地理信息系统的概念及发展

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 地理信息系统的概论及开展,第一节 地理信息系统的根本概念,一。 数据与信息,2,。信息：用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们或系统提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。,它不随载体的物理形式的改变而改变。,1,。数据：,是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。,4,。数据与信息的关系：数据时信息的载体和表达，信息是数据的内容和解释。,数据本身并没有意义，数据只有对主体行为产生影响时才成为信息。,3,。信息的特点：,客观性、适用性、传输性 、共享性,二。地理信息与地理信息系统,1,。地理信息的概念：是表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特性、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。,3,。地理信息系统的定义：,空间定位特征：通过经纬网或公里网建立的地理坐标来实现空间位置的标识,多维结构特征：即在二维空间的根底上实现多专题的第三维结构,动态变化特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化,2,。地理信息的特征：,不同领域不同专业对GIS的理解不同,从而给出不同的定义：,1。美国学者Parker：一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的信息技术。,2。加拿大的Roger Tomlinson：全方位分析和操作地理数据的数字系统。,3。Goodchild：采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统。,4。Burrough：从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具。,5。俄罗斯学者：一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合。,6。美国国家地理信息与分析中心：为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。,9。邬伦：是一门学科，是描述、存储、分析、输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；是一个技术系统，是以地理空间数据库为根底，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息的计算机技术系统。,7。英国教育部：一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。,8。美国联邦数字地图协调委员会：由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来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 。,10。张超：以地理空间数据库为根底，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、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效劳而建立起来的计算机技术系统。,D.J Maguire从3个方面理解GIS,1地图观点：从空间可视化的角度看：GIS 是一套智能地图，同时也是用于显示地表上的要素和要素间关系的视图。,2数据库观点：GIS 是一个包含了用于表达通用 GIS 数据模型要素、栅 格、拓扑、网络等等的数据集的空间数据库。,3空间分析观点：从空间处理的角度看，GIS 是一套用来从现有的数据集获取新数据集的信息转换工 具。这些空间处理功能从已有数据集提取信息，然后进行分析，最终将结果导入到数据集中。,研究范围：可分为全球性信息系统和区域性信息系统；,研究内容：可分为专题信息系统和综合信息系统；,数据模型：可分为矢量信息系统、栅格信息系统和混合型信息系统。,4,。地理信息系统的特征：,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；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，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务；,计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。,5。地理信息系统的类型：,第二节 地理信息系统的功能,一。地理信息系统的根本功能,包括数据采集与编辑，数据存储与管理，数据处理和变换，空间查询和分析和数据显示、输出功能。,1。数据采集与编辑,地理信息系统的数据通常抽象为不同的专题或层。数据采集编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为X、Y坐标及对应的代码输入到计算机中，各类数据的转化和输入方法如下图。,2。数据存储与管理,数据库是数据存储与管理的最新技术，是一种先进的软件工具。GIS数据库是区域内一定地理要素特征以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。由于GIS数据库具有数据量大，空间数据与属性数据具有不可分割的联系，以及空间数据之间具有显著的拓扑结构等特点，因此GIS数据库管理功能除了与属性数据有关的DBMS功能之外，对空间数据的管理技术主要包括：空间数据库的定义，数据访问和提取，从空间位置检索空间物体及其属性，附属性条件检索空间物体及其位置，开窗和接边操作，数据更新和维护等。