《地理信息系統(tǒng)GIS》課件

地理信息系統(tǒng)GIS地理信息系統(tǒng)(GIS)是一種強大的地理空間數(shù)據(jù)管理和分析工具,可以幫助我們更好地理解和研究周圍的地理環(huán)境。通過GIS,我們可以對各種地理數(shù)據(jù)進行采集、存儲、分析和可視化展示。GIS概述1地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種集數(shù)據(jù)采集、輸入、存儲、管理、分析和顯示于一體的計算機系統(tǒng)。它能夠?qū)Φ乩砜臻g數(shù)據(jù)進行采集、管理、分析和可視化處理，為決策提供支持。2GIS可以整合和分析來自不同來源的數(shù)據(jù)，包括地圖、遙感、GPS等，生成全面的空間信息。它為用戶提供了管理和決策的強大工具，在城市規(guī)劃、資源管理、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。3GIS系統(tǒng)的核心功能包括空間數(shù)據(jù)管理、空間分析、地圖制作和可視化展示。通過這些功能，GIS能夠幫助用戶更好地理解和分析復(fù)雜的地理空間問題。GIS的定義廣義定義地理信息系統(tǒng)(GeographicInformationSystem,GIS)是一種利用計算機硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),對地理空間數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理、分析、展示的一種信息系統(tǒng)。狹義定義GIS是一種以地理空間為基礎(chǔ),集成數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、分析和可視化于一體的信息技術(shù)系統(tǒng)。核心功能GIS的核心功能包括地理空間數(shù)據(jù)的獲取、組織、管理、分析和可視化展示。GIS的特點時間與空間GIS不僅可以存儲和管理地理信息的空間位置,還能關(guān)聯(lián)相應(yīng)的時間維度,提供時空分析能力。數(shù)據(jù)整合GIS可以整合來自多種來源的地理數(shù)據(jù),如遙感影像、地圖、GPS等,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。分析與決策GIS提供了強大的空間分析功能,可幫助用戶更好地理解地理信息,為決策提供依據(jù)?？梢暬故綠IS可將復(fù)雜的地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的地圖和圖表,使信息更易被理解和傳達。GIS的發(fā)展歷程1960年代GIS的概念在這一時期首次提出,主要應(yīng)用于天氣預(yù)報、國土資源規(guī)劃等領(lǐng)域。1970年代GIS技術(shù)獲得迅猛發(fā)展,出現(xiàn)了第一個商業(yè)化GIS軟件,開啟了廣泛應(yīng)用的新紀(jì)元。1980年代GIS被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、交通管理等領(lǐng)域,技術(shù)不斷完善和創(chuàng)新。1990年代GIS迅速普及,融合了遙感、GPS等技術(shù),應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展并深化。2000年代云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的融合,GIS進入智能化時代,應(yīng)用更加廣泛和深入。GIS的應(yīng)用領(lǐng)域城市規(guī)劃GIS可用于城市道路規(guī)劃、用地規(guī)劃、公共設(shè)施布局等,提高城市管理效率。環(huán)境監(jiān)測GIS可用于環(huán)境污染監(jiān)測、生態(tài)保護、自然資源管理等,實現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。應(yīng)急管理GIS可用于自然災(zāi)害預(yù)警、應(yīng)急救援、災(zāi)后重建等,提高應(yīng)急響應(yīng)能力。公共事業(yè)GIS可用于公共交通規(guī)劃、公共設(shè)施管理、社會服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等,提升公眾服務(wù)水平。地理信息的獲取地理數(shù)據(jù)收集通過各種傳感設(shè)備和采集技術(shù),從現(xiàn)實世界中獲取地理數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),為GIS系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。遙感數(shù)據(jù)獲取利用航空和衛(wèi)星遙感技術(shù),獲取廣域的地理信息數(shù)據(jù),為GIS提供關(guān)鍵的空間數(shù)據(jù)源。GPS數(shù)據(jù)采集通過全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器,獲取高精度的三維地理坐標(biāo)數(shù)據(jù),為GIS提供精確的空間定位。