第一講 導(dǎo)論GIS

1、第一講 導(dǎo)論,謝跟蹤 海南師范學(xué)院資源環(huán)境與旅游系 2004-2005學(xué)年上學(xué)期,地理信息系統(tǒng)概論,基本要求,本課程旨在使學(xué)生掌握地理信息系統(tǒng)的基本原理、技術(shù)方法和實(shí)際應(yīng)用，了解其主要應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向，并為從事GIS的地理學(xué)應(yīng)用和應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。具體要求如下：,基本要求,了解地理信息系統(tǒng)的基本原理，包括空間數(shù)據(jù)的語(yǔ)義學(xué)基礎(chǔ)、GIS的科學(xué)定義、空間關(guān)系和空間對(duì)象的表達(dá)、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和類型、空間分析原理和地學(xué)模型方法等； 掌握地理信息系統(tǒng)的基本技術(shù)和方法，具有應(yīng)用MapInfo或ArcInfo軟件從事空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)與管理、處理、分析和圖形創(chuàng)造的基本技能；,基本要求,初步具

2、有應(yīng)用GIS技術(shù)開展地學(xué)研究的能力，包括地學(xué)應(yīng)用模型的構(gòu)建，應(yīng)用型GIS的設(shè)計(jì)，主要GIS軟件系統(tǒng)的使用和評(píng)價(jià)等。,一個(gè)引例：,1854年8月到9月英國(guó)倫敦霍亂流行時(shí)，當(dāng)局始終找不到發(fā)病的原因，后來醫(yī)生約翰斯諾(John Snow)說：“我們畫一張圖吧”。 他在繪有霍亂流行地區(qū)所有道路、房屋、飲用水機(jī)井等內(nèi)容的1：6500比例尺地圖上，標(biāo)出了每個(gè)霍亂病死者的住家位置，得到了霍亂病死者居住分布圖。,一個(gè)引例：,斯諾博士分析了這張分布圖，馬上明白了霍亂病源之所在死者住家都集中于飲用“布洛多斯托”井水的地方及周圍。,一個(gè)引例：,根據(jù)斯諾博士的分析和請(qǐng)示，當(dāng)局于9月8日摘下了這個(gè)水井的泵，禁止使用該水

3、泵吸水，從這天以后，新的霍亂病患者就再也沒有出現(xiàn)了。 在這個(gè)例子中，患者的居住地與飲用水井之間的空間位置關(guān)系提示了霍亂病的發(fā)病根源。,數(shù)據(jù)和信息,數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事物的符號(hào)表示。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中是指所有能輸入到計(jì)算機(jī)中并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號(hào)的總稱。它可以是字母、數(shù)字或其它符號(hào)。數(shù)據(jù)項(xiàng)可以按目的組織成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 數(shù)據(jù)只有對(duì)實(shí)體行為產(chǎn)生影響時(shí)才能成為信息。例如，同樣的數(shù)據(jù)“1”，“0”，在通過灰度表達(dá)空間實(shí)體存在的模型中，它就提供了有（一般用1表示）或無(wú)（一般用0表示）的信息,數(shù)據(jù)和信息,信息是經(jīng)過加工后的數(shù)據(jù)，它對(duì)接受者有用，對(duì)決策或行為有現(xiàn)實(shí)或潛在的價(jià)值 一般認(rèn)為，信息是人們或機(jī)器提供的關(guān)于現(xiàn)實(shí)世

4、界新的知識(shí)，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體的物理形式的改變而改變 例如，某一棵樹的高度數(shù)據(jù)為15米（十進(jìn)制），如果以十六進(jìn)制的形式存儲(chǔ)則為F。但是，不管它的存儲(chǔ)形式如何改變，它向人們傳達(dá)的信息是唯一的：這棵樹不是幼樹,地理數(shù)據(jù)和地理信息,地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號(hào)化表示，包括空間位置、屬性特征及時(shí)態(tài)特征三部分 地理信息是有關(guān)地理實(shí)體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表征和一切有用的知識(shí)，它是對(duì)地理數(shù)據(jù)的解釋 地理信息具有區(qū)域性、多維結(jié)構(gòu)特性和動(dòng)態(tài)變化的特性,GIS的概念,地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，簡(jiǎn)稱GIS）是一種決策支持系統(tǒng)，與

