GIS的组成和功能.ppt

第一章 GIS的组成和功能2-1-3本章主要内容第一节 地理信息系统的基本构成第二节 地理信息系统的功能简介第三节 地理信息系统的发展透视第四节 地理信息系统有关学科第五节 地理信息系统理解歧意第一节 GIS的基本构成 系 统 硬 件 系 统 软 件空间数据用户第一节 GIS的基本构成系统硬件系统硬件 由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。输和显示空间数据。系统软件系统软件 由系统管理软件、数据库软件和基础由系统管理软件、数据库软件和基础GISGIS软件组成，软件组成，用于执行用于执行GISGIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。析、建模和输出等操作。空间数据库空间数据库 由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。数据的存储、管理、查询、检索和更新等。用户用户 由系统开发人员、使用人员及管理者共同构成了由系统开发人员、使用人员及管理者共同构成了系统的用户群。系统的用户群。第一节 GIS的基本构成硬件系统第一节 GIS的基本构成软件系统操作系统（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软件软件基础软件基础软件系统软件系统软件GIS第一节 GIS的基本构成空间数据栅格结构矢量结构定位定位拓扑关系拓扑关系属性属性第一节 GIS的基本构成用户咨询管理信息管理数据整理第二节 GIS的功能简介基本功能基本功能 数据采集与编辑；数据采集与编辑；主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。一致性与正确性等。数据存储与管理；数据存储与管理；这是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉这是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格矢量模型或栅格/矢量混合模型是常用的空间数据组织矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。方法。数据处理和变换；数据处理和变换；初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。数据的格式化是指不同数据结构的数据概括。数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换；数据转换包括数据格式转化、数据比间变换；数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化等。例尺的变化等。第二节 GIS的功能简介基本功能基本功能 空间分析和统计；空间分析和统计；空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别。在地理信息系统支持统与其它计算机系统的根本区别。在地理信息系统支持下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，是地理下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，是地理信息系统应用深化的重要标志。信息系统应用深化的重要标志。产品制作与显示；产品制作与显示；一一个个好好的的地地理理信信息息系系统统应应能能提提供供一一种种良良好好的的、交交互互式式的的制制图图环环境境，以以供供地地理理信信息息系系统统的的使使用用者者能能够够设设计计和和制制作作出出高高质质量量的的地地图图。其其表表现现形形式式既既可可以以是是计计算算机机屏屏幕幕显显示示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。二次开发和编程。二次开发和编程。为为满满足足各各种种不不同同的的应应用用需需求求，GISGIS必必须须具具备备的的另另一一个个基基本功能是二次开发环境，包括专用语言开发环境和控件。本功能是二次开发环境，包括专用语言开发环境和控件。第二节 GIS的功能简介基本功能实现过程文件图表数据获取 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应用功能 资源管理；资源管理；区域规划；区域规划；灾害监测；灾害监测；环境保护；环境保护；道路交通管理；道路交通管理；国防；国防；辅助决策。辅助决策。第二节 GIS的功能简介资源管理 资资源源管管理理是是地地理理信信息息系系统统最最基基本本的的职职能能，这这时时系系统统的的主主要要任任务务是是将将各各种种来来源源的的数数据据汇汇集集在在一一起起，并并通通过过系系统统的的统统计计和和覆覆盖盖分分析析功功能能，按按多多种种边边界界和和属属性性条条件件，提提供供区区域域多多种种条条件件组组合合形形式式的的资源统计和进行原始数据的快速再现。