1、地理信息系统地理信息系统主主 讲讲 人：人：联系电话联系电话QQQQ课课 件：件：ftp:/218.87.136.94/ftp:/218.87.136.94/教学目标教学目标l地理信息系统基础地理信息系统基础课程总学时课程总学时为为3232，分理论课（，分理论课（1616）与实验课）与实验课（1616）两部分。）两部分。l通过本课程的学习，使学生掌握地通过本课程的学习，使学生掌握地理信息系统的基本概念、空间数据理信息系统的基本概念、空间数据的采集、处理与存储组织、的采集、处理与存储组织、GISGIS空空间分析的原理方法、空间数据符号间分析的原理方法、空间数据符号化方法等。化方法等。教学内容教学
2、内容 (16(16学时学时)l第一章第一章 绪论（绪论（2 2学时）学时）l第二章第二章 地理空间与空间数据基础（地理空间与空间数据基础（2 2学时）学时）l第三章第三章 空间数据结构（空间数据结构（2 2学时）学时）l第四章第四章 空间数据库（空间数据库（2 2学时）学时）l第五章第五章 空间数据采集与处理（空间数据采集与处理（3 3学时）学时）l第六章第六章 空间查询与空间分析（空间查询与空间分析（3 3学时）学时）l第七章第七章 空间数据的可视化（空间数据的可视化（2 2学时）学时）课程考核课程考核l平时成绩（平时成绩（30%30%）作业、实验作业、实验l考试成绩（考试成绩（70%70%
3、）开卷考试开卷考试缺课缺课3 3次，取消考试资格次，取消考试资格Chap.1 Chap.1 绪论绪论（2 2学时）学时）lGISGIS能干什么能干什么120120急救急救 假如有人心脏病突发时拨打了假如有人心脏病突发时拨打了120120急救电话，电话接急救电话，电话接通时工作人员马上从电脑上看到来电所显示的准确区通时工作人员马上从电脑上看到来电所显示的准确区域、楼层、房号，乃至显示最近的救援路线，那这个域、楼层、房号，乃至显示最近的救援路线，那这个人很可能就得救了；人很可能就得救了；Google MapsGoogle Maps、GoogleGoogle Earth Earth等公众地理信息服务
4、系统等公众地理信息服务系统图行天下图行天下Go2mapGo2map、E E都市、神州龙地图、我要地图、都市、神州龙地图、我要地图、MapABCMapABC等等。等等。公园选址公园选址如何为一公如何为一公园选择合理园选择合理位置？位置？交通方便，交通方便，较安静；依较安静；依山傍水；避山傍水；避免沼泽免沼泽地地要求要求方案方案2 2条件条件2 2方案方案1 1条件条件1 1处理、分析处理、分析空间分析空间分析算法算法现实世界现实世界获取获取水系信息水系信息地形信息地形信息道路信息道路信息植被信息等植被信息等+空间空间数据库数据库存储存储l公园选址条件：公园选址条件：1)1)相对安静（离主要公路相
5、对安静（离主要公路0.20.2公里之外）且交通方便公里之外）且交通方便（离主要公路（离主要公路0.80.8公里之内）公里之内）2)2)公园最好依附在大小适中的天然河流上。公园最好依附在大小适中的天然河流上。3)3)公园选址要避免沼泽地；公园选址要避免沼泽地；l相关数据，提供三层数据：相关数据，提供三层数据：交通图（公路分为主要、次要两个等级）交通图（公路分为主要、次要两个等级）-Road-Road层；层；水系图（河流分为水系图（河流分为1-31-3等）等）-Stream-Stream层，等级为层，等级为2 2的河的河流才适合建公园。流才适合建公园。沼泽地图（类型为沼泽地图（类型为1 1是沼泽地
6、，是沼泽地，9999为非沼泽地）为非沼泽地）-marshmarsh层；层；l针对公园选址的要求，列出空间操作顺序：针对公园选址的要求，列出空间操作顺序：a)a)对对RoadRoad层中的主要公路建立层中的主要公路建立0.80.8、0.20.2公里缓公里缓冲区，将两缓冲区进行空间叠置得到公园候选冲区，将两缓冲区进行空间叠置得到公园候选区域区域-zones-zones。b)b)将将MarshMarsh层和层和zoneszones进行多边形空间叠置分析，进行多边形空间叠置分析，取位于取位于zonezone内的非沼泽地区域内的非沼泽地区域ZmarshZmarsh；c)c)将将StreamStream层
7、与层与ZmarshZmarsh进行空间叠置，取位于进行空间叠置，取位于ZmarshZmarsh内，等级为内，等级为2 2的河流段作为公园建立的候的河流段作为公园建立的候选地址。选地址。本章内容：本章内容：1.1.GISGIS的基本概念的基本概念2.2.GISGIS的构成的构成3.3.GISGIS的基本功能的基本功能4.4.GISGIS的应用的应用 5.5.GISGIS与相关学科、技术的关系与相关学科、技术的关系6.6.GISGIS的发展概况的发展概况1.1 1.1 信息与地理信息信息与地理信息l1.1.1 1.1.1 数据和信息数据和信息数据数据（DataData）是一种未经加工的原始资料，数
