地理信息系統(tǒng)原理、功能和應(yīng)用領(lǐng)域

1、地理信息系統(tǒng)原理、功能和應(yīng)用領(lǐng)域教學(xué)內(nèi)容地理信息系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱GIS)是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、測(cè)繪科學(xué)、地理科學(xué)、空間科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和管理科學(xué)等為一體的新興邊緣學(xué)科，是數(shù)字地球的重要組成部分，是當(dāng)今科技發(fā)展的制高點(diǎn)。 本課程系統(tǒng)地介紹地理信息系統(tǒng)的技術(shù)體系及其應(yīng)用方法，包括基本概念、空間數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)采集和質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容和方法、空間分析的內(nèi)容和方法、空間信息可視化、地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，3S集成及地理信息系統(tǒng)的最新發(fā)展等。教學(xué)目的要求學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠掌握地理信息系統(tǒng)的基本理論和技術(shù)方法，了解它的主要應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向，為從事地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用、開展和研究奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

2、 學(xué)生修讀該課程之前，必須先修計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（如 C,C+,VB,VC等）、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和地圖學(xué)等相關(guān)課程。第一章地理信息系統(tǒng)概述本章介紹了地理信息系統(tǒng)的一些最基本的、但又是非常重要的概念，包括信息、數(shù)據(jù)、信息系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)、空間信息和地理信息系統(tǒng)。有些概念，如空間信息和空間數(shù)據(jù)，還將得到進(jìn)一步的闡述，實(shí)際上，空間數(shù)據(jù)也是本書中描述GIS功能的核心。 GIS既是一項(xiàng)技術(shù)，也是一門學(xué)科，本章也介紹了它的主要研究?jī)?nèi)容以及與其它學(xué)科，如地理學(xué)、地圖學(xué)、遙感等的關(guān)系。本章同時(shí)介紹了GIS的組成、分類、功能、發(fā)展歷史和展望，這些將在后面的章節(jié)中更為詳盡地被描述。地理信息系統(tǒng)的概念首先介紹一個(gè)地理

3、信息系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例,之后給出信息與數(shù)據(jù)，最后闡述信息系統(tǒng)及信息系統(tǒng)的類型。1. 地理信息系統(tǒng)的概念公園選址輔助決策地理信息系統(tǒng)是集地球科學(xué)、信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的高新技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于資源管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害評(píng)估、城市與區(qū)域規(guī)劃等眾多領(lǐng)域，成為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效的輔助決策支持工具。介紹一個(gè)郊游公園選址例子，闡述地理信息系統(tǒng)在其中起到的輔助決策作用。1.1 地理信息系統(tǒng)的概念公園選址輔助決策1.地理信息系統(tǒng)的概念公園選址輔助決策郊游公園具體位置的選擇需要滿足一定的要求：1）依山傍水，地形有一定起伏，必須靠近天然的小河流；2）交通方便，但周圍環(huán)境較安靜，公園距公路的距離最遠(yuǎn)不得超過，最近

4、不得小于；3）空氣新鮮，有一定的植被覆蓋率；4）等等其它條件；1.地理信息系統(tǒng)的概念公園選址輔助決策總結(jié)：數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)處理和分析方案輸出地理信息系統(tǒng)是解決空間問題的有效的輔助決策支持工具。目前，地理信息系統(tǒng)還不能完全代替最終決策者。1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù)從公園選址輔助決策的例子可知，認(rèn)識(shí)地理信息系統(tǒng)首先會(huì)接觸到信息與數(shù)據(jù)這兩個(gè)名詞。（一） 信息1、定義：信息是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映。它以文字、數(shù)據(jù)、符號(hào)、聲音、圖像等形式記錄下來，進(jìn)行傳遞和處理,為人們的生產(chǎn)，建設(shè)，管理等提供依據(jù)。2、特性：1）客觀性：任何信息都是與客觀事實(shí)相聯(lián)系的，這是信息的正確性

5、和精確度的保證；1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù)2）適用性：?jiǎn)栴}不同，影響因素不同，需要的信息種類是不同的。信息系統(tǒng)將地理空間的巨大數(shù)據(jù)流收集，組織和管理起來，經(jīng)過處理、轉(zhuǎn)換和分析變?yōu)閷?duì)生產(chǎn)、管理和決策具有重要意義的有用信息，這是由建立信息系統(tǒng)的明確目的性所決定的；3）傳輸性：信息可在信息發(fā)送者和接受者之間進(jìn)行傳輸,信息的傳輸網(wǎng)絡(luò)，被形象地稱為“信息高速公路”。4）共享性：信息與實(shí)物不同，信息可傳輸給多個(gè)用戶，為用戶共享，而其本身并無損失，這為信息的并發(fā)應(yīng)用提供可能性。1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù)(二) 數(shù)據(jù)指輸入到計(jì)算機(jī)并能被計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的數(shù)