资源统计和进行原始数据的快速再现。由资源管理进一步引出数字城市管理应用。由资源管理进一步引出数字城市管理应用。第二节 GIS的功能简介资源管理城市土地利用信息系统城市土地利用信息系统第二节 GIS的功能简介区域规划 城城市市与与区区域域规规划划中中要要处处理理许许多多不不同同性性质质和和不不同同特特点点的的问问题题，它它涉涉及及资资源源、环环境境、人人口口、交交通通、经经济济、教教育育、文文化化和和金金融融等等多多个个地地理理变变量量和和大大量量数数据据。地地理理信信息息系系统统的的数数据据库库管管理理有有利利于于将将这这些些数数据据信信息息归归并并到到统统一一系系统统中中，最最后后进进行行城城市市与区域多目标的开发和规划。与区域多目标的开发和规划。第二节 GIS的功能简介区域规划第二节 GIS的功能简介税务机关为土地评估部门和土地规划部门编制土地利用图。城市规划管理数字化基础地形数据的采集、建库及管理；规划、用地、选址、市政管理、管线等专题数据的建库及管理；规划方案设计辅助决策；规划用地管理及划拨；规划选址分析；市政道路规划与管理；市政管线规划与管理；建筑规划管理；城市设计辅助方案；城市实体城市实体数字城市概念模型城市信息城市信息虚拟城市虚拟城市ECITY SOFTWARE/PARIS/HOTELS灾害监测利利用用地地理理信信息息系系统统，借借助助遥遥感感遥遥测测的的数数据据，可可以以有有效效地地用用于于森森林林火火灾灾的的预预测测预预报报、洪洪水水灾灾情情监监测测和和洪洪水水淹淹没没损损失失的的估估算算，为为救救灾灾抢抢险险和和防防洪洪决策提供及时准确的信息。决策提供及时准确的信息。由灾害监测进一步引出应急管理应用。由灾害监测进一步引出应急管理应用。第二节 GIS的功能简介灾害监测第二节 GIS的功能简介环境保护利利用用GISGIS技技术术建建立立城城市市环环境境监监测测、分分析析及及预预报报信信息息系系统统；为为实实现现环环境境监监测测与与管管理理的的科科学学化化自自动动化化提提供供最最基基本本的的条条件件；在在区区域域环环境境质质量量现现状状评评价价过过程程中中，利利用用GISGIS技技术术的的辅辅助助，实实现现对对整整个个区区域域的的环环境境质质量量进进行行客客观观地地、全全面面地地评评价价，以以反反映映出出区域中受污染的程度以及空间分布状态。区域中受污染的程度以及空间分布状态。第二节 GIS的功能简介环境保护包头市大气二氧化硫分布图包头市大气二氧化硫分布图 第二节 GIS的功能简介仿真烟云 追踪石棉追踪石棉追踪石棉追踪石棉,多氯联苯和其它物质的活动多氯联苯和其它物质的活动多氯联苯和其它物质的活动多氯联苯和其它物质的活动 道路交通管理近近年年来来，GISGIS在在交交通通方方面面的的应应用用得得到到了了广广泛泛的的重重视视，并并形形成成了了专专门门的的交交通通地地理理信信息息系系统统GIS-TGIS-T，以满足道路交通管理方面的要求。，以满足道路交通管理方面的要求。第二节 GIS的功能简介道路交通管理铁路地理信息系统铁路地理信息系统 第二节 GIS的功能简介国防由由军军事事技技术术革革命命引引发发的的数数字字化化战战场场建建设设已已成成为为未未来来战战场场发发展展的的主主流流，建建设设数数字字化化战战场场和和数数字字化化部部队队已已成成为为2121世世纪纪军军队队发发展展的的大大趋趋势势，引引起起了了各各国国的的普普遍遍关关注注。数数字字化化战战场场的的一一个个基基本本特特点点就就是是“3S”“3S”技技术术被被广广泛泛地地运运用用到到从从战战略略构构思思到到战战术术安安排排的的各各个个环环节节。它它往往往往在在一一定定程程度度上上决决定定了了战战争的成败。争的成败。“3S”“3S”技技术术即即GPSGPS（全全球球卫卫星星定定位位与与导导航航）、RS(RS(航航空航天遥感空航天遥感)和和GIS(GIS(地理信息系统地理信息系统)作为核心技术作为核心技术.第二节 GIS的功能简介辅助决策 地理信息系统利用拥有的数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，为宏观决策提供依据。第二节 GIS的功能简介广广泛的泛的 GISGIS 应用应用电力电讯运输 及物流管理土地管理石油,燃气及 管道林业环保商务 及 行销水及 废物处理地图绘制电信公司研究地形，寻找新增手机信号塔的站点位置。第二节 GIS的功能简介商家通过分析附近地区居民点的密集程度，对新增零售网点的选址进行评估。第二节 GIS的功能简介第三节 GIS的发展透视20世纪60年代的开拓 20世纪70年代的发展20世纪80年代的突破20世纪90年代的社会化21世纪10年代的新发展第三节 GIS的发展透视2020世纪世纪6060年代的开拓年代的开拓 Roger F.Tomlinson（加 拿 大）和Duane F.Marble（美国）于20世纪60年代处首次提出“地理信息系统”。