第五章農(nóng)業(yè)信息技術(shù)GIS-1

第五章農(nóng)業(yè)信息技術(shù)GIS-12025/4/15主要參考書與有關(guān)網(wǎng)站

地理信息系統(tǒng)-原理、方法和應(yīng)用，鄔倫等，科學(xué)出版社，2001年地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)，龔建雅，科學(xué)出版社，2001土地信息系統(tǒng)，朱德海等，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論，陳述彭等，科學(xué)出版社地理信息系統(tǒng)實(shí)習(xí)教程，張超等，高等教育出版社相關(guān)網(wǎng)站：；水木清華數(shù)字地球板；ESRI公司國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心；中科院地理所GIS國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（）；本專題主要內(nèi)容GIS的概念、特征、功能及應(yīng)用趨勢(shì)。GIS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用Mapinfo的安裝、應(yīng)用和具體操作。第一節(jié)

GIS的概念、特征、功能

及應(yīng)用趨勢(shì)一、GIS的基本概念和特性幾個(gè)背景概念地理學(xué)區(qū)位區(qū)域空間研究地球表層（水圈、生物圈和巖石圈）自然和社會(huì)各因素的空間分布規(guī)律及其相互關(guān)系，探索它們相互聯(lián)系、相互作用的規(guī)律性。位置（天文地理位置、自然地理位置、經(jīng)濟(jì)地理位置），空間關(guān)系（與其它地理要素的關(guān)系）區(qū)域的邊界性（邊界優(yōu)勢(shì)），區(qū)域特征與區(qū)域內(nèi)外的差異性，區(qū)域的相似性（主要區(qū)域：行政區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、農(nóng)業(yè)技術(shù)示范區(qū)等）人類生存的地理環(huán)境，地理實(shí)體的空間位置（地理坐標(biāo)）與及其相互關(guān)系幾個(gè)基本概念信息、數(shù)據(jù)：事物客觀存在的表征。信息類同于知識(shí)、消息。數(shù)據(jù)是信息的載體，是未加工的原始資料。

地理實(shí)體、地理特征、地理數(shù)據(jù)、地理信息

地理實(shí)體是指地球空間上不能繼續(xù)分割的單元，地理實(shí)體的界定依賴于研究的空間尺度；

地理特征是對(duì)一個(gè)地理實(shí)體的描述。

地理數(shù)據(jù)是地理特征及其之間關(guān)系的符號(hào)化表示，包括位置、屬性與時(shí)域性，通常把地理數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)等同。

地理信息是對(duì)地理數(shù)據(jù)的解釋，屬于空間信息，它表示地表物體和環(huán)境固有的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖形、圖象的總稱。

幾個(gè)基本概念

地理信息系統(tǒng)(GeographicalInformationSystem,簡(jiǎn)稱GIS),是指在計(jì)算機(jī)軟硬件下，采集、存儲(chǔ)、管理、處理、檢索、分析和顯示空間物體的地理分布以及與之相關(guān)的屬性，并以回答用戶問題為主要任務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)。

以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息,用于決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)特征物理外殼：表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)操作對(duì)象是空間數(shù)據(jù)GIS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與有效的數(shù)據(jù)集成、獨(dú)特的地理空間分析能力、決策支持功能等.信息載體的多變性，可以是數(shù)字、文字、地圖、數(shù)字地圖……地理信息系統(tǒng)特征架構(gòu)于一完整豐富的地理數(shù)據(jù)庫(kù)之上.具有數(shù)據(jù)擷取、編修、更新、儲(chǔ)存、查詢、處理、分析及展示等功能.將真實(shí)世界的各項(xiàng)訊息，利用計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)的數(shù)化、編修、儲(chǔ)存、查詢、處理、分析及展示等作業(yè).地理信息系統(tǒng)如何表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界分層數(shù)字化道路河流地質(zhì)植被將真實(shí)世界的各項(xiàng)地理特征,利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)處理的技術(shù),一層一層的將資料分別鍵入計(jì)算機(jī)中,在計(jì)算機(jī)中儲(chǔ)存著圖形以及說明圖形意義的文字或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù).水文地形土地使用植栽土壤街道工廠水系水表固體廢棄物公園排放點(diǎn)頁巖頁巖砂和碎石碎石層環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)交通信息系統(tǒng)地籍信息系統(tǒng)城市信息系統(tǒng)土地監(jiān)控系統(tǒng)流域管理系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)（GIS）主要特征空間數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的綜合體NameAddressTownSt.ZipGIS是GIS二、GIS的構(gòu)成

