地理信息系统PPT基础教程(上).ppt.ppt
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1、资源与环境科学学院GISGeographicalInformationSystem地理信息系统地理信息系统第一章第一章 地理信息系统导论地理信息系统导论 第二章第二章 地理数据结构及其文件组织地理数据结构及其文件组织 第三章第三章 地理数据库地理数据库 第四章第四章 地理数据采集地理数据采集 第五章第五章 空间数据处理空间数据处理 第六章第六章 地理数据计量地理分析地理数据计量地理分析 第七章第七章 空间分析空间分析 第八章第八章 地理信息产品输出地理信息产品输出 第九章第九章 地理信息系统设计与评价地理信息系统设计与评价 第十章第十章 地理信息系统应用实例地理信息系统应用实例地理信息系统导论
2、地理信息系统导论学习目标:学习目标:理解GIS的相关概念,说明GIS和相关学科的关系掌握GIS的特点、类型与组成了解GIS的基本功能和用途了解GIS的发展概况 重点:GIS的基本概念、组成及功用地理信息系统导论地理信息系统导论第一节第一节 地理信息系统的产生地理信息系统的产生第二节第二节 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念第三节第三节 地理信息系统的特点和功能地理信息系统的特点和功能第四节第四节 地理信息系统的组成地理信息系统的组成第五节第五节 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 第六节第六节 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展趋势 信息革命的影响,要求地理学要顺应时
3、代的要求,跟上时代的步伐,地理学要高度现代化。计算机技术、自动化技术等的发展为GIS的形成奠定了坚实的基础;地理信息系统脱胎于地图,它们都是地理信息的载体,具有存贮、分析和显示地理信息的功能。计算机制图技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用;海量资源信息,客观上需要GIS为之服务;由于社会的进步,人类开始觉悟到对于自然资源的利用,不能是简单的掠夺,而应当合理的管理利用,并且把开发和保护相结合。对自然资源应采取科学的管理,进行定量分析和预测,从而为宏观科学决策提供依据,这些为GIS的产生提供了应用基础。基于以上社会经济与技术发展的历史背景和原因,地理信息系统于60年代中期开始形成并逐渐发展起
4、来。第一节第一节 地理信息系统的产生地理信息系统的产生数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统基本概念信息的特点数据与信息的区别第二节第二节 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统数据数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示,随载荷它的物理设备的形式而改变。信息信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识,是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统(1)信息的客观性(2)信息的适用性(3)信息的传输性(4)信息的共享性信息的特点:信息的特点:数据与信息
5、地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统信息与数据信息与数据是不可分离的,数据是信息的表达,信息是数据的内涵。数据本身并没有意义数据只有对实体行为产生影响时才成为信息数据与信息的关系基本概念基本概念地理信息的特征地理信息的特征地图与地理信息的关系地图与地理信息的关系数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地理信息地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。地图地图是将地理环境诸要素按照一定的数学法则,运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形,以传递各种自
6、然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化。数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统基本概念(1)属于空间信息(2)具有多维结构的特征(3)时序特征十分明显数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地理信息的特征地理信息的特征1.地图是地理信息载体2.地图是地理信息的传统数据源3.地图是GIS的查询与分析结果的表示方法数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地图与地理信息的关系地地理理系系统统是一个多层次的巨系统,它具有多层次的结构和泛目标的功能,需要多
