第一章地理信息系统概论ppt课件.ppt

,地理信息系统原理,武汉大学测绘学院 赵前胜,教学内容,地理信息系统（简称GIS)是集计算机科学、信息科学、测绘科学、地理科学、空间科学、环境科学和管理科学等为一体的新兴边缘学科，是数字地球的重要组成部分，是当今科技发展的制高点。 本课程系统地介绍地理信息系统的技术体系及其应用方法，包括基本概念、空间数据模型、空间数据采集和质量控制、数据处理的内容和方法、空间分析的内容和方法、空间信息可视化、地理信息系统的应用，3S集成及地理信息系统的最新发展等。,教学目的,要求学生通过本课程的学习，能够掌握地理信息系统的基本理论和技术方法，了解它的主要应用领域和发展方向，为从事地理信息系统的应用、开展和研究奠定理论与技术基础。 学生修读该课程之前，必须先修计算机语言（如 C,C+,VB,VC等）、数据库技术、计算机图形学和地图学等相关课程。,参考资料,教材： 地理信息系统原理、方法和应用，科学出版社，邬伦等著参考书： 地理信息系统教程，武汉大学出版社，胡鹏等著 地理信息系统（上卷）原理与技术（第二版） / Geographical Information Systems,Volume 1,Principles and Technical Issues,Second Edition, Michael F. Goodchild等地理信息系统（下卷）管理与应用（第二版） / Geographical Information Systems,Volume 2,Management Issues and Applications,Second Edition, Michael F. Goodchild等,参考网站,http:/ (3S视讯传媒)http:/,相关学术期刊,International Journal of Geographical Information Science (国际地理信息系统杂志)International Journal of Remote SensingComputers and GeosciencesTransactions in GISGeoInformatica测绘学报武汉大学学报（信息科学版）测绘通报,相关会议,COSIT（Conference on Spatial Information Theory）（空间信息理论会议）计算机科学、认知科学、心理学、机器人科学领域的学者会聚讨论空间信息理论，每两年一次分别在欧洲、北美举行；是公认的GI理论研究的最高权威会议 ACM-GIS（计算机协会ACM关于GIS的学术讨论会）SDH(Spatial Database Handel)（空间数据处理会议）SSD/SSTD（大型时空数据库学术会议）ISPRS （国际摄影测量与遥感）,讲授内容提要,第一章地理信息系统概论，重点介绍地理信息系统的基本概念、类型、功能、研究内容及发展简史；第二章空间数据模型，阐述空间数据模型的基本概念、介绍场模型、要素模型等基本空间数据模型；第三章空间参照系和地图投影，简要介绍地球基本要素和地图投影；第四章GIS中的数据，阐述GIS中数据内涵和数据类型，GIS数据质量控制；第五章空间数据获取与处理，介绍地图数字化等空间数据的获取方法，数据加工处理；,讲授内容提要,第六章空间数据管理，重点介绍空间数据的矢量结构、栅格结构及其编码方法，介绍空间数据库、空间索引技术等第七章空间分析：包括度量分析、叠置分析、三维分析、缓冲区分析及网络分析等基本基础空间分析以及统计分析和空间分析模型；第八章数字地形模型及地形分析，介绍DEM的概念及建立，讲述DEM的应用及地形分析第九章空间数据表现与地图制图，包括符号、符号化、色彩、注记等地图可视化内容第十章3S集成技术，与遥感的结合，与全球定位系统、遥感的结合，对GIS的最新发展进行综述,考核方式,课堂表现（出勤、课堂作业）课后作业考试（闭卷）,第一章地理信息系统概述,本章介绍了地理信息系统的一些最基本的、但又是非常重要的概念，包括信息、数据、信息系统、空间数据、空间信息和地理信息系统。有些概念，如空间信息和空间数据，还将得到进一步的阐述，实际上，空间数据也是本书中描述GIS功能的核心。 GIS既是一项技术，也是一门学科，本章也介绍了它的主要研究内容以及与其它学科，如地理学、地图学、遥感等的关系。本章同时介绍了GIS的组成、分类、功能、发展历史和展望，这些将在后面的章节中更为详尽地被描述。,地理信息系统的概念,首先介绍一个地理信息系统应用实例,之后给出信息与数据，最后阐述信息系统及信息系统的类型。,1. 地理信息系统的概念公园选址辅助决策,地理信息系统是集地球科学、信息科学与计算机技术为一体的高新技术，目前已广泛应用于资源管理、环境监测、灾害评估、城市与区域规划等众多领域，成为社会可持续发展的有效的辅助决策支持工具。介绍一个郊游公园选址例子，阐述地理信息系统在其中起到的辅助决策作用。,1.1 地理信息系统的概念公园选址辅助决策,1.地理信息系统的概念公园选址辅助决策,郊游公园具体位置的选择需要满足一定的要求：1）依山傍水，地形有一定起伏，必须靠近天然的小河流；2）交通方便，但周围环境较安静，公园距公路的距离最远不得超过1.25km，最近不得小于0.25km；3）空气新鲜，有一定的植被覆盖率；4）等等其它条件；,1.地理信息系统的概念公园选址辅助决策,总结：数据获取数据管理数据处理和分析方案输出地理信息系统是解决空间问题的有效的辅助决策支持工具。目前，地理信息系统还不能完全代替最终决策者。,1.地理信息系统的概念 1.1信息、数据、地理信息与地理数据,从公园选址辅助决策的例子可知，认识地理信息系统首先会接触到信息与数据这两个名词。（一） 信息1、定义：信息是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数据、符号、声音、图像等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。2、特性：1）客观性：任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息的正确性和精确度的保证；,1.