5、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。,GIS的概念,對(duì)地理信息系統(tǒng)的三種觀點(diǎn): 對(duì)于GIS的定義，有三種觀點(diǎn)，即地圖、數(shù)據(jù)庫(kù)與空間分析的觀點(diǎn) 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),GIS的概念,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 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),GIS一般定義,GIS的定義一般從以下三個(gè)方面加以考慮： GIS使用工具：計(jì)算機(jī)硬、軟件

6、系統(tǒng)； GIS研究對(duì)象：空間物體的地理分布數(shù)據(jù)及屬性； 數(shù)據(jù)建立過程：采集、存儲(chǔ)、管理、處理、檢索、分析和顯示。地理信息系統(tǒng)的主要特征是存儲(chǔ)、管理、分析與位置有關(guān)的信息。,GIS一般定義,GIS是在計(jì)算機(jī)軟、硬件(工具)支持下，采集、存儲(chǔ)、管理、處理、檢索、分析和顯示(建立過程)空間物體(對(duì)象)的地理分布數(shù)據(jù)及與之相關(guān)的屬性，并以回答用戶問題等為主要任務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)(吳信才)。,如何理解GIS,從字面的意義講，“地理”意味著對(duì)象的在空間的位置，它可以是已知的(如經(jīng)緯度)，也可以經(jīng)計(jì)算獲得(如經(jīng)地圖投影變換后得到的大地坐標(biāo))。 “信息”意味著GIS中的數(shù)據(jù)經(jīng)過加工所生產(chǎn)出的有用知識(shí)，這些知識(shí)既可通

7、過圖形、圖像的形式表達(dá)，也可以統(tǒng)計(jì)圖、表格和各種各樣的人機(jī)交互形式來表達(dá)。,如何理解GIS,系統(tǒng)意味著GIS是有一系列相互關(guān)系和聯(lián)結(jié)而功能又有所不同的部件組合。 從20世紀(jì)90年代的科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的潮流和趨勢(shì)看，應(yīng)從三個(gè)方面來理解地理信息系統(tǒng)的涵義： 地理信息系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)。這是人們的通常認(rèn)識(shí),如何理解GIS,地理信息系統(tǒng)是一種方法，這種方法是對(duì)大量空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和操作的能力，借助這種能力使人們將一系列復(fù)雜的問題統(tǒng)一、集成、融合為一體 地理信息系統(tǒng)使一種思維方式，地理信息系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的思維方式，使人們能夠關(guān)注與地理現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)的周圍事件和現(xiàn)象的變化以及這些變化所造成的影響，從這個(gè)意義上

8、講，地理信息系統(tǒng)是人的思想的延伸,GIS為什么重要？,我們當(dāng)今面臨世界的最主要的挑戰(zhàn)是人口過多，環(huán)境污染，森林破壞，自然疾病等。這些都與地理因素有關(guān) 不論是從事一種新的職業(yè)，還是尋找生長(zhǎng)香蕉的最合適的土壤，或是為救護(hù)車計(jì)算最佳的行車路線，這些問題也都有地理因素,GIS為什么重要？,地圖制作和地理分析已經(jīng)很常見，但GIS執(zhí)行這些任務(wù)比傳統(tǒng)的手工方法更好更快。而且，在GIS技術(shù)出現(xiàn)之前，只有很少的人具有利用地理信息來幫助做出決定和解決問題的能力。 今天，GIS 已是一個(gè)全球擁有數(shù)十萬(wàn)的人員和數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。GIS已在全世界的中學(xué)、學(xué)院、大學(xué)里被講授。在每個(gè)領(lǐng)域里的專家不斷地意識(shí)到按地理的觀點(diǎn)來思