8、是一种未经加工的原始资料，数字、文字、符号、图形图像等都是数据；字、文字、符号、图形图像等都是数据；信息信息（InformationInformation）来源于数据。来源于数据。数据是客观对象的表示，数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵而信息则是数据内涵的意义，是数据的内容和解释。的意义，是数据的内容和解释。例如，从学生考试成绩数据中可获取到有关例如，从学生考试成绩数据中可获取到有关信息；信息；从测量数据中可以抽取出地面目标或从测量数据中可以抽取出地面目标或物体的形状、大小和位置等信息；物体的形状、大小和位置等信息；从遥感图从遥感图像数据中可以提取出各种地物的图形大小和像数据中可以提取出
9、各种地物的图形大小和专题信息。专题信息。1 GIS1 GIS的基本概念的基本概念信息信息是用文字、数字、符号、语是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，物、现象等的内容、数量或特征，并向人们（或系统）提供关于现并向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识实世界新的事实和知识，作为生，作为生产、建设、经营、管理、分析和产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。决策的依据。信息的特征：信息的特征：客观性、适用性、客观性、适用性、可传输性和共享性。可传输性和共享性。1.1.2 1.1.2 地理信息（空间信息、地理空间信息）地理信
10、息（空间信息、地理空间信息）l地理数据（空间数据、地理空间数据）地理数据（空间数据、地理空间数据）是地是地理实体及相互间关系的符号化表示，包括理实体及相互间关系的符号化表示，包括空空间特征、属性特征及时间特征间特征、属性特征及时间特征。l地理信息（地理信息（Geographic InformationGeographic Information）是是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征及一切有用的知识，征及一切有用的知识，它是对表达地理要素它是对表达地理要素与地理现象之间关系的地理数据的解释。与地理现象之间关系的地理数据的解释。l基本形式基本形式1.1
11、.3 1.1.3 地理信息的特征地理信息的特征1 1）空间特征：）空间特征：地理实体的空间位置及其相互关地理实体的空间位置及其相互关系，表现为系，表现为多维结构，多维结构，是地理信息区别于其它是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志；类型信息的最显著标志；2 2）属性特征：）属性特征：表示地理实体的名称、类型和数表示地理实体的名称、类型和数量等；量等；3 3）时间特征：）时间特征：指实体随时间而发生的相关变化指实体随时间而发生的相关变化的信息（属性数据或空间数据的变化）。的信息（属性数据或空间数据的变化）。l空间特征、属性特征、时间特征空间特征、属性特征、时间特征是地理信息是地理信息（地理数据
12、）的（地理数据）的3 3个基本特征。个基本特征。4 4）数据量大：）数据量大：地理信息既有空间特地理信息既有空间特征，又有属性特征，另外地理信征，又有属性特征，另外地理信息还随着时间的变化而变化，具息还随着时间的变化而变化，具有时间特征，因此其数据量很大。有时间特征，因此其数据量很大。尤其是随着全球对地观测技术的尤其是随着全球对地观测技术的不断发展，每天都可以获得上万不断发展，每天都可以获得上万亿兆的关于地球资源、环境特征亿兆的关于地球资源、环境特征的数据。的数据。1.2 1.2 信息系统信息系统l信息系统信息系统是具有是具有采集、管理、加工和表采集、管理、加工和表达数据能力达数据能力的系统，
13、的系统，并能回答用户一系并能回答用户一系列问题的系统列问题的系统。它是由。它是由计算机硬件、软计算机硬件、软件、数据和用户件、数据和用户四大要素组成。四大要素组成。l从从适用于不同管理层次适用于不同管理层次的角度出发，信的角度出发，信息系统分为息系统分为事务处理系统事务处理系统和和决策支持系决策支持系统。统。1.3 1.3 地理信息系统地理信息系统GISGIS-G Geographic eographic I Information nformation S SystemystemGISGIS-G Geo-eo-I Information nformation S ServiceerviceG
