第一章 導論(地理信息系統(tǒng)概論)

資源環(huán)境工程學院地理信息系統(tǒng)概論教學安排第1章導論(2學時)

§1.1地理信息系統(tǒng)的基本概念

§1.2地理信息系統(tǒng)的基本構成

§1.3地理信息系統(tǒng)的功能簡介

§1.4地理信息系統(tǒng)的發(fā)展透視

第2章

地理信息系統(tǒng)的數(shù)據結構(8學時)

§2.1地理空間及其表達

§2.2地理空間數(shù)據及其特征

§2.3空間數(shù)據結構的類型

§2.4空間數(shù)據結構的建立

第3章

空間數(shù)據的處理(8學時)

§3.1空間數(shù)據的坐標變換

§3.2空間數(shù)據結構的轉換

§3.3多源空間數(shù)據的融合

§3.4空間數(shù)據的壓縮與綜合

§3.5空間數(shù)據的內插方法

§3.6圖幅數(shù)據邊沿匹配處理第4章

地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據庫(8學時)

§4.1空間數(shù)據庫概述

§4.2-4空間數(shù)據庫概念，邏輯，物理模型設計

§4.5-8空間數(shù)據查詢，索引，元數(shù)據，空間數(shù)據引擎

§4.9GIS空間時態(tài)數(shù)據庫第5章空間分析的原理與方法(6學時)

§5.1數(shù)字地面模型分析

§5.2空間疊合分析

§5.3空間臨近度分析

§5.4空間網絡分析補充：緩沖區(qū)分析，空間統(tǒng)計分析

第6章地理信息系統(tǒng)的應用模型(8學時)

§6.1GIS應用模型概述

§6.2適宜性分析模型

§6.3發(fā)展預測模型

§6.4位址選擇模型

§6.5交通規(guī)劃模型

§6.6地學模擬模型

§6.7專家系統(tǒng)概述第7章地理信息系統(tǒng)的設計與評價(2學時)

§7.1GIS設計概述

§7.2地理信息系統(tǒng)的設計

§7.3地理信息的標準化

§7.4地理信息系統(tǒng)的評價第8章地理信息系統(tǒng)產品的輸出設計(2學時)

§8.1地理信息系統(tǒng)產品的輸出形式

§8.2地理信息系統(tǒng)圖形輸出系統(tǒng)設計

§8.3地理信息系統(tǒng)的可視化與虛擬現(xiàn)實

各章節(jié)聯(lián)系什么是GIS？GIS能作什么？

如何實現(xiàn)？第一章：GIS概念,與相關學科關系,GIS組成,GIS的功能與應用等第二至八章：GIS數(shù)據結構、數(shù)據輸入、數(shù)據處理、數(shù)據管理和空間分析等實驗教學以MapGIS為主要平臺分組進行全班每人一組，定機定人定任務成果成果各人自存，按時提交；成果包括每次的實習內容、實習報告及實驗操作測評1、MAPGIS軟件安裝和運行環(huán)境配置2、MAPGIS文件和工程管理3、空間數(shù)據掃描矢量化采集輸入4、圖形編輯5、圖形剪裁6、圖形輸出7、MapGIS庫管理8、緩沖區(qū)分析9、數(shù)字高程模型建立與應用10、電子沙盤制作9、補充：投影變換MapGIS實驗教學項目本實驗按實驗項目進行，根據情況適當增加實驗項目鄔倫等.地理信息系統(tǒng)-原理、方法和應用.北京：科學出版社，2001Kang-tsungChang.地理信息系統(tǒng)導論.北京：科學出版社，2003宋小冬等.地理信息系統(tǒng)實習教程.北京：科學出版社，2004湯國安等.ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程.北京：科學出版社，2006黨安榮等.ArcGIS8Desktop地理信息系統(tǒng)應用指南.北京：清華大學出版社，2003參考書目返回第一章緒論GIS基本概念GIS的形成和發(fā)展GIS的基本組成和功能GIS的應用領域本章主要內容教學要求掌握GIS基本概念:了解GIS的形成和發(fā)展掌握GIS的基本組成和功能了解GIS的應用領域第一節(jié)GIS基本概念1.數(shù)據（Data）-通過數(shù)字化或直接記錄下來的可以被識別的符號（如文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等）,是一種未加工的原始材料。一、數(shù)據與信息2.信息(Information)—是用文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等介質來表達事件、事物、現(xiàn)象等的內容、數(shù)量或特征。具有客觀性、適用性、可傳輸性和共享性。來源于數(shù)據,是數(shù)據的內涵，是用數(shù)據來表達的。

