p01第一章地理信息系统概论课件

地理信息系统概论地理信息系统概论1地理信息系统的重要性1.GIS架起了地理学和现代信息科学之间的桥梁，是地理学定量化、空间化，由传统走向现代的必要技术手段；2.它可以在空间尺度上，综合处理各类地理信息，这对于弥合区域与系统、人文与自然之间的分裂状态将起到很大作用;3.GIS具有广阔的应用领域，资源、环境、土地，农业、城市管理和规划等部门都需要GIS技术。是解决解决资源、环境和人口等问题的重要工具；地理信息系统的重要性GIS架起了地理学和现代信息科学之间的桥2地理信息系统的重要性（续）4.GIS是现代信息科学的重要研究领域，已经形成和正在形成一个新的信息技术领域，据统计，80以上的信息都和地理相关，需要GIS技术来处理；5.正在兴起的地球信息科学和席卷全球的数字地球浪潮主要以GIS为技术依托。大大大大规模规模规模规模交易交易交易交易处理处理处理处理地理信息系统的重要性（续）GIS是现代信息科学的重要研究领域3教材和参考资料1.黄杏元等，地理信息系统概论（面向21世纪教材）2.邬伦，地理信息系统原理、方法和应用（科学出版社）3.龚健雅，地理信息系统基础.北京：科学出版社，20014.郭达志等，地理信息系统基础与应用.北京：煤炭工业出版社，1997教材和参考资料黄杏元等，地理信息系统概论（面向21世纪教材）4参考网址http:/202.201.4.2/Gistutor（其中包含美国NCGIA的GIS核心课程）参考网址http:/202.201.4.2/Gistuto5本课程旨在使学生掌握地理信息系统的基本原理、技术方法和实际应用，了解其主要应用领域和发展方向，并为从事GIS的地理学应用和应用型地理信息系统的开发奠定基础。具体要求如下：u了解地理信息系统的基本原理，包括空间数据的语义学基础、GIS的科学定义、空间关系和空间对象的表达、空间数据结构和类型、空间分析原理和地学模型方法等；u掌握地理信息系统的基本技术和方法，具有应用ArcInfo、SuperMap软件从事空间数据的采集、存储与管理、处理、分析和图形创造的基本技能；u初步具有应用GIS技术开展地学研究的能力，包括地学应用模型的构建，应用型GIS的设计，主要GIS软件系统的使用和评价等。基本要求本课程旨在使学生掌握地理信息系统的基本原理、技术方法和实际应6第一章绪论绪论第一节第一节第一节第一节 地理信息系统的概念地理信息系统的概念地理信息系统的概念地理信息系统的概念第二节第二节第二节第二节 GISGIS的构成的构成的构成的构成第三节第三节第三节第三节 GISGIS的功能的功能的功能的功能第四节第四节第四节第四节 GISGIS的历史发展趋势的历史发展趋势的历史发展趋势的历史发展趋势第五节第五节第五节第五节 GISGIS的主要应用领域的主要应用领域的主要应用领域的主要应用领域 第六节第六节第六节第六节GISGIS的效益评估方法的效益评估方法的效益评估方法的效益评估方法第一章绪论第一节地理信息系统的概念7第一节地理信息系统概念一、数据、信息、系统、信息系统、地理信息一、数据、信息、系统、信息系统、地理信息二、地理信息系统的定义二、地理信息系统的定义三、地理信息系统的特征三、地理信息系统的特征四、地理信息系统的分类四、地理信息系统的分类五、五、GIS和其它相关学科的关系和其它相关学科的关系第一节地理信息系统概念一、数据、信息、系统、信息系统、地理8一、数据、信息、系统、信息系统、地理信息1.数据（数据（Data）是指对某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数值、字符、图像、图形、声音、视频等。在计算机中数据按符号进行存储和处理。一、数据、信息、系统、信息系统、地理信息1.数据（Da92.2.信息（信息（InformationInformation）狭义信息论的定义：两次不定性之差，即指人们获得信息前后对事物认识的差别。广义信息论的定义：指主体（人、生物、机器）与客体（环境、其他人、生物或机器）之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物性质、特征和状态的一种普遍形式。信息和数据不可分离，信息是数据的内涵，而数据是信息的表达方式。数据是客观对象的表示，数据是客观对象的表示，数据在得到解释之后，才能变成信息。2.信息（Information）狭义信息论的定义：两次不103.3.系系统(System)(System)相互联系的若干要素所构成的、具有特定功能的整体。系统仅指计算机信息系统，而且还包括其他系统，比如一个学校就是一个系统，还有生态系统，地理系统等等3.系统(System)相互联系的若干要素所构成的、具有特114.4.