9、考和工作所帶來的優(yōu)越性,GIS基本構(gòu)成,一個(gè)完整的GIS主要由5個(gè)部分構(gòu)成，即計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）、系統(tǒng)管理操作人員和方法。,GIS基本構(gòu)成,硬件 硬件是GIS所操作的計(jì)算機(jī)。GIS軟件可以在很多類型的硬件上運(yùn)行。從中央計(jì)算機(jī)服務(wù)器到桌面計(jì)算機(jī)，從單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。,GIS基本構(gòu)成,軟件 GIS軟件提供所需的存儲(chǔ)、分析和顯示地理信息的功能和工具。主要的軟件部件有： 輸入和處理地理信息的工具 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS) 支持空間查詢、分析和可視化的工具 使用這些工具的圖形化界面(GUI),GIS基本構(gòu)成,數(shù)據(jù) GIS系統(tǒng)中最重要的組成元素就是數(shù)據(jù)。 地理數(shù)據(jù)和相關(guān)

10、的表格數(shù)據(jù)可以自己采集或者從商業(yè)數(shù)據(jù)提供者處購(gòu)買。 GIS將把空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成在一起，而且可以使用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來管理空間數(shù)據(jù)。,GIS基本構(gòu)成,人員 GIS技術(shù)如果沒有人來管理系統(tǒng)和制定計(jì)劃應(yīng)用于實(shí)際問題，將沒有什么價(jià)值。 GIS的用戶范圍包括從設(shè)計(jì)和維護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)專家，到那些使用該系統(tǒng)并完成他們每天工作的人員。,GIS基本構(gòu)成,方法 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，必須構(gòu)建專門的方法。比如土地利用適宜性、公園選址、洪水預(yù)測(cè)、水土流失等。 這些方法是GIS技術(shù)產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在，也是GIS生命力的重要保證，因此在

11、GIS技術(shù)中占有十分重要的地位。,GIS的功能,基本功能 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集主要用于獲取數(shù)據(jù)，保證GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)在內(nèi)容與空間上的完整性、數(shù)值邏輯一致性與正確性。一般來講，GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)占整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)投資的70%以上 數(shù)據(jù)采集包括將現(xiàn)有地圖、野外測(cè)量數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)以及文本資料等s轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。采集的設(shè)備有人機(jī)交互終端、數(shù)字化板、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量?jī)x等,GIS的功能,基本功能 數(shù)據(jù)編輯 初步的數(shù)據(jù)編輯主要包括數(shù)據(jù)格式化、轉(zhuǎn)換、概括。數(shù)據(jù)的格式化是指不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)間變換；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)比例尺的變化等；制圖綜合（Generalization）包括數(shù)據(jù)平滑、特征集結(jié)等

12、目前地理信息系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)概括功能極弱，與地圖綜合的要求還有很大差距，需要進(jìn)一步發(fā)展。,GIS的功能,基本功能 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與組織 這是建立GIS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。 柵格模型、矢量模型或柵格/矢量混合模型是常用的空間數(shù)據(jù)組織方法 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇在一定程度上決定了系統(tǒng)所能執(zhí)行的數(shù)據(jù)與分析的功能,GIS的功能,基本功能 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與組織 在地理數(shù)據(jù)組織與管理中，最為關(guān)鍵的是如何將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)融合為一體 目前大多數(shù)系統(tǒng)都是將二者分開存儲(chǔ)，通過公共項(xiàng)（一般定義為地物標(biāo)識(shí)碼）來連接。,GIS的功能,基本功能 空間查詢與分析 空間查詢與分析是GIS最重要的功能，也是G

13、IS區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的本質(zhì)特征，它使地圖圖形信息以及各種專業(yè)信息的利用深度和廣度大大增強(qiáng)，用戶可以從中獲取很多派生信息和新知識(shí)。,GIS的功能,基本功能 空間查詢與分析 空間數(shù)據(jù)查詢：GIS具有豐富的查詢功能，既有屬性查詢功能，也有圖形查詢功能，還可以實(shí)現(xiàn)圖形與屬性之間的交叉查詢 空間數(shù)據(jù)分析：它實(shí)際上就是對(duì)空間數(shù)據(jù)一系列的運(yùn)算和查詢。不同的應(yīng)用具有不同的運(yùn)算和查詢的內(nèi)容、方式和過程。GIS一般提供基本的分析功能，包括地形分析、疊加分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析和聚類分析等,GIS的功能,基本功能 圖形與交互顯示 地理信息系統(tǒng)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，