6、字、文字、符號(hào)、聲音、圖像等符號(hào)。數(shù)據(jù)是對(duì)客觀現(xiàn)象的表示，數(shù)據(jù)本身并沒有意義。數(shù)據(jù)的格式往往和具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有關(guān)，隨載荷它的物理設(shè)備的形式而改變。1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù)(三) 兩者關(guān)系有人認(rèn)為，輸入的都叫數(shù)據(jù)，輸出的都叫信息，其實(shí)不然。數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)、載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是形與質(zhì)的關(guān)系。只有數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)體行為產(chǎn)生影響才成為信息，數(shù)據(jù)只有經(jīng)過解釋才有意義，成為信息。例如獨(dú)立的“1”、“0”均無意義。當(dāng)它表示某實(shí)體在某個(gè)地域內(nèi)存在與否，它就提供了“有”“無”信息；當(dāng)用它來標(biāo)識(shí)某種實(shí)體的類別時(shí)，它就提供了特征碼信息1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理

7、數(shù)據(jù)可以把數(shù)據(jù)比作原材料，而信息是對(duì)原材料處理的結(jié)果。如同一個(gè)木匠，在一些工具的幫助下，可以把木材做成有用的家具。同樣，計(jì)算機(jī)專業(yè)人員應(yīng)用計(jì)算機(jī)的硬件和軟件把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息。這種轉(zhuǎn)換過程可用右圖說明。 1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù)(四) 地理信息 定義：地理信息是指與研究對(duì)象的空間地理分布有關(guān)的信息,它表示地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征，相互聯(lián)系和變化規(guī)律的圖、文、聲、像等的總稱。1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù) 2、特性：1）地域性：地理信息屬于空間信息，位置的識(shí)別與數(shù)據(jù)相聯(lián)系。2）多維結(jié)構(gòu)：在二維空間編碼基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多專題的第三維信

8、息結(jié)構(gòu)的組合，為地理系統(tǒng)多層次的分析和信息的傳輸與篩選提供方便。3）時(shí)序特征：時(shí)空的動(dòng)態(tài)變化引起地理信息的屬性數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)的變化。1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息、數(shù)據(jù)、地理信息與地理數(shù)據(jù)（五）地理數(shù)據(jù)定義：地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號(hào)化描述空間位置屬性特征時(shí)態(tài)特征1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息系統(tǒng)(Information System)及其類型(一) 信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)是具有數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng)，它能夠?yàn)閱我坏幕蛴薪M織的決策過程提供有用的信息。它能對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、加工和再現(xiàn)，具有采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)的能力。主要由計(jì)算機(jī)硬件軟件數(shù)據(jù)用戶四大要素組成。1.地理信息系

9、統(tǒng)的概念 信息系統(tǒng)(Information System)及其類型1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息系統(tǒng)(Information System)及其類型(二)信息系統(tǒng)的類型信息的需要完全取決于管理的層次，一般在組織中將信息系統(tǒng)分成三個(gè)管理層次：操作層（底層）、戰(zhàn)術(shù)層（中間層）和戰(zhàn)略層（頂層）。 1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息系統(tǒng)(Information System)及其類型1）事物處理系統(tǒng)（Transaction Process System ，TPS）主要用以支持操作層人員的日?；顒?dòng)。它主要負(fù)責(zé)處理日常事務(wù)。2）管理信息系統(tǒng)（Management Information System ，MIS）需

10、要包含組織中的事務(wù)處理系統(tǒng)，并提供了內(nèi)部綜合形式的數(shù)據(jù)，以及外部組織的一般范圍和大范圍的數(shù)據(jù)。1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息系統(tǒng)(Information System)及其類型3）決策支持系統(tǒng)（Decision Support System ，DSS）能從管理信息系統(tǒng)中獲得信息，幫助管理者制定好的決策。該系統(tǒng)是一組處理數(shù)據(jù)和進(jìn)行推測(cè)的分析程序，用以支持管理者制定決策。4）人工智能和專家系統(tǒng) （Expert System ,ES）是能模仿人工決策處理過程的基于計(jì)算機(jī)的信息系統(tǒng)。專家系統(tǒng)擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍，使其從傳統(tǒng)的資料處理領(lǐng)域發(fā)展到智能推理上來。MIS能提供信息幫助制定決策，DSS能幫助改善

