地理信息系統(tǒng)課件

地理信息系統(tǒng)課件第1頁/共91頁《地理信息系統(tǒng)》課程簡介

《地理信息系統(tǒng)》是一門綜合性較強的課程，知識點多，具有學(xué)科與技術(shù)的統(tǒng)一性、發(fā)展與內(nèi)容更新的快速性、多學(xué)科集成（地理學(xué)、地圖學(xué)、測繪學(xué)、遙感科學(xué)、計算機科學(xué)、數(shù)據(jù)庫、信息科學(xué)等）、滲透性較強、空間抽象性強、研究對象的空間尺度變化大，應(yīng)用范圍廣等特點。

課程講述的主要內(nèi)容包括空間信息基礎(chǔ)、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)采集與處理、GIS空間分析原理與方法、地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品輸出、地理信息系統(tǒng)設(shè)計與標準化、GIS新技術(shù)等。其中，空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)處理、GIS空間分析原理與方法和地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品輸出等為課程的中心內(nèi)容。第2頁/共91頁《地理信息系統(tǒng)》課程特點GIS是一門典型的交叉性學(xué)科要掌握相關(guān)學(xué)科的知識。GIS是一門實踐性很強的學(xué)科要重視技能訓(xùn)練，重點掌握ArcInfo等基礎(chǔ)GIS軟件的操作和使用GIS是一門迅速發(fā)展中的學(xué)科要經(jīng)常閱讀有關(guān)的文獻資料，掌握GIS學(xué)科的發(fā)展趨勢，努力更新自己的知識，不斷提高自己的能力。第3頁/共91頁《地理信息系統(tǒng)》課程的要求掌握地理信息系統(tǒng)的基本原理：包括空間數(shù)據(jù)的語義學(xué)基礎(chǔ)、GIS的科學(xué)定義、空間關(guān)系和空間對象的表達、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和類型、空間分析原理和地學(xué)模型方法等；掌握地理信息系統(tǒng)的基本技術(shù)和方法：具有應(yīng)用相關(guān)軟件從事空間數(shù)據(jù)的采集、存儲與管理、處理、分析和圖形創(chuàng)建的基本技能；初步具有應(yīng)用GIS技術(shù)開展地學(xué)研究的能力：包括地學(xué)應(yīng)用模型的構(gòu)建，應(yīng)用型GIS的設(shè)計，主要GIS軟件系統(tǒng)的使用和評價等。第4頁/共91頁1.陸守一，地理信息系統(tǒng)，高等教育出版社，20042.陳健飛譯，地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論，科學(xué)出版社，20033.陳述彭，地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論，科學(xué)出版社，20024.吳信才，地理信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，電子工業(yè)出版社，20005.龔健雅，地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)，科學(xué)出版社,19986.張超，地理信息系統(tǒng)，高等教育出版社，19957.鄔倫，地理信息系統(tǒng)教程，北京大學(xué)出版社，1994《地理信息系統(tǒng)》課程主要參考書第5頁/共91頁第一節(jié)GIS的基本概念第二節(jié)GIS的基本構(gòu)成第三節(jié)GIS的功能第四節(jié)GIS研究內(nèi)容第五節(jié)GIS與相關(guān)學(xué)科第六節(jié)GIS發(fā)展透視本章重點：地理信息系統(tǒng)的定義、構(gòu)成及功能。第一章導(dǎo)論

第6頁/共91頁在電子地圖中查找1.贛州火車站2.贛南師院第7頁/共91頁第8頁/共91頁第9頁/共91頁查詢：贛州火車站到贛南師院的路線第10頁/共91頁第11頁/共91頁

數(shù)據(jù)：指某一目標定性、定量描述的原始資料。數(shù)字、文字、符號、圖形、圖像以及它們能夠轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)都是數(shù)據(jù)。

