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地理信息系统的一些相关概念 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途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：1:11：100万 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3956 ； 东经116242、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：72136:1323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A60)+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A1到A60)+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A1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A1到A60)+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/T56601995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 20