更新時間：2022-08-06 09:02:39作者：佚名
第一講第一講什么是地理信息系統什么是地理信息系統/28//28/的概念框架的概念框架的定義、理解和框架體系結構的定義、理解和框架體系結構的基本內容的基本內容技術涉及的基本內容技術涉及的基本內容的組成的組成硬件、軟件、空間數據、管理人員硬件、軟件、空間數據、管理人員的功能的功能基本要求、具體功能基本要求、具體功能與相關學科與相關學科的學科樹的學科樹的特性的特性與相關系統區別和聯系與相關系統區別和聯系數據數據::指某一目標定性、定量描述的原始資料指某一目標定性、定量描述的原始資料，包括數字、文字、符號、圖形、圖像以及它，包括數字、文字、符號、圖形、圖像以及它們能轉換成的數據等形式。們能轉換成的數據等形式。原始事實原始事實如：員工姓名，**員工姓名，**可以有數值、圖形、聲音、視覺數據等數據可以有數值、圖形、聲音、視覺數據等信息信息::是向人們或機器提供關于現實世界新的是向人們或機器提供關于現實世界新的事實的知識，是數據、消息中所包含的意義，事實的知識，是數據、消息中所包含的意義，它不隨載體物理設備形式的改變而改變。
它不隨載體物理設備形式的改變而改變。以一定規則組織在一起的事實的集合。以一定規則組織在一起的事實的集合。信息=數據+說明數據是信息的載體。信息系統是具有數據采集、管理信息系統是具有數據采集、管理、分析和表達數據能力的系統，、分析和表達數據能力的系統，它能夠為單一的或有組織的決策它能夠為單一的或有組織的決策過程提供有用的信息。過程提供有用的信息。一個基于計算機的信息系統包括一個基于計算機的信息系統包括計算機硬件、軟件、數據和用戶計算機硬件、軟件、數據和用戶四大要素。四大要素。地理：地理：泛指地球表面各種自然現象和人文現象，以及泛指地球表面各種自然現象和人文現象，以及它們之間的相互關系和區域分異。它們之間的相互關系和區域分異。地理信息：地理信息：指人對地理現象的感知，其內容包括地理系統指人對地理現象的感知，其內容包括地理系統諸要素的分布特征、數量、質量、相互聯系和諸要素的分布特征、數量、質量、相互聯系和變化規律等。變化規律等。地理信息的特征：地理信息的特征：空間定位特征、多維結構特征、動態特征空間定位特征、多維結構特征、動態特征空間性專題性（屬性）動態性（時間性）信息與坐標位置聯系在一起，使信息具有空間維（二維、三維）隨時間而動態變化（時間維）地理信息具有專題屬性（屬性維）分布性地理信息分布在不同區域具有分布性（網絡）地圖研究的對象：地圖研究的對象：地理環境諸要素地理環境諸要素地圖表現的內容：地圖表現的內容：各種地理要素的數、質量特征及其時空關系。
各種地理要素的數、質量特征及其時空關系。地圖是地理學的第二語言地圖是地理學的第二語言它是地理研究中必不可少的工具，也是地理研它是地理研究中必不可少的工具，也是地理研究成果的最好表達方式。究成果的最好表達方式。著名的地理學家陳述彭先生說：著名的地理學家陳述彭先生說：地理信息系統事實上就是地圖的一個地理信息系統事實上就是地圖的一個延續，就是用地理信息系統擴展地圖工延續，就是用地理信息系統擴展地圖工作的內容。作的內容。的定義、特點的定義、特點地理信息系統就是具有地理信息系統就是具有采集、采集、存儲存儲、、查查詢、分析、分析、、顯示和顯示和輸出輸出地理數據的功能，為地地理數據的功能，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統。理研究和地理決策服務的計算機技術系統。地理信息系統是一種以地理信息系統是一種以地理坐標為骨干地理坐標為骨干的的信息系統。信息系統。空間信息系統11/28//28/是由計算機硬件、軟件和不同方是由計算機硬件、軟件和不同方法組成的系統，該系統設計用來支持空法組成的系統，該系統設計用來支持空間數據采集、管理、處理、分析、建模間數據采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問——美國聯邦數字地圖協調委員會（美國聯邦數字地圖協調委員會（））11/28//28/我滿眼都是地理信息系統。
