地理信息系统与地图

种内容进行地图综合还不太成熟。计算 机图形学是利用计算机处理图形信息以 及借助图形信息进行人——机通讯处理 的技术，是GIS算法设计的基础，GIS是 随着计算机图形学技术的发展而不断发 展完善的。
地图学与地理信息系统的共同点
构成地图学与地理信息系统的数学法则
比例尺和地图投影
地图学和地理信息系统的符号
§1 地理信息系统概述
1、地理信息系统的定义与组成 2、地理信息系统类型 3、数字地图制图与地理信息系统的关系 4、地图学与地理信息系统的关系 5、地理信息系统的发展简史
1.1 地理信息系统的定义与组成
1、定义：地理信息系统是综合处理和分 析空间数据的一种技术系统。它是以地 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，实时提供多种空 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。
地图是地理信息系统的主要支撑。
空间数据表现与地图制图
空间数据的表现功能贯穿于GIS空间数据处理 的始终，功能的许多方面，包括符号、专题信 息表达、图幅配置、制图综合等，都来源于地 图制图，这也表明了地理信息系统和制图学的 渊源关系。从某种角度上来讲，地理信息系统 可以称为“动态的地图”，它提供了比普通地 图更为丰富和灵活的空间数据表现方式，如动 态信息表达、虚拟现实等等。但是，从另外的 角度来看，制图学又是一门艺术，单纯依靠计 算机系统是难以制作完美的地图的，它需要人 工的交互干预，如制图综合，目前还没有任何 GIS软件能够很好地解决这些问题。
1.2 地理信息系统类型
1、综合性地理信息系统 2、区域性地理信息系统 3、专题性地理信息系统
1、综合性地理信息系统
按照统一标准存贮国家范围的各种自然和社 会经济要素，提供成套的信息分析和处理的 技术。如我国的国情信息系统，日本的国土 信息系统等。
2、区域性地理信息系统
主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，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。区域信息系统如加拿大国家信息系统、中国黄 河流域信息系统等。许多实际的地理信息系统是介 于上述二者之间的区域性专题信息系统，如北京市 水土流失信息系统、海南岛土地评价信息系统、河 南省冬小麦估产信息系统等。
1.概述—地理信息系统数据表现与 地图学
地图是记录地理信息的一种图形语言形式，从 历史发展的角度来看，地理信息系统脱胎于地 图，并成为地图信息的又一种新的载体形式， 它具有存储、分析、显示和传输的功能，尤其 是计算机制图为地图特征的数字表达、操作和 显示提供了成套方法，为地理信息系统的图形 输出设计提供了技术支持；同时，地图仍是目 前地理信息系统的重要数据来源之一。但二者 又有本质之区别：地图强调的是数据分析、
第9章 地理信息系统与地图
[教学目的和要求]：
1.掌握地理信息系统的基本概念。 2.掌握GIS的空间分析及GIS应用与地图分析。 3.了解地理信息系统的软件。
[本章重点]：GIS的空间分析及GIS应用 与地图分析。 [本章难点]：GIS的空间分析
主要内容
§1 §2 §3 §4 地理信息系统概述 地理信息系统的功能与软件产品 GIS的空间分析 GIS应用与地图分析
坐标位置 相关位置
属性特征
1.1 地理信息系统的定义与组成
2.组成
(1)硬件
计算机主机 数据输入设备 数据存储设备 数据输出设备
(2)软件
空间特征 属性特征 时间特征
① ② ③ ④ ⑤
数据输入子系统 数据的预处理子系统 数据的存贮与管理子系统 空间分析子系统 数据输出子系统
(3)数据
(4)操作者
系统开发人员 GIS 最 终 用 户
3.数据输出
数据输出
打印机
绘图仪
显示器
报表
各种地图、专题图
图像
彩色喷墨绘图仪
彩色激光打印机
2.2 GIS工具软件介绍
1．ESRI产品系列
ESRI公司（Environmental Systems Research Institute Inc.）于1969 年成立于 美国加利福尼亚州的Redlands市，公司主要 从事GIS工具软件的开发和GIS数据生产。 ESRI的产品中，最主要的是运行于 UNIX/Windows NT平台上的ArcInfo，它由 两部分组成：Workstation ArcInfo和 Desktop ArcInfo。
