GIS地理信息系统概述
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统组成及其作用。
公园选址辅助决策
• 郊游公园选址项目 • • • • 完成项目需要做哪些工作？ •
• 如何进行选址？ • 考虑哪些因素？
交通 资料收集 占地大小 选址 风景
• 水 • 提交报告 • 山 • 文字报告 • 植被覆盖 • 图件报告 • 人文环境 • 历史
公园选址辅助决策
•郊游公园具体位置的选择需要满足一定的要求：
3、系统、信息系统和地理信息系统
系统：有相互联系、相互依存又相互协调的事物构成 的统一体 信息系统：是现代管理与决策工作的重要手段，即具 有采集、管理、分析和表达数据能力的系统
31
一、GIS相关概念
3、系统、信息系统和地理信息系统
用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达 地 理空间数据的计算机信息系统。(陈述彭，2000) 是以采集、贮存、管理、分析和描述整个或部 分地球表面与 空间 和 地理 分布有关的 数据 的 空
计算机辅助制图；地图综合；地图输出；栅格-矢量
转换； 自动拓扑；图形和属性分离；图幅拼接；数据管理系 统； 1971年，投入使用的“加拿大地理信息系统”(CGIS)，
被认为是世界上最早大量投入使用的较完善的地理信息系统。
56
五、GIS发展简史
(三)巩固阶段 (20世纪70-80年代) • 计算机技术飞速发展；图形图像卡；美国森林资源信息系统； • USGS；GIRAS；GITAN；IBIS；ELAS (四)突破阶段 (20世纪80-90年代) 图形工作站；PC；栅格数据处理；实体识别；影像增强； 专家分析系统；DBMS；多种形式地图输出；国际合作加强； • 进入多学科领域；分析、预报、决策功能加强 (五)社会化阶段 (20世纪90年代至今) 平台成熟【国外（ESRI；InterGraph；MapInfo），国内（SuperMap； MapGIS；GeoStar）】 地理信息产业（交通、水利、气象、银行、保险、电力……,春笋发 芽，气势磅礴发展)
地理学 测绘学 计算机科学
信息科学
地理信 息系统
管理科学
资源科学
环境科学
33
空间科学
二、GIS组成
•人
34
Βιβλιοθήκη Baidu
二、GIS组成
• 硬件系统
由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示 空间数据。
35
数字化仪
36
扫描仪
37
绘图仪
38
GPS
39
GPS
40
41
二、GIS组成
• 软件系统
由系统管理软件、数据库软件和基础 GIS软件组成，用于执 行 GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出 等操作。
地理数据：（Geographic Data）是各种地理特征和现象之间关
系的符号化表示。包括空间位置特征、属性特征及时态特征三 个基本特征部分。空间位置数据描述地理实体所在的空间绝对 位置以及实体间存在的空间关系的相对位置。空间位置可由定 义的坐标参照系统描述。空间关系可由拓扑关系，如邻接、关 联、连通、包含、重叠等来描述。 地理信息：除了具有信息的一般特性外，还具有以下独特特性： 空间分布性、数据量大、多维结构和时序特征。空间分布性是 指地理信息具有空间定位的特点。 【X、Y、Z】
DBMS
47
三、GIS功能
数据处理和变换
处理：
• • • • • 弧段、多边形外接矩形 点、线、面捕捉和判断 弧段求交 点、弧段、多边形位置 拓扑关系建立
变换：
• 空间坐标变换：平移变换、比例变换、反射变换、 旋转变换、几何纠正、投影变换 • 结构转换：栅格转矢量、矢量转栅格 48
三、GIS功能
空间统计分析：
主成分分析(PCA) 层次分析(Hierachy) 聚类分析(Cluster) 判别分析(Distinguish)
52
三、GIS功能
产品制作与显示
空间信息可视化 地图 图像
统计图表
数字数据 三维可视化 虚拟现实(Virtual Reality: VR)
专题信息、专题地图
电子地图
VB, Delphi, VB, VC++, VC++, C++ VB, VC++, Delphi, Builder, Delphi, PB PB PB, C#， Java
四、常用GIS软件
• 软件系统
公司名称 桌面产品 ArcView, ArcEditor, ArcGIS MapInfo Professional
•地理信息系统是解决空间问 题的有效的辅助决策支持工 具。目前，地理信息系统还 不能完全代替最终决策者。
• 整个过程中我们都用到了什么东西？
• 数据采集工具
• 数据（信息） • 数据分析工具
• 打印机
27
一、GIS相关概念
可以把数据比作原材料，而信息是对原材料处理的结果。 1、数据和信息 如同一个木匠，在一些工具的帮助下，可以把木材做成 数据：对客观事物的符号表示。数据是指某一目标定性、定量 有用的家具。同样，计算机专业人员应用计算机的硬件 和软件把原始数据转换成信息。这种转换过程可用下图 描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及 说明。
44
三、GIS功能
• 基本功能
数据采集与编辑 数据存储与管理 * * * *
• 应用功能
资源管理 区域规划
数据处理和变换
空间分析和统计 产品制作与显示 二次开发和编程
45
国土监测
辅助决策
定位服务
……
三、GIS功能
采集：
数据采集与编辑
文本数据 地图 野外测量数据 航空像片
北京超图
GeoMedia Professional
SuperMap Deskpro, Editor, Survey GeoStar MapGIS
