地理信息系统(GIS)技术与应用

物流信息技术与应用 第七章 地理信息系统 （ GIS） 技术与应用 第七章 地理信息系统技术与应用 第三节 第二节 第四节 第一节 GIS概述 (Geographical Information System) GIS的运行机理 GIS在物流信息系统中的作用 GIS的组成和功能 第四节 GIS工具软件 第五节 江西省万安县脐橙种植区划 包头市大气二氧化硫分布图 第一节 GIS概述 GIS的定义 GIS的分类 GIS的特征 3 1 2 第三种观点强调地理信息系统的 社会作用，认为 GIS从根本上改变 了一个组织或部门（如政府规划 部门）运作的方式。 第二种观点认为地理信息系统是信 息系统的特例。 第一种观点把地理信息系统描述为 一个工具箱，其中包含有一套用于 采集、存储、管理、处理、分析和 显示地理数据的计算机软件工具。 一、 GIS的定义 一、 GIS的定义 地理信息系统区别于其他信息系统和信息技术的四大特点： 首先， GIS具备处理地理数据的能力。 其二， GIS是在统一的地表定位坐标系统下，以 特定的数据模型输入、组织、存储和管理（包括 更新）地理数据，并允许用户根据地理空间位置 访问数据，或根据专题属性访问数据，以地图的 形式表示地理数据。 其三， GIS拥有一套特殊的用于处理和分析地理 数据的基本工具。 最后， GIS具有很强的地理数据的输出功能。 二、 GIS的分类 地理信息系统按照范围大小可分为全球的、区域 的和局部的三种。 按照表达空间数据维数，可分为 2维、 2.5维、布 满整个三维空间的真三维地理信息系统、考虑时 间维的时态地理信息系统和 4维地理信息系统。 按照地理空间数据模型或数据结构，可分为地理 相关模型、地理关系模型和面向对象模型的地理 信息系统。 按照内容来分，可以分为专题地理信息系统、综 合地理信息系统和地理信息系统工具。 1）专题地理信息系统（ Thematic GIS），是具有有限目标 和专业特点的地理信息系统，为特定的专门目的服务。 森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、矿业资 源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系 统、水土流失信息系统等。 2）区域信息系统（ Regional GIS），主要以区域综合研究 和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模，如国家级 的、地区或省级的、市级和县级等为各不同级别行政区服 务的区域信息系统；也可以按自然分区或流域为单位的区 域信息系统。 区域信息系统如加拿大国家信息系统、中国黄河流域信 息系统等。许多实际的地理信息系统是介于上述二者之间 的区域性专题信息系统，如北京市水土流失信息系统、海 南岛土地评价信息系统、河南省冬小麦估产信息系统等。 三、 GIS的特征 地理信息系统具有采集 、 管理 、 分析和输出多 种地理信息的能力 ， 具有空间性和动态性 。 地理信息系统由计算机系统支持进行空间地理 数据管理 ， 并由计算机程序模拟常规的或专门 的地理分析方法 、 作用与空间数据 ， 产生有用 信息 。 地理信息系统以地理研究和地理决策为目的 ， 以地理模型方法为手段 ， 具有空间分析 、 多要 素综合分析和动态预测的能力 ， 并能产生高层 次的地理信息 。 地理信息系统在分析处理问题中使用了空 间数据与属性数据 ， 并通过数据库管理系 统将两者联系在一起共同管理 、 分析和应 用 ， 从而提供了认识地理现象的一种新的 思维方法 。 地理信息系统强调空间分析 ， 通过利用空 间解析式模型来分析空间数据 ， 地理信息 系统的成功应用依赖于空间分析模型的研 究与设计 。 No Imag e 三、 GIS的特征 第二节 GIS的组成和功能 计算机硬件系统 计算机软件系统 地理空间数据（数据库） GIS应用模型 GIS用户 一个典型的、完整的 GIS，其基本组 成一般包括以下 5个主要部分： （ 1）硬件系统 （ 2）计算机软件系统 地理信息系统软件和其他支持软件 包括通用的 GIS软件包，也可以包括数据库管理系统、计 算机图形软件包、计算机图像处理系统、 CAD等，用于支 持对空间数据输入、存储、转换、输出和与用户接口。 应用分析程序 是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编 制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与 延伸。 （ 3）系统开发、管理和使用人员 GIS不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型。需要 人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、 应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息， 为研究和决策服务。 对于合格的系统设计、运行和使用来说，地理信息系统专 业人员是地理信息系统应用的关键，而强有力的组织是系 统运行的保障。一个周密规划的地理信息系统项目应包括 负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、 系统用户化的应用工程师以及最终运行系统的用户。 （ 4）空间数据 是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会 和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、 表格和数字等。它是由系统的建立者通过数字化 仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他系统通讯输入 GIS，是系统程序作用的对象，是 GIS所表达的现 实世界经过模型抽象的实质性内容。 在 GIS中，空间数据主要包括：某个已知坐标系 中的位置、实体间的空间关系等。 GIS的功能 数据处理与编辑 2 数据输入 1 数据存储与管理 3 空间查询与分析 4 数据显示与输出 5 （ 1）数据采集、监测与编辑 主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据 在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。 一般而论，地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投 资的 70%或更多，并且这种比例在近期内不会有明显的改 变。 （ 2）数据处理 初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。 （ 3） 数据存储与组织 涉及到空间数据和属性数据的组织 。 栅格模型 、 矢量模 型或栅格 /矢量混合模型是常用的空间数据组织方法 。 （ 4） 空间查询与分析 （ 5）图形与交互显示 地理信息系统为用户提供了许多用于地理数据表现的工具， 其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表 格、地图等硬拷贝图件。 第三节 GIS的运行机理 地理空间概述 地理空间数据模型 地理空间的数据结构 地理空间数据库 地理数据的分类与编码 一 二 三 四 五 地理空间数据的获取和处理 六 一、地理空间概述 GIS中的地理空间是指经过投影变换后 ， 在笛卡儿坐标系中的地球表层特征空间 。 它是定义在地球表层目标集上的关系 ， 即 地理世界以实体为单位进行组织 ， 将客观 世界作为一个整体看待 ， 每一个实体不仅 具有空间位置属性和空间上的联系 ， 更重 要的是它与其他实体还具有逻辑上的语义 联系 ， 它还具有时间属性 。 一、地理空间概述 地理空间定性框 架 即大地测量控 制，由平面控制 网和高程控制网 组成。 地理空间特征实体 表示地 理空间信息的几何形态、 时空分布规律及其相互之 间的关系，指具有形状、 属性和时序性的空间对象 或地理实体，包括点、线、 面、体。 GIS中的地理空间一般包括 地理空间定位 框架 及其所联结的 地理空间特征实体 。 二、地理空间数据模型 GIS空间数据模型由三个有机联系的层次所组成： 广为采用的数据模型是基于平面 图的矢量数据模型和基于连续铺 盖的栅格数据模型。 可将空间逻辑数据模型分为采 用结构化模型和面向操作的模 型两大类。 逻辑数据模型并不涉及员底层的物理实现细节，但计算机处理的是二 进制数据，必须将逻辑数据模型转换为物理数据模型，即要设计空间 数据的物理组织、空间存取方法、数据库总体存储结构等。 概念数据 模型 逻辑数据 模型 物理数据 模型 三、地理空间的数据结构 基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。 矢量数据结构是通过记录坐标的方式来表示点、 线、面等地理实体空间分布的一种数据组织方 式。 矢量数据结构的获取方法主要有：手工数字化 法、手扶跟踪数字化法、数据结构转换法。 矢量数据结构 三、地理空间的数据结构 栅格结构又称为网格结构 （ raster或 grid cell） 或象元结构 （ pixel） ， 是指将地球 表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列 ， 每个网格作为一个象元或象素 ， 由行 、 列 号定义 ， 并包含一个代码 ， 表示该象素的 属性类型或量值 ， 或仅仅包含指向其属性 记录的指针 。 栅格数据结构 三、地理空间的数据结构 矢量栅格一体 化数据结构 四、地理空间数据库 GIS数据库是指以特定的信息结构和数 据模型 （ 关系模型 、 面向对象模型等 ） 来 表达 、 存储和管理从地理空间中获取的某 类空间信息 ， 以满足 Internet和 Intranet 上的不同用户对空间信息需求的数据库 。 四、地理空间数据库 GIS数据库除了一般数据特征外 ， 还具有一些区别 于其他一般数据库的特征 ， 表现在以下七个方面： 空 间 特 征 抽 象 特 征 空 间 关 系 特 征 多 尺 度 与 多 态 性 非 结 构 化 特 征 分 类 编 码 特 征 海 量 数 据 特 征 五、地理数据的分类与编码 类型名称 可以根据地理实体的形态 （ form） 或功能 （ function） 而定 。 分类体系的 描述 部分描述各类地理 实体的基本功能和性质 。 地理数据的分类体系由两部分组成： 类型名称 和 描述 。 五、地理数据的分类与编码 地理数据编码是在数据分类的基 础上 ， 以易于计算机和人识别的代 码 （ code） 唯一地标识地理实体的 类型 。 