7、学科的知识结构和多种形式技术体系的支持。地理系统是认识地理圈的事物、现象和发生发展过程,理解物质迁移与能量转换内外循环的规律,认识地理规律、掌握地理信息,以调控资源与环境为目的的逻辑思维过程。地地理理信信息息系系统统是以地理空间数据库为基础,在计算机软硬件的支持下,运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说,地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。地地理理系系统统是是地地理理信信息息系系统统的的科科学学依依据据;地地理理信息系统是研究地理系统的科学技术保证。信息系统是研究地理系统的科学技术保证。数据与
8、信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地理信息系统的分类地理信息系统的分类地理信息系统的功能地理信息系统的功能地理信息系统的应用地理信息系统的应用第三节第三节 地理信息系统的特点和功能地理信息系统的特点和功能地理信息系统的特点地理信息系统的特点1.公共的地理定位基础;2.具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力3.系统以分析模型驱动,具有极强的空间综合分析和动态预测能力,并能产生高层次的地理信息;4.以地理研究和地理决策为目的,是一个人机交互式的空间决策支持系统。一、地理信息系统的特点专题地理信息系统(ThematicGIS)区域地理信息系统(Re
9、gionalGIS)地理信息系统工具(GISTools)城市信息系统自然资源查询信息系统规划与评估信息系统土地管理信息系统等。按功能分类按内容分类二、地理信息系统的分类数据输入、存贮和编辑操作运算数据查询和检索应用分析图形显示和结果输出数据更新三、地理信息系统的功能四、地理信息系统的应用1.统计与量算;2.规划与管理;3.预测与监测;4.辅助决策。第四节第四节 地理信息系统的组成地理信息系统的组成数据输入数据输入数据存储数据存储信息输入信息输入系统操作系统操作系统支持系统支持地理分析地理分析硬件系统硬件系统地理数据地理数据软件系统软件系统输入设备输入设备存储设备存储设备输出设备输出设备计算机系
10、统软件计算机系统软件GIS软件软件应用分析程序应用分析程序地地理理数数据据库库用户用户一、一、GIS 的的 硬硬 件件 系统系统输输入入设设备备数数 字字 化化 仪仪扫扫描描仪仪键键 盘盘数数 字字 像像 机机输输 出出 设设 备备 显显 示示 器器绘绘 图图 机机打打 印印 机机校校片片纪纪录录仪仪计计算算机机主主机机存储设备存储设备光光盘盘读读写写器器磁磁 带带 机机硬硬盘盘软软盘盘二、二、GISGIS的软件系统的软件系统数数 据据 输输 入入 和和 校校 验验数数 据据 存存 储储 和和 管管 理理数数 据据 变变 换换 分分 析析数数 据据 显显 示示 和和 输输 出出用用 户户 接接
11、 口口 模模 块块GIS软件软件应应 用用 分分 析析 软软 件件计计 算算 机机 系系 统统 软软 件件操操 作作 系系 统统汇汇 编编 程程 序序编编 译译 程程 序序服服 务务 程程 序序三、地理数据三、地理数据地理数据分类几何数据几何数据关系数据关系数据属性数据属性数据度量关系延伸关系拓扑关系几何坐标定性定量四、用四、用 户户系统组织、管理、维护和数据更新、应用程序开发、信息提取、地理决策一、研究内容一、研究内容GIS基本理论基本理论技术系统技术系统应用方法应用方法第五节第五节 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 概念、定义、内涵构成、特点、功能和任务理论体系发展历史及发展趋
12、势一、研究内容一、研究内容GIS基本理论基本理论技术系统技术系统应用方法应用方法第五节第五节 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 硬件配置数据结构与表示输入输出系统地理数据管理用户界面GIS工具软件研制一、研究内容一、研究内容GIS基本理论基本理论技术系统技术系统应用方法应用方法第五节第五节 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 应用系统设计数据采集与校验专题分析模型3S结合地学专家系统考古学考古学人文地理学人文地理学公共管理公共管理社会学社会学流行病学流行病学健康护理规划健康护理规划森林学森林学土壤科学土壤科学地貌学地貌学环境科学环境科学地质学地质学生态学生态学水文学水文学