地理信息系统的概念 1.1信息、数据、地理信息与地理数据,2）适用性：问题不同，影响因素不同，需要的信息种类是不同的。信息系统将地理空间的巨大数据流收集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息，这是由建立信息系统的明确目的性所决定的；3）传输性：信息可在信息发送者和接受者之间进行传输,信息的传输网络，被形象地称为“信息高速公路”。4）共享性：信息与实物不同，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，这为信息的并发应用提供可能性。,1.地理信息系统的概念 1.1信息、数据、地理信息与地理数据,(二) 数据指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图像等符号。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。,1.地理信息系统的概念 1.1信息、数据、地理信息与地理数据,(三) 两者关系有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，其实不然。数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵，是形与质的关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。例如独立的“1”、“0”均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了“有”“无”信息；当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息,1.地理信息系统的概念 1.1信息、数据、地理信息与地理数据,可以把数据比作原材料，而信息是对原材料处理的结果。如同一个木匠，在一些工具的帮助下，可以把木材做成有用的家具。同样，计算机专业人员应用计算机的硬件和软件把原始数据转换成信息。这种转换过程可用右图说明。,1.地理信息系统的概念 1.1信息、数据、地理信息与地理数据,(四) 地理信息 定义：地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。,1.地理信息系统的概念 1.1信息、数据、地理信息与地理数据,2、特性：1）地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系。2）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。3）时序特征：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。,1.地理信息系统的概念 1.1信息、数据、地理信息与地理数据,（五）地理数据定义：地理特征和现象间关系的符号化描述空间位置属性特征时态特征,1.地理信息系统的概念 1.2信息系统(Information System)及其类型,(一) 信息系统信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。它能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，具有采集、管理、分析和表达数据的能力。主要由计算机硬件软件数据用户四大要素组成。,1.地理信息系统的概念 1.2信息系统(Information System)及其类型,1.地理信息系统的概念 1.2信息系统(Information System)及其类型,(二)信息系统的类型信息的需要完全取决于管理的层次，一般在组织中将信息系统分成三个管理层次：操作层（底层）、战术层（中间层）和战略层（顶层）。,1.地理信息系统的概念 1.2信息系统(Information System)及其类型,1）事物处理系统（Transaction Process System ，TPS）主要用以支持操作层人员的日常活动。它主要负责处理日常事务。2）管理信息系统（Management Information System ，MIS）需要包含组织中的事务处理系统，并提供了内部综合形式的数据，以及外部组织的一般范围和大范围的数据。,1.地理信息系统的概念 1.2信息系统(Information System)及其类型,3）决策支持系统（Decision Support System ，DSS）能从管理信息系统中获得信息，帮助管理者制定好的决策。该系统是一组处理数据和进行推测的分析程序，用以支持管理者制定决策。4）人工智能和专家系统 （Expert System ,ES）是能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统。专家系统扩大了计算机的应用范围，使其从传统的资料处理领域发展到智能推理上来。MIS能提供信息帮助制定决策，DSS能帮助改善决策的质量，专家系统应用智能推理制作决策并解释理由。,专家系统,知识库推理机解释系统用户接口知识获取,1.地理信息系统的概念 1.2信息系统(Information System)及其类型,2.地理信息系统及其类型2.1地理信息系统,(一)地理信息系统的定义地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。,2.地理信息系统及其类型2.1地理信息系统,不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的定义：1)Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”。 2)俄罗斯学者也把GIS定义为“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”。 3)美国国家地理信息与分析中心给出的定义：“GIS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”。 4)英国教育部认为：“GIS是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统”。