1962年，Tomlinson提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统（CGIS），以实现专题图的叠加、面积量算等。到1972年，CGIS全面投入运行与使用，成为世界上第一个运行型的地理信息系统。特点：注重空间数据的地学处理，以专家兴趣与大学研究为主。第三节 GIS的发展透视2020世纪世纪7070年代的发展年代的发展（1 1）资资源源开开发发利利用用、环环境境保保护护成成为为政政府府重重要要关关注注问问题题，需需要要GISGIS的的空空间间分分析析技技术术、方方法法；（2 2）计计算算机机技技术术的的迅迅速速发发展展，如如人人机机图图形形交交互互技技术术、第第一一套套利利用用关关系系数数据据库库管管理理系系统统的的软软件件问问世世等等；（3 3）专专业业化化人人才才的的增增加加，许许多多大大学学开开始始提提供供GISGIS培培训训；（4 4）一一些些商商业业性性咨咨询询服服务务公公司司开开始始从从事事GISGIS工工作作，如如美美国国环境系统研究所（环境系统研究所（ESRIESRI）成立于）成立于19691969年。年。特特点点：注注重重空空间间地地理理信信息息的的管管理理，以以机机构构开开发发与与政政府推动为主。府推动为主。第三节 GIS的发展透视2020世纪世纪8080年代的突破年代的突破（1 1）GISGIS应应用用领领域域迅迅速速广广大大；（2 2）许许多多国国家家指指定定了了有有关关GISGIS的的发发展展规规划划，建建立立了了一一些些政政府府性性、学学术术性性机机构构，如如中中国国于于19851985年年成成立立了了“资资源源与与环环境境信信息息系系统统国国家家重重点点实实验验室室”，美美国国于于19871987年年成成立立了了国国家家地地理理信信息息与与分分析析中中心心（NCGIANCGIA）；（3 3）商商业业性性咨咨询询公司、软件制造商大量涌入。公司、软件制造商大量涌入。特特点点：注注重重空空间间决决策策支支持持分分析析，商商业业化化实实用用系系统统开开始进入市场。始进入市场。第三节 GIS的发展透视2020世纪世纪9090年代的社会化年代的社会化（1 1）GISGIS已已经经成成为为许许多多机机构构必必备备的的工工作作系系统统，尤尤其其是是政政府府决决策策部部门门在在一一定定程程度度上上由由于于受受GIS GIS 影影响响而而改改变变了了现现有有机机构构的的运运行行方方式式、设设置置与与工工作作计计划划等等；（2 2）社社会会对对GISGIS认认识识普普遍遍提提高高，需需求求大大幅幅度度增增加加，导导致致GISGIS应应用用的的扩扩大大与与深深化化；（3 3）国国家家级级乃乃至至全全球球级级GISGIS成为公众关注问题。成为公众关注问题。特特点点：GISGIS行行业业化化、产产业业化化，成成为为现现代代人人类类社社会会最最基本的服务系统。基本的服务系统。第三节 GIS的发展透视21世纪10年代的新发展 新一代新一代GISGIS的研究与开发；的研究与开发；特特点点：网网络络化化多多级级客客户户-服服务务器器体体系系、标标准准化化开开放放式式机机制制、对对象象组组件件式式架架构构、中中间间件件与与智智能能体体技技术术、提提供供按按需需所所求求的的GISGIS软软件件网网络络注注册使用申请与应用服务能力。册使用申请与应用服务能力。第四节 GIS的相关学科地理学地图学计算机科学遥感科学测绘科学第四节 GIS的相关学科地理学 地地理理学学是是一一门门研研究究人人类类赖赖以以生生存存的的环环境境空空间间的的科科学学。在在地地理理学学研研究究中中，空空间间分分析析的的理理论论与与方方法法具具有有悠悠久久的的传传统统历历史史，它它为为GISGIS提提供供了了有有关关空空间间分分析析的的基基本本观观点点与与方方法法，成成为为GISGIS的的基基础础理理论论依依托托。而而GISGIS的的发发展展也也为为地地理理问问题题的的研研究究与与解解决决提提供供了了全全新新的的技技术术手手段段，使使地地理理学学的的空空间间分分析析与与综综合合传传统统得得到到充充分分发挥。发挥。第四节 GIS的相关学科地图学 地地图图作作为为记记录录地地理理信信息息的的一一种种图图形形语语言言形形式式，最最为为古古老老，久久负负盛盛誉誉。从从历历史史发发展展看看，GISGIS脱脱胎胎于于地地图图，并并成成为为地地图图信信息息的的又又一一种种新新的的载载体体形形式式，它它具具有有存存储储、分分析析、显显示示和和传传输输的的功功能能，尤尤其其是是计计算算机机制制图图为为地地图图特特征征的的数数字字表表示示、操操作作和和显显示示提提供供了了成成套套方方法法，为为GISGIS的的图图形形输输出出设设计计提提供供了了技技术术支支持持；同同时时，地地图图仍仍是是目目前前GISGIS的的重重要要数数据据来来源源之之一一。