地理信息系统gis原理及应用

运算研究统计地学理统计学
摄影测量学
计算机图形学信息存储
计算几何 模式识别
人工智 能
认知科学
GIS应用概述
1、用户类型分析
一、强GIS需求用户 以规划、国土、测绘等传统GIS应用领域的用户为主。这些
单位的业务应用都离不开GIS，都建立了自己的GIS应用系统， 并且自己生产基础测绘数据；其对平台的主要需求是各类专题 图层数据，并且这些专题数据主要用于分析，通常不会直接应 用到业务系统中；
(Resource Management)
资源管理
主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如 土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。主要回答 “定位”和“模式”两类问题。
(Environmental Management and Modeling)
生态、环 区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的 境管理与 决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、
二、中GIS需求用户 以环保、公安、城市建设等行业用户为主。这些单位的业
务应用不直接和GIS应用打交道，但是其管理决策都需要GIS的 支撑。这些单位积累有自己的专题图层数据，但迫切需要统一 的标准底图进行可视化叠加，或结合空间基础数据进行分析；
三、弱GIS需求用户 以工商、民政、统计、教育、园林绿化、卫生、旅游、招
GIS应用模型构建，是根据具体的应用目标和问题，借助于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。
GIS应用模型的作用，是用一定程度的简化和抽象，通过逻辑的演绎， 去把握地理系统各要素之间的相互关系、本质特征及可视化显示。
GIS应用概述
3、GIS的应用模型分类
网络分析
进行交通规则、处理地下管线突发事件(爆管、断路)等应急处理 。 警务和医疗救护的路径优选、车辆导航等也是GIS网络分析应
用的实例。
二、GIS应用实例 1、GIS应用分类
(Visualization Application)
可视化 应用
以数字地形模型为基础，建立城市、区域、或大型建筑工程、著 名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用 于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。
GIS应用概述
GIS的起源： 地理信息系统萌芽于上世纪60年代初，计算机被用于空间数据的存储
与管理，地图可转换为能被计算机识别的数字形式，这就是地理信息系 统的雏形。
1963年，加拿大建立了世界上第一个实用的地理信息系统，主要用于 自然资源的管理和规划。 GIS的蓬勃发展和普及应用：
上世纪70年代以来，资源利用和环境保护成为政府急需解决的问题， 此外，计算机技术的迅速发展和专业人才的培养，使得GIS快速发展。90 年代以来，随着计算机软硬件和网络技术的发展，GIS的社会需求大幅增 加，GIS在全世界范围内大量普及，成为了人们生产、生活不可缺少的工 具。
第九章 GIS的应用
内容提纲
1. GIS应用概述 2. GIS应用实例 3. GIS应用展望
GIS应用概述
• 每件事都有其发生的位置 • 80% 的数据和空间地理相关
地址 邮编 道路,铁路 人口普查 行政区划 基础设施(医院,学校,景点,公交站点,图书
馆) 自然资源 (绿地,山林,湖泊,水系…)
承包开发，由开 发商独立开发完 整的系统，又称 为“交钥匙”系 统。
合作开发，这种 方式有利于开发 系统时对问题域 的准确把握。
由组织内部的人 开发，可以是专 业的地理信息系 统人员，也可以 是最终的使用者
GIS应用概述
2、开发GIS应用的方式
实施 方案
对提供者依赖 性
到系统运行时 间
初始费用
用户 开发
指应用者利用GIS软件的宏语言发展各自所需要的空间分析模型。 这种模型法是将由GIS软件支持的功能看着模型部件，按照分析目的和标准，对 部件进行有机的组合。因此这种构建模型的方法能充分地利用GIS软件本身所具 有的资源，模型构造和开发的效率比较高。
GIS外部的模型建造
这种方法是基于应用GIS的空间数据库和输出功能，而模型分析功能则主要是利 用其他应用领域的软件。这种构模法虽然运行效率受到很大影响，但实现了软件 的嫁接，无需在GIS环境中重编分析软件，并具有广泛的实用性。
模拟 环境规划等。
二、GIS应用实例 1、GIS应用分类
(Business and Marketing)
商业与市 场
商业设施的建立充分考虑其市场潜力，营销模式的变革。例如大 型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的 分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。房 地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能提供决策和分析。
问题的概念 概念/要素/方法
解决问题的数据 数据源/数据集
应用操作过程 多源数 据收集
数据库建立 数据输入/格式化
问题数据子集 提取/综合
问题求解 统计计算/模型 分析/空间分析
问题的答案 严正/解释/表达
GIS应用概述
4、GIS应用模型的构建
2.GIS应用模型的构建的三种主要途径 GIS环境内的模型建造
1. 根据所表达的空间对象的不同，可将GIS应用模型分为三类：
基于理化原理的理论模型 又称数学模型，是应用数学分析方法建立的数学表达式，反映地理 过程本质的理化规律，如地表径流模型、海洋和大气环流模型等。
基于变量之间的统计方法或启发式关系的模型 这类模型统称为经验模型，是通过数理统计方法和大量观测实验建立 的模型，如水土流失模型和适宜性分析模型。
人们不再讨论是否使用GIS，而是讨论如何利用GIS
GIS应用概述
GIS的应用促进了GIS的发展 校正了GIS蓬勃发展的方向 推动了GIS软件市场的形成
早期
主要应用于自 动制图，设施 管理和土地信 息管理
中期
军事、资源和 环境管理，监 测和预估等众 多领域
现在
随着3S技术的发 展与成熟，以及 和相关学科的结 合，GIS广泛应 用于政策分析与 决策，经济规划 、交通运输等所 有涉及空间信息 的行业和部门
(Land Information System and Cadastral Application)
土地信息 系统和地 籍管理
土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权 属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成 这些工作。