信息系信息系统(Information SystemInformation System)信息系统指具有处理、管理和分析数据能力，能够为决策提供有用信息的系统；信息系统不一定是计算机信息系统；计算机信息系统，是为实现某种特定功能，由必要的人、计算机、数据、方法或程序按一定关系联系起来进行工作的集合体，要素之间的关系通过信息流实现。4.信息系统(InformationSystem)信息125.5.地理信息地理信息(Geographical Geographical Information)Information)表征地理系统诸要素的数量、质量、状态、分布特征、相互关系和变化规律的各类信息，其基本特征是具有空间定位信息；地理信息又叫空间信息(SpatialInformation)。但空间信息和不注重信息的地理意义。5.地理信息(GeographicalInformati13地理信息的特点地理信息的特点1.地理信息属于空间定位信息，也就是说，地理信息包含着位置信息，地理信息可以在地图上表示出来，是可地图化的。v位置信息不但具有二维空间位置的特征，还具有第三维特征。v位置信息的具有精度特征，这种精度取决于输入地图的比例尺。2.专题特征，地理信息具有属性信息，这种属性信息在地理信息系统中以分层的方式表示出来，不同的专题信息往往具有不同的量度方式。3.多时序特征：地理要素随时间而变化，因此作为表示地理要素特征的地理信息也具有时序特征。地理信息的特点地理信息属于空间定位信息，也就是说，地理信息包14地理信息的特点（空间属性）地理信息的特点（空间属性）空间数据空间数据属性数据属性数据空间数据和属性数据的综合体GIS是是GISName Address Town St.Zip Name Address Town St.Zip 空间和属性都随时间而变化空间和属性都随时间而变化空间和属性都随时间而变化空间和属性都随时间而变化地理信息的特点（空间属性）空间数据属性数据空间数据和属性数15二、GIS的定义GISGIS：Geographical Information SystemGeographical Information SystemESRIESRI的定义：的定义：的定义：的定义：地理信息系统是计算机硬件、软件、地理数据和人的有机组合，用来有效地获取、存储、更新、处理、分析和显示所有与地理（空间）有关的各类信息。二、GIS的定义GIS：GeographicalInfo16黄兴元的定义黄兴元的定义地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理（地理空间相关）问题。黄兴元的定义地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术17张超的定义张超的定义以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、分析、模拟和显示；并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策而建立起来的计算机技术系统。张超的定义以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，18定义的比较uESRI：侧重于GIS的组成和具体技术u黄兴元；侧重GIS的学科基础和实际应用u张超：提出了空间数据库的概论，也提出了地理信息模型，即地理空间模拟的思想；定义的比较ESRI：侧重于GIS的组成和具体技术19三、地理信息系统的特征三、地理信息系统的特征1.地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生的边缘学科，因此它明显的体现出多学科交叉的特征，这些交叉学科的基础理论同样构成地理信息系统的基础理论体系；2.地理信息系统通常是指计算机化的信息系统，需要得到计算机硬件和软件系统的支持。地理信息系统中，信息的流动及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真；三、地理信息系统的特征地理信息系统是传统科学与现代技术相结合20三、地理信息系统的特征（续）三、地理信息系统的特征（续）3.处理的对象为地理空间信息。地理信息系统用于处理地球表层这一特定空间内各种地理现象的信息。系统中的数据组织均以地理坐标为参照系，地理信息系统中还必须考虑各地理要素的空间关系；4.地理信息系的核心组成是地理数据库，包括属性数据库，图形数据库和遥感影像数据库，地理信息系统提供在统一的平台综合处理处理这些信息的能力，这是地理信息系统不同于其他信息系统的重要一点。