11、決策的質(zhì)量，專家系統(tǒng)應(yīng)用智能推理制作決策并解釋理由。專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)推理機(jī)解釋系統(tǒng)用戶接口知識(shí)獲取1.地理信息系統(tǒng)的概念 信息系統(tǒng)(Information System)及其類型2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)(一)地理信息系統(tǒng)的定義地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。地理信息系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其存儲(chǔ)和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的，地理位置及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。 2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)不同領(lǐng)域、不同專業(yè)對(duì)GIS的理解不同，目前沒有完全統(tǒng)一的被

12、普遍接受的定義：1)Goodchild把GIS定義為“采集、存貯、管理、分析和顯示有關(guān)地理現(xiàn)象信息的綜合系統(tǒng)”。 2)俄羅斯學(xué)者也把GIS定義為“一種解決各種復(fù)雜的地理相關(guān)問題，以及具有內(nèi)部聯(lián)系的工具集合”。 3)美國(guó)國(guó)家地理信息與分析中心給出的定義：“GIS為了獲取、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)化的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)”。 4)英國(guó)教育部認(rèn)為：“GIS是一種獲取、存儲(chǔ)、檢索、操作、分析和顯示地球空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)這些定義，有的側(cè)重于GIS的技術(shù)內(nèi)涵，有的則強(qiáng)調(diào)GIS的應(yīng)用功能。為了能更具體地認(rèn)識(shí)和真正了解GIS的概念，這里推薦美國(guó)聯(lián)邦數(shù)

13、字地圖協(xié)調(diào)委員會(huì)(FICCDC)關(guān)于GIS的定義。該定義認(rèn)為“GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題”。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)（GIS）北美、歐洲：Geographical Information System加拿大：Geomatigue中國(guó)：Resource and Environmental Information System技術(shù)內(nèi)涵：Geo-relational Information System信息科學(xué)：Spatial Information Sys

14、tem應(yīng)用類型：Natural Resources Information System Land Information System Transportation Geographical Information System地學(xué)應(yīng)用： GeoScience專業(yè)雜志：Geographical Information Science(英國(guó)) Geo-Information System （德國(guó)）2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)GIS中“S”含義的演變：System：系統(tǒng)（技術(shù)）技術(shù)層面，強(qiáng)調(diào)對(duì)地理數(shù)據(jù)的管理和分析Science：科學(xué)（GIScience） 廣義上的地理信息系統(tǒng)，一個(gè)科學(xué)體

15、系 Service：服務(wù)（GISservice）從技術(shù)型研究型向服務(wù)層面轉(zhuǎn)移本課程將地理信息系統(tǒng)限制在技術(shù)層面，從系統(tǒng)的角度進(jìn)行GIS基本理論和技術(shù)方法的闡述。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)(二)地理信息系統(tǒng)和4M對(duì)于地理學(xué)家、城市規(guī)劃人員、資源管理者等使用地理信息的人們而言，他們觀察并量測(cè)（Measure）環(huán)境參數(shù)，并制作地圖（Map）描述了地球的特征；他們監(jiān)測(cè)（Monitor）周圍環(huán)境的變化，對(duì)影響環(huán)境的過程和活動(dòng)建立模型（Model）。這四項(xiàng)活動(dòng)（4M），通過應(yīng)用GIS技術(shù)，都可以得到改善和提高。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的類型地理信息系統(tǒng)按其內(nèi)容可以分為三大類：專題地理

16、信息系統(tǒng)（Subject GIS）：是具有有限目標(biāo)和專業(yè)特點(diǎn)的地理信息系統(tǒng)。為特定的專門的目的服務(wù)，如水資源管理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)作物估產(chǎn)信息系統(tǒng)、草場(chǎng)資源管理信息系統(tǒng)、水土流失信息系統(tǒng)、環(huán)境管理信息系統(tǒng)等。 區(qū)域地理信息系統(tǒng)（Regional GIS）：主要以區(qū)域綜合研究和全面信息服務(wù)為目標(biāo)。如國(guó)家級(jí)、地區(qū)級(jí)、市級(jí)或縣級(jí)等。 地理信息系統(tǒng)工具(GISTools）：它是一組具有圖形圖像數(shù)字化、存儲(chǔ)管理、查詢檢索、分析運(yùn)算和多種輸出等地理信息系統(tǒng)基本功能的軟件包。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)和其它信息系統(tǒng)區(qū)別GIS有別于DBMS（數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)），GIS具有以某種選定的方式對(duì)

