地理信息系统基础(

1、返回数据库技术与数据库技术与GISGIS应用应用 返回第1章地理信息系统基础返回本章概要本章主要讲授地理信息系统的基础理论知识，包括地理信息系统的基本概念、地理信息系统的构成、地理信息系统的功能以及地理信息系统的发展趋势。要求掌握地理信息系统的基本概念，了解地理信息系统平台的构成，了解地理信息系统与其他管理系统的区别，了解地理信息系统的发展趋势。返回课题内容：v1.1GIS的基本概念v1.2GIS的构成教学目的：了解地理信息系统的概念；掌握地理信息系统的组成部分;教学方法：讲授法；讨论法重点：地理信息系统的功能组成难点：地理信息系统软件平台功能能力培养：培养学生掌握地理信息系统的基础理论课堂类型：新授课教具：多媒体设备授课班级测绘与地质工程技术1001班测绘与地质工程技术1002班第二次课授课时间8月30日星期二3、4节8月29日星期一3、4节授课地点明2-102明2-101返回组织教学复习导入新课：本次课程开始我们将正式开始GIS学习的历程，学习GIS的基本理论、GIS的技术基础、地理空间数据的获取与处理、空间分析基本原理和方法以及地理信息系统产品输出及可视化。授新课：本次课程主要讲

2、授GIS的基本概念、GIS的构成及功能组成。返回1地理信息系统基础1.1GIS的基本概念1.2GIS的构成返回1.1地理信息系统的基本概念如何为一公园选择合理位置？依山傍水； 交通方便， 较安静；空气清新要求方案2条件2方案1条件1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+空间数据库存储例 子返回1.1地理信息系统的基本概念1.1.1信息与地理信息信息和数据v 信息（Information）是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。v 信息的特征：客观性、适用性、可传输性和共享性。返回1.1地理信息系统的基本概念信息与数据的关系v信息来源于数据（Data）。v数据是一种未经加工的原始资料，数字、文字、符号、图像都是数据。v数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，是数据的内容和解释。 例如，从实地或社会调查数据中可获取到各种专门信息；从测量数据中可以抽取出地面目标或物体的形状、大小和位置等信息；从遥感图像数据中可以提

3、取出各种地物的图形大小和专题信息。返回1.1地理信息系统的基本概念1.1.2地理信息（空间信息、地理空间信息） 地理信息（GeographicInformation）是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征及一切有用的知识，它是对表达地理要素与地理现象之间关系的地理数据的解释。 地理数据（空间数据、地理空间数据）则是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时间特征。返回1.1地理信息系统的基本概念1.1.3地理信息的特征（1）空间特征：地理实体的空间位置及其相互关系，表现为多维结构，是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志；（2）属性特征：表示地理实体的名称、类型和数量等；（3）时间特征：指实体随时间而发生的相关变化的信息（属性数据或空间数据的变化）。（4）数据量大：地理信息既有空间特征，又有属性特征，另外地理信息还随着时间的变化而变化，具有时间特征，因此其数据量很大。尤其是随着全球对地观测计划不断发展，每天都可以获得上万亿兆的关于地球资源、环境特征的数据。返回1.1地理信息系统的基本概念1.1.4信息系统 信息系统是具有采集、管理、加工和表达数据能力的系统，并

4、能回答用户一系列问题的系统。它是由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成。v计算机硬件包括各类计算机处理及终端设备；v软件是支持数据信息的采集、存贮加工、再现和回答用户问题的计算机程序系统；v数据则是系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础；v用户是信息系统所服务的对象。 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。返回1.1地理信息系统的基本概念地理信息系统GIS-GeographicInformationSystemGIS-Geo-InformationScienceGIS-Geo-InformationService返回1.1地理信息系统的基本概念1.1.5地理信息系统概念 地理信息系统是一种特定的十分重要的空间信息系统。 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定义：v 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”。v 加拿大的RogerTomlinson认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统”。v Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象

5、信息的综合系统”。v 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”。返回1.1地理信息系统的基本概念1.1.5地理信息系统概念v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”。v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”。v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”。v美国联邦数字地图协调委员会认为：“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”。 我们认为：地理信息系统是一种采集、存储管理、处理、分析、显示和应用空间数据的计算机系统。返回1.1.6GIS与其它信息系统的区别和联系信息系统（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

6、划与管理IS区域资源与环境IS1.1地理信息系统的基本概念返回1.1地理信息系统的基本概念（1）GIS与一般MIS GIS区别于其它信息系统的一个显著标志是具有空间分析功能。 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、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，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，而通信地理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1.1地理信息系统的基本概念（2）GIS与CAD/CAM管理了图形数据和非空间属性数据的系统不一定是GIS，如计算机辅助设计(ComputerAdidedDesign，CAD)，计算机辅助制图(ComputerAdidedMapping，CAM)。它们之间的异同点见表1-1和1-2.返回1.1地理信息系统的基本概念表1-1 GIS与CAD的异同点GIS与CA