GeoMedia WebMap
SuperMap IS GeoSurf MapGISIMS
武汉吉奥 武汉中地
55
五、GIS发展简史
(一)萌芽阶段 (20世纪60年代之前) 计算机图形学；图形显示器；滚筒式绘图仪 (二)开拓阶段 (20世纪60-70年代)
50
三、GIS功能
邻域分析：
缓冲区分析(Buffer)
泰森多边形(Thissen Polygon) Voronoi图，Delauny三角网
空间网络分析：
网络图 路径分析 定位与配置分析
51
三、GIS功能
地形分析：
数字高程模型(Digital Elevation Model: DEM) 数字地形模型(Digital Terrain Model: DTM) 不规则三角网(Triangulated Irregular Network: TIN) 数字地形： 坡度 坡向 地表辐照度
GIS相关概念
GIS组成
地理信息 系统概述
GIS功能
常用GIS软件
GIS发展简史
21
了解GIS
•地理信息系统是集地球科学、信息科学与计算机 技术为一体的高新技术，目前已广泛应用于资源管 理、环境监测、灾害评估、城市与区域规划等众多
领域，成为社会可持续发展的有效的辅助决策支持
工具。
•以一个郊游公园选址项目为例，了解地理信息系
目前常用GIS软件系统：
组件产品 ArcObject, MapObject, ArcEngine MapInfo MapBasic, MapInfo MapX GeoMedia Object SuperMap Object, SuperForm GeoMap MapGIS 网络GIS 数据库
ESRI
42
二、GIS组成
• 空间数据
由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据 的存储、管理、查询、检索和更新等。
时间数据：时间分辨率 空间数据：空间分辨率 比例尺 误差 不确定性 专题属性数据
43
二、GIS组成
• 用户界面
由菜单式、命令式或表格式的图形用户界面所组成， 是用以实现人机对话的工具。
29
•特性： •1）地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数 据相联系。 •2）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的 第三维信息结构的组合，为地理系统多层次的分析和信 息的传输与筛选提供方便。 •3）时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数 据或空间数据的变化。
30
一、GIS相关概念
ArcIMS MapInfo MapXtrem e
ArcSDE
MapInfo
MapInfo Spatialware GeoMedia Oracle GDO Server SuperMap SDX+ GeoSurf 2D for Oracle Spatial Data Engine
Intergrap h
(重点)
遥感数据
交互式终端 GIS软件
空间数据库
编辑：
矢量数据编辑 (Vector Data)
栅格数据编辑 (Raster / Grid / Image Data)
46
三、GIS功能
数据存储与管理
DBMS：Data Base Management System (数据库管理系统) 空间数据存储形式： 点：Point, Node 线：Arc, Line, Polyline 面：Area, Polygon, Region 空间关系：拓扑
17
学习本课程有什么用？
•你是否需要寻找一份能将地球、空间和高科技之间 的兴趣结合在一起的21世纪职业？如果是的话，请 登入美国劳工部网站，了解关于地理空间行业的信 息。 •从2008年5月起，地理空间技术被美国劳工部列为 三大新兴产业之一，与其并列的是纳米技术和生物 技术。
18
19
20
内 容
53
三、GIS功能
二次开发和编程
组件式产品 MapObject ArcObject MapX GeoMedia Object Intergrap h ActiveX OCX 空间数据 服务器 SuperMap Object GeoMap
所属公司
组件技术 动态连接库 空间数据引擎
ESRI
OLE OCX ArcSDE
它们能转换成的数据等形式。数据是用以载荷信息的物理符
号，数据本身并没有意义。
信息：用文字、数字、符号、语言、图形、图象等载体，表示
事件、事物、现象等内容、数量或特征，从而向人们（或系
统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、 经营、管理、分析和决策的依据。
28
一、GIS相关概念
2、地理数据和地理信息
ESRI
ActiveX OCX/DLL ArcSDE
MapInfo
ActiveX OCX MapInfo Spatial VC++, VB, Delphi, Lotus, PB
54
北京超图
ActiveX OCX SuperMap SDX+
武汉吉奥
OLE API 扩展 OpenGIS
开发语言
VC++, VB, C++ VC++, VB, Builder, PB, Delphi， Delphi, Java Access
1
2
一、背景：生活的地球
3
不同视角地球
一、背景：生活的地球
4
不同视角地球
一、背景：生活的地球
5
不同视角地球
一、背景：生活的地球
6
不同视角地球
一、背景：生活的地球
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不同视角地球
一、背景：生活的地球
8
地理信息系统
9
10
11
12
13
14
三维GIS—都市圈
15
全景GIS
16
Googleearth
空间数据量算：