17、空間數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和判斷的能力，而不是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)管理，這種能力使用戶能得到關(guān)于數(shù)據(jù)的知識(shí)，因此，GIS是能對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的DBMS，GIS必須包含DBMS。GIS有別于MIS（管理信息系統(tǒng)），GIS要對(duì)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)共同管理、分析和應(yīng)用，GIS的軟硬件設(shè)備要復(fù)雜、系統(tǒng)功能要強(qiáng)；MIS則只有屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，即使存貯了圖形，也是以文件形式管理，圖形要素不能分解、查詢、沒有拓?fù)潢P(guān)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。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)和其它信息系統(tǒng)區(qū)別GIS有別于地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，地圖數(shù)據(jù)庫(kù)僅僅是將數(shù)字地圖有組織地存放起來，不注重分析和查

18、詢，不可能去綜合圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的空間分析，提供輔助決策的信息，它只是GIS的一個(gè)數(shù)據(jù)源。GIS有別于CAD/CAM：管理了圖形數(shù)據(jù)和非空間屬性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)不一定是GIS，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Adided Design，)，計(jì)算機(jī)輔助制圖(Computer Adided Map，)。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成一個(gè)實(shí)用的GIS系統(tǒng)，要支持對(duì)空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示等功能；基本組成一般包括以下四個(gè)主要部分：空間數(shù)據(jù)、系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)硬件、應(yīng)用人員。數(shù)據(jù)GIS軟件硬件人員2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理

19、信息系統(tǒng)的構(gòu)成硬件計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的實(shí)際物理裝置的總稱，可以是電子的、電的、磁的、機(jī)械的、光的元件或裝置，是GIS的物理外殼。 2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成硬件2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成軟件GIS軟件是系統(tǒng)的核心，用于執(zhí)行GIS功能的各種操作，包括數(shù)據(jù)輸入、處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、空間分析和圖形用戶界面(GUI)等。按照其功能分為：GIS專業(yè)軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，系統(tǒng)管理軟件等，其層次結(jié)構(gòu)：2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成軟件2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成軟件(一)GIS專業(yè)軟件GIS專業(yè)軟件一般指具有豐富功能的通用GIS軟件，它包含了處理

20、地理信息的各種高級(jí)功能，可作為其他應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的平臺(tái)。其代表產(chǎn)品有ARC/INFO、MGE、MAPINFO、MAPGIS、GEOSTAR等。它們一般都包含有以下的主要核心模塊：數(shù)據(jù)輸入和編輯、空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)輸出、用戶界面、系統(tǒng)二次開發(fā)能力。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成軟件(二)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件除了在GIS專業(yè)軟件中用于支持復(fù)雜空間數(shù)據(jù)的管理軟件以外，還包括服務(wù)于以非空間屬性數(shù)據(jù)為主的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，這類軟件有：ORACLE，SYBASE，INFORMIX，DB2，SQL Server,Ingress等。它們也是GIS軟件的重要組成部分，而且由于這類數(shù)據(jù)庫(kù)軟件具有快速檢索、滿足

21、多用戶并發(fā)和數(shù)據(jù)安全保障等功能，目前已實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)成的關(guān)系型商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)GIS的空間數(shù)據(jù)，例如SDE(Spatical Database Engine)就是最好的解決方案。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成軟件(三)系統(tǒng)管理軟件系統(tǒng)管理軟件主要指計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，當(dāng)今使用的操作系統(tǒng)有： Windows系列、 UNIX，LINUX等。它們關(guān)系到GIS軟件和開發(fā)語(yǔ)言使用的有效性，因此也是GIS軟硬件環(huán)境的重要組成部分。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)是地理信息的載體，是地理信息系統(tǒng)的操作對(duì)象，它具體描述地理實(shí)體的空間特征、屬性特征和時(shí)間特征。空間特征是指地理實(shí)體的空

22、間位置及其相互關(guān)系；屬性特征表示地理實(shí)體的名稱、類型和數(shù)量等；時(shí)間特征指實(shí)體隨時(shí)間而發(fā)生的相關(guān)變化。 根據(jù)地理實(shí)體的空間圖形表示形式，可將空間數(shù)據(jù)抽象為點(diǎn)、線、面三類元素，它們的數(shù)據(jù)表達(dá)可以采用矢量和柵格兩種組織形式，分別稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成空間數(shù)據(jù)柵格結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)空間位置空間關(guān)系屬性信息2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成人員GIS應(yīng)用人員主要包括系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)管理和使用人員，他們的業(yè)務(wù)素質(zhì)和專業(yè)知識(shí)是GIS工程及其應(yīng)用成敗的關(guān)鍵系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)管理使用人員 2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)用模型GIS應(yīng)用模型的構(gòu)建和選擇也

