地理信息系统GISGeographicInformationSystem.ppt
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1、2023年4月25日,地理信息系统 GISGeographic Information System,参考资料,地理信息系统原理、方法和应用邬伦、刘瑜、张晶、马修军、韦中亚、田原编著,科学出版社,北京大学地理教学丛书,2001地理信息系统导论陈述彭,鲁学军,周成虎,科学出版社,1999地理信息系统概论黄杏元,汤勤,高等教育出版社,1989地理信息系统原理和方法边馥苓,测绘出版社,1996实用地理信息系统陈俊,宫鹏,科学出版社,1998当代GIS的若干理论与技术龚建雅,武汉测绘科技大学出版社,1999,参考资料,数据结构严蔚敏,吴伟民,清华大学出版社计量地理学张超,杨秉庚,高等教育出版社http
2、:/http:/,主要讲课内容,有关概念发展动态基本知识有关软件专题和讨论数字地球专题和讨论WebGIS专题和讨论元数据专题和讨论GIS相关的软件和应用开发上机实习与考核建立有关应用系统(ArcGIS/MapInfo/MapGIS/Geomedia),信息含义,狭义定义两次不定性之差,对认识事物的差别。广义定义是主体(人、生物或机器)与外部客体(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特征的一种普遍形式本讲义定义是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识是数据、消息中所包含的意义不随载体的物理设备形式的改变而改变,信息特点,客观性任何信
3、息都是与客观事实紧密相关的实用性对生产、管理和决策十分重要传输性可在各系统和终端间流转和交换共享性可传输给多个用户共享,本身并无损失,数据,指某一目标定性、定量描述的原始资料,包括数字、文字、符号、图形、图像等数据是用以载荷信息的物理符号,本身并无意义信息可以离开信息系统而独立存在数据与计算机系统有关,随载荷它的物理设备的形式而改变信息与数据是不可分离的数据包含原始事实,数据中包含的意义就是信息,但本身不是信息信息由数据表达,信息是数据处理的结果人的知识、经验作用到数据上可以得到信息,地理信息,地理信息是表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图
4、形的总称。地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识,是对地理数据的解释。地理信息中的位置是通过数据进行标识的。地理信息具有区域性、多维结构和动态变化的特性。,地理信息,区域性通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识多维结构特性在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构时序特征按时间尺度将地理信息化分为:超短期(台风、地震)短期(江河洪水、低温季节)中期(土地利用、作物估产)长期(城市规划、水土流失治理)超长期(地壳变动),地理数据,各种地理特征和现象间关系的符号化表示,包括空间位置、属性特征、时态特征:空间位置描述地物所在位置,用大地经纬度坐标,或用地物间的相对位
5、置关系(空间上的距离、邻接、重叠、包含等)来定义属性特征非空间数据,属于一定地物,描述其特征的定性或定量指标,包括语义与统计数据时态特征地理数据采集和地理现象发生的时刻或时段人类认识世界的过程:地理实体地理数据地理信息,信息系统,系统具有特定功能的、相互有机联系的多要素构成的整体要素间通过信息流联系信息系统具有数据采集、管理、分析、表达能力的系统能为决策提供有用的信息,信息系统,信息系统的管理层次和类型操作层(底层)事务处理系统(TPS,Transaction Process System),处理日常事务,执行日常工作和计划战术层(中间层,管理层)管理信息系统(MIS,Management I
6、nformation System),包括TPS,内部和外部的数据战略层(顶层,决策层)决策支持系统(DSS,Decision Support System),从MIS中获得信息,帮助制定好的决策。交互式,分析决策模型,推测分析程序,制定方向专家层(附加层,智能层)人工智能和专家系统(ES,Expert System),模拟仿真,智能推理,制作决策,解释理由。五个部分:知识库、推理机、解释系统、用户接口、知识获取。,地理信息系统,是一种决策支持系统(DSS),具有信息系统的各种特点存储和处理的信息是经过地理编码的(Geo)地理位置及与该位置有关的地物属性信息是信息检索(Index)的重要部分现
7、实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象,由空间位置参考信息(空间数据)和非位置信息(属性数据)两部分组成,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,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。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。,地理信息系统的类型,专题地理信息系统(Thematic GIS)有限目标和专业特点,为专门目的服务区域地理信息系统(Regional GIS)区域综合研究,全面信息服务,不同规模地理信息系统工具或外壳(GI
8、S Tools)软件包:图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算、多种输出通用工具外壳:添加数据内容就可形成普遍的、基本的地理信息系统,什么是GIS?,我们当今面临世界的最主要的挑战是人口过多,环境污染,森林破坏,自然疾病等。这些都与地理因素有关不论是从事一种新的职业,还是寻找生长某种作物的最合适的土壤,或是计算最佳的行车路线,这些本地问题也都有地理因素可以说,凡是要用到地图的行业都要和地理因素打交道,什么是GIS?,地图制作和地理分析已不是新鲜事,但GIS执行这些任务比传统的手工方法更好更快。而且,在GIS技术出现之前,只有很少的人具有利用地理信息来帮助做出决定和解决问题的能力今天,GI
