第一章 地理信息系统导论
地理信息系统概论
第一章：导论1、地理信息系统地理信息系统的定义在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、计算、分析、显示和描述的技术系统。
其目的是为土地利用、自然资源管理、环境、交通、城市市政设施以及其它管理内容的规划和管理等领域提供决策支持。
地理信息系统（Geographic Information System GIS）的定义（1）工具角度(Tools)：GIS是在计算机硬件、软件及网络技术支持下，对有关空间数据进行输入、处理、存贮、查询、检索、分析、显示、更新和提供应用的技术系统。
（2）学科角度(Science) ： GIS是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。
（3）服务角度 (Service ) ： GIS是服务于GIS可用于土地管理、房地产经营、污染治理、环境保护、交通规划、上下管线管理、市政工程服务和城市规划、自然资源调查、环境研究、土地详查与利用、森林管理、农作物估产、各种灾害预测与防治、国民经济．调查和宏观决策分析等。
地理信息系统具有以下4个的特征：1、地理信息系统的外壳是计算机化的技术系统，它又有若干相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图象处理子系统、数据产品输出子系统等。
这些子系统功能的强弱，直接影响在实际应用中对地理信息系统软件和开发方法的选型。
2、地理信息系统操作的对象是地理空间数据，即由点、线、面这三类基本要素组成的地理实体。
地理空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码（地理编码），实现对其定位、定性和定量描述。
只有在地理信息系统中，才实现了空间数据的空间位置、空间属性和时态三种基本要素的统一。
3、地理信息系统的技术优势在于它的数据综合、模拟和空间分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程的演化和预测。
地理信息系统导论-第一章 绪论
2012年1月９日， 我国在太原卫星发 射中心成功将“资源 三号”卫星送入轨道 。
“资源三号”卫星高 度约５００公里、 倾角约９７．５度 的太阳同步轨道。
资源三号卫星配置4台相机：
优于2.5米的高分辨率正视全色TDI CCD相 机
两台优于4.0米分辨率的前视、后视全色 TDI CCD相机
神威太湖之光，Sunway MPP，SW26010， 国家超级计算中心，中国无锡，1060万个核心， 93.01pf（每秒千万亿次运算）。世界第一 天河二号， 国防科技大学，TH-IVB-FEP Cluster，国家超级计算机中心，中国广州， 312万个核心，33.86pf。世界第二
方法 2. 会使用一种以上的软件绘制地图、分析
和查询数据
3. 对应用和开发的途径有初步的了解 4. 环境遥感技术初步
第一章 绪论
日本2011年3月11日地震引发海啸，应急期间，地理 信息系统在协助应急管理人员进行救援行动、定位严重 受损区域和基础设施、确定医疗救助优先级，以及安置 临时避难所等方面发挥了重要作用
地理信息系统导论
—构建基于地理信息系统（GIS）的环境科学应用
有一类信息，总是与位置有关，描述何地有何物、何事 称地理空间信息——包括空间位置、属性（除位置外的全部）
当局限于 地球表面 的目标时， 存在一种 信息，总 是与坐标 信息关联
空间数据 地理关联 数据
我们再来看现代的地图（卫星影像）
2015年10月，资源三号卫星应用系统全 面建成，标志着我国卫星测绘应用技术研 究取得新的突破，填补了我国自主民用卫 星测绘技术空白
过去，我国90%以上的卫星遥感数据依 赖国外卫星数据进口。资源三号卫星测绘 遥感卫星体系有助于改变此局面 2017年1月，资源三号卫星影像云服务平 台英国节点正式开通
地理信息系统概论
第一章地理信息系统概论数据与信息信息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，它不随载体的物理设备形式的改变而改变。
信息的特点：客观性（信息与客观事实紧密相关）、实用性(经过信息系统处理可以变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息)、传输性（可以在发送者和接收者之间传播）、共享性（可为多个用户共享而本身无损失）。
数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。
数据的特点：格式依赖计算机系统，可以转换形式，是用以载荷信息的物理符号，本身并无意义。
数据与信息的关系：信息与数据是不可分离的。
信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。
数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。
信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。
不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。