但但二二者者间间有有着着一一定定的的差差别别；地地图图强强调调的的是是数数据据载载体体、符符号号化化与与显显示示，而而GISGIS则则注注重重于于信信息息分分析析。同同时时，地地图图学学理理论论与与方方法法对对GISGIS的的发发展展有有重重要要的的影影响响，并并成成为为GISGIS发展的根源之一。发展的根源之一。第四节 GIS的相关学科计算机科学计算机科学 计计算算机机科科学学的的发发展展对对GISGIS的的发发展展有有着着深深刻刻的的影影响响。数数据据库库管管理理系系统统（DBMSDBMS）是是现现代代GISGIS不不可可缺缺少少的的重重要要组组成成部部分分之之一一；计计算算机机辅辅助助设设计计（CADCAD）提提供供了了数数据据输输入入、显显示示与与表表达达的的软软件件与与方方法法；计计算算机机图图形形学学提提供供了了图图形形处处理理、显显示示的的软软、硬硬件件以以及及技技术术方方法法，计计算算机机图图形形理理论论是是现现代代GISGIS的的技技术术理理论论之之一一；人人工工智智能能的的发发展展给给GISGIS的的技技术术进进步步带带来来了了积积极极影影响响，尽尽管管目目前前GISGIS还还没没有有充充分分利利用用已已有有人人工工智智能能的的各各种种技技术术，但但人人工工智智能能为为GISGIS提提供供了了智智能能化化技技术术系系统统的的设设计计与与方方法法；计计算算机机网网络络技技术术则则为为GISGIS的的构构件件化化技技术术的的形形成成了了提提供供了了新新的的机机遇遇，为为使使GISGIS发发展展成成为为社社会会基基础础设设施施的的重重要要组成部分奠定了基础。组成部分奠定了基础。第四节 GIS的相关学科遥感科学 遥遥感感作作为为空空间间数数据据采采集集手手段段，已已成成为为GISGIS的的主主要要信信息息源源与与数数据据更更新新途途径径。遥遥感感图图像像处处理理系系统统包包含含若若干干复复杂杂的的解解析析函函数数，并并有有许许多多方方法法用用于于信信息息的的增增强强与与分分类类，但但遥遥感感系系统统本本身身的的空空间间分分析析能能力力颇颇为为有有限限，并并难难与与DBMSDBMS系系统统相相连连。遥遥感感是是GISGIS的的主主要要数数据据源源与与更更新新手手段段，同同时时，GISGIS的的应应用用又又进进一一步步支支持持了了遥遥感感信信息的综合开发与利用。息的综合开发与利用。第四节 GIS的相关学科测绘科学 大大地地测测量量为为GISGIS提提供供了了精精确确定定位位的的信信息息，尤尤其其是是全全球球定定位位系系统统（GPSGPS）可可快快速速、廉廉价价地地获获取取地地表表特特征征的的数数字字位位置置信信息息。航航空空像像片片及及其其精精确确测测量量方方法法的的应用使得摄影测量成为应用使得摄影测量成为GISGIS主要的地形数据来源。主要的地形数据来源。第五节 对GIS的理解歧意地图观点数据库观点空间分析工具观点第五节 对GIS的理解歧意地图观点 强强调调GISGIS作作为为信信息息载载体体与与传传播播媒媒介介的的地地图图功功能能，认认为为GISGIS是是一一种种地地图图数数据据处处理理与与显显示示系系统统；每每个个地地理理数数据据集集都都可可看看成成是是一一张张地地图图，通通过过地地图图代代数数实实现现数数据据的的操操作作与与运运算算，其其结结果果仍仍然然表表现现为为一一张张具具有有新新内内容容的的地地图图。测测绘绘及及各各类类专专题题地地图图部部门门非非常常重重视视GISGIS的的快速与高质量的地图制作与表达能力。快速与高质量的地图制作与表达能力。第五节 对GIS的理解歧意数据库观点 此此观观点点多多为为具具有有计计算算机机科科学学背背景景的的用用户户所所接接纳纳，强强调调数数据据库库系系统统在在GISGIS中中的的重重要要地地位位，认认为为一一个个完完整整的的数数据据库库管管理理系系统统是是任任何何一一个个成成功功的的GISGIS不不可可缺缺少少的的部分。部分。第五节 对GIS的理解歧意空间分析工具观点 此此观观点点强强调调GISGIS的的空空间间分分析析与与模模型型分分析析功功能能，认认为为GISGIS是是一一门门空空间间或或地地理理信信息息科科学学。该该种种观观点点普普遍遍地地为为地地理理信信息息系系统统界界所所接接受受，并并认认为为这这是是区区分分GISGIS与与其其它地理数据自动化处理系统的唯一特征。它地理数据自动化处理系统的唯一特征。思考题1 1、什么是、什么是GISGIS？它具有什么特点？它具有什么特点？2 2、GISGIS与其它信息系统有什么区别？与其它信息系统有什么区别？3 3、简述、简述GISGIS的构成。的构成。4 4、举例说明、举例说明GISGIS可应用的行业。可应用的行业。5 5、结合自己的专业背景，谈谈对、结合自己的专业背景，谈谈对GISGIS的理解，以及的理解，以及GISGIS在自己所从事领域工作中的应用。在自己所从事领域工作中的应用。