,2.地理信息系统及其类型2.1地理信息系统,这些定义，有的侧重于GIS的技术内涵，有的则强调GIS的应用功能。为了能更具体地认识和真正了解GIS的概念，这里推荐美国联邦数字地图协调委员会(FICCDC)关于GIS的定义。该定义认为“GIS是由计算机硬件、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”。,2.地理信息系统及其类型2.1地理信息系统,地理信息系统术语（GIS）北美、欧洲：Geographical Information System加拿大：Geomatigue中国：Resource and Environmental Information System技术内涵：Geo-relational Information System信息科学：Spatial Information System应用类型：Natural Resources Information System Land Information System Transportation Geographical Information System地学应用： GeoScience专业杂志：Geographical Information Science(英国) Geo-Information System （德国）,2.地理信息系统及其类型2.1地理信息系统,GIS中“S”含义的演变：System：系统（技术）技术层面，强调对地理数据的管理和分析Science：科学（GIScience） 广义上的地理信息系统，一个科学体系 Service：服务（GISservice）从技术型研究型向服务层面转移本课程将地理信息系统限制在技术层面，从系统的角度进行GIS基本理论和技术方法的阐述。,2.地理信息系统及其类型2.1地理信息系统,(二)地理信息系统和4M对于地理学家、城市规划人员、资源管理者等使用地理信息的人们而言，他们观察并量测（Measure）环境参数，并制作地图（Map）描述了地球的特征；他们监测（Monitor）周围环境的变化，对影响环境的过程和活动建立模型（Model）。这四项活动（4M），通过应用GIS技术，都可以得到改善和提高。,2.地理信息系统及其类型2.2地理信息系统的类型,地理信息系统按其内容可以分为三大类：专题地理信息系统（Subject GIS）：是具有有限目标和专业特点的地理信息系统。为特定的专门的目的服务，如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、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、环境管理信息系统等。 区域地理信息系统（Regional GIS）：主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。如国家级、地区级、市级或县级等。 地理信息系统工具(GISTools）：它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。,2.地理信息系统及其类型2.3地理信息系统和其它信息系统区别,GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。,2.地理信息系统及其类型2.3地理信息系统和其它信息系统区别,GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。GIS有别于CAD/CAM：管理了图形数据和非空间属性数据的系统不一定是GIS，如计算机辅助设计(Computer Adided Design，)，计算机辅助制图(Computer Adided Map，)。,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成,一个实用的GIS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；基本组成一般包括以下四个主要部分：空间数据、系统软件、系统硬件、应用人员。,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成硬件,计算机硬件系统是计算机系统中的实际物理装置的总称，可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或装置，是GIS的物理外壳。,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成硬件,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成软件,GIS软件是系统的核心，用于执行GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面(GUI)等。按照其功能分为：GIS专业软件，数据库软件，系统管理软件等，其层次结构：,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成软件,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成软件,(一)GIS专业软件GIS专业软件一般指具有丰富功能的通用GIS软件，它包含了处理地理信息的各种高级功能，可作为其他应用系统建设的平台。其代表产品有ARC/INFO、MGE、MAPINFO、MAPGIS、GEOSTAR等。它们一般都包含有以下的主要核心模块：数据输入和编辑、空间数据管理、数据输出、用户界面、系统二次开发能力。,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成软件,(二)数据库系统数据库软件除了在GIS专业软件中用于支持复杂空间数据的管理软件以外，还包括服务于以非空间属性数据为主的数据库系统，这类软件有：ORACLE，SYBASE，INFORMIX，DB2，SQL Server,Ingress等。