三、地理信息系统的特征（续）处理的对象为地理空间信息。地理信21三、地理信息系统的特征（续）三、地理信息系统的特征（续）5.地理信息系统具体有强大的制图功能，完全可以代检查传统制图和一般意义上的机助制图技术，地理信息系统可以根据实际需要设计生产产各种地图、图表、文字等信息；6.地理信息系统必须具有空间分析功能，正是空间分析功能，是地理信息系统区别于机助制图系统，也正是空间分析功能赋予地理信息系统以强大的生命力；三、地理信息系统的特征（续）地理信息系统具体有强大的制图功能22三、地理信息系统的特征（续）三、地理信息系统的特征（续）7.空间模拟：地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。地理信息系统可以依据系统应用模型，快速模拟自然过程的演变和过程，取得地理预测和实验的结果；8.通过GIS选择优化方案，避免不合理的决策，解决与资源、环境、社会、经济和人口有关的实际应用课题，构成决策支持系统。三、地理信息系统的特征（续）空间模拟：地理信息系统是整个地球23四、地理信息系统的分类四、地理信息系统的分类1.按所选数据结构分类Little(1978)、Tomlinson(1982)、Wiber(1979)按系统所选数据结构的类型将地理信息系统分为：l多边形，即矢量性地理信息系统l格网，即栅格性地理信息系统l兼有矢量性功能又有栅格性功能。四、地理信息系统的分类1.按所选数据结构分类24矢量图栅格图矢量数据和栅格数据比较图示矢量图栅格图矢量数据和栅格数据25Zip CodeZip CodeCentroidCentroid94102941029410394103点线面集合矢量数据ZipCode9410294103点矢量数据262.2.按照用途分按照用途分类自然资源地理信息系统、城市地理信息系统、土地管理地理信息系统、经济区划地理信息系统等等，亦即专题性地理信息系统。2.按照用途分类自然资源地理信息系统、城市地理信息系统、273.3.常用分常用分类方法方法n综合性地理信息系统：指按统一的标准存储和处理国家范围内的各种自然和社会经济要素，以提供全国性的咨询服务。如我国自然环境综合信息系统等。n区域性地理信息系统：它以某个地区，包括自然区、行政区和任意区，作为研究范围，围绕某个专题而设计的地理信息系统。主要为区域研究、管理和规划提供服务。如城市建设与规划地理信息系统。n专题性地理信息系统：指以某一专业、任务和现象为研究内容而设计的系统，如美国地震数据分析系统、森林管理信息系统。3.常用分类方法综合性地理信息系统：指按统一的标准存储28五、五、GISGIS和其他学科的关系和其他学科的关系地理学GIS遥感技术摄影测量学数学和统计学地图学计算机科学专家系统计算机图形学计算机辅助设计数据库技术软件工程地理信息系统实质是一种现代技术和传统学科的综合，地理信息系统实质是一种现代技术和传统学科的综合，是跨越是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科，其涉及的领域地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科，其涉及的领域包括：包括：五、GIS和其他学科的关系地理学GIS遥感技术摄影测量学数学29五、五、GISGIS和其他学科的关系（和其他学科的关系（续）1)地理学：研究地理现象的空间分布和空间关系的传统学科；2)地图学：研究空间信息的显示和输出，地图是目前GIS最主要的信息源，数字制图实质是GIS的前身；3)遥感：遥感是GIS的主要数据源，图像处理的方法大多被GIS的空间分析方法所采用；4)测量学：获取空间数据的必要条件。同时也奠定了GIS空间数据模型的数学基础；五、GIS和其他学科的关系（续）地理学：研究地理现象的空间分30五、五、GISGIS和其他学科的关系（和其他学科的关系（续）5)数学：主要有几何学和图论等；6)统计学：统计方法是GIS空间分析的基本方法，统计检验也利于GIS空间数据不确定性和误差检验；7)计算机科学：包括CAD、DBMS、计算机图形学、软件工程、专家系统、网络和操作系统等；8)其它相关应用学科：如城市规划，土地管理等。五、GIS和其他学科的关系（续）数学：主要有几何学和图论等；311.1.遥感、全球定位系遥感、全球定位系统与与GISGIS的关系的关系遥感：地理信息的获取手段、是地理信息系统的重要信息源，有利于数据的快速更新，但是，遥感图像分类中地理信息的参与可以提高分类精度。GPS：地理定位和信息采集，实时GIS的基本工具1.