9、S 已是一个全球拥有数十万的人员和数十亿美元的产业。GIS已在全世界的中学、学院、大学里被讲授。在每个领域里的专家不断地意识到按地理的观点来思考和工作所带来的优越性。,什么是GIS?,地理信息系统(GIS,Geographic Information System)是一种基于计算机的工具,它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作(例如查询和统计分析等)集成在一起。这种能力使 GIS与其他信息系统相区别,从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。,GIS的定义,陈述彭等(
10、1999,地理信息系统导论):由计算机系统、地理数据和用户组成的,通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析,生成并输出各种地理信息,从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识,为工程设计和规划、管理决策服务。,GIS的定义,DoE(1987):A system for capturing storing checking,manipulating analyzing and displaying data which are spatially referenced the Earth.对以地球为空间参考的数据进行获取、存储、检查、处理
11、、分析和显示的系统。,GIS的定义,Aronoff(1989):Any manual or computer based set of procedures used to store and manipulate geographically referenced data.任何用于存储和处理与地理有关数据的手工或基于计算机的过程。,GIS的定义,Carter(1989):An institutional entity,reflecting an organizational structure that integrates technology with a database,exper
12、tise and continuing,financial support over time.一个机构实体,反映有组织的结构,集成了数据库、专门技术和延伸、金融支持等技术。,GIS的定义,Parker(1988):An information technology which stores,analyses,and displays both spatioal and non-spatial data.一种存储、分析和显示空间和非空间数据的信息技术。,GIS的定义,Dueker(1979):A special case of information systems where the dat
13、abase consists of observations on spatially distributed features,activities,or events,which are definable in space as points,lines,or areas.A GIS manipulates data about these points,lines,and areas to retrieve data for ad hoc queries and analysis.一个空间信息系统的例子,数据库由对空间分布特征、活动性、事件进行观察所组成,在空间可定义点、线、面。GIS
14、为特定的查询和分析来处理这些关于点、线、面的数据,从而提取有关信息。,GIS的定义,Smith et al.(1987):A database system in which most of the data are spatially indexed,and upon which a set of procedures operated in order to answer queries about spatial entities in the database.一个数据库系统,其中大多数数据是空间索引的,依靠它可以操作一系列的过程,从而回答在这个数据库中关于空间实体的请求。,GIS的定
15、义,Ozemoy,Smith and Sicherman(1981):An automated set of functions that provides professionals with advanced capabilities for the storage,retrieval,manipulation,and display of geographically located data.一个多功能自动系统,提供专业的地理数据存储、提取、处理和显示的先进功能。,GIS的定义,Burrough(1986):A powerful set of tools for collecting,
16、storing,retrieving at will,transforming and displaying spatial data from the real world.强大的工具集合,能从真实世界中按照意愿采集、存储、提取空间数据,并转换和显示它们。,GIS的定义,Cowen(1988):A decision support system involving the integration of spatially referenced data in a problem-solving environment.是在解题环境中关于集成空间相关数据的决策支持系统。,GIS的定义,Kosh
17、kariov,Tikunov and rofimov(1989):A system with advanced geo-modeling capabilities.具有先进的地理模型能力的系统。,GIS的定义,Devine and Field(1986):A form of MIS(Management Information System)that allows map display of the general information.是一种MIS管理信息系统,可以用地图显示通常的信息。,GIS的特点,电子地图、数字地图分层,标准图件输出空间数据库、空间数据库管理系统包括经纬度、高程,再
