地理信息系统原理全册配套完整课件.ppt

1、地理信息系统原理全册配套地理信息系统原理全册配套完整课件完整课件3 本课程是地理学学科各专业研究生的学科基本课程是地理学学科各专业研究生的学科基础课，同时也可作为相关专业研究生的选修课。础课，同时也可作为相关专业研究生的选修课。课程系统地介绍地理信息系统（课程系统地介绍地理信息系统（GIS）的原理）的原理和方法，介绍国际上和方法，介绍国际上GIS的发展趋势及有关研的发展趋势及有关研究进展。究进展。 地理信息系统地理信息系统-A 与与 地理信息系统地理信息系统-B的区别？的区别？（1）学生多，根据学生基础分流。（）学生多，根据学生基础分流。（2）大纲）大纲侧重点不同。侧重点不同。课程的教学目的与

2、纲要课程的教学目的与纲要前修课程：数据库原理，编程语言，数据结构前修课程：数据库原理，编程语言，数据结构4课程安排课程安排关于上课：关于上课： 课堂授课课堂授课 30学时学时 课堂上机实习课堂上机实习 10学时学时 （国庆节后开始）（国庆节后开始）关于考试：关于考试： 平时作业平时作业 35% 期末考试期末考试 65%(开卷开卷)Office Hour： 周四周四3-4节节 黄杏元，马劲松、汤勤黄杏元，马劲松、汤勤.地理信息系统概论（修订地理信息系统概论（修订版），高等教育出版社，版），高等教育出版社，2001 张宏、温永宁、刘爱玲张宏、温永宁、刘爱玲.地理信息系统算法基础，地理信息系统算法基

3、础，科学出版社，科学出版社，2006.6 边馥苓边馥苓.GIS-地理信息系统原理与方法，测绘出版地理信息系统原理与方法，测绘出版社，社，19966测绘学报测绘学报、地理学报地理学报、遥感学报遥感学报、武汉大学学报（信息版）武汉大学学报（信息版）、测绘测绘通报通报、中国图形图像学报中国图形图像学报、计算机辅助图形学计算机辅助图形学报报、地理与地理信息科学地理与地理信息科学等。等。国际期刊国际期刊国内期刊国内期刊“Int.J.of GIS” “Computer&Geoscience”“Information Geomatics” “J.of ISPRS”“Remote Sensing of the

4、 Environment”http:/www.MapI（MapInfo公司）公司）http:/www.ESRI.com（美国美国ESRI公司）公司）http:/www.DigitalE（数字地球）数字地球）http:/ (地理信息系统论坛地理信息系统论坛）http:/ （非盈利个人网站）非盈利个人网站）http:/ （ESRI 中国）中国）8还有很多很多。还有很多很多。博客博客群群。 公共邮箱：公共邮箱：密码：密码：111111 主要内容包括：主要内容包括：1、地理信息系统导论、地理信息系统导论2、 3、地理信息系统的数据结构、地理信息系统的数据结构4、空间数据获取与处理、空间数据获取与处理5

5、、地理信息系统空间数据库、地理信息系统空间数据库6、空间分析的原理与方法、空间分析的原理与方法7、DEM分析应用分析应用8、空间数据的可视化及制图、空间数据的可视化及制图9、地理信息系统产品的输出设计、地理信息系统产品的输出设计*地理信息系统基本概念地理信息系统基本概念 （掌握掌握）数据与信息；地理信息的特征；地理信息系统数据与信息；地理信息的特征；地理信息系统*地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成 （掌握）（掌握）5个主要组成部分：硬件、软件、空间数据、应用个主要组成部分：硬件、软件、空间数据、应用人员、应用模型人员、应用模型*地理信息系统的功能简介地理信息系统的功能简介 （理解、掌

6、握）（理解、掌握）基本功能、应用功能基本功能、应用功能*地理信息系统的发展透视地理信息系统的发展透视 （了解）（了解）发展概况、基础理论、与其它学科的关系发展概况、基础理论、与其它学科的关系11一、一、数据与信息数据与信息 数据数据是一种未经加工的原始资料，数字、文字、是一种未经加工的原始资料，数字、文字、符号、图像都是数据，数据本身没有意义。符号、图像都是数据，数据本身没有意义。 信息信息（Information）是是数据的内容数据的内容，它用，它用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征。事件、事物、现象等的内容、

