GIS(地理信息系统)概述

GIS技术概述
发展阶段及特征 发展趋势
GIS技百度文库 发展及特征
基本功能
基本要素
基本实现过程及输出
GIS技术发展阶段
90年代以后
许多政府决策部门的必备系统；美国“信 息高速公路”“数字地球”战略，我国 “21世纪工程”“三金工程”等提出
全面发展时期
80年代 注重空间决策分析；应用领域扩大， 涉及学科和领域；商业化实用系统进入市场
其中部分已经实现空间决策支持系统
GIS系统案例分析-水环境和水土保持
水环境和水土保持方面的功能
（1）数据管理
包括自然、地理、社会经济等基础背景数据，水利工程与设施，监测站点，水 质与水量的历史与实时数据，水环境评价等级，水质标准及法规和条例，决策项目 和边界条件数据，水污染预测数据，等等。
灾难评估功能
基础背景数据（包括地理、社会、经济）的管理； 空间和属性数据查询、检索、统计和显示的基础； 灾情数据的提取和分析； 灾情的模拟和可视化表达； 对决策起辅助作用的工具。 注：目前洪涝灾害的监测评估业务运行系统已在水利部遥感技术 应用中心投入运行。
GIS系统案例分析-防洪减灾
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“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。
“树枝”表示GIS的应用， 应用的结果与需求返回到“树根”
“树根”表示GIS的技术基础， 如测量学、计算机科学与数学等。
GIS系统综述-系统构架
GIS地理信息系统综述
LOGO
目录
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GIS系统综述 GIS技术发展及特性
GIS技术特性
GIS应用及现状
GIS系统综述
定义 总体构架
GIS系统
硬件构架
软件构架
人员构架
GIS系统综述---三种不同视角定义
地图观点 强调GIS作为信息载体与传播媒介的地图功能，认为GIS是一种地图数据 处理与显示系统；每个地理数据集都可看成是一张地图，通过地图代数实 现数据的操作与运算，其结果仍然表现为一张具有新内容的地图。测绘及 各类专题地图部门非常重视GIS的快速与高质量的地图制作与表达能力。 数据库观点
GIS系统案例分析-水利工程建设与管理
水利水电工程建设和管理方面的应用 （1）三维可视化显示及贯穿飞行模拟； （2）位置或路线的优化； （3）空间信息的叠加与分析； （4）影响区（范围）的确定； （5）开挖量及剖面分析； （6）淹没分析； （7）交互式的工程布置方案修改。
GIS系统的输出对比
设备 图形输出方式 矢量线划 栅格点阵 精度 高 高 一般 差 较高 特点 适合绘制一般的线划地图，还可以进行刻图 等特殊方式的绘图 可制作彩色地图与影像地图等各类精致地图 制品。 实时显示GIS的各类图形、图像产品。 以不同复杂度的打印字符输出各类地图，精 度差，变形大。 可将屏幕图形复制至胶片上，用于制作幻灯 片或正胶片。
GIS数据挖掘
是指从海量的GIS属性中，挖 掘出这些属性在时空上的某种客 观规律和统计规律。GIS数据挖 掘是深层次的GIS应用，这个方 面的应用将是无限广阔的。可以 从任何角度，通过GIS属性数据 来挖掘其在时空上的价值。事实 上GIS发展的最高级阶段，就是 对现有各种系统（如图形系统、 数据库系统、专家系统、管理系 统等）的完美集成

系 统 硬 件 系 统
空间 数据
用户
软 件
GIS系统综述-硬件构架

处理设备
服务器
工作站
GIS系统综述-软件构架
用户界面 GIS应用软件
GIS软件

GIS基本功能软件
标准软件
（图形、数据库等）
基础软件
GIS
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）
GIS系统综述-人员构架

此观点多为具有计算机科学背景的用户所接纳，强调数据库系统在GIS 中的重要地位，认为一个完整的数据库管理系统是任何一个成功的GIS不可 缺少的部分。 空间分析工具观点 此观点强调GIS的空间分析与模型分析功能，认为GIS是一门空间或地理 信息科学。该种观点普遍地为地理信息系统界所接受，并认为这是区分GIS 与其它地理数据自动化处理系统的唯一特征。
趋于成熟时期
70年代 注重信息管理；政府起主要作用；系统的 数据分析能力很弱，技术无新的突破
发展时期
60年代 注重空间数据处理；专家兴趣、政府推动起 积极引导作用；范围小且国际交流少
摇篮时期
GIS技术发展阶段特征
组件化 Web化 微型化
数据库化
数 据 库 化 必然趋势，实 现了图形数据 和属性数据的 一体化管理 海量数据处理、 并发、权限管 理、集群
虚拟现实GIS
是指能对任何真实世 界、历史世界或者虚构 世界实现交互式地身临 其境的GIS直播式再现
GIS技术发展趋势之二
发展趋势
高维实用化GIS.
是指实现三维及以上 GIS的实用化。我们所处 世界中的地质、海洋、空 气、温度等，都是实实在 在的四维实体空间。高维 实用化GIS就是要将三维 GIS应用于地质、海洋、 空气、温度等这些领域的 科学研究、生产、军事等 工作中
矢量绘图机
喷墨打印机
高分辨彩显 屏幕像元点阵 行式打印机 胶片拷贝机 字符点阵 光栅
软 件 名 称 空 间 分 析
各软件的空间分析功能比较
ARC/ INFO ARC VIEW
MGE
Map Info
Map GIS
Geo Star
Super Map
空间查询与 量算
缓冲区分析

