农业信息技术与信息管理系统第六章地理信息系统课件1.ppt

1、农业信息技术与信息管理系统农业信息技术与信息管理系统电气信息工程学院 徐雷钧第第六六章地理信息系统章地理信息系统&地理信息系统的基本概念&GIS的构成&GIS的基本原理&GIS的软件系统&3S集成与农业应用第一节 地理信息系统的基本概念一、地理信息系统的定义二、GIS 的产生与发展三、GIS的基本特征四、GIS的类型五、GIS的主要用途一、地理信息系统含义第一节 地理信息系统的基本概念地理信息系统地理信息系统(Geographical Information System，简称，简称GIS)，顾名思义，是，顾名思义，是处理处理地理信息地理信息的系统。的系统。地理信息，又称为空间信息，是直接或间

2、接与地球上的地理信息，又称为空间信息，是直接或间接与地球上的空间位置空间位置有关的信息。有关的信息。从技术角度从技术角度，GIS可以定义为：可以定义为：用于采集、存储、管理、处理、检索、分析用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达和表达地理空间数据的系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。地理空间数据的系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。从系统及应用角度从系统及应用角度，GIS 是解决空间问题的工具、方法和技术是解决空间问题的工具、方法和技术；在计算机在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，采用地理模型分析方法，软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，采用地理模

3、型分析方法，实现空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，以实现空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，以提供管理、提供管理、决策等所需信息的技术系统决策等所需信息的技术系统。从学科的角度，GIS 是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础 上发展起来的一门学科，具有独立的交叉边缘学科体系；二、GIS 的产生与发展起步阶段起步阶段 发展阶段发展阶段 应用阶段应用阶段 成熟阶段成熟阶段 普及阶段普及阶段 1960 美美 R.F.Tomlinson 数字地图数字地图1965 W.L.Garrison 提出提出GIS术语术语 加拿大土地管理局加拿大土地管理局 CGIS 未

4、被广泛认可未被广泛认可 从事的人员有限从事的人员有限 项目的投资强度非常小项目的投资强度非常小 少数专家左右着少数专家左右着GISGIS的发展的发展 第一节 地理信息系统的基本概念1960 美美 R.F.Tomlinson 数字地图数字地图1965 W.L.Garrison 提出提出GIS术语术语 加拿大土地管理局加拿大土地管理局 CGIS 信息论信息论系统论系统论控制论控制论 硬件技术硬件技术 软件技术软件技术 地学地学成立了一些和成立了一些和GIS相关的组织相关的组织一些企业开始涉足一些企业开始涉足GIS市场市场 计算机技术计算机技术地图交互编辑技术地图交互编辑技术地图数字化地图数字化 得

5、到一定的发展得到一定的发展 理论和技术上没有什么突破理论和技术上没有什么突破 1970s起步阶段起步阶段 发展阶段发展阶段 应用阶段应用阶段 成熟阶段成熟阶段 普及阶段普及阶段 二、GIS 的产生与发展第一节 地理信息系统的基本概念计算机技术广泛应用计算机技术广泛应用数据库技术推广数据库技术推广 GIS数据处理能力、空间分析功能、人数据处理能力、空间分析功能、人机交互对话、地图的输入、编辑和输出机交互对话、地图的输入、编辑和输出技术均有了较大发展技术均有了较大发展大批商业化大批商业化GIS软件软件1980s起步阶段起步阶段 发展阶段发展阶段 应用阶段应用阶段 成熟阶段成熟阶段 普及阶段普及阶段

6、 二、GIS 的产生与发展第一节 地理信息系统的基本概念起步阶段起步阶段 发展阶段发展阶段 应用阶段应用阶段 成熟阶段成熟阶段 普及阶段普及阶段 计算机软硬件技术迅速发展计算机软硬件技术迅速发展GIS已成为支持多种硬件平台的高技术已成为支持多种硬件平台的高技术产品，并利用产品，并利用Windows开发工具与多开发工具与多媒体技术，为用户提供了多窗口环境媒体技术，为用户提供了多窗口环境与更为良好用户界面与更为良好用户界面空间技术发展新阶段（需求应用）空间技术发展新阶段（需求应用）1990s二、GIS 的产生与发展第一节 地理信息系统的基本概念起步阶段起步阶段 发展阶段发展阶段 应用阶段应用阶段