特點：數(shù)據(jù)格式依賴計算機系統(tǒng)，可以進行轉(zhuǎn)換，是用以載荷信息的物理符號，本身并無意義。第一節(jié)GIS基本概念

一、數(shù)據(jù)與信息第12頁/共91頁

信息：用數(shù)字、文字、符號、語言等介質(zhì)來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征，以便向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實世界新的事實的知識，作為生產(chǎn)、管理和決策的依據(jù)。一、數(shù)據(jù)與信息第13頁/共91頁一、數(shù)據(jù)與信息第14頁/共91頁二、地理信息與GIS第15頁/共91頁二、地理信息與GIS第16頁/共91頁三、地理信息系統(tǒng)第17頁/共91頁三、地理信息系統(tǒng)第18頁/共91頁用戶界面系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)庫建立空間數(shù)據(jù)處理和分析產(chǎn)品生成和輸出GIS概念框架三、地理信息系統(tǒng)第19頁/共91頁第20頁/共91頁第21頁/共91頁第22頁/共91頁第23頁/共91頁四、地理信息系統(tǒng)分類第24頁/共91頁第二節(jié)GIS基本構(gòu)成第25頁/共91頁模型：解決問題的方案，是與其他專業(yè)相聯(lián)系的紐帶第26頁/共91頁第27頁/共91頁第28頁/共91頁第29頁/共91頁第30頁/共91頁第31頁/共91頁第32頁/共91頁第33頁/共91頁(五)應(yīng)用模型第34頁/共91頁(五)應(yīng)用模型第35頁/共91頁第三節(jié)第36頁/共91頁

第37頁/共91頁第38頁/共91頁第39頁/共91頁第40頁/共91頁第41頁/共91頁第42頁/共91頁第43頁/共91頁第44頁/共91頁第45頁/共91頁第46頁/共91頁第47頁/共91頁第48頁/共91頁地理信息系統(tǒng)四GIS研究內(nèi)容

GIS基本理論GIS技術(shù)問題GIS應(yīng)用方法概念、定義、內(nèi)涵理論體系、特點、功能、任務(wù)發(fā)展歷史、發(fā)展方向硬件配置，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS工具，輸入輸出系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用戶界面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，專題分析模型數(shù)據(jù)采集與校驗地學(xué)專家系統(tǒng)第49頁/共91頁序號研究方向1空間數(shù)據(jù)庫的準確性研究2空間關(guān)系語言研究，海量空間數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)體系研究3空間數(shù)據(jù)的多種表達方式研究4GIS空間分析研究，空間數(shù)據(jù)的可視化研究，空間決策支持系統(tǒng)5地理信息數(shù)據(jù)共享研究，GIS互操作研究6GIS中時空關(guān)系研究7遙感和GIS的集成研究8地圖制圖的規(guī)范化研究9法律、信息政策和空間數(shù)據(jù)庫關(guān)系研究GIS研究方向第50頁/共91頁地理學(xué)遙感技術(shù)地圖學(xué)GIS計算機科學(xué)計算機圖形學(xué)軟件工程數(shù)據(jù)庫技術(shù)專家系統(tǒng)CADGIS與相關(guān)學(xué)科與技術(shù)五GIS與相關(guān)學(xué)科第51頁/共91頁

地理學(xué)是一門研究人類生存空間的學(xué)科，為GIS提供了一些空間分析的方法和觀點，成為GIS的理論依托。（1）研究基礎(chǔ)和手段

地理學(xué)研究中的空間分析理論為GIS提供了有關(guān)空間分析的基本方法，成為地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論依托；地理信息系統(tǒng)的發(fā)展也為地理問題的解決提供了全新的技術(shù)手段。（2）數(shù)據(jù)處理用地學(xué)處理方法得到的數(shù)據(jù)是GIS的數(shù)據(jù)源；GIS內(nèi)部數(shù)據(jù)處理(分析)功能是地理學(xué)研究的主要技術(shù)方法。（一）地理學(xué)第52頁/共91頁

地理信息系統(tǒng)脫胎于地圖，地圖學(xué)理論與方法對地理信息系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的影響。計算機制圖為地圖特征的數(shù)字表達、操作和顯示提供了一系列方法，為地理信息系統(tǒng)的圖形輸出提供技術(shù)支持。地圖也是GIS的重要數(shù)據(jù)源。地圖是GIS發(fā)展的根源之一。地圖強調(diào)數(shù)據(jù)載體、符號化；GIS則注重于信息分析。（二）地圖學(xué)第53頁/共91頁