概述硬件配置存儲(chǔ)、輸入、輸出設(shè)備GIS軟件構(gòu)成GIS主要功能主要軟件介紹概述GIS由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用模型和用戶組成計(jì)算機(jī)硬件是指各類計(jì)算機(jī)處理機(jī)及其輸入輸出和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件是支持信息采集、處理、存儲(chǔ)管理和可視化輸出的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括圖形和非圖形數(shù)據(jù)、定性和定量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)及多媒體數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)是核心地位用戶是地理信息系統(tǒng)所服務(wù)的對(duì)象計(jì)算機(jī)硬件硬件輸入設(shè)備

數(shù)字化儀（Digitizer）掃描儀解析測(cè)圖儀測(cè)繪儀器遙感圖像處理系統(tǒng)GPS接收機(jī)硬件輸出設(shè)備

繪圖儀：分為矢量繪圖儀（早期最主要的圖形輸出設(shè)備）和柵格式繪圖設(shè)備（激光打印機(jī)（但幅面偏?。┖蛧娔L圖儀（能繪制高質(zhì)量的彩色遙感影像圖））打印機(jī)硬盤和磁帶機(jī)圖形終端GIS軟件構(gòu)成基礎(chǔ)軟件的五大子系統(tǒng)圖形及屬性編輯空間數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換空間查詢與空間分析空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)制圖與輸出GIS的基本內(nèi)容基本內(nèi)容：軟硬件、空間數(shù)據(jù)獲取、空間數(shù)據(jù)表達(dá)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)處理、空間數(shù)據(jù)管理、空間數(shù)據(jù)分析，GIS應(yīng)用GIS與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系地理學(xué)：GIS的分析理論基礎(chǔ)地圖學(xué)：高精度空間數(shù)據(jù)的來源，算法應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)：GIS是地理空間數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物遙感：數(shù)據(jù)源管理科學(xué)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)等其它學(xué)科應(yīng)用GIS常用軟件介紹目前,世界上常用的GIS軟件已達(dá)400多種。國(guó)外較著名的有ARC/INFO,GENAMAP等;國(guó)內(nèi)較著名的有MAP/GIS,Geostar等。ESRI公司，ARC/INFO為代表，美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所（ESRI）研制，是世界上應(yīng)用最廣的GIS軟件之一。1991年對(duì)ARC/INFO第6版進(jìn)行漢化，率先進(jìn)入中國(guó)。ARC/INFO提供了用于地理數(shù)據(jù)的自動(dòng)輸入、處理、分析和顯示的強(qiáng)大功能。目前已成功應(yīng)用到包括自然資源管理、自動(dòng)制圖、設(shè)施管理、城市與區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、石油天然氣、軍事等9大類別的100多個(gè)領(lǐng)域。GENAMAP開發(fā)商：澳大利亞的GENASYS，占澳大利亞市場(chǎng)的90%,雖然較晚，但是技術(shù)交全面，特別適合于UNIX系統(tǒng)軟件類型：工作站版本的GENAMAP,運(yùn)行于UNIX系統(tǒng)，微機(jī)版本的GENAMAP，運(yùn)行于DOS和WINDOWS.MAPINFO開發(fā)商：美國(guó)MAPINFO公司特點(diǎn)：是一種桌面地理信息系統(tǒng)，定位是廣大的微機(jī)用戶，面向的是數(shù)字地圖化的分析,讀取多種形式的數(shù)據(jù)庫(kù)及其限制格式的ASCII文件。CITYSTAR,開發(fā)商：北京大學(xué)遙感所等，windows平臺(tái)三、地理信息系統(tǒng)的功能從數(shù)據(jù)流的角度分為：數(shù)據(jù)獲得（DATAACQUISITION）預(yù)處理(PREPROCESSING)數(shù)據(jù)管理（DATAMANAGEMENT）操作和分析（MANIPULATIONANDANALYSIS）產(chǎn)品生成（PRODUCTGENERATION）地理信息系統(tǒng)具體功能數(shù)據(jù)輸入功能數(shù)據(jù)編輯功能數(shù)據(jù)管理功能數(shù)據(jù)操作功能查詢檢索功能整飾輸出功能1、數(shù)據(jù)輸入功能

