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地理信息系统Geographic Information System,参考书目,胡鹏，地理信息系统教程，武汉大学出版社 ，2001.3 陈述彭，地理信息系统概论，高等教育出版社，1999.5 邬伦， 地理信息系统教程，北京大学出版社，1994.6 陈俊，实用地理信息系统，科学出版社，1998.6,第1章 绪论,1.1 地理信息系统的概念 1.2 地理信息系统的组成 1.3 地理信息系统的功能和应用 1.4 地理信息系统的发展,1.1 地理信息系统的概念,一、公园选址辅助决策 二、数据与信息 三、地理信息与地学信息 四、信息系统与地理信息系统,一、公园选址辅助决策,郊游公园具体位置的选择需要满足一定的要求： 1）依山傍水，地形有一定起伏，必须靠近天然的小河流； 2）交通方便，但周围环境较安静，公园距公路的距离最远不得超过1.25km，最近不得小于0.25km； 3）空气新鲜，有一定的植被覆盖率； 4）等等其它条件；,GIS用于郊区公园选址,二、数据与信息,(一) 数据 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、图像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。

二) 信息 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、图像等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据 特性： 客观性 适用性 传输性 共享性,(三) 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三、地理信息与地学信息,(一) 地理信息 定义：地理信息是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 特性： 地域性 多维结构 时序特征,(二) 地学信息 指与人类居住的地球有关的信息都是地学信息，具有无限性、多样性、灵活性等特点地学信息是人们深入认识地球系统、合理开发资源、净化能源、保护环境的前提和保证 地理信息与地学信息的区别主要在于信息源的范围不同，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。

四、信息系统与地理信息系统,(一) 信息系统 为了有效对信息流进行控制、组织管理，实现双向传递，需要通过某种信息系统它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由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成从适用于不同管理层次的角度出发，信息系统分为事务处理系统和决策支持系统事务处理系统强调对数据的记录和操作，主要支持操作层人员的日常事务处理，如图书管理系统、各种定票系统等决策支持系统是用以获得辅助决策方案的交互式计算机系统，一般由语言系统、知识系统和问题处理系统共同构成二) 地理信息系统,1）美国学者Parker认为“GIS是一种存贮、分 析和显示空间与非空间数据的信息技术” 2）加拿大的Roger Tomlinson认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统” 3）Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统” 4）Burrough认为“GIS是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具”5）俄罗斯学者也把GIS定义为“一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合”。

6）美国国家地理信息与分析中心给出的定义：“GIS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” 7）英国教育部认为：“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”四、信息系统与地理信息系统,GIS:是由计算机硬件、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、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题,GIS概念框架与构成,(二) GIS内涵 (1)GIS的物理外壳是计算机化的技术系统该系统又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、可视化表达与输出子系统等这些子系统的构成直接影响着GIS的硬件平台、系统功能和效率、数据处理的方式和产品输出的类型2)GIS的对象是地理实体 地理实体数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述GIS以地理实体数据作为处理和操作的主要对象，这是它区别于其他类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在二) GIS内涵 (3)GIS的技术优势在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等。

其中，通过地理空间分析可以产生常规方法难以获得的重要信息，实现在系统支持下的地理过程动态模拟和决策支持，这既是GIS的研究核心，也是GIS的重要贡献三) GIS与其它系统的区别和联系 从操作、管理的信息种类的不同，信息系统又可分为企业、事业管理信息系统、财务管理信息系统等一般管理信息系统(Management Information System,MIS)和空间信息系统(Spatial Information System,SIS)空间信息系统采集、管理和分析的对象是空间信息，而地理信息系统就是一种十分重要的空间信息系统信息系统构成,GIS与CAD的异同,第1章 绪论,1.1 地理信息系统的概念 1.2 地理信息系统的组成 1.3 地理信息系统的功能和应用 1.4 地理信息系统的发展,1.2 地理信息系统的组成,系统硬件:包括各种硬件设备，是系统功能实现的物质基础； 系统软件:支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；,空间数据:系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础； 应用人员: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； 应用模型:解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在。