信息系统: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，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用信息。
信息系统的类型：事务处理系统（支持操作层人员的日常活动，处理日常事务）；管理信息系统（为战术层管理者提供信息，包含事务处理系统）；决策支持系统（交互式信息系统，能支持管理者制定决策）;人工智能和专家系统（能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统）。
地理信息系统地理信息系统是一种决策支持系统。
它的定义由两方面组成，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交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适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的计算机技术系统。
地理信息系统第一章绪论1
（1）MAPGIS图形输入与编辑
（1）ArcGIS图形输入与编辑
（2）空间数据管理
（3）空间数据处理与分析
（4）空间数据输出
（5）用户图形界面
（6）系统二次开发功能
利用GIS基础软件平台提供的具有GIS 系统功能的应用程序开发语言，可以开发 各种应用型GIS软件。如：
数据 整理
五、应用模型
是应用地理信息系统的功能为某一特定的实际工作而 建立的解决方案 依据对客观世界的认识，经过从概念到计算机信息表 达的映射，形成计算机中可以运行的软件功能序列。
五、应用模型
构建步骤：
§1.3 GIS的功能简介
基本功能
数据采集与编辑 数据存储与管理 数据处理与变换 空间分析与统计 产品制作与显示 二次开发与编程
用户
用户
二、系统软件
GIS功能软件 基础支撑软件 操作系统软件
GIS的组成—软件结构
用户界面 GIS应用软件
GIS软件 支撑软件
GIS基）
GIS
系统库
（编程语言、数学库等）
操作系统
（系统调用、设备运行、网络等）
系统软件
二、系统软件
GIS功能软件——分类
输入计算机的数据是栅格数据
数据输入设备
数字摄影测量工作站
数据输入设备
全球定位系统（GPS）
数据输出设备
绘图仪
计算机显示器 CRT显示器 LCD显示器
数据输出设备 网络设备
输 出 用户组1 „„ 用户组n
局域网模式：
• 部门或单位内部 GIS建设
Intranet
• 专线连接 • 资源共享较方便
第一章 导论(地理信息系统概论)
信息的特点
客观性：
任何信息都是与客观事物紧密相关的
适用性：
传输性：
地理信息系统的建立的明确的目的性
信息可以在发送者和接收者之间传输
共享性： 信息可以传输给多个用户、为多个用户共享
数据与信息的关系
两者在词义上的差别：数据是信息的 表达，信息则是数据的内容； 数据是客观对象的表示，只有当数据 对实体行为产生影响时才成为信息；
地理信息系统的任务是采集、存储、管理、 分析和显示地球空间信息。
GIS与其它IS之间的关系（信息系统分类）
信息系统（IS)
非空间信息系统 如厂矿企业管理、 财务等MIS
空间信息系统（SIS） 非地理信息系统 CAD/CAM
地理信息系统（GIS）
专题GIS 综合信息系统
地籍信息系统
城市管线信息系统
信息是当代社会发展的一项重要任务。
二、地理数据与地理信息
地理数据（geo-data）: 是指表征地 理圈或地理环境固有要素或物质的数量、 质量、分布特征、联系和规律的数字、 文字、图像和图形等的总称。
地理数据是各种地理特征和现象间 关系的符号化表示，包括空间位置、 属性特征及时态特征三部分。
§7.3 地理信息的标准化
§7.4 地理信息系统的评价
第8章 地理信息系统产品的输出设计(2学时)
§8.1 地理信息系统产品的输出形式 §8.2 地理信息系统图形输出系统设计 §8.3 地理信息系统的可视化与虚拟现实
各章节联系
第一章：GIS概 念,与相关学科 关系,GIS组 成,GIS的功能 与应用等
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第一章 绪论
本章主要内容
GIS基本概念 GIS的形成和发展 GIS的基本组成和功能 GIS的应用领域
地理信息系统概论笔记
地理信息系统概论（修订版）第一章导论第一章导论§1 地理信息系统基本概念1．1数据与信息数据（data）是信息(information)的表达，而信息是数据的内容。
数据是未经加工的原始材料，地理信息系统的设计和建立，首先是收集数据和处理数据。
数据是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号、图象也是数据，数据本身没有意义；信息是对数据的解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。
就本质而言数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。
信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。
信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性。