14、ISGIS-G Geo-eo-I Information nformation S Sciencecience1.3 1 1.3 1 地理信息系统概念地理信息系统概念l地理信息系统是一种特定的十分重要的地理信息系统是一种特定的十分重要的空间信息系统空间信息系统。l不同领域、不同专业对不同领域、不同专业对GISGIS的理解不同，的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的定义：目前没有完全统一的被普遍接受的定义：1 1）美国学者）美国学者ParkerParker认为认为“GISGIS是一种是一种存贮、分析和显示空间与非空间数据存贮、分析和显示空间与非空间数据的信息技术的信息技术”。2 2）加拿大的
15、）加拿大的Roger TomlinsonRoger Tomlinson认为认为“GISGIS是全方位分析和操作地理数据的数字系是全方位分析和操作地理数据的数字系统统”。3 3）GoodchildGoodchild把把GISGIS定义为定义为“采集、存贮、采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统综合系统”。4 4）BurroughBurrough认为认为“GISGIS是属于从现实世是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具间数据的一组有力的工具”。5 5）俄罗斯学者也把）俄罗斯学者也把G
16、ISGIS定义为定义为“一种解决一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合联系的工具集合”。6 6）美国国家地理信息与分析中心给出的定）美国国家地理信息与分析中心给出的定义：义：“GISGIS为了获取、存储、检索、分析和为了获取、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显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统据库管理系统”。7 7）英国教育部认为：）英国教育部认为：“GISGIS是一种获取、是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统数据的计算机系统”。8 8）美国
17、联邦数字地图协调委员会认为：）美国联邦数字地图协调委员会认为：“GISGIS是由计算机硬件、软件和不同的方法是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显据的采集、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示，以便解决复杂的规划和管理问题”。l我们认为：我们认为：地理信息系统地理信息系统是一种采是一种采集、存储管理、处理、分析、显示和集、存储管理、处理、分析、显示和应用应用地理数据地理数据的计算机系统。的计算机系统。1.3.2GIS1.3.2GIS与其它信息系统的区别和联系与其它信息系
18、统的区别和联系 信息系统（信息系统（IS)IS)非空间信息系统非空间信息系统空间信息系统（空间信息系统（SISSIS）如厂矿企业管理、如厂矿企业管理、财务等财务等MISMIS非地理信息系统非地理信息系统CAD/CAMCAD/CAM地理信息系统（地理信息系统（GISGIS）专题专题GISGIS综合信息系统综合信息系统地籍信息系统地籍信息系统城市管线信息系统城市管线信息系统城市规划城市规划与管理与管理ISIS区域资源区域资源与环境与环境ISIS（1 1）GISGIS与一般与一般MISMISlGISGIS区别于其它信息系统的一个区别于其它信息系统的一个显著标志是具有空间分析功能。显著标志是具有空间分
19、析功能。lGISGIS离不开数据库技术。数据库离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数据模型、中的一些基本技术，如数据模型、数据存储、检索等都是数据存储、检索等都是GISGIS广泛广泛使用的核心技术。使用的核心技术。lGISGIS对空间数据和属性数据共同管理、分析对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，和应用，而一般而一般MISMIS（数据库系统）侧重于（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查非图形数据（属性数据）的优化存储与查询，不能对空间数据进行查询、检索、分询，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很