叠加分析
网络分析
其他分析
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GIS系统综述-科学定义
地理信息系统既是管理和分析 空间数据的应用工程技术，又是跨 越地球科学、信息科学和空间科学 的应用基础学科。其技术系统由计 算机硬件、软件和相关的方法过程 所组成，用以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。
GIS系统的相关学科
GIS系统的应用环境
单机应用: GIS数据处理，专业 GIS分析，地图设计出版 网络应用：比如，Google Earth, Google Map 等 WebGIS; 电 力，电信等企业级GIS业务系统。 移动应用： GPS卫星导航、个人 位置服务、车辆跟踪及监控
GIS系统的应用领域 公众领域：设施管理、智能交通管理、工程 建设、城市规划、通信、物流、CRM（客户 关系管理） 军事领域：军事战略分析, 智能导航武器 如美国在海湾战争、科索沃战争中采用的 辅助指挥作战的GIS系统 学术领域：环境保护，灾害预测，宏观决策 分析 个人领域：个人导航、无线位置服务 (Wireless Location Service)， WebGIS
GIS系统基本功能
GIS系统基本功能
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数据采集和编辑 数据处理和转换 数据存储和管理 空间分析和统计 产品制作与显视 二次开发与编程
GIS系统基本实现过程
文件图表
数据获取
原始数据
数据编辑 投影变换
结构化数据
空间查询 空间分析 数据输出
交互展示
存储检索
制图、表格
空间 数据库
GIS系统的输出 地图 图像 统计表 三维多媒体虚拟现实
GIS系统案例分析-水资源管理
水资源管理方面的作用 （1）历史数据管理和实时数据的动态加载； （2）信息的空间与属性双向查询； （3）时空统计； （4）以多种方式直观地可视化表达各类信息的空间分布及动 态变化过程； （5）区域水资源的空间分析； （6）区域水资源管理模式区划，如地下水禁采与限采区划、 水环境区划等。
空间统计分类分析
空间查询 空间量算 围绕点 围绕线/弧 围绕面/多边形 加权 点与多边形 线与多边形 多边形与多边形 最短路径 网络属性值累计 路由分配 空间邻接搜索 最近相邻搜索 地址匹配 拓扑分析 临近分析 复合分析 统计图表分析 主成分分析 层次分析 系统聚类分析 判别分析
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地图的使用者：他们需要从地

管 理 咨 询

数据 整理
信 息 管 理

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。
洪涝灾害风险分析与区划
多源、多尺度和海量数据的管理； 空间数据的叠加与综合处理； 图形处理的特殊功能。 洪涝灾害风险分析是分析不同强度的洪水发生概率及其可能造 成的损失。它包括洪水的危险性分析，承灾体的易损性和损失 评估。采用GIS技术，可以将上述三方面所涉及到的诸多自然， 地理和社会因子附上相应的权重进行空间叠加，是进行洪涝灾 害风险分析与区划的有效手段。
GIS系统案例分析-防洪减灾
防洪减灾的四种应用类型 （1）防汛决策支持系统或信息管理 系统的平台 （2）灾情评估 （3）洪涝灾害风险分析与区划 （4）城市防洪
GIS系统案例分析-防洪减灾
防汛决策支持系统或信息管理系统的平台功能
空间数据处理、查询、检索、更新和维护； 利用空间分析能力和可视化模拟显示为防汛指挥决策提供辅助 支持； 为各类应用模型提供实时数据； 优化模型参数； 预报预测和防汛信息及决策方案的可视化表达。
Web
组 件 化
化
微 型 化
分久必合 合久必分 微软COM 技术提供 标准接口
webGIS 为internet 应用而生， 同时也为 局域网瘦 客户端模 式奠定基 础
小内存低 处理器， 精简嵌入 式GIS软 件，为适 应野外数 据采集
GIS技术发展趋势之一
发展趋势
随时随地GIS.
是指在任意的时间、 地点能充分地完整地享 受各种类型和各种形式 的GIS信息。 它是WEBGIS、嵌人 式GIS和移动GIS的完美 结合
GIS系统案例分析-水利水电 GIS在水利水电中的主要应用
---防洪减灾方面的应用 ---水资源管理方面的应用 ---水环境和水土保持方面的应用 ---水利水电工程建设和管理方面的应用
我国是一个水资源相对紧缺的国家，洪涝灾害、干旱缺水和 水污染等问题十分突出，即水资源短缺与洪涝灾害频繁发生 并存，洪涝灾害与干旱灾害并存。资源性缺水与水质性缺水 并存。这一系列的现象严重制约了国民经济和社会发展。 任何一项先进技术的应用和发展都必须依附于生产的需要。 GIS技术在水利行业的应用也主要围绕着上述主要问题。
GIS系统案例分析-防洪减灾
城市防洪功能 城市积水、退水的预报预测； 现有排水设施（排水管网、泵站等）信息的管理； 排水设施的规划，设计和施工管理； 暴雨时空特征分析（4DGIS）； 以街道为统计单元和以街区为空间单元的社会经济数据空间展 布； 暴雨分布及积水街道分布的可视化显示； 高分辨率、多层次、多源和更新频繁的数据的存储、维护和管 理。
（2）水质参数的双向查询
即点出站点位置查询该站的基本信息、水质参数、水质等级、超标物名称、以 月或年为单位的水质等级过程线；也可由水质等级或某物质超标来查（显示）测站 位置，或河段。
（3）统计某流域、区域各等级水质的检测站比例或各等级水质的河段长， 等等。 （4）区域或上下游水质的空间分析，找出某水质参数严重超标的污染源。 （5）各类可视化表达。 （6）水质水量模拟与预测。 （7）污染排放管理与控制。 （8）取水口位置优化。 （9）突发污染事件的处理方案及优化。 （10）改善水质现状的对策及优化。