7、数量或特征。12 提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、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。建设、经营、管理、分析和决策的依据。 信息具有信息具有客观性、适用性、可传输性和共享性客观性、适用性、可传输性和共享性等特征。等特征。 数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，是数据的内容和解释。的意义，是数据的内容和解释。 信息信息 = = 数据数据 + + 数据处理数据处理132、信息的特点、信息的特点 信息的客观性。信息的客观性。与客观事物紧密相联系的；与客观事物紧密相联系的； 信息的适用性。信息的适用性

8、。信息对决策是十分重要；信息对决策是十分重要； 信息的传输性。信息的传输性。信息可以在信息发送者和接受信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备设备( (包括远程终端包括远程终端) )，和以一定形式提供给有，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。传输和交换。 信息的共享性。信息的共享性。信息可以传输给多个户，为多信息可以传输给多个户，为多个用户共享，而其本身并无损失。个用户共享，而其本身并无损失。14二、二、 地理信息与地理信息系统地理信息与地理信息系统

9、1 1 地理信息地理信息 地理数据地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号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（简称属性）化表示，包括空间位置、属性特征（简称属性）及时域特征三部分。及时域特征三部分。 是有关地理实体的性质、特征和运动是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。 空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素。基本要素。 15空间分布性空间分布性 其位置的识别是

10、与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。 具有多维结构的特征具有多维结构的特征 即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构，而各个专题型实体型之间的联系是通过属性码进行的，这就为地理系统各圈层之间的综合研究提供了可能。16时序特征十分明显时序特征十分明显 可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的、短期的、中期的、长期的、超长期的等。这对地理事物的预测、预报，从而为科学决策提供依据很重要。 具有丰富的信息具有丰富的信息 GIS数据库中不仅包含丰富的地理信息，还包含与地理信息有关的其它信息17GIS中空间、时间、属性的不可分割性中空间、时间、属性的不可分割性p时间变化序列

11、研究：时间变化序列研究：空间位置固定，空间位置固定， 研究不同时间属性的变化特性；研究不同时间属性的变化特性；p空间分布格局研究：空间分布格局研究：时间固定，时间固定， 研究属性的分布特征和格局；研究属性的分布特征和格局；p 变化的区域分异研究变化的区域分异研究某一属性在不同时间下空间分布格局的差异。某一属性在不同时间下空间分布格局的差异。18 地理信息系统（地理信息系统（Geographic Information System，简称简称GIS）是一种是一种地理信息的地理信息的计算机系统计算机系统，是分，是分析和处理海量地理数据的通用技术。析和处理海量地理数据的通用技术。 目前已经广泛地应用

12、于资源调查、环境评估、目前已经广泛地应用于资源调查、环境评估、区域发展规划、公共设施管理、交通安全等领域，区域发展规划、公共设施管理、交通安全等领域，成为一个成为一个的研究领域。的研究领域。19作为一种通用技术，地理信息系统按照作为一种通用技术，地理信息系统按照一种一种新的方式去组织和使用地理信息新的方式去组织和使用地理信息，以便更有效地，以便更有效地分析和产生新的地理信息；分析和产生新的地理信息；同时，地理信息系统应用也改变了同时，地理信息系统应用也改变了地理信息地理信息发布和交换的方式；发布和交换的方式；因此，地理信息系统提供了因此，地理信息系统提供了一种认识和理解一种认识和理解地理信息的

13、新方式，地理信息的新方式，使地理信息系统进一步发展使地理信息系统进一步发展成为一门处理空间数据的学科。成为一门处理空间数据的学科。20空间数据输空间数据输入与转换入与转换空间数据库空间数据库图形与属性图形与属性数据编辑数据编辑制图制图与输出与输出空间查询空间查询与分析与分析GIS21 通过上述分析和定义可提出通过上述分析和定义可提出GIS的如下基本概念：的如下基本概念：1）GIS的的物理外壳是计算机化的技术系统；物理外壳是计算机化的技术系统；2）GIS的的操作对象是空间数据操作对象是空间数据，即点、线、面、体，即点、线、面、体这些有三维要素的地理实体。这些有三维要素的地理实体。3）GIS的的技

