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1、2011级地理信息系统原理与应用,景海涛 博士 教授2010.10,888888,一、课程性质：专业主干课二、学习目的 掌握地理信息系统的基本理论和技术方法，了解主要应用领域和发展方向，为从事地理信息系统的应用、开发和研究奠定理论与技术基础，较熟练掌握一种桌面地理信息系统软件使用（ArcGIS DeskTop、MapInfo、ArcView）三、学习方法学时分配：总学时54学时，其中上机实验22学时课堂内外学习结合上机实验与课堂学习结合广泛参考其他资料,3,地理信息系统与CAD的关系,第一讲 绪论,1 地理信息系统中文名称：地理信息系统英文名称：Geographic Information S
2、ystem;GIS;Geographical Information System,第一讲 绪论,一、地理信息系统的基本概念,美国联邦数字地图协调委员会,美国国家地理信息与分析中心,英国教育部,俄罗斯学者,李德仁院士,定义：不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一被普遍接受的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（美国联邦数字地图协调委员会）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。（美国国家地理信息与分析中心）GIS是一种获取、存储、检索、操作
3、、分析和显示地球空间数据的计算机系统。（英国教育部）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（俄罗斯学者）地理信息系统（Geographic Information System,GIS）是一种特定而又十分重要的空间信息系统（Spatial Information System），它是采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的空间信息系统。(P2),What is A GIS?A Geographic information system(GIS)is a computer system for capturing,storing,
4、querying,analyzing,and displaying geospatial data.,第一讲 绪论,一、地理信息系统的基本概念,2 数据与信息,数据(计算机时代）：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。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、图象等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。数据与信息两者关系,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。,信息的特点客观性：任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息的正
5、确性和精确度的保证。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。如股市信息，对于不会炒股的人来说，毫无用处，而股民们会根据它进行股票的购进或抛出，以达到股票增值的目的。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”。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。,第一讲 绪论,一、地理信息系统的基本概念,3 地理空间数据,地
6、理空间的概念GIS中的概念常用“地理空间”(Geo-Spatial)来表述，一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象；地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成；GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；,地理空间数据（简称为地理数据）是指以地理空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字。地理空间实体和现象三大基本要素：,地理空间实体及其表达,空间位置数据；属性数据；时域（间）数据。,第一讲 绪论,一、地理信息系统的基本概念,4 地理空间数据拓扑关系,拓扑定义 拓扑结构是明确定义
7、空间结构关系的一种数学方法,指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。,拓扑种类(两例）,1）关联性：（不同类要素之间）结点与弧段：如V9与L5,L6,L3，多边形与弧段：P2与L3,L5,L22）邻接性：(同类元素之间)多边形之间、结点之间。邻接矩阵 如下，重叠：-邻接：1 不邻接：0,空间数据的计算机表示,属性,关系,+,空间数据的计算机表示实例,C1,N2,N1,P2,P1,A1,A2,A3,第一讲 绪论,一、地理信息系统的基本概念,5 地理信息,是有关地理实体空间分布、性质、特征和运动状态的信息，它是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理及环境数据的解释，是用文字、数字、符号、语
8、言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征。,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。,地理信息特点,除了具有客观性、适用性、可传输性和共享性之外,空间性：（是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志）。地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。多维结构：指在同一位置上可有多种专题的信息结构。如某一位置上的地理信息是多维的。海量（数据量大）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。因此，要实时采集和更新地理信息，使得地理信息具
