第三章地理信息系统理论与技术(一)
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中山大学· 地理规划 学院
GIS基本概念
-------信息系统与地理信息系统
1、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。 类型：事务处理系统，管理信息系统，决策支持系 统，人工智能和专家系统 2、地理信息系统： 地 理 信 息 系统 （ Geographic Information System 或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地 学信息系统”或“资源与环境信息系统”。是在计算机 硬、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、储存、管 理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 中山大学· 地理规划
第三章： 地理信息系统理论与 技术
中山大学· 地理规划 学院
第一节：什么是地理信息系统
GIS的概念框架
GIS的定义、理解和框架体系结构
GIS的组成
硬件、软件、空间数据、管理人员
GIS的发展
GIS与相关系统区别和联系
GIS的功能
基本要求、具体功能
GIS与相关学科
GIS的学科树
中山大学· 地理规划 学院
GIS的功能
-----数据显示与输出
中山大学· 地理规划 学院
GIS的功能—功能实现 用户界面
中山大学· 地理规划 学院
GIS的功能—功能实现 二次开发
GIS的空间分析技术与手段是有限的，
而实际应用模型是无可枚举的，任何 GIS都应提供二次开发工具。 定制菜单、程序与可视化界面等 GIS二次开发环境： 专用工具：如Arc/Info的AML语言； 通用语言：如VC++、VB、Delphi等 组件开发：如MapInfo的MapX；
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GIS基本概念
-------地理数据与地理信息
1、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。 2、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、图像和图形的总称。 3、地理信息的特征： 区域性、多维性： 时序性：
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GIS的组成 ----软件系统
数据库软件 用来管理空间数据，包括图形数据和
属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、 Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。目前GIS 软件中采用商用数据库管理属性数据，一个有发 展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形 和属性数据的联合管理。 Oracle、Informix、 Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间 数据类型。而ESRI公司的SDE（Spatial Database Engine）也是基于关系数据库的空间数据管理平台。 图形平台 某些GIS软件中图形处理平台。如 AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMap GIS 软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS软件
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GIS的定义
----------GIS在信息系统中的位置
信息系统 非空间信息系统 管理信息系统
空间信息系统
非地理信息系统
CAD/CAM
研究范围
地理信息系统
研究内容 专题地理 信息系统 综合地理 信息系统 地籍GIS 交通GIS
资源与环境GIS 规划与管理GIS
全球GIS
数据模型
-------术语
GIS是由计算机硬件、软件和不 同方法组成的系统，该系统设计用来 支持空间数据采集、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）
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GIS的定义
-----概念框架
用户界面
系统和数据库管理
数据输入 数据库建立
是集地球科学、信息科学与计算机技术为一体的高新技术
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GIS基本概念 -------数据与信息
1、数据与信息 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。是用以载荷信息的物理符号，本身并 无意义。 信息：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。 2、数据与信息的关系 信息与数据是不可分离的，信息来源于数据，是对 数据的解释
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GIS的发展趋势：OPEN GIS
½½ · ó ½½
GISµ Ä · ¢ ¹ Õ · ½ Ï ò -¿ ª Å ·µ Ä
GIS
15
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GIS的组成
----软件系统
空间数据输入 与转换
空间查询 与分析
空间数据库 管理系统
制图 与输出
图形与属性 数据编辑
GIS
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GIS的组成
------空间数据
• 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；
用户界面 GIS应用软件
GIS软件 基础软件 GIS
GIS基本功能软件
标准软件
（图形、数据库等）
系统库
（编程语言、数学库等）
系统软件
操作系统
（系统调用、设备运行、网络等）
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GIS的组成 ----软件系统
系统软件主要是计算机的操作系统 以及各种标准外设的驱动软件，目前流 行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、 UNIX等。系统软件关系到GIS软件和开 发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境 的重要组成部分。
地理信息系统
地 理 信 息 系 统 （ Geographic Information System 或 Geo－Information system，GIS） 有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境 信息系统”。是在计算机硬、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、储存、管理、 运算、分析、显示和描述的技术系统。
• 某个特定位置有什 么？ • 几何查属性 • 例：国家属性查询