我滿眼都是地理信息系統。——南京師范大學閭國年教授南京師范大學閭國年教授11/28//28/用戶界面用戶界面系統和數據庫管理系統和數據庫管理產品生成產品輸出產品生成產品輸出空間數據處理空間數據分析空間數據處理空間數據分析數據輸入數據庫建立數據輸入數據庫建立11/28//28/的物理外殼是計算機化的技的物理外殼是計算機化的技術系統術系統的操作對象是空間數據的操作對象是空間數據的技術優勢在于它的空間分的技術優勢在于它的空間分析能力析能力與地理學、測繪學聯系緊密與地理學、測繪學聯系緊密11/28//28/1/28//28/信息系統信息系統非空間信息系統非空間信息系統專題地理信息系統專題地理信息系統地理信息系統地理信息系統非地理信息系統非地理信息系統管理信息系統管理信息系統綜合地理信息系統綜合地理信息系統CAD//CAM空間信息系統空間信息系統地籍GIS交通GIS地籍GIS交通GIS資源與環境GIS規劃與管理GIS資源與環境GIS規劃與管理GIS數據模型數據模型矢量GIS矢量GIS柵格GIS柵格GIS矢-柵GIS矢-柵GIS研究范圍研究范圍全球GIS全球GIS區域GIS區域GIS研究內容研究內容11/28//28/美國地理信息與分析中心美國地理信息與分析中心教學大綱教學大綱一、概論一、概論引言、硬引言、硬//軟件、柵格軟件、柵格、數據獲取、空間數據性質、空間現象及、數據獲取、空間數據性質、空間現象及關系、關系、功能、柵格功能、柵格//矢量數據模型對比與相關問題矢量數據模型對比與相關問題二、技術問題技術問題坐標系統與地理編碼、矢量數據結構與算法、柵格數據存儲、關于 坐標系統與地理編碼、矢量數據結構與算法、柵格數據存儲、關于 地表的數據結構及其算法、客體與時間、數據庫、誤差模擬與不確定性、 地表的數據結構及其算法、客體與時間、數據庫、誤差模擬與不確定性、 可視化技術 可視化技術 三、應用 應用 GIS GIS應用領域、決策支持、系統規劃、系統實現、 應用領域、決策支持、系統規劃、系統實現、GIS GIS發展趨勢 發展趨勢 11/28/2016 11/28/2016 20 20 GIS Unwin GIS Unwin GIS教學大綱 教學大綱 一、概論 一、概論 GIS GIS定義與歷史、作為商品的數據與信息、 定義與歷史、作為商品的數據與信息、GIS GIS應用潛力 應用潛力 二、制圖與空間分析 制圖與空間分析 空間數據類型、地理參考、地圖投影、坐標變換、空間基本概念、點線面的 空間數據類型、地理參考、地圖投影、坐標變換、空間基本概念、點線面的 基本操作 基本操作 三、計算機環境下的實現 三、計算機環境下的實現 不同層次信息的數字表達、數據模型、誤差、矢量 不同層次信息的數字表達、數據模型、誤差、矢量//柵格討論、計算機技術進 柵格討論、計算機技術進 四、操作 操作 硬件、數據存儲媒介、處理器與處理環境、顯示、生產系統舉例 硬件、數據存儲媒介、處理器與處理環境、顯示、生產系統舉例 五、應用 應用 應用領域、全球尺度應用、 應用領域、全球尺度應用、GIS GIS決策、項目管理、價格效益分析 決策、項目管理、價格效益分析 六、機構問題 六、機構問題 數據使用權、質量保證與標準、法律意義、 數據使用權、質量保證與標準、法律意義、GIS GIS管理、 管理、GIS GIS教育與培訓 