交通地理信息系统
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交通地理信息系统. 薛云. 第一章 地理信息系统概论. 1 基本概念 2 GIS 的分类 3 GIS 的功能概述 4 GIS 的研究内容 5 GIS 的发展简史 6 GIS 的发展展望. 本章目标. 目的要求: 通过本章的学习,掌握地理信息系统的基本概念和定义,能分析其与其他系统的不同。掌握 GIS 的基本构成是计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据、应用模型和系统管理操作人员。了解 GIS 基本类型、功能,对地理信息系统的研究内容有个大致的认识,并对地理信息系统发展、研究动态以及与其他学科的关系有个基本了解。

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交通地理信息系统

薛云


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第一章 地理信息系统概论

  • 1 基本概念

  • 2 GIS的分类

  • 3 GIS的功能概述

  • 4 GIS的研究内容

  • 5 GIS的发展简史

  • 6 GIS的发展展望


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本章目标

  • 目的要求:通过本章的学习,掌握地理信息系统的基本概念和定义,能分析其与其他系统的不同。掌握GIS的基本构成是计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据、应用模型和系统管理操作人员。了解GIS基本类型、功能,对地理信息系统的研究内容有个大致的认识,并对地理信息系统发展、研究动态以及与其他学科的关系有个基本了解。

  • 教学重点:基本概念 地理信息系统的特点 构成 地理信息系统的功能

  • 教学难点:信息、数据的区别和联系 地理信息系统的特点及与信息系统的区别和联系

  • 教学课时:4课时

  • 教学方法:讲授法 实例法


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1.1.1 信息

信 息(information)

狭义:为人们获得信息前后对事物认识

的差别

广义:信息是指主体(人、生物和机器)

与外部客体(环境、其它人、生

物和机器)之间相互联系的一种形

式。

信息的特点:

客观性,适用性 ,传输性,共享性


1 1 11

1.1.1 信息

信息的特点

信息的客观性:与客观事物紧密相联系的;

信息的适用性:信息对决策是十分重要;

信息的传输性:信息可以在信息发送者和接受者之间传输,既包括系统把有用信息送至终端设备(包括远程终端),和以一定形式提供给有关用户,也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。

信息的共享性:信息与实物不同,它可以传输给多个户,为多个用户共享,而其本身并无损失。信息的这些特点,使信息成为当代社会发展的一项重要资源。


1 1 2

1.1.2 数据

  • 数据:指某一目标定性、定量描述的原始资料,包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。

    • 原始事实

    • 如:员工姓名,

    • 数据可以有数值、图形、声音、视觉数据等

  • 数据的特点:

    • 数据只有对实体行为产生影响时才成为信息

      例如:1和0

    • 数据到信息要经过一些数据处理


1 1 21

1.1.2 数据

  • 数据处理:即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等,其目的就是为了得到数据中包含的信息。——提取信息

    ①把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式;

    ②把数据加工成对正确管理和决策有用的数据;

    ③把数据编辑后存储起来,以供不断使用。


1 1 22

1.1.2 数据

信息和数据的关系:

  • 信息与数据是不可分离的。信息= 数据 + 说明(或规则)

  • 信息是与物理介质有关的数据表达。

  • 数据中所包含的意义就是信息。

  • 数据是记录下来的某种可以识别的符号,具有多种多样的形式,也可以加以转换,但其中包含的信息内容不会改变。

  • 信息可以离开信息系统而独立存在,也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在;而数据的格式往往与计算机系统有关,并随载荷它的物理设备的形式而改变。

  • 数据是原始事实,而信息是数据处理的结果。

  • 不同知识、经验的人,对于同一数据的理解,可得到不同信息。


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1.1.3 地理数据与地理信息

  • 地理数据:是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形的总称。

    • 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、属性特征及时态特征三部分。

  • 地理信息:是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识,是对地理数据的解释。


  • 1 1 31

    1.1.3 地理数据与地理信息

    • 空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素。

      • 空间位置数据(空间数据)描述地物所在位置,相对位置或绝对位置

      • 属性数据(非空间数据)属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标

      • 时态特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段,该数据对环境模拟分析非常重要。


    1 1 32

    1.1.3 地理数据与地理信息

    在GIS里面地理数据从以下几方面描述自然界的物体

    • 一定坐标系中的位置;

    • 与位置无关的属性(如岩性、地价等);

