第一章绪论

第一章绪论 • §1．1 地理信息系统基本概念 • §1．2 地理信息系统的类型 • §1．3 地理信息系统的应用 • §1．4 应用型地理信息系统设计的内容和过程

§1．1 地理信息系统基本概念 • 一、信息 • 二、地理信息 • 三、信息系统 • 四、地理信息系统

一、信息 关于信息有各种不同定义，狭义信息论将信息定义为“两次不定性之差”，即指人们获得信息前后对事物认识的差别，广义信息论认为：信息是主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间的一切有用的消息和知识，是表征事物特征的一种普遍形式。在信息系统中，信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是经过加工后的数据，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理设备形式的改变而改变。各种信息图片：

二、地理信息 地理信息是指空间地理分布有关的信息，它表示地表物体和环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图形、图象等总称。数字文字图形图象用图形、图像、视频表示

地理信息属于空间信息。它与一般信息的区别在于它具有区域性、多维性和动态性。 • 区域性:是指地理信息的定位特征，且这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。并指定特定的区域； • 多维性:是指在二维空间的基础上实现多个专题第三维结构。 • 动态性:是指地理信息的动态变化特征，即时序特征，从而使地理信息常以时间尺度划分成不同时间段信息。这就要求及时采集和更新地理信息，并根据多时相数据和信息来寻找时间分布规律，进而对未来作出预测和预报。三种特性用动画逐条显示

三、信息系统 信息系统是具有采集、处理、管理和分析功能的系统，它能为企业部门或组织的决策过程提供有用信息，在信息社会中，我们所说的信息系统大部分都由计算机系统支持，信息系统不只是单纯的计算机系统而是辅助企业管理的人机系统。提供财务管理信息系统、学生档案管理信息系统、及图书情报信息系统的图片

四、地理信息系统 GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。地理信息系统(Geographic Information System, 简称GIS)定义可以从三个方面考虑：①GIS使用的工具：计算机软硬件系统；②GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性；③GIS数据建立过程：采集、存贮、管理、处理、检索、分析和显示。因此也可以这样定义：GIS是在计算机软硬件支持下，以采集、存贮、管理、处理、检索、分析和显示空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并以回答用户问题等为主要任务的技术系统。三方面用动画逐条显示

§1．2 地理信息系统的类型 • 一、工具型地理信息系统 • 二、应用型地理信息系统 • 三、实用型地理信息系统

一、工具型地理信息系统 工具型地理信息系统也称地理信息系统开发平台或外壳，它是具有地理信息系统基本功能，供其他系统调用或用户进行二次开发的操作平台。例举ARC/INFO、MAPGIS、MAPINFO等软件图片

二、应用型地理信息系统 应用型地理信息系统是根据用户的需求和应用目的而设计的一种解决一类或多类实际应用问题的地理信息系统，除了具有地理信息系统基本功能外，还具有解决地理空间实体及空间信息的分布规律、分布特性及相互依赖关系的应用模型和方法。应用型地理信息系统按研究对象性质和内容又可分为专题地理信息系统和区域地理信息系统。热连接

1．专题地理信息系统（Thematic GIS） 是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定专门目的服务。用图片举例：土地详查、配电网、环境保护 • 2．区域地理信息系统（Regional GIS）主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。可以有不同的规模，如国家级的、地区或省级的、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统，也可以按自然分区或流域为单位的区域信息系统。

三、大众地理信息系统 大众地理信息系统既不同于工具型地理信息系统，也不同于应用型地理信息系统，它是一种面向大众、不涉及具体专业的信息系统，使用者只需要有一般的计算机常识就可以了。如：为了普及和加强国民的环境意识而开发出的环境教育信息系统就属于这种类型，它既不要求受教对象有专业的环境知识，也不要求有专业的计算机知识，只需熟悉一般的计算机操作即可。

§1．3 地理信息系统应用 • 一、地理信息系统应用特点 • 二、地理信息系统应用领域

一、地理信息系统应用特点 • 1．应用领域不断扩大 • 2．GIS应用研究不断深入 • 3．GIS应用社会化 • 4．GIS应用全球化 • 5．GIS应用环境网络化集成化 • 6．GIS应用模型多样化

