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新编地图学教程 第 9 章地理信息系统与地图电子教案

第9章地理信息系统与地图 §1地理信息系统概述 §2地理信息系统的功能与软件产品 §3GIS的空间分析 §4GIS应用与地图分析新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

地理信息系统（Geographic Information System,简称GIS），是一种专业的信息系统，它的对象是那些具有空间属性特征的地理信息。地理信息系统与地图学有密切联系： • 地理信息系统脱胎于地图，并在机助制图基础上发展起来； • 图形处理是地理信息系统的重要内容； • 地图是地理信息系统中主要的空间数据来源，也是它最终输出的一种主要形式。地图是地理信息系统的主要支撑。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

§1地理信息系统概述 • 地理信息系统的定义与组成 • 地理信息系统类型 • 数字地图制图与地理信息系统的关系新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

1.定义 1.1 地理信息系统的定义与组成地理信息系统是综合处理和分析空间数据的一种技术系统。它是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

1.1 地理信息系统的定义与组成 GIS基本功能与内容 (1) 数据采集与编辑 (2) 数据存储与管理 (3) 数据处理与变换 (4) 数据分析与统计 (5) 数据显示与输出新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

1.1 地理信息系统的定义与组成 坐标位置相关位置位置特征属性特征 GIS 信息特点地理信息系统中信息的重要特点集中在空间实体及它们之间的相互关系上。地理信息系统中表示空间实体的数据一定是空间数据，空间数据的基本特征：新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

1.1 地理信息系统的定义与组成 • 计算机主机 • 数据输入设备 • 数据存储设备 • 数据输出设备 • 数据输入子系统 • 数据的预处理子系统 • 数据的存贮与管理子系统 • 空间分析子系统 • 数据输出子系统空间特征属性特征时间特征系统开发人员 GIS 最终用户 2.组成 (1)硬件 (2)软件 (3)数据 (4)操作者新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

1.2 地理信息系统类型 • 综合性地理信息系统 • 区域性地理信息系统 • 专题性地理信息系统新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

1.3 数字地图制图与GIS的关系 数字地图制图与地理信息系统从它们的形成开始一直到发展至今，都是紧密联系在一起的，它们的主要区别在于最终的目的不同：数字地图制图的目的是快速、精确地编制高质量的地图。地理信息系统的目的是为地理研究和地理决策提供服务。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

§2 地理信息系统功能与软件产品 • 地理信息系统的基本功能 • 专业型GIS软件 • 大众化桌面GIS软件新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.1 地理信息系统的基本功能 1.数据的采集与输入 2.数据管理、分析与处理 3.数据输出新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.1 地理信息系统的基本功能 1.数据的采集和输入遥感图像数字信息野外测量数据和属性数据现有地图像片键盘电子数据记录数字化仪扫描仪摄像机光驱软驱磁带机数据输入数据库新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.1 地理信息系统的基本功能 2.数据管理、分析和处理 GIS软件系统的主要功能： • 空间数据管理 • 自动生成拓扑关系 • 地图概括与地图信息提取 • 图幅管理及空间数据处理 • 缓冲区生成，图像与图形的叠合与分离 • 数字地形分析 • 格网分析与量测计算 (8) 自动制图新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.1 地理信息系统的基本功能 3.数据输出数据输出打印机绘图仪显示器报表各种地图、专题图图像新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

彩色喷墨绘图仪 彩色激光打印机新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.2 专业型GIS软件 • ARC/INFO • Intergraph • GENAMAP 新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.2 专业型GIS软件 1.ARC/INFO (美国环境系统研究所公司 ESRI Inc.产品) (1) PC_ARC/INFO系统的软件结构 (2) PC_ARC/INFO制图的特点 (3) PC_ARC/INFO制图模式的优点 (4) PC_ARC/INFO在制图中存在的问题 (5) 强大的空间分析功能几何数据与属性数据输入编辑修改建立空间信息的图形描述（符号）输出地图 • 易于派生新图和更新地图 • 便于快速、多样地确定地图的表现形式 • 没有交互式图面配置设计功能 • 编辑状态与制图状态的分离新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.2 专业型GIS软件 2. Intergraph (Intergraph Inc.产品) MGE(Modular GIS Environment)模块化GIS环境，是Intergraph典型的GIS一体化应用产品。 (1)MGE软件的基本结构 (2)MGE的扩展结构核心模块：MGNUC 基本管理模块：MGAD 基本形状模块：MGMAP 新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.2 专业型GIS软件 3. GENAMAP GENAMAP 是基于UNIX、WINDOWS的GIS软件产品。它具有较强的功能，较好的一致性、开放性和易操作性。基本模块和功能： • GENAMAP • GENACELL • GENAREF • GENACIVIL • GENACOM Australia Genasys Inc.产品新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.3 大众化桌面GIS软件 • ARCVIEW • MAPGIS • Geostar • 方正智绘新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.3 大众化桌面GIS软件 1.ARCVIEW （美国环境系统研究所公司ESRI Inc.产品） (1)软件结构 (2)基本功能 • 图形显示和信息查询功能 • 投影变换功能 • 地图概括功能 • 热连接 • 数据建立、增删、修改、派生、电子表格形式显示、字段选择，支持假名等功能。 • 直观、动态的统计图表示功能。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.3 大众化桌面GIS软件 2.MAPGIS 是集图形、图像、地质、地理、遥感、人工智能、计算机科学等于一体的全汉字GIS软件系统。 MAPGIS由三部分组成： (1) MAPGIS微机彩色地图编辑出版系统 (2) MAP库管理系统 (3) 空间分析系统武汉中地信息工程有限公司新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.3 大众化桌面GIS软件 3.Geostar吉奥之星（武汉吉奥信息工程技术有限公司）吉奥之星 GIS 软件系统采用基于矢量栅格一体化的数据结构和面向对象技术，以网络化和集成化为手段，将矢量数据、属性数据、影像数据、DEM数据高度集成为一体。使四种数据既可单独建库，又可进行分布式管理。采用面向对象空间数据库管理引擎，使检索速度比国外同类软件快3至5倍。图形数据与属性数据结合紧密，GIS与遥感图像处理系统一体化，体现了整体空间信息系统的特征。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