14、术优势技术优势在于它的数据综合、模拟与分析在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。拟和预测。 4）GIS与测绘学和地理学有着密切的关系，与测绘学和地理学有着密切的关系，但可但可以广泛地应用到其他空间相关领域。以广泛地应用到其他空间相关领域。 22 一个典型的地理信息系统包括一个典型的地理信息系统包括5个主要组成部分个主要组成部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。用模型。

15、系系 统统 软软 件件 系系 统统 硬硬 件件空间空间数据数据用户用户23241、系统硬件、系统硬件GIS硬件配置一般包括四个部分：硬件配置一般包括四个部分：（1）计算机主机、显示器；）计算机主机、显示器；（2）数据输入设备：）数据输入设备：数字化仪、图像扫描仪、手数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等；写笔、光笔、键盘、通讯端口等；（3）数据存贮设备：）数据存贮设备：光盘刻录机、磁带机、光盘光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等；塔、活动硬盘、磁盘阵列等；（4）数据输出设备：）数据输出设备：笔式绘图仪、喷墨绘图仪（笔式绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。打印机

16、）、激光打印机等。 25输入设备输入设备专用设备专用设备常规设备常规设备GPS全数字摄影全数字摄影测量工作站测量工作站解析和数字解析和数字摄影测量仪器摄影测量仪器遥感与遥感遥感与遥感图象处理系统图象处理系统全站仪全站仪扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪键盘、鼠标键盘、鼠标处理设备处理设备工作站工作站服务器服务器硬盘阵列硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘活动硬盘光盘机光盘机磁带机磁带机输出设备输出设备绘图仪绘图仪终端终端打印机打印机262 2、系统软件、系统软件操作系统操作系统（系统调用、设备运行、网络等）（系统调用、设备运行、网络等）系统库系统库（编程语言、数学库等）（编程语言、数学库等）标准软件标准

17、软件（图形、数据库等）（图形、数据库等）GIS基本功能软件基本功能软件GIS应用软件应用软件用户界面用户界面GIS软件软件基础软件基础软件系统软件系统软件GIS273 3、空间数据、空间数据 地理空间数据是地理信息系统操作的对象。地理空间数据是地理信息系统操作的对象。栅格结构栅格结构矢量结构矢量结构定位定位拓扑关系拓扑关系属性属性284、应用人员、应用人员 人是人是GIS中的重要构成因素。地理信息系统从其中的重要构成因素。地理信息系统从其设计、建立、运行到维护的整个生命周期，处处设计、建立、运行到维护的整个生命周期，处处都离不开人的作用。都离不开人的作用。 包括：系统开发、系统管理以及使用人员

18、。包括：系统开发、系统管理以及使用人员。5、应用模型、应用模型 应用模型是应用系统建设成败的关键。应用模型是应用系统建设成败的关键。 291 1、基本功能、基本功能（1 1）数据采集与编辑）数据采集与编辑（2 2）数据存储与管理）数据存储与管理（3 3）数据处理与变换）数据处理与变换（4 4）空间分析与统计）空间分析与统计（5 5）产品制作与显示）产品制作与显示（6 6）二次开发和编程）二次开发和编程 空间分析是地理信息系统区别于其它信息系统的空间分析是地理信息系统区别于其它信息系统的重要标志。重要标志。 包括：包括：1 1）拓扑叠合；）拓扑叠合；2 2）缓冲区分析；）缓冲区分析；3 3）网络

19、分）网络分析；析；4）数字地形分析；）数字地形分析；5 5）空间集合分析；）空间集合分析；30 空间数据的可视化空间数据的可视化 统计与量算统计与量算 规划与管理规划与管理 预测与监测预测与监测 辅助决策辅助决策2、应用功能、应用功能31F灾害控制和分析灾害控制和分析F水土保护水土保护F农业决策和精细农业农业决策和精细农业F海洋渔业海洋渔业F环境保护环境保护F城市城市GISF数字地球数字地球F军事国防等军事国防等3、应用领域、应用领域32文件图表文件图表数据获取数据获取原始数据原始数据存储检索存储检索空间查询空间查询空间分析空间分析数据编辑数据编辑投影变换投影变换数据输出数据输出制图、表格制图