20、有限。有限。l如电话查号台是一个一般如电话查号台是一个一般MISMIS，只能回答用，只能回答用户询问的电话号码，户询问的电话号码，而通信地理信息系统而通信地理信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的地除了可查询电话号码外，还提供用户的地理分布、空间密度、最近的邮局等空间关理分布、空间密度、最近的邮局等空间关系信息。系信息。（2 2）GISGIS与与CADCADl管理了图形数据和属性数据的系统不管理了图形数据和属性数据的系统不一定是一定是GISGIS，如计算机辅助设计，如计算机辅助设计(Computer Adided DesignComputer Adided Design，CADCAD)表表
21、1-1 GIS1-1 GIS与与CADCAD的异同点的异同点GISGIS与与CADCAD共同点共同点GISGIS与与CAD CAD 不同点不同点u都有坐标系统；都有坐标系统；u都能将目标和都能将目标和参考系联系起来参考系联系起来；u都能描述图形都能描述图形数据的拓扑关系数据的拓扑关系；u都能处理属性都能处理属性和空间数据和空间数据uCADCAD研究对象为研究对象为人造对象人造对象-规则几规则几何图形及组合；何图形及组合；u图形功能特别是图形功能特别是三维图形功能强，三维图形功能强，属性库功能相对较属性库功能相对较弱；弱；uCADCAD中的拓扑关中的拓扑关系较为简单；系较为简单；u一般采用几何坐
22、一般采用几何坐标系标系 。uGISGIS处理的数据大多处理的数据大多来自于现实世界，较来自于现实世界，较之人造对象更复杂，之人造对象更复杂，数据量更大；数据采数据量更大；数据采集的方式多样化；集的方式多样化；uGISGIS的属性库结构复的属性库结构复杂，功能强大；杂，功能强大；u强调对空间数据的强调对空间数据的分析，图形属性交互分析，图形属性交互使用频繁；使用频繁；uGISGIS采用地理坐标系采用地理坐标系 。2 GIS2 GIS的构成的构成 l完整的完整的GISGIS主要由四个部分构成主要由四个部分构成计算机硬件系统计算机硬件系统计算机软件系统计算机软件系统地理空间数据地理空间数据系统管理、
23、操作人员系统管理、操作人员2.1 2.1 硬件系统硬件系统输入设备输入设备专用设备专用设备常规设备常规设备GPSGPS全数字摄影全数字摄影测量工作站测量工作站解析和数字解析和数字摄影测量仪器摄影测量仪器遥感与遥感遥感与遥感图象处理系统图象处理系统全站仪全站仪扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪键盘、鼠标键盘、鼠标处理设备处理设备工作站工作站服务器服务器硬盘阵列硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘活动硬盘光盘机光盘机磁带机磁带机输出设备输出设备绘图仪绘图仪终端终端打印机打印机2.2 2.2 软件系统软件系统l GISGIS软件是系统的核软件是系统的核心，用于执行心，用于执行GISGIS功功能的各种操作，包括
24、能的各种操作，包括数据输入、处理、数数据输入、处理、数据库管理、空间分析据库管理、空间分析和图形用户界面和图形用户界面(GUI)(GUI)等。按照其功能分为：等。按照其功能分为：GISGIS专业软件、数据专业软件、数据库软件、系统管理软库软件、系统管理软件件等等 GISGIS应用软件应用软件GISGIS硬件硬件操作系统操作系统GISGIS专业平台软件专业平台软件GISGIS用户界面用户界面GISGIS数据库数据库GISGIS软件层次软件层次2.2 1 GIS2.2 1 GIS专业软件专业软件l GISGIS专业软件一般指具有丰富功能的专业软件一般指具有丰富功能的通用通用GISGIS软件，它包含
25、了处理地理信息软件，它包含了处理地理信息的各种高级功能，可作为其他应用系的各种高级功能，可作为其他应用系统建设的平台。统建设的平台。其代表产品有其代表产品有ArcGISArcGIS、MAPINFOMAPINFO、MAPGISMAPGIS、GEOSTARGEOSTAR等。等。2.2 2 2.2 2 数据库软件数据库软件l数据库软件数据库软件除了在除了在GISGIS专业软件中用于专业软件中用于支持复杂空间数据的管理软件以外支持复杂空间数据的管理软件以外，还包括服务于以非空间属性数据为主还包括服务于以非空间属性数据为主的的数据库系统，如数据库系统，如ORACLEORACLE、SYBASESYBASE