它们也是GIS软件的重要组成部分，而且由于这类数据库软件具有快速检索、满足多用户并发和数据安全保障等功能，目前已实现在现成的关系型商业数据库中存储GIS的空间数据，例如SDE(Spatical Database Engine)就是最好的解决方案。,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成软件,(三)系统管理软件系统管理软件主要指计算机操作系统，当今使用的操作系统有： Windows系列、 UNIX，LINUX等。它们关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，因此也是GIS软硬件环境的重要组成部分。,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成空间数据,空间数据是地理信息的载体，是地理信息系统的操作对象，它具体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。空间特征是指地理实体的空间位置及其相互关系；属性特征表示地理实体的名称、类型和数量等；时间特征指实体随时间而发生的相关变化。 根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素，它们的数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为矢量数据结构和栅格数据结构。,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成空间数据,空间位置空间关系属性信息,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成人员,GIS应用人员主要包括系统开发、系统管理和使用人员，他们的业务素质和专业知识是GIS工程及其应用成败的关键系统开发系统管理使用人员,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成应用模型,GIS应用模型的构建和选择也是系统应用成败至关重要的因素。虽然GIS为解决各种现实问题提供了有效的基本工具，但对于某一专门应用目的的解决，必须通过构建专门的应用模型。土地利用适宜性模型选址模型洪水预测模型人口扩散模型森林增长模型水土流失模型最优路径模型,1.2 地理信息系统的组成五、应用模型,2.地理信息系统及其类型2.4地理信息系统的构成应用模型,显然，应用模型是GIS与相关专业连接的纽带，它的建立绝非是纯数学或技术性问题，而必须以坚实而广泛的专业知识和经验为基础，对相关问题的机理和过程进行深入的研究，并从各种因素中找出其因果关系和内在规律，有时还需要采用从定性到定量的综合集成法，这样才能构建出真正有效的GIS应用模型。,三种GIS观,地图观：地图观点的定义侧重于制图有关的内容，因此GIS被视为一个地图分析与处理系统数据库观：数据库观点的GIS定义则侧重于数据库设计与实现的完美性，一个复杂的数据库管理系统被视为GIS不可分割的一部分空间分析观：持空间分析观点的定义侧重于分析和建模，GIS被视为一门空间信息科学而不仅是一门技术。,3. 地理信息系统的功能概述,由计算机技术与空间数据相结合而产生的GIS这一高新技术，包含了处理信息的各种高级功能，但是它的基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。GIS依托这些基本功能，通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等，演绎出丰富多彩的系统应用功能，被广泛地应用于资源管理、区域规划等领域，满足用户的广泛需求。,GIS的基本功能,输入查询编辑分析输出,GIS基本功能的实现过程,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,3. 地理信息系统的功能概述一、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,3. 地理信息系统的功能概述一、数据采集与编辑,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,3. 地理信息系统的功能概述二、数据处理和变换,数据处理的任务和操作内容有：1)数据变换：指对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：指对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。,3. 地理信息系统的功能概述二、数据处理和变换,3. 地理信息系统的功能概述三、数据存储与管理,这是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。空间数据模型：栅格模型、矢量模型或栅格/矢量混合模型空间数据管理模式：空间数据与属性数据一体化存储数据库技术：空间索引,3. 地理信息系统的功能概述三、数据存储与管理,States,Roads,Capitals,Rivers,Lakes,数据分层管理,3. 地理信息系统的功能概述三、数据存储与管理,空间和属性数据的关联,3. 地理信息系统的功能概述四、空间查询和分析,空间查询和分析功能是GIS的一个独立研究领域，它的主要特点是帮助确定地理要素之间新的空间关系，它不仅已成为区别于其他类型系统的一个重要标志，而且为用户提供了灵活地解决各类专门问题的有效工具。1)空间查询2)拓扑叠加3)缓冲区建立4)网络分析5)数字地形分析,3. 地理信息系统的功能概述四、空间查询和分析,1)空间查询：空间查询是GIS最基本的功能，包括已知属性查图形，已知图形查属性及多种条件的综合查询；,3. 地理信息系统的功能概述四、空间查询和分析,2)拓扑叠加：通过将同一地区两个不同图层的特征相叠加，建立新的空间特征，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. 