14、也可以是諸如報(bào)告、表格、地圖等硬拷貝圖件 GIS能提供一種良好的、交互式的制圖環(huán)境，以供GIS的使用者能夠設(shè)計(jì)和制作出高質(zhì)量的地圖,GIS的功能,應(yīng)用功能 位置(Location)：在某個(gè)特定的位置有什么? 條件(Condition)：符合特定條件的地方在哪里？ 變化趨勢(shì)(Trends)：從何時(shí)起發(fā)生了哪些變化？ 模式(Patterns)：對(duì)象是以何種空間模式分布的？ 模型(Models)：如果存在某些條件，結(jié)果將如何?,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 資源管理(ResourceManagement) 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

15、圖等問題。主要回答“定位”和“模式”兩類問題,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 資源配置(ResourceConfiguration) 在城市中各種公用設(shè)施、救災(zāi)減災(zāi)中物資的分配、能源保障、糧食供應(yīng)等機(jī)構(gòu)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。,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 城市規(guī)劃和管理(UrbanPlanningandManagement) 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。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、服務(wù)設(shè)施等能夠有最大的服務(wù)面(城市資源配置問

16、題)等,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 生態(tài)環(huán)境管理與模擬(EnvironmentalManagementandModeling) 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,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 應(yīng)急響應(yīng)(EmergencyResponse) 解決在發(fā)生洪水、戰(zhàn)爭(zhēng)、核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,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 地學(xué)研究與應(yīng)用(ApplicationinGeoScience) 地形分析、流域分析、土地利用研究、經(jīng)濟(jì)地理研究、空間決

17、策支持、空間統(tǒng)計(jì)分析、制圖等都可以借助地理信息系統(tǒng)工具完成,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 商業(yè)與市場(chǎng)(BusinessandMarketing) 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(wú)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 GIS的空間分析和數(shù)據(jù)庫(kù)功能可以解決這些問題,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 基礎(chǔ)設(shè)施管理(FacilitiesManagement) 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

18、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)施具有明顯地理參照特征的。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,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 選址分析(SiteSelectingAnalysis) 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,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 網(wǎng)絡(luò)分析(NewworkSystemAnalysis) 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)

19、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,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 可視化應(yīng)用(VisualizationApplication) 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)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,GIS的功能,GIS應(yīng)用領(lǐng)域 分布式地理信息應(yīng)用(DistributedGeographicInformationApplication) 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

20、共享，以及遠(yuǎn)程空間導(dǎo)航等,GIS的空間特性,空間可視化（Spatial Visualizaiton） 地理信息系統(tǒng)空間可視化功能突出了它對(duì)現(xiàn)實(shí)世界空間關(guān)系的模擬，使我們對(duì)于在空間中各事物的狀態(tài)有一個(gè)非常直觀的感受。無(wú)論是在屏幕上展示一幅可以無(wú)級(jí)縮放和信息查詢的地圖，還是展現(xiàn)一幅三維的地形模型，都使我們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界空間關(guān)系的認(rèn)識(shí)更為直觀、具體,GIS的空間特性,空間可視化（Spatial Visualizaiton） 由于GIS實(shí)現(xiàn)了空間信息和屬性信息的集成管理，并能夠完善地建立二者之間的聯(lián)系。所以GIS的空間可視化功能還包括對(duì)空間分布的地物的屬性信息的圖形可視化。 例如，利用一張中國(guó)的行政區(qū)劃圖

