地理信息系统的基本概念和理论
地理信息系统的理论基础和应用案例
地理信息系统的理论基础和应用案例一、地理信息系统的理论基础地理信息系统（Geographic Information System）是一种用来存储、管理、处理、分析和显示地理信息的计算机系统。
地理信息系统的理论基础主要包括地理信息科学、计算机科学、地图学等。
地理信息科学作为地理信息系统的主要支撑学科，研究地球表面空间信息及其数据组织、管理和分析处理的理论和方法。
1、地理信息科学地理信息科学是研究地球表面空间信息及其数据组织、管理和分析处理的学科。
在地理信息系统中，地理信息科学主要处理采集、存储、处理和分析地理信息数据的问题。
2、计算机科学地理信息系统是一种基于计算机技术的系统，计算机科学对地理信息系统的建设有很大影响。
计算机科学的发展与技术的进步，为地理信息系统提供了更为有效的技术支撑，如数据库技术、网络技术、图形图像处理技术、数据挖掘技术等。
3、地图学地理信息系统中的地图图像的制作、处理和分析是一个重要的问题。
地图学的研究为地理信息系统提供了很多的理论和方法，如地图规划、图形图像处理等。
二、地理信息系统的应用案例地理信息系统在不同领域有着广泛的应用。
下面以城市规划、环境监测和资源管理为例，介绍地理信息系统的应用案例。
1、城市规划城市规划是城市建设工作的重要组成部分。
地理信息系统对城市规划的实现起着重要作用。
地理信息系统通过将城市建设规划与实际情况相结合，进行数字化的模拟，提高城市规划设计的准确性。
例如，在城市规划中涉及到道路交通状况分析、公共资源分配等问题，地理信息系统可以帮助规划者分析交通流量、公共资源分布等情况，为城市规划提供科学的决策依据。
2、环境监测环境监测是保护环境的重要手段。
地理信息系统通过对环境监测数据的采集、存储和分析，提高了环境监测的水平和效率。
例如，在水质监测中，地理信息系统可以帮助监测人员在地图上标注各个水质采样点，记录水质检测结果，绘制水质分布图等。
这样，监测人员可以实时了解到各个水质采样点的水质情况，并及时采取相应措施。
地理信息系统(GIS)的基本概念和理论
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2. 信息系统和地理信息系统
信息系统的概念模型可由下图描述：
用户
计算机硬件
计算机软件
知识
数据
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2. 信息系统和地理信息系统
地理信息系统（GIS） 的定义：
是以采集、存储、 管理、分析和描述整个或 部分地球表面（包括大气 层在内）与空间和地理分 布有关的的数据的计算机 空间信息系统。
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2. 信息系统和地理信息系统
测绘学不但为GIS提供各种不同比例尺和精度的定
位数据，而且其理论和算法可直接用于空间数据的
变换和处理。
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3. 地理信息系统的分类
地理信息系统按存储数据的范围大小，可划分为全球的、 区域的和局部的三种。
信息的特征：
客观性 适用性 可传输性 共享性
数据的定义：
是一种未加工的原始资料。用文字、数字、符号、语言、 图象、图形等都是数据。
信息与数据的关系：
数据是信息表示的载体，信息是数据表示的内容。
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1. 信息和地理信息
地理信息的定义：
地理信息是关于地理实体、现象或关系的本质、 特征及其运动状态、规律的表征和一切有用的 知识。
数字系统。”Burrough认为“GIS是属于从现实世界中
采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力
的工具”。俄罗斯学者也把GIS定义为“一种解决各种
复杂的地理相关问题，以及具a有内部联系的工具集
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2. 信息系统和地理信息系统
与地理信息系统相关的角色（人）
➢ 地图的使用者：他们需要从地图上查找感兴趣的东
地理数据的定义：
各种地理特征、现象和关系的符号化表示。包 括空间位置及其关系、属性特征和时域特征三 部分。称为空间数据的基本特征。
测绘工程技术专业地理信息系统(GIS)学习指南
测绘工程技术专业地理信息系统（GIS）学习指南一、引言地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种用来存储、管理、分析和展示地理空间数据的技术。
在测绘工程技术专业中，GIS已经成为不可或缺的工具。
本文将为测绘工程技术专业的学生提供一个学习指南，来帮助他们更好地掌握GIS技术。
二、GIS的概述GIS是一种将地理空间数据与非地理属性数据相结合的信息系统。
它可以用来处理和分析地理空间数据，同时还可以进行数据的可视化呈现。
GIS主要包括数据输入、数据管理、数据分析和数据输出等基本功能。
三、GIS的基础知识1. 地图投影：地图投影是将地球上的三维地理信息转化为二维平面地图的过程。
学习GIS的同学需要了解不同的地图投影方法以及投影的应用场景。
2. 坐标系统：坐标系统是GIS中用来表示地理空间位置的方法。
学习GIS的同学需要了解不同的坐标系统，包括经纬度坐标和投影坐标系统。
3. 空间数据类型：GIS中的空间数据有点、线、面等不同类型。
学习GIS的同学需要了解不同的空间数据类型及其在地理信息系统中的应用。
4. 数据获取与处理：学习GIS的同学需要学会获取地理空间数据，并对数据进行处理和清理，以保证数据的准确性和完整性。
四、GIS的应用领域GIS在许多领域都有广泛的应用。