2.3 大众化桌面GIS软件 4.方正智绘（北大方正技术研究所）方正智绘(Founder Mirage Map Information System)是北大方正集团开发的集地图制作、出版、地理数据采集、管理、查询于一身的专业化信息处理软件。可以满足从大众化的低端产品到大型GIS /WAP /GPS应用系统的需要，为电子商务应用领域、ASP、传统GIS应用领域、个性化地图应用等提供全面的网络化高性能大型地理信息系统解决方案。其稳定而精确的地图打印与出版功能优于国外软件，可满足对输出的高质量要求。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

§3GIS的空间分析 空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的一种空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息，并且这种技术也提供了提取和传输信息的能力。空间分析是地理信息系统的核心。它包括：几何形态分析包含分析网络分析地形分析新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

3.1 GIS二维分析 二维分析，是指在二维空间中几何特征的分析，如空间度量，以及基于空间度量分析的缓冲区分析、包含分析、空间距离结合空间连通性的网络分析等。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

3.1 GIS二维分析 1.空间量度二维地图中，地理基本要素(点、线、面)本身具有的空间特征： (1) 点的大小 (2) 线的长度 (3) 多边形的周长 (4) 多边形的面积空间量度在二维地图中地理基本要素之间的关系： • 点到点的距离 • 点到线的最短距离 • 点到多边形边的最短距离 • 线与线的最短距离新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

3.1 GIS二维分析 2.缓冲区分析缓冲区分析：根据地理要素中的点、线、多边形等实体，在实体周围或内部建立一定宽度范围的缓冲多边形，这是GIS空间分析的基本功能之一。具体操作需注意的几个问题： (1)线状要素做缓冲时，内外角连接的问题 (2)缓冲区发生重叠时的处理 (3)特征要求缓冲区宽度不同时的处理新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

3.1 GIS二维分析 3.包含分析包含分析主要是指点、线、多边形之间的关系分析。结点 nn = ( xi, yi), i = 1,2, …n ; nn = n1 多边形 F = ( n1 ,n2,…nn) 点状要素 pt = ( xt, yt), 判断 pt是否在多边形F内部新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

网络是一系列相互连接且具有方向性的弧段，形成物质、信息流通的通道。网络是一系列相互连接且具有方向性的弧段，形成物质、信息流通的通道。基本要素组成： (1) 节点 (2) 连通路线或链 (3) 中心 (4) 障碍 3.1 GIS二维分析 3.网络分析新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

3.1 GIS二维分析 3.网络分析三个重要概念： • 开销：指在网络中为完成从一个结点到达另一个结点所需要付出的花费。 • 资源需求：指网络中与连通路线或链、中心等相联系的资源数量。 • 资源容量：指网络中的各连通路线或弧段为满足各中心的需求，能够容纳或允许通过的资源量。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

3.2 GIS三维分析 • 数字地形模型的生成 • 坡度分析 • 坡向分析 • 地形剖面分析 • 其他新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

3.3 GIS四维分析 • 自动补偿的稳定过程分析 • 城市规模发展趋势分析地理现象的时间序列变量可分为三种类型：长期趋势；周期波动；随机波动。在 GIS 分析中以前两种为主，体现在四维分析中即是趋势分析：新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

§4GIS应用与地图分析 • GIS应用对地图的作用 • GIS数学模型与地图表示 • GIS中的产品输出系统新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

4.1 GIS应用对地图的作用 地理信息系统技术的应用，使地图学正面临着从概念设计、工艺程序到实际应用的根本性变革，表现在以下几个方面： (1) 解决了地图数据的存贮和可视化的矛盾 (2) 解决了大容量数据与高速查询之间的矛盾 (3) 大大提高了地图分析的灵活性，缩短了地图更新的周期 (4) 扩大了地图的应用范围及研究领域新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

4.2 GIS数学模型与地图表示 GIS地学模型是在对系统所描述的具体对象与过程进行大量研究的基础上，总结出描述地学要素间相互关系和客观规律信息的、语言的或数学及其他的表达方式。 1. 主成分分析与地图表示 2. 聚类分析与地图表示 3. 判别分析与地图表示地图表示和地图概括相关的模型中几种分析方法：新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

4.3 GIS中的产品输出系统 • 地图符号系统的设计 • 地图空间数据输出 • 地图非空间数据输出新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

4.3 GIS中的产品输出系统. 1.地图符号系统的设计地图符号库的设计，需遵循下列原则： (1) 尽可能地符合国家规定的各种专题地图图式。 (2) 遵循图案化、精确性、逻辑性、对比性、统一性、色彩象征性、制图和印刷可能性等一般原则。 (3) 符号库的可扩充性。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

4.3 GIS中的产品输出系统 2.地图空间数据输出在GIS系统分析处理后，地图空间数据一般有以下几种输出形式： (1) 短暂显示输出主要指电子屏幕显示。 (2) 永久保存输出打印输出、绘图仪输出、胶片制版、数据格式转换输出等。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

4.3 GIS中的产品输出系统 3.地图非空间数据输出对于非空间数据特别是属性数据，可用统计图形式将这些信息很好地传递给用户。其主要形式有柱状图、扇形图、直方图、折线图、散点图以及统计表格。新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

第九章结束 新编地图学教程第9章地理信息系统与地图

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