图A2-2：ArcView GIS用户界面
4）MapObjects是一组供应用开发人员使用的 GIS功能OCX（OLE Custom Control）控件， 用户可以采用其它的支持OCX的开发平台，如 Visual Basic，Delphi等，集成MapObjects，建 立具体的应用系统。 5）ArcFM，支持公共设施规划、管理和服务的 模块。 6）Internet Map Server(IMS)，实现了因特网 上地理数据发布功能。
GIS的特征
（1）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； （2）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； （3）计算机系统的支持地理信息系统的重 要特征，因而使得地理信息系统能以快速、精 确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和 过程动态分析。
地图符号是表达地图内容的基本手段，它不 仅能表示事物的空间位置、形状、质量和数 量特征，而且还可以表示各事物之间的相互 联系及区域总体特征。
地图学和地理信息系统的制图综合
从地理信息系统的发展过程可以看出，地理信 息系统的产生、发展与制图信息系统存在着密 切的联系，两者的相通之处是基于空间数据库 的表达、显示和处理。从系统构成与功能上看， 一个地理信息系统具有机助制图系统的所有组 成和功能，并且地理信息系统还有数据处理的 功能。地图是一种图解图像，是根据地理思想 对现实世界进行科学抽象和符号表示的一种地 理模型，是地理思维的产物，也是实体世界地 理信息的高效载体，地图可以从不同方面、不 同专题，系统地记录和传输实体世界历史的、 现在的和规划预测的地理景观信息。
数字地图制图的目的是快速、精确地编制高 质量的地图。 地理信息系统的目的是为地理研究和地理决 策提供服务。
1.4 地图与地理信息系统的关系
地理学
制图技术
GIS
遥感技术
计算机科学
软件工程
数据库技术
计算机图形学
CAD
专家系统
地理信息系统相关学科
GIS学科“树”
“树根”表示GIS的技术 基础，如测量学、计算 机科学与数学等；“树 枝”表示GIS的应用， 应用的结果与需求返回 到“树根”；“雨滴” 是每个应用中的数据来 源，如各种测量如地形 测量、环境测量等，并 为它的发展提供了有效 的手段，而地理信息系 统的应用主要是在环境 科学、地理学和社会科 学等领域。
地理信息系统的定义是由两个部分组成的。一 方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存 储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门 新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是 一个技术系统，是以地理空间数据库 （Geospatial Database）为基础，采用地理模 型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地 理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机 技术系统。
2）Desktop ArcInfo包括三个应用：Arc Map、Arc Catalog和Arc Toolbox。Arc Map实现了地图数据的显示、查询和分 析；Arc Catalog用于基于元数据的定位、 浏览和管理空间数据；Arc Toolbox是由 常用数据分析处理功能组成的工具箱。
3）ArcView GIS（图A2-2）是ESRI的桌 面GIS系统，它以工程为中心，实现了对 地图数据、结构化的属性数据、统计图、 地图图面配置、开发语言等多种文档的 管理。除了提供脚本语言Avenue使用户 可以定制系统以外，ArcView还以“插件” 的形式提供了一些扩展模块