长度； 面积； 分布中心
空间分析和统计
空间数据查询：
基于属性查询； 基于空间查询； 联合查询
空间查询方法：
基于SQL查询； 基于空间SQL查询； 基于可视化图形查询 49
三、GIS功能
叠置分析(叠加分析/Overlay)：
A∪B
A∩B
A－B
B－A
B∈A
基于栅格的叠加分析 基于矢量的叠加分析
间信息系统。(龚健雅，2001)
陈述彭院士
既是一门描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的新兴交 叉科学，又是一个以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方 法，适时提供多种空间地理信息和动态地理信息，为地理研究和地 理决策服务的计算机技术系统。 (邬伦，2002) 32
地理信息系统(Geographical Information Systems - GIS)与其它学科关系
• 1）依山傍水，地形有一定起伏，必须靠近 天然的小河流；
• 2）交通方便，但周围环境较安静，公园距 公路的距离最远不得超过1.25km，最近不得小 于0.25km；
•
•
3）空气新鲜，有一定的植被覆盖率；
4）等等其它条件；
公园选址辅助决策
公园选址辅助决策
•总结：
数据获取 数据管理 数据处理和分析 方案制作、输出
57
58
六. GIS技术进展 6.1空间数据库管理
关系型数据库+空间数据引擎
SDE，SDX
多尺度海量栅格数据组织与管理
公园选址辅助决策
• 郊游公园选址项目 • • • • 完成项目需要做哪些工作？ •
• 如何进行选址？ • 考虑哪些因素？
交通 资料收集 占地大小 选址 风景
• 水 • 提交报告 • 山 • 文字报告 • 植被覆盖 • 图件报告 • 人文环境 • 历史
公园选址辅助决策
•郊游公园具体位置的选择需要满足一定的要求：
3、系统、信息系统和地理信息系统
系统：有相互联系、相互依存又相互协调的事物构成 的统一体 信息系统：是现代管理与决策工作的重要手段，即具 有采集、管理、分析和表达数据能力的系统
31
一、GIS相关概念
3、系统、信息系统和地理信息系统
用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达 地 理空间数据的计算机信息系统。(陈述彭，2000) 是以采集、贮存、管理、分析和描述整个或部 分地球表面与 空间 和 地理 分布有关的 数据 的 空
计算机辅助制图；地图综合；地图输出；栅格-矢量
转换； 自动拓扑；图形和属性分离；图幅拼接；数据管理系 统； 1971年，投入使用的“加拿大地理信息系统”(CGIS)，
被认为是世界上最早大量投入使用的较完善的地理信息系统。
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五、GIS发展简史
(三)巩固阶段 (20世纪70-80年代) • 计算机技术飞速发展；图形图像卡；美国森林资源信息系统； • USGS；GIRAS；GITAN；IBIS；ELAS (四)突破阶段 (20世纪80-90年代) 图形工作站；PC；栅格数据处理；实体识别；影像增强； 专家分析系统；DBMS；多种形式地图输出；国际合作加强； • 进入多学科领域；分析、预报、决策功能加强 (五)社会化阶段 (20世纪90年代至今) 平台成熟【国外（ESRI；InterGraph；MapInfo），国内（SuperMap； MapGIS；GeoStar）】 地理信息产业（交通、水利、气象、银行、保险、电力……,春笋发 芽，气势磅礴发展)
地理学 测绘学 计算机科学
信息科学
地理信 息系统
管理科学
资源科学
环境科学
33
空间科学
二、GIS组成
•人
34
Βιβλιοθήκη Baidu
二、GIS组成
• 硬件系统
由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示 空间数据。
35
数字化仪
36
扫描仪
37
绘图仪
38
GPS
39
GPS
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二、GIS组成
• 软件系统
由系统管理软件、数据库软件和基础 GIS软件组成，用于执 行 GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出 等操作。
地理数据：（Geographic Data）是各种地理特征和现象之间关
系的符号化表示。包括空间位置特征、属性特征及时态特征三 个基本特征部分。空间位置数据描述地理实体所在的空间绝对 位置以及实体间存在的空间关系的相对位置。空间位置可由定 义的坐标参照系统描述。空间关系可由拓扑关系，如邻接、关 联、连通、包含、重叠等来描述。 地理信息：除了具有信息的一般特性外，还具有以下独特特性： 空间分布性、数据量大、多维结构和时序特征。空间分布性是 指地理信息具有空间定位的特点。 【X、Y、Z】
DBMS
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三、GIS功能
数据处理和变换
处理：
• • • • • 弧段、多边形外接矩形 点、线、面捕捉和判断 弧段求交 点、弧段、多边形位置 拓扑关系建立
变换：
• 空间坐标变换：平移变换、比例变换、反射变换、 旋转变换、几何纠正、投影变换 • 结构转换：栅格转矢量、矢量转栅格 48
三、GIS功能
空间统计分析：
主成分分析(PCA) 层次分析(Hierachy) 聚类分析(Cluster) 判别分析(Distinguish)
52
三、GIS功能
产品制作与显示
空间信息可视化 地图 图像
统计图表
数字数据 三维可视化 虚拟现实(Virtual Reality: VR)
专题信息、专题地图