遥感、全球定位系统与GIS的关系遥感：地理信息的获取手322.2.GISGIS和自和自动制制图系系统的关系的关系在自动制图系统(Cartography)中，地理要素的空间信息以数字化的形式存在，通过制图要素的选择、分类、简化和指定符号来实现快速绘制地图。但是自动制图系统不能管理作为地理信息重要内容的属性信息。不能进行地理现象的空间分析。其所具有的制图功能，通过GIS软件完全可以实现。但从GIS的发展来看，GIS是在自动制图系统的基础上发展起来的。因此它们之间存在着千丝万屡的联系。2.GIS和自动制图系统的关系在自动制图系统(Cartog333.3.GISGIS和数据和数据库管理系管理系统的关系的关系数据库管理系统(DBMS)：数据库系统是地理信息系统的基础，地理信息系统的处理对象保存在地理数据库中，目前的数据库系统已经演化为空间数据库系统，既能处理普通的属性信息，又能管理空间位置信息，甚至具有智能化特征。但数据库管理系统大多不具备地图显示的功能，更不能进行针对位置信息的空间分析。3.GIS和数据库管理系统的关系数据库管理系统(DBMS34第二节GIS的构成一、硬件环境一、硬件环境二、软件系统二、软件系统三、空间数据三、空间数据四、应用模型四、应用模型五、人员和用户界面五、人员和用户界面硬件系统硬件系统软件系统软件系统应用模型应用模型GIS用户用户GUIGUI空间数据空间数据DBMSDBMS第二节GIS的构成一、硬件环境硬件系统软件系统应用模型GI35一、硬件环境一、硬件环境1.计算机计算机服务器、小型机、图形工作站、微机等。用于输入、数据采集、建库、数据管理、查询、空间分析、决策支持、上网、制作专题图2.2.数据输入设备数据输入设备键盘、数字化仪（幅面、分辨率、数据格式）、扫描仪（分类：黑白与彩色、平板式与滚筒式，分辨率、数据格式）、解析和数字摄影测量仪、GPS接收仪一、硬件环境1.计算机36一、硬件环境（续）3.数据存储设备数据存储设备磁盘DISK（软磁盘、硬磁盘）、磁带Tape、光盘4.数据输出设备数据输出设备图形图像显示系统、硬拷贝输出设备（打印机、绘图机）5.交互设备交互设备鼠标器、跟踪球与游戏杆、VR设备、触摸屏一、硬件环境（续）3.数据存储设备37GISGIS的主要应用程序及与硬件的关系的主要应用程序及与硬件的关系输入、数据采集（数字化仪、扫描仪）建库、数据管理（服务器、工作站）查询、空间分析（服务器、工作站）决策支持、上网（服务器、工作站）制作专题图（服务器、工作站）输出（绘图仪）GIS的主要应用程序及与硬件的关系输入、数据采集（数字化仪、38二、软件系统二、软件系统1.操作系统操作系统的功能：硬件资源的管理、承担硬件与软件交互和用户接口等功能。正如所有应用软件必须运行在某个操作系统之上一样，不同的GIS软件也必须运行在某种操作系统之上：GIS运行主要操作系统MS DOS、Windows95/98、WindowsNT/2000、OS/2、MacSystem、UNIX二、软件系统1.操作系统392.GIS2.GIS软件工具包软件工具包GIS软件需要考虑的功能基本功能支持的数据类型对网络的支持用户界面命令行接口(Command line)文本菜单(Text menu)图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)网络用户界面(Network User Interface，NUI)空间分析分析功能的强弱2.GIS软件工具包GIS软件需要考虑的功能40二、软件系统（常见软件介绍）二、软件系统（常见软件介绍）1.ARCGIS：ARCGIS是美国环境系统研究所（EnvironmentalSystemResearchInstitute,Co.，简称ESRI），已连续数年稳居GIS市场占有率的第一位。在软件中提出的概念、思想已深刻影响着其它GIS类型后继软件的开发。2.ArcViewGIS：ESRI桌面型GIS3.GENAMAP：AustraliaGenesysInc4.MicroStation/MGE：IntergraphInc.5.RIS(RationalInterfaceSystem)二、软件系统（常见软件介绍）ARCGIS：ARCGIS是美国41二、软件系统（常见软件介绍续）二、软件系统（常见软件介绍续）6.GeoMedia：多用于市政和城市规划部门7.MAPINFO：MAPINFOInc.桌面型GIS,由于其数据结构，基本不具备空间分析功能。但由于造价低，在国内市场占有率较高。8.IDRISI：美国Clerk大学9.GEOSTAR：武汉测绘大学GIS研究中心10.MAPGIS：中国地质大学（武汉）信息工程学院11.SuperMap：科学院超图公司二、软件系统（常见软件介绍续）GeoMedia：多用于市政和42不同软件公司的市场份额不同软件公司的市场份额43三、空间数据三、空间数据空间数据库空间数据(SpatialData)是GIS的基础和核心，是GIS的各项功能赖以实现的基础，也是占用经费和时间最多的一项。