20、、表格交互展示交互展示结构化数据结构化数据空间空间数据库数据库33应用功能应用功能34电信资源管理电信资源管理35铁路地理信息系统铁路地理信息系统36医疗机构信息查询医疗机构信息查询37公安警用地理信息系统公安警用地理信息系统38昌平旅游信息管理系统昌平旅游信息管理系统39盐度分布 温度分布海底地貌渔捞数据海洋渔业海洋渔业GIS40包含转向限制的车道拓扑包含转向限制的车道拓扑l1l1l2l3l4l4l31 . 8 km1.5 km0.3 km0.7 kmA2A1A3A4大屯路华东路清昌 平 高速路昌 平 高速路l1l2l3l4l8l6l5l7l8l7 带有辅道的立交桥车道拓扑交通交通GISGI

21、S-T41军用军用GIS地理信息系统发展的科学背景地理信息系统发展的科学背景 在在20世纪世纪60年代，美国麻省理工学院首次提年代，美国麻省理工学院首次提出计算机学术术语，证明了交互计算机图形学是出计算机学术术语，证明了交互计算机图形学是一个可行、有用的研究领域；一个可行、有用的研究领域； 60年代初，计算机技术用于地图量算、分析年代初，计算机技术用于地图量算、分析和制作；和制作； 60年代中期，计算机用于辅助制图和空间分年代中期，计算机用于辅助制图和空间分析，在数据自动采集、数据分析和显示技术领域析，在数据自动采集、数据分析和显示技术领域中得到极大发展；中得到极大发展； 这些技术用于从现实世

22、界中按照特殊应用目这些技术用于从现实世界中按照特殊应用目的采集、存储、检索、分析、传输可显示的空间的采集、存储、检索、分析、传输可显示的空间信息，促成了地理信息系统技术的产生。信息，促成了地理信息系统技术的产生。一、一、地理信息系统的萌芽地理信息系统的萌芽 1962年，加拿大测量学家年，加拿大测量学家R.F Tomlinson首首先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界上第一个运行型的上第一个运行型的GIS(加拿大地理信息系统，加拿大地理信息系统，CGIS)，并用于自然资源的管理和规划。并用于自然资源的管理和规划。 CGIS在技术上取得重大突破，如地图数

23、据在技术上取得重大突破，如地图数据的扫描输入、栅格矢量数据的转换；在系统设的扫描输入、栅格矢量数据的转换；在系统设计上，提出空间分块、专题分层的数据结构、计上，提出空间分块、专题分层的数据结构、空间数据和属性数据相联接等思想，对以后空间数据和属性数据相联接等思想，对以后GIS发展有重大影响；发展有重大影响； 同时，同时，D.F. Marble 在美国西北大学提出了建在美国西北大学提出了建立地理信息系统软件系统的思想；立地理信息系统软件系统的思想； 西北技术研究所的西北技术研究所的H. Fisher教授建立了哈佛计教授建立了哈佛计算机图形与空间分析实验室，开发了算机图形与空间分析实验室，开发了S

24、YMAP（对当今的栅格地理信息系统有一定影响）、对当今的栅格地理信息系统有一定影响）、ODYSSEY软件包（矢量地理信息系统的原型）；软件包（矢量地理信息系统的原型）； 其他国家也展开了地理信息系统或相关技术其他国家也展开了地理信息系统或相关技术的研究，如英国的的研究，如英国的David P.Bickkmore成立了实验成立了实验制图部，从事计算机制图与研究。制图部，从事计算机制图与研究。 综合来看，初期地理信息系统发展的动力来自综合来看，初期地理信息系统发展的动力来自于诸多方面，如学术探讨、新技术的应用、大于诸多方面，如学术探讨、新技术的应用、大量空间数据处理的生产需求等。量空间数据处理的生

25、产需求等。 这个时期这个时期，专家兴趣以及政府的推动起专家兴趣以及政府的推动起着积极的引导作用，并且大多着积极的引导作用，并且大多数数地理信息系统地理信息系统工作限于政府及大学的范畴，国际交往甚少。工作限于政府及大学的范畴，国际交往甚少。 这种发展应归结于以下几方面的原因：这种发展应归结于以下几方面的原因： 一是一是资源开发、利用乃至环境保护问题成为政府资源开发、利用乃至环境保护问题成为政府首要解决之疑难，而这些都需要一种能有效地分析首要解决之疑难，而这些都需要一种能有效地分析、处理空间信息的技术、方法与系统。、处理空间信息的技术、方法与系统。 二是二是计算机技术迅速发展，数据处理加快，内存计

