第一讲第一讲什么是地理信息系统什么是地理信息系统/28//28/的概念框架的概念框架的定义、理解和框架体系结构的定义、理解和框架体系结构的基本内容的基本内容技术涉及的基本内容技术涉及的基本内容的组成的组成硬件、软件、空间数据、管理人员硬件、软件、空间数据、管理人员的功能的功能基本要求、具体功能基本要求、具体功能与相关学科与相关学科的学科树的学科树的特性的特性与相关系统区别和联系与相关系统区别和联系数据数据::指某一目标定性、定量描述的原始资料指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。们能转换成的数据等形式。原始事实原始事实如：员工姓名，**员工姓名，**可以有数值、图形、声音、视觉数据等数据可以有数值、图形、声音、视觉数据等信息信息::是向人们或机器提供关于现实世界新的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，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。

它不随载体物理设备形式的改变而改变。以一定规则组织在一起的事实的集合。以一定规则组织在一起的事实的集合。信息=数据+说明数据是信息的载体。信息系统是具有数据采集、管理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，、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它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。过程提供有用的信息。一个基于计算机的信息系统包括一个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。四大要素。地理：地理：泛指地球表面各种自然现象和人文现象，以及泛指地球表面各种自然现象和人文现象，以及它们之间的相互关系和区域分异。它们之间的相互关系和区域分异。地理信息：地理信息：指人对地理现象的感知，其内容包括地理系统指人对地理现象的感知，其内容包括地理系统诸要素的分布特征、数量、质量、相互联系和诸要素的分布特征、数量、质量、相互联系和变化规律等。变化规律等。地理信息的特征：地理信息的特征：空间定位特征、多维结构特征、动态特征空间定位特征、多维结构特征、动态特征空间性专题性（属性）动态性（时间性）信息与坐标位置联系在一起，使信息具有空间维（二维、三维）随时间而动态变化（时间维）地理信息具有专题属性（属性维）分布性地理信息分布在不同区域具有分布性（网络）地图研究的对象：地图研究的对象：地理环境诸要素地理环境诸要素地图表现的内容：地图表现的内容：各种地理要素的数、质量特征及其时空关系。

各种地理要素的数、质量特征及其时空关系。地图是地理学的第二语言地图是地理学的第二语言它是地理研究中必不可少的工具，也是地理研它是地理研究中必不可少的工具，也是地理研究成果的最好表达方式。究成果的最好表达方式。著名的地理学家陈述彭先生说：著名的地理学家陈述彭先生说：地理信息系统事实上就是地图的一个地理信息系统事实上就是地图的一个延续，就是用地理信息系统扩展地图工延续，就是用地理信息系统扩展地图工作的内容。作的内容。的定义、特点的定义、特点地理信息系统就是具有地理信息系统就是具有采集、采集、存储存储、、查查询、分析、分析、、显示和显示和输出输出地理数据的功能，为地地理数据的功能，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统是一种以地理信息系统是一种以地理坐标为骨干地理坐标为骨干的的信息系统。信息系统。空间信息系统11/28//28/是由计算机硬件、软件和不同方是由计算机硬件、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和显示，以便解决复杂的规划和管理问——美国联邦数字地图协调委员会（美国联邦数字地图协调委员会（））11/28//28/我满眼都是地理信息系统。