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条件查询
• 满足给定条件的 地理对象分布 • 属性查位置 • 例：客户分布
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趋势分析
• 地理对象随时间的 变化 • 例：人口变化趋势
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分布模式
• 空间对象的分布 模式问题 • 揭示空间对象的 空间关系 • 例：商业服务竞 争
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GIS的功能
-----数据获取(采集与输入）
中山大学· 地理规划 学院
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GIS的功能
----- 数据组织、存储与管理
• 数据的集成过程 几何数据与属性数据组织 • 数据结构 矢量结构、栅格结构、栅格/矢量结构 决定着GIS的数据分析能力、效率和精度 •数据管理： 层次模型、网络模型、关系模型 混合管理模式
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GIS的应用领域
地理逻辑 绘图 人口局 交通运输 部门 绘图机构
税务部门
旅游 服务业 公用事业 公司
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地质测绘
环保机构
地方政府
企业
教育
地理系统的发展
1、、发展简史： 1）六十年代开拓发展阶段 2）七十年代巩固阶段 3）八十年代突破阶段 4）九十年代社会化阶段 2、前沿热点： 1）理论发展的需求与有待解决的问题。 2）热点—面向对象技术的研究、时空系统、地理信 息建模系统以及三维地理信息系统的研究等。 3）发展趋势：GIS网络化、GIS标准化、数据商业化、 系统专门化、GIS企业化、GIS全球化以及GIS大众 化等。
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模型
• 解决问题方案 • 基于模型的
• 例：公园选址
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三维地下体分析
断面分析
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GIS的功能
-----数据显示与输出
• 数据交换 • 统计表格 • 制图：专题地图、影象地图、统计地图、地形图
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数字地面模型
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咨 询
信息管 理
数据整 理
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GIS的功能
---概论
空间数据的获取（采集与输入）
空间数据的编辑处理
空间数据的组织、存储与管理 空间查询与空间分析 数据的显示与输出
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GIS的功能
----- 数据获取(采集与输入）
中山大学· 地理规划 学院
GIS的海量数据管理功能
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GIS的功能
----空间查询与空间分析
空间查询
位置查询 属性查询 拓扑查询
空间查询 空间分析
地形分析 网络分析 缓冲区分析 几何量测 地图分析 叠置分析 统计分析 决策分析
空间分析
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----位置查询—
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空间数据处理 空间数据分析
产品生成 产品输出
GIS的定义
------对GIS的理解
GIS的物理外壳是计算机化的技术系统 GIS的操作对象是空间数据
GIS的技术优势在于它的空间分析能力
GIS与地理学、测绘学联系紧密
地理学是GIS的理论依托，为GIS提供有关空间分析的 基本观点和方法。 测绘学为GIS提供各种定位数据，其理论和算法可直接 用于空间数据的变换和处理。
Transportation Geographical Information System
地学应用： GeoScience 专业杂志：Geographical Information Science(英国)
Geo-Information System （德国）
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GIS的定义
区域GIS 矢量GIS
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栅格GIS
矢-栅GIS
GIS的Fra Baidu bibliotek成
-----概论
空间 数据
用户
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系 统 统 硬 软 件 件
系
GIS的组成
----概论
硬件系统 软件系统 空间数据 系统开发、管理和使用人员
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GIS的组成
-----硬件系统
GPS 全站仪
解析和数字 摄影测量仪器
磁带机
光盘机
活动硬盘 硬盘阵列
专用设备
存储设备
绘图仪
全数字摄影 测量工作站
遥感与遥感 图象处理系统
输入设备
处理设备
输出设备
打印机
数字化仪 扫描仪 常规设备
终端 服务器 工作站
键盘、鼠标中山大学· 地理规划
学院
GIS的组成
—软件系统
• 空间数据管理： 几何数据：文件 属性数据：关系数 据库
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GIS的组成----开发、管理和使用人
员
• GIS的开发是以人为本 的系统工程。 • 业务素质与专业知识是 GIS工程及应用成功的 关键。
管 理
• 不但对GIS的技术和功 能有足够的了解，而且 要具备组织管理管理的 能力。 • 技术培训、硬件维护与 更新、系统升级、数据 更新、文档管理、数据 共享建设等。
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GIS与相关学科
地理学
制图学
CAD与 计算机图形学
测量与摄影测量
遥感 中山大学· 地理规划 学院
GIS特征
GIS与CAD、CAM
GIS与数据库管理系统（DBMS）
GIS与管理信息系统（MIS）
GIS与遥感信息处理系统（RS）
GIS与机助制图系统、地图数据库
学院
GIS的定义
-------术语
北美、欧洲：Geographical Information System 加拿大：Geomatigue 中国：Resource and Environmental Information
System 技术内涵：Geo-relational Information System 信息科学：Spatial Information System 应用类型：Natural Resources Information System Land Information System