26、、INFORMIXINFORMIX、DB2DB2、SQL ServerSQL Server等。它们等。它们也是也是GISGIS软件的重要组成部分。软件的重要组成部分。2.2.3 2.2.3 系统管理软件系统管理软件l系统管理软件主要指计算机操作系统系统管理软件主要指计算机操作系统，当今使用的操作系统有：当今使用的操作系统有：UNIXUNIX、WindowsWindows、LinixLinix等。它们关系到等。它们关系到GISGIS软件和开发语言使用的有效性，因此软件和开发语言使用的有效性，因此也是也是GISGIS软硬件环境的重要组成部分。软硬件环境的重要组成部分。2.3 2.3 地理空间数据地
27、理空间数据l地理空间数据是地理信息的载体，地理空间数据是地理信息的载体，是地理信息系统的操作对象，它具是地理信息系统的操作对象，它具体描述地理实体的空间特征、属性体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。特征和时间特征。它是它是GISGIS的血液。的血液。2.4 2.4 系统开发、管理与使用人员系统开发、管理与使用人员l人是人是GISGIS中的重要构成因素。仅有系中的重要构成因素。仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并
28、灵活扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。为研究和决策服务。3 GIS3 GIS的基本功能的基本功能l一个完整的一个完整的GISGIS系统的基本功能应包括：系统的基本功能应包括：1.1.空间数据采集与编辑空间数据采集与编辑2.2.空间数据存储与管理空间数据存储与管理3.3.空间数据处理与变换空间数据处理与变换4.4.空间查询与分析空间查询与分析5.5.空间数据显示与输出空间数据显示与输出3.13.1 空间数据采集与编辑空间数据采集与编辑l主要用于获取数据主要用于获取数据，保证保证地理信息数据库中地理信息数据库中的的数据数据在
29、内容与空间上在内容与空间上的完整性、数值逻辑的完整性、数值逻辑一致性与正确性一致性与正确性等。等。l一般而言，地理信息数据库的建设占整个系一般而言，地理信息数据库的建设占整个系统建设投资的统建设投资的70%70%或更多，并且这种比例在近或更多，并且这种比例在近期内不会有明显的改变。期内不会有明显的改变。l因此，因此，信息共享与自动化数据输入成为地理信息共享与自动化数据输入成为地理信息系统研究的重要内容。信息系统研究的重要内容。l目前可用于地理信息系统数据采集的方法与目前可用于地理信息系统数据采集的方法与技术很多。技术很多。3.23.2 空间数据存储与管理空间数据存储与管理l由于由于GISGIS
30、数据库具有数据量大，空间数据数据库具有数据量大，空间数据与属性数据具有不可分割的联系，以及与属性数据具有不可分割的联系，以及空间数据之间具有显著的拓扑结构等特空间数据之间具有显著的拓扑结构等特点，因此点，因此GISGIS数据库管理功能除了与属性数据库管理功能除了与属性数据有关的数据有关的DBMSDBMS功能之外，对空间数据功能之外，对空间数据的管理技术主要包括：的管理技术主要包括：空间数据库数据空间数据库数据模型与数据结构、空间索引、数据更新模型与数据结构、空间索引、数据更新维护等。维护等。3.33.3 空间数据处理与变换空间数据处理与变换l数据处理的任务和操作内容有：数据处理的任务和操作内容
31、有：l 数据变换：数据变换：指指对数据从一种数学状态转换为对数据从一种数学状态转换为另一种数学状态另一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、，包括投影变换、辐射纠正、比例尺缩放、误差改正和处理等；比例尺缩放、误差改正和处理等；l 数据重构：数据重构：指指对数据从一种几何形态转换为对数据从一种几何形态转换为另一种几何形态另一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、，包括数据拼接、数据截取、数据压缩、结构转换等；数据压缩、结构转换等；l 数据抽取：数据抽取：指指对数据从全集合到子集的条件对数据从全集合到子集的条件提取提取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取等。，包括类型选择、窗口提取、布尔提取等。3.4