地圖數(shù)據(jù)收集與數(shù)字化1地圖掃描將紙質(zhì)地圖轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像2數(shù)字化將圖像轉(zhuǎn)換為矢量圖形數(shù)據(jù)3地圖編輯校正幾何、添加屬性信息地圖數(shù)據(jù)收集與數(shù)字化是GIS構(gòu)建的關(guān)鍵步驟。通過掃描紙質(zhì)地圖、將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像、進而編輯為矢量數(shù)據(jù)模型，我們可以高效地構(gòu)建地理信息數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的空間分析和地圖制作奠定堅實的基礎(chǔ)。遙感數(shù)據(jù)獲取1衛(wèi)星遙感利用人造衛(wèi)星搭載的傳感器獲取地球表面的各類信息,如地形、土地利用、植被等。2航空遙感采用飛機或無人機搭載的傳感器獲取高分辨率的地理信息數(shù)據(jù)。3無人機遙感利用小型無人機靈活高效地獲取局部區(qū)域的高清影像數(shù)據(jù)。4地面遙感利用地面移動式傳感設(shè)備直接對目標(biāo)區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集。GPS數(shù)據(jù)采集GPS定位原理GPS利用衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號,通過三維定位計算接收器的位置,為地理信息系統(tǒng)提供精確的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。GPS數(shù)據(jù)采集方式通過手持GPS設(shè)備或安裝在車載設(shè)備上,直接記錄地理位置信息,獲取地物的位置、形狀和屬性數(shù)據(jù)。GPS數(shù)據(jù)處理獲取的GPS數(shù)據(jù)需要經(jīng)過信號接收、數(shù)據(jù)處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等步驟,才能為GIS系統(tǒng)提供可用的地理信息。屬性數(shù)據(jù)收集現(xiàn)場調(diào)查通過實地實地探訪和觀察收集各類地理要素的屬性信息,如土地利用、道路狀況、建筑物等。問卷調(diào)查設(shè)計調(diào)查問卷以獲取居民、企業(yè)等相關(guān)方對地理要素的屬性描述。文獻資料收集政府部門、研究機構(gòu)等提供的各種屬性數(shù)據(jù)文件,如統(tǒng)計報告、規(guī)劃文件等。遙感影像利用遙感技術(shù)從航空影像或衛(wèi)星圖像中提取各種地理要素的屬性信息。地理信息的存儲數(shù)據(jù)庫建立地理信息數(shù)據(jù)需要存儲在專門的數(shù)據(jù)庫中,以便有效管理和檢索。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計需要考慮空間數(shù)據(jù)模型和屬性數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)地理信息數(shù)據(jù)通常采用分層的方式進行組織,以提高存儲效率和查詢速度。存儲格式地理信息數(shù)據(jù)可以采用柵格數(shù)據(jù)或矢量數(shù)據(jù)等不同的存儲格式,根據(jù)應(yīng)用需求進行選擇。數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)對于重要的地理信息數(shù)據(jù),需要定期進行備份,以防止數(shù)據(jù)丟失或損壞。備份和恢復(fù)機制也是地理信息系統(tǒng)的重要組成部分。數(shù)據(jù)庫的建立1數(shù)據(jù)庫設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫模型2數(shù)據(jù)錄入將實際空間數(shù)據(jù)和屬性信息錄入到數(shù)據(jù)庫3數(shù)據(jù)管理采用數(shù)據(jù)備份、權(quán)限控制等措施保障數(shù)據(jù)安全4系統(tǒng)維護持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),提升系統(tǒng)性能建立GIS數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)高效地理信息管理的關(guān)鍵。從模型設(shè)計、數(shù)據(jù)錄入、權(quán)限控制到系統(tǒng)維護,每個環(huán)節(jié)都需要精心設(shè)計和規(guī)范執(zhí)行,以確保數(shù)據(jù)安全性、完整性和可靠性。只有建立起健壯的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ),GIS系統(tǒng)才能發(fā)揮最大價值?？