地理信息系统原理与应用课件

课课程程简简介介vGIS原理及应用课程是GIS专业本科生的专业基础课程，以及相关专业的专业必修课或专业选修课。本课程旨在掌握GIS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，并为应用型GIS的开发奠定基础。课程简介GIS原理及应用课程是GIS专业本科生的专业基础课课程程安安排排v 学时分配：课堂讲授：30学时上机实践：10学时v上机时间安排 -第12-16周，每周五5、6节课程安排 学时分配：教教材材与与其其它它资资源源v教材地理信息系统概论：黄杏元等高教出版社MAPGIS地理信息系统：吴信才等 电子工业出版社v参考书地理信息系统基础：龚健雅 科学出版社地理信息系统原理与方法：吴信才 电子工业出版社地理信息系统原理、方法和应用：邬伦等 科学出版社教材与其它资源教材教教材材与与其其它它资资源源 网络资源：v http:/ GIS空间站vhttp:/ 网络资源：教教材材与与其其它它资资源源v 期刊测绘学报地理学报遥感学报武汉大学学报（信息版）测绘通报中国图形图像学报 教材与其它资源 期刊教教学学方方式式v 以课堂讲授为主v 辅以软件操作v 综合多媒体教学、课堂讨论等多种方式v 提倡教学互动教学方式 以课堂讲授为主课课程程特特点点及及要要求求v 课程特点学科与技术的统一体v GIS是一门学科，用以描述一切与地理相关的内容，集空间数据采集、存储、管理、分析和表达输出于一体v GIS又是一个技术系统，即以空间数据为处理对象，以空间数据组织和处理为基础，采用地学模型分析方法，及时提供多种空间信息和动态信息，为研究环境过程、分析发展趋势、预估规划决策等服务的计算机技术系统v 学科发展促成GIS理论体系的形成，而技术系统发展则加强了GIS的应用范围课程特点及要求 课程特点课课程程特特点点及及要要求求v 课程特点GIS是一门迅速发展中的学科，具有发展与内容更新的快速性v 短短40余年的发展历史，GIS却经历了以空间数据地学处理为主的开拓期、注重地理信息管理的巩固期、以空间决策与支持为特点的理论和技术突破阶段以及广泛应用的社会化阶段v其技术发展、内容更新之快，非其他学科可比，特别是在90年代以来，随着计算机技术的快速发展，地理信息系统表现得异常活跃课程特点及要求 课程特点课课程程特特点点及及要要求求v 课程特点GIS是一门典型的交叉性学科，多学科集成、渗透性较强v GIS是多学科、多技术交叉的空间信息系统，在理论上依托于地理学、测绘学、数学等基础性学科；在技术上取决于计算机软硬件技术、航空航天技术、遥感与雷达技术等的进步；在应用上则依赖于具体应用学科如交通、城市规划、资源管理、水资源等理论和技术的发展课程特点及要求 课程特点课课程程特特点点及及要要求求v 课程特点空间抽象性v GIS中的数据，无论是可见的还是不可见的，都是自然环境的一种表现模式，是数字化的现实世界，这是建立在对自然环境的抽象和描述基础上。由于计算机的数字化特征，空间对象须离散化的表达，即把空间对象抽象表达为点、线、面、体等具有位置和属性特征的地理实体课程特点及要求 课程特点课课程程特特点点及及要要求求v 要求掌握GIS概念，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、MAPGIS软件的基本操作等了解GIS组成和基本功能、设计与评价、发展与趋势掌握GIS的数据处理流程：采集、编辑、组织、管理、分析和输出等培养自己使用GIS解决本专业相关问题的能力课程特点及要求 要求第一章第一章 导论导论第一章 导论第第一一章章 导导论论v 要求：理解GIS的相关概念，清楚GIS和相关学科的关系 掌握GIS的类型与组成 掌握GIS的基本功能、研究内容及用途 了解GIS的发展概况第一章 导论 要求：第第一一章章 导导论论vGIS的基本概念vGIS的构成vGIS的功能和应用vGIS的产生和发展v相关学科第一章 导论GIS的基本概念1.1 基基本本概概念念1.数据和信息数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据中所包含的意义。数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。1.1 基本概念1.数据和信息1.1 基基本本概概念念v 数据和信息信息的特征：v 信息的客观性：任何信息都是与客观事实紧密相关的；v 信息的适用性：信息对决策是十分重要的；v 信息的传输性：可在发送者和接受者之间传输；v 信息的共享性：可传输给多个用户，为多个用户共享。1.1 基本概念 数据和信息1.1 基基本本概概念念2.