26、算机技术迅速发展，数据处理加快，内存容量增大，超小型、多用户系统的出现，容量增大，超小型、多用户系统的出现， 尤其是尤其是计算机硬件计算机硬件价格下降，使得政府部门、学价格下降，使得政府部门、学校以及科研机构、私营公司也能够配置计算机系校以及科研机构、私营公司也能够配置计算机系统；在统；在软件方面软件方面，第一套利用关系数据库管理系，第一套利用关系数据库管理系统的软件问世，新型的地理信息系统软件不断出统的软件问世，新型的地理信息系统软件不断出现，据现，据IGU调查，调查，70年代就有年代就有 80多个地理信多个地理信息系统软件。息系统软件。 第三，第三，专业化人才不断增加，许多大学开始提专业化

27、人才不断增加，许多大学开始提供地理信息系统培训，一些商业性的咨询服务公供地理信息系统培训，一些商业性的咨询服务公司开始从事地理信息系统工作，如美国环境系统司开始从事地理信息系统工作，如美国环境系统研究所（研究所（ESRI）成立于成立于1969年。年。 （1）地理信息系统在继承地理信息系统在继承60年代技术基础之上，年代技术基础之上，充分利用了新的计算机技术，但系统的数据分充分利用了新的计算机技术，但系统的数据分析能力仍很弱；析能力仍很弱； （2）在地理信息系统技术方面未有新的突破在地理信息系统技术方面未有新的突破； （3）系统的应用与开发多限于某个机构；系统的应用与开发多限于某个机构； （4）

28、专家个人的影响削弱，而政府影响增强。专家个人的影响削弱，而政府影响增强。 地理信息系统的地理信息系统的应用领域迅速扩大，应用领域迅速扩大，从资源管理、从资源管理、环境规划到应急反应，从商业服务区域划分到政环境规划到应急反应，从商业服务区域划分到政治选举分区等，涉及到了许多的学科与领域，如治选举分区等，涉及到了许多的学科与领域，如古人类学、景观生态规划、森林管理、土木工程古人类学、景观生态规划、森林管理、土木工程以及计算机科学等。以及计算机科学等。 许多国家制定了本国的地理信息发展规划，启动许多国家制定了本国的地理信息发展规划，启动了若干科研项目，建立了一些政府性、学术性机了若干科研项目，建立了

29、一些政府性、学术性机构。构。1）如中国于如中国于1985年成立了资源与环境信息年成立了资源与环境信息系统国家重点实验室系统国家重点实验室； 2）美国于美国于1987年成立了国家地理信息与分析中年成立了国家地理信息与分析中心（心（NCGIA）； 3）英国于英国于1987年成立了地理信息协会。同时，年成立了地理信息协会。同时，商业性的咨询公司，软件制造商大量涌现，并提商业性的咨询公司，软件制造商大量涌现，并提供系列专业性服务。供系列专业性服务。 最显著的特点最显著的特点：商业化实用系统进入市场。商业化实用系统进入市场。一方面，地理信息系统已成为许多机构必备的工一方面，地理信息系统已成为许多机构必备

30、的工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上由于作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上由于受地理信息系统影响而改变了现有机构的运行受地理信息系统影响而改变了现有机构的运行 设置与工作计划等。设置与工作计划等。 另一方面，社会对地理信息系统认识普遍提另一方面，社会对地理信息系统认识普遍提高，需求大幅度增加，从而导致地理信息系统高，需求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用的扩大与深化。应用的扩大与深化。 国家级乃至全球性的地理信息系统已成为公众国家级乃至全球性的地理信息系统已成为公众关注的问题，关注的问题，例如地理信息系统已列入美国政例如地理信息系统已列入美国政府制定的府制定的“信息高速公路信息高速

31、公路”计划；计划；“数字地球数字地球”战略。战略。 我国我国GIS的发展虽然较晚，经历了的发展虽然较晚，经历了三三个阶段，即个阶段，即起步起步(1970-1980) 、准备、准备(1980-1985)、发展、发展(1985-1995)、产业化、产业化(1996以后以后)阶段。阶段。 （1）以以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志国第一个地理信息系统研究室为标志。 在几年的起步在几年的起步准备准备阶段中，我国地理信息系统在理阶段中，我国地理信息系统在理论探索、硬件配制、软件研制、规范制订、区域试验论探索、硬件配制、软件研制、规范