圖形數(shù)據(jù)輸入圖象數(shù)據(jù)輸入屬性數(shù)據(jù)輸入（1）圖形數(shù)據(jù)輸入矢量數(shù)字化輸入優(yōu)點(diǎn)：圖形要素編輯和修改，技術(shù)比較成熟。缺點(diǎn)：耗時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，精度受硬件水平的影響受輸入人員水平的影響較大柵格掃描輸入由掃描儀和矢量化軟件完成的掃描儀獲得灰度值，利用矢量化軟件得到坐標(biāo)值優(yōu)點(diǎn)：輸入速度比較快，缺點(diǎn)：精度受硬件影響

（2）圖象數(shù)據(jù)輸入

柵格掃描方式圖象數(shù)據(jù)掃描輸入以后，還必須進(jìn)行幾何糾正、灰度變換、彩色合成、濾波處理、坐標(biāo)變換等一系列運(yùn)算之后，才能與矢量數(shù)據(jù)混合使用，真正成為GIS可以分析、處理、應(yīng)用的信息（3）屬性數(shù)據(jù)輸入

屬性數(shù)據(jù)是指用于描述對(duì)象特征性質(zhì)的數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)主要指圖形和圖象數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)的輸入有兩種方式：其一是借助數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）輸入，其二是借助GIS關(guān)系數(shù)據(jù)表輸入數(shù)據(jù)的錄入方式：鍵盤輸入、掃描輸入、語音輸入和書寫輸入。2、數(shù)據(jù)編輯功能1）數(shù)據(jù)增刪屬性數(shù)據(jù)的增刪圖形數(shù)據(jù)的增刪Gis對(duì)圖形數(shù)據(jù)的增刪修改功能是比較強(qiáng)大的，包括對(duì)圖形幾何數(shù)據(jù)的增刪修改和對(duì)圖形特征參數(shù)的增刪修改兩個(gè)方面2）格式變換異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的變換圖形數(shù)據(jù)的變換從其它地理信息系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的投影坐標(biāo)變換：對(duì)不同比例尺、不同投影類型，或同一比例尺同一投影類型而不同投影帶的圖形數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中，以便實(shí)現(xiàn)不同圖形數(shù)據(jù)的合成和拼接，為GIS的綜合分析做準(zhǔn)備。

3）分割拼圖其一是要素的提取是在整幅地圖或圖形中提取自己所需要的信息其二是圖幅的分割，即在整幅地圖或圖象中切割出自己所需要的局部范圍。

4）圖屬連接圖屬連接是指空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接，以便形成空間·屬性一體化數(shù)據(jù)，為GIS的空間分析服務(wù)。5）拓?fù)渖?。在GIS系統(tǒng)中，圖形數(shù)據(jù)都有一定的空間拓?fù)潢P(guān)系，一條弧段由若干點(diǎn)組成，一個(gè)多邊形由若干弧段組成。

3、數(shù)據(jù)管理功能

屬性數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義、數(shù)據(jù)編輯修改、數(shù)據(jù)檢索查詢、數(shù)據(jù)安全保護(hù)、數(shù)據(jù)文件管理、數(shù)據(jù)通訊以及系統(tǒng)維護(hù)等?？臻g數(shù)據(jù)管理：對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括定義結(jié)構(gòu)，編輯、查詢、檢索等

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是按照點(diǎn)、線（弧段）、面（多邊形）3種基本圖形要素，以及3種要素之間的空間拓?fù)潢P(guān)系建立的二維表結(jié)構(gòu)。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是將整個(gè)圖幅按照一定間距分割成一個(gè)陣列，并用二維矩陣進(jìn)行表示的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，陣列中的每個(gè)元素稱為一個(gè)象元，矩陣的每個(gè)元素代表一個(gè)象元的值，而矩陣元素的行、列號(hào)即是象元的位置。SPOTXS20m*20m牡丹水庫(kù)bandG,R,IR網(wǎng)格資料關(guān)於衛(wèi)星影像柵格格式

4、數(shù)據(jù)操作功能操作功能包括空間數(shù)據(jù)運(yùn)算、屬性數(shù)據(jù)運(yùn)算、空間數(shù)據(jù)分析，并對(duì)結(jié)果做出預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，為科學(xué)決策提供輔助支持?？臻g數(shù)據(jù)運(yùn)算

空間數(shù)據(jù)量算：GIS的空間數(shù)據(jù)量算功能通常有距離計(jì)算（兩點(diǎn)距離、多邊形周長(zhǎng)、弧段長(zhǎng)度）、面積計(jì)算、體積計(jì)算（土石方、庫(kù)容量）、方位計(jì)算（夾角、方位角）等；空間集合運(yùn)算功能有邏輯交運(yùn)算、邏輯并運(yùn)算、邏輯差運(yùn)算等。屬性數(shù)據(jù)運(yùn)算