1．2地理信息与地理信息系统地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图象和图形的总称。
地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的一个最显著的标志。
地理信息系统（Geographical Information System）是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、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。
（美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）关于GIS的定义）§2 GIS的基本组成GIS一般包括以下5个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
2．1系统硬件1、GIS主机：包括大型、中型、小型机，工作站/服务器和微型计算机，其中各种类型的工作站/服务器成为GIS的主流。
2、GIS外部设备：包括各种输入（如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等）和输出设备（如各种绘图仪、图形显示终端和打印机）。
地理信息系统-第一章-导论
10/16/2020
前言
☆学习目的与要求 ☆ 学时分配 ☆ 考核方式 ☆ 课程安排 ☆ 参考教材
10/16/2020
学习目的与要求
相关课程背景知识： 测绘学、地图学、数据库、数据结构、图形学……
掌握GIS的概念，了解GIS的组成和基本功能； 掌握GIS的数据处理流程
采集、编辑、组织、管理、分析和输出； 熟悉GIS空间分析基本技术和方法，具有用GIS解决相关问题
定性或定量地描述事物的特征和状况。
未经加工的数字、文字、符号、声音、图象等原始资料。数据是对客观现象的表示， 数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设 备的形式而改变。
信息（information):狭义的说就是“两次不定性之差”,广义的说是指主体与 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或 知识，是表征事物特征的一种普遍形式。
地理信息系统
Geographical Information System
10/16/2020
问题的提出
1. 与安徽省相邻且人口比安徽省人口多的省份？ 2. 合肥市政务新区在什么位置？ 3. 安徽农业大学到政务新区的最短路径、公交换乘？ 4. 购房选择：住房面积>100 m2 &朝南&房价<1万元/m2 5. 长江西路两侧1000米范围内的中学有多少所？ 6. 某老板想在国购广场开餐饮连锁店，如何选址？
的能力； 了解GIS的发展趋势
通过该门课程的学习，能掌握GIS的基本原理、基 本方法与常用GIS软件的操作，为GIS的开发、应用打 下理论基础。
10/16/2020
学时分配
讲课 25学时 实验 10学时 总学时 35学时
地理信息系统GIS 第一章GIS
地理信息的特征
地图与地理信息的关系
(1)空间（定位）特征
通过地理坐标实现空间 位置的识别
(2)属性特征
除地理位置外，还有多 个专题和属性
(3)时序特征
随时间的变化而变化， 需及时采集和更新
• 地图是地理信息的载体 • 地图是地理信息的传统
数据源 • 地图是GIS的查询与分
析结果的表示方法
地理信息的特点（空间＋属性）
空间数据
属性数据
Name Address Town St. Zip
G
GIS
IS
是 空间数据和属性数据的综合体
空间和属性都随时间而变化
二、地理信息系统的概念
地理 信息
系统
GIS概念的不同理解：
二、地理信息系统的概念
• 地理信息系统是一种计算机系统 • 操作对象是地理数据或空间数据 • 技术优势：空间数据结构、空间分析能力、空
由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据 的存储、管理、查询、检索和更新等。
四、人员和用户界面
GIS的使用比较复杂，需要具有一定的经验和许多专门知识； ① 地理学、地图学、计算机和信息科学等方面的知识； ② 使用GIS软件的经验； ③ 空间数据模型和空间数据库的结构； ④ 能够利用GIS进行空间分析。
基础支撑软件
• 系统库软件：C++运行库和编译系统 • 数据库软件：Oracle, Sybase等
2、功能软件系统（常见软件介绍）
1. ARCGIS：ARCGIS是美国环境系统研究所（Environmental System Research Institute, Co.，简称ESRI），已连续数年稳 居GIS市场占有率的第一位。在软件中提出的概念、思想已 深刻影响着其它GIS类型后继软件的开发。
GIS基础讲稿第1章
第一章地理信息系统导论地理信息系统（Geographic Information System）简称“GIS”，涉及地理学、测绘学、遥感科学、信息科学、系统科学、空间科学、环境科学、城市科学、决策科学、计算机科学与技术等学科，是管理和分析空间数据的综合性技术。
它的基础是地理、测绘、系统工程与人工智能，它的支撑是计算机技术，它的应用领域最初是地理、规划、地图与管理等行业，现在已涉及到所有领域与部门。