由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。三、空间数据空间数据库空间数据(SpatialData44u超过70%的GIS项目资金用于数据采集和数据管理u数据库是GIS最主要的资产从上可知：地理信息系统首先是一个数据库解决方案,其次才是一个地理化应用来自Harlow报告真正的数据库问题超过70%的GIS项目资金用于数据采集和数据管理真正的数据45四、应用模型由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。四、应用模型由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项46五、人员和用户界面五、人员和用户界面 GISGIS的使用比较复杂，需要具有一定的经验和许多专门知识；的使用比较复杂，需要具有一定的经验和许多专门知识；地理学、地图学、计算机和信息科学等方面的知识；地理学、地图学、计算机和信息科学等方面的知识；使用使用GISGIS软件的经验；软件的经验；空间数据模型和空间数据库的结构；空间数据模型和空间数据库的结构；能够利用能够利用GISGIS进行空间分析。进行空间分析。由菜单式、命令式或表格式的图形用户界面所组成，是用以实现人由菜单式、命令式或表格式的图形用户界面所组成，是用以实现人机对话的工具。机对话的工具。五、人员和用户界面GIS的使用比较复杂，需要具有一定的经验47第三节、GIS的基本功能 一、数据输入、编辑和更新二、数据转换三、数据存储和数据库管理四、空间信息的处理和变换五、空间信息的浏览和查询六、信息显示和输出七、空间分析和空间模拟八、二次开发功能第三节、GIS的基本功能一、数据输入、编辑和更新48一、数据输入和编辑由于GIS是用来处理空间数据的计算机系统，因此空间数据的输入、编辑和更新是GIS的基础，是其他功能赖以实现的前提。一、数据输入和编辑由于GIS是用来处理空间数据的计算机系统，49一、数据输入、编辑和更新（续）数据输入必须容许输入多个数据源和多种格式的数据，如：地图图形数据；遥感图像数据；栅格数据；文字、数据等属性数据。数据输入还必须提供多种输入方式，常见的输入方式有：纸介质地图的数字化输入；相片的扫描输入；键盘的直接输入；GPS的数据接收等。一、数据输入、编辑和更新（续）数据输入必须容许输入多个数据源50二、数据转换数据转换和数据输入、更新紧密相连，任何GIS系统都有其内置的数据格式，某个系统所用的数据不能在其它类型的系统直接使用。为了利用已有的数据资源，特别是许多珍贵的商业数据，达到数据共享的目的，GIS软件应该提供数据格式转换的功能。为了方便地实现数据转换，目前国际上成立了空间数据转换标准委员会（SDTS），以建立公认的空间数据标准。数据转换还包括同一系统中不同格式数据的转换，如矢量数据和栅格数据之间的转换。二、数据转换数据转换和数据输入、更新紧密相连，任何GIS系统51三、数据存储和数据库管理数据存贮和组织的重要性是由于空间数据的复杂性：数据量大、内容的多变（分层多变）、格式多变、量度方式和比例的多变，对GIS数据的存贮和管理有两个要求：不同位置和不同分层（属性类别）的信息必须按其空间关系和逻辑关系很好组织，以便有效，准确的提取特定位置和特定内容的信息；同一信息的地理数据随尺度和格式而变化，这些信息必须按逻辑地关联起来，以便有效处理。要能存储和处理不同格式的空间数据：矢量、栅格、图像、和属性等最新发展趋势：空间数据库系统，其核心是空间索引技术和多层逻辑关联技术。三、数据存储和数据库管理数据存贮和组织的重要性是由于空间数据52管理海量数据管理海量数据管理海量数据53四、空间信息的处理和变换1空间信息的重分类和分级2.空间信息的复合和分割3.空间信息的投影和坐标变换4.属性信息的处理四、空间信息的处理和变换1空间信息的重分类和分级541.空间信息的重分类和分级对空间信息进行分类、分级，以便于信息显示和信息分析。1.空间信息的重分类和分级对空间信息进行分类、分级，以便于552.2.空空间信息的复合和分割信息的复合和分割将空间信息进行复合和分割，以产生新的可用信息和便于分析处理。2.空间信息的复合和分割将空间信息进行复合和分割，以产生新563 3.空间信息的投影和坐标变换空间信息的投影和坐标变换在进行制图和空间分析之前，需要将各相关专题转换为相同的投影；支持动态投影是面前的发展趋势3.