7、成熟阶段成熟阶段 普及阶段普及阶段 1990s后期到后期到21世纪初世纪初 应用领域已达应用领域已达100多个多个广义的地理空间性质的自然资源管理、广义的地理空间性质的自然资源管理、国土整治及生态建设、土地及房地产管国土整治及生态建设、土地及房地产管理、市政工程及城市管理等理、市政工程及城市管理等 社会治安、消防、运输、商业网点、通社会治安、消防、运输、商业网点、通讯、环境保护、石油、气象、水利、地讯、环境保护、石油、气象、水利、地质、农林业等质、农林业等 向向数据挖掘数据挖掘、模型模拟模型模拟、预报与预测预报与预测、智能化决策分析智能化决策分析、虚拟现实地理信息系虚拟现实地理信息系统统、We

8、bGIS方向发展方向发展二、GIS 的产生与发展第一节 地理信息系统的基本概念三、GIS的基本特征地图是地理学的第二地图是地理学的第二代语言，而代语言，而GISGIS将成为将成为地理学的第三代语言地理学的第三代语言陈述彭陈述彭影像表示的形体模型影像表示的形体模型（如遥感影像）（如遥感影像）地图表示的地理模型地图表示的地理模型数表展示的人文经济数表展示的人文经济社会统计数据社会统计数据GISGIS模型模型区域研究综合区域研究综合思维工具思维工具地理空间地理空间数据库数据库适时提供多种空间的适时提供多种空间的和动态的地理信息，和动态的地理信息，用于决策服务用于决策服务第一节 地理信息系统的基本概念

9、三、GIS的基本特征1.地理信息系统是一个地理信息系统是一个空间型空间型的信息系统，具有的信息系统，具有采集、管理、采集、管理、分析和输出分析和输出多种地理空间信息的能力，具有多种地理空间信息的能力，具有空间性空间性和和动态性动态性。2.以以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具，具有有区域空间分析和动态预测的能力区域空间分析和动态预测的能力。3.GIS的的操作对象是地理数据，既有空间数据，又有属性数据操作对象是地理数据，既有空间数据，又有属性数据，并通过并通过数据库管理系统数据库管理系统将二者联系在一起共同管理、分析和将二者联系在一起

10、共同管理、分析和应用，从而提供了应用，从而提供了认识地理现象的一种新的方式方法认识地理现象的一种新的方式方法。第一节 地理信息系统的基本概念三、GIS的基本特征第一节 地理信息系统的基本概念4.在计算机系统支持下，利用在计算机系统支持下，利用空间分析模型空间分析模型，完成空间，完成空间地理数地理数据管理、地理分析、地理决策据管理、地理分析、地理决策。计算机技术支持计算机技术支持是地理信息是地理信息系统的重要特征。系统的重要特征。5.能够对空间信息数据进行能够对空间信息数据进行图形化输出图形化输出，表达表达形象形象直观直观，便于便于决策决策应用。应用。6.与各种科学与各种科学（地球科学、环境科学

11、、管理科学、应用数学）（地球科学、环境科学、管理科学、应用数学）及各种应用技术及各种应用技术（遥感、（遥感、GPS、空间数据库、图形图像处理）、空间数据库、图形图像处理）有着有着不可分割不可分割的密切关系。属于交叉边缘学科。的密切关系。属于交叉边缘学科。四、GIS的类型（一）专题信息系统（一）专题信息系统（Thematic Information SystemThematic Information System）l 森林动态监测信息系统森林动态监测信息系统l 水资源管理信息系统水资源管理信息系统l 矿产资源信息系统矿产资源信息系统l 农作物估产信息系统农作物估产信息系统l 草场资源管理信息系

12、统草场资源管理信息系统l 水土流失信息系统等水土流失信息系统等 具有有限目标和专业特点的具有有限目标和专业特点的GISGIS，为特定的专门目的服务。，为特定的专门目的服务。第一节 地理信息系统的基本概念（二）区域信息系统（二）区域信息系统（Regional Information SystemRegional Information System）以区域综合研究和全面的信息服务为目标以区域综合研究和全面的信息服务为目标四、GIS的类型第一节 地理信息系统的基本概念l 加拿大国家信息系统加拿大国家信息系统l 美国橡树岭地区模式信息系统美国橡树岭地区模式信息系统l 美国圣地亚哥县信息系统美国圣地亚