地理信息系统的功能概述四、空间查询和分析,3)缓冲区建立：它是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立各种类型要素的缓冲多边形，用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性。,3. 地理信息系统的功能概述四、空间查询和分析,4)网络分析：以运筹学中的网络模型为基础。如在城市各街道区建立图书馆、医院等公共设施，希望各居民住家能到这些设施的路途最短，而在建立消防站、救护车站时，需要路途最短，花费时间最少等。,3. 地理信息系统的功能概述四、空间查询和分析,5)数字地形分析：GIS提供了构造数字高程模型及有关地形分析的功能模块，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷线、山脊线、日照强度、库容量、表面积、立体图、剖面图和通视分析等,3. 地理信息系统的功能概述五、数据显示与输出,数据显示与输出：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,一、基本功能空间查询和分析,数据显示与输出,4. 地理信息系统的主要应用领域,资源管理(ResourceManagement)资源配置(ResourceConfiguration)城市规划和管理(UrbanPlanningandManagement)土地信息系统和地籍管理(LandInformationSystemandCadastralApplicaiton),主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题,在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益,空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等,土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作,4. 地理信息系统的主要应用领域,生态、环境管理与模拟(EnvironmentalManagementandModeling)应急响应(EmergencyResponse)商业与市场(BusinessandMarketing)基础设施管理(FacilitiesManagement),区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等,解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题,商业设施的建立充分考虑其市场潜力。例如大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构(年龄构成、性别构成、文化水平)、消费水平等结合起来考虑,城市的地上地下基础设施(电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、电力设施等)广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特征的。它们的管理、统计、汇总都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率,4. 地理信息系统的主要应用领域,选址分析(SiteSelectingAnalysis)网络分析(NewworkSystemAnalysis)可视化应用(VisualizationApplication)分布式地理信息应用,根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的空间分析功能,建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、进行交通规则、处理地下管线突发事件(爆管、断路)等应急处理。警务和医疗救护的路径优选、车辆导航等也是GIS网络分析应用的实例,以数字地形模型为基础，建立城市、区域、或大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域,随着网络和Internet技术的发展，运行于Intranet或Internet环境下的地理信息系统应用类型，其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程空间导航等,GIS应用实例512地震,GIS应用实例512地震,estimated population exposures of 1,500 at intensity IX or greater and 5,700 at intensity VIII, resulting in 41 deaths. Additionally, a magnitude 7.3 struck this region in 1933 killing 6,800 people. Recent earthquakes in this area have also triggered landslide hazards that have contributed to losses. Users should consider the preliminary nature of this information and check for updates as additional data becomes available.,GIS应用实例512地震,GIS应用实例2008雪灾,GIS应用实例北京市公路可视化管理信息系统,GIS应用实例北京市公路可视化管理信息系统,GIS应用实例ArcGIS三维可视化,GIS应用实例巴西电信基站负荷信息查询,GIS应用实例洛杉矶公共卫生资源管理系统,GIS应用实例长江航运信息网络工程业务GIS系统,GIS应用实例SARS疫情图,GIS应用实例疾病态势统计和情形模拟,GIS应用实例飓风灾害应急处置,GIS应用实例突发事件应急标绘系统,GIS应用实例国土资源管理信息系统,GIS应用实例洪水易损性分析,GIS应用实例环境空气质量评价NO2浓度分布图,京杭大运河管理系统,空气污染事故模型分析,沙漠化预警预测分析,危险源和危险化学品的管理可视化,污染分析评价,污染源泄漏,一体化地籍信息系统,城市土地利用信息系统,铁路地理信息系统,公安警用地理信息系统,属性查询,查询,专题图,作战指挥,地图切换,医疗机构信息查询,5. 