以下是GIS在测绘工程技术专业中的几个重要应用领域：1. 地图制图：GIS可以用来制作各种类型的地图，包括道路地图、土地利用地图和地形图等。
学习GIS的同学需要具备地图制作和编辑的能力。
2. 空间分析：GIS可以进行空间分析，帮助分析空间数据之间的关系，并提供决策支持。
学习GIS的同学需要学会使用GIS软件进行空间数据的分析和建模。
3. 土地规划：GIS可以用来进行土地规划和土地管理。
通过GIS，可以对土地资源进行有效的管理和利用。
4. 环境保护：GIS可以用来进行环境监测和环境评估。
通过GIS，可以对环境污染和自然资源的变化进行监测和分析。
地理信息系统——原理、方法和应用
第一章地理信息系统概论信息的含义：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，它不随载体物理设备形式的改变而改变。
信息具有以下特点：客观性：任何信息都是与客观事实紧密相关的，这是信息正确性和精确度的保证；实用性：信息对决策是十分重要的，信息系统将地理空间的巨大数据流收集、组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息；传输性：信息可以在信息发送者和接受者之间传输；共享性：信息与实物不同，信息可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。
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、图像以及它们能转换成的数据等形式。
与数据相比，信息具有以下特征：数据是原始事实，信息是数据处理的结果；对一个人是信息对其他人可能是数据；信息必须是有意义或有用的；使用的信息必须是完整、精确、相关和及时的。
地理数据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。
地理信息是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，它是对地理数据的解释。
地理信息具有区域性、多维结构特性和动态变化的特性：1）区域性是通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识；2）多维结构特性即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构；3）地理信息的时序特征十分明显，可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的、短期的、中期的、长期的、超长期的等。
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。
空间位置数据描述地物所在位置，这种位置既可以根据大地参照系定义，如大地经纬度坐标，也可以定义为地物间的相对位置关系，如空间上的距离、邻接、重叠、包含等；属性数据又称为非空间数据，是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标，即描述了信息的非空间组成部分，包括语义与统计数据等；时态特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段，时态数据对环境模拟分析非常重要，越来越受到地理信息系统学界的重视。
地理信息系统(GIS)的基本概念和理论..
2. 信息系统和地理信息系统
地理信息系统的特点
GIS的物理外壳是计算机化的技术系统。该系 统又由若干个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、可视化表达与输出子系统等。这些 子系统的构成直接影响着 GIS 的硬件平台、系 统功能和效率、数据处理的方式和产品输出的 类型。
2. 信息系统和地理信息系统
地理信息系统（GIS） 的定义：
是以采集、存储、 管理、分析和描述整个或 部分地球表面（包括大气 层在内）与空间和地理分 布有关的的数据的计算机 空间信息系统。
2. 信息系统和地理信息系统
对地理信息系统 的不同视点
GIS对于不同的部门和不同的应用目的，其定义也不尽 相同。例如，美国学者Parker认为“GIS是一种存贮、 分析和显示空间与非空间数据的信息技术”。 Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和 显示有关地理现象信息的综合系统”。加拿大的Roger Tomlinson认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的 数字系统。”Burrough认为“GIS是属于从现实世界中 采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力 的工具”。俄罗斯学者也把GIS定义为“一种解决各种 复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集 合”。
2. 我国GIS的发展
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） 国产主流GIS软件
①
GeoStar MapGIS SuperMap CityStar
3. GIS的发展趋势
①
②
③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
GIS与遥感（RS）和全球定位系统 （GPS）进一步结合，构成日趋完 善的技术体系； 空间数据结构与数据管理的研究更 加深入； GIS应用模型开发日趋加强； GIS智能化； GIS网络化； 三维GIS的研究不断深入； 宏观与微观应用进一步加强，并形 成新的产业；
地理信息系统介绍
GIS组成