信息的特點客觀性：適用性：傳輸性：共享性：任何信息都是與客觀事物緊密相關的地理信息系統(tǒng)的建立的明確的目的性信息可以在發(fā)送者和接收者之間傳輸信息可以傳輸給多個用戶、為多個用戶共享數(shù)據與信息的關系兩者在詞義上的差別：數(shù)據是信息的表達，信息則是數(shù)據的內容；數(shù)據是客觀對象的表示，只有當數(shù)據對實體行為產生影響時才成為信息；信息是當代社會發(fā)展的一項重要任務。二、地理數(shù)據與地理信息地理數(shù)據（geo-data）:是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質的數(shù)量、質量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。

地理數(shù)據是各種地理特征和現(xiàn)象間關系的符號化表示，包括空間位置、屬性特征及時態(tài)特征三部分。地理信息(GI)－是指表示地球表層事物或現(xiàn)象所固有的數(shù)量、質量、分布特征、相互關系和變化規(guī)律的具有空間內涵的信息（地理數(shù)據）的總稱。

地理信息特征1、空間特征：

地理信息具有空間特征，屬于空間信息，其數(shù)據是與確定的空間位置聯(lián)系在一起的。2、屬性特征：

地理信息具有屬性特征，通常在二維空間的定位基礎上，按專題來表達多維即多層次的屬性信息。3、時序特征：

地理信息具有時序特征，通?？梢园凑諘r間尺度來區(qū)分地理信息三、信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)－是具有數(shù)據采集、管理、分析和表達數(shù)據能力的系統(tǒng)一個基于計算機的信息系統(tǒng)包括計算機硬件、軟件、數(shù)據和用戶四大要素。

地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)（GIS）－是指在計算機軟硬件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關地理分布數(shù)據繼續(xù)采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)?；颍菏怯嘘P空間數(shù)據管理和空間信息分析的計算機系統(tǒng)。是傳統(tǒng)科學與現(xiàn)代技術結合的產物。

地理信息系統(tǒng)的任務是采集、存儲、管理、分析和顯示地球空間信息。GIS與其它IS之間的關系（信息系統(tǒng)分類）信息系統(tǒng)（IS)非空間信息系統(tǒng)空間信息系統(tǒng)（SIS）如廠礦企業(yè)管理、財務等MIS非地理信息系統(tǒng)CAD/CAM地理信息系統(tǒng)（GIS）專題GIS綜合信息系統(tǒng)地籍信息系統(tǒng)城市管線信息系統(tǒng)城市規(guī)劃與管理IS區(qū)域資源與環(huán)境IS…………GIS的理解