空间信息的投影和坐标变换在进行制图和空间分析之前，需要574.4.属性信息的处理属性信息的处理属性数据属性数据Name Address Town St.Zip Name Address Town St.Zip 属性信息的显示、分析（统计分析、统计图形）以及查询等等4.属性信息的处理属性数据NameAddre58五、信息的浏览和查询空间信息的查询空间信息的查询1.已知属性查位置2.已知位置查属性3.根据属性信息进行条件查询4.根据空间关系，用某一专题查询另一专题的内容五、信息的浏览和查询空间信息的查询59六、信息显示和输出GIS软件提供空间数据显示的功能，空间信息在计算机中以数据的形式存储，经过处理后以以下方式显示:表格；文字报告；统计图表；电子地图；图像；三维动态输出是目前GIS的研究方向；WEB方式输出代表了目前GIS的又一发展方向。六、信息显示和输出GIS软件提供空间数据显示的功能，空间信息60一切信息都可以可视化一切信息都可以可视化61地图整饰地图整饰地图整饰62七、空间分析和空间模拟空间分析功能使GIS的生命力所在。GIS中空间分析是目前GIS界最热门的研究领域，有许多工作可作。目前成熟的GIS软件具有以下空间分析功能。空间分析因所使用的数据模型而不同（矢量数据模型或者栅格数据模型）七、空间分析和空间模拟空间分析功能使GIS的生命力所在。GI631 1、基于矢量数据模型的空间分析功能、基于矢量数据模型的空间分析功能叠置分析缓冲区分析相邻性分析网络分析1、基于矢量数据模型的空间分析功能叠置分析64动态分段动态分段动态分段65路径分析路径分析路径分析662 2、基于栅格数据模型的空间分析功能、基于栅格数据模型的空间分析功能栅格计算数字地面模型流域模型扩散模型2、基于栅格数据模型的空间分析功能栅格计算67格网分析格网分析格网分析68生成数字地面模型生成数字地面模型生成数字地面模型69断面分析断面分析断面分析70三维地下体分析三维地下体分析三维地下体分析71八、GIS二次开发功能u大多数GIS软件都支持二次开发，开发方式包括：采用其内置的开发语言通用开发语言八、GIS二次开发功能大多数GIS软件都支持二次开发，开发方72第四节第四节GISGIS的发展和发展趋势的发展和发展趋势一、国际一、国际GIS的发展阶级的发展阶级二、二、GIS在中国的发展在中国的发展三、三、GISGIS的发展趋势的发展趋势第四节GIS的发展和发展趋势一、国际GIS的发展阶级73一一 、国际、国际GISGIS的发展阶级的发展阶级1.60年代GIS处于起步阶段2.70年代GIS处于发展阶段3.80年代GIS普及和推广4.90年代GIS产业化，理论体系逐步形成5.本世纪地理信息科学产生一、国际GIS的发展阶级1.60年代GIS处于起步阶段741.601.60年代年代GISGIS处于起步阶段处于起步阶段地理信息系统是在北美首先发展起来的。1963年，加拿大R.F.Tomlinson首次提出GIS这一术语,并建立了世界上第一个地埋信息系统CGIS，用于处理大量土地调查资料；稍后,美国哈佛大学计算机图形学与空间分析实验室研制出SYMAP系统，这是一个通用的地图制图软件包，但竭力发展空间分析模型和的及开发相应的软件；1968年国际地理联合会(IGU)成立了地理数据收集和处理委员会，对促进地理信息系统的发展起了很大作用。1.60年代GIS处于起步阶段地理信息系统是在北美首先发752.702.70年代年代GISGIS处于于发展展阶段段70年代不同规模、不同专题和不同类型的地理信息系统在发达国家纷纷研制成功。美国、加拿大、英国等发达国家对GIS的研究投入大量的人力、物力、财力，地理信息系统开始走向实用化。这一阶段，GIS的功能并没有得到很大发展，数据库的规模还比较小。2.70年代GIS处于发展阶段70年代不同规模、不同专题763.803.80年代年代GISGIS普及和推广普及和推广资源环境问题的日益严重性、城市化的步伐加快，信息化社会的来临，特别是由于计算机的迅速普及，高性能的微机开始问世，GIS技术开始走向成熟，并在全球范围内开始走向普及和全面推广。在发达国家，如加拿大、日本、英国开始将地理信息系统用于国土规划，支持资源和环境管理决策；在发展中国家，开始引进、应用和发展自己的GIS系统。GIS软件的功能得到很大发展，并开始应用专家系统知识，向智能化的方向发展。3.80年代GIS普及和推广资源环境问题的日益严重性、城774.904.90年代年代GISGIS产业化，理化，理论体系逐步形成体系逐步形成uGIS开始走向产业化的道路。而且其。uGIS理论体系开始形成，GIS已不单是传统学科的一个分支，而成为综合分析和解决全体人类所共同面临的资源、环境、人口和发展问题的公共学科。