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主讲教师：李辉霞，王兮之 shelly88@163

佛山科学技术学院资源环境系课程. 地理信息系统原理. 主讲教师：李辉霞，王兮之 shelly88@163.com. 课程特点与基本要求. 课程特点 GIS 是一门典型的交叉性学科 GIS 是一门实践性很强的学科（学科和技术的统一体） GIS 是一门迅速发展中的学科. 基本要求 (1) 了解地理信息系统的基本原理 理解概念框架， GIS 组成和基本功能，掌握 GIS 的数据处理流程（采集、编辑、组织、管理、分析、输出）； (2) 掌握地理信息系统的基本技术和方法 掌握常用 GIS 软件的操作 ，为 GIS 的开发应用打下理论基础；

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Presentation Transcript

  1. 佛山科学技术学院资源环境系课程 地理信息系统原理 主讲教师：李辉霞，王兮之 shelly88@163.com

  2. 课程特点与基本要求 • 课程特点 • GIS是一门典型的交叉性学科 • GIS是一门实践性很强的学科（学科和技术的统一体） • GIS是一门迅速发展中的学科

  3. 基本要求 (1)了解地理信息系统的基本原理 理解概念框架，GIS组成和基本功能，掌握GIS的数据处理流程（采集、编辑、组织、管理、分析、输出）； (2)掌握地理信息系统的基本技术和方法掌握常用GIS软件的操作 ，为GIS的开发应用打下理论基础； (3)初步具有应用GIS技术开展地学研究的能力

  4. 课堂教学内容 • 第1章 导论 §1.1 地理信息系统的产生 §1.2 地理信息系统的基本概念 §1.3 地理信息系统的特点与分类 §1.4 地理信息系统的基本构成 §1.5 地理信息系统的功能简介 §1.6 地理信息系统的发展趋势 • 第2章地理信息系统的数据结构 §2.1 地理空间及其表达 §2.2 地理空间数据及其特征 §2.3 空间数据结构的类型 §2.4 空间数据结构的建立

  5. 第3章空间数据的处理 §3.1 空间数据的坐标变换 §3.2 空间数据结构的转换 §3.3 多源空间数据的融合 §3.4 空间数据的压缩与综合 §3.5 空间数据的内插方法 §3.6 图幅数据边沿匹配处理 • 第4章地理信息系统空间数据库 §4.1 空间数据库概述 §4.2 空间数据库概念模型设计：传统的数据模型 §4.3 空间数据库概念模型设计：语义数据模型和 面向对象数据模型 §4.4 空间数据库逻辑模型设计和物理设计 §4.5 GIS空间时态数据库

  6. 第5章 空间分析的原理与方法 §5.1 数字地面模型分析 §5.2 空间叠合分析 §5.3 空间缓冲区分析 §5.4 空间网络分析 §5.5 空间统计分析 §5.6 空间数据的集合分析和查询 • 第6章 地理信息系统的应用模型 §6.1 GIS应用模型概述 §6.2 适宜性分析模型 §6.3 发展预测模型 §6.4 位址选择模型

  7. §6.5 交通规划模型 §6.6 地学模拟模型 §6.7 专家系统概述 • 第7章 地理信息系统的设计与评价 §7.1 GIS设计概述 §7.2 地理信息系统的设计 §7.3 地理信息的标准化 §7.4 地理信息系统的评价 • 第8章 地理信息系统产品的输出设计 §8.1 地理信息系统产品的输出形式 §8.2 地理信息系统图形输出系统设计 §8.3 地理信息系统的可视化与虚拟现实

  8. 上机与实验（16学时） • 上机一：认识Arc View操作界面 （2学时） • 上机二：属性表的编辑、维护、连接（2学时） • 上机三：最佳路径和最近设施分析 （2学时） • 实验一：空间要素的输入与编辑（2学时） • 实验二：多边形叠合 （2学时） • 实验三：栅格数据及其专题图生成 （2学时） • 实验四：复杂地形中的选址（2学时） • 实验五： 地图布局、输出（2学时）

  9. 参考书目 • 龚健雅.地理信息系统基础.北京：科学出版社，2001 • 陈述彭等. 地理信息系统导论.北京：科学出版社，2000 • 郭达志等.地理信息系统基础与应用.北京：煤炭工业出版社，1997 • 张超等.地理信息系统实习教程.北京：高等教育出版社，2000 • 吴信才等.地理信息系统原理与方法.北京：电子工业出版社，2002