方法指系统需要采用何种技术路线，采用何种解决方案来实现系统 目标。方法的采用会直接影响系统性能，影响系统的可用性和可维护 性。 人员是GIS系统的能动部分。人员的技术水平和组织管理能力是决定 系统建设成败的重要因素。系统人员按不同分工有项目经理、项目开 发人员、项目数据人员、系统文档撰写和系统测试人员等。各个部分 齐心协力、分工协作是GIS系统成功建设的重要保证。
GIS功能
数字高程模型的建立 数字高程模型有三种主要的形式，包括格网DEM、不规则三角网 （TIN），以及由两者混合组成的DEM。格网DEM数据简单，便于管理， 但因格网高程是原始采样点的派生值，内插过程将损失高程精度，仅适 合于中小比例尺DEM的构建。TIN直接利用原始高程取样点重建表面，它 能充分利用地貌特征点、线，较好地表达复杂的地形，但TIN存储量大， 不便于大规模规范管理，并难以与GIS的图形矢量数据或栅格数据以及遥 感影像数据进行联合分析应用。所以一般的GIS都提供了两种数字高程模 型的软件包，用户可以根据需要进行选择。 地形分析：包括等高线分析，透视图分析，坡度坡向分析，断面图 分析及地形表面面积和挖填方体积计算。最佳路径分析，追踪污染源流 分析，农业布局合理性分析，城市布局合理性分析，道路选线分析等。
GIS功能
空间数据库管理功能 地理对象通过数据采集与编辑后，形成庞大的地理数据集。对此需 要利用数据库管理系统来进行管理。GIS一般都装配有地理数据库，其功 效类似对图书馆的图书进行编目，分类存放，以便于管理人员或读者快 速查找所需的图书。其基本功能包括：1.数据库定义 2.数据库的建立与 维护 3.数据库操作 4.通讯功能 空间分析功能 通过空间查询与空间分析得出决策结论，是GIS的出发点和归宿。在 GIS中这属于专业性，高层次的功能。与制图和数据库组织不同，空间分 析很少能够规范化，这是一个复杂的处理过程，需要懂得如何应用GIS目 标之间的内在空间联系并结合各自的数学模型和理论来制定规划和决策。 由于它的复杂性，目前的GIS在这方面的功能总的来说是比较低下的。典 型的空间分析有： 拓扑空间查询 空间目标之间的拓扑关系有两类,一种是几何元素的节点、弧段和面 块之间的关联关系,用以描述和表达几何要素间的拓扑数据结构,另一种是 GIS中地物之间的空间拓扑关系,这种关系可以通过关联关系和位置关系 隐含表达,用户需通过特殊的方法进行查询.
GIS地理信息系统学习报告
GIS理论与实践学习报告一、GIS理论1.GIS根本概念GIS全称Geographic Information System，中文名地理信息系统。
它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或局部地球表层〔包括大气层〕空间中的有关地理分布数据进展采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
它是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、空间科学、环境科学、信息科学和管理科学等为一体的边缘学科，其核心是计算机科学，根本技术是地理空间数据库、地图可视化和空间分析。
2.GIS的开展（1）GIS的开拓期〔60年代〕：1963年，加拿大测量学家首先提出了GIS这一术语，并建立了世界上第一个实用的GIS——加拿理信息系统，用于自然资源的管理和规划。
这一时期，GIS开展的另一显著标志，是许多有关的组织和机构纷纷建立，例如1966年美国成立城市和区域信息系统协会，1969年又建立州信息系统全国协会，国际地理联合会于1968年设立了地理数据收集和处理委员会。
这些组织和机构的建立，对于传播GIS的知识和开展GIS的技术，起了重要的指导作用。
（2）GIS的稳固开展期〔70年代〕：由于计算机技术及其在自然资源和环境环境数据处理中的应用，促使GIS迅速开展并得以稳固。
（3）GIS技术大开展时期〔80年代〕：由于大规模和超大规模集成电路的问世，推出了第四代计算机，特别是微型计算机和远程通讯传输设备的出现为计算机的普及应用创造了条件，加上计算机网络的建立，使地理信息的传输时效得到极大的提高。
GIS的应用领域迅速扩大，从资源管理、环境规划到应急反响，从商业效劳区域划分到政治选举分区等，涉及到了许多的学科与领域。
（4）GIS的应用普及时代〔90年代〕：国家级乃至全球性的GIS已成为公众关注的问题，例如GIS已列入美国政府制定的"信息高速公路〞方案，美国副总统戈尔提出的"数字地球〞战略也包括GIS。
毫无疑问，GIS将开展成为现代社会最根本的效劳系统。
地理信息技术专业地理信息科学深入了解地理信息技术专业地理信息科学的理论和方法
地理信息技术专业地理信息科学深入了解地理信息技术专业地理信息科学的理论和方法地理信息技术专业地理信息科学的理论和方法地理信息技术是应用地理学、计算机科学和信息技术相结合的一门学科，旨在获取、存储、管理、分析和可视化地理信息。
地理信息科学是地理学与信息科学的交叉学科，研究地理信息的获取、处理、应用和传播的原理和方法。
在地理信息技术专业中，掌握地理信息科学的理论和方法对于开展地理信息相关工作至关重要。
一、地理信息科学的基本概念和原理地理信息科学是一门涵盖地理学、数学、计算机科学、地图学等多学科知识的交叉学科。
它以地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）为核心工具，通过采集、整理、存储和分析地理数据，并将其可视化为地图，以便于研究人员和决策者进行地理问题的分析和决策。
地理信息科学的基本原理包括数据采集、空间数据模型、数据库管理、空间分析和地图制作等。
1. 数据采集：地理信息科学通过各种技术手段获取地理数据，如遥感、卫星影像、GPS定位等。
这些数据能够提供地理信息的基础，是地理信息科学研究的重要数据来源。
2. 空间数据模型：地理信息科学使用空间数据模型来描述和组织地理现象的位置和属性。
常见的空间数据模型包括点、线、面等，用来表示不同尺度的地理要素。