教育與培訓 11/28/2016 11/28/2016 21 21 GIS 空間數據 空間 數據 用戶 用戶 11/28/2016 11/28/2016 22 22 GIS 輸入設備 輸入設備 專用設備 專用設備 常規設備 常規設備 GPS GPS 全數字攝影 測量工作站 全數字攝影 測量工作站 解析和數字 攝影測量儀器 解析和數字 攝影測量儀器 遙感與遙感 圖象處理系統 遙感與遙感 圖象處理系統 全站儀 全站儀 掃描儀 掃描儀 數字化儀 數字化儀 鍵盤、鼠標 鍵盤、鼠標 處理設備 處理設備 工作站 工作站 服務器 服務器 硬盤陣列 硬盤陣列 存儲設備 存儲設備 活動硬盤 活動硬盤 光盤機 光盤機 磁帶機 磁帶機 輸出設備 繪圖儀 終端 打印機 11/28/2016 11/28/2016 23 23 GIS 由基本外設、處理設備和輸出設備構 數據傳輸與資源共享不方便 11/28/2016 11/28/2016 24 24 GIS 部門或單位內部GIS建設 用戶組1用戶組1 GIS中央數據庫與網管 GIS中央 數據庫與網管 用戶組n 用戶組n 11/28/2016 11/28/2016 25 25 GIS 用戶分布地域廣泛，不適合專線 連接 局部范圍為局域網，通過若干通 道與廣域網連接 輸入 輸入 GIS中央 數據庫 （服務器） GIS中央 數據庫 （服務器） 處理系統局域網 用戶組 局域網 用戶組 輸出 輸出 多媒體 系統 多媒體 系統 用戶 用戶 用戶 用戶 /28/2016 11/28/2016 26 26 GIS 操作系統 （系統調用、設備運行、網絡等） 系統庫 （編程語言、數學庫等） 標準軟件 （圖形、數據庫等） GIS基本功能軟件 GIS應用軟件 用戶界面 GIS軟件 基礎軟件 系統軟件 GIS 11/28/2016 11/28/2016 27 27 GIS GIS 空間數據輸入 與轉換 空間數據庫 管理系統 圖形與屬性 數據編輯 制圖 與輸出 空間查詢 與分析 GIS 11/28/2016 11/28/2016 28 28 GIS 空間數據特征：幾何、屬性、時間數據； 空間數據組織：矢量結構、柵格結構； 空間數據管理：幾何數據：文件 屬性數據：關系數據庫 11/28/2016 11/28/2016 29 29 GIS 咨詢 管理 信息管理 數據整理 11/28/2016 11/28/2016 30 30 GIS 位置（位置（ ）） 條件（條件（ ）） 趨勢（趨勢（ ）） 模式（模式（ ）） 模型（模型（ ）） GIS 例：國家屬性查詢GIS 滿足給定條件的地理對象分布 例：客戶分布GIS 地理對象隨時間的變化 例：人口變化趨勢GIS 空間對象的分布模式問題 揭示空間對象的空間關系 例：公園選址GIS GIS 基本概念與基礎 GIS 數據采集與處理 GIS 系統開發 GIS 前沿理論 數據組織與管理 數據采集 可視化表達 數據處理 GIS 空間分析 數據入庫 11/28/2016 11/28/2016 37 37 GIS 文件圖表 文件圖表 數據獲取 數據獲取 數據獲取 數據獲取 原始數據 原始數據 存儲檢索 存儲檢索 空間查詢 空間查詢 空間分析 數據編輯 數據編輯 投影變換 數據輸出 數據輸出 制圖、表格 制圖、表格 交互展示 交互展示 結構化數據 結構化數據 空間 數據庫 11/28/2016 11/28/2016 38 38 11/28/2016 11/28/2016 39 39 數據獲取 數據獲取 數據入庫 數據入庫 目的：保證數據在入庫時在內容上的完整性，邏輯上的一致性。