  10. 主要网站 • http://www.gischina.com/ • http://www.gisky.com/ • http://www.gisempire.com/ • http://www.digitalearth.net.cn/ • http://www.digitalearth.gov/ • http://www.othermap.com/ • http://www.honox.com/

  11. 第一章 导论 学习目标： ·理解GIS的相关概念，说明GIS和相关学科的关系 ·掌握GIS的特点、类型与构成 ·了解GIS的基本功能和用途 ·了解GIS的发展概况 重点：GIS的基本概念、构成及功用

  12. 地理信息系统导论 第一节 地理信息系统的产生 第二节 地理信息系统的基本概念 第三节 地理信息系统的特点和分类 第四节 地理信息系统的基本构成 第五节 地理信息系统的功能简介 第六节 地理信息系统的研究内容 第七节 地理信息系统的发展趋势

  13. 第一节 地理信息系统的产生 首先，引用几段话：

  14. 江泽民总书记指出： • “当今世界，以信息技术为主要标志的科技进步日新月异”。

  15. “可以预计，二十一世纪，科学技术的进一步发展，特别是信息技术和生命科学的不断突破，将对世界政治、经济、文化生活产生更加深刻的影响”。“可以预计，二十一世纪，科学技术的进一步发展，特别是信息技术和生命科学的不断突破，将对世界政治、经济、文化生活产生更加深刻的影响”。 • “要进行一次以信息技术和生物工程为标志的科技革命”。

  16. 徐冠华部长指出： • “当代科技发展主要的趋势，是以信息技术革命为中心的当代科技革命正在全球蓬勃兴起，它标志着人类工业社会向信息社会跨越”。

  17. “各学科、各技术领域相互渗透、交叉和融合”。“各学科、各技术领域相互渗透、交叉和融合”。 • “学科分支已经从上个世纪初600多门，发展到现在6000多门”。

  18. 再看几个例子： 例1 全国第二次土壤普查经过6万多农技人 员，历时16年完成； 例2 浙江省土地利用现状调查，经过5000多 专业人员和10万乡、村干部，耗资5000 多万元，历时12年完成（人头费用均不 计）。 例3 餐饮业管理信息系统；企业管理信息系统

  19. 结论： 没有现势性的资源环境数据就很难作出正确的合理利用规划。我们的实践已经证明：如果运用遥感与信息技术，人力、物力和财力都只要1/10，甚至<1/10，而且能获取现势性资料。

  20. 地理信息系统产生： • 信息革命的影响，要求地理学要顺应时代的要求，跟上时代的步伐，地理学要高度现代化。 • 计算机技术、自动化技术等的发展为GIS的形成奠定了坚实的基础。 • 计算机制图技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用；地理信息系统脱胎于地图，它们都是地理信息的载体，具有存贮、分析和显示地理信息的功能。 • 海量资源信息，客观上需要GIS为之服务。

  21. 由于社会的进步，人类开始觉悟到对于自然资源的利用，不能是简单的掠夺，而应当合理的管理利用，并且把开发和保护相结合。由于社会的进步，人类开始觉悟到对于自然资源的利用，不能是简单的掠夺，而应当合理的管理利用，并且把开发和保护相结合。 • 对自然资源应采取科学的管理，进行定量分析和预测，从而为宏观科学决策提供依据，这些为GIS的产生提供了应用基础。 • 基于以上社会经济与技术发展的历史背景和原因，地理信息系统于60年代中期开始形成并逐渐发展起来。

  22. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 第二节 地理信息系统的基本概念 基本概念 信息的特点 数据与信息的区别

  23. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。 信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。

  24. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 信息的特点： (1)信息的客观性 (2)信息的适用性 (3)信息的传输性 (4)信息的共享性

  25. 经处理分析有价值 正确和精确性 客观性 适用性 以一定的形式或格式在用 户间传输 信息能提供并发应用 传输性 共享性

  26. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 数据与信息的关系 信息与数据是不可分离的，数据是信息的表达，信息是数据的内涵。数据本身并没有意义数据只有对实体行为产生影响时才成为信息

  27. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 基本概念 地理信息的特征 地图与地理信息的关系

  28. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 基本概念 地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。 地图是将地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化。

  29. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 地理信息的特征 (1)属于空间信息 (2)具有多维结构的特征 (3)时序特征十分明显

