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Introduction to Geographic Information Systems Third Edition

Introduction to Geographic Information Systems Third Edition. 浙江水利水电专科学校 PowerPoint by 僧德文. 课程性质：专业必修课、主干课 总学时： 64+28 周学时： 4 学 分： 4 考核方式：考试 （平时习作＋期末考试 ）. Learning GIS / Students 如 何 学 好 GIS ？. Think spatially 空间思维方式

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Presentation Transcript

  1. Introduction toGeographicInformationSystemsThird Edition 浙江水利水电专科学校 PowerPoint by 僧德文

  2. 课程性质：专业必修课、主干课 总学时： 64+28周学时： 4学 分： 4考核方式：考试 （平时习作＋期末考试 ）

  3. Learning GIS / Students如 何 学 好 GIS？ • Think spatially 空间思维方式 • Be comfortable with use of the computer and changes of computer technology 乐于使用计算机及适应计算机技术的变化 • Have a basic understanding of fields related to GIS development 对与GIS发展的相关领域有基本理解 • Be motivated (GET A JOB IN GIS!) 有需求有激情

  4. 课外参考书：1. Kang-tsung Chang 原著，陈健飞中文导读. 地理信息系统导论（第三版）， 科学出版社，20062. 邬 伦等. 地理信息系统—原理、方法和应用，科学出版社，20013. Paull A. Longley等编，唐中实等译，地理信息系统（上卷）原理与技术（第二版），电子工业出版社，20044. Paull A. Longley等编，唐中实等译，地理信息系统（下卷）管理与应用（第二版），电子工业出版社，20045. 黄杏元等. 地理信息系统概论(修订版），高等教育出版社，20016. 张 超等. 地理信息系统实习教程，高等教育出版社，2000 7. 地理信息系统理论与应用丛书（若干册），科学出版社，20068. 21世纪高等院校教材. 地理信息系统教学丛书（20册），科学出版社，2006 精品课程网站资源：http://gis.zjwchc.com

  5. CHAPTER 1: INTRODUCTION 绪 论 • Chapter Outline 本章概要 • 1.1 What Is a GIS? 什么是GIS? • 1.2 A Brief History of GIS GIS发展简史 • 1.3 Geographically Referenced Data 地理参照数据 • 1.4 GIS Operations GIS 操作 • 1.5 Organization of This Book 教材结构 • 1.6 Concepts and Practice 概念和实践

  6. 1.1 What Is a GIS? • Computer system for • capturing • storing • querying • analyzing • displaying geographically referenced data. 地理信息系统(GIS) 是用于输入、存储、查询、分析和显示地理参照数据的计算机系统。

  7. Geographically Referenced Data • Also called geospatial data • Describe both locations and characteristics of spatial features 地理参照数据又称 地理空间数据（占80%） 描述空间要素的位置和特征 具有处理地理参照数据的能力使GIS 有别于其他信息系统。

  8. GIS-Related Disciplines 与 GIS 相关的领域 Geography 地理学 Cartography制图学 RemoteSensing 遥 感 Database Management 数据库管理 GIS Photogrammetry / Surveying 摄影测量/测量 Computer Science 计算机科学 Mathematics / Statistics 数学/统计学

  9. 国际上对地球空间技术的新认识 2004年1月“NATURE”刊登了弗吉尼亚•杰文（Virginia Gewin）的文章指出：美国劳动部从经济社会发展和就业的角度出发，在今年早些时候提出，地学技术（Geotechnology）（确切地说是地球空间技术-Geospatial Technology） 与纳米技术和生物技术一起成为当今最为重要的新兴和最具发展前景的三大技术领域。 —NATURE|VOL 427 | 22 JANUARY 2004，376-377 “Earlier this year, the US Department of Labor identified geotechnology as one of the three most important emerging and evolving fields, along with nanotechnology and biotechnology”.