13、哥县信息系统l 我国黄河流域信息系统等我国黄河流域信息系统等自然分区或流域为单位自然分区或流域为单位l 国家级的区域信息系统国家级的区域信息系统 l 地区或省级地区或省级l 市级和县级等市级和县级等行政分区行政分区l 北京市水土流失信息系统北京市水土流失信息系统l 海南岛土地评价信息系统海南岛土地评价信息系统l 河南省冬小麦估产信息系统等河南省冬小麦估产信息系统等 区域性专题信息系统区域性专题信息系统四、GIS的类型许多实际的地理信息系统是介于上述二者之间许多实际的地理信息系统是介于上述二者之间 第一节 地理信息系统的基本概念（三）工具型地理信息系统（三）工具型地理信息系统（GIS ToolG

14、IS Tool）一组具有图形图像数字化、存贮管理、查询检索、分析运算一组具有图形图像数字化、存贮管理、查询检索、分析运算和多种输出等和多种输出等GISGIS基本功能的软件包基本功能的软件包 l 专门设计研制的专门设计研制的l 在完成了实用在完成了实用GIS后抽取掉具体区域或专题的地理空间数据后得后抽取掉具体区域或专题的地理空间数据后得到的到的l 在此基础上开发实用信息系统，可以节省开发周期，提高效益在此基础上开发实用信息系统，可以节省开发周期，提高效益四、GIS的类型第一节 地理信息系统的基本概念五、GIS的主要用途信息查询信息查询绘制图件绘制图件预测预报预测预报模拟分析模拟分析管理与决策管理

15、与决策特定位置存在什么、周边环境如何特定位置存在什么、周边环境如何查找满足一定条件的地方所处位置查找满足一定条件的地方所处位置地图：数据来源地图：数据来源/一种成果一种成果过去及现在空间格局变化分析过去及现在空间格局变化分析 未来变化过程未来变化过程假设数据假设数据GIS进行模拟进行模拟分析可能结果分析可能结果与专家系统相结合，开发空间决策支持系统与专家系统相结合，开发空间决策支持系统第一节 地理信息系统的基本概念第一节 地理信息系统的基本概念v应用举例：应用举例：v 利用利用GIS进行农业气候区划进行农业气候区划 v 农业气候区划是根据农作物生长发育过程中对气候条农业气候区划是根据农作物生长

16、发育过程中对气候条件的要求件的要求和气和气候资源的地理分布特征来进行分区划候资源的地理分布特征来进行分区划片的，片的，在在某种农作物的气候可种植区内还有不同的地物类某种农作物的气候可种植区内还有不同的地物类型，不型，不同的农作物要求不同的地理环境同的农作物要求不同的地理环境。GIS系统核心问题：位置（系统核心问题：位置（location），条件（），条件（condition），），变化趋势（变化趋势（trend）、模式（）、模式（pattern）及模型（）及模型（model）。）。区划指标分析与确定确定资源小网格推算模式建立区划小网格资源库调研考察专家座谈政府发展规划农业结构调整农业发展热点应

17、用 3S 进行土地分类模式运算生成资源数据层集需求分析确定区划对象收集观测试验数据收集考察研究成果多元分析综合评判农业气候相似分析专家评判分级观测资料及研究成果辅助考察、气候分区统计分析、模型建立误差订正效果检验应用 GIS 建立地理参数数据集区划图件产品制作区划产品输出数据叠加分析专家评审 修订区划结果图件制作与打印建立土壤、植被、水体数据集第一节 地理信息系统的基本概念第一节 地理信息系统的基本概念v 利用GIS进行农业气候区划v 某县在脐橙种植综合区划中，除了应用1 25万的地理数据，还结合了TM影像数据，辅助GPS定位抽样，把脐橙的可能种植区（农田、荒山荒坡）提取出来，排除了山体、水体

18、、居民点、道路等不能种植脐橙的区域，把可能种植区与农业气候区划图做逻辑交集运算，得到了全县脐橙种植规划图。北方草地生态质量等级图例第一节 地理信息系统的基本概念第二节 GIS的构成 一、硬件系统二、软件系统三、地理空间数据四、系统开发、管理和使用人员一、硬件系统1.数据输入设备数据输入设备：图形手扶跟踪数字化仪、大幅面图形图像扫图形手扶跟踪数字化仪、大幅面图形图像扫描仪、各种类型的数字测量设备、键盘、通讯端口等。描仪、各种类型的数字测量设备、键盘、通讯端口等。第二节 GIS的构成 一、硬件系统第二节 GIS的构成 大幅面图形图像扫描仪大幅面图形图像扫描仪是是GIS 图形及图形及影像数据输入的重