  30. 信息与坐标位置联系在一起， 使信息具有空间维（二维、三维） 空间性 随时间而动态变化 （时间维） 动态性 （时间性） 地理信息具有专题属性 （属性维） 专题性 （属性） 地理信息分布在不同区域 具有分布性 （网络） 分布性

  31. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 地图与地理信息的关系 1. 地图是地理信息载体 2. 地图是地理信息的传统数据源 3. 地图是GIS的查询与分析 结果的表示方法

  32. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 基本概念 地理信息系统的特征（见第三节） 地理系统与地理信息系统的关系

  33. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 基本概念 地理系统是一个多层次的巨系统，它具有多层次的结构和泛目标的功能，需要多学科的知识结构和多种形式技术体系的支持。地理系统是认识地理圈的事物、现象和发生发展过程，理解物质迁移与能量转换内外循环的规律，认识地理规律、掌握地理信息，以调控资源与环境为目的的逻辑思维过程。

  34. 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统 基本概念 地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以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。 地理信息系统中“地理”的概念并非指地理学，而是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性数据以及以此为基础而演义出来的知识。

  35. 用户界面 系统和数据库管理 数据输入 数据库建立 空间数据处理 空间数据分析 产品生成 产品输出

  36. 信息系统 决定方向的 战略决策者 用户 战略层（上层） 硬件 高中层的 管理人员 组成信息系统的四大要素 信息系统的三个管理层次 战术层（中间层） 软件 数据（知识） 操作层（底层） 操作员

  37. 空间信息系统 3S • GIS地理信息系统 （Geographic Information System） • GPS全球定位系统 （Global positioning System） • RS遥感 （Remote Sensing） • EOS地球观测系统（Earth Observation System) • DPS数据摄影测量系统 （Data Photogrammetric System) • DE数字地球 （Digital Earth ） 5S

  38. 地理系统与地理信息系统的关系1. 地理系统是地理信息系统的科学依据2. 地理信息系统是研究地理系统的科学技术保证。 数据与信息 地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统

  39. 第三节 GIS的特点和分类 地理信息系统的特点 地理信息系统的分类

  40. 一、地理信息系统的特点 • 公共的地理定位基础 • 所有的地理要素，要按经纬度或者特有的坐标系统进行严格的空间定位，才能使具有时序性、多维性、区域性特征的空间要素进行复合和分解，将隐含其中的信息变为显示表达，形成空间和时间上连续分布的综合信息基础，支持空间问题的处理与决策。 • 2. 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力

  41. 3. 系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息 • 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。 • 4. 以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统 • 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生高层次的地理信息。

  42. 二、地理信息系统的分类 • 1. 从研究内容看GIS分类： • 专题地理信息系统（Subject GIS）：是具有有限目标和专业特点的地理信息系统。为特定的专门的目的服务，如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统、环境管理信息系统等。 • 区域地理信息系统（Regional GIS）：主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。如国家级、地区级、市级或县级等。 • 地理信息系统工具(GIS—Tools）：它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。

  43. 2、从提供的性能角度看GIS分类 • 1）空间管理型GIS 大众型 • 2）空间分析型GIS 传统型 • 3）空间决策型GIS 决策型 3、从系统开发角度看GIS的分类 • 1）最终用户用GIS • 2）专业人士用GIS • 3）软件开发者/系统集成者用GIS

  44. 4、从系统结构角度看GIS的分类 • 1）单机GIS • 2）网络GIS • 5、从数据结构角度看GIS的分类 • 1）矢量数据结构GIS • 2）栅格数据结构GIS • 3）混合型数据结构

  45. GIS与其它系统的区别 • GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。 • GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。

  46. GIS与其它系统的区别 • GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。 • GIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。

  47. GIS在信息系统中的位置 信息系统 非空间信息系统 管理信息系统 空间信息系统 非地理信息系统 CAD/CAM 研究范围 地理信息系统 研究内容 全球GIS 专题地理 信息系统 地籍GIS 交通GIS 数据模型 区域GIS 综合地理 信息系统 资源与环境GIS 规划与管理GIS 矢量GIS 栅格GIS 矢-栅GIS

  48. 计算机系统软件 输入设备 GIS软件 存储设备 应用分析程序 输出设备 第四节 GIS的基本构成 硬件系统 地理数据 软件系统 地 理 数 据 库 数据输入 系统操作 数据存储 系统支持 信息输入 地理分析 用户

  49. GIS 用户 GUI 硬件系统 软件系统 空间数据 DBMS 应用模型 • GIS基本构成的结构图

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