我满眼都是地理信息系统。——南京师范大学闾国年教授南京师范大学闾国年教授11/28//28/用户界面用户界面系统和数据库管理系统和数据库管理产品生成产品输出产品生成产品输出空间数据处理空间数据分析空间数据处理空间数据分析数据输入数据库建立数据输入数据库建立11/28//28/的物理外壳是计算机化的技的物理外壳是计算机化的技术系统术系统的操作对象是空间数据的操作对象是空间数据的技术优势在于它的空间分的技术优势在于它的空间分析能力析能力与地理学、测绘学联系紧密与地理学、测绘学联系紧密11/28//28/1/28//28/信息系统信息系统非空间信息系统非空间信息系统专题地理信息系统专题地理信息系统地理信息系统地理信息系统非地理信息系统非地理信息系统管理信息系统管理信息系统综合地理信息系统综合地理信息系统CAD//CAM空间信息系统空间信息系统地籍GIS交通GIS地籍GIS交通GIS资源与环境GIS规划与管理GIS资源与环境GIS规划与管理GIS数据模型数据模型矢量GIS矢量GIS栅格GIS栅格GIS矢-栅GIS矢-栅GIS研究范围研究范围全球GIS全球GIS区域GIS区域GIS研究内容研究内容11/28//28/美国地理信息与分析中心美国地理信息与分析中心教学大纲教学大纲一、概论一、概论引言、硬引言、硬//软件、栅格软件、栅格、数据获取、空间数据性质、空间现象及、数据获取、空间数据性质、空间现象及关系、关系、功能、栅格功能、栅格//矢量数据模型对比与相关问题矢量数据模型对比与相关问题二、技术问题技术问题坐标系统与地理编码、矢量数据结构与算法、栅格数据存储、关于 坐标系统与地理编码、矢量数据结构与算法、栅格数据存储、关于 地表的数据结构及其算法、客体与时间、数据库、误差模拟与不确定性、 地表的数据结构及其算法、客体与时间、数据库、误差模拟与不确定性、 可视化技术 可视化技术 三、应用 应用 GIS GIS应用领域、决策支持、系统规划、系统实现、 应用领域、决策支持、系统规划、系统实现、GIS GIS发展趋势 发展趋势 11/28/2016 11/28/2016 20 20 GIS Unwin GIS Unwin GIS教学大纲 教学大纲 一、概论 一、概论 GIS GIS定义与历史、作为商品的数据与信息、 定义与历史、作为商品的数据与信息、GIS GIS应用潜力 应用潜力 二、制图与空间分析 制图与空间分析 空间数据类型、地理参考、地图投影、坐标变换、空间基本概念、点线面的 空间数据类型、地理参考、地图投影、坐标变换、空间基本概念、点线面的 基本操作 基本操作 三、计算机环境下的实现 三、计算机环境下的实现 不同层次信息的数字表达、数据模型、误差、矢量 不同层次信息的数字表达、数据模型、误差、矢量//栅格讨论、计算机技术进 栅格讨论、计算机技术进 四、操作 操作 硬件、数据存储媒介、处理器与处理环境、显示、生产系统举例 硬件、数据存储媒介、处理器与处理环境、显示、生产系统举例 五、应用 应用 应用领域、全球尺度应用、 应用领域、全球尺度应用、GIS GIS决策、项目管理、价格效益分析 决策、项目管理、价格效益分析 六、机构问题 六、机构问题 数据使用权、质量保证与标准、法律意义、 数据使用权、质量保证与标准、法律意义、GIS GIS管理、 管理、GIS GIS教育与培训 教育与培训 11/28/2016 11/28/2016 21 21 GIS 空间数据 空间 数据 用户 用户 11/28/2016 11/28/2016 22 22 GIS 输入设备 输入设备 专用设备 专用设备 常规设备 常规设备 GPS GPS 全数字摄影 测量工作站 全数字摄影 测量工作站 解析和数字 摄影测量仪器 解析和数字 摄影测量仪器 遥感与遥感 图象处理系统 遥感与遥感 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 绘图仪 终端 打印机 11/28/2016 11/28/2016 23 23 GIS 由基本外设、处理设备和输出设备构 数据传输与资源共享不方便 11/28/2016 11/28/2016 24 24 GIS 部门或单位内部GIS建设 用户组1用户组1 GIS中央数据库与网管 GIS中央 数据库与网管 用户组n 用户组n 11/28/2016 11/28/2016 25 25 GIS 用户分布地域广泛，不适合专线 连接 局部范围为局域网，通过若干通 道与广域网连接 输入 输入 GIS中央 数据库 （服务器） GIS中央 数据库 （服务器） 处理系统局域网 用户组 局域网 用户组 输出 输出 多媒体 系统 多媒体 系统 用户 用户 用户 用户 /28/2016 11/28/2016 26 26 GIS 操作系统 （系统调用、设备运行、网络等） 系统库 （编程语言、数学库等） 标准软件 （图形、数据库等） GIS基本功能软件 GIS应用软件 用户界面 GIS软件 基础软件 系统软件 GIS 11/28/2016 11/28/2016 27 27 GIS GIS 空间数据输入 与转换 空间数据库 管理系统 图形与属性 数据编辑 制图 与输出 空间查询 与分析 GIS 11/28/2016 11/28/2016 28 28 GIS 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 11/28/2016 11/28/2016 29 29 GIS 咨询 管理 信息管理 数据整理 11/28/2016 11/28/2016 30 30 GIS 位置（位置（ ）） 条件（条件（ ）） 趋势（趋势（ ）） 模式（模式（ ）） 模型（模型（ ）） GIS 例：国家属性查询GIS 满足给定条件的地理对象分布 例：客户分布GIS 地理对象随时间的变化 例：人口变化趋势GIS 空间对象的分布模式问题 揭示空间对象的空间关系 例：公园选址GIS GIS 基本概念与基础 GIS 数据采集与处理 GIS 系统开发 GIS 前沿理论 数据组织与管理 数据采集 可视化表达 数据处理 GIS 空间分析 数据入库 11/28/2016 11/28/2016 37 37 GIS 文件图表 文件图表 数据获取 数据获取 数据获取 数据获取 原始数据 原始数据 存储检索 存储检索 空间查询 空间查询 空间分析 数据编辑 数据编辑 投影变换 数据输出 数据输出 制图、表格 制图、表格 交互展示 交互展示 结构化数据 结构化数据 空间 数据库 11/28/2016 11/28/2016 38 38 11/28/2016 11/28/2016 39 39 数据获取 数据获取 数据入库 数据入库 目的：保证数据在入库时在内容上的完整性，逻辑上的一致性。