方法：數據編輯與處理、錯誤修正： 數據格式轉化：矢量、柵格轉化，不同數據格式轉化； 數據比例轉化：平移、旋轉、比例、糾正 投影變換：投影方式 數據概化：平滑、特征集結 數據重構：幾何形態變換（拼接、截取、壓縮、結構） 地理編碼：拓撲結構 11/28/2016 11/28/2016 40 40 數據的集成過程 幾何數據與屬性數據組織 數據結構 矢量結構、柵格結構、柵格/矢量結構 決定著GIS的數據分析能力、效率和精度 數據管理 層次模型、網絡模型、關系模型、混合管理模式 11/28/2016 11/28/2016 41 41 空間檢索 空間分析 空間檢索 空間分析 空間分析 空間分析 地形分析 網絡分析 緩沖區分析 幾何量測 地圖分析 疊置分析 統計分析 決策分析 地形分析 網絡分析 緩沖區分析 幾何量測 地圖分析 疊置分析 統計分析 決策分析 位置查詢 屬性查詢 拓撲查詢 位置查詢 屬性查詢 拓撲查詢 空間查詢 空間查詢 11/28/2016 11/28/2016 42 42 制圖：專題地圖、影象地圖、統計地圖、地形圖11/28/2016 11/28/2016 43 43 11/28/2016 11/28/2016 44 44 的空間分析技術與手段是有限的，而實 的空間分析技術與手段是有限的，而實 際應用模型是無可枚舉的，任何 際應用模型是無可枚舉的，任何GIS GIS都應提 都應提 供二次開發工具。
供二次開發工具。 定制菜單、程序與可視化界面等定制菜單、程序與可視化界面等 二次開發環境： 二次開發環境： 專用工具：如 專用工具：如Arc/Info Arc/Info的的AML AML語言； 語言； 通用語言：如 通用語言：如VC++ VC++ 、、VB VB、、 等等 組件開發：如 組件開發：如 的的MapX MapX；； 11/28/2016 11/28/2016 45 45 GIS 地理學 遙感 制圖學 CAD與 計算機圖形學 測量與攝影測量 11/28/2016 11/28/2016 46 46 GIS 與與CAD CAD、、CAM CAM 與管理信息系統（ 與管理信息系統（MIS MIS）） 與遙感信息處理系統 與遙感信息處理系統 （（RS RS）） 與機助制圖、地圖數據庫 與機助制圖、地圖數據庫 不能建立地理坐標統和完成地理坐標變換； 結構、數據類型復系緊密； 不具備地理意義上的查詢和分析能力； 對空間對象的空間相關關系建立 和處理 CAD不能建立地理坐標統和完成地理坐標變換； CAD處理多為規則圖形，而GIS為非幾何圖形； CAD圖形功能強而屬性處理能力若，而GIS圖形與屬性的操作比較頻繁，且專業化特征比較強； GIS的數據量比CAD大得多什么是地理信息系統，數據結構、數據類型復 雜，數據之間聯 系緊密； CAD不具備地理意義上的查詢和分析能力； 素不能分解、查詢，圖形與數據之間沒有聯系； 就是DBMS GIS對圖形和屬性數據共同管理、分析和應用； 據以文件形式進行管理，圖形要素不能分解、查詢，圖形與數據之間 沒有聯系； 管理地圖和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近 DBMS。
可升格為力較弱，則退化為地圖數據庫 GIS包含數字制圖系統的全部功能地圖數據庫若空間分析能力較強， 可升格為GIS，而GIS若空間分析能 力較弱，則退化為地圖數據庫 遙感數據是GIS的重要信息源。經過 遙感信息系統處理的遙感信息，或進入 GIS 經過分類的信息協同 分析。 遙感數據進行處理的軟件，主要強調對遙感數據的幾何處理、灰度處理和專題 信息提取，具有較強的制圖功能，可設 計豐富的符號和注記，雖有空間疊置分 析空能，但由于缺少實體空間關系的描 述，難以進行空間實體的空間關系查詢、 屬性查詢及網絡分析等。 