地理信息系統(tǒng)技術概述.ppt

地理信息系統(tǒng)技術及空間智能,一、地理信息系統(tǒng)技術概述 二、空間智能理論發(fā)展動態(tài),應用需求：地理信息系統(tǒng)做什么？（應用） 學術需求：地理信息系統(tǒng)是什么？（原理） 城市土地利用信息系統(tǒng) 電信資源管理 鐵路地理信息系統(tǒng) 公安警用地理信息系統(tǒng) 醫(yī)療機構信息查詢系統(tǒng) 海洋地理信息系統(tǒng) 軍事地理信息系統(tǒng),地理信息系統(tǒng)技術概述,GIS可以做什么管理海量數(shù)據(jù) 瀏覽、查詢 專業(yè)性分析 路徑分析 地圖編繪 動態(tài)分段 斷面分析 生成DEM模型 三維地下體分析,GIS基本概念 GIS與相關學科 GIS的組成 GIS的主要功能 GIS的發(fā)展透視 GIS主要軟件 GIS主要網站及參考書 GIS項目申請,主要講授內容,地理信息系統(tǒng)（GIS）是什么？,地理學的定義與內涵,地理學一詞產生于西元前234年，由希臘學者伊拉托斯尼最早提出，其意義為描述地球之科學。,地理學的定義,生物圈,巖石圈,水圈,大氣圈,狹義信息論將信息定義: 為人們獲得信息前后對事物認識的差別。 廣義信息論將信息定義: 信息是指主體(人、生物和機器)與外部客體 (環(huán)境、其它人、生物和機器)之間相互聯(lián)系的一種形式。是主體和客體之間一切有用的消息和知識，是表征事物特征的一種普遍形式。 黃杏元地理信息系統(tǒng)2001信息定義： 信息是用文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等介質來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內容、數(shù)量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關于現(xiàn)實世界新的事實和知識，作為生產、建設、經營、管理、分析和決策的依據(jù)。它是客觀事物在人腦中的反映。,信息的定義,是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質的能量、質量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖形和圖象的總稱。與空間地理分布有關的信息，具有空間定位和多維結構的性質。,地理信息定義,空間分布性 屬于空間信息，其位置的識別是與數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的，這是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著的標志。 時序特征十分明顯 可以按照時間尺度將地理信息劃分為超短期的(如臺風、地震)、短期的(如江河洪水、秋季低溫)、中期的(如土地利用、作物估產)、長期的(如城市化、水土流失)、超長期的(如地殼變動、氣候變化)等。這對地理事物的預測、預報，從而為科學決策提供依據(jù)很重要。 具有多維結構的特征 即在二維空間的基礎上實現(xiàn)多專題的第三維結構，而各個專題型或實體型之間的聯(lián)系是通過屬性碼進行的，這就為地理系統(tǒng)各圈層之間的綜合研究提供了可能。 具有豐富的信息 GIS數(shù)據(jù)庫中不僅包含豐富的地理信息，還包含與地理信息有關的其它信息，如人口分布、環(huán)境污染、區(qū)域經濟情況、交通情況等等。紐約市曾經對其數(shù)據(jù)庫進行了調查，發(fā)現(xiàn)有80%以上的信息為地理信息或與地理信息有關。,地理信息特點,系統(tǒng)是為了達到某種目的相互聯(lián)系的部件的集合（教材） 系統(tǒng)是由相互聯(lián)系和相互制約的若干組成部分結合成的、具有特定功能的有機整體。（鄺孔武，信息系統(tǒng)分析與設計） 系統(tǒng)是自成體系的組織；相同或相類的事物按一定的秩序和內部聯(lián)系組合而成的整體，如組織系統(tǒng)，灌溉系統(tǒng)。（辭海） A group of related parts that work together as a whole for a particular purpose .,系統(tǒng)的定義,地理信息系統(tǒng)的定義,GIS（Geographical Information System）的定義包含兩個方面：,一方面，地理信息系統(tǒng)是一門科學，是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門交叉學科； 另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個技術系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫（Geospatial Database）為基礎，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統(tǒng)。