方法：数据编辑与处理、错误修正： 数据格式转化：矢量、栅格转化，不同数据格式转化； 数据比例转化：平移、旋转、比例、纠正 投影变换：投影方式 数据概化：平滑、特征集结 数据重构：几何形态变换（拼接、截取、压缩、结构） 地理编码：拓扑结构 11/28/2016 11/28/2016 40 40 数据的集成过程 几何数据与属性数据组织 数据结构 矢量结构、栅格结构、栅格/矢量结构 决定着GIS的数据分析能力、效率和精度 数据管理 层次模型、网络模型、关系模型、混合管理模式 11/28/2016 11/28/2016 41 41 空间检索 空间分析 空间检索 空间分析 空间分析 空间分析 地形分析 网络分析 缓冲区分析 几何量测 地图分析 叠置分析 统计分析 决策分析 地形分析 网络分析 缓冲区分析 几何量测 地图分析 叠置分析 统计分析 决策分析 位置查询 属性查询 拓扑查询 位置查询 属性查询 拓扑查询 空间查询 空间查询 11/28/2016 11/28/2016 42 42 制图：专题地图、影象地图、统计地图、地形图11/28/2016 11/28/2016 43 43 11/28/2016 11/28/2016 44 44 的空间分析技术与手段是有限的，而实 的空间分析技术与手段是有限的，而实 际应用模型是无可枚举的，任何 际应用模型是无可枚举的，任何GIS GIS都应提 都应提 供二次开发工具。

供二次开发工具。 定制菜单、程序与可视化界面等定制菜单、程序与可视化界面等 二次开发环境： 二次开发环境： 专用工具：如 专用工具：如Arc/Info Arc/Info的的AML AML语言； 语言； 通用语言：如 通用语言：如VC++ VC++ 、、VB VB、、 等等 组件开发：如 组件开发：如 的的MapX MapX；； 11/28/2016 11/28/2016 45 45 GIS 地理学 遥感 制图学 CAD与 计算机图形学 测量与摄影测量 11/28/2016 11/28/2016 46 46 GIS 与与CAD CAD、、CAM CAM 与管理信息系统（ 与管理信息系统（MIS MIS）） 与遥感信息处理系统 与遥感信息处理系统 （（RS RS）） 与机助制图、地图数据库 与机助制图、地图数据库 不能建立地理坐标统和完成地理坐标变换； 结构、数据类型复系紧密； 不具备地理意义上的查询和分析能力； 对空间对象的空间相关关系建立 和处理 CAD不能建立地理坐标统和完成地理坐标变换； CAD处理多为规则图形，而GIS为非几何图形； CAD图形功能强而属性处理能力若，而GIS图形与属性的操作比较频繁，且专业化特征比较强； GIS的数据量比CAD大得多什么是地理信息系统，数据结构、数据类型复 杂，数据之间联 系紧密； CAD不具备地理意义上的查询和分析能力； 素不能分解、查询，图形与数据之间没有联系； 就是DBMS GIS对图形和属性数据共同管理、分析和应用； 据以文件形式进行管理，图形要素不能分解、查询，图形与数据之间 没有联系； 管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近 DBMS。