地理信息系统的研究内容5.1研究内容,地理信息系统是在地理学研究和生产实践的需求中产生，地理信息系统的应用使技术系统不断完善，并逐渐发展了地理信息系统的理论；理论研究又指导开发新一代高效地理信息系统，并不断拓宽其应用领域，加深应用的深度；地理信息系统的应用，又对理论研究和技术方法提出了更高的要求。,5. 地理信息系统的研究内容5.1研究内容,5. 地理信息系统的研究内容5.2相关学科,地理学测绘学计算机科学管理科学,6. 地理信息系统发展简史,国际上的GIS发展，基本上经历了四个阶段：开拓启蒙阶段、巩固阶段、突破阶段和社会化阶段,6. 地理信息系统发展简史6.1开拓启蒙阶段,1、20世纪60年代为GIS思想和技术方法的开拓启蒙时期1963年，加拿大测量学家Roger Tomlinson首先提出GIS 这一术语，建立加拿大地理信息系统（CGIS）,1971年建成投入使用；1969年，ESRI （环境系统研究所）建立；1969年， Integraph公司建立。,6. 地理信息系统发展简史6.2巩固阶段,2、70年代是GIS的发展巩固时期计算机发展到第三代内存容量大增，运算速度达到10秒级大容量直接存取设备磁盘屏幕和图形、图像卡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。,6. 地理信息系统发展简史6.3突破阶段,3、80年代是GIS在理论、方法和技术上取得突破与趋向成熟的阶段。大规模和超大规模集成电路的问世第四代计算机计算机网络软件开发工具的广泛应用数据库技术的推广空间分析功能，人机交互对话，地图的输入、编辑和输出技术的进一步发展，并逐渐走向成熟。地理信息系统的应用从解决基础设施的规划(如道路、输电线等)转向更加复杂的区域开发问题。,6. 地理信息系统发展简史6.3突破阶段,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；,6. 地理信息系统发展简史6.4社会化阶段,4、90年代，全面社会化应用GIS已成为许多机构(特别是政府决策部门)必备的工作系统地理信息系统已被列入“信息高速公路”计划90年代，GIS开发和研究主要集中在下列一些方向：空间信息分析的新模式和新方法；空间信息应用模型；GIS的效益评价；三维、四维空间数据结构和数据模型；人工智能和专家系统的引入；网络GIS；虚拟现实技术与GIS的结合等。,7. GIS技术进展7.1空间数据库管理,关系型数据库+空间数据引擎SDO、SDE多尺度海量栅格数据组织与管理数据分块、影像金字塔空间数据仓库特征、结构、数据分析和数据挖掘,7. GIS技术进展7.2空间数据分析技术,空间数据几何操作基于空间位置的分析技术三维模型构造与三维分析、网络分析和空间分析空间数据挖掘技术空间统计、空间关联分析、空间聚类分析、模糊集和粗集、神经网络与遗传算法,7. GIS技术进展7.3空间信息可视化与交互,自适应空间信息可视化用户模型与用户认知反应的模拟和表达，自适应空间数据库，用户界面的自适应设计，符号的自适应设计等海量空间信息的渐进传输与可视化空间信息发布式协同交互处理技术,7. GIS技术进展7.4GIS体系结构及其软件,集中式地理信息系统软件组件化的地理信息系统软件网络地理信息系统网格地理信息系统时态GIS平台,8. GIS发展展望8.1GIS理论研究中亟待解决的问题,一、GIS理论发展的需要技术导向性GIS是一门技术引导的多技术交叉的信息空间科学，它在技术上所关注的是：数据采集；数据建模；数据的精度和系统回答问题的可信度；数据量；数据存取与保密；数据分析；用户接口；成本与效益；GIS系统的寿命；GIS系统工作的组织问题。这些技术问题，将会随着相关学科和软件、硬件手段的不断进步，而日趋完善。,8. GIS发展展望8.1GIS理论研究中亟待解决的问题,应用导向性GIS是一门以应用为目的的信息产业，即GIS也是应用导向的，即它除了具有基础性和公益性特点，服务于科学研究和造福人类外，它还具有实际应用并创造价值的广阔市场。 GIS的应用可以深入到各个领域、各个机构，形成诸如资源GIS，灾害监测和防治GIS，农林牧副渔GIS等。GIS的不断发展，它既依赖于地理学、统计学和测量学这些基础学科，又取决于计算机软件技术、航天技术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进步与成就。,8. GIS发展展望8.1GIS理论研究中亟待解决的问题,GIS集成化和智能化发展趋势图形数据和属性数据的结合。GIS与RS的集成GIS与GPS、RS技术的集成。GIS与GPS、CCD技术的集成3S与移动通信的集成GIS与专家系统（Expert System）的结合。,8. GIS发展展望8.1GIS理论研究中亟待解决的问题,二、GIS理论理论研究中亟待解决的问题1）GIS设计与实现的方法学问题2）GIS的功能问题3）多媒体地理信息系统的管理和操作的问题4）GIS地理信息的深加工问题5）空间信息可视化技术和虚拟现实技术（VR）,8. GIS发展展望8.2GIS的发展动态,一、GIS软件中发展的热点GIS中面向对象技术研究时空系统地理信息建模系统（GIMS-Geographic Information Modeling System） 三维地理信息系统的研究,8. GIS发展展望8.2GIS的发展动态,二、实用地理信息系统发展趋势与展望 GIS网络化 GIS标准化数据商业化系统专门化GIS企业化GIS全球化GIS大众化,9.从现实世界到比特世界,地理信息流与地理信息科学三个领域,制图活动过程,地图编制者的认识模型,地图使用者的认识模型,现实世界的抽象,现实世界 概念世界 地理空间世界 维度世界 项目世界,现实世界,概念世界,地理空间世界,维度世界,项目世界,比特世界,比特世界,现实世界与数学模型的关系,比特世界,GIS空间数据建模,空间数据模型的三个层次,比特世界,GIS空间数据模