臻g數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型將空間信息劃分為網(wǎng)格單元,每個單元有一個屬性值,適用于連續(xù)空間數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)模型將空間信息用幾何要素如點、線、面表示,適用于離散的空間數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織和存儲空間數(shù)據(jù),保障數(shù)據(jù)的有效獲取和處理。柵格數(shù)據(jù)模型1基于網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)模型將地理空間劃分為規(guī)則的網(wǎng)格單元,每個網(wǎng)格單元存儲著屬性信息。2存儲空間屬性柵格數(shù)據(jù)適合存儲連續(xù)型空間屬性,如地形高程、植被覆蓋度等。3高效的存儲和分析柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單,便于存儲和分析,適用于大規(guī)模的地理空間數(shù)據(jù)處理。4空間分辨率柵格數(shù)據(jù)的空間分辨率由單元格大小決定,分辨率越高,數(shù)據(jù)精度越高。矢量數(shù)據(jù)模型幾何圖形元素矢量數(shù)據(jù)模型使用點、線和多邊形等幾何圖形元素來表示地理要素,能夠精確地描述位置、大小和形狀?？臻g分析能力基于矢量數(shù)據(jù)的空間分析可以進行距離測量、緩沖區(qū)分析、位置選擇等復(fù)雜的地理分析任務(wù)。靈活編輯功能矢量數(shù)據(jù)方便編輯和更新,可以輕松調(diào)整幾何要素以反映地理環(huán)境的變化。地理信息的管理和分析空間數(shù)據(jù)管理高效的空間數(shù)據(jù)管理是GIS操作的基礎(chǔ),包括數(shù)據(jù)建立、存儲、更新和維護等。地理分析方法GIS提供了豐富的空間分析工具,如疊加分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析等,支持?jǐn)?shù)據(jù)挖掘和模型構(gòu)建?？梢暬椭茍DGIS具備強大的制圖功能,用戶可以根據(jù)需求制作各種類型的專題地圖和動態(tài)地圖?？臻g數(shù)據(jù)的管理數(shù)據(jù)組織通過建立地理數(shù)據(jù)庫，可以有效地存儲、管理和組織海量的空間數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)流程制定合理的數(shù)據(jù)采集、處理、分析和更新的流程，確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和時效性。數(shù)據(jù)安全建立健全的數(shù)據(jù)備份和災(zāi)難恢復(fù)機制，確保空間數(shù)據(jù)的安全可靠。數(shù)據(jù)共享通過GIS平臺實現(xiàn)跨部門、跨地域的空間數(shù)據(jù)共享與協(xié)作，提高數(shù)據(jù)利用效率。地理分析方法空間分析利用GIS的空間數(shù)據(jù)模型和空間分析工具,對地理數(shù)據(jù)進行空間查詢、疊加分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析等,獲得新的地理信息。時序分析通過對同一區(qū)域不同時間點的地理數(shù)據(jù)進行對比分析,可以洞察時間維度上的變化趨勢和規(guī)律?？梢暬治隼肎IS提供的地圖制作工具,將地理數(shù)據(jù)以直觀的地圖形式顯示出來,有助于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的空間規(guī)律。地理預(yù)測基于歷史數(shù)據(jù)和空間分析模型,GIS可以預(yù)測未來的地理變化趨勢,為決策提供科學(xué)依據(jù)。地圖制作與展示1設(shè)計制圖利用GIS軟件設(shè)計地圖,選擇合適的投影方式、尺度和符號,確保地圖內(nèi)容清晰、美觀。2數(shù)據(jù)集成整合多源地理數(shù)據(jù),如矢量、柵格、影像等,確保地圖信息全面準(zhǔn)確。3交互式展示利用Web地圖等技術(shù),實現(xiàn)地圖動態(tài)展示、縮放、查詢等交互功能,增強用戶體驗。GIS軟件介紹1功能強大的GIS軟件GIS軟件可以輕松進行地圖制作、空間分析、數(shù)據(jù)管理等各種地理信息處理任務(wù)。2主流GIS軟件業(yè)內(nèi)主流的GIS軟件包括ArcGIS、QGIS和SuperMap等,各有特點和優(yōu)勢。3不斷發(fā)展的移動GIS隨著智能手機的普及,基于移動設(shè)備的GIS應(yīng)用也越來越廣泛和強大。4GIS軟件選擇建議選擇GIS軟件時需要平衡成本、易用性和功能集等因素,以滿足實際需求。ArcGIS軟件功能強大ArcGIS是一套功能全面的地理信息系統(tǒng)軟件,提供地圖制作、空間分析、數(shù)據(jù)管理等強大的工具。廣泛應(yīng)用ArcGIS被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、自然資源管理、應(yīng)急響應(yīng)等多個領(lǐng)域,為各行業(yè)提供地理空間支持。多版本支持ArcGIS擁有桌面版、服務(wù)器版、移動版等多種版本,滿足不同用戶的需求。