地理信息系统、遥感系统（RS）、全球定位系统(GPS)与通信技术的结合，丰富与完善了地理信息系统的科学体系。
地理信息系统的出现与应用揭开了地理学科的新篇章，其影响之深刻是难以估量的。
如果说，用地图记载地理现象，以坐标确定空间位置是地理学的巨大进步，信息论、控制论、系统论与耗散结构、突变论、协同论的引用给地理学注入了新鲜血液，计算机技术、遥感技术的应用使地理学充满了勃勃生机，则地理信息系统的出现是地理学发展史上的革命性变革，代表了地理学发展的一个重要方向。
1.1 基本概念1.1.1 数据、信息与信息系统今天，人们都深刻地认识到，信息如同矿物资源、水资源、能源一样，是重要的与社会经济发展不可分割的特殊资源，是人与客观世界之间的媒介，对管理和决策起着直接的决定性的影响。
人们从认识客观世界中的事物到表示信息的数据，一般经历了客观世界、数据世界与信息世界三个过程。
客观世界的研究对象是实体及其有关内容，用数据世界来表达，用信息世界来反映。
数据是客观实体的表达形式，是信息的载体。
信息是数据载体所包含的实际意义。
建立信息系统的过程是将客观世界与数据世界用计算机进行密切结合的过程。
信息从客观世界经过人为的选择、加工、组织进入数据世界，最后又回到客观世界之中。
我们面临的世界是一个人文、经济、自然、社会组成的复杂巨系统，是物质、能量和信息的统一体。
地理信息系统主要的研究对象就是系统中运动的实体及其性质，对这些描述客观世界的概念是本章首先要搞清楚的概念。
地理信息系统导论第一章课后习题
第一章课后习题
1.在文明早期，人类发明了哪些确定和表达地理位置的方法？
答：岩画，文字描述，经纬度。
2.答：公元2世纪托勒密在希帕库的经纬度网基础上，建立了地图投影，1利用已有的资料绘制了世界地图。
公元3世界裴秀提出了制图六体和计里画方理论，是中国古代地图制图发展的重要里程碑。
3.为什么地理学者把地图称为地理学的第二语言？
答：具有数学语言的精确性和图形语言的可视性特点，实现了地理空间到形象空间的形态变换；能够准确的表达地理现象的空间位置和格局，直观反应空间分布及其变化，有很强大的表现力。
4.地理信息系统主要是哪些科学理论支撑下兴起的？
答：计算机技术和信息论、控制论、系统论
5.答：数据库技术、图形图像处理技术、数据分析与计算技术、网络通信传输技术
6.地理信息科学与地理学的关系：地理信息科学是地理学的三大分支的其中之一
7.地理信息科学与测绘学的关系：地理信息科学推动了测绘学理论和技术革命。
现代测绘学充分吸收了空间技术、计算机技术、通信技术和地理信息技术发展的成果，其理论基础、工程技术体系、研究领域和科学目标正在发生深刻的变化以适应信息社会的变化，遥感、卫星定位系统和地理信息系统已经成为测绘学非常重要的技术手段和方法。
8.地理信息科学对地球系统科学的产生和发展有什么影响？
答：地理信息科学是地球系统科学的技术支撑，只有利用地理信息科学，才能突破实验和理论科学的限制，通过建模和模拟更加深入地探索地球现象的空间分宜、演化过程、成因机制等规律。
地理信息系统概论各章知识点
第一章导论：1.GIS基本概念：数据、信息、数据与信息的关系、信息的特点、地理信息的定义与特征、地理信息系统定义。
2.GIS基本构成：五个组成部分及每个组成部分具体包含的内容。
3.GIS功能简介：基本功能、应用功能。
4.GIS发展概况：国内外发展概况、未来发展态势。
第二章 GIS的数据结构1.地理空间及其表达：地理空间概念、空间实体的表达。
2.地理空间数据及其特征：分类（4D）、基本特征、拓扑关系、计算机表示。
3.空间数据结构的类型：矢量数据结构的定义、实体数据结构、拓扑数据结构——数据记录格式和拓扑编辑功能；栅格数据结构的定义、栅格矩阵结构、链式编码、游程编码结构、块码、行程编码结构、四叉树结构；曲面数据结构。
4.空间数据结构的建立：系统功能与数据源的关系、空间数据的分类与编码、矢量数据的输入与编辑、栅格数据的输入。
第三章空间数据处理数据变换、数据重构、数据提取（概念）1.空间数据的变换：几何纠正（仿射变换）、投影变换。
2.空间数据结构的转换：矢量——栅格：栅格单元的确定、点的栅格化、线的栅格化、面的栅格化（基于弧段的栅格化方法、基于多边形的栅格化方法——内部点扩散算法、射线算法与扫描算法、边界代数算法、边界点跟踪算法、复数积分算法）栅格——矢量：基于图像数据的矢量化（二值化、细化：剥皮法与骨架法、跟踪、去除多余点及曲线光滑、拓扑关系的生成）、栅格数据的矢量化。
3.多元空间数据的融合：RS与GIS的融合、不同格式的融合（转换器、数据标准、公共接口、直接访问）4.空间数据的压缩与重分类：基于矢量的压缩（间隔取点法、道格拉斯-普克法、垂距法、偏角法、光栏法）5.空间数据的内插方法：定义、点的内插、区域的内插（叠置法、比重法）6.开窗处理：点、线、面7.图幅边沿的匹配处理：逻辑一致性检验、识别和检索相邻图幅、相邻图幅边界点坐标数据的匹配、相同属性多边形公共边界的删除。
第四章 GIS空间数据库1.空间数据库概述：数据管理模式及发展、空间数据库的概念（空间数据存储和管理发展的阶段）、空间数据库设计的过程和步骤、空间数据库的实现和维护。
地理信息系统导论
2．栅格数据结构及其编码
• 2．2．2面积占优法 • 以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性