21、，我們可以從地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中提取各?。ㄊ?、自治區(qū)）1994年的人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算人口密度，并按人口密度的分級(jí)指標(biāo)指定不同的色彩和填充方式顯示行政區(qū)所對(duì)應(yīng)的圖斑(這實(shí)際上是一個(gè)從屬性到空間的關(guān)聯(lián)過程)，這樣空間地物的專題屬性就可以通過GIS實(shí)現(xiàn)具有空間參照信息的可視化。,GIS的空間特性,空間導(dǎo)航（Spatial Navigation） 利用GIS，我們不僅可以縱覽研究區(qū)域的全貌，還可以利用縮放和漫游等GIS所提供的基本功能深入到我們更感興趣的區(qū)域去研究。 一個(gè)完善的GIS提供了空間數(shù)據(jù)庫(kù)功能，使我們可以小比例尺查看全局，以中比例尺查看局部，以大比例尺查看細(xì)部。在比例尺不斷增大的同時(shí)，展現(xiàn)給

22、用戶的空間信息內(nèi)容會(huì)不斷更新。,GIS的空間特性,空間思維（Spatial Thinking） 地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)在存貯各地物的空間信息的同時(shí)，還存貯了地物之間的空間關(guān)系，這一特點(diǎn)為進(jìn)行空間分析提供了基礎(chǔ) 地理信息系統(tǒng)的空間思維，就是要利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)存貯的信息，通過GIS的工具(例如緩沖區(qū)分析、疊加分析)，生成新的信息,GIS的空間特性,空間思維（Spatial Thinking） 地理信息系統(tǒng)的空間思維功能使我們能夠揭示空間關(guān)系、空間分布模式和空間發(fā)展趨勢(shì)等其它類型信息系統(tǒng)所無(wú)法完成的任務(wù)。城市與區(qū)域規(guī)劃是地理信息系統(tǒng)技術(shù)體現(xiàn)空間思維特征的最典型的應(yīng)用領(lǐng)域。,GIS與其他學(xué)科的

23、關(guān)系,GIS學(xué)科“樹” ：“樹根”表示GIS的技術(shù)基礎(chǔ)，如測(cè)量學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與數(shù)學(xué)等；“樹枝”表示GIS的應(yīng)用，應(yīng)用的結(jié)果與需求返回到“樹根”；“雨滴”是每個(gè)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)來源，如各種測(cè)量如地形測(cè)量、環(huán)境測(cè)量等，并為它的發(fā)展提供了有效的手段，而地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用主要是在環(huán)境科學(xué)、地理學(xué)和社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域。,GIS發(fā)展簡(jiǎn)史,世界第一個(gè)運(yùn)行性地理信息系統(tǒng)是在1963年加拿大土地調(diào)查局為了處理大量的土地調(diào)查資料，由測(cè)量學(xué)家R.F.Tominson提出并建立的 同一時(shí)期美國(guó)哈佛大學(xué)的計(jì)算機(jī)圖形與空間分析實(shí)驗(yàn)室，建立了SYMAP系統(tǒng)軟件，竭力發(fā)展空間分析模型和制圖軟件 但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不高，存貯量小

24、，磁帶存取速度較慢，使得GIS帶有更多的機(jī)助制圖色彩、地學(xué)分析功能極簡(jiǎn)單,GIS發(fā)展簡(jiǎn)史,20世紀(jì)70年代以后，由于計(jì)算機(jī)軟硬件迅速發(fā)展，特別是大容量存貯功能磁盤的使用，為地理空間數(shù)據(jù)的錄入、存貯、檢索、輸出提供了強(qiáng)有力的手段，使GIS朝實(shí)用方向迅速發(fā)展 70年代的GIS分析功能和60年代相比，并未得到很大的擴(kuò)充，許多數(shù)據(jù)庫(kù)的容量也較小。因此，70年代可以說是地理信息系統(tǒng)的鞏固階段,GIS發(fā)展簡(jiǎn)史,20世紀(jì)80年代是GIS普及和推廣應(yīng)用的大發(fā)展階段，由于新一代高性能的計(jì)算機(jī)的普及和迅速發(fā)展，GIS也逐步走向成熟 GIS的軟硬件投資大大降低而能力明顯提高，已進(jìn)入多學(xué)科領(lǐng)域，由功能單一、比較簡(jiǎn)單的