电子地图
VB, Delphi, VB, VC++, VC++, C++ VB, VC++, Delphi, Builder, Delphi, PB PB PB, C#， Java
四、常用GIS软件
• 软件系统
公司名称 桌面产品 ArcView, ArcEditor, ArcGIS MapInfo Professional
•地理信息系统是解决空间问 题的有效的辅助决策支持工 具。目前，地理信息系统还 不能完全代替最终决策者。
• 整个过程中我们都用到了什么东西？
• 数据采集工具
• 数据（信息） • 数据分析工具
• 打印机
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一、GIS相关概念
可以把数据比作原材料，而信息是对原材料处理的结果。 1、数据和信息 如同一个木匠，在一些工具的帮助下，可以把木材做成 数据：对客观事物的符号表示。数据是指某一目标定性、定量 有用的家具。同样，计算机专业人员应用计算机的硬件 和软件把原始数据转换成信息。这种转换过程可用下图 描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及 说明。
44
三、GIS功能
• 基本功能
数据采集与编辑 数据存储与管理 * * * *
• 应用功能
资源管理 区域规划
数据处理和变换
空间分析和统计 产品制作与显示 二次开发和编程
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国土监测
辅助决策
定位服务
……
三、GIS功能
采集：
数据采集与编辑
文本数据 地图 野外测量数据 航空像片
北京超图
GeoMedia Professional
SuperMap Deskpro, Editor, Survey GeoStar MapGIS
GeoMedia WebMap
SuperMap IS GeoSurf MapGISIMS
武汉吉奥 武汉中地
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五、GIS发展简史
(一)萌芽阶段 (20世纪60年代之前) 计算机图形学；图形显示器；滚筒式绘图仪 (二)开拓阶段 (20世纪60-70年代)
50
三、GIS功能
邻域分析：
缓冲区分析(Buffer)
泰森多边形(Thissen Polygon) Voronoi图，Delauny三角网
空间网络分析：
网络图 路径分析 定位与配置分析
51
三、GIS功能
地形分析：
数字高程模型(Digital Elevation Model: DEM) 数字地形模型(Digital Terrain Model: DTM) 不规则三角网(Triangulated Irregular Network: TIN) 数字地形： 坡度 坡向 地表辐照度
GIS相关概念
GIS组成
地理信息 系统概述
GIS功能
常用GIS软件
GIS发展简史
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了解GIS
•地理信息系统是集地球科学、信息科学与计算机 技术为一体的高新技术，目前已广泛应用于资源管 理、环境监测、灾害评估、城市与区域规划等众多
领域，成为社会可持续发展的有效的辅助决策支持
工具。
•以一个郊游公园选址项目为例，了解地理信息系
目前常用GIS软件系统：
组件产品 ArcObject, MapObject, ArcEngine MapInfo MapBasic, MapInfo MapX GeoMedia Object SuperMap Object, SuperForm GeoMap MapGIS 网络GIS 数据库
ESRI
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二、GIS组成
• 空间数据
由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据 的存储、管理、查询、检索和更新等。
时间数据：时间分辨率 空间数据：空间分辨率 比例尺 误差 不确定性 专题属性数据
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二、GIS组成
• 用户界面
由菜单式、命令式或表格式的图形用户界面所组成， 是用以实现人机对话的工具。
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•特性： •1）地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数 据相联系。 •2）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的 第三维信息结构的组合，为地理系统多层次的分析和信 息的传输与筛选提供方便。 •3）时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数 据或空间数据的变化。
30
一、GIS相关概念
ArcIMS MapInfo MapXtrem e
ArcSDE
MapInfo
MapInfo Spatialware GeoMedia Oracle GDO Server SuperMap SDX+ GeoSurf 2D for Oracle Spatial Data Engine
Intergrap h
(重点)
遥感数据
交互式终端 GIS软件
空间数据库
编辑：
矢量数据编辑 (Vector Data)
栅格数据编辑 (Raster / Grid / Image Data)
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三、GIS功能