13、气象学气象学公共信息查询公共信息查询矿产开发矿产开发设施维护设施维护产业产业/商业商业市场市场旅游业旅游业资产管理资产管理计算机科学计算机科学制图学制图学可视化可视化符号学符号学测量测量遥感遥感照相测量法照相测量法数学数学数据库数据库计算机计算机图形学图形学统计学统计学地理地理 统计学统计学人工人工智能智能认知科学认知科学社会经济测量地形测量环境测量二二 相相关关学学科科树树1.起步阶段(60年代),注重空间数据的地学处理。1963年,加拿大测量学家R.T.Tomlinson首先提出GIS这一术语,建立加拿大地理信息系统(CGIS);1969年,ESRI(环境系统研究所)建立;1969年,In
14、tegraph公司建立。2.发展阶段(70年代),注重空间地理信息的管理,受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视。1978年,ERDAS成立。一、地理信息系统的发展概况一、地理信息系统的发展概况第六节第六节 GISGIS发展趋势发展趋势3.推广应用阶段(80年代),注重空间决策支持分析。1981年,ESRIARC/INFOGIS发布;1985年,GPS成为可运行系统;1986年,MapInfo建立;1986年,SPOT卫星首次发射;1987年,地理信息系统的国际杂志出版;1988年,美国人口调查局第一次公开发布TIGER;1988年,GISWorld首次发行;1989年,Ingegraph发布
15、MGE;4.用户时代(90年代后),注重GIS社会应用与服务,GIS技术迅猛发展。控件式GIS成为GISTools的发展方向;WebGIS蓬勃发展;三维GIS崭露头角。5.国外主流GIS软件ARC/INFO(ArcView、ArcObject、ArcIMS)GENAMAPMGE(ModularGISEnvironment)(GeoMedia)MapInfo(MapinfoProserver、MapX、MapXtreme、SpatialWare)ERDAS二、我国二、我国GISGIS的发展的发展1.准备阶段(70年代)2.试验阶段(80年代)3.全面发展阶段(90年代)4.国产主流GIS软件Ge
16、oStarMapGISSuperMapCityStar(1)GIS与遥感和全球定位系统进一步结合,构成地理学 日趋完善的技术体系;(2)空间数据结构与数据管理的研究更加深入;(3)GIS应用模型开发日趋加强;(4)GIS智能化;(5)GIS网络化;(6)三维GIS的研究不断深入;(7)宏观与微观应用进一步加强,并形成新的产业。三、地理信息系统的发展趋势三、地理信息系统的发展趋势地理数据结构及其文件组织地理数据结构及其文件组织学习目标学习目标理解地理空间信息的概念掌握地理空间信息的描述方法理解地理数据分类描述的方法理解和掌握地理空间数据的拓扑关系掌握栅格和矢量数据结构及其编码方法了解栅格与矢量数
17、据之间的转化方法重点:重点:地理空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构的特点及其编码方法。难难 点点:拓扑结构、栅格数据编码地理数据结构及其文件组织 地理空间信息及其描述地理空间信息及其描述 地理空间数据类型地理空间数据类型 地理信息的空间关系地理信息的空间关系 地理信息空间数据结构地理信息空间数据结构 地理信息数据的编码方法地理信息数据的编码方法 矢量结构与栅格结构的相互转换矢量结构与栅格结构的相互转换 一、地理空间信息一、地理空间信息一、地理空间信息一、地理空间信息l1地理空间(GeographicSpace)是指物质、能量、信息的形式与形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上
18、的延续。l2地理信息地理信息是一个时空过程,它存在于一定物质、能量载体,并能从一种载体向另一种载体进行转移,从而形成所谓的信息流。按照认知关系可将地理信息载体化分为地理主体和地理对象两种。二、地理空间信息的描述二、地理空间信息的描述l是建立在地理空间坐标系基础上的l地理坐标地理坐标(经度、纬度)是描述地理空间信息最直接的方法。l平面直角坐标系平面直角坐标系(X,Y)建立了对地理空间良好的视觉感,并易于进行距离、方向、面积等空间参数的量算,以及进一步的空间数据处理和分析。l地理信息系统中的地理空间,通常就是指经过投影变换后放在笛卡儿坐标中的地球表层特征空间,它的理论基础在于旋转椭球体和地图投影变
19、换。三、地理数据的分类描述l定名(定名(Nominol)量)量l顺序(顺序(Ordinal)量)量l间隔(间隔(Interval)量)量l比率(比率(Ratio)量)量定性而非定量地对众多地理事物进行区分和标识。如北京、天津、石家庄等;长江、黄河、鸭绿江等;白洋淀、洪泽湖和太湖等通过排序来区分和标识地理现象的量称为顺序量。它是按照地理数据的等级序列,由低到高(或由高到低)进一步细分的利用某种标准单位(可以是任意的)作为间隔量来表示不同的量,是一种较精确区分和标识地理现象的测量方法。比率量是间隔量的精确化。它提供的定量值是具有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据第二节第二节 地理空间数据类型地理