19、要工具，按照辐射分辨率影像数据输入的重要工具，按照辐射分辨率可划分为二值扫描仪、灰度扫描仪和彩色扫可划分为二值扫描仪、灰度扫描仪和彩色扫描仪。按照扫描仪结构可划分为滚筒扫描仪、描仪。按照扫描仪结构可划分为滚筒扫描仪、平台扫描仪和平台扫描仪和CCD 摄像扫描仪。按照扫描摄像扫描仪。按照扫描方式可以划分为栅格扫描仪和矢量扫描仪。方式可以划分为栅格扫描仪和矢量扫描仪。目前，工程扫描仪能够提供高分辨率、真彩目前，工程扫描仪能够提供高分辨率、真彩色的近乎完美的图像输入效果，逐渐取代图色的近乎完美的图像输入效果，逐渐取代图形手扶跟踪数字化仪而成为地图地形、图像形手扶跟踪数字化仪而成为地图地形、图像等数据输

20、入的最有效工具之一。等数据输入的最有效工具之一。图形手扶跟踪数字化仪图形手扶跟踪数字化仪又称数字化仪，是由电磁感应板、游标和相应的又称数字化仪，是由电磁感应板、游标和相应的电子电路组成，当使用者在电磁感应板上移动游标到指定位置，并将十字叉电子电路组成，当使用者在电磁感应板上移动游标到指定位置，并将十字叉的交点对准数字化的点位时，按动按钮，数字化仪则将此时对应的命令符号的交点对准数字化的点位时，按动按钮，数字化仪则将此时对应的命令符号和该点的位置坐标值排列成有序的一组信息，然后通过接口传送到主计算机和该点的位置坐标值排列成有序的一组信息，然后通过接口传送到主计算机2.数据存贮设备数据存贮设备。主

21、要包括光盘、硬盘、磁带及相应的驱动设备。主要包括光盘、硬盘、磁带及相应的驱动设备。一、硬件系统第二节 GIS的构成 3.计算机主机。计算机主机。计算机是计算机是GIS 的数据管理、加工和分析设备，是的数据管理、加工和分析设备，是GIS 运运行及数据处理效率的关键。行及数据处理效率的关键。4.数据输出设备。数据输出设备。包括图形包括图形/图像显示图像显示器、矢量器、矢量/栅格绘图仪、行式栅格绘图仪、行式/点阵打点阵打印机等。矢量绘图机是主要的图形输印机等。矢量绘图机是主要的图形输出设备，计算机控制绘图笔（或刻针）出设备，计算机控制绘图笔（或刻针）在图纸或模片上绘制或刻绘出图来。在图纸或模片上绘制

22、或刻绘出图来。喷墨绘图机是一种高精度的绘图设备，喷墨绘图机是一种高精度的绘图设备，由栅格式数据的像元值控制喷到纸上由栅格式数据的像元值控制喷到纸上的墨滴大小，可绘制图形。的墨滴大小，可绘制图形。二、软件系统第二节 GIS的构成 1.计算机系统软件计算机系统软件3.应用分析程序。应用分析程序。系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。如应用SPSS、SAS 等统计分析软件，构建空间数据和地面调查数据之间的关系模型，进而生成相应的空间数据。2.GIS 软件和其他支撑软件软件和其他支撑软件。包括GIS 工具或GIS 实用软件程序，以完成空间

23、数据输入、交互编辑、存储、转换、数据管理、数据操作、查询检索、整饬输出及其用户接口等主要功能。也可包括数据库管理软件、计算机图形软件包、CAD、图像处理软件等。第二节 GIS的构成 三、地理空间数据地理空间与空间抽象地理空间与空间抽象:地理空间（geographical space）是指地球表面及近地表空间，是地球上各种地理圈（大气圈、生物圈、土壤圈、岩石圈、水圈）交互作用的区域。地球上最复杂的物理过程，化学过程，生物过程等就发生在该区域。空间现象自然现象：?可测定的（河流边界，土壤厚度等）?难以测定的（云团移动，潮汐等）?偶发的（地震等）人为现象：?规则的（路，桥，建筑物边界）?不规则的（行