GIS组成关系,一、系统硬件,1、GIS的主机 2、GIS外部设备 3、输出设备 4、GIS的网络设备 5、数据存贮与传送设备,二、系统软件,GIS专业软件 数据库软件 系统管理软件,GIS软件层次,三、空间数据,空间数据是地理信息的载体，是地理信息系统的操作对象，它具体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征空间特征是指地理实体的空间位置及其相互关系；属性特征表示地理实体的名称、类型和数量等；时间特征指实体随时间而发生的相关变化根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素，它们的数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为矢量数据结构和栅格数据结构在地理信息系统中，空间数据是以结构化的形式存储在计算机中的，称为地理空间数据库数据库由数据库实体和数据库管理系统组成数据库实体存储有许多数据文件和文件中的大量数据，而数据库管理系统主要用于对数据的统一管理，包括查询、检索、增删、修改和维护等四、应用人员,GIS应用人员包括系统开发人员和GIS技术的最终用户，他们的业务素质和专业知识是GIS工程及其应用成败的关键五、应用模型,GIS应用模型的构建和选择也是系统应用成败至关重要的因素。

虽然GIS为解决各种现实问题提供了有效的基本工具，但对于某一专门应用目的的解决，必须通过构建专门的应用模型，例如土地利用适宜性模型、选址模型、洪水预测模型、人口扩散模型、森林增长模型、水土流失模型、最优化模型和影响模型等第1章 绪论,1.1 地理信息系统的概念 1.2 地理信息系统的组成 1.3 地理信息系统的功能和应用 1.4 地理信息系统的发展,1.3 地理信息系统的功能和应用,由计算机技术与空间数据相结合而产生的GIS这一高新技术，包含了处理信息的各种高级功能，但是它的基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出GIS依托这些基本功能，通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等，演绎出丰富多彩的系统应用功能，被广泛地应用于资源管理、区域规划等领域，满足用户的广泛需求一、基本功能,包括：数据采集与编辑，数据存储与管理，数据处理和变换,空间查询和分析和数据显示、输出功能GIS基本功能,1、数据采集与编辑 地理信息系统的数据通常抽象为不同的专题或层数据采集编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为X、Y坐标及对应的代码输入到计算机中GIS数据分层概念,GIS数据采集,2、数据存储与管理 GIS数据库是区域内一定地理要素特征以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。

由于GIS数据库具有数据量大，空间数据与属性数据具有不可分割的联系，以及空间数据之间具有显著的拓扑结构等特点，因此GIS数据库管理功能除了与属性数据有关的功能之外，对空间数据的管理技术主要包括：空间数据库的定义，数据访问和提取，从空间位置检索空间物体及其属性，从属性条件检索空间物体及其位置，开窗和接边操作，数据更新和维护等3、数据处理和变换 1)数据变换：指对数据从一种数学状态转换为另一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、比例尺缩放、误差改正和处理等； 2)数据重构：指对数据从一种几何形态转换为另一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据压缩、结构转换等； 3)数据抽取：指对数据从全集合到子集的条件提取，包括类型选择等4、空间查询和分析,2)拓扑叠加：通过将同一地区两个不同图层的特征相叠加，不仅建立新的空间特征，而且能将输入的特征属性予以合并，易于进行多条件的查询检索、地图裁剪、地图更新和应用模型分析等；,1)空间查询：空间查询是GIS最基本的功能，包括已知属性查图形，已知图形查属性及多种条件的综合查询；,3)缓冲区：它是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立各种类型要素的缓冲多边形，用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性。

它是GIS重要的和基本的空间分析功能之一4)网络分析：网络分析是GIS空间分析的重要组成部分网络模型是运筹学中的一个基本模型，例如在城市各街道区建立图书馆、医院等公共设施，希望各居民住家能到这些设施的路途最短，而在建立消防站、救护车站时，需要路途最短，花费时间最少等 5)数字地形分析：GIS提供了构造数字高程模型及有关地形分析的功能模块，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷线、山脊线、日照强度、库容量、表面积、立体图、剖面图和通视分析等，为地学研究、工程设计和辅助决策提供重要的基础性数据空间查询,叠加分析,缓冲区分析,网络分析,地形分析,5、数据显示与输出 GIS为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件数据显示与输出,二、主要应用领域,由于GIS具有许多功能和优点，目前被广泛地应用资源管理、区域和城乡规划、灾害监测和环境评估等各领域.,GIS主要应领域,1、资源管理 资源的清查、管理和分析是GIS应用最广泛的领域，也是目前趋于成熟的主要应用领域，包括森林和矿产资源的管理、野生动植物的保护、土地资源潜力的评价和土地利用规划以及水资源的时空分布特征研究等。

系统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，GIS软件能在一个连续无缝的方式下管理大型的地理数据库，这种功能强大的数据环境允许集成各种应用，最终用户通过GIS的客户端软件可直接。