① ② ③ ④ ⑤ ⑦ ⑨ 专题地图制图 矿产资源评价 环境评价与监测 土地、水资源调查与管理 资源开采⑥ 管网、交通模拟模型 导航系统 ⑧ 城市规划 教练与模拟⑩ 辅助决策
地理信息系统的发展趋势
网络GIS——Web GIS GIS 发 展 趋 势 多媒体GIS——MGIS
开放式GIS——Open GIS
3、专题性地理信息系统
是具有有限目标和专业特点的地理信息系统， 为特定的专门目的服务。例如，森林动态监 测信息系统、水资源管理信息系统、矿业资 源信息系统、农作物估产信息系统、草场资 源管理信息系统、水土流失信息系统等。
1.3 数字地图制图与GIS的关系
数字地图制图与地理信息系统从它们的 形成开始一直到发展至今，都是紧密联 系在一起的，它们的主要区别在于最终 的目的不同：
1.5 地理信息系统的发展简史
纵观GIS发展，可将地理信息系统发展分 为以下几个阶段：
1. 20世纪60年代地理信息系统的开拓期 2. 20世纪70年代地理信息系统的巩固发展 期 3. 20世纪80年代地理信息系统技术大发展 时期 4. 20世纪90年代地理信息系统的应用普及 时代
随着信息技术的发展和GIS理论、技术方 法的进步，GIS的应用早已渗透到人类生 活的许多方面。到目前为此，GIS在如下 几个方面得到了普遍的应用，取得了明 显的经济效益和社会效益。
GIS基本功能与内容
(1) 数据采集与编辑 (2) 数据存储与管理 (3) 数据处理与变换 (4) 数据分析与统计 (5) 数据显示与输出
GIS 信息特点
地理信息系统中信息的重要特点集中在 空间实体及它们之间的相互关系上。 地理信息系统中表示空间实体的数据一 定是空间数据，空间数据的基本特征：
位置特征
1）Workstation ArcInfo基于拓扑数据模型，实 现了图库（Map Library）的管理，并且具有了 栅格数据的分析功能，支持栅格矢量一体化查 询和叠加显示。此外，ArcInfo 还提供了二次 开发语言AML以及开放开发环境ODE，以便于 用户定制自己的GIS应用。 Workstation ArcInfo提供了最基本的GIS功能， 包括数据录入和编辑、投影变换、制图输出、 查询分析及其分析功能（缓冲区分析、叠加复 合分析等等）。
1.数据的采 集和输入
野外测量数据 和属性数据 现有地图 像片 遥感图像 数字信息
键 盘
电子 数据 记录
数字化仪 扫描仪
摄 像 机
光驱 软驱 磁带机
数据输入 数据库
2.数据管理、分析和处理
GIS软件系统的主要功能：
(1)空间数据管理 (2)自动生成拓扑关系 (3)地图概括与地图信息提取 (4)图幅管理及空间数据处理 (5)缓冲区生成，图像与图形的叠合与分离 (6)数字地形分析 (7)格网分析与量测计算 (8)自动制图
三维GIS——3D GIS
组件式GIS——Com GIS
时态GIS——TGIS
虚拟GIS——VGIS
无线通讯与GIS
§2 地理信息系统功能与软件产品
1、地理信息系统的基本功能 2、专业型GIS软件 3、大众化桌面GIS软件
2.1 地理信息系统的基本功能
1.数据的采集与输入 2.数据管理、分析与处理 3.数据输出
符号化与显示，而地理信息系统更注重于信息 分析。地图学理论与方法对地理信息系统的发 展有着重要的影响，特别是地理信息系统中的 空间数据表现许多技术来源于地图学，但是， 其表现手段更加灵活和丰富。
地理信息系统数据表现与地图学
计算机制图是地图学中较新的一个领域，也是 地理信息系统输出、显示结果的一个重要部分。 计算机制图的主要内容是将地图设计和绘制通 过计算机程序和相应的绘图硬件来实现。地图 符号已经可以完全由计算机绘制。对地图特征 的许多处理，如分类、空间插值等均可用计算 机来实现。利用计算机对线状要素进行制图综 合也已经取得很大进步。但是，利用计算机进 行制图综合的结果仍比较机械，需要将更多的 专家经验计算机化，特别是用计算机同时对多
地理信息系统与地图
地理信息系统（Geographic Information System,简称GIS），是一种专业的信息系统， 它的对象是那些具有空间属性特征的地理信息。 地理信息系统与地图学有密切联系：
地理信息系统脱胎于地图，并在机助制图基础上发 展起来； 图形处理是地理信息系统的重要内容； 地图是地理信息系统中主要的空间数据来源，也是 它最终输出的一种主要形式。