六、地理空间数据的获取和处理 数据源 是指建立 GIS地理数据库所需的各 种数据的来源，主要包括地图、遥感图像、 文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数 据、已有系统的数据等，可归纳为原始采集 数据、再生数据和交换数据三种来源。 六、地理空间数据的获取和处理 空间数据采集 的任务是将现有的地图 、 外界观测成果 、 航空像片 、 遥感图像 、 文 本资料等转换成 GIS可以处理与接收的数 字形式 ， 通常要经过验证 、 修改 、 编辑等 处理 。 六、地理空间数据的获取和处理 图形变换 数据格式 的转换 图像解释 图像纠正 图幅拼接 空间数据 的处理 第四节 GIS在物流信息系统中的作用 二、 GIS物流管理系统的特点与结构 一、 GIS和企业物流的联系 三、 GIS技术与数字物流 四、 面向物流分析的 GIS系统 一、 GIS和企业物流的联系 由于物流对地 理空间有较大 的依赖性 ， 采 用 GIS技术建立 企业的物流管 理系统可以实 现企业物流的 可视化 、 实时 动态管理 。 生 产 物 料 需 求 计 划 物 料 需 求 计 划 计 算 模 块 拣 货 单 （ 种 类 、 数 量 、 顺 序 ） 配 送 计 划 （ 拣 货 单 号 、 拣 货 路 线 、 配 送 路 线 ） 出 库 单 据 配 送 计 划 拣 货 计 划 组 合 策 略 每 个 工 位 的 需 求 物 料 计 划 每 个 工 位 的 需 求 计 划 按 工 位 和 时 间 排 序 工 位 位 置 仓 库 管 理 储 位 位 置 检 查 每 个 工 位 的 在 线 物 料 数 据 物 料 清 单 二、 GIS物流管理系统的特点与结构 1.图形显示输出上的优势 2.分析功能上的优势 3.模型模拟上的优势 在物流管理领域，与单纯的数据库及 CAD技 术相比， GIS具有独特的技术优势。 GIS物流管理系统的特点 采用 GIS建立的物流管理系统主要的特点是 在 GIS的可视化环境中对企业的物流进行可 视化、实时动态管理。这种动态包含时间 动态和空间动态。 时间动态 和传统方式相比，所有的数据都 可以更新。 空间动态 是指 GIS的地图或空间图形的显示 和分析能力。 GIS物流管理系统的结构 整个 GIS物流管理系统一般由 终端 、 物流控制中心 和 物流管理台 组成。 终端 包括各种通信器材和处于局域网中的终端计 算机。 物流控制中心 主要是高性能的服务器或大型机， 运行大型数据库系统，负责各种数据、调度信息 的存储和调用任务。 物流管理台 是监控和调度目标运行的终端，其实 质是一个能接收并显示动态信息的 GIS平台。 三、 GIS技术与数字物流 物流行业的 GIS系统一般都包括公路、铁路、 水路、海域、航空等交通信息、储运资源信 息（汽车、轮船、仓库等）、服务资源信息 （营运网点、生产工厂等）以及后勤资源信 息（加油站、修理厂等）等。 由于整套系统全部是数字化的，这就使得用 户有多种方式进行查询和统计，系统输出也 可以人工控制，屏蔽不需要的信息，显示需 要的，并且可以图表与数据结合，在数字地 图上直接表示出来。 四、 面向物流分析的 GIS系统 集成的模型： 车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模 型、分配集合模型和设施定位模型等。 主要功能： （ 1）车辆和货物跟踪 （ 2）提供运输路线规划和导航 规划出运输线路，使显示器能够在电子地图 上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和 运行方法。 四、 面向物流分析的 GIS系统 （ 3）信息查询 对配送范围内的主要建筑、运输车辆、客户 等进行查询，查询资料可以文字、语言及图象 的形式显示，并在电子地图上显示其位置。 （ 4）模拟与决策 可利用长期客户、车辆、订单和地理数据等 建立模型来进行物流网络的布局模拟，并以此 来建立 DSS。 第五节 GIS工具软件 1） ESRI产品系列 （ Environmental Systems Research Institute Inc.）于 1969 年成立于美国加利 福尼亚州的 Redlands市，公司主要从事 GIS工具软件的开发和 GIS数据生产 。 ArcView GIS用户界面 GIS工具软件 2） Mapinfo产品系列 MapInfo公司于 1986年成立于美国特 洛伊 (Troy)市，成立以来，该公司一直致 力于提供先进的数据可视化、信息地图化 技术，其软件代表是桌面地图信息系统软 件 MapInfo。 GIS工具软件 3） Intergraph产品系列 Intergraph公司成立于 1969年，总部 位于美国阿拉巴马州的汉斯维尔市，公司 致力于计算机辅助设计、制造以及专业制 图领域的硬件软件以及服务支持。 Intergraph提供的 GIS产品包括专业 GIS系 统（ MGE），桌面 GIS系统 （ GeoMedia），以及因特网 GIS系统 （ GeoMedia Web Map）。 MapInfo Professional用户界面 GeoMedia用户界面 GIS工具软件 4） MapGIS 中国地质大学开发的地理信息系统软件。 5） GeoStar （吉奥之星） 武汉测绘科 技大学开发。