,3,。数据处理和变换,1),。数据变换：指将数据从一种数学状态转换为另一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、比例尺缩放、误差改正和处理等；,2),。数据重构：指将数据从一种几何形态转换为另一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据压缩、结构转换等；,3),。数据抽取：指对数据从全集合到子集的条件提取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间内插等。,4。空间查询和分析,1)。空间查询图1-3-5：空间查询是GIS最根本的功能，包括属性查图形，图形查属性及多种条件的综合查询；,2)。拓扑叠加图1-3-6：通过将同一地区两个不同图层的特征相叠加，不仅建立新的空间特征，而且能将输入的特征属性予以合并，易于进行多条件的查询检索、地图裁剪、地图更新和应用模型分析等；,3。缓冲区分析；4。地学分析；5。网络分析；。,5。数据显示与输出图1-3-10：GIS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。,6,。数据更新：包括添加、删除、修改等，以及通过遥感和,GPS,与,GIS,的接口进行更新等。,由于,GIS,具有许多功能和优点，目前被广泛地应用资源管理、区域和城乡规划、灾害监测、环境评估等各领域,二。,地理信息系统的,应用功能,第三节 地理信息系统的构成,一个实用的地理信息系统，要支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，一般均由计算机硬件、计算机软件、空间数据库、应用人员和应用模型5局部构成。,。计算机硬件系统,计算机硬件系统,是计算机系统的实际物理装置的总称，是,GIS,的物理外壳,输入设备,专用设备,常规设备,GPS,全数字摄影,测量工作站,解析和数字,摄影测量仪器,遥感与遥感,图象处理系统,全站仪,扫描仪,数字化仪,键盘、鼠标,处理设备,工作站,服务器,硬盘阵列,存储设备,活动硬盘,光盘机,磁带机,输出设备,绘图仪,终端,打印机,二。计算机软件系统,操作系统,（系统调用、设备运行、网络等）,系统库,（编程语言、数学库等）,标准软件,（图形、数据库等）,GIS,基本功能软件,GIS,应用软件,用户界面,GIS,软件,基础软件,系统软件,GIS,GIS运行所必需的各种程序，通常包括1计算机系统软件；2地理信息系统软件和其他支撑软件 ；3应用分析程序,三。地理空间数据,1在某个坐标系的位置,2实体间的空间关系,度量关系：定义距离远近,延伸关系：定义方位,拓扑关系：定义连通、相邻等,3与几何位置无关的属性,GIS的分析、检索和表示主要通过属性的操作运算来实现的,地理空间数据是指以地球外表空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等，由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他通讯系统输入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。,四。系统开发、管理和使用人员,GIS,咨询,管理,信息管理,数据整理,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。,五。应用模型,第四节 GIS的开展趋势,一。国外地理信息系统的开展概况,1。六十年代开拓开展阶段起步阶段，注重空间数据的地学处理。,1963年，加拿大测量学家R. T. Tomlinson首先提出GIS这一术语，建立加拿大地理信息系统CGIS；,1969年，ESRI 建立,这一时期的另一显著特点是许多GIS组织和机构的成立。如：1966年美国成立城市和区域信息系统协会URISA、1969年成立州信息系统全国协会NASIS。,2。七十年代稳固阶段开展阶段，注重空间地理信息的管理，受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视。,1978年，ERDAS成立。,3。八十年代突破阶段推广应用阶段，注重空间决策支持分析。,1981年，ESRI ARC/INFO GIS发布；,1985年，GPS成为可运行系统；,1986年，MapInfo建立；,1986年，SPOT卫星首次发射；,1987年，地理信息系统的国际杂志出版；,1988年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER；,1988年，GIS World 首次发行；,1989年，Ingegraph 发布MGE；,4。九十年代社会化阶段用户时代, 注重GIS社会应用与效劳，,GIS技术开展迅猛。,控件式GIS成为GISTools的开展方向;,WebGIS蓬勃开展;,三维GIS崭露头角。,两个特征：GIS标准化；多技术集成。,二。我国GIS的开展,1.准备阶段70年代,2.试验阶段80年代,3.全面开展阶段90年代,4.产业化阶段 1996-,我国,GIS,大事记,三。地理信息系统的开展趋势,一。从总的系统角度看GIS的开展方向,1。GIS标准化 软件、硬件和数据的标准化,2。GIS网络化,3。GIS全球化 数字地球、地球村的提出,4。GIS群众化,5。数据商业化 如电子地图、根底数据,二。从系统内部看GIS的开展趋势,1。空间数据结构与数据管理 面向对象的数据结构,2。数据自动输入技术 数字文字的自动识别、图形自动式量化、拓扑关系自动建立、图例符号自动标示等。,3。3S技术的集成 GIS、RS、GPS,4。GIS智能化 人工智能、专家系统,5。应用模型的开发 空间化的数理统计与系统分析方法,专业模型的建立,