地理信息系统原理

1. 地理信息系统原理 （Geographic Information System） 主讲：安聪荣

2. 如果说地图是地理学的第二代语言，那么地理信息系统就是地理学的第三代语言。如果说地图是地理学的第二代语言，那么地理信息系统就是地理学的第三代语言。 陈述彭 第一章 绪论

3. 基本概念 • 一、信息（Information） 1.含义：信息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，它不随载体物理设备形式的改变而改变。

4. 2.信息的特点 a.客观性 b.适用性 c.传输性 d.共享性 GIS

5. 二、数据 含义：是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号和图像也是数据。

6. 信息与数据的关系 信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以由一种数据形式转换为其他数据形式，但其中包含的信息的内容不会改变。

7. 三、地理信息和地理数据 • 地理数据 是指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、图像和图形等的总称。 • 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，它是对地理数据的解释。

8. 地理信息具有区域性（定位特性）、多层次特性和动态变化的特性

9. 四、信息系统（Information System）组成及其类型 信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。

10. 注意：一个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。注意：一个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。 信息系统的组成要素

11. 信息系统的类型 1）事务处理系统（Transaction Process System ，TPS）主要用以支持操作层人员的日常活动。它主要负责处理日常事务。

12. 2）管理信息系统（Management Information System ，MIS）需要包含组织中的事务处理系统，并提供了内部综合形式的数据，以及外部组织的一般范围和大范围的数据。

13. 3）决策支持系统（Decision Support System ，DSS）能从管理信息系统中获得信息，帮助管理者制定好的决策。 4）人工智能和专家系统（Expert System ,ES）专家系统是能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统。

14. 决定方向的 战略决策者 战略层（上层） 高中层的 管理人员 战术层（中间层） 操作层（底层） 操作员 信息系统的三个管理层次

15. 地理信息系统概述 一、定义： • 地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。

16. GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、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。GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、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（FICCDC）

17. 用户界面 系统和数据库管理 数据输入 数据库建立 空间数据处理 空间数据分析 产品生成 产品输出 GIS定义—概念框架

18. GIS定义—对GIS的理解 • GIS的物理外壳是计算机化的技术系统 数据采集系统、数据管理系统、数据处理和分析系统、可视化表达与输出系统等组成，影响着GIS硬件平台、系统效率和功能、数据处理方式和产品类型。 • GIS的操作对象是空间数据 地理数据—属性数据、几何数据、时间数据。GIS对空间数据的管理好操作，是GIS区别于其它信息系统的根本标志，也是技术难点之一。

19. GIS定义—对GIS的理解（续） • GIS的技术优势在于它的空间分析能力 GIS独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形处理和表达、空间模拟和空间决策支持等，可产生常规方法难以获得的重要信息，这是GIS的重要贡献。 • GIS与地理学、测绘学联系紧密 地理学是GIS的理论依托，为GIS提供有关空间分析的基本观点和方法。测绘学为GIS提供各种定位数据，其理论和算法可直接用于空间数据的变换和处理。 GIS引入地学界，如同Fortran语言引入计算机科学界一样重要。 美国学者 K. I.兰菲尔

20. 信息系统 非空间信息系统 管理信息系统 空间信息系统 非地理信息系统 CAD/CAM 研究范围 地理信息系统 研究内容 全球GIS 专题地理 信息系统 地籍GIS 交通GIS 数据模型 区域GIS 综合地理 信息系统 资源与环境GIS 规划与管理GIS 矢量GIS 栅格GIS 矢-栅GIS GIS定义—GIS在信息系统中的位置

21. 空间信息系统 • GIS地理信息系统 （Geographic Information System） • GPS全球定位系统 （Global positioning System） • RS遥感 （Remot Sensing） • EOS地球观测系统（Earth Observation System) • DPS数据摄影测量系统 （Data Photogrammetric System) • DE数字地球 （Digital Earth ） 5S 3S

22. 二、特征： • 第一，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； • 第二，由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并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； • 第三，以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层的地理信息。

23. 三、类型： • 1）专题地理信息系统（Thematic GIS） • 2）区域信息系统（Regional GIS） • 3）地理信息系统工具或地理信息系统外壳（GIS Tools） 按内容分类：

24. 从提供的性能角度看GIS分类 1）空间管理型GIS 大众型 2）空间分析型GIS 传统型 3）空间决策型GIS 决策型

25. 从系统开发角度看GIS的分类 1）最终用户用GIS 2）专业人士用GIS 3）软件开发者/系统集成者用GIS 从系统结构角度看GIS的分类 1）单机GIS 2）网络GIS