7、D共同点GIS与CAD不同点都有坐标标系统统；都能将目标标和参考系联联系起来；都能描述图图形数据的拓扑关系；都能处处理属性和空间间数据CAD研究对对象为为人造对对象规则规则 几何图图形及组组合；图图形功能特别别是三维图维图 形功能强，属性库库功能相对对较较弱；CAD中的拓扑关系较为较为简单简单 ；一般采用几何坐标标系。GIS处处理的数据大多来自于现实现实 世界，较较之人造对对象更复杂杂，数据量更大；数据采集的方式多样样化；GIS的属性库结库结 构复杂杂，功能强大；强调对调对 空间间数据的分析，图图形属性交互使用频频繁；GIS采用地理坐标标系。返回1.1地理信息系统的基本概念表1-2 GIS与CAM的异同点GIS与CAM共同点GIS与CAM不同点都有地图输图输 出、空间查询间查询 、分析和检检索功能CAM侧侧重于数据查询查询 、分类类及自动动符号化，具有地图辅图辅 助设计设计 和产产生高质质量矢量地图图的输输出机制；它强调调数据显显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系；它与数据库库的联联系通常是一些简单简单 的查询查询 。CAM是GIS的重要组组成部分；综综合图图形和属性数据进进行

8、深层层次的空间间分析，提供辅辅助决策信息。返回1.1.7地理信息系统分类地理信息系统根据其内容可分为两大基本类型：一是应用型地理信息系统，以某一专业、领域或工作为要内容，包括专题地理信息系统和区域综合地理信息系统；二是工具型地理信息系统，也就是GIS工具软件包，如ArcGIS等，具有空间数据输入、存储、处理、分析和输出等GIS基本功能。1.1地理信息系统的基本概念返回1.2地理信息系统的构成 完整的GIS主要由四个部分构成v计算机硬件系统v计算机软件系统v地理空间数据v系统管理操作人员返回1.2.1硬件系统输入设备专用设备常规设备GPS全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统全站仪扫描仪数字化仪键盘、鼠标处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备绘图仪终端打印机返回1.2.1硬件系统 计算机硬件是计算机系统中的实际物理装置的总称，是GIS的物理外壳，系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件都与硬件有极大的关系，受硬件指标的支持或制约。GIS由于其任务的复杂性和特殊性，必须由计算机设备支持。GIS硬件配置一般包括四个部分：v （1

9、）计算机是GIS的主机：它是硬件系统的核心，包括从主机服务器到桌面工作站，用作数据的处理、管理与计算；v （2）数据输入设备：主要的输入设备有图形跟踪数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等；v （3）数据输出设备：主要的输出设备有各种绘图仪、图形显示终端和打印机等；v （4）数据存贮设备：光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等；v （5）网络设备：包括布线系统、网桥、路由器和交换机等，具体的网络设备根据网络计算的体系结构来确定。返回1.2.2软件系统 GIS软件是系统的核心，用于执行GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面(GUI)等。按照其功能分为：GIS专业软件、数据库软件、系统管理软件。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GIS软件层次返回1.2.2软件系统 GIS专业软件 GIS专业软件一般指具有丰富功能的通用GIS软件，它包含了处理地理信息的各种高级功能，可作为其他应用系统建设的平台。其代表产品有ArcGIS、MGE、MAPINFO、MAPGIS、GEOSTAR等。它们一般都包含有以

10、下的主要核心模块：v 数据输入和编辑：支持数字化仪手扶跟踪数字化、图形扫描及矢量化，以及对图形和属性数据提供修改和更新等编辑操作；v 空间数据管理：能对大型的、分布式的、多用户数据库进行有效的存储检索和管理，数据处理和分析能转换各种标准的矢量格式和栅格格式数据，完成地图投影转换，支持各种空间分析功能等；v 数据输出：提供地图制作、报表生成、符号生成、汉字生成和图像显示等；v 用户界面：提供生产图形用户界面工具，使用户不用编程就能制作友好和美观的图形用户界面；v 系统二次开发能力：利用提供的应用开发语言，可编写各种复杂的GIS应用系统。返回1.2.2软件系统数据库软件数据库软件除了在GIS专业软件中用于支持复杂空间数据的管理软件以外，还包括服务于以非空间属性数据为主的数据库系统，这类软件有：ORACLE、SYBASE、INFORMIX、DB2、SQLServer、Ingress等。它们也是GIS软件的重要组成部分，而且由于这类数据库软件具有快速检索、满足多用户并发和数据安全保障等功能，目前已实现在现成的关系型商业数据库中存储GIS的空间数据。返回1.2.2软件系统系统管理软件系统管理软件

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