QGIS軟件開源免費QGIS是一款開源免費的地理信息系統(tǒng)軟件,可廣泛應(yīng)用于各種GIS分析和制圖工作?？缙脚_支持QGIS支持Windows、macOS和Linux等多種操作系統(tǒng),提供統(tǒng)一的使用體驗。豐富插件QGIS擁有大量第三方插件,可滿足用戶各種個性化需求,功能不斷擴展?；钴S社區(qū)QGIS有一個廣泛的用戶社區(qū),提供豐富的教程和技術(shù)支持。SuperMap軟件全面支持SuperMap軟件涵蓋地理信息系統(tǒng)(GIS)的各個方面,包括數(shù)據(jù)采集、管理、分析和可視化。強大功能該軟件提供豐富的空間分析、影像處理和地圖制作等功能,滿足各種GIS應(yīng)用需求?？缙脚_應(yīng)用SuperMap軟件支持Windows、Linux、Web、移動等多種平臺,實現(xiàn)高效的GIS應(yīng)用部署。移動GIS應(yīng)用移動設(shè)備接入移動GIS可以通過智能手機、平板電腦等移動設(shè)備獲取地理信息并進行分析,為用戶提供更方便快捷的訪問體驗。實時數(shù)據(jù)獲取移動GIS可以實時獲取用戶位置信息、天氣數(shù)據(jù)、交通情況等,為用戶提供個性化的地理信息服務(wù)。應(yīng)用場景廣泛移動GIS廣泛應(yīng)用于城市管理、旅游導(dǎo)航、資源調(diào)查等領(lǐng)域,為用戶生活和工作帶來便利。技術(shù)發(fā)展趨勢隨著5G、人工智能等技術(shù)的發(fā)展,移動GIS將實現(xiàn)更智能、更高效的地理信息服務(wù)。GIS發(fā)展趨勢1云計算和大數(shù)據(jù)GIS正逐步融入云計算技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析,提升空間信息的管理和應(yīng)用能力。2移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)移動設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的應(yīng)用,使GIS服務(wù)更加靈活便捷。3虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實VR和AR技術(shù)的發(fā)展將增強GIS的可視化呈現(xiàn),提高用戶交互體驗。4人工智能和自動化AI技術(shù)的融合將提升GIS的決策支持能力和自動化分析水平。智慧城市建設(shè)數(shù)字化管理利用各類傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)城市各系統(tǒng)的智能化管理,提高城市運行效率。交通優(yōu)化通過大數(shù)據(jù)分析和智能交通工具,優(yōu)化城市交通規(guī)劃,緩解擁堵問題。公共服務(wù)運用移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),為市民提供更加便捷高效的公共服務(wù)。環(huán)境治理利用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)監(jiān)測環(huán)境狀況,采取針對性的環(huán)保措施。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用遙感監(jiān)測利用衛(wèi)星遙感技術(shù)實時監(jiān)測作物生長狀況和土地利用情況,為精準(zhǔn)施肥和灌溉提供決策依據(jù)。智能農(nóng)機采用自動駕駛和精準(zhǔn)定位技術(shù)的智能農(nóng)機,可以提高作業(yè)效率和資源利用率。智慧灌溉通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時監(jiān)測土壤濕度和作物需水量,自動調(diào)節(jié)灌溉系統(tǒng),實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。環(huán)境感知利用傳感器網(wǎng)絡(luò)收集溫度、濕度、光照等環(huán)境數(shù)據(jù),為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支持。氣象天氣監(jiān)測衛(wèi)星云圖監(jiān)測利用氣象衛(wèi)星實時監(jiān)測全球天氣情況,掌握云層動態(tài),為天氣預(yù)報提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。地面氣象站監(jiān)測遍布全國的地面氣象觀測站實時采集溫度、濕度、風(fēng)速等數(shù)據(jù),為天氣預(yù)報提供重要依據(jù)。雷達天氣監(jiān)測使用氣象雷達實時觀測降水、風(fēng)場等信息,為短期天氣預(yù)報和災(zāi)害預(yù)警提供支持。環(huán)境資源管理生態(tài)監(jiān)測GIS可以用于收集、分析和可視化環(huán)境數(shù)據(jù),如空氣質(zhì)量、水質(zhì)、土壤狀況、生物多樣性等,有助于全面評估環(huán)境狀況。自然資源管理GIS可以幫助規(guī)劃和管理土地使用、森林、礦產(chǎn)等自然資源,平衡經(jīng)濟發(fā)展和資