26. 从数据结构角度看GIS的分类 1）矢量数据结构GIS 2）栅格数据结构GIS 3）混合型数据结构

27. 四、地理信息系统的构成 ： • GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据（或空间数据）和系统管理操作人员。

28. 系 统 软 件 系 统 硬 件 空间 数据 GIS GIS的组成—概论 用户

29. GPS 磁带机 光盘机 活动硬盘 硬盘阵列 全站仪 解析和数字 摄影测量仪器 存储设备 专用设备 全数字摄影 测量工作站 绘图仪 遥感与遥感 图象处理系统 输入设备 输出设备 打印机 数字化仪 终端 扫描仪 常规设备 键盘、鼠标 GIS的组成—硬件—基本配置 处理设备 服务器 工作站

30. GIS的组成—硬件—应用模式 • 单机模式： • 由基本外设、处理 设备和输出设备构成 • 适用于小型GIS建设 • 数据传输与资源共享不方便

31. 输 出 用户组1 …… 用户组n Intranet GIS中央 数据库与网管 输 入 GIS的组成—硬件—应用模式 • 局域网模式： • 部门或单位内部GIS建设 • 专线连接 • 资源共享较方便

32. GIS中央 数据库 （服务器） 局域网 用户组 输入 主 干 网 图象 处理系统 多媒体 系统 输出 Internet 用户 用户 GIS的组成—硬件—应用模式 • 广域网模式： • 用户分布地域广泛，不适合专线连接 • 公共通讯连接 • 资源共享方便 • 局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接

33. 用户界面 GIS应用软件 GIS软件 GIS基本功能软件 标准软件 （图形、数据库等） 基础软件 GIS 系统库 （编程语言、数学库等） 系统软件 操作系统 （系统调用、设备运行、网络等） GIS的组成—软件结构

34. GIS的组成—软件—系统软件 系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、UNIX等。系统软件关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。

35. GIS的组成—软件—基础软件 • 数据库软件 用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。目前GIS软件中采用商用数据库管理属性数据，一个有发展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形和属性数据的联合管理。 Oracle、Informix、Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间数据类型。而ESRI公司的SDE（Spatial Database Engine）也是基于关系数据库的空间数据管理平台。 • 图形平台 某些GIS软件中图形处理平台。如AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMap GIS软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS软件

36. 空间数据输入与转换 空间数据库 管理系统 空间查询与分析 制图 与输出 图形与属性 数据编辑 GIS GIS的组成—软件—GIS软件

37. 栅格结构 矢量结构 GIS的组成—空间数据 • GIS的操作对象为空间数据 • 空间数据特征：几何、属性、时间数据； • 空间数据组织：矢量结构、栅格结构； • 空间数据管理： • 几何数据：文件 • 属性数据：关系数据库

38. 空间数据的定义：是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。空间数据的定义：是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。 它是由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他系统通讯输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容

39. 在GIS中，空间数据主要包括 ： • 1）某个已知坐标系中的位置 • 2）实体间的空间关系 • 3）与几何位置无关的属性

40. 管理 咨询 信息管理 GIS 数据整理 GIS的组成—管理人员 • GIS的开发是以人为本的系统工程。 • 业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。 • 不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理管理的能力。 • 技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。

41. 五、地理信息系统的功能概述

42. 数据采集与编辑 • 数据存储与管理 • 数据处理和变换 • 空间分析和统计 • 产品制作与显示 • 二次开发和编程 • ——黄杏元 • 数据的输入功能 • 图形与文本编辑功能 • 数据存储与组织 • 空间查询与分析 • 数据的输出与表达功能 ——万剑华

43. GIS功能理解—基本功能（核心问题）——刘南 • 位置（Locations） • 条件（Conditions） • 趋势（Trends） • 模式（Patterns） • 模型（Models）/模拟（simulation)

44. GIS功能理解—基本功能—位置 • 某个特定位置有什么？ • 几何查属性 • 例：国家属性查询

45. GIS功能理解—基本功能—条件 • 满足给定条件的地理对象分布 • 属性查位置 • 例：客户分布

46. GIS功能理解—基本功能—趋势 • 地理对象随时间的变化 • 例：人口变化趋势

47. GIS功能理解—基本功能—模式 • 空间对象的分布模式问题 • 揭示空间对象的空间关系 • 例：商业服务竞争

48. GIS功能理解—基本功能—模型 • 解决问题方案 • 基于模型的 • 例：公园选址

49. 数据获取 文件图表 数据编辑 投影变换 原始数据 结构化数据 空间查询 空间分析 数据输出 空间 数据库 交互展示 存储检索 制图、表格 GIS功能理解—基本功能实现

50. GIS功能理解—基本功能实现 数据获取