24、政区划的边界等）第二节 GIS的构成 空间实体：对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的空间中不可再分割的同类对象，即空间中最小单元，主要包括点、线、面，体等基本类型。如电线杆、一条道路，一个湖泊可以分别抽象为点线面。而这些对象空间相互关联，还有很多属性相关联：如电线杆高度，道路的长度宽度起点终点，以及湖泊的面积周长水质等信息。此外，还具有时域特征。空间实体的四个基本特征：空间位置特征 属性特征时间特征空间关系拓扑关系，如点线关系，线线关系，点面关系等。三、地理空间数据地理信息与地理数据地理信息与地理数据:地理信息（geographical information）是关于地理圈（大气、生物、土壤

25、、岩石、水）或地理环境中地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识。地理信息中，地物的位置信息是通过空间数据进行标识的，具有空间性，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。地理信息具有区域性、多维结构特性和动态变化的特性：（1）区域性是通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识；（2）多维结构特性即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构；（3）地理信息的时序特征十分明显，可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震、森林火灾）、短期的（如江河洪水、秋季低温）、中期的（如土地利用、作物估产）、长期的（如城市化、水土流失）、超长期的（如地壳变动、气候变化）等。第二节

26、GIS的构成 地理数据（地理数据（geographical data）。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、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称，是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括三部分：(1)空间数据（spatial data）。是指单个的或群体的以空间位置为参照的数据，描述地物所在位置。这种位置既可以根据大地参照系定义，如大地经纬度坐标，也可以定义为地物间的相对位置关系，如空间上的距离、邻接、重叠、包含等。三、地理空间数据第二节 GIS的构成 第二节 GIS的构成 空间数据是用点线面体等基本空间数据结构表示人们赖以生存的自然世界，是数字地球的基础。

27、(2)属性数据（attribute data）。又称为非空间数据（non-spatial data），是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标，描述了信息的非空间组成部分，包括语义数据与统计数据等，通常以数字、符号、文本和图像等形式来表示。(3)时态数据（temporal data）。是描述地理数据采集或地理现象发生时刻或时段的数据。由于有些空间数据随时间变化相对较慢，因而有时被忽略；有些时候，时间可以被看成一个属性特征，从而将时态数据包含到属性数据中。第二节 GIS的构成 四、系统开发、管理和使用人员第二节 GIS的构成 在GIS 系统中，计算机硬件部分是骨架，没有硬件，其它部分就无从依附

28、；GIS 的软件部分是其精髓，没有软件，就不成其为GIS；地理数据则如血液一样，没有了地理数据，地理信息系统就成了空壳；而对用户来说，当他能熟练地选择和使用各种GIS 工具进行复杂的分析工作（如空间分析和模拟预测等）、并且熟悉与所用的数据有关的知识时，才能视为GIS的一部分。第三节 GIS的基本原理 一、地理空间数据与地图地理空间数据可以由位置组合变量的表格形式表示，也可以由相对位置在地图或图像上表示。地图是由数学所确定的、经过概括并用形象符号表示的地球表面在平面上的图形。v二、地图的基本原理v 地图是地图是GIS的重要数据源的重要数据源v 1.地图上的坐标及坐标映射体系v 经纬度平面坐标第三

29、节 GIS的基本原理 v 2.地理信息在地图上的表示v（1）空间信息v 点：独立的位置，具有一对（x，y）坐标和至少一个属性v 线：具有相同属性的点的轨迹，由一组有序的坐标点相连接而成v 面：所有具相同属性的点的集合，由一个封闭的图形区来代表第三节 GIS的基本原理 v（2）属性信息v 通过符号、文字、颜色等标记来反映第三节 GIS的基本原理 v三、数字地图的存储、显示与输出v 数字地图在GIS 中以数据库形式保存地理信息v 1.空间信息的存储第三节 GIS的基本原理 点线面的表示第三节 GIS的基本原理 空间信息的存储第三节 GIS的基本原理 空间拓扑关系：弧-节点空间拓扑关系：多边形-弧