32、3.4 空间查询和分析空间查询和分析l 空间查询空间查询l 空间分析空间分析叠加分析叠加分析缓冲区分析缓冲区分析网络分析网络分析数字地形分析数字地形分析3.53.5 空间数据显示与输出空间数据显示与输出lGISGIS为用户提供了许多用于地理数为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。表格、地图等硬拷贝图件。4 GIS4 GIS的应用的应用l4.0 4.0 公众地理信息服务公众地理信息服务l面向公众，提高地理信息服务面向公众，提高地理信息服务Google Earth
33、Google Earth、MapsMaps电子地图网站电子地图网站4.1 4.1 测绘与地图制图测绘与地图制图l地理信息系统技术源于计算机辅助制图。地理信息系统技术源于计算机辅助制图。“3S3S”技术技术在测绘界的广泛应用，为测绘与地图制图带来了一在测绘界的广泛应用，为测绘与地图制图带来了一场革命性的变化。集中体现在：场革命性的变化。集中体现在：地图数据获取与成图的技术流程发生了根本的改变；地图数据获取与成图的技术流程发生了根本的改变；地图的成图周期大大缩短；地图的成图周期大大缩短；地图成图精度大幅度提高；地图成图精度大幅度提高；地图的品种大大丰富。数字地图、网络地图、电子地图等地图的品种大大
34、丰富。数字地图、网络地图、电子地图等一批崭新的地图形式为广大用户带来了巨大的应用便利。一批崭新的地图形式为广大用户带来了巨大的应用便利。l测绘与地图制图进入了一个崭新的时代。测绘与地图制图进入了一个崭新的时代。l图图地理要素转变地理要素转变北京地图北京地图卫星图卫星图北京地图北京地图二维图二维图北京地图北京地图三维图三维图桂林三维地图桂林三维地图桂林三维地图（路网）桂林三维地图（路网）桂林三维地图（标注）桂林三维地图（标注）北京公交北京公交3D3D4.2 4.2 资源管理资源管理l资源的清查、管理和分析资源的清查、管理和分析是是GISGIS应用最广泛的领域，也应用最广泛的领域，也是目前趋于成熟
35、的主要应用领域，包括是目前趋于成熟的主要应用领域，包括森林和矿产资森林和矿产资源的管理、野生动植物的保护、土地资源潜力的评价源的管理、野生动植物的保护、土地资源潜力的评价和土地利用规划以及水资源的时空分布特征研究和土地利用规划以及水资源的时空分布特征研究等。等。l系统的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地组系统的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地组织在一起，织在一起，GISGIS软件能在一个连续无缝的方式下管理大软件能在一个连续无缝的方式下管理大型的地理数据库，最终用户通过型的地理数据库，最终用户通过GISGIS的客户端软件可直的客户端软件可直接对数据库进行查询、显示、统计、制图以及提供
36、区接对数据库进行查询、显示、统计、制图以及提供区域多种组合条件的资源分析，为资源的合理开发利用域多种组合条件的资源分析，为资源的合理开发利用和规划决策提供依据。和规划决策提供依据。芍药生长适宜性芍药生长适宜性4.3 4.3 城乡规划城乡规划l城乡规划具有高度的综合性，它涉及资源、环境、城乡规划具有高度的综合性，它涉及资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等诸多因人口、交通、经济、教育、文化和金融等诸多因素，但是要把这些信息进行筛选并转换成可用的素，但是要把这些信息进行筛选并转换成可用的形式并不容易，规划人员需要切实可行的、实时形式并不容易，规划人员需要切实可行的、实时性强的信息，而性强
37、的信息，而GISGIS能为规划人员提供功能强大的能为规划人员提供功能强大的工具。工具。egeg：1 1、规划人员利用、规划人员利用GISGIS对交通流量、土对交通流量、土地利用地利用 和人口数据进行分析，预测将来的道和人口数据进行分析，预测将来的道路等级；路等级；2 2、工程技术人员利用、工程技术人员利用GISGIS将地质、水文和人将地质、水文和人文数据结合起来，进行路线和构造设计。文数据结合起来，进行路线和构造设计。4.4 4.4 灾害监测灾害监测l利用地理信息系统，借助遥感遥测利用地理信息系统，借助遥感遥测的数据，可以有效地用于的数据，可以有效地用于森林火灾森林火灾的预测预报的预测预报、洪