数据存储与管理
DBMS：Data Base Management System (数据库管理系统) 空间数据存储形式： 点：Point, Node 线：Arc, Line, Polyline 面：Area, Polygon, Region 空间关系：拓扑
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学习本课程有什么用？
•你是否需要寻找一份能将地球、空间和高科技之间 的兴趣结合在一起的21世纪职业？如果是的话，请 登入美国劳工部网站，了解关于地理空间行业的信 息。 •从2008年5月起，地理空间技术被美国劳工部列为 三大新兴产业之一，与其并列的是纳米技术和生物 技术。
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内 容
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三、GIS功能
二次开发和编程
组件式产品 MapObject ArcObject MapX GeoMedia Object Intergrap h ActiveX OCX 空间数据 服务器 SuperMap Object GeoMap
所属公司
组件技术 动态连接库 空间数据引擎
ESRI
OLE OCX ArcSDE
它们能转换成的数据等形式。数据是用以载荷信息的物理符
号，数据本身并没有意义。
信息：用文字、数字、符号、语言、图形、图象等载体，表示
事件、事物、现象等内容、数量或特征，从而向人们（或系
统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、 经营、管理、分析和决策的依据。
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一、GIS相关概念
2、地理数据和地理信息
ESRI
ActiveX OCX/DLL ArcSDE
MapInfo
ActiveX OCX MapInfo Spatial VC++, VB, Delphi, Lotus, PB
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北京超图
ActiveX OCX SuperMap SDX+
武汉吉奥
OLE API 扩展 OpenGIS
开发语言
VC++, VB, C++ VC++, VB, Builder, PB, Delphi， Delphi, Java Access
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一、背景：生活的地球
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不同视角地球
一、背景：生活的地球
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不同视角地球
一、背景：生活的地球
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不同视角地球
一、背景：生活的地球
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不同视角地球
一、背景：生活的地球
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不同视角地球
一、背景：生活的地球
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地理信息系统
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三维GIS—都市圈
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全景GIS
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Googleearth
空间数据量算：
长度； 面积； 分布中心
空间分析和统计
空间数据查询：
基于属性查询； 基于空间查询； 联合查询
空间查询方法：
基于SQL查询； 基于空间SQL查询； 基于可视化图形查询 49
三、GIS功能
叠置分析(叠加分析/Overlay)：
A∪B
A∩B
A－B
B－A
B∈A
基于栅格的叠加分析 基于矢量的叠加分析
间信息系统。(龚健雅，2001)
陈述彭院士
既是一门描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的新兴交 叉科学，又是一个以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方 法，适时提供多种空间地理信息和动态地理信息，为地理研究和地 理决策服务的计算机技术系统。 (邬伦，2002) 32
地理信息系统(Geographical Information Systems - GIS)与其它学科关系
• 1）依山傍水，地形有一定起伏，必须靠近 天然的小河流；
• 2）交通方便，但周围环境较安静，公园距 公路的距离最远不得超过1.25km，最近不得小 于0.25km；
•
•
3）空气新鲜，有一定的植被覆盖率；
4）等等其它条件；
公园选址辅助决策
公园选址辅助决策
•总结：
数据获取 数据管理 数据处理和分析 方案制作、输出
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六. GIS技术进展 6.1空间数据库管理
关系型数据库+空间数据引擎
SDE，SDX
多尺度海量栅格数据组织与管理