    • 相互间的空间关系(拓扑关系),这种关系描述物体间是如何连接在一起的,或一物体如何在其它物体间移动。


    1 1 33

    1.1.3 地理数据与地理信息

    地理信息的特征

    空间特征:其位置的识别是与数据联系在一

    起的。

    多维特征:即在二维空间的基础上实现多专

    题的第三维结构。

    时序特征:可以按照时间尺度划分地理

    信息,对地理事物进行预测、

    预报,从而为科学决策提供

    重要依据。


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    1.1.3 地理数据与地理信息

    地图与地理信息、地理数据的关系

    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。

    地图与地理信息、地理数据的关系

    • 地图是传统的表达和存储地理数据的工具,是地理信息的传统数据源

    • 地理信息是对地理数据的解释,地图是地理信息载体

    • 地图是地理信息系统查询与分析结果的表示方法


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    1.2.1 信息系统

    • 系统:是具有特定功能的、相互联系的许多要素所构成的一个整体。

    • 信息系统(Information System ):是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统,它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。


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    决定方向的

    战略决策者

    用户

    战略层(顶层)

    硬件

    高中层的

    管理人员

    战术层(中间层)

    软件

    数据(知识)

    操作层(底层)

    操作员

    1.2.2 信息系统的类型

    组成信息系统的四大要素

    信息系统的三个管理层次


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    1.2.2 信息系统的类型

    1) 信息系统 按功能分类

    • 事务处理系统(Transaction Process System, TPS)主要用以支持操作层人员的日常活动。它主要负责处理日常事务。

    • 管理信息系统(Management Information System, MIS):需要包含组织中的事务处理系统,并提供了内部综合形式的数据,以及外部组织的一般范围和大范围的数据。

    • 决策支持系统(Decision Support System, DSS)是一组处理数据和进行推测的分析程序,用以支持管理者制定决策。包括分析决策模型、MIS中的信息和决策者的推测;


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    1.2.2 信息系统的类型

    • 人工智能和专家系统(Expert System, ES)能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统。包括知识库、推理机、解析系统、用户接口和知识获得系统

    • 空间信息系统SIS( Spatial Information System)

    • 地理信息系统GIS( Geographic Information System)

      MIS能提供信息帮助制定决策,DSS能帮助改善决策的

      质量,只有专家系统能应用智能推理制作决策并解释决策

      理由。


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    Pc机为平台

    单机信息系统

    工作站为平台

    C/S结构

    网络信息系统

    B/S结构

    1.2.2 信息系统的类型

    2)信息系统按结构分类


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    2.1地理信息系统

    • 地理信息系统(Geographical Information System, GIS)是一种决策支持系统,具有一般信息系统的特点。顾名思义,地理信息系统是处理地理信息的系统。

    • 地理空间:地理空间是大尺度的空间,也就是说,该空间超越了人类自身,可能在不同尺度上有不同的几何学方法来表达。


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    2.1地理信息系统

    • 地理空间信息:有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识,它是对地理数据的解释,即前面所说的地理信息(也常称为空间信息)。

    • 地理空间信息最主要的特征是:

      • 所有的信息都具有地理位置参照

      • 人类社会中70-80%的信息具有空间特性。


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    2.1地理信息系统

    • 在地理信息系统中,现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象,这些地理特征至少有空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。

    • 而地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的,地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。


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    2.1地理信息系统

    那么究竟什么是GIS?

    • 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 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”。

    • 3 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。”

    • 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”。


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    2.1地理信息系统

    GIS是什么?

    • 6 美国联邦数字地图协调委员会(FICCDC)关于GIS的定义认为“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”。 ——《地理信息系统概论》(黄杏元)

    • 7 陈述彭把GIS定义为:“用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统,是分析和处理海量地理数据的通用技术”。 (1999)

    • 8 《地理信息系统基础》(龚健雅)地理信息系统是一种重要的空间信息系统,它是以采集、贮存、管理、分析和描述整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。


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    2.1地理信息系统

    GIS是什么?

    • 9、李德仁——“地理信息系统是一种特定而又十分重要的空间信息系统,它是采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间和地理分布有关的空间信息的系统(1995)。”

    • 10、《地理信息系统原理与技术》一书中总结了对GIS 的概念定义的三个方面的观点,认为GIS:是工具箱,其中包含一套用于采集、存储、管理、处理、分析和显示地理数据的计算机软件工具。是信息系统的特例,除了具有处理地理编码数据的特殊性外,地理信息系统具备一般信息系统的共同特点。并强调其社会作用,认为GIS 从根本上改变了一个组织或部门(如国土部门,政府规划部门)运做方式。


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    2.1地理信息系统

    GIS是什么?