GIS基本概念
-------信息系统与地理信息系统
1、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。 类型：事务处理系统，管理信息系统，决策支持系 统，人工智能和专家系统 2、地理信息系统： 地 理 信 息 系统 （ Geographic Information System 或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地 学信息系统”或“资源与环境信息系统”。是在计算机 硬、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、储存、管 理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 中山大学· 地理规划
第三章： 地理信息系统理论与 技术
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第一节：什么是地理信息系统
GIS的概念框架
GIS的定义、理解和框架体系结构
GIS的组成
硬件、软件、空间数据、管理人员
GIS的发展
GIS与相关系统区别和联系
GIS的功能
基本要求、具体功能
GIS与相关学科
GIS的学科树
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GIS的功能
-----数据显示与输出
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GIS的功能—功能实现 用户界面
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GIS的功能—功能实现 二次开发
GIS的空间分析技术与手段是有限的，
而实际应用模型是无可枚举的，任何 GIS都应提供二次开发工具。 定制菜单、程序与可视化界面等 GIS二次开发环境： 专用工具：如Arc/Info的AML语言； 通用语言：如VC++、VB、Delphi等 组件开发：如MapInfo的MapX；
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GIS基本概念
-------地理数据与地理信息
1、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。 2、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、图像和图形的总称。 3、地理信息的特征： 区域性、多维性： 时序性：
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GIS的组成 ----软件系统
数据库软件 用来管理空间数据，包括图形数据和
属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、 Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。目前GIS 软件中采用商用数据库管理属性数据，一个有发 展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形 和属性数据的联合管理。 Oracle、Informix、 Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间 数据类型。而ESRI公司的SDE（Spatial Database Engine）也是基于关系数据库的空间数据管理平台。 图形平台 某些GIS软件中图形处理平台。如 AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMap GIS 软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS软件
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GIS的定义
----------GIS在信息系统中的位置
信息系统 非空间信息系统 管理信息系统
空间信息系统
非地理信息系统
CAD/CAM
研究范围
地理信息系统
研究内容 专题地理 信息系统 综合地理 信息系统 地籍GIS 交通GIS
资源与环境GIS 规划与管理GIS
全球GIS
数据模型
-------术语
GIS是由计算机硬件、软件和不 同方法组成的系统，该系统设计用来 支持空间数据采集、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）
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GIS的定义
-----概念框架
用户界面
系统和数据库管理
数据输入 数据库建立
是集地球科学、信息科学与计算机技术为一体的高新技术
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GIS基本概念 -------数据与信息
1、数据与信息 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。是用以载荷信息的物理符号，本身并 无意义。 信息：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。 2、数据与信息的关系 信息与数据是不可分离的，信息来源于数据，是对 数据的解释
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GIS的发展趋势：OPEN GIS
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GIS的组成
----软件系统
空间数据输入 与转换
空间查询 与分析
空间数据库 管理系统
制图 与输出
图形与属性 数据编辑
GIS
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GIS的组成
------空间数据
• 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；
用户界面 GIS应用软件
GIS软件 基础软件 GIS
GIS基本功能软件
标准软件
（图形、数据库等）
系统库
（编程语言、数学库等）
系统软件
操作系统
（系统调用、设备运行、网络等）
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GIS的组成 ----软件系统
系统软件主要是计算机的操作系统 以及各种标准外设的驱动软件，目前流 行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、 UNIX等。系统软件关系到GIS软件和开 发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境 的重要组成部分。
地理信息系统
地 理 信 息 系 统 （ Geographic Information System 或 Geo－Information system，GIS） 有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境 信息系统”。是在计算机硬、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、储存、管理、 运算、分析、显示和描述的技术系统。
• 某个特定位置有什 么？ • 几何查属性 • 例：国家属性查询