3. 数据库管理：地理信息科学需要将获取的地理数据存储在数据库中，以便于查询和管理。
地理信息系统能够对大量的地理数据进行集成和管理，提高数据的可访问性和利用价值。
4. 空间分析：地理信息科学利用空间分析技术对地理数据进行统计、分析和建模，以揭示地理现象之间的关系。
例如，通过空间插值方法可以构建地理现象的分布模型，通过缓冲区分析可以研究地理现象的空间接触关系等。
5. 地图制作：地理信息科学利用地图制作技术将地理数据可视化为地图，以便于人们理解和使用地理信息。
地图制作需要考虑地图的符号化、色彩搭配、比例尺选择等方面的技术要求。
第2课 地理信息系统基础(1)
GIS软件层次
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1.2.2 软件系统
GIS专业软件 GIS专业软件一般指具有丰富功能的通用GIS软件，它包含了处理地理信息的 各种高级功能，可作为其他应用系统建设的平台。其代表产品有ArcGIS、 MGE、MAPINFO、MAPGIS、GEOSTAR等。它们一般都包含有以下的主要 核心模块：
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§1.2 地理信息系统的构成
完整的GIS主要由四个部分构成
计算机硬件系统 计算机软件系统 地理空间数据 系统管理操作人员
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1.2.1 硬件系统
GPS 全站仪
解析和数字 摄影测量仪器
磁带机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光盘机
活动硬盘 硬盘阵列
专用设备
存储设备 处理设备 输出设备
全数字摄影 测量工作站
遥感与遥感 图象处理系统
综合信息系统
城市规划 与管理IS
区域资源 与环境IS
……
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§1.1地理信息系统的基本概念
（1） GIS与一般MIS
GIS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。 GIS离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数据模型、数据存 储、检索等都是GIS广泛使用的核心技术。 GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而一般MIS（数据库 系统）侧重于非图形数据（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、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。 如电话查号台是一个一般MIS，只能回答用户询问的电话号码，而通信地 理信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的地理分布、空间密度、 最近的邮局等空间关系信息。
计算机硬件包括各类计算机处理及终端设备；
GIS基本理论
GIS基本理论之一：GIS的概念、构成结构、功能1 地理信息系统的概念地理信息系统(Geographic Information System 简称GIS)是一项以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，它是以地理空间数据库为基础，在计算机硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型等分析方法，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。
它的定义主要包含三个方面的内容：①GIS使用的工具：计算机软硬件系统；②GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性；③GIS数据建立过程：采集、存贮、管理、处理、检索、分析和显示。
2 地理信息系统与相关技术(CAD、数字化制图)之间的关系地理信息系统与事务信息系、CAD和数字化制图都有很大的关系，但它们之间又存在着很多的不同点。
与一般的事务信息系统相比，地理信息系统具有以下特征：①地理信息系统在分析处理问题中使用了空间数据与属性数据，并通过数据库管理系统将二者联系在一起共同管理、分析和应用，从而提供了认识地理现象的一种新的思维方法；而事务信息系统只有属性数据库的管理，不能进行有关空间数据的操作；②地理信息系统强调空间分析，通过利用空间解析式模型来分析空间数据；③地理信息系统的成功应用不仅仅取决于技术体系，而且依靠一定的组织体系；④虽然事务信息系统对地理信息系统的发展起着重要的作用。
但实践证明，人的因素在地理信息系统得发展过程中越来越具有重要的影响作用，地理信息系统的应用问题已经超出了技术的范畴。
CAD是指计算机辅助设计，是采用计算机辅助进行各种设计，广泛用于机械、建筑、工程和产品设计方面。
GIS是在CAD基础上发展起来的一门学科，设计制图同时也是GIS的重要功能。
CAD和GIS的关系密切。
二者都具有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据，也能处理属性数据。
地理信息系统概述
二、地理信息
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它类型信息的最显著的标志。 地理信息还具有多维结构，即在二维空间的基础上实现多专 题的第三维结构。 地理信息的时序特征十分明显，因此可以按照时间尺度将地 理信息划分为超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河 洪水、秋季低温）、中期的（如土地利用、作物估产）、长 期的（如城市化、水土流失）、超长期的（如地壳变动、气 候变化）等。