1．应用领域不断扩大 地理信息系统已在许多领域得到广泛的应用，目前应用领域已发展到近60多个。主要应用领域涉及地质、地理、测绘、石油、煤炭、冶金、土地、城建、建材、旅游、交通、铁路、水利、农业、林业、环保、教育、文化、军事等。用一个图形反映这些应用领域一、地理信息系统应用特点

2．GIS应用研究不断深入 GIS早期应用强调制图和空间数据库管理，逐渐地这些应用发展为强调制图现象间相互关系的模拟，大多数应用都包括了制图模拟，象地图再分类、叠加和简单的缓冲区的建立。新的应用集中体现在空间模拟上，即利用空间统计和先进的分析算子进行应用模型分析和模拟。用一个图形反映应用的不同阶段特点数据库制图现象关系空间分析一、地理信息系统应用特点

3．GIS应用社会化 由于重视对GIS人才的培养，GIS的用户数量每年以2—6倍左右速度增长，呈现社会化应用趋向，已进入千家万户，成为人们科研、生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和手段。用直方图表示GIS用户增长 MAPGIS在中国的用户分布图一、地理信息系统应用特点

4．GIS应用全球化 继美国之后，日、英、德、澳及亚洲、非洲等许多国家相继宣布了自己在信息领域的发展规划和蓝图，地理信息系统技术的应用正席卷全球，在美国、西欧和日本等发达国家，现在已建立了国家级、洲际之间以及各种专题性的GIS，GIS应用国际化、全球化已成了一种趋势。用一个转动的地球表示主要国家一、地理信息系统应用特点

5．GIS应用环境网络化集成化 在地理信息系统中，有很多基础数据，它们是社会共享资源，如基础地形库，人口、资源库，经济数据库。因此，必须建立国家及省市地区级基础数据库。在发达国家，常由政府投资建立实用基础数据库，由应用部门投资建立专业数据库。用户可通过网络及时地获取正确的基础数据。在我国已建立了1∶100万国家空间数据基础库，1∶25万地形数据库，显然网络化是发展的必然趋向。用图形表示一、地理信息系统应用特点

6．GIS应用模型多样化 GIS在专业领域中的应用，需开发本专业模型，随着专业不断发展，GIS应用模型越来越多，既有定量模型，又有定性模型，既有结构化模型，又有非结构化模型。GIS在专业中的应用的成功与否与模型开发的成败息息相关。一、地理信息系统应用特点

二、地理信息系统应用领域 • 环境评价和监测系统：主要用于环境影响评价、污染评价、灌溉适宜性评价、灾害监测（森林火灾、洪水灾情、救灾抢险等）、生态系统的研究、生物圈遗迹管理、自然资源管理。 • 土地和资源评价管理：广泛应用于土地管理、水资源清查、矿产资源评价（矿产预测、矿产评价、工程地质、地质灾害）。 • 在市政工程建设方面：GIS用于公共供应网络（电、气、水、废水）、电讯网络、交通领域、区域和城市规划、道路工程。 • 政府企业管理和决策：它可用于企业生产经营管理、税收、地籍管理、宏观规划、开发评价管理、交通工程、公共设施使用、道路维护、市区设计、公共卫生管理、经济发展、赈灾服务等。 • 地图数字制图与生产：由于GIS强有力的数据管理、处理、显示和制图功能，测绘制图部门可利用GIS技术实现制图计算机设计、数据存储、编辑加工及自动化生产，采用GIS技术便于地图修改，地图更新，缩短成图周期，大大提高劳动部门生产率。用图形表示5个方面：然后热联接：每个方面中逐个显示其中的分支

§1．4 应用型地理信息系统设计的内容与过程 • 一、应用型GIS设计内容 • 二、应用型GIS开发和实现的阶段和过程

一、应用型GIS设计内容 1．系统总体设计系统目标和任务、模块子系统设计、计算机系统选择、软件设计、代码设计、界面设计等。 2．数据库详细设计概念设计、逻辑设计、物理设计、数据模型选择等。 3．系统功能设计总体模块功能设计、属性数据库管理系统结构与功能设计、图形数据库管理系统结构与功能设计。 4．应用模型和方法设计常用应用模型设计、方法设计等。 5．输入、输出设计