GIS是由計算機硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設計用來支持空間數(shù)據采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規(guī)劃和管理問題?！绹?lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調委員會（FICCDC）GIS定義—對GIS的理解GIS的物理外殼是計算機化的技術系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)、數(shù)據管理系統(tǒng)、數(shù)據處理和分析系統(tǒng)、可視化表達與輸出系統(tǒng)等組成，影響著GIS硬件平臺、系統(tǒng)效率和功能、數(shù)據處理方式和產品類型。GIS的操作對象是空間數(shù)據地理數(shù)據—屬性數(shù)據、幾何數(shù)據、時間數(shù)據。GIS對空間數(shù)據的管理好操作，是GIS區(qū)別于其它信息系統(tǒng)的根本標志，也是技術難點之一?？臻g數(shù)據庫地圖數(shù)字化數(shù)據格式轉換制圖報告分析/加工/處理一門技術；一門工具；一個系統(tǒng)；一種方法；一種地理信息的描述語言。地理信息系統(tǒng)的特征GIS定義-對GIS的理解一個完整的GIS主要由四個部分構成，即計算機硬件系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據（或空間數(shù)據）和系統(tǒng)管理操作人員。其核心部分是計算機系統(tǒng)（軟件和硬件），空間數(shù)據反映GIS的地理內容，而管理人員和用戶則決定系統(tǒng)的工作方式和信息表示方式。第二節(jié)GIS的基本組成空間數(shù)據庫操作管理分析數(shù)據模型界面表現(xiàn)數(shù)據獲取通訊用戶網絡GIS基本構成的結構圖硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)應用模型GIS用戶GUI空間數(shù)據DBMSGIS的組成—硬件—基本配置輸入設備專用設備常規(guī)設備GPS全數(shù)字攝影測量工作站解析和數(shù)字攝影測量儀器遙感與遙感圖象處理系統(tǒng)全站儀掃描儀數(shù)字化儀鍵盤、鼠標處理設備工作站服務器硬盤陣列存儲設備活動硬盤光盤機磁帶機輸出設備繪圖儀終端打印機GIS的組成—硬件—應用模式單機模式：由基本外設、處理設備和輸出設備構成適用于小型GIS建設數(shù)據傳輸與資源共享不方便GIS的組成—硬件—應用模式局域網模式：部門或單位內部GIS建設專線連接資源共享較方便輸出用戶組1輸入……GIS中央數(shù)據庫與網管Intranet用戶組nGIS的組成—硬件—應用模式廣域網模式：用戶分布地域廣泛，不適合專線連接公共通訊連接資源共享方便局部范圍為局域網，通過若干通道與廣域網連接輸入GIS中央數(shù)據庫（服務器）圖象處理系統(tǒng)局域網用戶組輸出多媒體系統(tǒng)用戶用戶主干網InternetGIS的組成—軟件結構操作系統(tǒng)（系統(tǒng)調用、設備運行、網絡等）系統(tǒng)庫（編程語言、數(shù)學庫等）標準軟件（圖形、數(shù)據庫等）GIS基本功能軟件GIS應用軟件用戶界面GIS軟件基礎軟件系統(tǒng)軟件GISGIS的組成—軟件—系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要是計算機的操作系統(tǒng)以及各種標準外設的驅動軟件，目前流行的有DOS、WindowsXP\7\8，UNIX等。系統(tǒng)軟件關系到GIS軟件和開發(fā)語言使用的有效性，是GIS軟硬件環(huán)境的重要組成部分。GIS的組成—軟件—基礎軟件數(shù)據庫軟件用來管理空間數(shù)據，包括圖形數(shù)據和屬性數(shù)據。流行數(shù)據庫軟件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQLServer、Ingress等。目前GIS軟件中采用商用數(shù)據庫管理屬性數(shù)據，一個有發(fā)展前景的模型是面向對象數(shù)據模型，可實現(xiàn)圖形和屬性數(shù)據的聯(lián)合管理。Oracle、Informix、Ingress等關系數(shù)據庫管理軟件都相繼增加了空間數(shù)據類型。而ESRI公司的SDE（SpatialDatabaseEngine）也是基于關系數(shù)據庫的空間數(shù)據管理平臺。圖形平臺某些GIS軟件中圖形處理平臺。如AutoDesk公司開發(fā)的基于AutoCAD的AutoMapGIS軟件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGEGIS軟件GIS的組成—軟件—GIS軟件空間數(shù)據輸入與轉換空間數(shù)據庫管理系統(tǒng)圖形與屬性數(shù)據編輯制圖與輸出空間查詢與分析GISGIS的組成—空間數(shù)據柵格結構矢量結構GIS的操作對象為空間數(shù)據空間數(shù)據特征：幾何、屬性、時間數(shù)據；空間數(shù)據組織：矢量結構、柵格結構；空間數(shù)據管理：幾何數(shù)據：文件屬性數(shù)據：關系數(shù)據庫GIS的組成—管理人員GIS咨詢管理信息管理數(shù)據整理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管理的能力。技術培訓、硬件維護與更新、系統(tǒng)升級、數(shù)據更新、文檔管理、數(shù)據共享建設等。GIS的組成—應用模型為某一特定的實際工作而建立的運用地理信息系統(tǒng)的解決方案；土地適宜性模型、選址模型、洪水預測模型、人口擴散模型等等第三節(jié)