23、是系統(tǒng)應(yīng)用成敗至關(guān)重要的因素。雖然GIS為解決各種現(xiàn)實(shí)問題提供了有效的基本工具，但對(duì)于某一專門應(yīng)用目的的解決，必須通過構(gòu)建專門的應(yīng)用模型。土地利用適宜性模型選址模型洪水預(yù)測(cè)模型人口擴(kuò)散模型森林增長(zhǎng)模型水土流失模型最優(yōu)路徑模型1.2 地理信息系統(tǒng)的組成五、應(yīng)用模型2.地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)用模型顯然，應(yīng)用模型是GIS與相關(guān)專業(yè)連接的紐帶，它的建立絕非是純數(shù)學(xué)或技術(shù)性問題，而必須以堅(jiān)實(shí)而廣泛的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)相關(guān)問題的機(jī)理和過程進(jìn)行深入的研究，并從各種因素中找出其因果關(guān)系和內(nèi)在規(guī)律，有時(shí)還需要采用從定性到定量的綜合集成法，這樣才能構(gòu)建出真正有效的GIS應(yīng)用模型。三種GIS

24、觀地圖觀：地圖觀點(diǎn)的定義側(cè)重于制圖有關(guān)的內(nèi)容，因此GIS被視為一個(gè)地圖分析與處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)觀：數(shù)據(jù)庫(kù)觀點(diǎn)的GIS定義則側(cè)重于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的完美性，一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)被視為GIS不可分割的一部分空間分析觀：持空間分析觀點(diǎn)的定義側(cè)重于分析和建模，GIS被視為一門空間信息科學(xué)而不僅是一門技術(shù)。 3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述由計(jì)算機(jī)技術(shù)與空間數(shù)據(jù)相結(jié)合而產(chǎn)生的GIS這一高新技術(shù)，包含了處理信息的各種高級(jí)功能，但是它的基本功能是數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析和輸出。GIS依托這些基本功能，通過利用空間分析技術(shù)、模型分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)集成技術(shù)、二次開發(fā)環(huán)境等，演繹出豐富多彩的系統(tǒng)應(yīng)用

25、功能，被廣泛地應(yīng)用于資源管理、區(qū)域規(guī)劃等領(lǐng)域，滿足用戶的廣泛需求。GIS的基本功能輸入查詢編輯分析輸出GIS基本功能的實(shí)現(xiàn)過程文件圖表數(shù)據(jù)獲取 原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)檢索空間查詢空間分析數(shù)據(jù)編輯投影變換數(shù)據(jù)輸出 制圖、表格 交互展示 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述一、數(shù)據(jù)采集與編輯地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通常抽象為不同的專題或?qū)?. 地理信息系統(tǒng)的功能概述一、數(shù)據(jù)采集與編輯數(shù)據(jù)采集編輯功能就是保證各層實(shí)體的地物要素按順序轉(zhuǎn)化為X、Y坐標(biāo)及對(duì)應(yīng)的代碼輸入到計(jì)算機(jī)中3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述二、數(shù)據(jù)處理和變換 數(shù)據(jù)處理的任務(wù)和操作內(nèi)容有：1)數(shù)據(jù)變換：指對(duì)數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)

26、，包括投影變換、輻射糾正、比例尺縮放、誤差改正和處理等；2)數(shù)據(jù)重構(gòu)：指對(duì)數(shù)據(jù)從一種幾何形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種幾何形態(tài)，包括數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)截取、數(shù)據(jù)壓縮、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換等；3)數(shù)據(jù)抽?。褐笇?duì)數(shù)據(jù)從全集合到子集的條件提取，包括類型選擇、窗口提取、布爾提取和空間內(nèi)插等。3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述二、數(shù)據(jù)處理和變換 數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)入庫(kù)3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述三、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理這是建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵步驟，涉及到空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的組織?？臻g數(shù)據(jù)模型：柵格模型、矢量模型或柵格/矢量混合模型空間數(shù)據(jù)管理模式：空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)：空間索引 3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述三、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理

27、StatesRoadsCapitalsRivers Lakes 數(shù)據(jù)分層管理3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述三、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理空間和屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述四、空間查詢和分析空間查詢和分析功能是GIS的一個(gè)獨(dú)立研究領(lǐng)域，它的主要特點(diǎn)是幫助確定地理要素之間新的空間關(guān)系，它不僅已成為區(qū)別于其他類型系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志，而且為用戶提供了靈活地解決各類專門問題的有效工具。1)空間查詢2)拓?fù)浏B加3)緩沖區(qū)建立4)網(wǎng)絡(luò)分析5)數(shù)字地形分析3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述四、空間查詢和分析1)空間查詢：空間查詢是GIS最基本的功能，包括已知屬性查圖形，已知圖形查屬性及多種條件的綜合查詢；3. 地理