4.90年代GIS产业化，理论体系逐步形成GIS开始走向产785.数字地球浪潮带动了GIS的发展，地理信息科学产生5.数字地球浪潮带动了GIS的发展，地理信息科学产生79二、二、GISGIS在中国的发展在中国的发展GIS在我国的起步比较晚，从70年代末开始引进，80年代逐步赶上。GIS在我国虽然发展较晚，但发展很快。分为以下几个阶段：1.1978-1980年的准备阶段2.1981-1985年为起步阶段3.1985-1995年为初步发展阶段4.90年代大发展5.本世纪GIS成为一个专门的研究领域二、GIS在中国的发展GIS在我国的起步比较晚，从70年代末801.1978-19801.1978-1980年的准年的准备阶段段舆论准备、组建队伍，开始进行个别实验研究。1.1978-1980年的准备阶段舆论准备、组建队伍，812.1981-19852.1981-1985年年为起步起步阶段段开始对开始对GIS进行理论探索和区域性实验研究。进行理论探索和区域性实验研究。1981年四川渡口二滩进行实验，采用航片进行数据采集和数据库设计;1984年国家测绘局测绘科学研究所开始建立中国国土基础地理信息系统;1985年国家资源与环境信息系统实验室成立。2.1981-1985年为起步阶段开始对GIS进行理论探823.1985-19953.1985-1995年年为初步初步发展展阶段段u在这一阶段，GIS列入“七五”科技攻关课题，逐步和国民经济相结合，取得了很大的效益。u制定了资源与环境信息系统的规范，以解决信息共享和系统兼容问题。3.1985-1995年为初步发展阶段在这一阶段，GIS列834.904.90年代大年代大发展展u开发完成了许多城市GIS和专业GIS;u开发出了几个具有自主版权的GIS软件。4.90年代大发展开发完成了许多城市GIS和专业GIS;845.本世纪GIS成为一个专门的研究领域与国外的对比u数据库建设方面（数据缺乏、数据精度不够）uGIS软件开发方面（超图和ESRI）u应用在逐渐展开，但西部相对落后5.本世纪GIS成为一个专门的研究领域与国外的对比85三、三、GISGIS的发展趋势（的发展趋势（1)1)1.1.多维空间数据模型的研究多维空间数据模型的研究二维的矢量数据模型，虽然还没有公认为“高效”的数据模型，基本上能满足二维GIS的要求。但是，三维、时态维GIS的数据模型的研究和运用情况则不同，目前还没有一个成熟的GIS系统能管理真三维、四维的空间数据。因此多维数据模型的研究是个重要热点。三、GIS的发展趋势（1)1.多维空间数据模型的研究862 2、多源空间数据的集成、多源空间数据的集成OPEN GISOPEN GISu将矢量数据、属性数据、图像数据和DEM数据有机结合起来，使系统的功能更加全面。uOPENGIS要求不同GIS系统之间的数据无须转换而可以互操作2、多源空间数据的集成OPENGIS将矢量数据、属性数873.Internet GIS3.Internet GIS当代GIS重要的发展方向是开发基于Internet的GIS，即向非GIS用户发送空间信息。目前Internet上有关电子地图服务的网页。一些软件厂商开始建立有关地理信息的服务网站，但由于技术不太成熟，因此效果不太理想。InternetGIS不仅仅是地图和属性的显示，而且包括通过互联网进行基本的空间分析工作。数据服务地图服务数据库服务数据处理服务3.InternetGIS当代GIS重要的发展方向是开88GISGIS桌面桌面桌面桌面 客户机客户机客户机客户机WebWeb浏览器浏览器浏览器浏览器MISMIS应用应用应用应用专用空间专用空间专用空间专用空间数据数据数据数据RecordsSpatial集中式空间信息管理集中式空间信息管理空间数据库服务GIS桌面客户机MIS专用空间RecordsSpatial894.4.高度集成化的高度集成化的GISGISu采用面向对象的软件设计技术，在更大的信息系统中集成空间信息uGIS的发展趋势：从专业应用融入IT 潮流4.高度集成化的GIS采用面向对象的软件设计技术，在更905.5.数字地球与数字地球与GISGIS数字地球是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识；1998年以来，数字地球的炒作达到了白热化的程度，GIS是数字建设的基础，数字地球也为GIS的发展提供了前所未有的发展契机。5.数字地球与GIS数字地球是对真实地球及其相关现象的统91数字地球的组成体系数字地球的组成体系数据采集与更新体系数据处理与储存体系信息提取与分析体系数据与信息传播体系（虚拟现实技术、WEBGIS）数据库体系网络体系应用模型体系专用软件体系标准与互操作体系数字地球的组成体系数据采集与更新体系926、地理信息科学的产生地理信息系统技术上的巨大进步对地理信息系统的理论提出了新的要求，各国政府设立相应的组织机构来引导GIS理论研究，产生了地理信息科学，这标志着地理信息系统理论上的进步。