    • 11 David Maguire 总结了对GIS的三种观点:即地图、数据与空间分析的观点(1991),他们的侧重点各不同。(P12)


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    2.1地理信息系统

    GIS是什么?

    • 12 本书的定义:地理信息系统的定义由两部组成。一方面,地理信息系统是一门学科,是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科;另一方面,地理信息系统是一个技术系统,是以地理空间数据库为基础,采用地理模型分析方法,适时提供多种空间的和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。(为了便于理解和记忆,以本书的定义为准)


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    2.1地理信息系统

    • 地理信息系统的特点

      • 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力。

      • 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。

      • 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。

    • 地理信息系统从外部来看,它表现为计算机软硬件系统;而其内涵却是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型,是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。信息的流动及信息流动的结果,完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真。


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    专题地理信息系统(Thematic GIS)

    区域地理信息系统(Regional GIS)

    地理信息系统工具(GIS Tools)

    按内容分类

    城市信息系统

    自然资源查询信息系统

    规划与评估信息系统

    土地管理信息系统等。

    按用途分类

    2.2地理信息系统的类型

    地理信息系统的分类:(还可以根据以下依据划分)

    研究范围(全球性和区域性)、

    研究内容(专题和综合)、

    数据模型(矢量、栅格和混合型)


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    • GIS

    • 用 户

    • GUI

    • 硬件系统

    • 软件系统

    • 空间数据

    • DBMS

    • 应用模型

    2.3 地理信息系统的构成

    地理信息系统的构成:


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    2.3 地理信息系统的构成

    一、 GIS的计算机硬件系统的组成

    1、计算机主机;

    2、数据输入设备:数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等;

    3、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;

    4、数据输出设备:笔式绘图仪、喷墨绘图仪(打印机)、激光打印机等。


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    数字化仪

    喷墨绘图仪

    喷墨打印机

    激光打印机

    扫描仪

    计算机

    手写笔

    光盘刻录机

    磁盘阵列

    光盘塔

    活动硬盘

    光笔

    2.3 地理信息系统的构成

    GIS的计算机硬件系统组成

    图4 GIS硬件系统的组成


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    2.3 地理信息系统的构成

    二、 GIS的计算机软件系统

    图5 GIS的计算机软件系统的层次


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    2.3 地理信息系统的构成

    GIS的计算机软件系统包括

    1、计算机系统软件

    通常包括操作系统、汇编程序、编译程序等,是GIS日常工作所必需的。

    2、地理信息系统软件和其他支撑软件

    可以是通用的GIS软件,也可包括数据库管理软件、计算机图形软件包、CAD、图像处理软件等。

    3、应用分析程序

    是系统开发人员或用户根据专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序,是系统功能的扩充与延伸。


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    2.3 地理信息系统的构成

    地理信息系统软件

    通用的GIS软件包 ,代表性产品有:

    • ArcInfo、ArcGIS、ArcView、MGE、MapInfo、MapGIS、GeoStar、CityStar等。

      通常GIS除了自身支持的空间数据管理软件外,还包括以非空间属性数据为主的数据库系统,如Oracle、Sybase、Informix、SQL server等


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    2.3 地理信息系统的构成

    GIS软件的核心功能

    (1)数据输入

    方式:①手扶跟踪数字化仪的矢量跟踪数字化

    ②扫描数字化仪的光栅扫描数字化

    ③键盘输入

    (2)数据存贮与管理

    (3)数据分析与处理

    (4)数据输出与表示模块

    (5)用户接口模块


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    2.3 地理信息系统的构成

    三、 地理空间数据

    指以地球表面空间位置为参照,描述自然、社会和人文经济

    景观的数据。

    地理信息系统的数据模型包括三个互相联系的方面 :

    • 在某个已知坐标系中的位置:坐标

    • 实体间的空间相关性:用拓扑关系(Topology)来表示。

    • 与几何位置无关的属性(At tribute):分为定性和定量的两种。

      定性——包括名称、类型、特性等,如气候类型、土地利用等。

      定量——包括数量和等级等,如面积、长度、土地等级。


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    2.3 地理信息系统的构成

    四、 应用人员

    人是地理信息系统中重要构成因素。

    GIS不同于一幅地图,而是一个动态的地理模型,仅有

    系统软硬件和数据还构不成完整的地理信息系统,需要

    人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完

    善、应用程序开发,并采用地理分析模型提取多种信

    息,为地理学研究和地理决策服务。


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    2.3 地理信息系统的构成

    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。例如土地利用适宜性模型、公园选址模型、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、影响模型等。