28、信息系統(tǒng)的功能概述四、空間查詢和分析2)拓?fù)浏B加：通過將同一地區(qū)兩個(gè)不同圖層的特征相疊加，建立新的空間特征，易于進(jìn)行多條件的查詢檢索、地圖裁剪、地圖更新和應(yīng)用模型分析等；3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述四、空間查詢和分析3)緩沖區(qū)建立：它是研究根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立各種類型要素的緩沖多邊形，用以確定不同地理要素的空間接近度或鄰近性。3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述四、空間查詢和分析4)網(wǎng)絡(luò)分析：以運(yùn)籌學(xué)中的網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ)。如在城市各街道區(qū)建立圖書館、醫(yī)院等公共設(shè)施，希望各居民住家能到這些設(shè)施的路途最短，而在建立消防站、救護(hù)車站時(shí)，需要路途最短，花費(fèi)時(shí)間最少等。3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述

29、四、空間查詢和分析5)數(shù)字地形分析：GIS提供了構(gòu)造數(shù)字高程模型及有關(guān)地形分析的功能模塊，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷線、山脊線、日照強(qiáng)度、庫(kù)容量、表面積、立體圖、剖面圖和通視分析等3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述五、數(shù)據(jù)顯示與輸出數(shù)據(jù)顯示與輸出：GIS為用戶提供了許多用于地理數(shù)據(jù)表現(xiàn)的工具，其形式既可以是計(jì)算機(jī)屏幕顯示，也可以是諸如報(bào)告、表格、地圖等硬拷貝圖件一、基本功能空間查詢和分析數(shù)據(jù)顯示與輸出4. 地理信息系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域資源管理(ResourceManagement)資源配置(ResourceConfiguration)城市規(guī)劃和管理(UrbanPlanningandManagem

30、ent)土地信息系統(tǒng)和地籍管理(LandInformationSystemandCadastralApplicaiton)主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域，解決農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域各種資源(如土地、森林、草場(chǎng))分布、分級(jí)、統(tǒng)計(jì)、制圖等問題。主要回答“定位”和“模式”兩類問題在城市中各種公用設(shè)施、救災(zāi)減災(zāi)中物資的分配、全國(guó)范圍內(nèi)能源保障、糧食供應(yīng)等到機(jī)構(gòu)的在各地的配置等都是資源配置問題。GIS在這類應(yīng)用中的目標(biāo)是保證資源的最合理配置和發(fā)揮最大效益空間規(guī)劃是GIS的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，城市規(guī)劃和管理是其中的主要內(nèi)容。例如，在大規(guī)模城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中如何保證綠地的比例和合理分布、如何保證學(xué)校、公共設(shè)施、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所、服

31、務(wù)設(shè)施等能夠有最大的服務(wù)面(城市資源配置問題)等土地和地籍管理涉及土地使用性質(zhì)變化、地塊輪廓變化、地籍權(quán)屬關(guān)系變化等許多內(nèi)容，借助GIS技術(shù)可以高效、高質(zhì)量地完成這些工作4. 地理信息系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域生態(tài)、環(huán)境管理與模擬(EnvironmentalManagementandModeling)應(yīng)急響應(yīng)(EmergencyResponse)商業(yè)與市場(chǎng)(BusinessandMarketing)基礎(chǔ)設(shè)施管理(FacilitiesManagement)區(qū)域生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、污染物削減分配的決策支持、環(huán)境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的決策支持、環(huán)保設(shè)施的管理、環(huán)境規(guī)劃等解決在發(fā)生洪水、戰(zhàn)爭(zhēng)、核

32、事故等重大自然或人為災(zāi)害時(shí)，如何安排最佳的人員撤離路線、并配備相應(yīng)的運(yùn)輸和保障設(shè)施的問題商業(yè)設(shè)施的建立充分考慮其市場(chǎng)潛力。例如大型商場(chǎng)的建立如果不考慮其他商場(chǎng)的分布、待建區(qū)周圍居民區(qū)的分布和人數(shù)，建成之后就可能無法達(dá)到預(yù)期的市場(chǎng)和服務(wù)面。有時(shí)甚至商場(chǎng)銷售的品種和市場(chǎng)定位都必須與待建區(qū)的人口結(jié)構(gòu)(年齡構(gòu)成、性別構(gòu)成、文化水平)、消費(fèi)水平等結(jié)合起來考慮城市的地上地下基礎(chǔ)設(shè)施(電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設(shè)施、電力設(shè)施等)廣泛分布于城市的各個(gè)角落、且這些設(shè)施明顯具有地理參照特征的。它們的管理、統(tǒng)計(jì)、匯總都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率4. 地理信息系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域選址分析

