径纬度划分。
我国，基本地形图的分幅和编号按国际规定的在1:100万地形图基础上，按径纬度进行。
1） 1:100万地形图的分幅和编号
按纬差4度，径差6度分(cong180度开始从A—1到A—60)+
2) 1:50万， 1:20万，1:10万地形图的分幅和编号
1：50万按纬差2度，径差3度分,即一幅1：100万地形图包含4幅1:50万地形图;
1：20万按纬差40‘，径差1度分, 分36幅图；
1:10万按纬差20‘，径差30’分，分144幅图;
3） 1：5， 1：2.5万，1:1万地形图的分幅和编号
这三种图在1：10万地形图基础上，按径纬度划分.

我国，基本地形图的分幅和编号按国际规定的在1：100万地形图基础上，按径纬度进行。
1） 1:100万地形图的分幅和编号
按纬差4度，径差6度分（cong180度开始从A—1到A-60)+
2） 1：50万， 1：20万，1:10万地形图的分幅和编号
1：50万按纬差2度,径差3度分，即一幅1:100万地形图包含4幅1：50万地形图；
1：20万按纬差40‘，径差1度分, 分36幅图;
1:10万按纬差20‘，径差30’分，分144幅图;
3) 1:5, 1：2.5万，1：1万地形图的分幅和编号
这三种图在1：10万地形图基础上，按径纬度划分.

我国，基本地形图的分幅和编号按国际规定的在1：100万地形图基础上，按径纬度进行.
1） 1:100万地形图的分幅和编号
按纬差4度，径差6度分（cong180度开始从A—1到A—60)+
2） 1：50万， 1:20万，1:10万地形图的分幅和编号
1:50万按纬差2度，径差3度分，即一幅1:100万地形图包含4幅1：50万地形图；
1：20万按纬差40‘，径差1度分, 分36幅图;
1：10万按纬差20‘,径差30’分，分144幅图；
3） 1：5， 1:2。5万,1：1万地形图的分幅和编号
这三种图在1：10万地形图基础上，按径纬度划分。
2.5空间数据的质量及精度分析
一、空间数据质量
数据的准确度（accuracy)指记录值和真实值之间接近的程度;
数据的精密度（precision)指数据表示的精密程度,如数据有效位数；
数据的分辨率（spatial resolution)指两个可测量数据之间可识别的最小差异，常用最小线宽来表示；
数据的不确定性（uncertainty)包括空间位置不确定性、属性不确定性、时域不确定性、逻辑上的不一致性、及数据的不完整性；
数据的误差（error）表达数据准确性的一种表达方式。
空间数据误差的来源
1）数据采集引起的误差 如野外测量仪器的误差、记录的误差；RS数据纠正和提取的误差；地图印刷误差、坐标转换引起误差等。
2）数据输入引起的误差 如 数字化误差、格式转换引起的误差等。
3）数据存储引起的误差 数据存储选用精度不够、存储空间数据的格网太大、比例尺太小等
4）数据处理引起的误差 如插值引起的误差 、叠加引起的误差 、算法产生的误差等.
5）数据输出引起的误差 如输出媒体不稳引起的误差 、设备精度引起的误差等.
6）使用引起的误差 如选择和使用不当引起的误差等。
空间数据误差的种类
1、源误差
1)地面测量数据的误差

2)地图数字化的误差

3）RS数据误差
2、GIS处理过程引起的误差
1）计算机字长引起的误差

2)拓朴分析引起的误差

3)数据的分类和内插引起的误差
2.6地理信息的标准
一、地理信息标准化的意义

1、促进地理信息的交换和使用

2、促进地理信息的共享
二、信息技术的标准和机构
1、信息技术标准分类
（1）硬件设备标准 如RS232接口；
（2）软件标准 如SQL查询语言；
(3）数据和格式标准 如数据格式标准；
（4）数据集标准 数据存放标准；
（5)过程标准 用于指导数据开发过程.
2、从管辖范围看制定信息技术的标准和机构
（1)国际级的标准化组织如 ISO(International Standard Organization）；
（2）区域级标准化组织；
（3)国家级标准化组织，如美国国家标准化组织ANSI、美国联邦地理数据委员会FGDC；
（4）政府和用户级标准化组织 如GIS领域中的OGC（OpenGIS）;
（5）其它标准化组织。
如美国联邦空间数据委员会在1992年颁布了美国空间数据交换标准SDTS（Spatial Data Transfer Standard）
三、国内的GIS标准
GIS标准可保证GIS技术及其应用向规范化发展，拓宽GIS应用实现不同领域地理信息的共享和互操作。我国基础地理信息的标准还缺乏系统性和完整性.但作为NSDI的重要组成的国家基础GIS(NFGIS)建设热潮很高。
目前已完成如：
· 中华人民共和国行政区划代码,GB2260-80；
· 国土基础信息基础数据分类代码，GB/T13923-92；
· 1：500、1：1000、1：2000 地形图要素分类代码，GB14804-93;· 1：5000、1：10000、1：25000、1:100000 地形图要素分类代码，GB/T5660—1995等;· 1：100万、 1:25万地形数据库、地名数据库；1：1万、1：5万地形数据库、地名数据库（试验）等.
2/7空间数据的元数据(metadata)
元数据是“数据的数据"，是关于数据和信息资源的描述信息,他描述数据的内容、质量、条件和其他特征,使数据充分发挥作用，在实现数据的共享方面十分重要。
二、空间元数据的内容
三、空间数据源数据的分类：按对象、作用、功能分
第三节 GIS数据获取
§ 一.GIS输入设备
1、数字化仪
功能：
原理：
主要部件:
指标:
软件 :GIS
产品：如Calcomp 34480 A0 0.127mm/12800lpi 15000元
2、扫描仪 越来越重要、 OCR 、半自动化
种类：
功能：
原理：
主要部件:
指标：
软件 ：
产品
3、全数字摄影测量仪（工作站）
处理完整的数字影像
主要部件：计算机、立体显示卡、立体观察眼镜
4、其它设备
数码相机、摄像机、GPS接收机等

2。4 GIS中的数据
GIS数据的特点：
*空间性、时间性、专题性、分布性。*（重点）
GIS 的数据源:
地图数据
遥感数据
测量数据
野外采集数据
其它数据

§

§ 二．GIS数据获取

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