GIS的功能—基本功能（核心問題）位置（Locations）條件（Conditions）趨勢（Trends）模式（Patterns）模型（Models）GIS的功能—基本功能—位置某個特定位置有什么？幾何查屬性例：國家屬性查詢GIS的功能—基本功能—條件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—趨勢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—模式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—模型解決問題方案基于模型的例：公園選址GIS的功能—基本功能實現(xiàn)文件圖表采集與編輯原始數(shù)據存儲與管理空間分析空間統(tǒng)計數(shù)據處理與變換產品制作演示制圖、表格交互展示結構化數(shù)據空間數(shù)據庫二次開發(fā)數(shù)據采集與編輯現(xiàn)實世界文字報告、遙感圖象等數(shù)字化儀掃描儀解析測圖儀鍵盤等編輯、接邊、分層、圖形與屬性連接、加注記等空間數(shù)據庫ArcGIS數(shù)據采集與編輯MapGIS數(shù)據采集與編輯空間查詢空間數(shù)據庫哈爾濱在哪里？屬性查詢78路公交經過哪些站？空間分析與統(tǒng)計MapGIS屬性查詢疊加分析空間數(shù)據庫為某工廠選址，首先找出地價<1萬元;且地形起伏較小的區(qū)域?地價<1萬元m坡度小于3度的地形信息空間檢索滿足兩條件的區(qū)域+ArcGIS空間疊加分析緩沖區(qū)分析空間數(shù)據庫道路的噪音影響范圍?街道中心線空間檢索城市環(huán)境評價ArcGIS緩沖區(qū)分析空間數(shù)據庫哪條路最近,如何乘車?道路信息空間檢索網絡分析地形分析空間數(shù)據庫航道淤積,挖槽方案比較?地形信息空間檢索ArcGIS坡度分析數(shù)據顯示與輸出空間數(shù)據庫各種需求?各種信息空間檢索地圖顯示GIS應用功能

資源管理區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃災害監(jiān)測環(huán)境評估作戰(zhàn)指揮交通運輸宏觀決策商業(yè)金融、通訊郵電、日常生活等各領域GIS應用功能

資源管理

GIS最初就是起源于資源清查，是GIS的最基本的職能，目前趨于成熟的主要應用領域。資源清查包括土地資源，森林資源和礦產資源的清查、管理、土地利用規(guī)劃，野生動物的保護等。GIS的主要任務是將各種來源的數(shù)據和信息有機地匯集在一起，并通過統(tǒng)計，疊量分析等功能，按多種邊界和屬性條件，提供區(qū)域多種條件組合形式的資源統(tǒng)計和資源現(xiàn)狀分析，從而為資源的合理開發(fā)、利用提供依據。GIS在國際上典范中有：A、加拿大應用GIS完成全國土地資源潛力和估算B、利用GIS進行世界小麥大面積估產的高準確率---這些說明GIS在資源清查方面的應用趨于成熟。返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃在進行區(qū)域和城鎮(zhèn)規(guī)劃的過程中，要處理許多不同性質和不同特點的問題，涉及多方面要素，如資源、環(huán)境、人口、交通、經濟、教育、文化和金融等，GIS將這些數(shù)據信息歸算到城市的統(tǒng)一系統(tǒng)之中，最后進行城市和區(qū)域多目標的開發(fā)和規(guī)劃，包括城鎮(zhèn)總體規(guī)劃，城市建設用地適宜性評價，城市環(huán)境選質量評價，道路交通規(guī)劃，公共設施配置及城市環(huán)境動態(tài)監(jiān)測等，這些功能的實現(xiàn)是以GIS的一些數(shù)據處理和分析算法加以保證的，如GIS的空間搜索方法，多信息疊加處理和一系列的分析軟件，回歸分析，投入產出計算，模糊加權評價等。返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤災害監(jiān)測返回GIS方法和多時相的遙感數(shù)據，可以有效地用于森林火災的預測預報、洪水災情監(jiān)測和淹沒損失估算，確定泄洪區(qū)內人員撤退、財產轉移和救災物資供應的最佳路線，為救災搶險和防洪決策提供及時準確的信息。圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤環(huán)境評估返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤返回作戰(zhàn)指揮圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤交通運輸返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤宏觀決策返回