地理信息与地图地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称地图是将地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化情况1.1 基本概念2.地理信息与地图1.1 基基本本概概念念v 地理信息与地图地理信息的特点：v 空间分布性v 具有多维结构的特征v 时序特征十分明显地理信息与地图的关系：v 地图是地理信息载体v 地图是地理信息的传统数据源v 地图是GIS的查询与分析结果的主要表示方法 1.1 基本概念 地理信息与地图1.1 基基本本概概念念3 信息系统与地理信息系统信息系统的定义：v 信息系统是对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统，具有处理、管理和分析数据的功能。它能为企业、部门或组织的决策过程提供有用的信息信息系统的组成：v 信息系统由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成1.1 基本概念3 信息系统与地理信息系统1.1 基基本本概概念念v信息系统与地理信息系统GIS的定义：v Geographical Information System（Geographic Information System）v Geographical Information Science v Geographical Information Service 1.1 基本概念信息系统与地理信息系统1.1 基基本本概概念念v信息系统与地理信息系统GIS的定义：空间数据属性数据Name Address Town St.Zip Name Address Town St.Zip GISGI1.1 基本概念信息系统与地理信息系统空间数据属性数据Na1.1 基基本本概概念念v信息系统与地理信息系统GIS的定义：v 简言之为能处理与使用地表面数据的计算机系统v GIS是用以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统v GIS是以由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计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问题。1.1 基本概念信息系统与地理信息系统1.1 基基本本概概念念4 GIS 的分类1.1 基本概念4 GIS 的分类1.2 GIS构构成成硬件系统硬件系统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DBMSDBMS1.2 GIS构成硬件系统软件系统应用模型GIS用户GUI1.2 GIS构构成成1 硬件系统输入设备数 字 化 仪扫描仪键 盘数 字 像 机输 出 设 备 显 示 器绘 图 机打 印 机校片纪录仪计 算 机 主 机光盘读写器磁 带 机硬盘软盘处理设备存 储 设 备1.2 GIS构成1 硬件系统输入设备数字化仪扫描仪键 1.2 GIS构构成成2 软件系统数 据 输 入 和 校 验数 据 存 储 和 管 理数 据 处 理 与 分 析数 据 显 示 和 输 出用户界面GIS专业软件系 统 管 理 软 件操 作 系 统汇 编 程 序编 译 程 序服 务 程 序系统二次开发能力数据库软件管 理 软 件数 据 库 软 件1.2 GIS构成2 软件系统数据输入和校验数据存储和管1.2 GIS构构成成v GIS的软件层次GIS应用软件GIS硬件操作系统GIS专业软件GIS用户界面GIS数据库1.2 GIS构成 GIS的软件层次GIS应用软件GIS硬1.2 GIS构构成成3 空间数据栅格结构矢量结构空间特征属性特征时间特征1.2 GIS构成3 空间数据栅格结构矢量结构空间特征1.2 GIS构构成成4 人员系统组织、管理、维护和数据更新应用程序开发信息提取规划、决策1.2 GIS构成4 人员1.2 GIS构构成成5 应用模型 构建GIS应用模型，首先必须明确用GIS求解问题的基本流程；其次根据模型的研究对象和应用目的，确定模型的类别、相关的变量、参数和算法，构建模型逻辑结构框图；然后确定GIS空间操作项目和空间分析方法；最后是模型运算结果验证、修改和输出。显然，应用模型是GIS与相关专业连接的纽带。1.2 GIS构成5 应用模型1.3 GIS的的功功能能和和应应用用1 GIS 的基本功能（1）数据采集和输入现实世界文字报告、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘 等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库1.3 GIS的功能和应用1 GIS 的基本功能现实世界文1.3 GIS的的功功能能和和应应用用1 GIS 的基本功能（2）数据存储与管理:数据库（3）数据处理和变换数据变换：一种数学状态转变为另一种数学状态；数据重构：一种几何形态转变为另一种几何形态；数据抽取：从全集到子集的条件提取。