  10. 1.1.1 GIS Applications GIS 应用 一开始，主要在自然资源管理领域：土地利用规划、自然灾害评估、野生生物栖息地分析、河滨带监控和木材管理等。 近年来, GIS已被用于犯罪分析、编制救急计划、地籍管理、市场分析和交通应用。 GIS与全球定位系统（GPS）、无线技术和互联网的结合已导致新的可喜的应用。

  11. Larimer County, Colorado, land records database

  12. http://www.ozp.tpb.gov.hk 城市规划管理 • 数字化基础地形数据的采集、建库及管理； • 规划、用地、选址、市政管理、管线等专题数据的建库及管理； • 规划方案设计辅助决策； • 规划用地管理及划拨； • 规划选址分析； • 市政道路规划与管理； • 市政管线规划与管理； • 建筑规划管理； • 城市设计辅助方案；

  13. 虚拟城市 城市信息 城市实体 数字城市概念模型

  14. eCity Software / Paris / Hotels

  15. Landuse Depth to Water 地下水污染脆弱性评价 Soils Groundwater Contamination Vulnerability

  16. 仿真烟云 追踪石棉, 多氯联苯和其它物质的活动

  17. 广泛的 GIS应用 电力 运输 及物流管理 电讯 商务 及 行销 土地管理 石油,燃气及 管道 水及 废物处理 地图绘制 环保 林业

  18. 从“左图右书”到 GIS、“数字地球” “5 W”: Where、What、How、Why、When 在地理学习、地理教学、地理研究中的应用

  19. 1.1.2 Components of a GIS GIS 的组成 • Computer System (hardware) 计算机系统 • GIS software GIS软件 • Brainwave 智囊 • Infrastructure 基本设施

  20. 1.2 A Brief History of GIS GIS 发展简史 （1）专题地图叠置GIS 部分起源于制图学家的专题地图。专题地图是GIS的支柱，因为专题地图提供了存储大量特定主题内容的方法，以供随后的比较。20世纪50年代英国城市规划师 Jacqueline Tyrwhitt用透明图纸叠置的方法将 4 幅专题地图（地形、地质、水文、耕地）构成1幅地图，提供了在一个地理范围内同时看到多幅专题地图的简单而通用技术。美国景观建筑师 Ian McHarg在其里程碑著作《Design with Nature 》(1967), 阐述了地图叠置（overlay)作为都市和环境规划的一种工具。

  21. 1.2 A Brief History of GIS GIS 发展简史 （2）机助制图实现20世纪50年代计算机的出现为GIS 的诞生提供了另一基本条件。1959年美国地理学家 Waldo Tobler开发了简单模型实现计算机制图， 其 MIMO (“map in–map out”)系统将地图转为计算机可用形式、可处理文件并可输出新地图，即“机助制图” 。爱丁堡大学 Terry Coppock 最早认识到 GIS 在土地利用数据采集、管理和应用方面的重要性，并于20世纪80年代中期主编“GIS国际期刊”。 （3）GIS之父 加拿大地理学家 Roger Tomlinson于20世纪60年代为监控和管理加拿大自然资源而开发了第一个真正的GIS。

  22. （4）GIS 的快速发展和普及 • GUI (graphical user interface) 图形用户界面 • Affordable hardware 可供硬件 • Public digital data 公共数字化数据 促进 了GIS 融入 IT 主流

  23. GIS软件产商及其主要产品 • ESRI: ArcGIS,ArcView 3.x • Clark Labs : IDRIS • MapInfo Corporation : MapInfo • Intergraph Corporation : MGE, GeoMedia • 北京超图地理信息技术有限公司： SuperMap • 中国地质大学计算机系： MapGIS • 武汉测绘科技大学GIS研究中心： 吉奥之星(GeoStar)

  24. 1.3 Geographically Referenced Data 地 理 参 照 数 据 1.3.1 Spatial Data 空间数据 1.3.2 Attribute Data 属性数据 1.3.3 Joining Spatial and Attribute Data 空间数据与属性数据的连接

  25. 1.3.1 Spatial Data 空间数据 • Describes location 描述位置 • Coordinate system 坐标系统 • Map projection 地图投影

  26. Coordinate Systems 坐标系统 图1.1 地理参照数据一例。该街道网络基于平面坐标系统。图中右侧的方框中列出道路端点的x、y坐标值和街道路段的其他属性。

  27. Projections 投影 • Projecting from the spherical shape of the Earth to the planar shape of the map 地球球形 地图平面

  28. 1.3.1 Spatial Data 空间数据 • Discrete features (points) 离散要素（点） • Continuous features (areas) 连续要素（面） • Sequential features (lines) - in between discrete and continuous 序列要素（线）