GIS的屬性數(shù)據(jù)運(yùn)算可以概括為算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和統(tǒng)計(jì)運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算是指對(duì)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行的加、減、乘、除及三角函數(shù)運(yùn)算；邏輯運(yùn)算通常包括與、或、非等運(yùn)算；統(tǒng)計(jì)運(yùn)算則可分為單變量統(tǒng)計(jì)運(yùn)算、多變量統(tǒng)計(jì)運(yùn)算等。

5、查詢檢索功能屬性查詢，圖形查詢，圖形與屬性之間的交叉查詢；查詢各種數(shù)值或圖形，查詢相應(yīng)的各種關(guān)系

屬性查詢：圖形環(huán)境和屬性環(huán)境圖形查詢：可以按照屬性值、區(qū)域范圍和邏輯條件來查詢圖形關(guān)系查詢：通常包括面一面關(guān)系查詢、線—線關(guān)系查詢、點(diǎn)—點(diǎn)關(guān)系查詢、線—面關(guān)系查詢、點(diǎn)—線關(guān)系查詢、點(diǎn)—面關(guān)系查詢6種。邏輯查詢：應(yīng)用較廣泛的查詢。如查詢土壤類型是水稻上，而且面積大于50hm2的地塊分布狀況，就要應(yīng)用邏輯查詢。6、整飾輸出功能輸出專題圖：如土壤類型圖、作物分布圖、糧食產(chǎn)量分布圖、耕地變化統(tǒng)計(jì)圖、分省農(nóng)業(yè)產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)表。根據(jù)輸出數(shù)據(jù)類型或輸出設(shè)備類型可以分為矢量地圖和柵格地圖兩種四、GIS主要應(yīng)用測(cè)繪與地圖制圖：3S技術(shù)的應(yīng)用資源管理：與RS的結(jié)合城鄉(xiāng)規(guī)劃災(zāi)害監(jiān)測(cè)環(huán)境保護(hù)國(guó)防宏觀決策支持五、GIS發(fā)展概況開拓發(fā)展階段-60年代計(jì)算機(jī)模擬地圖鞏固發(fā)展時(shí)期-70年代自然資源管理與土地利用規(guī)劃技術(shù)大發(fā)展時(shí)期-80年代復(fù)雜的地域開發(fā)、全球問題應(yīng)用普及時(shí)代產(chǎn)業(yè)化、集成化、社會(huì)化（美國(guó)85%的政府機(jī)構(gòu)）20世紀(jì)70年代20世紀(jì)80年代20世紀(jì)90年代21世紀(jì)初GIS起步專家GIS企業(yè)GIS社會(huì)化

GIS時(shí)間GIS應(yīng)用的社會(huì)化發(fā)展歷程

地理信息系統(tǒng)是IT的支柱性產(chǎn)業(yè)大規(guī)模交易處理分布式計(jì)算多用戶數(shù)據(jù)接口RowLocking地理信息系統(tǒng)（GIS）的傳統(tǒng)挑戰(zhàn)孤立的、各自為政的部門專有的數(shù)據(jù),程式化的編程語言昂貴的軟硬件平臺(tái)工具使用的艱難地理信息系統(tǒng)（GIS）的發(fā)展趨勢(shì)向非GIS用戶發(fā)送空間數(shù)據(jù)方便地在你更大的信息系統(tǒng)中集成空間信息維護(hù)準(zhǔn)確的、無縫連接的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供快速的數(shù)據(jù)接入GIS走向網(wǎng)絡(luò)化GIS、GPS、RS一體化GIS工程化Tools(工具)

Centralized(集中式)

Standalone(孤立的)

GISData (GIS數(shù)據(jù))

MappingSystem Legacydatamigration Isolatespatialanalysis

IntegratedtechnologyDistributed(分布式)Embedded(嵌入式的)SpatiallyenableddataDatabaseSystemLegacydataaccessEnterprisespatialanalysisGIS的發(fā)展趨勢(shì)：從專業(yè)應(yīng)用融入IT潮流(制圖系統(tǒng))(現(xiàn)有數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換)(現(xiàn)有數(shù)據(jù)的訪問)(數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng))(空間相關(guān)的數(shù)據(jù))（基于集成技術(shù)）(獨(dú)立的空間分析)(企業(yè)級(jí)的空間分析)GIS的發(fā)展