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条件查询
• 满足给定条件的 地理对象分布 • 属性查位置 • 例：客户分布
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趋势分析
• 地理对象随时间的 变化 • 例：人口变化趋势
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分布模式
• 空间对象的分布 模式问题 • 揭示空间对象的 空间关系 • 例：商业服务竞 争
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GIS的功能
-----数据获取(采集与输入）
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GIS的功能
----- 数据组织、存储与管理
• 数据的集成过程 几何数据与属性数据组织 • 数据结构 矢量结构、栅格结构、栅格/矢量结构 决定着GIS的数据分析能力、效率和精度 •数据管理： 层次模型、网络模型、关系模型 混合管理模式
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GIS的应用领域
地理逻辑 绘图 人口局 交通运输 部门 绘图机构
税务部门
旅游 服务业 公用事业 公司
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地质测绘
环保机构
地方政府
企业
教育
地理系统的发展
1、、发展简史： 1）六十年代开拓发展阶段 2）七十年代巩固阶段 3）八十年代突破阶段 4）九十年代社会化阶段 2、前沿热点： 1）理论发展的需求与有待解决的问题。 2）热点—面向对象技术的研究、时空系统、地理信 息建模系统以及三维地理信息系统的研究等。 3）发展趋势：GIS网络化、GIS标准化、数据商业化、 系统专门化、GIS企业化、GIS全球化以及GIS大众 化等。
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模型
• 解决问题方案 • 基于模型的
• 例：公园选址
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三维地下体分析
断面分析
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GIS的功能
-----数据显示与输出
• 数据交换 • 统计表格 • 制图：专题地图、影象地图、统计地图、地形图
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数字地面模型
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咨 询
信息管 理
数据整 理
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GIS的功能
---概论
空间数据的获取（采集与输入）
空间数据的编辑处理
空间数据的组织、存储与管理 空间查询与空间分析 数据的显示与输出
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GIS的功能
----- 数据获取(采集与输入）
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GIS的海量数据管理功能
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GIS的功能
----空间查询与空间分析
空间查询
位置查询 属性查询 拓扑查询
空间查询 空间分析
地形分析 网络分析 缓冲区分析 几何量测 地图分析 叠置分析 统计分析 决策分析
空间分析
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----位置查询—
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空间数据处理 空间数据分析
产品生成 产品输出
GIS的定义
------对GIS的理解
GIS的物理外壳是计算机化的技术系统 GIS的操作对象是空间数据
GIS的技术优势在于它的空间分析能力
GIS与地理学、测绘学联系紧密
地理学是GIS的理论依托，为GIS提供有关空间分析的 基本观点和方法。 测绘学为GIS提供各种定位数据，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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GIS的定义
区域GIS 矢量GIS
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栅格GIS
矢-栅GIS
GIS的Fra Baidu bibliotek成
-----概论
空间 数据
用户
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系 统 统 硬 软 件 件
系
GIS的组成
----概论
硬件系统 软件系统 空间数据 系统开发、管理和使用人员
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GIS的组成
-----硬件系统
GPS 全站仪
解析和数字 摄影测量仪器
磁带机
光盘机
活动硬盘 硬盘阵列
专用设备
存储设备
绘图仪
全数字摄影 测量工作站
遥感与遥感 图象处理系统
输入设备
处理设备
输出设备
打印机
数字化仪 扫描仪 常规设备
终端 服务器 工作站
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GIS的组成
—软件系统
• 空间数据管理： 几何数据：文件 属性数据：关系数 据库
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GIS的组成----开发、管理和使用人
员
• GIS的开发是以人为本 的系统工程。 • 业务素质与专业知识是 GIS工程及应用成功的 关键。
管 理
• 不但对GIS的技术和功 能有足够的了解，而且 要具备组织管理管理的 能力。 • 技术培训、硬件维护与 更新、系统升级、数据 更新、文档管理、数据 共享建设等。
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GIS与相关学科
地理学
制图学
CAD与 计算机图形学
测量与摄影测量
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GIS特征
GIS与CAD、CAM
GIS与数据库管理系统（DBMS）
GIS与管理信息系统（MIS）
GIS与遥感信息处理系统（RS）
GIS与机助制图系统、地图数据库
学院
GIS的定义
-------术语
北美、欧洲：Geographical Information System 加拿大：Geomatigue 中国：Resource and Environmental Information
System 技术内涵：Geo-relational Information System 信息科学：Spatial Information System 应用类型：Natural Resources Information System Land Information System