第二节 地理信息系统的基本概念
一、信息与数据
数据（Data）是通过数字化或直接记录下来的可以被识别的 符号，不仅数字是数据，而且文字、符号和图像也是数据。
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 和客体之间一切有用的消息和知识，是表征事物特征的一种 普遍形式。
数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。例如同样的数 据“1”和“0”，当用来表示某一种实体在某个地域内存在与 否时，它就提供了有（1 表示）无（0 表示）的信息。
三、数据
• GIS的操作对象为空间数据
• 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
四、用户
管 理 咨 询 信息管 理
• GIS的开发是以人为本的系 统工程。
• 使用者，开发者，普通用 户
数据整 理
五、 GIS模型 GIS应用模型是根据具体的应用目标和问题，借助 GIS自身的技术优势，使观念世界中形成的概念模型， 具体化为信息世界中可操作的机理和过程。
遥感——借助对电磁波敏感的仪器，在不与探测目 标接触的情况下，记录目标物对电磁波的辐 射、反 射、散射等信息。并通过分析，揭示目标物的特征、 性质及其变化的综合探测技术。
地理信息系统概念
26、矢量多边形叠加——点与多边形和线与多边形叠加使用的主要问题是，线并不总是出现在整个区域内。解决该问题的最强有力的办法是让软件测定每组线的交叉点，这就是所谓的结点。进行矢量多边形的叠加，其任务是基本相同的，除了必须计算重叠交叉点外，还要定义与之相联系的多边形线的属性。
27、布尔叠加——一种以布尔代数为基础的叠加操作。
3、图层：将空间信息按其几何特征及属性划分成的专题。
4、地理数据采集——实地调查、采样；传统的测量方法，如三角测量法、三边测量法；全球定位系统（gps）；现代遥感技术；生物遥测学；数字摄影技术；人口普查。
5、信息范例——传统的制图方法，称为信息范例，即假定地图本身是一个最终产品，通过使用符号、分类限制的选择等方式交换空间信息的模式。这个范例是传统的透视图方法，由于原始而受到很多限制，地图用户不能轻易获得预分类数据。也就是说，用户只限于处理最终产品，而无法将数据重组为更有效的形式以适应环境或需求的变化。
21、线密度——用所有区域内的线的总长度除以区域的面积。
22、连通性——连通性是衡量网络复杂性的量度，常用γ指数和α指数计算它。其中，γ指数等于给定空间网络体节点连线数与可能存在的所有连线数之比；α指数用于衡量环路，节点被交替路径连接的程度称为α指数,等于当前存在的环路数与可能存在的最大环路数之比。
9、“拓扑”（topology）一词来源于希腊文，它的原意是“形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性——拓扑属性（拓扑属性：一个点在一个弧段的端点，一个点在一个区域的边界上；非拓扑属性：两点之间的距离，弧段的长度，区域的周长、面积）。这种结构应包括：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x、y坐标值）。地理空间研究中三个重要的拓扑概念（1）连接性：弧段在结点处的相互联接关系；（2）多边形区域定义：多个弧段首尾相连构成了多边形的内部区域；（3）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。
地理信息系统(名词解释)
1、地理信息系统（geographic information system ，即gis ）——一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为一体的新兴学科，它是在计算机软件和硬件支持下，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，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。
2．栅格——栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针。
因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
特点：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性本身，而所在的位置则根据行列号转换为相应的坐标，即定位是根据数据在数据集中的位置得到的，在栅格结构中，点用一个栅格单元表示；线状地物用沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。
3.矢量——它假定地理空间是连续，通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。
对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码；对于线实体，用一系列坐标对的连线表示；多边形是指边界完全闭合的空间区域，用一系列坐标对的连线表示。
4. “拓扑”（topology）一词来源于希腊文，它的原意是“形状的研究”。
拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性——拓扑属性（拓扑属性：一个点在一个弧段的端点，一个点在一个区域的边界上；非拓扑属性：两点之间的距离，弧段的长度，区域的周长、面积）。
这种结构应包括：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x 、y 坐标值）。
地理信息系统概念
旅游商贸 电子政务 数字城市
其它