(Emergency Response)
解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安 应急响应 排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。
高
中等
低
中等
中等 不定 很低
高 高 中等
中等 完全可以
高
很低 低 中等-高
GIS应用概述
3、GIS的应用模型分类
GIS技术的应用已经从数据存储管理和查询检索演进到以时空分析 为主体，正在向着支持区域系统空间结构演化预测、动态模拟及其空间 格局的优化的发展阶段。
GIS应用模型的构建不但是解决实际复杂问题的必要途径，而且也 是GIS取得经济和社会效益的重要保证。
科学预测、动态模拟和辅助决策是GIS应用的高层次阶段，构建区域空 间动力学应用模型将是区域可持续发展研究和GIS应用向纵深发展的交汇点
GIS应用概述
4、GIS应用模型的构建
1.应用GIS求解问题的过程
目标导向(goal-driven)的规划定义过程
是将要解决的问题与专业知识相结合，从 问题开始，一步步地推导出解决问题所需 要的原始数据、精度标准、模型的逻辑结 构和方法步骤。
1、资源管理 (Resource Management)
主要应用于农业和林业领域，解决农业和林 业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分 级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和 “模式”两类问题。
应用举例：
1、利用GIS进行农业气候区划
农业气候区划是根据农作物生长发育过程中对气候条件的 要求和气候资源的地理分布特征来进行分区划片的，在某种 农作物的气候可种植区内还有不同的地物类型，不同的农作 物要求不同的地理环境。
(Distributed Geographic Information Application)
分布式地理 信息应用
随着网络和Internet技术的发展，运行于Intranet或Internet环 境下的地理信息系统应用类型，其目标是实现地理信息的分布 式存储和信息共享，以及远程空间导航等。
(Navigation and Real-time location) 导航和实 通过车载或手持设备，与GPS相结合，对车辆或人员进行导航， 时定位 也可通过实时定位应用在其他各行业。
商等行业用户为主，这些用户的业务不涉及GIS应用，对GIS的 了解也比较少。通常没有GIS应用系统及专题数据，但是需要 将自己的业务统计分析数据通过GIS进行空间可视化展现。
GIS应用概述
2、开发GIS应用的方式
购买
软件开发商开发
自主开发
又可以分为：购 买GIS平台软件 进行二次开发， 购买完整的软件 产品，购买完整 的GIS系统，购 买GIS服务。.
二、GIS应用实例 1、GIS应用分类
(Facilities Management)
基础设施 管理
城市的地上地下基础设施(电信、自来水、道路交通、天然气管线 、排污设施、 电力设施等)广泛分布于城市的各个角落、且这些设 施明显具有地理参照特征的。它们的管理、统计、汇总都可以借助 GIS完成，而且可以大大提高工作效率。
混合型的模型建造
这是上述两种建模法的结合，即尽可能利用GIS提供的功能，最大限度地减少用户 自行开发的压力，又不失具有外部建模的灵活效果。
二、GIS应用实例
1、GIS应用分类
(Urban Planning and Management)
城市规划 和管理
空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主 要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例 和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能 够有最大的服务面。
• “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
市场 设施维护产业/商业 航运资产管理
旅游业
环境科 生态学
学
水文学
气象学
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。
制图学
可视化 符号学
遥感
测量 计算机科学 数据库
数 学
GIS应用概述
社会、 经济测
量
地形测 量
环境测 量
• “树根”表示GIS的技
考古学
术基础，如测量学、 计算机科学与数学等。
公共管理
人文地理学 地理学
• “树枝”表示GIS的 应用，应用的结果与
公共信息查询 社会科学
健康护理规划 流行病学
社区服务
森林学 土壤科学
地质学地貌学
需求返回到“树根”. 矿产开发
基于原理和经验的混合模型 这类模型中既有基于理论原理的确定性变量，也有应用经验加以确定 的不确定性变量，如资源分配模型、位置选址模型。
GIS应用概述
3、GIS的应用模型分类
2. 按照研究对象的瞬时状态和发展过程，GIS应用模型分为三类
静态模型 用于分析地理现象及要素相互作用的格局 半静态模型 用于评价应用目标的变化影响 动态模型 用于预测研究目标的时空动态演变及趋势
低
长 低
购买通 用平台
低
购买完 购买完 整软件 整系统
高
很高
长-中长 中等
短 中等
很短 高
人力费用
高
中等
低
低
风险和不确定 性
高
较低
灵活性 完全可以 完全可以
对用户技术要 求
很高
高
现有资源的利 用
高
高
低 中等 中等
中等
低 中等 中等
低
购买 服务
很高
承包 开发
很高Biblioteka Baidu
合作 开发
中
很短
高 很低
长-中长 长-中长
(Site Selecting Analysis)
选址分析
根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交 通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳 位置，是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的空间分析 功能。
(Newwork System Analysis)
建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、
数据导向(data-driven)的应用操作过程
是将已经形成的模型逻辑结构与GIS技术 相结合，从各类数据开始，一步步地将数 据转换为问题的答案，必要时还需要进行 反馈和修改，直到取得满意的结果，最后 以图形或图表的形式输出最终结果。
规划定义过程 需要解决 的问题
问题的定义 分解/联合
问题的实质 证据/数据/假设