30、弧-左右多边形第三节 GIS的基本原理 v 2.属性信息的存储v 与空间信息的存储类似，记录的字段数（即项目数）因该特征具有的信息项数而异。第三节 GIS的基本原理 区域道路图道路图属性数据存储结构第三节 GIS的基本原理 道路图空间数据存储结构v 3.数据文件间的连接v 通过共同字段-ID建立数据之间的连接，将空间信息和属性信息合并存储第三节 GIS的基本原理 v 4.数字地图的显示与输出 v GIS 能实时地访问空间信息数据库并读取其中的空间信息数据进行处理后在计算机屏幕上显示出相应的图形，称为“添加主题”v 可以添加多个主题，如干旱类型，渠道，道路及村镇，所以主题都有开关选择，可以选择访

31、问相应的属性数据库。v GIS 提供了多种地图版式（layout），让用户选择输出，用户可根据需要重新排版，制作专题图。第三节 GIS的基本原理 v四、GIS的空间数据管理v 1.GIS的数据来源v 地图、影像资料（卫片和航片）、绘图软件、表格资料、RS、GPS等v 获取方式：v 地图：扫描仪及数字化处理v 影像资料和CAD图：数字化处理v 数据库文件及文本文件。第三节 GIS的基本原理 v 2.GIS的空间数据结构v 矢量数据结构：用坐标系中的坐标定义点线面的空间位置。v 优点：数据结构紧凑、冗余度低，有利于网络和检索分析，v 图形显示质量好、精度高；v 缺点：数据结构复杂，多边形叠加分析比

32、较困难v 栅格数据结构：将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，以规则阵列表示空间地物或现象分布。v 优点：数据结构简单，便于空间分析和地表模拟，显示性较强v 缺点：数据量大，投影转换比较复杂第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 栅格数据栅格数据第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 v 矢量与栅格数据的相互转换v 矢量-栅格v 内部点扩散法、复数积分算法、射线算法和扫描算法、边界代数算法等v 栅格-矢量v 多边形边界提取、边界线跟踪、拓扑关系的生成和曲线光滑等

33、第三节 GIS的基本原理 3.GIS的空间数据组织第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 五、GIS空间数据分析与处理第三节 GIS的基本原理 v1.空间插值v将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面v整体插值整体插值：v包括边界内插法、趋势面分析、变换函数插值等v局部插值局部插值：v 定义一个邻域或者搜索范围，搜索落在此邻域范围的数据点。括泰森多边形插值、距离倒数插值、样条函数插值和克里金(Kringing)插值第三节 GIS的基本原理 v2.缓冲区分析第三节 GIS的基本原理 邻近度（proximity）描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。沟渠的灌溉

34、范围、播种机的播种范围等均属邻近度问题。缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具。给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由邻域的半径确定。即根据数据库中点、线、面实体自动建立周围一定范围内的缓冲区多边形，查找这个多边形范围内具有某种特征的点状地物、线状地物或面状地物。缓冲区计算的基本问题是双线问题，即图形加粗、加宽和中心线扩展等。第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 建立方法：主要应用：v3.叠加分析第三节 GIS的基本原理 GIS 软件以分层方式组织地理景观，将地理景观按照主题分层提取，每个主题层可以叫一个数据层面。叠加分析就是将两层或者多层数据层面叠加产生一个新的

35、数据层面的操作，综合了原有数据层所具有的属性。通过叠加分析，源于绘有不同数据源图形的传统透明材料叠加，在透明光桌上勾画感兴趣区域和提取感兴趣信息。包括视觉信息叠加、点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形叠加、栅格图层叠加。视觉信息叠加不产生新的数据层面，只是将多层信息复合显示，便于分析。第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 v4.DEM分析第三节 GIS的基本原理 数字高程模型（digital elevation model，DEM）最常见的表达是相对于海平面的海拔高度或者某个参考面的相对高度，包括高程、坡度、坡向等地形属性信息。DEM 主要采用规则格网模型，将区域空间切分为规则

36、的格网单元，每一个单元对应一个数值，对应一个高程值。如图。高程数据可用于直接计算坡度坡向，还可以计算剖面积、体积和表面积等，可以计算工程中的挖方、填方和土壤流失量。第三节 GIS的基本原理 5.网络分析第三节 GIS的基本原理 第三节 GIS的基本原理 第四节 GIS的软件系统 一、GIS 软件的结构与功能二、国内外常用的GIS 工具软件一、GIS 软件的结构与功能第四节 GIS的软件系统 具有特定功能的子系统（模块）组成：数据输入子系统、图形及文本编辑子系统、空间数据库管理子系统、空间查询及空间分析子系统、显示输出子系统。一、GIS 软件的结构与功能第四节 GIS的软件系统 数据输入子系统数