决定栅格单元的代码，在图7-5所示的例子中， 显见B类地物所占面积最大，故相应栅格代码 定为B。面积占优法常用于分类较细，地物类 别斑块较小的情况。
2．栅格数据结构及其编码
• 2．2．3重要性法 • 根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要
1．空间数据库
图7-3：矢量结构和栅格结构
1．空间数据库
• 1．4．1矢量模型 • 在矢量模型中，现实世界的要素位置和范
围可以采用点、线或面表达，与它们在地 图上表示相似，每一个实体的位置是用它 们在坐标参考系统中的空间位置（坐标） 定义。点、线和多边形用于表达不规则的 地理实体在现实世界的状态。 • 矢量模型中的空间实体与要表达的现实世 界中的空间实体具有一定的对应关系。
1．空间数据库
• 1．4．2栅格模型 • 在栅格模型中，地理实体的位置和状态是用它
们占据的栅格的行、列来定义的。每个栅格的 大小代表了定义的空间分辨率。由于位置是由 栅格行列号定义的，所以特定的位置由距它最 近的栅格记录决定。栅格的值表达了这个位置 上物体的类型或状态。采用栅格方法，空间被 划分成大量规则格网，而且每个栅格取值可能 不一样。空间单元是栅格，每一个栅格对应于 一个特定的空间位置，如地表的一个区域，栅 格的值表达了这个位置的状态。
1．空间数据库
• 1．1．2 两者共同之处 • 两者都是以计算机为核心的信息处理系统，都具
有数据量大和数据之间关系复杂的特点，也都随 着数据库技术的发展在不断的改进和完善。
1．空间数据库
• 1．2 空间数据库 • 1．2．1 数据库的概念 • 数据库就是为一定目的服务，以特定的数据存储
地理信息系统概论复习资料
地理信息系统概论【第一章】导论1 、数据：数据是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特性和状况。
2 、信息：信息是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体与客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式。
3 、信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性4 、地理数据：指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形的总称，是各种地理特征和现象间关系的符号化表示。
5 、地理信息的特征：（1）空间特征：分布性，使信息具有空间维。
（2）属性特征：专题性，具有专题属性（属性维）。
（3）时序特征：动态性，使信息随时间动态变化（时间维）。
6 、地理信息系统：地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、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。
7 、地理信息系统的基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。
（1）系统硬件：数据输入设备：卫星遥感影像接收机、GPS、扫描仪、数字化仪数据处理设备：大型机、图形工作站、服务器、个人计算机（PC）数据输出设备：绘图仪、打印机、大屏幕（2）系统软件：是整个系统的核心。
GIS 功能软件：分为GIS基础软件平台和GIS应用软件基础支撑软件：包括系统库软件和数据库软件操作系统软件（3）空间数据：地理数据是GIS的操作对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。
①空间特征：是指地理现象的空间位置及其相互关系，其数据称为空间数据，分为矢量数据（点、线、面）和栅格数据（平面、曲面），包括方位关系、拓扑关系、相邻关系、相似关系。
②属性特征：表示地理现象的名称、类型和数量等，其数据称为属性数据。
③时间特征：指地理现象随时间而发生的变化，其数据称为时态数据。
8 、地理信息系统的功能：基本功能：数据采集与编辑，数据的存储与管理，数据的处理和变换（数据变换、数据重构、数据抽取），空间分析和统计（叠合分析、缓冲区分析、数字地形分析），产品制作与演示，二次开发和编程应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策9 、 Roger Tomlinson从1963年开始创建世界上第一个地理信息系统即加拿大信息系统（CGIS），Tomlinson被誉为地理信息系统之父。
第一章地理信息系统概论-讲义
空间和地理空间
Space
– 从数学、物理学、哲学、认知心理学可以有 不同的定义
Geographical Space
– Geographic space is large-scale space, i.e., space that is beyond the human body and that may represented by many different geometries at many different scales.
信息系统分类
分析模型
决策支持系统
专家系统
附加事实 规则
外部信息
内部信息
管理信息系统
事务处理系统
信息系统分类(Cont.)