阶段内容用户领导开发人员系统分析需求分析 1.提出所要解决的问题 2.指出所需要的信息 3.详细介绍现行系统 4.提供各种资料和数据 1.批准开始研究 2.组织开发队伍 3.进行必要培训 1.吸取用户要求 2.回答用户的问题 3.详细调查现行系统 4.搜集资料和数据 5.总结和分析可行性研究 1.评价现行系统 2.协助提出各种方案 3.选择最适宜的方案 1.审查可行性报告 2.决定是否开发 1.提出多种备选方案 2.与用户一起讨论各方案的优劣 3.作出开发的费用估计和时间估计系统设计总体设计 1.讨论子系统模块的合理性并提出看法 2.对设备选择发表看法 1.鼓励用户参加系统设计 2.要求开发人员多听用户意见 1.说明系统目标和功能 2.子系统和模块划分 3.计算机系统选择详细设计 1.讨论设计和用户界面的合理性 2.提出修改意见 1.听取用户有关系统界面的反映 2.批准转入系统实施 1.软件设计 4.数据库设计 2.代码设计 5.用户界面设计 3.功能设计 6.设计输入、输出系统实施编程 1.随时准备回答一些具体的业务问题 1.监督编程进度 1.分头进行编程和调试调试 1.评价系统的总调 2.检查用户界面的良好性 1.监督调试的进度 2.协调用户与开发人员的不同意见 1.模块调试 2.分调（子系统调试） 3.总调（系统调试）培训接受培训 1.组织培训 2.批准系统转换 1.编写用户手册 2.进行培训运行维护运行和维护 1.按系统的要求定期输入数据 2.使用系统的输出 3.提出修改和扩充意见 1.监督用户严格执行操作规程 2.批准适应性和完善性维护 3.准备对系统全面评价 1.按系统要求进行数据处理工作 2.积极稳妥地进行维护系统评价参加系统评价组织系统评价 1.参加系统评价 2.总结经验教训二、应用型GIS开发和实现的阶段和过程

第二章应用型GIS分析 • §2．1 需求分析 • §2．2 可行性分析

§2．1 需求分析 一、现状调查二、表和清单三、数据流程图

一、现状调查 通常可以采用以下方式：①面谈；②电话访谈；③参观；④问卷；⑤索取有关的资料并加以学习和理解；⑥GIS专题报告等。 1．用户情况调查 2．系统目的和任务 3．数据源调查和评价采用的6种方式用图形和视频表示

1．用户情况调查 （1）用户类型（2）用户范围（3）用户研究领域（4）用户数量调查（5）用户基础状况（6）组织机构一、现状调查

1．用户情况调查 （1）用户类型 ①具有明确而固定任务的用户。这类用户希望用GIS来实现现有工作业务的现代化，改善数据采集、分析、表示方法及过程，并用以对工作领域的前景进行评估，以及对现有技术方法更新改造等。用测量调查和制图部门的图片和视频形象表示 ②部分工作任务明确、固定，且有大量业务有待开拓与发展，因而需要建立GIS来开拓他们的工作。这类用户的信息需求和对GIS的要求只能是部分已知。这类用户是以行政或生产管理部门为主，也包括进行系列专题调查的单位。用行政或生产管理部门的图片和视频形象表示 ③用户的工作任务不确定，由于各项工作的要求不同，对信息的需求是未知的或是可变的。一般情况下，高等院校和科研机关多属这种情况。用高等院校和科研机关的图片和视频形象表示一、现状调查