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GIS的应用
功能应用
统计与量算
规划与管理
预测与监测
26
辅助决策
谢谢观看
系统
6
地理信息系统（GIS）的概念
学科定义
地理信息系统是描述、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
7
GIS相关的几对概念1
数据与信息
数据是通过数字化或直接记录下的可以被鉴别的符 号，是一种未经加工的原始资料
信息是向人们或机器提供的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 体的物理形式改变
3
第一部分
地理信息系统概念模型
地理信息系统概念模型
5
地理信息系统（GIS）的概念
技术系统定义
地理信息系统是以地理空间数据为基础 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、模拟、分析和显示 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而建立起来的计算机技术
信息系统
非空间信息系统 空间信息系统
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地理信息系统的特点
公共的空间定位基础
具有采集、管理、分析和输出多种空间信息的能力 系统以空间分析模型驱动，具有极强的空间综合分
析和动态预测能力，并能产生高层次的空间信息 以提供空间信息服务为目的，是一个人机交互式的
空间决策支持系统
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第二部分
地理信息系统软件平台功能
《地理信息系统原理及应用》
地理信息系统概念
地理信息系统的组成
硬件系统 输入设备 存贮设备 输出设备 传输设备
数据输入 数据存贮 信息输出 信息传输
gis 的基本概念、定义、研究内容
gis 的基本概念、定义、研究内容
GIS（地理信息系统）是指一种用于捕捉、存储、管理、分析和展示地理空间数据的技术和工具。
它集成了地理学、地理信息科学、地图学、遥感技术、地理信息处理等多个学科的理论和方法。
GIS的定义包括：
1. 地理信息系统（GIS）是一种用于获取、管理、分析、呈现地理数据的信息系统。
2. GIS是一种将空间位置与属性数据相结合的计算机化工具，用于捕捉、存储、检索、组织、分析和展示地理空间数据。
GIS研究内容主要包括以下几个方面：
1. 空间数据获取和数据质量管理：研究如何获取各种类型的地理数据（如地图、卫星影像、遥感数据等），并保证数据的质量和准确性。
2. 空间数据模型和数据库设计：研究如何建立和管理空间数据模型，设计和开发适合存储和查询地理数据的数据库。
3. 空间分析和处理：研究如何对空间数据进行统计分析、模型建立和预测等空间分析技术，并进行空间数据的处理和处理方法研究。
4. 地图制图和可视化：研究如何使用地理信息系统制作和展示地图，以及如何进行空间数据的可视化呈现。
5. 空间决策支持系统：研究如何将GIS技术应用于各种领域的决策支持，包括城市规划、环境管理、交通规划、资源管理等。
综上所述，GIS是一种集成地理学、地理信息科学、地图学、遥感技术等多个学科的技术和工具，用于捕捉、存储、管理、分析和展示地理空间数据。
其研究内容包括空间数据获取和质量管理、空间数据模型和数据库设计、空间分析和处理、地图制图和可视化、空间决策支持系统等。
地理信息系统学习资料
第一章1、地理信息系统的基本概念：用于采集、存储、查询、分析和显示地理参照数据的计算机系统/2、空间位置、属性及时间数据是地理空间分析的三大基本要素，不可分割3、GIS五个主要组成部分：硬件系统（GIS的物理外壳，数据输入设备、数据存贮设备、数据输出设备）、软件系统（SuperMap（超图软件）、GeoStar （武大吉奥）、MapGIS（中地数码））、地理空间数据（地理空间数据是地理信息系统操作的对象，遥感影像、地图、野外采样、水文气象、社会统计数据）、专业人员（系统开发、系统管理以及使用人员）、地理信息模型4、GIS基本功能（解决以下五大问题：位置、条件、趋势、模式、模型和模拟）：数据采集与输入、空间数据分析与处理、地图制图与数据输出应用功能：空间数据的可视化、统计与量算、规划与管理、预测与监测、辅助决策5、GIS主要应用领域：测绘与地图制图、资源管理、灾害监测、环境保护、城市与区域规划、宏观决策、国防6、GIS与其它学科技术的关系：GIS是传统科学与现代技术相结合的产物，为各门涉及空间数据分析的学科提供了新的技术方法，体现出多学科交叉的特点，这些交叉的学科包括地理学、测量学、地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科。
GIS与遥感：遥感是GIS重要的数据源，可以提取空间信息，专题要素和属性信息、遥感图像处理是实现遥感数据向地理信息转变的关键之一、可以基于高分辨率卫星遥感影像采集和更新GIS信息、GIS 可以为遥感图像处理和信息解译提供地学参照数据、辅助信息和分析判据、遥感和GIS的集成GIS与测绘：测绘学本质上是一门关于地球空间信息的学科，从20世纪90 年代开始，国际上将测绘学（Surveying and Mapping）更改为Geomatics （地球空间信息学）、测绘学和遥感技术不但为GIS 提供了快速、可靠、多时相和廉价的多种信息源，而且其许多理论和算法可直接用于空间数据的变换、处理GIS与地图：GIS脱胎于地图，并成为一种新的测绘学和地理学的信息载体，同样具有存储、分析、显示和传输的功能、地图仍是目前GIS的重要数据来源之一，其最终产品之一也是地图、二者也有一定的差别：地图强调的是数据分析、符号化和显示，而GIS则注重于空间信息分析思考题1. 地理信息系统概念及其理解2. 地理信息系统的构成及主要功能3. 地理信息系统与一般的管理信息系统的区别第三章1、地理实体的几何抽象：点（point）：零维、线（line）：一维、面（polygon）：二维、体（volume）：三维2、地理空间数据的基本特征：空间特征、属性特征、时间特征3、GIS中的地理空间数据=空间特征数据+属性特征数据空间特征数据=定位数据+空间关系数据属性特征数据=专题属性数据+时间数据4、地理空间数据的来源：地图数据、影像数据、地形数据、属性数据、元数据5、GIS三个抽象层次：概念模型、逻辑数据模型、物理数据模型6、空间数据的计算机表示：（1）将地理要素或实体抽象为点、线、面类型（2）逻辑上抽象为不同的专题或图层（3）相同区域的若干个图层构成图幅，若干个图幅构成完整的数据库7、地理空间数据的空间关系：现实生活中的实体大多都不是孤立存在的。