38、水灾情监测洪水灾情监测和和洪水洪水淹没损失的估算淹没损失的估算，为救灾抢险和防，为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息。洪决策提供及时准确的信息。4.5 4.5 环境保护环境保护l利用利用GISGIS技术建立技术建立城市环境监测、分析及城市环境监测、分析及预报信息系统预报信息系统；为实现环境监测与管理；为实现环境监测与管理的科学化自动化提供最基本的条件；的科学化自动化提供最基本的条件；在在区域环境质量现状评价过程中，利用区域环境质量现状评价过程中，利用GISGIS技术的辅助，实现对整个区域的环境质技术的辅助，实现对整个区域的环境质量进行客观地、全面地评价，以反映出量进行客观地、全面地评价，以反
39、映出区域中受污染的程度以及空间分布状态区域中受污染的程度以及空间分布状态。4.6 4.6 国防国防l现代战争的一个基本特点就是现代战争的一个基本特点就是“3S3S”技术被广泛技术被广泛地运用到从战略构思到战术安排的各个环节。地运用到从战略构思到战术安排的各个环节。它它在一定程度上决定了战争的成败。在一定程度上决定了战争的成败。如海湾战争期间，美国国防制图局为战争的需要如海湾战争期间，美国国防制图局为战争的需要在工作站上建立了在工作站上建立了GISGIS与遥感的集成系统，它能与遥感的集成系统，它能用自动影像匹配和自动目标识别技术，处理卫星用自动影像匹配和自动目标识别技术，处理卫星和高空侦察机实时
40、获得的战场数字影像，及时地和高空侦察机实时获得的战场数字影像，及时地将反映战场现状的正射影像叠加到数字地图上，将反映战场现状的正射影像叠加到数字地图上，数据直接传送到海湾前线指挥部和五角大楼，为数据直接传送到海湾前线指挥部和五角大楼，为军事决策提供军事决策提供2424小时的实时服务。小时的实时服务。4.7 4.7 宏观决策支持宏观决策支持l地理信息系统利用拥有的数据库，通过一系列决地理信息系统利用拥有的数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，为国家宏观决策提供策模型的构建和比较分析，为国家宏观决策提供依据。依据。例如系统支持下的土地承载力的研究，可以解决土地例如系统支持下的土地承载力的研究
41、，可以解决土地资源与人口容量的规划。我国在三峡地区研究中，通资源与人口容量的规划。我国在三峡地区研究中，通过利用地理信息系统，建立环境监测系统，为三峡宏过利用地理信息系统，建立环境监测系统，为三峡宏观决策提供了建库前后环境变化的数量、速度和演变观决策提供了建库前后环境变化的数量、速度和演变趋势等可靠的数据。趋势等可靠的数据。l总之，地理信息系统正越来越成为国民经济各有总之，地理信息系统正越来越成为国民经济各有关领域必不可少的应用工具，相信它的不断成熟关领域必不可少的应用工具，相信它的不断成熟与完善将为社会的进步与发展作出更大的贡献。与完善将为社会的进步与发展作出更大的贡献。5 GIS5 GIS
42、与相关学科、技术的关系与相关学科、技术的关系 lGISGIS是多学科交叉的产物，涉及的相关学科：是多学科交叉的产物，涉及的相关学科：地理学地理学数据库理论数据库理论CAD/CAMCAD/CAM软件工程软件工程人工智能人工智能城市规划城市规划.测绘学测绘学遥遥 感感计算机科学计算机科学通讯技术通讯技术数学数学资源管理资源管理.GISGIS图图1-5 GIS1-5 GIS的相关学科技术（据郭达志等）的相关学科技术（据郭达志等）l地理学地理学 空间分析是空间分析是GISGIS的核心，地理的核心，地理学作为学作为GISGIS的分析理论基础，的分析理论基础，可为可为GISGIS提供空间分析的方法提供空间
43、分析的方法和观点。和观点。GISGIS为地理学的研究为地理学的研究提供了强有力的技术手段。提供了强有力的技术手段。测绘学、遥感技术测绘学、遥感技术 测绘学和遥感技术不但为测绘学和遥感技术不但为GISGIS提供快速、提供快速、可靠、多时相和廉价的多种信息源，而可靠、多时相和廉价的多种信息源，而且它们中的许多理论和算法可直接用于且它们中的许多理论和算法可直接用于空间数据的变换、处理。空间数据的变换、处理。而而GISGIS既能提供信息查询、检索服务，又既能提供信息查询、检索服务，又能提供综合分析评价，它在资源和技术能提供综合分析评价，它在资源和技术方面的优势，是遥感、方面的优势，是遥感、GPSGPS