1．用户情况调查 （2）用户范围全国性的地理信息系统有两种不同的情况，一种是国土面积不大的国家，在建立全国性系统时，可按区域性要求甚至按各行业部门的要求，建立国家级系统，该系统处理全国的业务。另一种是国土面积较大的国家如我国，全国性系统并不意味着整个国家只有一个地理信息系统，而是按基本相同的系统组织和结构，及绝对一致的数据格式和精度，建立多个系统分片处理相同的业务。全国性的地理信息系统还有一种解释，即以分级结构的形式建立包罗万象的系统，从中央系统到各级地方系统，数据的详细程度不断增加，无论中央系统还是地方系统都处理各种业务。短期项目的系统：应具有数据采集和输入、数据分析处理及信息输出迅速的特点和能力，但不要求包括大型而复杂的数据库管理与维护方面的功能。长期项目的系统：一般包括大型数据库，具有长期应用目标的地理信息系统，还会遇到硬件和软件更新的问题一、现状调查

1．用户情况调查 （3）用户研究领域此项调查重点是了解用户的研究领域状况，用户研究的方向和深度，用户希望GIS解决哪些实际应用问题，以确定系统设计的目的、应用范围和应用深度，为以后总体设计中系统的功能设计和应用模型设计提供科学、合理的依据。一、现状调查

1．用户情况调查 （4）用户数量调查调查有哪些人、什么人要用该应用型地理信息系统，使用该应用型GIS的人员、部门有多少，以便确定系统的开发规模。一、现状调查

1．用户情况调查 （5）用户基础状况设计应有型地理信息系统，还要分析用户的人力状况。包括用户的知识结构、科学水平、对GIS了解和掌握的程度等等。一、现状调查

1．用户情况调查 （6）组织机构通过现行系统组织机构调查，包括现行机构的组织结构，有关的部门有哪些？各组织的职责及执行的任务等，指出现行机构存在的不足和缺陷，作为待建GIS的突破口。一、现状调查

2．系统目的和任务 系统目的和任务是在深入的用户调查基础上，根据用户的要求和特点而确定。从应用者的角度看，地理信息系统只是解决某一（类）特定问题的工具，因此，一个可运行的应用型GIS系统的目的是指解决具体问题的描述，它确定了应用型GIS的研究应用范围和性质。一、现状调查

3．数据源调查和评价 1）数据源 2）数据的分类（1）字符型数据（2）数值型数据（3）日期型数据（4）图形型数据 3）数据评价（1）数据一般状况评价（2）数据空间特征的评价（3）数据属性特征的评价一、现状调查

3．数据源调查和评价 1）数据源数据是地理信息系统的核心。数据的状况对系统目标的影响很大。在考虑系统目标时，需要对数据进行评估、分类和登记。源数据可能包括很多种类型的数据，如各类地图、航空像片、卫星图像、文字报告、统计数据等。地图、航片、卫片用图形、图片表示文字报告用几本重叠报告图片表示数据用几组叠加的表数据表示一、现状调查

3．数据源调查和评价 2）数据的分类（1）字符型数据字符型数据是定性数据的表现形式，也可以是定量数据的概括和归纳。它可以用汉字、拼音字母和外文字母的形式书写、存贮和处理，在特殊情况下也可以用数字或数字与字母混合书写、存贮和处理。它包括名义型和有序型两种不同数学性质的数据。热联接一、现状调查

1）名义型数据 这种数据没有量的概念，只有客观地表达研究对象的某些性质，而不包含相对重要性或相对幅度。例如：矿体和地层的编号用地层柱状编号图 2）有序型数据这种数据相互之间有程度上的差别，而无比例关系。矿床和矿体的规模和级别、矿产储量和资源量的类别和级别等等。用图形表示

3．数据源调查和评价 2）数据的分类（2）数值型数据 1）间隔型数据这种数据的特点是彼此之间不仅有大小和程度之别，而且其差异是相等的，并且没有自然零值。例如，钻孔及地质点的坐标与高程、地温、气温与水温等等。用图形表示 2）比例型数据这是具有绝对零值的间隔型数据，这种数据不可能有负值存在。它们所反映的数量概念最完整，意义最明确，不仅可以计算出同种数据之差，还可以算出差的倍数。如矿体、煤层和地层的厚度，等等。地层厚度图一、现状调查