遙感數據是GIS的重要信息源。經過遙感信息系統處理的遙感信息，或進入 GIS系統作為制圖的背靜圖象，或是與 經過分類的信息協同GIS與遙感的集成 分析。 遙感圖象信息處理系統是專門用于對 遙感數據進行處理的軟件，主要強調對 遙感數據的幾何處理、灰度處理和專題 信息提取，具有較強的制圖功能什么是地理信息系統，可設 計豐富的符號和注記，雖有空間疊置分 析空能，但由于缺少實體空間關系的描 述，難以進行空間實體的空間關系查詢、 屬性查詢及網絡分析等。 面向位置的特征 遙感圖象處理系統不能看作是GIS。 11/28/2016 11/28/2016 47 47 GIS 專業 專業GIS GIS（（ GIS GIS）） 桌面 桌面GIS GIS（（ GIS GIS）） 手持 手持GIS GIS（（Hand Hand--Held GIS Held GIS）） 組件 組件GIS GIS（（ GIS GIS）） GIS GIS 網絡 網絡GIS GIS（（ GIS GIS）） 其它（基于 其它（基于CAD CAD的的GIS GIS）） 11/28/2016 11/28/2016 48 48 GIS ESRI GE DB Hand-held Web Map App LT MapX，MapJ Scout Pro Pro Pro GIS GIS 11/28/2016 11/28/2016 49 49 GIS Hand-held 用用戶戶 發展概況發展概況 發展簡史；發展簡史； 發展態勢：發展態勢： 已成為一門綜合性技術； 已成為一門綜合性技術； 產業化的發展勢頭強勁； 產業化的發展勢頭強勁； 網絡化已構成當今社會的熱點； 網絡化已構成當今社會的熱點； 地理信息科學地理信息科學( ))的產生和發展。
的產生和發展。 基礎理論基礎理論 地理信息系統是傳統科學與現代技術相結合而產生的地理信息系統是傳統科學與現代技術相結合而產生的 邊緣學科 邊緣學科，，因此它明顯的體現出多學科交叉的特征 因此它明顯的體現出多學科交叉的特征，， 這些交叉學科的基礎理論同樣構成地理信息系統的基 這些交叉學科的基礎理論同樣構成地理信息系統的基 礎理論體系； 礎理論體系； 各國政府設立相應的組織機構來引導各國政府設立相應的組織機構來引導GIS GIS理論研究 理論研究，， 如美國國家自然科學基金委員會 如美國國家自然科學基金委員會（（NSF NSF））支持成立 支持成立 了國家地理信息與分析中心 了國家地理信息與分析中心（（NCGIA NCGIA））等等，，研究重 研究重 點包括空間關系 點包括空間關系、、空間數據模型 空間數據模型、、空間認知 空間認知、、空間 空間 推理 推理、、地理信息機理和地理信息不確定性等； 地理信息機理和地理信息不確定性等； 李德仁院士在李德仁院士在《 《空間信息系統的集成與實現 空間信息系統的集成與實現》》一書 一書 中中，，扼要敘述了地球空間信息學的七大理論問題： 扼要敘述了地球空間信息學的七大理論問題： 地球空間信息學的基準；地球空間信息學的基準； 地球空間信息標準；地球空間信息標準； 地球空間信息的時空變化理論；地球空間信息的時空變化理論； 地球空間信息的認知；地球空間信息的認知； 地球空間信息的不確定性；地球空間信息的不確定性； 地球空間信息的解譯與反饋；地球空間信息的解譯與反饋； 地球空間信息的表達與可視化地球空間信息的表達與可視化。。 11/28/2016 11/28/2016 52 52 你是如何理解你是如何理解GIS GIS的的? 與一般的計算機信息系統、圖形處 與一般的計算機信息系統、圖形處 理系統有何區別？ 理系統有何區別？ 有什么基本功能？通過什么樣的途 有什么基本功能？通過什么樣的途 徑實現？ 徑實現？