32、制订、区域试验研究、局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养研究、局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进步，积累了经验，为在全国范围内等方面都取得了进步，积累了经验，为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。研究作为政府行为，正式列入国家科技攻研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。学研究、应用实验和工程建设工作。 许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发工作工作:如全国性地理信

33、息系统（或数据库）实体如全国性地理信息系统（或数据库）实体建设、区域建设、区域性或性或城市地理信息系统、城市地理信息系统、GIS基础基础软件或专题应用软件的研制和教育培训。软件或专题应用软件的研制和教育培训。 通过近五年的努力，在通过近五年的努力，在GIS技术上的应用开创技术上的应用开创了新的局面，并在全国性应用、区域管理、规了新的局面，并在全国性应用、区域管理、规划和决策中取得了实际的效益。划和决策中取得了实际的效益。 在这一时期，在这一时期，执行执行GIS和遥感联合科技攻关和遥感联合科技攻关计划，强调计划，强调GIS的实用化、集成化和工程化，的实用化、集成化和工程化，力图使地理信息系统从初

34、步发展时期的研究实力图使地理信息系统从初步发展时期的研究实验、局部实用走向实用化和生产化，为国民经验、局部实用走向实用化和生产化，为国民经济重大问题提供分析和决策依据。济重大问题提供分析和决策依据。 努力实现基础环境数据库的建设，推进国产努力实现基础环境数据库的建设，推进国产软件系统的实用化、遥感和地理信息系统技术软件系统的实用化、遥感和地理信息系统技术一体化。一体化。这期间的主要研究及发展的领域有：这期间的主要研究及发展的领域有：v重大自然灾害监测与评估系统的建设和应用；重大自然灾害监测与评估系统的建设和应用；v重点产粮区主要农作物估产；重点产粮区主要农作物估产；v城市地理信息系统的建设与应

35、用；城市地理信息系统的建设与应用；v建立数字化测绘技术体系；建立数字化测绘技术体系；v国家基础地理信息系统建设与应用；国家基础地理信息系统建设与应用；v专业信息系统与数据库的建设和应用；专业信息系统与数据库的建设和应用；v基础通用软件的研制与建立；基础通用软件的研制与建立；v地理信息系统规范化与标准化；地理信息系统规范化与标准化；v基于地理信息系统的数据产品研制与生产；基于地理信息系统的数据产品研制与生产；v经营地理信息系统业务的公司逐渐增多。经营地理信息系统业务的公司逐渐增多。 从应用方面看，地理信息系统已在从应用方面看，地理信息系统已在以下方面应用：以下方面应用：q资源开发、环境保护、城市

36、规划建设、土地管理、资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与结产农作物调查与结产；q交通、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开交通、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发发；q自然灾害的监测与评估、金融、保险自然灾害的监测与评估、金融、保险；q石油与天然气、军事、犯罪分析石油与天然气、军事、犯罪分析；q运输与导航、运输与导航、110报警系统公共汽车调度等方面报警系统公共汽车调度等方面得到了具体应用。得到了具体应用。 v一批地理信息系统软件已研制开发成功（如一批地理信息系统软件已研制开发成功（如 MapGIS，SuperMap，GeoSTAR，CityStar等；等；v一批高等院

37、校已设立了一些与一批高等院校已设立了一些与GIS有关的专业有关的专业或学科，一批专门从事或学科，一批专门从事GIS产业活动的高新技产业活动的高新技术产业相继成立。术产业相继成立。v此外，还成立了此外，还成立了“中国中国GIS协会协会”和和“中国中国GPS技术应用协会技术应用协会”等。等。 五、五、GIS的发展态势的发展态势 当前，当前，GIS正向着集成化、产业化和社会化发正向着集成化、产业化和社会化发展方向迈进，呈现以下主要发展态势：展方向迈进，呈现以下主要发展态势：（1）GIS已经成为一门综合性技术已经成为一门综合性技术 它与全球定位系统（它与全球定位系统（GPS）、）、遥感（遥感（RS）相