    • 应用模型是GIS与相关专业连接的纽带。它的建立绝非是纯数学或计算机技术性问题,而必须以坚实而广泛的专业知识和经验为基础。

    • 由数学模型、经验模型和混合模型组成,用于解决某项实际应用问题,获取经济效益和社会效益。


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    地理信息系统组成图


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    3 地理信息系统的功能概述

    • GIS的核心问题

      • 位置(Locations) ——即在某个特定的位置有什么。

      • 条件(Conditions)——即什么地方有满足某些条件的东西。

      • 变化趋势(Trends)——识别已经发生了或正在发生变化的地理现象。

      • 模式(Patterns)——分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。

      • 模型(Models)——该类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案。


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    3 地理信息系统的功能概述

    • GIS基本功能

    • 数据采集、监测与编辑:手扶跟踪数字化 不同的专题或层(GIS数据分层的概念)

    • 数据存储与管理:矢量栅格模型、数据库管理、空间数据库 (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。)


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    3 地理信息系统的功能概述

    数据采集流程图


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    3 地理信息系统的功能概述

    • 数据处理和变换:

      • 包括矢栅转换、制图综合、数据变换、数据重构、数据抽取等

      • 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。

      • 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

      • 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、窗口提取、布尔提取和空间内插等


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    3 地理信息系统的功能概述

    • 空间查询、分析和统计:

      • 空间检索、空间拓扑叠合、缓冲区分析、数字地形分析、空间集合分析、空间模型分析

      • 拓扑叠合:实现了输入要素属性的合并以及要素属性在空间上的连接。

      • 缓冲区分析:用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性

      • 数字地形分析:构造数字高程模型及有关地形分析的功能

      • 空间集合分析:布尔逻辑运算

      • 空间建模分析等


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    3 地理信息系统的功能概述

    • 产品制作与显示

      • 产品为地图图像:符号图、动线图、点值图、晕线图、等值线图、立体图等。

      • 产品制作与显示:设置显示环境、定义制图环境、显示地图要素、定义自行符号、字符大小与颜色、标注图名和图例以及绘图文件编辑。

    • 二次开发和编程

      • 开发语言:C,C++,VB,VC++,Delphi…)定制自己的菜单,可视化用户应用界面。


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    数据采集


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    用于大型GIS工程 应用领域:

    测绘 勘测 规划 土地

    交通 管线 农林 水利

    环保 油田 地质

    军事……

    数据管理


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    海量数据管理


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    浏览

    查询


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    路径分析


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    地图整饰


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    动态分段


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    生成数字地面模型


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    三维地下体分析


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    GIS的应用领域

    交通运输

    部门

    地理逻辑

    绘图

    绘图机构

    人口局

    税务部门

    地质测绘

    旅游

    服务业

    环保机构

    公用事业

    公司

    地方政府

    企业

    教育


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    3 地理信息系统的功能概述

    • 应用功能

    资源调查

    以土地利用类型为例:

    • 不同土地利用类型的分布和面积

    • 按不同高程带划分的土地利用类型

    • 不同坡度区内的土地利用现状

    • 不同时期的土地利用变化

      从而为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。


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    3 地理信息系统的功能概述

    城乡规划

    • 城镇总体规划

    • 城市建设用地适宜性评价

    • 环境质量评价

    • 道路交通规划

    • 公共设施配置,以及城市环境的动态监测

      灾害监测

    • 森林火灾的预测预报

    • 洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算

    • 为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息


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    3 地理信息系统的功能概述

    环境管理

    • 为环境管理部门提供基础数据库系统

    • 提供数据统计、报表和图形编制方法

    • 建立环境污染的若干模型

    • 提供环保部门办公软件

    • 提供信息传输的方法和手段

      宏观决策

    • 系统支持下的土地承载力的研究,以解决土地资源与人口容量的矛盾

    • 三峡地区研究,提供了建库前后环境变化的数量、速度和演变趋势等可靠的数据


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    3 地理信息系统的功能概述

    国际上GIS应用有两个值得注意的方面——

    • 在大项目方面,如美国内务部土地管理局的自动土地与矿产资源系统(ALMRS)和森林局615项目,仅软件和硬件的耗资就高达12亿美元。美国海军的海图计划,建库的费用也在数亿美元以上。