地理信息系统原理与方法
（1）拓扑邻接
–拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的 拓扑关系。结点邻接关系有N1/N4，N1/N2···等； 多边形邻接关系有P1/P3，P2/P3 ···等。
地理信息系统原理与方法
（2）拓扑关联
• 拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的 拓扑关系。结点与弧段关联关系有N1/C1、C3、C6， N2/C1、C2、C5 ···等。多边形与线段的关联关系 有P1/C1、C5、C6，P2/C2、C4、C5、C7等。
x16,y16; x17,y17; x18,地y1理8;信x息24,系y2统4;原x理23,与y2方3;法x27,y27; x26,y26; x25,y25; x16,y16
2.2.4 DIME结构
• 双重独立地图编码，简称DIME结构（Dual • Independent Map Encoding）。它是由美国人口调查 • 局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法， • 是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结 • 合起来的系统。 • DIME文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段 • （街段）、线段始结点和终结点标识符、伴有这两个结点 • 的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。根据 • 结点标识符和结点坐标建立结点坐标文件。根据结点、线段、 • 多边形间的拓扑关系建立拓扑结构文件。在这种结构中， • 线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线 • 的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关 • 系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系,。
关系，用数字式表达这
种关系就是：
x y
f1 (, ) f2 (, )
为平面坐标，为球面地理坐 标
地理信息系统原理与方法
地理学专业优质课地理信息系统与空间分析
地理学专业优质课地理信息系统与空间分析地理学专业优质课：地理信息系统与空间分析地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种集成空间数据存储、管理、分析和可视化于一体的综合性信息系统。
作为地理学专业的优质课程，地理信息系统与空间分析不仅为地理学学生提供了学习和研究的工具，也在实际应用中发挥着重要的作用。
一、地理信息系统的概述地理信息系统是基于计算机技术和地理学原理，用来获取、管理、分析和展示地理空间数据的系统。
它将地理实体和属性信息存储在数据库中，并通过地图可视化展示，为人们提供了方便快捷的地理空间分析工具。
二、地理信息系统在地理学中的应用1. 地貌研究：地理信息系统可以帮助地理学家收集和分析地形、地貌、地壳变动等数据，以揭示地球表面的形成演化过程。
2. 自然资源管理：通过地理信息系统，研究人员可以综合利用遥感和地理数据分析技术，对森林、水资源、土地等自然资源进行评估和管理。
3. 环境保护与规划：地理信息系统提供了空间布局分析工具，可以帮助环保部门和城市规划部门进行环境评估、生态分析和城市规划。
4. 应急管理：地理信息系统在应急管理方面发挥着重要作用，可以对自然灾害、公共安全等进行模拟和预测，提供决策支持。
5. 地理位置服务：地理信息系统可以为人们提供地理信息查询和导航服务，方便出行和位置定位。
三、地理信息系统与空间分析的核心技术1. 数据采集与处理：地理信息系统涉及到大量的数据采集，包括遥感数据、空间数据、属性数据等，这些数据需要经过预处理、清理和整合，以便后续分析和可视化展示。
2. 空间分析与模型：地理信息系统可以进行空间分析，比如空间关系分析、空间插值、网络分析等，通过建立模型，揭示地理空间之间的关系和规律。
3. 地图制图与可视化：地理信息系统可以将数据以地图的形式展示出来，通过地图制图和可视化技术，使复杂的地理数据更加直观和易于理解。
四、地理信息系统与空间分析的未来发展随着科技的不断进步和信息技术的快速发展，地理信息系统与空间分析将会呈现出更多的新特点和应用。
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2. 信息系统和地理信息系统
地理信息系统（GIS） 的定义：
是以采集、存储、 管理、分析和描述整个或 部分地球表面（包括大气 层在内）与空间和地理分 布有关的的数据的计算机 空间信息系统。
2. 信息系统和地理信息系统
对地理信息系统 的不同视点