可升格为力较弱，则退化为地图数据库 GIS包含数字制图系统的全部功能地图数据库若空间分析能力较强， 可升格为GIS，而GIS若空间分析能 力较弱，则退化为地图数据库 遥感数据是GIS的重要信息源。经过 遥感信息系统处理的遥感信息，或进入 GIS 经过分类的信息协同 分析。 遥感数据进行处理的软件，主要强调对遥感数据的几何处理、灰度处理和专题 信息提取，具有较强的制图功能，可设 计丰富的符号和注记，虽有空间叠置分 析空能，但由于缺少实体空间关系的描 述，难以进行空间实体的空间关系查询、 属性查询及网络分析等。 遥感数据是GIS的重要信息源。经过遥感信息系统处理的遥感信息，或进入 GIS系统作为制图的背静图象，或是与 经过分类的信息协同GIS与遥感的集成 分析。 遥感图象信息处理系统是专门用于对 遥感数据进行处理的软件，主要强调对 遥感数据的几何处理、灰度处理和专题 信息提取，具有较强的制图功能什么是地理信息系统，可设 计丰富的符号和注记，虽有空间叠置分 析空能，但由于缺少实体空间关系的描 述，难以进行空间实体的空间关系查询、 属性查询及网络分析等。 面向位置的特征 遥感图象处理系统不能看作是GIS。 11/28/2016 11/28/2016 47 47 GIS 专业 专业GIS GIS（（ GIS GIS）） 桌面 桌面GIS GIS（（ GIS GIS）） 手持 手持GIS GIS（（Hand Hand--Held GIS Held GIS）） 组件 组件GIS GIS（（ GIS GIS）） GIS GIS 网络 网络GIS GIS（（ GIS GIS）） 其它（基于 其它（基于CAD CAD的的GIS GIS）） 11/28/2016 11/28/2016 48 48 GIS ESRI GE DB Hand-held Web Map App LT MapX，MapJ Scout Pro Pro Pro GIS GIS 11/28/2016 11/28/2016 49 49 GIS Hand-held 用用户户 发展概况发展概况 发展简史；发展简史； 发展态势：发展态势： 已成为一门综合性技术； 已成为一门综合性技术； 产业化的发展势头强劲； 产业化的发展势头强劲； 网络化已构成当今社会的热点； 网络化已构成当今社会的热点； 地理信息科学地理信息科学( ))的产生和发展。

的产生和发展。 基础理论基础理论 地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生的地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生的 边缘学科 边缘学科，，因此它明显的体现出多学科交叉的特征 因此它明显的体现出多学科交叉的特征，， 这些交叉学科的基础理论同样构成地理信息系统的基 这些交叉学科的基础理论同样构成地理信息系统的基 础理论体系； 础理论体系； 各国政府设立相应的组织机构来引导各国政府设立相应的组织机构来引导GIS GIS理论研究 理论研究，， 如美国国家自然科学基金委员会 如美国国家自然科学基金委员会（（NSF NSF））支持成立 支持成立 了国家地理信息与分析中心 了国家地理信息与分析中心（（NCGIA NCGIA））等等，，研究重 研究重 点包括空间关系 点包括空间关系、、空间数据模型 空间数据模型、、空间认知 空间认知、、空间 空间 推理 推理、、地理信息机理和地理信息不确定性等； 地理信息机理和地理信息不确定性等； 李德仁院士在李德仁院士在《 《空间信息系统的集成与实现 空间信息系统的集成与实现》》一书 一书 中中，，扼要叙述了地球空间信息学的七大理论问题： 扼要叙述了地球空间信息学的七大理论问题： 地球空间信息学的基准；地球空间信息学的基准； 地球空间信息标准；地球空间信息标准； 地球空间信息的时空变化理论；地球空间信息的时空变化理论； 地球空间信息的认知；地球空间信息的认知； 地球空间信息的不确定性；地球空间信息的不确定性； 地球空间信息的解译与反馈；地球空间信息的解译与反馈； 地球空间信息的表达与可视化地球空间信息的表达与可视化。。 11/28/2016 11/28/2016 52 52 你是如何理解你是如何理解GIS GIS的的? 与一般的计算机信息系统、图形处 与一般的计算机信息系统、图形处 理系统有何区别？ 理系统有何区别？ 有什么基本功能？通过什么样的途 有什么基本功能？通过什么样的途 径实现？ 径实现？