地理信息系统课程第一章

地理信息系统课程第一章第一章导言1.1地理信息系统基础1963年，加拿大学者汤姆林森首次提出地理信息系统的概念，并开发了世界上第一个地理信息系统(CGIS)。

随着计算机软硬件和通信技术的不断进步，地理信息系统的理论和技术方法得到了迅速发展。

它的研究和应用已经渗透到自然科学和应用技术的许多领域，如地理、地质、环境监测、土地利用、城市规划、交通安全等，越来越受到各国政府和工业部门的重视。

1.1.1地理信息系统的基本概念1.数据它是客观事物的象征性表现。

在计算机科学中，它指的是可以输入计算机并由计算机程序处理的所有符号。

它可以是字母、数字或其他符号，如$、图形、图像、声音。

数据项可以按目的组织成数据结构。

只有当数据影响到实体的行为时，它才能成为信息。

例如，相同的数据“1”和“0”在由灰度表示的空间实体存在的模型中提供有(通常由1表示)或没有(通常由0表示)的信息。

当用于控制笔式绘图仪上的笔的状态时，它提供有关提起或放下笔的信息。

2.信息信息是经过处理的数据，对接收者有用，对决策或行为有实际或潜在的价值(见图1-1)。

到目前为止，还没有明确的信息定义。

狭义信息论将信息定义为人们在获取信息(人、有机体和机器等)之前和之后相互联系的一种形式。

)和外部物体(环境、其他人、有机体和机器等。

)，它是主体和客体之间所有有用的信息和知识，是表征事物的一种常见形式。

一般认为，信息的定义如下:信息是由人或机器提供的关于现实世界的新知识，是包含在数据和信息中的意义，并不跟随载体1物理形式的变化。

例如，一棵树的高度数据是15米(十进制)，如果以十六进制存储，它就是f。

然而，不管它的存储形式如何变化，它给人们的信息是独特的:这棵树不是一棵年轻的树。

数据存储处理器数据信息图1-1数据到信息转换示意图信息具有以下基本属性:(1)真实性:事实是信息的核心价值。

不符合事实的信息不仅毫无价值，而且可能具有负面价值。

事实是信息的首要和基本性质。

(2)层次:对于同一问题，它处于不同的管理级别，需要不同的信息。

信息和管理一样，通常分为战略、战略和管理三个层次。

一般来说，战略信息来自外部，如企业的发展方向和目标。

战略信息包括内部和外部，如新产品品种、生产效益、同行业比较等。

大部分执行信息来自内部来源，如员工出勤记录和生产指标完成情况。

(3)可压缩性:在不丧失信息本质的前提下，我们可以对信息进行集中、综合和总结。

例如文件的压缩和解压缩。

(4)扩散:信息的扩散是其本质。

它力图突破不自然的保密限制，通过各种渠道和手段向各方传播。

(5)透射率:信息可以通过各种工具和手段(如书籍、杂志、电话、电视、卫星等)传递到遥远的地方。

)。

(6)共享或可共享:信息的共享或可共享有利于成为人类社会的一种资源。

(7)多样性:用于一个目的的信息可能随着时间的推移而失去价值，但可能显示出用于另一个目的的价值。

例如，环境污染参数的处理。

目前有限的信息可能对环境污染程度的预测影响不大，但随着信息的增加，我们可以建立一个预测模型，从大量可能是混沌的信息中获取环境变化的规律。

(8)转化:信息、能源和材料是人类利用的三种重要而宝贵的资源。

2它们是三合一的，但它们可以相互转换。

信息可以通过能量和材料进行交换，大量的信息可以节约能量和材料。

例如，利用遥感信息和相关处理技术调查地理和地貌可以节省大量的人力和物力。

地理信息地理信息是指数字、文字、图像和图形的总称，用以描述地理圈或地理环境中自然元素或物质的数量、质量、分布特征、关系和规律。

地理信息有以下三个特点:(1)地理信息属于空间信息，其位置识别与数据有联系，这是地理信息不同于其他信息的重要标志。

通常，地理信息的空间位置通过地理坐标来表示。

(2)地理信息具有多维结构的特征。

一般来说，图形实体的系统识别码可以用来分析和处理多个主题的三维信息。

这为多元信息的复合研究和探索地理现象之间的内在规律奠定了基础。

(3)地理信息具有时间序列和动态变化的特征。

根据研究对象的不同并结合时间尺度，地理信息可分为超短期(如台风和地震)、短期(如河流洪水)、中期(如土地利用和作物产量估算)和长期(如城市中点营销、土壤侵蚀)、超长期(如地理环境变化、地壳形变)。

结节节点和中间点弧段多边形(a)矢量图形多边缘(b)矢量模型图1-2矢量图形和简化模型4.数据模型3数据模型是对客观事物及其关系的描述。

该描述包括数据内容和各种实体数据之间的关系的描述。

这是数据库设计的基础。

对于数据库来说，数据模型反映了数据的整体逻辑结构，或用户看到的数据之间的逻辑结构，并反映了实体之间的逻辑关系。

例如，在地理信息系统的矢量模型中，节点或中间点由空间坐标对表示，而弧段由一系列节点和中间点组成，面是由弧段组成的封闭多边形。

这些关系的描述清楚地反映了矢量结构图形实体的逻辑关系。

图1-2(b)描绘了图1-2(a)的简单数据模型。

5.数据结构数据结构研究数据的逻辑关系和数据表示，或者研究计算机中信息的组织和表示。

如果数据模型是抽象的，那么数据结构就是具体的东西。

在图1-3的数据结构中，弧段的开始和结束节点标识码StartNodeID 和EndNodeID位于用户标识码(UserID)之后，即三个标识码的位置是固定的。

当然，UserID也可以位于EndNodeID之后，但是当图形实体的数据结构被确定时，每个参数或字段的相对位置是固定的。

ArcIdUserIdStartOdeId EndNodeIdleftPolicyDrightPolyId(X1，Y1)，...(内部点坐标)图1-3弧形图形实体6的矢量结构。