事务处理系统(Transaction Process System, TPS)主 要用以支持操作层人员的日常活动。它主要负责 处理日常事务。 管理信息系统(Management Information System, MIS):需要包含组织中的事务处理系统，并提供了 内部综合形式的数据，以及外部组织的一般范围 和大范围的数据。 决策支持系统(Decision Support System, DSS)是一 组处理数据和进行推测的分析程序，用以支持管 理者制定决策。 人工智能和专家系统 专家系统(Expert System, ES) 能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系 统。
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。 – 以一定规则组织在一起的事实的集合。
信息和数据的关系
信息=数据+说明 数据是信息的载体。
信息系统
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，它 能够为单一的或有组织的决策过 程提供有用的信息。 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 四大要素。
地理信息系统导论 陈述彭 科学出版社
地理信息系统导论陈述彭科学出版社第一章绪论第一节地理信息系统地理信息系统：一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术二、地理信息的特征地理信息：有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识三大要素：空间位置、属性特征、时域特征特征：信息的一般特性+区域分布性、数据量大、信息载体的多样性三、信息系统的主要类型信息系统：具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统基本组成：计算机硬件、软件、数据和用户类型：事务处理系统、决策支持系统第二节地理信息系统组成及其功能一、地理信息系统的组成数据输入子系统、数据存储与检索子系统、数据输入与分析子系统、输出子系统二、地理信息系统的功能1.地理信息系统的基本功能：数据采集、检验与编辑（获取数据，保证库中数据内容上与空间上的完整性、数据值逻辑一致无错等）；数据格式化、转换、概化（数据操作）；数据的存储与组织（数据集成的过程）；查询、检索、统计、计算功能；空间分析（核心）和显示2.空间分析与模型分析功能三个层次：空间检索（“空间索引”是关键）、空间拓扑叠加分析、空间模拟分析（GIS系统外部的空间模型分析、内部的空间模型分析、混合型）第二章地理空间与空间数据基础第一节地理空间二、地理空间的数学建构4类几何模型：自然面、相对抽象-大地水准面、椭球体模型（以大地水准面为基准）、数学模型三、地理空间坐标系的建立：二维欧几里得空间（笛卡尔平面直角坐标系）四、地理空间的距离度量2种度量方法：沿真实的地球表面进行；沿地球旋转椭球体的距离量算（欧几里得、曼哈顿、时间）；五、地理空间的表达1、矢量：0-3维矢量2、栅格3、三角形不规则网（TIN）---地理连续面六、地理空间的拓扑三个重要的拓扑概念：连接性（弧段在结点处的相互联接关系）、多边形区域定义（多个弧段首尾相连构成了多边形的内部域）、邻接性（通过定义弧段的左右边及其方向性来判断弧段左右多边形的邻接性）2、空间关系：拓扑（相邻、包含、相交等）、顺序（前后左右等）、度量（实体之间距离等）第二节空间数据模型与结构一、概述数据建模：选择数据模型对现实世界数据进行组织》》》选择数据结构进行表达该数据模型》》》选择适合记录该数据结构的文件格式二、空间数据模型3、空间数据模型：矢量、栅格、三角网三、空间数据结构栅格（完全栅格结构、游程编码、Morton顺序和Morton坐标、区域四叉树）矢量（Spaghetti结构、Roessel拓扑数据结构、表面格网数据结构）四、空间数据组织与编码第三节空间数据质量一、概念数据质量相关：误差（数据与真值）、准确度（计算或估算值与真值）、精密度、不确定性三、质量问题的来源自身存在的不稳定性、表达、处理中的误差、使用中的误差第四节空间数据的元数据三、空间数据元数据的获取与管理第一阶段：根据要建的数据库内容而设计的元数据（普通+专指性）第二阶段：元数据随数据的形成同步产生第三阶段：上述数据收集到以后根据需要产生的四、应用（帮助用户获取数据、数据质量控制、数据集成中的应用、数据存贮和功能的实现）原因：完整性、可扩展性、特殊化、安全性、差错功能、浏览功能、程序生成第一节空间数据输入四、空间坐标的转换1、矢量转换：表格坐标-投影坐标-地理坐标-工作投影坐标2、栅格转换：重采样三种方法：最邻近方法、线性内插、三次卷积五、空间数据类型转换：2、栅格向矢量转换：多边形边界提取》》》边界线追踪》》》去除多余点及曲线圆滑》》》拓扑关系生成第二节空间数据压缩编码一、影像压缩编码多灰度采用保真度编码，允许极小误差；二值影像和少灰度信息保持编码，不允许误差存在变换编码、熵编码、行程编码、跳白块编码、线性四叉树编码二、自适应二维行程编码基于线性四叉树的二维Morton行程编码、n-Morton行程编码、自适应二维行程编码三、数字高程模型数据和多灰度影像的压缩信息保持压缩、保真度压缩第三节地理空间数据库一、传统的数据库模型1、层次模型与树结构2、网状模型与图结构3、关系模式与二维表结构三、面向对象的数据库系统第四节可视化与空间查询二、影像地图的构成与空间对象关联的图形要素（点、线、不规则多边形、像元点）+地图注记四、空间信息查询1、空间索引：依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系，按一定的顺序排列的一种数据结构（包含空间对象的概要信息）格网型、BSP树、KDB树、R/R+树、CELL树2、查询方式：基于空间特征、基于属性特征、基于空间关系和属性特征第四章空间信息模型分析第一节空间信息模型基本概念空间信息模型：通过针对存在于空间实体之间的信息及其变化机制的模拟和分析来研究人类生存环境的发展规律的模型一、模型和域模型：把一个（源）域的组成部分表现在另一个（目标）域种的一种结构建模的目的：把源域简单化、抽象化模型的有用性判断：模拟源域的效果和在两个域间转换的难易程度二、模型质量准确性（Accuracy）：经模型转换后源域和目标域的匹配精确性（Precision）：目标域中量测的精细程度三、是域还是对象基于域的模型：把空间存在信息作为连续的空间分布信息的集合来处理基于对象的模型：把空间存在信息作为不连续的可被识别的、具有地理参照的实体来处理第二节基于域的空间信息模型一、域的特