18、加上时间维,共四维空间分析、决策预测系统统计、处理、综合、分析、图形图象显示,2023年4月25日,参见“关于GIS.ppt”,GIS有哪些功能,GEOGRAPHIC,INFORMATION,SYSTEM,从数据到信息,管理过程的综合,研究模型集成,流量分析,比例尺改变,开发GIS应用的重要性,计算机性能的提高地理数据的频繁使用环境信息需求的增长综合信息分析和预测现代化的管理和决策,GIS的应用领域,政府宏观决策管理现代城市规划管理城市地下综合管网管理GPS车船导航与监控军事情报分析与决策国土区划分析管理地籍管理警力分布指挥系统环保信息分析管理农林生态分布决策,GIS的应用领域,农业商业/行销
19、电气环境联邦政府森林地质水文,土地利用规划 地方政府制图军事风险管理场所规划运输水和废水,国外的GIS应用项目,波罗的海流域的土地覆盖和人口密度GIS分析系统(联合国环境规划署)海湾地区军事、环境综合地理信息系统(美国国家情报研究中心)城市发展与可持续发展地理信息系统(洛杉矶市政府),国内的GIS应用项目,国务院综合国情GIS(9202工程)(全国行政首脑机关办公决策服务系统的子系统)总理办公室的电子地图检索和显示系统防汛气象服务系统气象信息(国家气象局)水情信息(国家防总办、水利部)遥感信息(国家遥感中心)基础空间信息(国家测绘局)全国贫困县统计图表矿产资源及口岸分布交通、旅游资源分布,国内
20、的GIS应用项目,山东淄博市周村区资源、社会、经济、环境可持续发展决策支持系统香港综合地理信息系统公安110计算机辅助指挥系统南宁市土地信息系统山东资源管理信息系统四川人口土地经济分析决策系统青藏高原隆升与盆地沉积地理信息系统贵州小流域地质灾害地理信息系统,国内的GIS应用项目,首都机场地下综合管网分析管理系统南京炼油厂管网分析管理系统黑龙江佳木斯城市规划管理系统珠江三角洲地区地籍管理系统湛江GPS监控系统北京武警某部实时指挥系统,GIS如何工作地理参考系统,地理信息包含有明确的地理参照系统,例如经度和纬度坐标,或者是国家网格坐标。也可以包含间接的地理参照系统,例如地址、邮政编码、人口普查区名
21、、森林位置识别、路名等。一种叫做地理编码的自动处理系统用来从间接的参照系统,如地址描述,转变成明确的地理参照系统,如多重定位。这些地理参考系统可以使你定位一些特征,例如商业活动、森林位置,也可以定位一些事件,例如地震,用于做地表分析。,GIS的组成硬件、软件、数据、人员、方法,硬 件硬件是GIS所操作的计算机。今天,GIS软件可以在很多类型的硬件上运行。从中央计算机服务器到桌面计算机,从单机到网络环境软 件GIS软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有:输入和处理地理信息的工具 数据库管理系统(DBMS)支持地理查询、分析和视觉化的工具 容易使用这些工具的图形化界面
22、(GUI),GIS的组成硬件、软件、数据、人员、方法,数 据一个GIS系统中最重要的部件就是数据了。地理数据和相关的表格数据可以自己采集或者从商业数据提供者处购买。GIS将把空间数据和其他数据源的数据集成在一起,而且可以使用那些被大多数公司用来组织和保存数据的数据库管理系统,来管理空间数据人 员GIS技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题,将没有什么价值。GIS的用户范围包括从设计和维护系统的技术专家,到那些使用该系统并完成他们每天工作的人员方 法成功的GIS系统,具有好的设计计划和自己的事务规律,这些是规范而且对每一个公司来说具体的操作实践又是独特的,GIS如何工作,GIS就是用来
23、存储有关世界的信息,这些信息是可以通过地理关系连接在一起的所有主题层集合。这个简单却非常有力和通用的概念,对于解决许多真实世界的问题具有无价的作用,这些问题包括:跟踪传输工具、记录计划的详细资料,模拟全球的大气循环等。,GIS如何工作矢量和栅格模式,GIS工作于两种不同的基本地理模式矢量模式和栅格模式在矢量模式中,关于点、线和多边形的信息被编码并以x、y坐标形式储存。一个点特征的定位,例如一个钻孔,可以被一个单一的x、y坐标所描述。线特征,例如公路和河流,可以被存储于一系列的点坐标。多边形特征,例如销售地域或河流聚集区域,可以被存储于一个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于描述一些离散特征,但
24、对连续变化的特征,例如土壤类型或赶往医院的开销等,就不太有用。栅格模式发展为连续特征的模式。栅格图象包含有网格单元,有点像扫描的地图或照片。,GIS的任务 输入、处理、管理、查询和分析、可视化,输入在地理数据用于GIS之前,数据必须转换成适当的数字格式。从图纸数据转换成计算机文件的过程叫做数字化。对于大型的项目,现代GIS技术可以通过扫描技术来使这个过程全部自动化,对于较小的项目,需要手工数字化(使用数字化桌)。目前,许多地理数据已经是GIS兼容的数据格式。这些数据可以从数据提供商那里获得并直接装入GIS中。处理对于一个特殊的GIS项目来说,有可能需要将数据转换成或处理成某种形式以适应你的系统
25、。例如,地理信息适用于不同的比例尺(街道中心线文件的比例尺也许是1:100,000;人口边界是1:50,000;邮政编码是1:10,000)。在这些信息被集成以前,必须转变成同一比例尺。这可以是为了显示的目的而做的临时变换,也可以是为了分析所做的永久变换。GIS技术提供了许多工具来处理空间数据和去除不必要的数据。,管理对于小的GIS项目,把地理信息存储成简单的文件就足够了。但是,当数据量很大而且数据用户数很多时,最好使用一个数据库管理系统(DBMS),来帮助存储、组织和管理数据。一个数据库管理系统DBMS就是用来管理一个数据库一个数据的完整收集的计算机软件。有许多不同的DBMS设计,但在GIS
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