為地理空間信息的表達、存儲、處理、分析和應(yīng)用提供了有利的工具。數(shù)據(jù)庫技術(shù)提供數(shù)據(jù)的管理、更新、查詢和維護功能；計算機圖形學(xué)提供算法基礎(chǔ)；CAD對于輔助設(shè)計提供支持；軟件工程對于GIS的系統(tǒng)設(shè)計提供科學(xué)的方法;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為GIS發(fā)展成為社會信息設(shè)施的重要組成部分奠定了基礎(chǔ)。（三）計算機科學(xué)第54頁/共91頁遙感作為空間數(shù)據(jù)采集手段，已成為GIS的主要信息源和更新途徑。大地測量為GIS提供了精確定位的控制信息，特別是GPS技術(shù)可快速、廉價地獲取地表特征的數(shù)字位置信息，更具發(fā)展?jié)摿?。航空航天?shù)字立體攝影測量技術(shù)是GIS主要的地形數(shù)據(jù)來源。（三）遙感、攝影測量第55頁/共91頁從古代文明到現(xiàn)代社會，地理工作者、測繪工作者、航海家都致力于空間數(shù)據(jù)的收集整理，制圖工作者則以地圖形式表示這些數(shù)據(jù)。地圖作為空間數(shù)據(jù)的載體長期為航海、軍事以及現(xiàn)代經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)。20世紀60年代初，麻省理工學(xué)院首次提出計算機圖形學(xué)，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了計算機數(shù)字地圖；計算機技術(shù)開始用于地圖量算、分析和制作。20世紀60年代中期，由于計算機技術(shù)在自然資源、環(huán)境數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用迅速發(fā)展，致使計算機輔助制圖和空間分析等領(lǐng)域得到極大的發(fā)展。最終導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)技術(shù)的產(chǎn)生。一、GIS發(fā)展的科學(xué)背景六GIS的發(fā)展透視第56頁/共91頁60年代開拓期

1963年，加拿大測量學(xué)家P．F．Tomlinson首先提出了“地理信息系統(tǒng)”這一術(shù)語，并建立了世界上第一個實用的地理信息系統(tǒng)—加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)；美國的DuaneF．Marble，在美國西北大學(xué)研究大規(guī)模城市交通，并提出建立GIS軟件系統(tǒng)的思想；許多有關(guān)的組織和機構(gòu)紛紛建立。第六節(jié)GIS的發(fā)展透視二、GIS的發(fā)展階段第57頁/共91頁70年代為GIS鞏固發(fā)展期

20世紀70年代，美國、加拿大、英國、西德、瑞典和日本等國對地理信息系統(tǒng)的研究均投入了大量的人力、物力、財力，研究不同專題、不同規(guī)模、不同類型的各具特色的地理信息系統(tǒng)。

1972年出版了地理信息系統(tǒng)方面的第一本專著《地理數(shù)據(jù)處理》；許多大學(xué)培養(yǎng)GIS人才，創(chuàng)建了地理信息系統(tǒng)實驗室。

這一時期，世界上發(fā)展了許多具有一定功能的地理信息系統(tǒng)，大約有80多種，著名的ARC/INFO即是該時期的產(chǎn)品；出現(xiàn)了大量的數(shù)據(jù)庫，但這些系統(tǒng)的分析功能和60年代相比，并沒有得到很大的擴充，而且數(shù)據(jù)庫的容量一般都比較小，因此說70年代為GIS鞏固階段。

二、GIS的發(fā)展階段第58頁/共91頁80年代為GIS技術(shù)大發(fā)展時期

20世紀80年代，計算機的迅速發(fā)展和普及，地理信息系統(tǒng)也逐步走向成熟。這一時期GIS注重于空間決策支持分析，并在資源管理、環(huán)境規(guī)劃、商業(yè)服務(wù)等領(lǐng)域得到的廣泛應(yīng)用。

許多國家制定了本國GIS發(fā)展規(guī)劃，啟動了若干科研項目。

建立了一些政府性、學(xué)術(shù)性機構(gòu)。我國于1985年成立了資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室。