征：域：一系列等值面组成1、空间结构特征和属性域：属性域包含以下测量值：名称、序数、间隔、比率2、连续的、可微分的、离散的域：3、各项同性域与各项异性域：空间域内部各种性质是否随方向变化方向而变化4、空间自相关及其他空间模式描述参数：空间自相关：空间域中的值聚集程度的一种度量很强的正空间自相关一个空间域中的类似的数值有集聚的倾向空间自相关为零属性值和空间相邻程度没有明显联系负的空间自相关类似的属性值在空间上有相互排斥的倾向第三节基于对象的空间信息模型一个实体必须符合三个条件：可被识别、重要（与问题相关）、可被描述（静态属性、行为特征、结构特征）一、空间对象：对象存在于空间中（“嵌入空间”：欧氏空间、度量空间、拓扑空间、面向集合的空间）二、空间操作：静态的（不会使运算对象发证本质变化）和动态的（改变一个或多个运算对象）第四节数字地面模型一、定义数字地面模型（DTM）：描述地面特性的空间分布的有序数值阵列数字高程模型（DEM）：一种地面特性（由X、Y水平坐标系统来描述）的DTM二、DTM的实现DTM按空间结构分类：规则格点（格网）、散点、等值线、曲面、线路、平面多边形、空间格网的生成方法：反距离权插值（IDW）、双线性插值（不规则采样点、规则采样点）、趋势面插值、样条插值、克吕格插值第五节空间信息分析的基本方法1、空间信息量算：空间信息分析的定量化基础质心量算、几何量算、形状量算2、空间信息分类：主成分分析法：通过数理统计分析，将众多要素的信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量，选择信息最丰富的少数因子进行各种聚类分析、层次分析法（AHP）：把相互关联的要素按隶属关系划分为若干层次，请有经验的专家们对各层次各因素的相对重要性给出定量指标，利用数学方法，综合各人给出的权值、系统聚类分析：根据实体间的相似程度，逐步合并为若干类别，其相似程度由距离或相似系数定义判别分析：根据理论与实践预先确定出等级序列的因子标准，再将分析的地理实体安排到序列的合理位置上3、叠加分析：两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作，其结果将原来要素分割生成新的要素分类：多边形叠加、点与多边形叠加、线与多边形叠加4、网络分析：对地理网络（交通网络）、城市基础设施建设（各种网线、电力线、电话线、供排水线）进行地理分析和模型化基本组成部分和属性：链、障碍、拐角点、中心、站点路径分析（静态求最佳路径、动态分段技术、N条求最佳路径分析、最短路径、动态最佳路径分析）、地址匹配、资源分配5、缓冲区分析：针对点线面实体自动建立周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形6、空间统计分析：常规统计分析、空间自相关分析（认识空间分布特征，选择适宜的空间尺度来完成空间分析——Moran I指数）、回归分析（两组或多组变量之间的相关关系）、趋势分析（模拟地理特征的空间分布与时间过程）、专家打分模型第六节地学模型分析基于理化原理的理论模型、基于原理和经验的混合模型、基于变量之间统计关系或启发式的经验模型。
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第一章 导论
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、类型与构成 · 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、构成及功用
第一章 地理信息系统导论
第一节 地理信息系统的基本概念
第二节 地理信息系统的基本构成 第三节 地理信息系统的功能简介
主讲教师：曹玉香
gismoon@
栅格数据
• 放 大 前
栅格数据
• 放 大 后
矢量数据
• 放 大 前
矢量数据
• 放 大 后
课程特点与基本要求
• 课程特点
GIS是一门典型的交叉性学科 GIS是一门实践性很强的学科（学科和技术的统 一体） GIS是一门迅速发展中的学科
• 基本要求
正确和精确性
经处理分析有价值
客观性
适用性
以一定的形式或格式在用 户间传输
信息能提供并发应用
传输性
共享性
数据与信息的关系
数据与信息
地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统
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
• 三：数字化（3学时）
• 四：空间数据库的建立（3学时）
• 五、六：空间数据的编辑与分析（6学时）
• 七：数据建库, 空间分析;地图输出（3学时）
参考书目
龚健雅.地理信息系统基础.北京：科学出版社，2001
陈述彭等. 地理信息系统导论.北京：科学出版社，2000 宋小东等.地理信息系统实习教程. 吴信才等.地理信息系统原理与方法.北京：电子工业出版社，2002
动态性 （时间性）
随时间而动态变化 （时间维）
专题性 （属性）
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）
数据与信息
地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统
地图与地理信息的关系
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
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
以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具 有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生 高层次的地理信息。
二、地理信息系统的分类
专题地理信息系统(Thematic GIS)
按功能分类
区域地理信息系统(Regional GIS) 地理信息系统工具(GIS Tools)
(1)了解地理信息系统的基本原理
理解概念框架，GIS组成和基本功能，掌握GIS的数据处理流 程（采集、编辑、组织、管理、分析、输出）；
(2)掌握地理信息系统的基本技术和方法
掌握常用GIS软件的操作 ，为GIS的开发应用打下理论基础；
(3)初步具有应用GIS技术开展地学研究 的能力
上机实验
• 一：GIS的发展与特点，组成及功能 （3学时） • 二： 地图投影和坐标转换（3学时）
表示，随载荷它的物理设备的
形式而改变。 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。
信息的特点：
数据与信息
(1)信息的客观性
