地理信息系统课件《武汉大学》教学教材.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,地理信息系统原理,GIS,(Course of Geographic Information System),地理信息系统教程,前 言,一、课程意义,二、课程安排,三、可选教材,1、当前时代特点要求,3、专业要求,开始学习,2、GIS发展势头迅速,前言,1）信息的巨大物化力量,由于信息爆炸，人们的工作重点从单纯的,物质生产,转移到对,信息的处理,上来，因为对信息的合理管理和利用会产生巨大的经济效益。如股市信息,2）信息资源的科学管理和充分利用,由于社会进步，人类开始觉悟到对资源的利用不能简单掠夺，而应当合理地管理利用，把开发和保护结合起来。其表现为：兴起城市规划，污水、环境资源管理与利用，灾害监测系统，三峡工程等,。,3）信息产业的形成与壮大,信息产业的发展日益迅猛，已成为当代经济发展的重要特点。例如：,1990,年世界信息产业的产值达,1489,亿,美圆，到,90,年代中期已突破,1,万亿,美圆，成为跃居传统产业之上的最大产业之一。现代发达国家信息产业的产值率占国民生产总值的,40%-60%,，年增长是传统产业的,3-5,倍。,而约,80%,信息与空间分布有关，使得地理信息系统的发展更为迅猛。,1、信息时代特点,返回,2、地理信息系统发展趋势前所未有,前言,目前，GIS 在科学界、技术界和商业界，在社会、经济和管理部门全面发展和推广应用，其标志为：,-投入使用的GIS系统，每2-3年翻一翻；,-GIS市场的年增长率为35%以上，目前从事GIS的厂家数目急增，主要厂家年销售量增长均在100%以上；,-愈来愈多的地区性和国际性会议以GIS为主题，讨论GIS理论及各种应用；,-愈来愈多的学术刊物和论文采用GIS为标题；,-愈来愈多的学科如地理、工程学、森林学、城乡规划、计算机科学、测量与制图学、航测与遥感学等，将GIS作为其发展方向加以强调；,-愈来愈多的大学增加关于GIS的课程，对GIS感兴趣的人愈来愈多；,-。,总之，包括GIS在内的信息技术正不断渗入到各行各业，并将彻底改变人们的工作方式、生活环境。,返回,3、专业要求,前言,在上述大环境下，社会急需GIS专业人才，GIS专业需要该课程作为,主干课程,；,接触GIS的程度不同，对GIS的理解不同；为了正确理解GIS，掌握GIS基本理论和方法，共同学习本课程。,返回,1地理信息系统教程，胡鹏等，武汉大学出版社,2地理信息系统基础，龚健雅，科学出版社,3地理信息系统原理与方法，吴信才，电子工业出版社,4,地理信息系统原理与方法,边馥苓,测绘出版社,前言,三、参考教材,返回,二、课程安排,前言,什么是GIS？,GIS能作什么？,如何实现？,如何发展？,第一章 绪论:GIS概念,与相关学科关系,GIS组成,GIS的功能与应用等,第二至八章：GIS数据结构、数据输入、数据处理、数据管理和空间分析等,第九章：,GIS发展热点,返回,第一章 绪论,1-1 GIS概念,1-2 GIS发展,1-3 GIS 构成,1-4 GIS 功能和应用,二、信息与数据,三、地理信息与地学信息,四、信息系统和GIS,一、国际GIS的发展,二、我国GIS的发展,一、GIS组成,二、硬件配置,三、软件配置,一、GIS功能,二、GIS应用,一、例子,1-5 GIS 相关学科,一、GIS构成,二、GIS学科树,一、GIS相关学科,一、例子,如何为一公园选择合理位置？,依山傍水；交通方便；较安静,要求,方案2,条件2,方案1,条件1,第一章 绪论,1-1 GIS概念,返回,处理、分析,空间分析,算法,现实世界,获取,水系信息,地形信息,道路信息,植被信息等,+,+,+,空间,数据库,存储,二、信息与数据,第一章 绪论,1、信息,1）定义：,信息是现实世界在人们头脑中的反映,。它以文字、数据、符号、声音、图象等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。,2）信息的特性,：,A、,客观性,：任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息的正确性和精确度的保证。,B、,适用性,：问题不同，影响因素不同，需要的信息种类是不同的。信息系统将地理空间的巨大数据流收集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息，这是由建立信息系统的,明确目的性,所决定的。,如股市信息，对于不会炒股的人来说，毫无用处，而股民们会根据它进行股票的购进或抛出，以达到股票增值的目的。,C、,传输性,：信息可在信息发送者和接受者之间进行传输信息的传输网络，被形象地称为“信息高速公路”。,D、,共享性,：信息与实物不同，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，这为信息的并发应用提供可能性。,1-1 GIS概念,2、数据,第一章 绪论,1-1 GIS概念,指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图象等符号。,数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。,3、,两者关系,（有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，其实不然）,。,数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵,，是,形与质,的关系。,只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。,例如“,1,、”“,0,”独立的,1,、,0,均无意义。,当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了“有”“无”信息，当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息。,返回,三、地理信息与地学信息,第一章 绪论,1-1 GIS概念,1、地理信息,1）定义,：,指与研究对象的空间地理分布有关的信息。,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称,。,2）特点：,A、,地域性,：,（是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志）,。,地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。,B、多维结构,：,指在同一位置上可有多种专题的信息结构。如某一位置上的地理信息包括（,例图,）,C、,时序特征,：,时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。因此，一实时的,GIS,系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有,现势性,。以免过时的信息造成决策的失误或因为缺少可靠的动态数据，不能对变化中的地理事件或现象作出合理的预测预报和科学论证。