軟件制造商開始出現(xiàn)，商業(yè)化的實用地理信息系統(tǒng)軟件陸續(xù)進入市場。二、GIS的發(fā)展階段第59頁/共91頁90年代為GIS的用戶時代

20世紀90年代，由于計算機的軟硬件均得到飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已進入千家萬戶，導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的擴大與深化。GIS已成為許多機構(gòu)必備的工作系統(tǒng)，尤其是政府決策部門在一定程度上受GIS影響而改變現(xiàn)有機構(gòu)的運行方式、設(shè)置等；社會對GIS的認識普遍提高，需求大副度增加。如美國將GIS列入“信息高速公路”計劃中，美國副總統(tǒng)科爾提出的“數(shù)字地球”戰(zhàn)略也包括地理信息系統(tǒng)；我國的“三金工程”（金卡、金橋、金網(wǎng)）中也包含GIS。二、GIS的發(fā)展階段第60頁/共91頁

我國GIS的發(fā)展狀況第一階段：從1978年到1980年為準備階段，主要進行輿論準備，正式提出倡議，開始組建隊伍、組織個別實驗研究。第二階段：從1980年到1985年為起步階段。這一階段主要是對地理信息系統(tǒng)進行理論探索和區(qū)域性實驗研究，并在此基礎(chǔ)上制定國家地理信息系統(tǒng)規(guī)范。從1984年開始，國家測繪局測繪科學(xué)研究所著手組建中國國土基礎(chǔ)信息系統(tǒng)；1985國家資源與環(huán)境信息系統(tǒng)實驗室成立；第61頁/共91頁第三階段：從1985年到1995年為發(fā)展階段。GIS研究作為政府行為被列入國家攻關(guān)計劃，并開始了有計劃、有組織、有目標的科學(xué)研究。如“七五”國家攻關(guān)項目“三北防護林遙感調(diào)查”、“黃土高原遙感調(diào)查”等都開展了地理信息系統(tǒng)在資源管理方面的研究。

“八五”期間國家攻關(guān)項目包括“重大自然災(zāi)害監(jiān)測與評估系統(tǒng)”、“重點產(chǎn)糧區(qū)主要農(nóng)作物估產(chǎn)”、“國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)建設(shè)”。第四階段：

1995年至今為我國GIS產(chǎn)業(yè)化階段。強調(diào)GIS的實用化、集成化和工程化，力圖使GIS從發(fā)展階段走向?qū)嵱没蜕a(chǎn)化。

我國GIS的發(fā)展狀況第62頁/共91頁1、3S集成技術(shù)

GIS、RS、GPS無縫集成技術(shù)，使其具有更廣闊的應(yīng)用前景。2、網(wǎng)絡(luò)GIS更加流行萬維網(wǎng)的發(fā)展給GIS數(shù)據(jù)在更大范圍內(nèi)的發(fā)布、出版、獲取和查詢提供了有效可行的途徑。3、三維GIS更富有吸引力DEM地形數(shù)據(jù)和地面正射影像紋理疊加在一起，形成三維的虛擬地形景觀模型。在虛擬地形景觀模型之上將地面建筑物豎起來，形成城市三維GIS真三維GIS。他不僅表達三維物體，也表達物體的內(nèi)部三地理信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢第63頁/共91頁4.組件GIS進一步發(fā)展

GIS軟件大多數(shù)都已經(jīng)過渡到基于組件的體系結(jié)構(gòu)，一般都采用COD/DCOM技術(shù)。組件體系結(jié)構(gòu)為GIS軟件工程化開發(fā)提供了強有力的保障，也為用戶的二次開發(fā)提供了良好的接口。組件接口是二進制接口，它可以跨語言平臺調(diào)用，即用C++開發(fā)的COM組件可以用VB，VC或Delphi語言調(diào)用。5.移動GIS將會更加推廣

移動GIS系統(tǒng)主要由移動通信、地理信息系統(tǒng)、定位系統(tǒng)和移動終端4個部分組成。其特點包括：移動性、動態(tài)（實時）性。三地理信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢第64頁/共91頁四、GIS主要商品化軟件第65頁/共91頁第66頁/共91頁第67頁/共91頁第68頁/共91頁第69頁/共9