20、空间数据类型 l地理数据的基本特征l地理数据的来源l地理空间数据类型一、地理数据的基本特征一、地理数据的基本特征l空间特征空间特征 表表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征,一般用坐标数据表示。征又称定位特征或几何特征,一般用坐标数据表示。l属性特征属性特征 表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。征等。l时间特征时间特征 描描述实体随时间的变化,其变化的周期有超短周期的、述实体随时间的变化,其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。短期的、中期的和长期
21、的。二、地理数据的来源l地图数据地图数据 地图是地理信息的主要载体,同时也是地理信息系统地图是地理信息的主要载体,同时也是地理信息系统最重要得信息源最重要得信息源l遥感数据遥感数据 各种遥感数据及其制成的图像资料(航片、卫片)包各种遥感数据及其制成的图像资料(航片、卫片)包含着及其丰富的地理内容,尤其是先进的卫星遥感技含着及其丰富的地理内容,尤其是先进的卫星遥感技术的广泛应用,能为地理信息系统提供源源不断的、术的广泛应用,能为地理信息系统提供源源不断的、现势性很强的数据现势性很强的数据l统计数据、实测数据及各种文字报告统计数据、实测数据及各种文字报告 各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据
22、、研各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等究报告等三、地理空间数据的类型三、地理空间数据的类型1.类型数据类型数据:居民点、交通线、土地类型分布等。:居民点、交通线、土地类型分布等。2.面域数据面域数据:多边形中心点、行政区域界限和行政单元:多边形中心点、行政区域界限和行政单元3.网络数据网络数据:道路交叉点、街道和街区等。:道路交叉点、街道和街区等。4.样本数据样本数据:气象站、航线和野外样方的分布区等。:气象站、航线和野外样方的分布区等。5.曲面数据曲面数据:高程点、等高线和等值区域。:高程点、等高线和等值区域。6.文本数据文本数据:如地名、河流名和区域名称。:如地名、河流
23、名和区域名称。7.符号数据符号数据:点状符号、线状符号和面状符号等。:点状符号、线状符号和面状符号等。第三节 地理信息的空间关系l地理空间数据的拓扑关系l地理空间信息的方向关系l地理空间信息的度量关系一、地理空间数据的拓扑关系拓扑结构拓扑结构 是明确定义空间结构关系的一种数学方法。在GIS中,它不但用于空间数据的组织,而且在空间分析和应用中都有非常重要的意义。1.1.地理空间数据的拓扑关系地理空间数据的拓扑关系2.2.地理空间数据拓扑关系应用价值地理空间数据拓扑关系应用价值3.3.地理空间数据拓扑关系的表示地理空间数据拓扑关系的表示拓扑邻接:元素之间的拓扑关系。拓扑关联:元素之间的拓扑关系。拓
24、扑包含:元素之间的拓扑关系。1、地理空间数据的拓扑关系不不 同同 类类同同 类类同类不同级同类不同级N11256473P1P3P2P4N4N3N5N2拓扑邻接:N1/N2,N1/N3,N1/N4;P1/P3;P2/P3拓扑关联:N1/1、3、6;P1/1、5、6拓扑包含:P3与P42.2.2.2.地理空间数据拓扑关系应用价值地理空间数据拓扑关系应用价值地理空间数据拓扑关系应用价值地理空间数据拓扑关系应用价值(1)确定地理实体间的相对空间位置,无需坐标和距离(2)利于空间要素查询(3)重建地理实体3.3.地理空间数据地理空间数据 拓扑关系的表示拓扑关系的表示结点集合结点集合结点名指针第一个离开弧
25、段第一个到达弧段坐标N1e3e1x1,y1N2e1e2x2,y2N3e2e3x3,y31256473P1P3P2P4N4N3N5N2顺时针第一弧段逆时针第一弧段指针属性P0e5t0P1e1t1P2e2e5t2多边形名P3e3e4t31256473P1P3P2P4N4N3N5N23.3.地理空间数据地理空间数据 拓扑关系的表示拓扑关系的表示多边形集合多边形集合弧段名e1N2N1P1P0e6e2s1e2N3N2e5P2P0e4e3s2e3N1N3e6e4P3P0s3e4N4N3e5e3P2P3e2e6s4始结点终结点离开始结点的下一条弧段到达终结点的下一条弧段右多边形左多边形右多边形顺时针下一条弧
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