,用戶界面,系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理,產品生成 產品輸出,空間數(shù)據(jù)處理 空間數(shù)據(jù)分析,數(shù)據(jù)輸入 數(shù)據(jù)庫建立,物理外殼是計算機化的技術系統(tǒng)； GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù)； GIS的技術優(yōu)勢在于它的混合型數(shù)據(jù)結構和有效的數(shù)據(jù)集成、獨特的地理空間分析能力、快速的空間定位搜索和復雜的查詢功能、強大的圖形創(chuàng)造和可視化表達手段，以及地理過程的演化模擬和空間決策支持功能； GIS與地理學和測繪學有著密切的聯(lián)系。,GIS定義對GIS的理解,GIS的理解技術系統(tǒng),它又由若干個相互關聯(lián)的子系統(tǒng)構成，如數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)產品輸出子系統(tǒng)等，這些子系統(tǒng)的優(yōu)劣、結構直接影響著GIS的硬件平臺、功能、效率、數(shù)據(jù)處理的方式和產品輸出的類型。,即點、線、面、體等地理實體?？臻g數(shù)據(jù)的最根本特點是每一個數(shù)據(jù)都按統(tǒng)一的地理坐標進行編碼，實現(xiàn)對其定位、定性和定量的描述，這是GIS區(qū)別于其它類型信息系統(tǒng)的根本標志，也是其技術難點之所在。,GIS的理解操作對象是空間數(shù)據(jù),GIS學科樹：Christopher B.Jones在 “Geographical Information Systems and Computer Cartography” （Addison Wesley Longman Ltd.，1997）一書中，用一棵樹的形式更為詳細地給出了地理信息科學與其他學科的關系。,GIS的相關學科,如上圖所示，“樹根”表示GIS的技術基礎，如測量學、計算機科學與數(shù)學等；“樹枝”表示GIS的應用，應用的結果與需求返回到“樹根”；“雨滴”是每個應用中的數(shù)據(jù)來源，如各種測量如地形測量、環(huán)境測量等，并為它的發(fā)展提供了有效的手段，而地理信息系統(tǒng)的應用主要是在環(huán)境科學、地理學和社會科學等領域。,GIS學科樹的理解,GIS有別于DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)），GIS具有以某種選定的方式對空間數(shù)據(jù)進行解釋和判斷的能力，而不是簡單的數(shù)據(jù)管理，這種能力使用戶能得到關于數(shù)據(jù)的知識，因此，GIS是能對空間數(shù)據(jù)進行分析的DBMS，GIS必須包含DBMS。 GIS有別于MIS（管理信息系統(tǒng)），GIS要對圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)庫共同管理、分析和應用，GIS的軟硬件設備要復雜、系統(tǒng)功能要強；MIS則只有屬性數(shù)據(jù)庫的管理，即使存貯了圖形，也是以文件形式管理，圖形要素不能分解、查詢、沒有拓撲關系。管理地圖和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。 GIS有別于地圖數(shù)據(jù)庫，地圖數(shù)據(jù)庫僅僅是將數(shù)字地圖有組織地存放起來，不注重分析和查詢，不可能去綜合圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行深層次的空間分析，提供輔助決策的信息，它只是GIS的一個數(shù)據(jù)源。 GIS有別于CAD系統(tǒng)，二者雖然都有參考系統(tǒng)，都能描述圖形，但CAD系統(tǒng)只處理規(guī)則的幾何圖形，屬性庫功能弱，更缺乏分析和判斷能力。,GIS與其他系統(tǒng)的區(qū)別,GIS的組成計算機系統(tǒng)硬件,GIS的組成計算機系統(tǒng)軟件,GIS的操作對象為空間數(shù)據(jù) 具體描述數(shù)據(jù)空間、屬性、時間數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)組織：混合式、擴展式、開放式； 數(shù)據(jù)管理： 空間數(shù)據(jù)：存儲在線狀或面狀實體的弧段文件中 屬性數(shù)據(jù)：關系數(shù)據(jù)庫,GIS的組成空間數(shù)據(jù),矢量圖,柵格圖,GIS的開發(fā)是以人為本的系統(tǒng)工程。 業(yè)務素質與專業(yè)知識是GIS工程及應用成功的關鍵。 