,例如,98,年龙王庙特大洪水险情正是武汉勘测设计院利用先进的摇感、,GPS,技术测得实时数据为抗洪决策提供可靠依据。显然，如果用过时数据，这将造成多大的损失，这就是地理信息的时序特征。,第一章 绪论,1-1 GIS概念,2、地学信息,与人类居住的地球有关的信息都是地学信息。,地理信息的信息源是地球表面的,岩石圈、水圈、大气圈和人类活动,等；,地学信息所表示的信息范围更广泛，不仅来自地表，还包括,地下、大气层甚至宇宙空间。,它是人们深入认识地球系统、适度开发资源、保护环境的前提和保证。,3、两者信息源不同,返回,四、信息系统和地理信息系统,第一章 绪论,1-1 GIS概念,1、信息系统(Information System,IS),1）系统,：,由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成，能完成特定功能的有机整体。,2）信息系统,：,能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。具有采集、管理、分析和表达数据的能力。,3）,类型,：,从适用于不同管理层次角度出发、信息系统分为下列不同类型。,事务处理系统、管理信息系统,：主要支持操作层人员的日常事务处理，图书管理，借还书。,决策支持系统,：从,MIS,中获取信息，进行推测，以辅助决策。,人工智能、专家系统：,用计算机模仿人类思维过程进行推理，在医学上应用较成功。,为有效地对信息流进行控制，组织、管理、充分利用就需要建立某种信息系统，那么对地理信息进行管理、利用就需要建立地理信息系统。,返回,2、地理信息系统(Geographic Information System,GIS),第一章 绪论,1-1 GIS概念,1）定义,：,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,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。,-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,获取、存储、检索、操作、分析和显示,地球,空间数据,的计算机系统。,-英国教育部,2）理解,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,，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,有关的地理分布数据，也就是,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,与其他信息系统不同的根本所在。,返回,第一章 绪论,1-1 GIS概念,3、GIS与其它IS之间的关系和区别,G,IS,空间数据和属性数据的联合体,返回,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（,信息系统分类）,第一章 绪论,1-1 GIS概念,信息系统（IS),非空间信息系统,空间信息系统（SIS）,如厂矿企业管理、财务等MIS,非地理信息系统,CAD/CAM,地理信息系统（GIS）,专题GIS,综合信息系统,地籍信息系统,城市管线信息系统,城市规划与管理IS,区域资源与环境IS,返回,2）GIS与其它IS的区别,第一章 绪论,11 GIS概念,A、GIS与一般MIS,：,GIS离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等都是,GIS,广泛使用的核心技术。,GIS,对空间数据和属性数据,共同管理、分析和应用,，而一般MIS（数据库系统）侧重于,非图形数据（属性数据）的优化存储与查询,，即使存储了图形，也是以文件的形式存储，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。,如电话查号台是一个一般MIS，只能回答用户询问的电话号码，而通信信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的地理分布、空间密度、最近的邮局等空间关系信息。,返回,B、GIS与CAD/CAM,第一章 绪论,1-1 GIS概念,管理了图形数据和非空间属性数据的系统不一定是,GIS,，如，,GIS与CAD,共同点,GIS与CAD,不同点,都有空间坐标系统；,都能将目标和参考系联系起来；,都能描述图形数据的拓扑关系；,都能处理属性和空间数据,研究对象为人造对象规则几何图形及组合；,图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱；,中的拓扑关系较为简单；,一般采用几何坐标系。,处理的数据大多来自于现实世界，较之人造对象更复杂，数据量更大；数据采集的方式多样化；,GIS的属性库结构复杂，功能强大；,强调对空间数据的分析，,图形属性交互使用频繁；,GIS采用地理坐标系。,返回,GIS与CAM,GIS与CAM,共同点,GIS与CAM,不同点,都有地图输出、空间查询、分析和检索功能,侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图的输出机制；,它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系；,它与数据库的联系通常是一些简单的查询。,CAM是GIS的重要组成部分；,综合图形和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策信息。,CAM（Computer Adid Map)-计算机地图系统计算机辅助制图,第一章 绪论,1-1 GIS概念,返回,1-2 GIS发展,第一章 绪论,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.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,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。,诺基尔。汤姆林逊,1、60,年代，探索时期,（,GIS,思想和技术方法的探索,）人们关注什么是,GIS,，,GIS,能干什么。,2、,70年代，巩固时期,，（,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。,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。,4、90年代，全面应用,，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。,一、国际GIS的发展状况,返回,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：,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行性实验。,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。,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,。