25、分散系統(tǒng)發(fā)展成為多功能的用戶共享的綜合性信息系統(tǒng)，并向智能化發(fā)展 隨著GIS與衛(wèi)星遙感技術(shù)的結(jié)合，GIS已用于全球變化的研究與監(jiān)測(cè)。如全球沙漠化、厄爾尼諾現(xiàn)象等研究。所以，80年代是地理信息系統(tǒng)發(fā)展具有突破性的年代,GIS發(fā)展簡(jiǎn)史,20世紀(jì)90年代，GIS已成為確定性產(chǎn)業(yè)，投入使用的GIS系統(tǒng)，每23年就翻一番 GIS已滲透到各行各業(yè)，愈來愈多的國(guó)際性會(huì)議、學(xué)術(shù)刊物以GIS為主題，它已成為人們規(guī)劃管理中不可缺少的應(yīng)用工具,GIS發(fā)展簡(jiǎn)史,地理信息系統(tǒng)在我國(guó)的研制與應(yīng)用起步較晚，從70年代末開始，雖然歷史較短，但發(fā)展很快。大體分3個(gè)階段。 第一階段，從19781980年為準(zhǔn)備階段，主要是輿論準(zhǔn)備

26、，隊(duì)伍組建，開始GIS的啟蒙研究 第二階段，從19811985年為起步階段，主要對(duì)GIS進(jìn)行理論探索和區(qū)域性實(shí)驗(yàn)研究，并制定國(guó)家GIS的規(guī)范，并進(jìn)行信息采集、數(shù)據(jù)庫(kù)模型設(shè)計(jì),GIS發(fā)展簡(jiǎn)史,第三階段，是從1986年到現(xiàn)在，為GIS的全面發(fā)展階段，作為一個(gè)全國(guó)性的研究領(lǐng)域，GIS已逐步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)相結(jié)合，取得了重要進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用效益,GIS理論研究中急待解決的問題,GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法學(xué)問題 由于缺乏嚴(yán)格的工程管理和好的分析設(shè)計(jì)方法支持，導(dǎo)致了GIS軟件系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性差。這是一個(gè)長(zhǎng)期以來人們一直在盡力解決但還未解決的問題,GIS理論研究中急待解決的問題,GIS的功能問題 當(dāng)前以數(shù)據(jù)采

27、集、存儲(chǔ)、管理和查詢檢索功能為主的GIS，還不能完全滿足社會(huì)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展在空間分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應(yīng)用效益和生命力,GIS理論研究中急待解決的問題,GIS的功能問題 當(dāng)前以數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理和查詢檢索功能為主的GIS，還不能完全滿足社會(huì)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展在空間分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應(yīng)用效益和生命力 多媒體GIS的管理和操作的問題 在一個(gè)多種數(shù)據(jù)類型并存的混合系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的隨意操作和有效管理，這是現(xiàn)今信息媒體多元化新時(shí)代的突出問題,GIS理論研究中急待解決的問題,GIS地理信息的深加工問題 深加工的結(jié)果，可以

28、是結(jié)論性專題地圖，也可以是結(jié)論性專題數(shù)據(jù)集。這兩種形式都是必須的，前者提供結(jié)論性圖形信息，后者提供結(jié)論性數(shù)字信息，提供經(jīng)過深加工的結(jié)論性成果對(duì)用戶更直接和更有利,GIS理論研究中急待解決的問題,空間信息可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR） GIS可視化方面的研究主要集中在以下幾個(gè)方面： 運(yùn)用動(dòng)畫技術(shù)制作動(dòng)態(tài)地圖，可用于涉及時(shí)空變化的現(xiàn)象或概念的可視化分析 運(yùn)用VR技術(shù)進(jìn)行地形環(huán)境仿真，真實(shí)再現(xiàn)地景，用于交互式地觀察和分析，提高對(duì)地形環(huán)境的認(rèn)知效果 運(yùn)用圖形顯示技術(shù)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的不確定性和可靠性的檢查，把抽象數(shù)據(jù)可視化，由此發(fā)現(xiàn)規(guī)律 運(yùn)用圖形界面和交互式手段進(jìn)行地圖設(shè)計(jì)和編輯，以直觀的方式完成地圖設(shè)