33、(SiteSelectingAnalysis)網(wǎng)絡(luò)分析(NewworkSystemAnalysis)可視化應(yīng)用(VisualizationApplication)分布式地理信息應(yīng)用根據(jù)區(qū)域地理環(huán)境的特點(diǎn)，綜合考慮資源配置、市場(chǎng)潛力、交通條件、地形特征、環(huán)境影響等因素，在區(qū)域范圍內(nèi)選擇最佳位置，是GIS的一個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域，充分體現(xiàn)了GIS的空間分析功能建立交通網(wǎng)絡(luò)、地下管線網(wǎng)絡(luò)等的計(jì)算機(jī)模型，研究交通流量、進(jìn)行交通規(guī)則、處理地下管線突發(fā)事件(爆管、斷路)等應(yīng)急處理。警務(wù)和醫(yī)療救護(hù)的路徑優(yōu)選、車輛導(dǎo)航等也是GIS網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用的實(shí)例以數(shù)字地形模型為基礎(chǔ)，建立城市、區(qū)域、或大型建筑工程、著名風(fēng)景名勝區(qū)

34、的三維可視化模型，實(shí)現(xiàn)多角度瀏覽，可廣泛應(yīng)用于宣傳、城市和區(qū)域規(guī)劃、大型工程管理和仿真、旅游等領(lǐng)域隨著網(wǎng)絡(luò)和Internet技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)行于Intranet或Internet環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用類型，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)地理信息的分布式存儲(chǔ)和信息共享，以及遠(yuǎn)程空間導(dǎo)航等GIS應(yīng)用實(shí)例512地震GIS應(yīng)用實(shí)例512地震estimated population exposures of 1,500 at intensity IX or greater and 5,700 at intensity VIII, resulting in 41 deaths. Additionally, a magnit

35、ude 7.3 struck this region in 1933 killing 6,800 people. Recent earthquakes in this area have also triggered landslide hazards that have contributed to losses. Users should consider the preliminary nature of this information and check for updates as additional data becomes available.GIS應(yīng)用實(shí)例2008雪災(zāi)GIS

36、應(yīng)用實(shí)例北京市公路可視化管理信息系統(tǒng)GIS應(yīng)用實(shí)例北京市公路可視化管理信息系統(tǒng)GIS應(yīng)用實(shí)例ArcGIS三維可視化GIS應(yīng)用實(shí)例巴西電信基站負(fù)荷信息查詢GIS應(yīng)用實(shí)例洛杉磯公共衛(wèi)生資源管理系統(tǒng)GIS應(yīng)用實(shí)例長(zhǎng)江航運(yùn)信息網(wǎng)絡(luò)工程業(yè)務(wù)GIS系統(tǒng)GIS應(yīng)用實(shí)例SARS疫情圖GIS應(yīng)用實(shí)例疾病態(tài)勢(shì)統(tǒng)計(jì)和情形模擬GIS應(yīng)用實(shí)例颶風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急處置GIS應(yīng)用實(shí)例突發(fā)事件應(yīng)急標(biāo)繪系統(tǒng)GIS應(yīng)用實(shí)例國(guó)土資源管理信息系統(tǒng)GIS應(yīng)用實(shí)例洪水易損性分析GIS應(yīng)用實(shí)例環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)NO2濃度分布圖京杭大運(yùn)河管理系統(tǒng)空氣污染事故模型分析沙漠化預(yù)警預(yù)測(cè)分析危險(xiǎn)源和危險(xiǎn)化學(xué)品的管理可視化污染分析評(píng)價(jià)污染源泄漏一體化地籍信息系

37、統(tǒng)城市土地利用信息系統(tǒng)鐵路地理信息系統(tǒng)公安警用地理信息系統(tǒng)屬性查詢查詢專題圖作戰(zhàn)指揮地圖切換醫(yī)療機(jī)構(gòu)信息查詢5. 地理信息系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容地理信息系統(tǒng)是在地理學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的需求中產(chǎn)生，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用使技術(shù)系統(tǒng)不斷完善，并逐漸發(fā)展了地理信息系統(tǒng)的理論；理論研究又指導(dǎo)開發(fā)新一代高效地理信息系統(tǒng)，并不斷拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，加深應(yīng)用的深度；地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，又對(duì)理論研究和技術(shù)方法提出了更高的要求。 5. 地理信息系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容地理信息系統(tǒng)工具應(yīng)用方法技術(shù)系統(tǒng)基本理論地理信息系統(tǒng)用戶界面等空間數(shù)據(jù)管理概念、定義、內(nèi)涵理論體系構(gòu)成、特點(diǎn)、功能、任務(wù)發(fā)展歷史與發(fā)展方向硬件配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地學(xué)