38、结相结合构成合构成“3S”集成系统，与集成系统，与CAD、多媒体、通信、多媒体、通信、因特网、办公自动化、虚拟现实等多种技术相结合，因特网、办公自动化、虚拟现实等多种技术相结合，构成综合性的信息技术。构成综合性的信息技术。 所有这些技术的融合发展都可以应用于公路规划、所有这些技术的融合发展都可以应用于公路规划、公路设施管理、车辆导航与信息监控等领域。公路设施管理、车辆导航与信息监控等领域。（2）GIS的产业化发展势头强劲的产业化发展势头强劲v由于由于GIS是一项关系国家综合竞争实力的高新技是一项关系国家综合竞争实力的高新技术，其产业化的发展受到世界各国的普遍重视。术，其产业化的发展受到世界各国

39、的普遍重视。v我国的我国的GIS产业化已经被列为国家信息产业中的产业化已经被列为国家信息产业中的重要发展方向，在数据生产、重要发展方向，在数据生产、GIS软件产品以及软件产品以及应用方面作了大量工作。应用方面作了大量工作。v产业化的发展为产业化的发展为GIS在交通、公路工程、选线设在交通、公路工程、选线设计等领域的应用提供了信息与技术平台服务。计等领域的应用提供了信息与技术平台服务。（3）GIS网络化已经成为当今社会热点网络化已经成为当今社会热点vInternet技术的发展为技术的发展为GIS的网络化发展提供的网络化发展提供了新的发展契机，为了新的发展契机，为GIS的空间数据共享、分的空间数据

40、共享、分布式处理、基于网络的布式处理、基于网络的GIS空间分析、空间模空间分析、空间模拟提供了可能性。拟提供了可能性。v网络化网络化GIS的发展使车辆监控、紧急救援、车的发展使车辆监控、紧急救援、车辆调度、公路交通安全控制等成为可能。辆调度、公路交通安全控制等成为可能。 地理信息系统的发展，明显地体现出地理信息系统的发展，明显地体现出多学科交叉的多学科交叉的特点，特点，这些交叉的学科包括这些交叉的学科包括地理学、测量学、地图地理学、测量学、地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、统计学统计学以及一切以及一切与处理和分析空间数据有关的学科与处理

41、和分析空间数据有关的学科。 目前数据库技术目前数据库技术(DBMS)、计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）、）、计算机辅助制图计算机辅助制图(CAM)和计算机图形学和计算机图形学(Computer Graphics)软件包已被许多软件包已被许多GIS研究者所采用，但这研究者所采用，但这些系统不是为地理意义而设计的，无法取代些系统不是为地理意义而设计的，无法取代GIS的的作用。作用。621、GIS有别于有别于DBMS（数据库管理系统）数据库管理系统） GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，解释和判断的能力，而不是简单

42、的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识。这种能力使用户能得到关于数据的知识。 因此，因此，GIS是能对空间数据进行分析的是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含必须包含DBMS。 2、 GIS有别于有别于MIS（管理信息系统）管理信息系统） GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要的软硬件设备要复杂、系统功能要强；强； MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、也是以文件形式管理，图形要素不能分解、

43、查询、没有拓扑关系。没有拓扑关系。 管理地图和地理信息的管理地图和地理信息的MIS不一定就是不一定就是GIS，MIS在概念上更接近在概念上更接近DBMS。 3、GIS有别于地图数据库有别于地图数据库 地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是信息，它只是GIS的一个数据源。的一个数据源。 4、GIS有别于有别于CAD系统系统 二者虽然都有参考系统，都能描述图形，二者虽然都

44、有参考系统，都能描述图形， GIS与与CAD的最大的区别是它能够提供地理位置信息服的最大的区别是它能够提供地理位置信息服务（具有地理坐标）和具有决策分析功能。务（具有地理坐标）和具有决策分析功能。 CAD 是设计我们世界的工具；是设计我们世界的工具； GIS 是管理我们世界的工具；是管理我们世界的工具；66信息系统信息系统专题地理专题地理信息系统信息系统地理信息系统地理信息系统非地理信息系统非地理信息系统管理信息系统管理信息系统综合地理综合地理信息系统信息系统CAD/CAM空间信息系统空间信息系统地籍地籍GIS交通交通GIS资源与环境资源与环境GIS规划与管理规划与管理GIS数据模型数据模型矢