29、計(jì)制作（如地圖顏色的可視化設(shè)計(jì)）,GIS軟件發(fā)展熱點(diǎn),GIS中面向?qū)ο蠹夹g(shù)研究 因?yàn)榭臻g信息較之傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)處理的一維信息更為復(fù)雜、繁瑣，面向?qū)ο蟮姆椒槊枋鰪?fù)雜的空間信息提供了一條直觀、結(jié)構(gòu)清晰、組織有序的方法，因而倍受重視 面向?qū)ο蟮腉IS也存在一些尚待進(jìn)一步研究的問題： 大對(duì)象的操作仍受硬件條件的限制； 對(duì)象的獨(dú)立性與粒度問題； 矢量和柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)一的、支持動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和復(fù)合對(duì)象表示的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。,GIS軟件發(fā)展熱點(diǎn),時(shí)空系統(tǒng) 傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)只考慮地物的空間特性，忽略了其時(shí)間特性。在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，如環(huán)境檢測(cè)、地震救援、天氣預(yù)報(bào)等，空間對(duì)象是隨時(shí)間變化的，而這種動(dòng)態(tài)變化規(guī)律在

30、求解過程中起著十分重要的作用,GIS軟件發(fā)展熱點(diǎn),時(shí)空系統(tǒng) 目前比較流行的作法是在現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上擴(kuò)充，如在關(guān)系模型的元組中加入時(shí)間，在對(duì)象模型中引入時(shí)間屬性。在這種擴(kuò)充的基礎(chǔ)上如何解決從表示到分析的一系列問題仍有待進(jìn)一步研究,GIS軟件發(fā)展熱點(diǎn),地理信息建模系統(tǒng)（GIMS-Geographic Information Modeling System） 通用GIS的空間分析功能對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)檫@些領(lǐng)域都有自己獨(dú)特的專用模型，目前通用的GIS大多數(shù)通過提供二次開發(fā)的工具和環(huán)境來解決這一問題，但二次開發(fā)工具的一個(gè)主要問題是它對(duì)于普通用戶而言過于困難。而GIS成功應(yīng)用到專門領(lǐng)

31、域的關(guān)鍵在于支持建立該領(lǐng)域特有的空間分析模型,GIS軟件發(fā)展熱點(diǎn),三維地理信息系統(tǒng)的研究 三維GIS是許多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)IS的基本要求。目前的GIS大多數(shù)提供了一些較為簡(jiǎn)單的三維顯示和操作功能，但這與真三維表示和分析還有很大差距。 真正的三維GIS必須支持真三維的矢量和柵格數(shù)據(jù)模型及以此為基礎(chǔ)的三維空間數(shù)據(jù)庫(kù)，解決了三維空間操作和分析問題,GIS發(fā)展趨勢(shì)與展望,GIS發(fā)展的動(dòng)力一方面來自于日益廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)IS不斷提高的要求； 另一方面，計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展為GIS提供了先進(jìn)的工具和手段 同時(shí)，由于空間技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是遙感技術(shù)的發(fā)展，提供了地球空間環(huán)境中不同時(shí)相的數(shù)據(jù)，使GIS的作用日漸突出，GIS不斷升級(jí)并能提供存儲(chǔ)、處理和分析海量地理數(shù)據(jù)的環(huán)境,GIS發(fā)展趨勢(shì)與展望,WebGIS Internet改變了我們的世界。當(dāng)前，人們的生活也已離不開Internet。大量的應(yīng)用正由傳統(tǒng)的Client/Server(客戶機(jī)/服務(wù)器)方式向Brower/Server（瀏覽器/服務(wù)器）方式轉(zhuǎn)移。GIS技術(shù)也是如此，GIS技術(shù)和Internet技術(shù)的融合，形成一種新的技術(shù)，我們稱之為WebGIS。 WebGIS是Internet和WWW技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物，是實(shí)現(xiàn)GIS互操作的一條最佳解決途徑。,GIS發(fā)展趨勢(shì)與展望