不但對GIS的技術和功能有足夠的了解，而且要具備組織管理的能力。 技術培訓、硬件維護與更新、系統(tǒng)升級、數(shù)據(jù)更新、文檔管理、數(shù)據(jù)共享建設等。,GIS的組成管理人員,地理學中的4W（What When Where Why),用GIS求解問題的基本流程圖,規(guī)劃定義過程,應用操作過程,GIS的組成系統(tǒng)應用模型,位置（Locations） 條件（Conditions） 趨勢（Trends） 模式（Patterns） 模型（Models）,GIS的功能基本功能（核心問題）,某個特定位置有什么？ 空間查屬性 例：國家屬性查詢,GIS的功能基本功能位置,滿足給定條件的地理對象分布 屬性查位置 例：客戶分布,GIS的功能基本功能條件,地理對象隨時間的變化 例：人口變化趨勢,GIS的功能基本功能趨勢,空間對象的分布模式問題 揭示空間對象的空間關系 例：商業(yè)服務競爭,GIS的功能基本功能模式,基于模型的解決問題方案 例：公園選址,GIS的功能基本功能模型,GIS數(shù)據(jù)采集流程圖,GIS的功能功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)的集成過程 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)組織 數(shù)據(jù)結構 矢量結構、柵格結構、柵格/矢量結構決定著 GIS的數(shù)據(jù)分析能力、效率和精度 數(shù)據(jù)管理： 層次模型、網絡模型、關系模型 混合管理模式,GIS的功能功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)組織與管理,空間檢索 空間分析,GIS的功能功能實現(xiàn)檢索與分析,數(shù)據(jù)交換 統(tǒng)計表格 制圖：專題地圖、影象地圖、統(tǒng)計地圖、地形圖,GIS的功能功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出,GIS的空間分析技術與手段是有限的，而實際應用模型是無可枚舉的，任何GIS都應提供二次開發(fā)工具。 定制菜單、程序與可視化界面等 GIS二次開發(fā)環(huán)境： 專用工具：如Arc/Info的AML語言、MapInfo的 MapBasic語言；ArcView的Avenue語言 通用語言：如VC+、VB、Delphi等 組件開發(fā)：如MapInfo的MapX；,GIS的功能功能實現(xiàn)二次開發(fā),發(fā)展概況 GIS發(fā)展趨勢,GIS發(fā)展透視,國際發(fā)展狀況,地理信息系統(tǒng)的開拓期（60年代） 當50年代末和60年代初，計算機獲得廣泛應用以后，很快就被應用于空間數(shù)據(jù)的存儲和處理，使計算機成為地圖信息存儲和計算處理的裝置，將很多地圖轉換為能被計算機利用的數(shù)字形式，出現(xiàn)了地理信息系統(tǒng)的早期雛形。 地理信息系統(tǒng)的鞏固發(fā)展期（70年代） 在70年代，計算機發(fā)展到第三代，數(shù)據(jù)處理速度加快，內存容量增大，推出了大容量直接存取設備磁盤，為地理數(shù)據(jù)的錄入、存儲、檢索、輸出提供了強有力的手段，特別是人機對話和隨機操作的應用，可以通過屏幕直接監(jiān)視數(shù)字化的操作，而且制圖分析的結果能很快看到，并可以進行實時的編輯，促使地理信息系統(tǒng)迅速發(fā)展。 地理信息系統(tǒng)技術大發(fā)展時期（80年代） 由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的問世，推出了第四代計算機，特別是微型計算機和遠程通訊傳輸設備的出現(xiàn)為計算機的普及應用創(chuàng)造了條件，加上計算機網絡的建立，使地理信息的傳輸時效得到極大的提高。 地理信息系統(tǒng)的應用普及時代（90年代至今） 由于計算機的軟硬件均得到飛速的發(fā)展，網絡已進入千家萬戶，地理信息系統(tǒng)已成為許多機構必備的工作系統(tǒng)。另外，社會對地理信息系統(tǒng)認識普遍提高，需求大幅度增加，從而導致地理信息系統(tǒng)應用的擴大與深化。,準備階段：1978年到1980年，正式提出倡議，開始組建隊伍、組織個別實驗研究。 起步階段：1981年到 1985年，理論探索和區(qū)域性實驗研究。并在此基礎上制定國家地理信息系統(tǒng)規(guī)范。 初步發(fā)展階段：1986年到90年代。地理信息系統(tǒng)的研究被列入我國“七 五”攻關課題，并且作為一個全國性的研究領域，已逐步和國民經濟建設相結合，并取得了重要進 展和實際應用效益。 快速發(fā)展階段： 90年代末到現(xiàn)在。理論日趨成熟，應用日益廣泛，三維GIS、WEBGIS走向應用，GIS市場開始形成。 