9、有现势性。以免过时的信息造成决策的失误或因为缺少可靠的动态数据，不能对变化中的地理事件或现象作出合理的预测预报和科学论证。例如98年特大洪水险情正是武汉勘测设计院利用先进的RS、GPS技术测得实时数据为抗洪决策提供可靠依据。,第一讲 绪论,一、地理信息系统的基本概念,6 地学信息,地学信息：与人类居住的地球有关的信息都是地学信息。地理信息的信息源是地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等；地学信息所表示的信息范围更广泛，不仅来自地表，还包括地下、大气层甚至宇宙空间。它是人们深入认识地球系统、适度开发资源、保护环境的前提和保证。,7 系统、信息系统,System：由相互作用和相互依赖的若干组成
10、部分结合而成，能完成特定功能的有机整体。Information System（IS）：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。具有采集、管理、分析和表达数据的能力。事务处理系统、管理信息系统：主要支持操作层人员的日常事务处理，图书管理，借还书。决策支持系统：从MIS中获取信息，进行推测，以辅助决策。人工智能、专家系统：用计算机模仿人类思维过程进行推理，在医学上应用较成功。为有效地对信息流进行控制，组织、管理、充分利用，就需要建立某种信息系统，那么对地理信息进行管理、利用就需要建立地理信息系统。：,第一讲 绪论,一、地理信息系统的基本概念,小结,第一讲 绪论,二、
11、信息系统与地理信息系统的关系,信息系统分类,三、地理信息系统与CAD的关系,第一讲 绪论,全球对地观察系统、卫星通讯系统与全球因特网等高科技术基础之上的信息集成系统工程的统称，是21世纪信息社会的前奏，涉及到知识产权、国际合作、数据共享等问题，是星球大战信息时代的翻版。“数字地球”首先是政府行为，为数据规模、标准化、知识产权保护，信息安全，信息共享都需要由政府主持立法，保障和监督。数字地球是由遥感技术、遥测技术、数据库与地理信息系统技术、高速计算机网络技术和虚似技术为核心的信息技术系统，数字地球是地球科学与信息科学技术的综合，是一门综合性的科学技术。,四、数字地球（Geomatics),第一讲
12、 绪论,五、地理信息系统的应用,第一讲 绪论,资源调查,城乡建设规划,灾害监测,环境评估,作战指挥,交通运输,宏观决策,一种项重大的社会GIS工程家谱GIS,布什与梦露戴安娜是一家人？,历史地图及查询,家谱树型结构图:按“代”表示,林春公,林珍微,家谱树型结构图:按“时间”表示,林晓,林晖,林曜,林昕,林裕勤,林裕茂,林洪桃,林洪有,林洪霞,林洪治,林珍礼,林珍玉,林珍度,林珍微,家谱树型结构图:按“空间”表示,林晓,林晖,林曜,林昕,林裕勤,林裕茂,林洪桃,林洪有,林洪霞,林洪治,林珍礼,林珍玉,林珍魁,林珍祥,林珍意,林珍载,林珍度,林珍微,群族迁徙路线图,GIS 专业发展,1、国际196
13、0年，加拿大测量学家Roger F.Tomlinson提出，创建第一个系统（CGIS），之后全球快速发展2004.01 Nature杂志发表文章将以遥感与GIS为基础的Geo-technology、纳米技术、生物技术作为最新出现的、最具发展前景的三大技术。,一、GIS专业的发展,2 国内70年代GIS技术在我国开始发展90年代专业调整，出现GIS专业近年来，随着GIS技术的快速发展，社会对GIS人才的需求量快速增长，GIS专业在很多院校都如雨后春笋般地发展起来,权威,3 专业背景,分设在地理学和测绘学两个一级学科下的二级学科。由于GIS与计算机技术关系密切，一些计算机专业人员也从事GIS的研究
14、与应用，并开始培养GIS人才。,带有原背景的烙印，不能较好地将 各学科知识融会贯通；符合社会需求的复合型人才只占极少一部分。,GIS专业的社会需求,融扎实的GIS基本技能与迫切的GIS求知、创新欲望于一体。,融厚实的数理、空间知识基础与精湛的GIS专业知识于一体,融GIS研究、技术开发本领与GIS项目管理能力于一体。,GIS专业人才的道德品质也应作为人才素质特征的重要指标。,GIS专业人才的基本知识结构,立体知识结构：以数理基础和空间基础为宽度，以应用背景与应用领域为广度，以专业知识及专业技能为深度的知识结构,思考题1、GIS与其他相关学科的关系是什么？2、GIS在日常生活中的应用有哪些？课后
15、实践1、安装ArcGIS系统2、熟悉ArcCatalog、ArcMap的操作3、理解地图、图层（layer or Feature）、属性的概念,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,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。,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,GIS,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,地理信息系统（Geographic Information System,GIS）是一种特定而又十分重要的空间信息系统（Spatial Information System），它是采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的空间信息系统。,地理空间的特征实体包括点（Point）、线（Line）、面（Polygon）、曲面（Surface）和体（Volume）等多种类型,矢量表达,栅格表达,例如“1、”“0”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,GIS空间数据的基本特征,