地理信息与地图
(2)信息的适用性 (3)信息的传输性
地理系统与 地理信息系统
(4)信息的共享性
信息的特点
4、从系统结构角度看GIS的分类 • 单机GIS
•
网络GIS
5、从数据结构角度看GIS的分类 • 矢量数据结构GIS • • 栅格数据结构GIS 混合型数据结构GIS
三、GIS与其它系统的区别
• GIS有别于DBMS（数据库管理系统），
GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判 断的能力，而不是简单的数据管理，因此，GIS是能 对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。
第四节 地理信息系统的发展趋势
增一：地理信息系统的产生
首先，引用几段话：
江泽民总书记指出：
• “当今世界，以信息技术为主要标志的 科技进步日新月异”。
• “可以预计，二十一世纪，科学技术的 进一步发展，特别是信息技术和生命科 学的不断突破，将对世界政治、经济、 文化生活产生更加深刻的影响”。 • “要进行一次以信息技术和生物工程为 标志的科技革命”。
• GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要
对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用；MIS则只有属 性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理。
• GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将
数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不 可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分 析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。
郭达志等.地理信息系统基础与应用.北京：煤炭工业出版 社，1997
汤国安等：《ArcGIS地理信息系统空间分析 实验教程(附 光盘)》科学出版社； 清华大学出版社等。
池建等编著等：《精通ArcGIS地理信息系统（配光盘）》
主要网站
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形成空间和时间上连续分布的综合信息基础，支持空间问题
的处理与决策。
2. 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的功能 。
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
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。
坚实的基础。
计算机制图技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作 用；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。 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。
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
地理系统与地理信息系 统的关系
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
地理系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。
结论：
没有现势性的资源环境数据就很难作出正确 的合理利用规划。我们的实践已经证明：如果 运用遥感与信息技术，人力、物力和财力都只 要1/10，甚至<1/10，而且能获取现势性资料。
地理信息系统产生：
信息革命的影响，要求地理学要顺应时代的要求，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
5S
用全 球导 航卫 星定 位等 高深 技术
•
国家 测绘局、国家地震局在2008年9月3日举行的新闻发 布会上，国家测绘局副局长李维森公布检测结果
增二：
GIS的特点和分类
地理信息系统的特点
地理信息系统的分类
一、地理信息系统的特点
1. 公共的地理定位基础
所有的地理要素，要按经纬度或者特有的坐标系统进行严格 的空间定位，才能使具有时序性、多维性、区域性特征的空 间要素进行复合和分解，将隐含其中的信息变为显示表达，
地理信息与地图 地理系统与 地理信息系统
基本概念Байду номын сангаас
地理信息的特征
地图与地理信息的关系
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
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
徐冠华部长指出：
• “当代科技发展主要的趋势，是以信息 技术革命为中心的当代科技革命正在全 球蓬勃兴起，它标志着人类工业社会向 信息社会跨越”。
• “各学科、各技术领域相互渗透、交叉 和融合”。 • “学科分支已经从上个世纪初600多门， 发展到现在6000多门”。
众所周知的“数字地球”
三维可视化 浏览界面 科学计算 海量存储 卫星影像 宽 带 网 技术 支持 快速增长的网络化 地理空间信息世界 基本组成 实现 层次 全球层 国家层 区域层 多源信息的集成 和显示机制
应用分析程序
用户
• GIS基本构成的结构图
GIS
用户
GUI
软件系统
硬件系统
应用模型
一、GIS的硬件系统
•由主机、外设和网络组成，用于存储。处理。传输和显示空间数据。
• GIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，
都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形， 属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。
第二节
硬件系统
GIS的基本构成
地理数据 软件系统
输入设备
数据输入 地 理 数 据 库
系统操作
计算机系统软件
存储设备
数据存储
系统支持
GIS软件
输出设备
信息输入
地理分析
地理信息系统中“地理”的概念并非指 地理学，而是广义地指地理坐标参照系统中 的坐标数据、属性数据以及以此为基础而演 义出来的知识。