,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“3S”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。,第一章 绪论,1-2 GIS发展,返回,1-3 GIS 构成,第一章 绪论,从计算机的角度看，GIS是由软件、硬件、数据和用户组成。,用户,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）,硬件,（各种设备-物质基础）,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）,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。,一、GIS组成,返回,第一章 绪论,1-3 GIS 构成,二、,硬件配置,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,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,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,功能,硬件配置,返回,第一章 绪论,13 GIS 构成,三、软件,配置,GIS应用软件,GIS硬件,操作系统,GIS专业平台软件,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。,1、GIS软件层次,返回,2、GIS基础软件主要模块,第一章 绪论,1-3 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,返回,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,GIS能作什么？,一、GIS 功能,缓冲区分析,叠加分析,空间查询,网络分析,地形分析,。,数据采集与输入,数据编辑与更新,数据存储与管理,空间查询与分析,数据显示与输出,返回,数据采集与输入,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,现实世界,返回,文字报告、遥感图象等,数字化仪,扫描仪,解析测图仪,键盘 等,编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等,空间数据库,空间查询,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,返回,空间数据库,哈尔滨在哪里？,空间查询,属性查询,78路公交经过哪些站？,叠加分析,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,空间数据库,为某工厂选址，首先找出地价1万元m;,且地形起伏较小的区域?,地价1万元m,坡度小于3度的地形信息,空间检索,返回,满足两条件的区域,+,缓冲区分析,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,空间数据库,道路的噪音影响范围?,街道中心线,空间检索,返回,城市环境评价,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,空间数据库,哪条路最近,如何乘车?,道路信息,空间检索,返回,网络分析,地形分析,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,空间数据库,航道淤积,挖槽方案比较?,返回,地形信息,空间检索,数据显示与输出,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,空间数据库,各种需求?,各种信息,空间检索,返回,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,二、GIS 主要 应用领域,资源管理,区域和城乡规划,灾害监测,环境评估,作战指挥,交通运输,宏观决策,商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域,返回,资源管理,第一章 绪论,1-4 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,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。,返回,图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘,区域和城乡规划,第一章 绪论,1-4 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。,返回,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,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,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。,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,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,返回,图片摘自 张超主编的地理信息系统教程所配光盘,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,返回,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,交通运输,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,返回,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,第一章 绪论,1-4 GIS 功能和应用,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,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,1-5 GIS 相关学科,第一章 绪论,返回,GIS,计算机科学,数据库理论,软件工程,计算机图形学,图象处理,人工智能,网络计算,数学,几何学,拓扑学,统计分析,地理学、测绘学、地学,地图学,RS、GPS,其他应用科学,二、GIS学科树,数学,运算研究,统计学,地理统计学,认知科学,计算机科学,测量,遥感,摄影测量学,制图学,可视化,符号学,信息存储,数据库,模式识别,计算几何,计算机图形学,人工智能,旅游业,航运,市场,资产管理,产业/商业,矿产开发,设施维护,公共信息查询,公共管理,考古学,人文地理学,社会科学,健康护理规划,流行病学,环境科学,地貌学,土壤科学,森林学,地质学,生态学,水文学,气象学,地形测量,环境测量,社会、经济测量,返回,