3．数据源调查和评价 2）数据的分类（3）日期型数据日期型数据专指那些以三段式字符型描述和存贮的数据，如用于标识日期的“年/月/日”、用于标识具体时间的“时/分/秒”、用于标识角度和地理经纬度的“度/分/秒”等等，都可归入此类。（4）图形型数据图形型数据是指那些观测时直接以图形形式记录下来的数据，例如模拟地震及模拟测井数据。用图形表示一、现状调查

3．数据源调查和评价 3）数据评价（1）数据一般状况评价数据一般状况评价主要包括以下几个方面： ①数据的目前状态： ②数据是否是一种标准形式： ③数据是否可以直接被GIS使用 ④数据的原始性： ⑤数据的可替代性： ⑥数据与其他数据的一致性： ⑦数据共享性：一、现状调查

3．数据源调查和评价 3）数据评价（2）数据空间特征的评价 ①空间特征的表达方式。 ②空间特征的连续性和闭合性。 ③表示规则的比较。 ④空间数据地理控制信息的比较。 ⑤空间地理数据的系列性。 ⑥分类方法的比较和评价。 ⑦地理参考系统的一致性。（3）数据属性特征的评价主要包括下面四个方面： ①属性的存在性。 ②属性数据与空间位置的匹配。 ③属性数据的编码系统。 ④属性数据的现适性。一、现状调查

4．软硬件调查 软件调查包括现在各种在用的软件有哪些，分属于那些部门，目前设置的缺陷，网络功能如何，共享性如何。硬件调查包括现行各种在用的硬件有哪些，分属于哪些部门，目前设置的缺陷，网络功能如何，共享如何。一、现状调查

二、表和清单 1．用户情况调查表调查表应包括：用户类型、用户范围、研究领域、用户数量、基础状况等内容。 2．现有机构的组织结构图不同的机构在实际工作中所起的作用是不相同，各种机构间可能是树枝状分布、并行排列，工作间相互渗透，有机联系。因此组织结构图可以用树枝状模式、网状模式或平行排列等方式表示，也可用客户直接提供的资料。用图形表示组织结构图

二、表和清单 3.部门功能清单部门功能清单列出所有参与的部门及它们的主要功能。通常这些信息均可以从用户处获得，只要将所有获得的信息全部列出即可。用表显示 4．现有机构人员组织清单该清单是机构内专业技术人员一览表，主要包括：人员名称、所属部门职务、主要职责范围、技术优势、经验层次、目前工资等。记录各专业人员的工资层次对于了解专业人员的技术潜力和项目预测时均会起到重要的参考作用。用表显示

二、表和清单 5．现有数据及来源清单数据来源清单列出一个机构内所有数据的来源、格式、目前完善程度等有关信息。用表显示 6．现有软硬件资源表该表可列出现有的硬件资源清单，通常包括下列内容：硬件名称、操作系统、主要功能、所属部门、运行状况等。用表显示软件资源表列出所有的或未来的软件资源清单。该表通常包括下列内容：软件名称、所属单位、操作平台、主要功能、参与的应用、运行状况等。用表显示

三、数据流程图 1．数据流程图的基本成分（1）外部实体（2）处理过程（3）数据流（4）数据存储 2．数据流程图的画法（1）画数据流程图的基本原则（2）画数据流程图的基本步骤（3）画数据流程图的注意事项

D1 数据存储数据流处理过程外部实体数据流外部实体 1．数据流程图的基本成分系统部件包括系统的外部实体、处理过程数据存储和系统中的数据流四个组成部分. 图形内部内容为热联接三、数据流程图

（1）外部实体 外部实体指系统以外又和系统有联系的人或事物，它说明了数据的外部来源和去处，属于系统的外部和系统的界面。外部实体支持系统数据输入的实体称为源点，支持系统数据输出的实体称为终点。通常外部实体在数据流程图中用正方形框表示，框中写上外部实体名称，为了区分不同的外部实体，可以在正方形的左上角用一个字符表示，同一外部实体可在一张数据流程图中出现多次，这时在该外部实体符号的右下角画上小斜线表示重复.

第一章 绪论