（4）空间分析：拓扑叠合、数字地形分析1.3 GIS的功能和应用1 GIS 的基本功能1.3 GIS的的功功能能和和应应用用v GIS 的基本功能 缓冲区分析空间数据库道路的噪音影响范围街道中心线空间检索1.3 GIS的功能和应用 GIS 的基本功能空间数据库道1.3 GIS的的功功能能和和应应用用v GIS 的基本功能空间查询空间数据库哈尔滨在哪里空间查询属性查询78路公交经过哪些站1.3 GIS的功能和应用 GIS 的基本功能空间数据库哈1.3 GIS的的功功能能和和应应用用v GIS 的基本功能（5）数据显示和输出空间数据库各种需求各种信息空间检索1.3 GIS的功能和应用 GIS 的基本功能空间数据库各1.3 GIS的的功功能能和和应应用用v GIS 的基本功能（6）二次开发和编程 包括提供专用语言的开发环境，调用GIS命令和函数或用开发语言（VB、VC等）调用GIS控件。1.3 GIS的功能和应用 GIS 的基本功能1.3 GIS的的功功能能和和应应用用v GIS 的基本功能文件图表数据获取 原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑投影变换数据输出 制图、表格 交互展示 结构化数据空间数据库1.3 GIS的功能和应用 GIS 的基本功能文件图表数据1.4 GIS的的功功能能和和应应用用1.4 GIS的功能和应用1.4 GIS的的产产生生和和发发展展v 产生GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图计算机科学的兴起和它在航空摄影测量学与地图制图学中的应用，以及政府部门对土地利用规划与资源管理的要求，使人们开始有可能用计算机来收集、存贮和处理各种与空间和地理分布有关的图形和有属性的数据，并通过对数据的分析来为管理和决策服务1960年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson 提出了把地图变成数字形式的；1963年又提出GIS这一术语，并于1971年建立了第一个GIS加拿大GIS随后GIS以燎原之势在全世界迅速发展起来1.4 GIS的产生和发展 产生1.4 GIS的的产产生生和和发发展展v 发展国际GIS发展v60年代，探索时期。人们关注什么是GIS，GIS能干什么v70年代，巩固时期。发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理这三个方面v80年代，突破阶段。人们把GIS与RS用于解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等v90年代，产业化阶段。对GIS进一步研究，研究的内容集中在：空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等 1.4 GIS的产生和发展 发展1.4 GIS的产生和发展的产生和发展v 发展我国GIS的发展v70年代，准备阶段。GIS先驱进行极积呼吁、舆论准备和一些可行性实验v80年代，试验起步阶段。我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展90年代初，GIS发展阶段。改革开放以来，沿海，沿江经济开发区发展土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，这也推动GIS在我国的全面发展v96年以来，GIS产业化阶段。空间信息基础设施已纳入国家计划；国家和地方级的GIS相继建立并投入运行；各高校开设了与GIS相关的新专业；具有我国自主版权的GIS基础软件的研制逐步进入了产业化轨道1.4 GIS的产生和发展 发展1.5 GIS相相关关学学科科1.5 GIS相关学科考古学人文地理学公共管理社会学流行病学健康护理规划森林学土壤科学地貌学环境科学地质学生态学水文学气象学公共信息查询矿产开发设施维护产业/商业市场旅游业资产管理计算机科学制图学可视化符号学测量遥感照相测量法数学数据库计算机图形学统计学地理统计学人工智能认知科学社会经济测量地形测量环境测量考古学人文地理学公共管理社会学流行病学健康护理规划森林学土壤小小结结vGIS的特点vGIS的基本概念：数据与信息、地理信息与地图等vGIS的构成：硬件、软件、空间数据库、应用人员和应用模型vGIS的功能和应用：数据输入、存储与管理、处理与变换、空间分析、显示与输出、二次开发vGIS的产生和发展小结GIS的特点