GIS对于不同的部门和不同的应用目的，其定义也不尽 相同。例如，美国学者Parker认为“GIS是一种存贮、 分析和显示空间与非空间数据的信息技术”。 Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和 显示有关地理现象信息的综合系统”。加拿大的Roger Tomlinson认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的 数字系统。”Burrough认为“GIS是属于从现实世界中 采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力 的工具”。俄罗斯学者也把GIS定义为“一种解决各种 复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集 合”。
2. 信息系统和地理信息系统
地理信息系统的特点
➢ GIS的物理外壳是计算机化的技术系统。该系 统又由若干个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、可视化表达与输出子系统等。这些 子系统的构成直接影响着GIS的硬件平台、系 统功能和效率、数据处理的方式和产品输出的 类型。
2. 信息系统和地理信息系统
与地理信息系统相关的角色（人）
➢ 地图的使用者：他们需要从地图上查找感兴趣的东
西。
➢ 地图生产者：编辑各种专题或综合信息地图。 ➢ 地图出版者：需要高质量的地图输出产品。 ➢ 地图分析员：他们需要根据位置和空间关系完成分
析任务。
➢ 数据录入人员：完成数据编辑。 ➢ 数据库设计者：需要实现数据的存储和管理。 ➢ 开发者：需要实现GIS的软件功能。
1969年，ESRI （环境系统研究所）建立； 1969年， Integraph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。
矢量数据
西北望
主要地名 Labels of 主要地名 城区边界 水域 铁路 北京街区
BEIJING1.BMP
五里坨
卧佛寺
香山
安颐和园
合川市
华蓥县邻市区水政县府驻地垫江县 主要公路 区县界线 机场 河流 区县区划图
八大处
西郊机场
铜梁县 黄庄北碚区
长寿县
大足县
渝北区
李渡区
栅格数据 双桥区 隆昌县 荣昌县 永川市
地理信息系统（GIS）概述
结构组织
GIS的基本概念 GIS的发展及趋势 GIS的基本组成 GIS软件功能 GIS的相关学科 GIS与其他系统的区别
GIS的基本概念
1. 信息和地理信息
信息的定义：
是用文字、数字、符号、语言、图象、图形等介质来表 达事件、事物或现象等的内容、数量和特征，从而向人 们（或系统）提供的关于现实世界新的事实和知识。
2. 信息系统和地理信息系统
地理信息系统的特点
➢ GIS的技术优势在于数据综合、模拟与分析评价能 力，可以得到常规方法难以得到的重要信息。
➢ 地理空间分析能力——重要信息（核心） ➢ 快速的空间定位搜索 ➢ 复杂的查询功能 ➢ 强大的图形创造和可视化表达手段 ➢ 地理过程的演化模拟 ➢ 空间决策支持功能等。
2. 信息系统和地理信息系统
地理信息系统的特点
➢ GIS与测绘学和地理学密切相关。 地理学是一门研究人—地相互关系的科学，研究各 自然界面的生物、物理、化学过程，以及探求人类 活动与资源环境间相互协调的规律，这为GIS提供 了有关空间分析的基本观点与方法，成为GIS的基 础理论依托。 测绘学不但为GIS提供各种不同比例尺和精度的定 位数据，而且其理论和算法可直接用于空间数据的 变换和处理。
2. 信息系统和地理信息系统
地理信息系统的特点
➢ GIS的操作对象是地理实体或空间数据。 ➢ 地理实体:指的是在人们生存的地球表面附近的地理图层(大
气图、水图、岩石图、生物图)中可相互区分的事物和现象， 即地理空间中的事物和现象。 ➢ 空间数据:即以点、线、面方式编码并以(X、Y)坐标串储存 管理的离散型空间数据，或者以一系列栅格单元表达的连 续型空间数据。 ➢ 地理实体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，实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的 描述，即空间特征数据和属性特征数据统称为地理数据。
璧山沙县坪坝渝区中南江区岸北区区 九龙大坡巴渡区南口区区
江津市
0.0 7.5 15.0 22.5 30.0 37.5 km
南川市
忠县
丰都县
石柱土家族自治县
武隆县
彭水苗族土家族自
2. 信息系统和地理信息系统
信息系统的定义： 信息系统是具有采集、管理、分析和表 达数据能力的系统。在计算机时代，信 息系统都部分或全部由计算机系统支持， 并由硬件、软件、数据和用户四大要素 组成。智能化的系统还应包括知识。分 为事务处理系统和决策支持系统
信息的特征：
客观性 适用性 可传输性 共享性
1. 信息和地理信息
地理信息的定义： 地理信息是关于地理实体、现象或关系的本质、 特征及其运动状态、规律的表征和一切有用的 知识。
地理信息的特征除了具备信息的一般特征外，还 有以下特征：
空间分布性 数据量大 信息载体多样性 时序性
1. 信息和地理信息
按是否直接存储时间尺度，分为静态和动态。如果考虑时 间维度，也称为时态GIS或动态GIS。否则为静态。
按事件处理内容和方式，分为事务处理或管理GIS和决策支 持GIS。
GIS的发展及趋势
1. GIS的发展概况
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）；
3. 地理信息系统的分类
地理信息系统按存储数据的范围大小，可划分为全球的、 区域的和局部的三种。
地理信息系统按表达空间维数，分为2维和3维。通常GIS研 究地球表层的若干要素的分布，属2~2.5 维GIS，布满整个 三维空间建立的GIS，才是真三维GIS。一般也将数字位置 模型（2维）和数字高程模型（1维）的结合称为2+1维或 2.5 维GIS。