45、量矢量GIS栅格栅格GIS矢矢-栅栅GIS研究范围研究范围全球全球GIS区域区域GIS研究内容研究内容非空间信息系统非空间信息系统1、一个完整的、一个完整的GIS系统有哪几部分组成？系统有哪几部分组成？其主要功能有哪些？其主要功能有哪些？ 2、GIS的发展经历了哪几个阶段？国内国的发展经历了哪几个阶段？国内国外的发展有什么不同？外的发展有什么不同？3、举例说明、举例说明GIS可应用的行业。可应用的行业。数据与信息；地理信息的特征；地理信息系统数据与信息；地理信息的特征；地理信息系统 5个主要组成部分：硬件、软件、空间数据、应用个主要组成部分：硬件、软件、空间数据、应用人员、应用模型；人员、应用

46、模型；基本功能、应用功能基本功能、应用功能发展概况、基础理论、与其它学科的关系发展概况、基础理论、与其它学科的关系692.1 地理空间地理空间2.2 地球的表示地球的表示2.3 地图坐标地图坐标2.4 GIS投影投影70第第1节节 地理空间地理空间一、地理空间的定义一、地理空间的定义 空间（空间（Space）在不同的学科有不同的解释。）在不同的学科有不同的解释。v从物理学角度：从物理学角度：空间指宇宙在三个相互垂直方向上所空间指宇宙在三个相互垂直方向上所具有的广延性；具有的广延性；v从天文学角度：从天文学角度：指时空连续体系的一部分；指时空连续体系的一部分；v在地理学上，在地理学上，地理空间指

47、物质、能量、信息的存在在地理空间指物质、能量、信息的存在在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。在时间上的延续。地理空间上至大气电离层，下至地地理空间上至大气电离层，下至地幔莫霍面，是生命过程活跃的场所，也是宇宙过程对幔莫霍面，是生命过程活跃的场所，也是宇宙过程对地球影响最大的区域。地球影响最大的区域。71地理信息系统的中空间的概念常用地理信息系统的中空间的概念常用“地理空间地理空间” （Geo-spatial）来表述。地理空间被定义为）来表述。地理空间被定义为绝对绝对空间空间和和相对空间相对空间两种形式。两种形式。v绝对空

48、间绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置的空间坐标值组成；由一系列不同位置的空间坐标值组成；v相对空间相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，它是具有空间属性特征的实体的集合，它由实体间的空间关系构成。由实体间的空间关系构成。72地理空间一般包括地理空间一般包括地理空间定位框架及其所连地理空间定位框架及其所连接的特征实体接的特征实体，地理空间定位框架即大地测量地理空间定位框架即大地测量控制，由控制，由平面控制网和高程控制网组成平面控制网和高程控制网组成。（即：地理空间依赖空间参照系统来确定）（即：地理空间依赖空间参照系统来确定）73假设当海

49、水处于完全静止的平衡状态时，从假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从平均海平平均海平面面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面，这就是的一个连续、闭合的水准面，这就是大地水准面大地水准面。74任意水准面任意水准面大地水准面大地水准面H AHA铅垂线铅垂线AH BHBhAB75水准原点水准原点1985国家高国家高程基准，程基准，72.2604米米1956黄海高程系，黄海高程系，72.2893米米1950-1956年平年平均海水面为均海水面为0米米 76三轴椭球体模型，是以三轴椭球体模型，是以大地水准面大地水准面为基准建立为

50、基准建立起来的地球椭球体模型。起来的地球椭球体模型。设椭球体短轴上的半径设椭球体短轴上的半径记为记为c，它表示从极地到，它表示从极地到地心的距离；椭球体长地心的距离；椭球体长轴上的半径和中轴上的轴上的半径和中轴上的半径记为半径记为a和和b，它们分，它们分别是赤道上的两个主轴。别是赤道上的两个主轴。1222222czbyax第第2节节 地球的表示地球的表示2.1 地球椭球地球椭球77 由于赤道扁率较极地扁率要小得多，因此可假由于赤道扁率较极地扁率要小得多，因此可假定赤道面为圆形。因此，为便于计算，广泛采用定赤道面为圆形。因此，为便于计算，广泛采用双双轴椭球体轴椭球体作为地球形体的参考模型，即用作