38、專家系統(tǒng)專題分析模型輸入、輸出系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集與校驗(yàn)5. 地理信息系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容相關(guān)學(xué)科地理學(xué)測(cè)繪學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)管理科學(xué)考古學(xué)人文地理學(xué)公共管理社會(huì)學(xué)流行病學(xué)健康護(hù)理規(guī)劃森林學(xué)土壤科學(xué)地貌學(xué)環(huán)境科學(xué)地質(zhì)學(xué)生態(tài)學(xué)水文學(xué)氣象學(xué)公共信息查詢礦產(chǎn)開發(fā)設(shè)施維護(hù)產(chǎn)業(yè)/商業(yè)市場(chǎng)旅游業(yè)資產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)科學(xué)制圖學(xué)可視化符號(hào)學(xué)測(cè)量遙感照相測(cè)量法數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)地理 統(tǒng)計(jì)學(xué)人工智能認(rèn)知科學(xué)社會(huì)經(jīng)濟(jì)測(cè)量地形測(cè)量環(huán)境測(cè)量6. 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史國(guó)際上的GIS發(fā)展，基本上經(jīng)歷了四個(gè)階段：開拓啟蒙階段、鞏固階段、突破階段和社會(huì)化階段6. 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史開拓啟蒙階段1、20世紀(jì)60年代為GIS思想和技

39、術(shù)方法的開拓啟蒙時(shí)期1963年，加拿大測(cè)量學(xué)家Roger Tomlinson首先提出GIS 這一術(shù)語(yǔ)，建立加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）,1971年建成投入使用；1969年，ESRI （環(huán)境系統(tǒng)研究所）建立；1969年， Integraph公司建立。6. 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史鞏固階段2、70年代是GIS的發(fā)展鞏固時(shí)期計(jì)算機(jī)發(fā)展到第三代內(nèi)存容量大增，運(yùn)算速度達(dá)到10秒級(jí)大容量直接存取設(shè)備磁盤屏幕和圖形、圖像卡注重空間地理信息的管理受到政府部門、商業(yè)公司和大學(xué)的普遍重視。1978年，ERDAS成立。6. 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史突破階段3、80年代是GIS在理論、方法和技術(shù)上取得突破與趨向成熟的階段。

40、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的問世第四代計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)工具的廣泛應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的推廣空間分析功能，人機(jī)交互對(duì)話，地圖的輸入、編輯和輸出技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，并逐漸走向成熟。地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用從解決基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃(如道路、輸電線等)轉(zhuǎn)向更加復(fù)雜的區(qū)域開發(fā)問題。6. 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史突破階段 1981年，ESRI ARC/INFO GIS發(fā)布； 1985年，GPS成為可運(yùn)行系統(tǒng)； 1986年，MapInfo建立；1986年，SPOT衛(wèi)星首次發(fā)射；1987年，地理信息系統(tǒng)的國(guó)際雜志出版；1988年，美國(guó)人口調(diào)查局第一次公開發(fā)布TIGER；1988年，GIS World 首次發(fā)行；1989年，I

41、ngegraph 發(fā)布MGE； 6. 地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史社會(huì)化階段4、90年代，全面社會(huì)化應(yīng)用GIS已成為許多機(jī)構(gòu)(特別是政府決策部門)必備的工作系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)已被列入“信息高速公路”計(jì)劃90年代，GIS開發(fā)和研究主要集中在下列一些方向：空間信息分析的新模式和新方法；空間信息應(yīng)用模型；GIS的效益評(píng)價(jià)；三維、四維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型；人工智能和專家系統(tǒng)的引入；網(wǎng)絡(luò)GIS；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與GIS的結(jié)合等。7. GIS技術(shù)進(jìn)展空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)+空間數(shù)據(jù)引擎SDO、SDE多尺度海量柵格數(shù)據(jù)組織與管理數(shù)據(jù)分塊、影像金字塔空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)特征、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘7. GIS技術(shù)進(jìn)展空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)空間數(shù)據(jù)幾何操作基于空間位置的分析技術(shù)三維模型構(gòu)造與三維分析、網(wǎng)絡(luò)分析和空間分析空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)空間統(tǒng)計(jì)、空間關(guān)聯(lián)分析、空間聚類分析、模糊集和粗集、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法7. GIS技術(shù)進(jìn)展空間信息可視化與交互自適應(yīng)空間信息可視化用戶模型與用戶認(rèn)知反應(yīng)