地理信息科学（Geographical Information ScienceGeographical Information Science）是一门从信息流的角度研究地球表层人地关系系统的地理学科。其目的在于揭示地理信息发生、采集、传输、表达和应用的机理,研制开发各种地理信息技术系统,为人地系统的认知、研究与调控提供科学依据和手段,促进人地系统的持续发展。6、地理信息科学的产生地理信息系统技术上的巨大进步对地理信息93NCGIA针对地理信息科学的研究重点美国国家自然科学基金委员会（NSF）支持成立了国家地理信息与分析中心（NCGIA）针对地理信息科学的研究重点包括：1.空间关系；2.空间数据模型；3.空间认知；4.空间推理；5.地理信息机理；6.地理信息不确定性等。NCGIA针对地理信息科学的研究重点美国国家自然科学基金委员94Goodchild关于地理信息科学的描述Goodchild认为,地理信息科学主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中所提出的一系列基本理论问题和技术问题,如：数据的获取和集成；分布式计算；地理信息的认知和表达；空间分析；地理信息基础设施建设；地理数据的不确定性及其对地理信息系统操作的影响；地理信息系统的社会实践等等。Goodchild关于地理信息科学的描述Goodchild95李德仁院士提出的地球空间信息学的七大理论问题李德仁院士在空间信息系统的集成与实现一书中，扼要叙述了地球空间信息学的七大理论问题：地球空间信息学的基准；地球空间信息标准；地球空间信息的时空变化理论；地球空间信息的认知；地球空间信息的不确定性；地球空间信息的解译与反馈；地球空间信息的表达与可视化。李德仁院士提出的地球空间信息学的七大理论问题李德仁院士在空96NCGIANCGIAGoodChild李德仁李德仁空间关系空间数据模型空间认知地理信息的认知和表达地球空间信息的表达与可视化空间推理空间分析地球空间信息的解译与反馈地理信息机理地理信息不确定性地理数据的不确定性及其对地理信息系统操作的影响地球空间信息的不确定性数据的获取和集成分布式计算地理信息基础设施建设地理信息系统的社会实践地球空间信息学的基准地球空间信息标准地球空间信息的时空变化理论NCGIAGoodChild李德仁空间关系空间数据模型空间认97第五节GIS的主要应用领域 人类的各种社会经济活动都在地球表层，都和一定的空间位置相关联，理论上和空间位置有关的问题都可以通过GIS来解决，因此GIS软件的应用范围非常广泛，小到一个小流域的信息模型，大到全球性资源环境问题都可以通过GIS软件来解决。GIS提供了一种方法，关键的问题是看怎么应用。第五节GIS的主要应用领域人类的各种社会经济活动都在地球98GIS的主要应用领域（图示）地理地理地理地理绘图绘图绘图绘图绘图机构绘图机构绘图机构绘图机构地质测绘地质测绘地质测绘地质测绘地方政府地方政府地方政府地方政府统计、人口局统计、人口局统计、人口局统计、人口局税务部门税务部门税务部门税务部门旅游旅游旅游旅游服务业服务业服务业服务业公用事业公用事业公用事业公用事业公司公司公司公司企业企业企业企业教育教育教育教育交通运输交通运输交通运输交通运输部门部门部门部门GIS的主要应用领域（图示）地理绘图机构地质测绘地方政府统计99目前GIS应用比较成熟的领域1、基础空间数据建设部门：传统的建设和应用GIS的部门，有近15年的数据建设历史基于计算机和网络的应用，相互间无共享机制，数据不对公众公开。数据格式多样化。空间与属性相关的数据分离存储。2、市政设施部门：均为工程应用部门。设备数据库、空间数据库，规划、土地、房地产、市政水电气3、公众服务部门：近5年开始进行信息化建设，公安、消防、紧急救援。4、金融服务部门，部分数据库具有空间特征。5、社会经济部门，多数数据库不具备空间属性，统计局、信息中心。6、能源部门：石油、天然气、地质7、自然资源利用：农林、水利、环保目前GIS应用比较成熟的领域1、基础空间数据建设部门：传100第六节 GIS的效益评估方法1、直接效益：软件效益、工程效益、服务效益2、间接效益：科学决策效益、快速决策效益第六节GIS的效益评估方法1、直接效益：101成本时间手工操作计算机管理GISGIS的实践效益的实践效益成本时间手工操作计算机管理GIS的实践效益102GISGIS项目的投资情况分析项目的投资情况分析GIS项目的投资情况分析103