標志性階段：超圖公司2010年創(chuàng)業(yè)板上市。,GIS在我國的發(fā)展,GIS已成為一門綜合性技術 GIS產業(yè)化的發(fā)展勢頭強勁 產業(yè)對象包括硬件、軟件、數(shù)據(jù)采集與轉換、電子數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)獲取與處理、系統(tǒng)開發(fā)與集成、咨詢與技術服務七個方面。 GIS網絡化已構成當今社會的熱點 專業(yè)WebGIS軟件。,GIS發(fā)展趨勢,GIS成為IT技術的重要組成部分； GIS的發(fā)展需要其它信息技術，其它信息技術的發(fā)展也需要GIS，它與GPS、RS成為3S，而且與CAD、通信、辦公自動化、虛擬現(xiàn)實等結合，構成了綜合的信息技術。 自身系統(tǒng)功能和支持功能的不斷完善； GIS信息規(guī)范共享措施的建立；多源空間數(shù)據(jù)無縫集成和融合技術的實施；GIS圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無縫結合與管理；大型GIS地理數(shù)據(jù)庫的無縫組織等等。 數(shù)字地球（Digital Earth)與GIS 數(shù)字地球需要的新理論和技術： 數(shù)據(jù)獲取與更新（數(shù)據(jù)源、空間數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)庫） 網絡、計算機硬件、數(shù)據(jù)與信息傳播 數(shù)據(jù)處理、儲存、數(shù)據(jù)庫、信息提取與分析 GIS互操作技術、虛擬現(xiàn)實技術、WEB GIS技術等,GIS發(fā)展趨勢,專業(yè)GIS（Professional GIS） 桌面GIS（Desktop GIS） 手持GIS（Hand-Held GIS） 組件GIS（Component GIS） GIS Viewer 網絡GIS（Internet GIS） 其它（基于CAD的GIS）,GIS軟件類型,主要的GIS產品供應商,INTERGRAPH ESRI AutoDesk MapInfo MapGIS GeoStar SuperMap,GIS主要網站,/ / / / / / /,參考文獻：,GIS主要參考書目,鄔倫等，地理信息系統(tǒng)-原理、方法與應用，2001，北京大學出版社 陳述彭，地理信息系統(tǒng)導論 ，2006，科學出版社 龔健雅 地理信息系統(tǒng)基礎，2001，科學出版社 王家耀 空間信息系統(tǒng)原理，2001，科學出版社 湯國安，計算機地學制圖與分析，1994，西北大學出版社 湯國安等，ArcView地理信息系統(tǒng)空間分析方法， 2002，科學出版社 劉良明， ArcView基礎教程，2001，測繪出版社 三味工作室 ，MapInfo應用開發(fā)指南，2000 人民郵電出版社 黃杏元等，地理信息系統(tǒng)概論，2001，高等教育出版社,核心教材：,測繪學報、 地理學報、 遙感學報、 武漢大學學報（信息版）、 測繪通報、 中國圖形圖像學報、 計算機輔助圖形學報等,GIS主要期刊,國家自然科學基金 863項目 973項目 國家專項 國防項目 其他項目,GIS項目申請渠道,地理之道 -ESRI總裁 Jack Dangermond,地理之道：是指我們使用新的方法（地理方法），來創(chuàng)造和應用新的地理技術和服務。 創(chuàng)造地理技術是指測量、組織和分析所有地圖、數(shù)據(jù)，為輔助決策服務，并存儲在地理知識數(shù)據(jù)庫中。 應用地理技術是指借助地理學思想進行設計、思考、管理和決策，并將這些應用于本地、國家、及全球領域。,GIS技術-就是應用地理之道為大眾提供工具和方法,信息集成-即通過不同的地理圖層疊加多種數(shù)據(jù) 空間分析-即分析不同圖層之間的關系及關聯(lián)知識 共享-即不同的工作組共享一個通用的數(shù)據(jù)庫一起工作 工作流程-從測量入手，包括數(shù)據(jù)存儲、分析、可視化以及決策支持。,GIS技術的四個核心概念,GIS整合的6種地理知識,地理圖層 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)處理模型 制圖 工作流程 元數(shù)據(jù),GIS的4種架構,桌面形式 中央服務模式 分布式協(xié)同形式 WebGIS（網絡GIS）,GIS的5個主流發(fā)展趨勢,GIS的時效性-將時間要素納入GIS體系，實時測量、實時數(shù)據(jù)更新、實時分析（交通GIS） 面向對象的GIS-所有地物以對象形式封裝 GIS的可視化-三維GIS(數(shù)字城市，數(shù)字地球) GIS的嵌入式應用-CES(消費類電子產品) GIS網絡-網絡分析（不僅物理網絡，包括社會網絡）,空間智能-地理信息科學的新進展,空間智能知識框架圖,空間智能強調發(fā)現(xiàn)與應用