44、和自动制图技和自动制图技术所不及的。术所不及的。l计算机科学计算机科学数据库管理技术数据库管理技术(DBMS)(DBMS)、计算机辅助设计、计算机辅助设计(CAD)(CAD)、计算机辅助制图、计算机辅助制图(CAM)(CAM)、计算机图形、计算机图形学学(Computer Graphics)(Computer Graphics)、数据结构、软件、数据结构、软件工程等为工程等为GISGIS提供了强大的数据管理、图形提供了强大的数据管理、图形处理能力及软件开发方法等，但是它们却无处理能力及软件开发方法等，但是它们却无法取代法取代GISGIS的作用。的作用。l目前，形成了目前，形成了GISGIS与诸
45、多学科之间互相有联与诸多学科之间互相有联系，也有挑战，彼此推动，共同发展的关系系，也有挑战，彼此推动，共同发展的关系和局面。和局面。6 GIS6 GIS的发展概况的发展概况 国际发展状况国际发展状况 国内发展状况国内发展状况 GIS GIS发展动态发展动态 6.1 6.1 国际发展状况国际发展状况lGISGIS的产生、发展已历经的产生、发展已历经4040多年。社会的需多年。社会的需求、技术的进步，以及有关组织机构的建求、技术的进步，以及有关组织机构的建立等因素，深刻地影响着立等因素，深刻地影响着GISGIS的发展。的发展。l综观综观GISGIS发展，可将其分为以下四个阶段：发展，可将其分为以下
46、四个阶段：6060年代为年代为GISGIS开拓期开拓期 7070年代为年代为GISGIS的巩固发展期的巩固发展期 8080年代为年代为GISGIS大发展时期大发展时期 9090年代至今为年代至今为GISGIS的应用普及时代的应用普及时代6.2 6.2 国内发展状况国内发展状况l我国地理信息系统的发展起步较晚，我国地理信息系统的发展起步较晚，但发展较快，大体可分为下列几个阶但发展较快，大体可分为下列几个阶段：段：准备阶段准备阶段 试验阶段试验阶段 发展阶段发展阶段 产业化及普及阶段产业化及普及阶段 6.2.1 6.2.1 准备阶段准备阶段l 7070年代初，我国开始探讨计算机在测量、地图制图和遥
47、感年代初，我国开始探讨计算机在测量、地图制图和遥感领域的应用。领域的应用。19721972年开始研制制图自动化系统年开始研制制图自动化系统 19741974年引进美国地球资源卫星图像，开展了卫星图像的处理和信年引进美国地球资源卫星图像，开展了卫星图像的处理和信息解译工作息解译工作 随后召开了各种区域性遥感技术规划会议，先后开展了多项环境随后召开了各种区域性遥感技术规划会议，先后开展了多项环境卫星系列数据与图像的接收、处理和应用的试验，如京津唐地区卫星系列数据与图像的接收、处理和应用的试验，如京津唐地区红外遥感试验、新疆哈密地区航空遥感实验等。红外遥感试验、新疆哈密地区航空遥感实验等。还开展了全
48、国范围的航空摄影测量与地形制图，为我国还开展了全国范围的航空摄影测量与地形制图，为我国GISGIS数据库数据库的建立打下了坚实的物质基础，并于的建立打下了坚实的物质基础，并于19771977年诞生我国第一张全要年诞生我国第一张全要素数字地图。素数字地图。l所有这些都为我国所有这些都为我国GISGIS的研制和开发做了物质和技术准备，的研制和开发做了物质和技术准备，为为GISGIS的发展开辟了道路。的发展开辟了道路。6.2.2 6.2.2 试验阶段试验阶段l8080年代，随着计算机技术的发展，年代，随着计算机技术的发展，GISGIS技术在我国正式进入技术在我国正式进入全面试验阶段。全面试验阶段。l
49、我国在我国在GISGIS理论探索、规范探讨、实验技术、软件开发、系理论探索、规范探讨、实验技术、软件开发、系统建立、人才培养、典型试验和专题试验等方面都取得了实统建立、人才培养、典型试验和专题试验等方面都取得了实质性的进展。质性的进展。在典型试验中主要研究建立数据规范和标准、空间数据库建立、数在典型试验中主要研究建立数据规范和标准、空间数据库建立、数据处理和分析算法以及系统分析软件和应用软件的开发等。据处理和分析算法以及系统分析软件和应用软件的开发等。在专题试验和应用方面，探索地理信息系统的设计与应用，包括人在专题试验和应用方面，探索地理信息系统的设计与应用，包括人口、资源、环境与经济等广泛专
50、题的试验和应用。口、资源、环境与经济等广泛专题的试验和应用。用于辅助城市规划的各种小型信息系统在城市建设和规划部门获得用于辅助城市规划的各种小型信息系统在城市建设和规划部门获得了认可。了认可。l国际国际GISGIS学术会议多次在我国举行，有关高校开设了学术会议多次在我国举行，有关高校开设了GISGIS课程。课程。6.2.3 6.2.3 发展阶段发展阶段l从从19861986年到年到19951995年前后，由于沿海、沿江经济开发区的发展，年前后，由于沿海、沿江经济开发区的发展，土地的有偿使用和外资的引进，急需土地的有偿使用和外资的引进，急需GISGIS为之服务，推动了为之服务，推动了GISGIS