树图1-4中的示意图树是由n个(n>0)节点组成的有限集合。

在树中，满足以下两个条件:4(1)只有一个称为根的特定节点；(2)剩余的节点可以被分成m(m>0)个有限集合T1，T2，...不相交的Tm，其中每个集合是一棵树，称为根的子树。

在图1-4中，节点的数量是13。

其中，a是根，其他节点被分成三个不相交的子集T1={B，e，f，k，L}，T2={C，G}，T3={D，h，I，j，M}。

T1、T2和T3都是根A的子树，它们本身也是树。

例如，根为B的T1和其他节点被分成两个不相交的子集:T4={E，K，L}，T5={F}。

T4和T5是b的子树，e是T4的根，{K}，{L}是e的两个不相交的子树，它们本身是只有一个根节点的树。

1.1.2地理信息系统发展的历史背景和原因在XXXX时代，随着资源开发利用、环境保护等问题日益突出，人类社会迫切需要一种能够有效分析和处理空间信息的技术、方法和系统。

与此同时，计算机软硬件技术也发展迅速，相关的计算机图形和数据库技术也开始成熟。

这为地理信息系统理论和技术方法的建立提供了动力和技术支持。

尽管计算机制图、数据库管理、计算机辅助设计、管理信息系统、遥感、应用数学和计量地理学能够满足处理空间信息的某些要求(如制图)，但它们不能完全完成地理空间信息的有效处理。

主要原因如下:(1)计算机制图侧重于数据分类和自动符号表达。

归根结底，是利用计算机技术来代替传统的手工绘图，实现工程图的计算机处理。

(2)数据库管理系统主要管理非图形数据。

(3)计算机辅助设计强调设计，用图形符号表达设计对象。

具体而言，计算机辅助设计是一整套以计算机为中心的设计对象系统的最佳设计，有人们的参与，即协助设计者完成一系列设计过程，包括数据检索、计算、图形形状的确定、自动绘图和打印。

(4)管理信息系统是由人和计算机组成的能够收集、传递、存储、处理、维护和使用信息的系统。

综上所述，管理信息系统的主要功能如下:51)尽可能及时、全面地提供信息和数据，以支持实现系统目标的决策；2)准备并提供统一格式的信息，以简化各种统计工作；3)用指定的数学方法分析数据，根据过去的数据预测未来的情况；4)对不同的管理层次提出不同的要求和不同精细度的报告，以便快速、及时地做出决策；5)有效利用管理信息系统人员和设备，降低信息成本。

管理信息系统的概念图如图1-5所示。

(5)遥感是一种利用各种传感器从一定距离获取特定目标的各种图像，并对这些图像进行处理和分析以提取信息的技术。

(6)尽管以各种应用数学为基础发展起来的计量经济学地理学强调空间研究，但其研究对象主要涉及以下内容:1)空间和过程研究。

这是一项关于区域分布和过程的研究，主要是找出地表事物的分布位置、成因和变化。

2)生态研究。

这项研究主要集中在人与土地的关系上。

3)区域研究。

它主要是研究地理区域的异同。

高级管理层(计划、控制、决策)中级经理管理信息(计划、控制、决策)系统计算机功能人员资料库其他子市场分为生产和金融。

系统系统图1-5管理信息系统概念图6总之，计算机辅助设计和其他系统的功能相对单一，不能同时处理图形、图像、数据库管理、空间分析等问题。

在这种情况下，地理信息系统理论和技术方法的出现是历史的必然。

事实上，地理信息系统理论和技术也可以看作是计算机图形学、计算机辅助设计、管理信息系统、数据库管理、遥感和计量地理学综合发展的产物(图1-6)。

图1-6地理信息系统与相关学科的关系1.1.3地理信息系统的定义地理信息系统也被称为空间信息系统，它处理我们人类社会所依赖的地球三维空间中的物体。

由于研究和应用领域的差异，人们对地理信息系统的定义仍然存在分歧。

从学术角度来看，人们对地理信息系统有以下三种观点:地图视图、数据库视图和空间分析视图，即: (1)地图观:持有地图观的人主要来自风景学校和制图学校。

他们认为地理信息系统是一个地图处理和显示系统。

在这个系统中，每个数据集被视为一个地图、一个图层、一个主题或覆盖范围。

利用地理信息系统的相关功能对数据集进行运算和计算，可以得到新的地图。

(2)数据库视图:持有数据库视图的人主要来自计算机学校。

他们强调数据库理论和技术方法对地理信息系统设计和运行的重要性。

7(3)空间分析观:持这种观点的人主要来自地理学派。

他们强调了空间分析和模拟的重要性。

事实上，地理信息系统的空间分析功能是与计算机辅助设计、管理信息系统和其他系统的主要区别之一。

它也是地理信息系统理论和技术发展的动力。

根据地理信息系统的功能和应用，地理信息系统的定义主要包括以下四种:(1)面向数据处理过程的定义:地理信息系统是一个输入、存储、查询、分析和输出地理数据的计算机系统。

(2)专题应用定义:地理信息系统是根据处理的信息类型定义的，如房地产管理信息系统、土地管理信息系统、城市交通管理信息系统、资源开发管理信息系统等。

(3)工具箱定义:该定义基于软件系统分析的观点，认为地理信息系统包括各种复杂的计算机程序和处理空间数据的各种算法。

工具箱定义系统地描述了地理信息系统应该具备的功能，为软件系统评估提供了基本的技术指标。