    • 在面向公众方面,一些先进国家投入了大量人力、财力,建立空间信息基础设施,如美国地质调查局(USGS)和美国国家航空航天局(NASA)目前已完成了全美1/24000的地形数据库和相应的正射影像数据库、1/10万水文数据库和30m分辨率的土地覆盖数据库。在美国国家矿产资源调查计划(MRSP)中,“空间信息与技术转让”被列为4项重大计划之一。


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    4 地理信息系统的研究内容

    4.1 地理信息系统的研究内容

    1)GIS的基础理论主要包括:GIS的概念、定义、内涵;GIS的构成、特点、功能和任务;GIS的理论体系;GIS发展史与发展趋势等。

    2)GIS的技术系统:系统的硬件配置;数据结构与表示;数据输入、输出系统;地理数据管理;用户界面;GIS工具的研制等。

    3)GIS的应用方法:应用系统设计;数据采集与校验;专题分析模型;GIS与遥感技术及GPS的结合;地学专家系统等。


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    4.1 地理信息系统的研究内容

    • 理论、技术与方法这三个方面的研究内容是相互联系相互促进的。

    • GIS产生于地学研究和生产实践,GIS的应用使得技术系统日趋完善,并逐渐形成和发展了GIS的理论;理论研究又指导开发新一代高效GIS,并不断拓宽其应用领域,加深应用的深度;GIS的应用,又对理论研究和技术方法提出了更高的要求。


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    地理学

    地图学

    GIS

    遥感技术

    计算机科学

    软件工程

    数据库技术

    计算机图形学

    CAD

    专家系统

    GIS与相关学科与技术

    4.2 地理信息系统相关学科


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    4.2 地理信息系统相关学科

    一、 与地理学

    地理学是一门研究人类生存空间的学科,为GIS提供了一些空间分析的方法和观点,成为GIS的理论依托。

    (1)研究基础和手段

    地理学研究中的空间分析理论为GIS提供了有关空间分析的基本方法,成为地理信息系统的基础理论依托;地理信息系统的发展也为地理问题的解决提供了全新的技术手段。

    (2)数据处理

    用地学处理方法得到的数据是GIS的数据源;GIS内部数据处理(分析)功能是地理学研究的主要技术方法。


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    4.2 地理信息系统相关学科

    二、 与地图学

    地理信息系统脱胎于地图,地图学理论与方法对地理信息系统的发展有着重要的影响。计算机制图为地图特征的数字表达、操作和显示提供了一系列方法,为地理信息系统的图形输出提供技术支持。

    • 地图也是GIS的重要数据源。

    • 地图是GIS发展的根源之一。

    • 地图强调数据载体、符号化;GIS则注重于信息分析。


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    4.2 地理信息系统相关学科

    三、 与计算机科学

    为地理空间信息的表达、存储、处理、 分析和应用提供了有利的工具。

    • 数据库技术提供数据的管理、更新、查询和维护功能;

    • 计算机图形学提供算法基础;

    • CAD对于辅助设计提供支持;

    • 软件工程对于 GIS的系统设计提供科学的方法;

    • 网络技术为GIS发展成为社会信息设施的重要组成部分奠定了基础。


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    4.2 地理信息系统相关学科

    GIS与CAD和CAM的区别在于:

    第一,CAD不能建立地理坐标系和完成地理坐标变换;

    第二,GIS的数据量比CAD和CAM大得多,结构更为复杂,数据间联系紧密,单一结构难以完整描述;