  29. 1.3.1 Spatial Data 图1.2 矢量数据模型用x、y坐标表示点要素（a）, 栅格数据模型用格网中的元胞来表示点要素（b）。

  30. 1.3.1 Spatial Data 用于 ESRI 软件产品的数据格式按拓扑和数据模型分类 • Topology 拓扑

  31. 1.3.1 Spatial Data • Composite features built from simple features of points, lines, polygons 由点、线、多边形单一要素建立的复合要素

  32. Tringulated Irregular Network (TIN) Model 不规则三角网 图1.5 TIN 模型举例

  33. Regions Model 分区模型 图1.6 分区模型一例。图上有两个分区，一个为1919年发生火灾的，另一个为1929年发生火灾的，有些范围相互重叠。每个分区都由空间不连续的几部分构成。

  34. Dynamic Segmentation Model 动 态 分 段 模 型 图1.7 动态分段模型一例。休息区以点要素标绘在华盛顿州的公路线路上。

  35. 1.3.2 Attribute Data 属性数据 • Characteristics of spatial features • Non-spatial attributes of those features 空间要素的特征，即这些要素的非空间属性

  36. 1.3.3 Joining Spatial and Attribute Data 空间数据和属性数据的连接 • Relational database 关系数据库 • Georelational data model 地理关系数据模型 • Object-based data model 基于对象数据模型

  37. 1.4 GIS Operations GIS基本操作 1.4.1 Spatial Data Input 空间数据输入 1.4.2 Attribute Data Management 属性数据管理 1.4.3 Data Display 数据显示 1.4.4 Data Exploration 数据探查 1.4.5 Data Analysis 数据分析 1.4.6 GIS Models and Modeling GIS模型和建模 ——参见P6 图1.2

  38. 1.4.1 Spatial Data Input 空间数据输入 • Data acquisition most extensive phase of a GIS project 获取数据是GIS项目中最昂贵的部分 • Two operations • Using existing data 使用已有数据 • Create new data 创建新的数据

  39. 1.4.2 Attribute Data Management属 性 数 据 管 理 • Tables 表格 • Rows 行- a specific feature特定要素 • Columns列(fields 字段) - characteristics of data数据特征 • Operations include input, search, retrieval, manipulation, output 包括输入、查找、取回、处理、输出等操作 • Key键字 - in relational database, link between tables and spatial data 在关系数据库中，在表格和空间数据之间起链接作用

  40. 1.4.3 Data Display 数据显示 • Maps most important display medium 地图是最重要的显示方法 • Map design critical step to success of project • 地图设计是项目取得成功的关键步骤

  41. 1.4.4 Data Exploration数据探查 • Search for general trends in data 寻找数据的大体趋势 • Query 查询

  42. 1.4.5 Data Analysis 数据分析 • Heart and soul of GIS process GIS方法的核心 • Vector tools 矢量工具 • Buffer, overlay, distance and area measurement • 缓冲区、叠置、距离与面积量算 • Raster tools 栅格工具 • Local, neighborhood, zonal, global operations • 局部、邻域、分区、整体操作 • Many more 更多工具

  43. 图1.9 基于矢量的叠置操作将不同图层的空间数据和 属性数据相结合创建输出图层。.

  44. 图1.10 多个栅格的栅格数据操作具有固定元胞位置的优点。

  45. 1.4.6 GIS Models and ModelingGIS 模 型 和 建 模 • Model - a simplified representation of a phenomenon or system 模型—现象或系统的简化表示 • Many types • Binary models 二值模型 • Index models 指数模型 • Regression models 回归模型 • Process models 过程模型

  46. 1.5 Organization of This Book 教材结构 • GIS data and data models (chapters 2-5) GIS 数据和数据模型（ 第 2-5 章） • Data input and management (chapters 6-9) 数据输入和管理（第 4-7 章） • Data display and exploration (chapters 10-11) 数据显示和探查（第 8-9 章） • Core data analysis (chapters 12-13) 核心数据分析（第 10-11、15章） • Surface analysis (chapters 14-16) 表面分析（第 12-13 章） • Line analysis (chapters 17-18) 线段分析（第 16 章） • Models and modeling (chapter 19) 模型和建模（第 14 章）

  47. 1.6 Concepts and Practice 概念与实践 • Two-part chapter structure 两部分结构 • Topics and concepts 主题和概念 • Applications 应用

  48. Thank You!

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