GIS利用地理數(shù)據庫，通過一系列決策模型的構建和比較分析，可為國家宏觀決策提供依據。例如我國在三峽地區(qū)的研究中通過利用GIS和機助制圖的方法，建立環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，為三峽工程的宏觀決策提供了建庫前后環(huán)境變化的數(shù)量，速度和演變趨勢等可靠數(shù)據。圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第四節(jié)地理信息系統(tǒng)的形成和發(fā)展

地理信息系統(tǒng)萌芽于20世紀60年代，經過50多年的發(fā)展歷程，已成為一門成熟的地理信息技術、具有生命力的地理信息科學和欣欣向榮的地理信息產業(yè)。4-1GIS的形成和發(fā)展概述

①60年代起步階段②70年代鞏固階段③80年代突破階段④90年代產業(yè)化階段⑤21世紀網絡化階段（Web\Com\Open）1．GIS起步階段（60年代）：1、計算機存儲量小，磁帶存儲速度慢；2、機助制圖能力強，地學分析功能比較簡單；3、出現(xiàn)手扶跟蹤的數(shù)字化儀；4、成立了專門的GIS機構和組織；5、代表國家：加拿大、美國等URISA－美國現(xiàn)代城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會（66）CGDSP－國際地學會地理數(shù)據采集委員會（68）2鞏固發(fā)展階段（70年代）以第三代計算機為基本硬件；軟件日益增多；應用領域開始擴大；提出GIS的研究重點：許多國家地區(qū)大學成立GIS研究機構商業(yè)化產品出現(xiàn)空間數(shù)據處理算法數(shù)據結構數(shù)據庫管理系統(tǒng)3突破性發(fā)展階段（80年代）以第四代計算機為基本配置；系統(tǒng)軟件功能更加齊全；應用領域進一步擴大；效益更加明顯GIS機構、技術隊伍壯大國際合作項目增多商業(yè)化機構和產品增多理論方法技術取得突破趨向成熟4GIS技術和產業(yè)同步發(fā)展時期（90年代）：硬件環(huán)境更加完善（性能、效能、價格）軟件環(huán)境更加成熟適用（WINDOW95）標準化的GIS軟件平臺日益增多GIS與RS、GPS、WWW的結合GIS產生的效益更加顯著并產生了GIS產業(yè)GIS隊伍精煉、擴大GIS教育體系和手段趨向網絡化、多媒體化GIS科技開發(fā)與研究的重點：1．空間信息分析的模式和方法2．空間關系和數(shù)據模型3．人工智能和專家系統(tǒng)的引入4．顯示與輸出技術5．GIS的效益評價6．保密性等5GIS網絡化階段（21世紀）：GIS與INTERNET相結合，網絡GIS;GIS與電信公司結合，移動GIS;4-2GIS在中國的發(fā)展概況

1．準備階段（78－80）以計算機在測量、制圖、遙感領域的應用為背景遙感技術的應用和推廣輿論準備組織建設可行性實驗1978．10陳述彭院士在第一界環(huán)境遙感學術討論會上正式提出開展GIS研究2.試驗起步階段（81-85年）試驗與應用取得突破：二灘、渡口地區(qū)的空間數(shù)據庫，國土基礎信息系統(tǒng)和全國土地信息系統(tǒng)等。成立了資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室部分大學科研機構GIS人才培訓取得進步制定了資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家規(guī)范標準開展學術交流，建立自己的GIS研究與應用模式3.全面迅速發(fā)展階段（86-95年）GIS地區(qū)行業(yè)特色明顯理論研究、應用和人才培訓成果豐碩參與國際合作項目增多GIS前沿研究取得進步成立了中國地理信息系統(tǒng)協(xié)會（CAGIS）學術活動頻繁1992年10月聯(lián)合國經濟發(fā)展部（UNDESD）在北京召開了城市GIS學術會議，并建議籌建中國GIS協(xié)會，1994年4月在北京召開中國地理信息系統(tǒng)協(xié)會成立大會。4．行業(yè)化和產業(yè)化持續(xù)發(fā)展階段（96-今）GIS研究、應用、教育機構日益增多國產商業(yè)化GIS軟件平臺大量出現(xiàn)GIS行業(yè)和產業(yè)的地位明顯增強城市GIS發(fā)展特別迅速GIS與RS、GPS及多媒體技術、網絡技術的結合取得進步GIS與數(shù)字地球的理論研究GIS是信息高速公路的重要組成部分4-