    第三,CAD和CAM不具有GIS具有的地理意义的空间查询和分析功能。


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    4.2 地理信息系统相关学科

    四 与遥感、摄影测量

    • 遥感作为空间数据采集手段,已成为GIS的主要信息源和更新途径。

    • 大地测量为GIS提供了精确定位的控制信息,特别是GPS技术可快速、廉价地获取地表特征的数字位置信息,更具发展潜力。

    • 航空航天数字立体摄影测量技术是GIS主要的地形数据来源。


    Gis mis

    GIS与MIS比较

    5. 地理信息系统与管理科学


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    GIS

    数据组织管理技术

    网络技术

    空间数据库技术

    计算机图形技术

    遥感图象处理技术

    操作系统

    计算机硬件技术

    4.2 地理信息系统相关学科

    从 IT技术看GIS的技术基础


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    环境测量

    社会-经济测量

    地形测量

    考古学

    人文地理学

    健康护理规划

    流行病学

    社会学

    公共管理

    森林学

    环境科学

    土壤科学

    产业/商业

    公共信息查询

    地貌学

    设施维护

    地质学

    生态学

    矿产开发

    资产管理

    水文学

    旅游业

    市场

    气象学

    计算机科学

    数据库

    数学

    测量

    制图学

    可视化

    统计学

    符号学

    遥感

    人工

    智能

    计算机

    图形学

    地理 统计学

    照相测量法

    认知科学

    GIS学科“树”


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    5 地理信息系统发展简史

    一、 GIS发展的科学背景

    • 从古代文明到现代社会,地理工作者、测绘工作者、航海家都致力于空间数据的收集整理,制图工作者则以地图形式表示这些数据。地图作为空间数据的载体长期为航海、军事以及现代经济建设服务。

    • 20世纪60年代初,麻省理工学院首次提出计算机图形学,在此基础上出现了计算机数字地图;计算机技术开始用于地图量算、分析和制作。

    • 20世纪60年代中期,由于计算机技术在自然资源、环境数据处理中的应用迅速发展,致使计算机辅助制图和空间分析等领域得到极大的发展。最终导致地理信息系统技术的产生。


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    5 地理信息系统发展简史

    60年代开拓期

    • 1963年,加拿大测量学家P.F.Tomlinson首先提出了“地理信息系统”这一术语,并建立了世界上第一个实用的地理信息系统—加拿大地理信息系统(CGIS);

    • 美国的Duane F.Marble,在美国西北大学研究大规模城市交通,并提出建立GIS软件系统的思想;

    • 许多有关的组织和机构纷纷建立。

    二、 GIS的发展阶段


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    5 地理信息系统发展简史

    70年代为GIS巩固发展期20世纪70年代,美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对地理信息系统的研究均投入了大量的人力、物力、财力,研究不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。1972年出版了地理信息系统方面的第一本专著《地理数据处理》;许多大学培养GIS人才,创建了地理信息系统实验室。 这一时期,世界上发展了许多具有一定功能的地理信息系统,大约有80多种,著名的ARC/INFO即是该时期的产品;出现了大量的数据库,但这些系统的分析功能和60年代相比,并没有得到很大的扩充,而且数据库的容量一般都比较小,因此说70年代为GIS巩固阶段。


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    5 地理信息系统发展简史

    80年代为GIS技术大发展时期20世纪80年代,计算机的迅速发展和普及,地理信息系统也逐步走向成熟。这一时期GIS注重于空间决策支持分析,并在资源管理、环境规划、商业服务等领域得到的广泛应用。 许多国家制定了本国GIS发展规划,启动了若干科研项目。 建立了一些政府性、学术性机构。我国于1985年成立了资源与环境信息系统国家重点实验室。 软件制造商开始出现,商业化的实用地理信息系统软件陆续进入市场。


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    5 地理信息系统发展简史

    • 90年代为GIS的用户时代20世纪90年代,由于计算机的软硬件均得到飞速发展,网络已进入千家万户,导致地理信息系统应用的扩大与深化。

    • GIS已成为许多机构必备的工作系统,尤其是政府决策部门在一定程度上受GIS影响而改变现有机构的运行方式、设置等;

    • 社会对GIS的认识普遍提高,需求大副度增加。如美国将GIS列入“信息高速公路”计划中,美国副总统科尔提出的“数字地球”战略也包括地理信息系统;

    • 我国的“三金工程”(金卡、金桥、金网)中也包含GIS。


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    5 地理信息系统发展简史

    我国GIS的发展状况

    第一阶段:

    从1978年到1980年为准备阶段,主要进行舆论准备,正式提出倡议,开始组建队伍、组织个别实验研究。

    第二阶段:

    从1980年到1985年为起步阶段。这一阶段主要是对地理信息系统进行理论探索和区域性实验研究,并在此基础上制定国家地理信息系统规范。

    • 从1984年开始,国家测绘局测绘科学研究所着手组建中国国土基础信息系统;

    • 1985国家资源与环境信息系统实验室成立;


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    5 地理信息系统发展简史

    我国GIS的发展状况

    第三阶段:

    从1985年到1995年为发展阶段。GIS研究作为政府行为被列入国家攻关计划,并开始了有计划、有组织、有目标的科学研究。

    如“七五” 国家攻关项目“三北防护林遥感调查”、“黄土高原遥感调查”等都开展了地理信息系统在资源管理方面的研究。

    “八五” 期间国家攻关项目包括“重大自然灾害监测与评估系统”、“重点产粮区主要农作物估产”、“国家基础地理信息系统建设” 。

    第四阶段:

    1995年至今为我国GIS产业化阶段。强调GIS的实用化、集成化和工程化,力图使GIS从发展阶段走向实用化和生产化。


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    5 地理信息系统发展简史

    三、GIS 主要商品化软件

    1、国外GIS产品

    美国:ESRI公司的ARC/INFO:第一个产品1978年推出。

    澳大利亚:NenasysⅡ的Genamap。

    美国:Intergraph 公司的MGE(Mocular GIS Environment)。最近又推出新软件—GeoMedia.

    美国:Mapinfo公司的Mapinfo:中小型的桌面GIS。

    注:美国环境系统研究所公司(Enviromental System Research Institute, Inc. 简称ESRI)成立于1969年,是世界最大的地理信息系统(Geography Information System, GIS)技术提供商。


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    5 地理信息系统发展简史

    2、国内GIS产品:

    北大与三秦信息技术有限公司:城市之星(Citystar),是spaceman的升级换代。可以把3s结合在一起。

    武测:吉奥之星Geostar,1986。是基于矢量栅格一体化的数据结构和面向对象的C++作为程序设计语言。

    中国地质大学:MapGIS,最初为MAPCAD,采用矢理与栅格混事的结构。

    SuperMap

    GeoImageDB

    http://jpkc.whu.edu.cn/jpkc/gis/course/ruanjiandaguan/introduce.htm


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    5 地理信息系统发展简史

    四、从软件技术角度看GIS

    随着IT技术迅速发展

    GIS的第一代 60-80年代

    GIS的第二代 80-90年代

    GIS的第三代 90-目前

    GIS的第四代 今后方向


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    6 地理信息系统发展展望

    一、GIS飞速发展的原因

    • 1)实际的需要

    • 2)技术、理论和方法的成熟

    • 目前GIS在技术发展上已同IT市场的主流技术融合, GIS本身也从一个应用系统发展成为完整的技术系统并具有完整的理论体系。


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    6 地理信息系统发展展望

    2、从软件系统看GIS的发展趋势

    1)集成(Integration)

    体现GIS和其他技术的结合

    GIS-CAD、GIS-RS、 GIS-GPS、 GIS-Internet、 GIS-多媒体技术、 GIS-虚拟现实技术

    2)分化(Fractionation)

    体现软件领域中的新的开发思想

    组件式GIS、 WebGIS、 地理信息造型语言(Geographic Information Modeling Language)、移动GIS。


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    6 地理信息系统发展展望

    3、从应用看GIS的发展趋势

    1)数据标准化

    2)系统集成化

    3)开发组件化

    4)平台网络化

    5)应用社会化

    为实现上述目标出现了组件式GIS、 WebGIS、移动GIS等技术系统。

    实用GIS的发展趋势:

    • 网络化、标准化、商业化、专门化、企业化、全球化、大众化


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    6 地理信息系统发展展望

    4 GIS理论研究中亟待解决的问题

    • GIS设计与实现的方法学问题

    • GIS的功能问题

    • 多媒体地理信息系统的管理和操作的问题

    • 地理信息的深加工问题

    • 空间信息可视化技术和虚拟现实技术


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    6 地理信息系统发展展望

    5.GIS技术发展的热点

    • GIS中面向对象技术研究

    • 时空系统

    • 地理信息建模系统

    • 三维地理信息系统的研究

    • WebGIS

    • OPEN GIS


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    第一章 思考题及作业

    一、主要内容

    GIS的基本概念、构成及功能;GIS研究内容;GIS与相关学科;GIS发展过程。

    二、需要掌握的知识要点

    1、信息和数据的概念、特点,并简述二者之间的区别与联系

    2、GIS的基本定义、构成及功能

    第一章总结


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    第一章 思考题及作业

    作业:

    1、什么是地理信息系统(GIS)?它与一般的计算机应用系统有哪些异同点?

    2、GIS由哪几个主要部分组成?它的基本功能有哪些?


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