37、据输入子系统即具有数据采集功能。包括将现有地图、外业观测成果、航空相片、遥感数据、文本资料等转换成可供GIS 利用的数据形式。针对常用的数据输入设备如数字化仪、扫描仪、磁带机和磁盘机等不同的仪器设备，系统配备相应的软件模块进行操作，并保证得到的数据转化后进入到地理数据库中。按照数据源的类型差异，数据输入包括图形数据输入、图像数据输入和属性数据输入3 种类型。一、GIS 软件的结构与功能第四节 GIS的软件系统 空间数据编辑子系统空间数据编辑子系统具有对空间数据及属性数据的编辑功能和基本的信息查询功能。主要用于错误修订（增加、删除、移动、拷贝）、图形接边、符号设计与地图修饰（线形、颜色、符号、注

38、记）、建立拓扑（接点附合、多边形建立、目标组合、拓扑检验）、几何计算（距离、周长、面积）、及属性数据输入（联接、实时输入、修改）、基本的双向信息查询（选几何图形查属性数据，或选属性数据找几何目标）。空间数据库管理子系统空间数据库管理子系统具有对地理数据库的管理功能。GIS 的数据管理功能是由数据库管理系统实现的。许多GIS 软件仅是属性数据采用关系模型，而图形数据采用拓扑数据模型。面向对象数据模型既可以表达图形数据又可以有效地表达属性数据。一、GIS 软件的结构与功能第四节 GIS的软件系统 空间查询及空间分析子系统空间查询及空间分析子系统具有空间查询及空间分析功能。主要包括以下几个方面：拓扑

39、空间查询，包括面面关系、线线关系、点点关系、线面关系、点线关系、点面关系；缓冲区生成与分析；叠置分析；空间集合分析；地学分析等。一、GIS 软件的结构与功能第四节 GIS的软件系统 数据输出模块子系统数据输出模块子系统该子系统具有显示和制图功能。以地图、表格、图表、文字等多种形式显示数据和向用户报告分析结果，根据需要可以在显示屏上显示、通过绘图仪或打印机生成硬拷贝。土壤类型图、作物分布图、粮食产量分布图等各种形式的专题地图、统计图形以及数据表格是最主要的GIS 表达形式或输出产品。二、常用的GIS 软件第四节 GIS的软件系统 ESRI 产品系列美国ESRI 公司（Environmental

40、Systems Research Institute Inc.）主要从事GIS 工具软件的开发和GIS 数据生产，ARC/INFO 是ESRI在20 世纪推出的主要产品。Mapinfo 产品系列美国MapInfo 公司致力于提供先进的数据可视化、信息地图化技术，其软件代表是桌面地图信息系统软件MapInfo。国产GIS 工具软件国内许多科研单位积极开展微机地理信息系统工具的研制，中国地质大学开发的地理信息系统软件MapGIS、武汉测绘科技大学开发面向大型数据管理的地理信息系统软件GeoStar、北京大学开发研制的地理信息系统软件Citystar（城市之星）、北京超图地理信息技术有限公司研制的新

41、一代大型地理信息系统平台SuperMap GIS 等。v 将图象引入将图象引入Mapinfo中中 v 配准地图配准地图v 绘制图层绘制图层v 完善地图完善地图一般步骤：一般步骤：实例：基于实例：基于Mapinfo6.5绘制校园电子地图绘制校园电子地图江苏大学地图用扫描仪扫描输入成栅格图象文件（位图）或从AUTOCAD中导入。将图象引入将图象引入Mapinfo中中实例：基于实例：基于Mapinfo6.5绘制校园电子地图绘制校园电子地图实例：基于实例：基于Mapinfo6.5绘制校园电子地图绘制校园电子地图实例：基于实例：基于Mapinfo6.5绘制校园电子地图绘制校园电子地图 第一次打开地图时会

42、提醒是否配准，第一次打开地图时会提醒是否配准，Register！以后TableRaserModify Image Registration来打开图象配准对话框实例：基于实例：基于Mapinfo6.5绘制校园电子地图绘制校园电子地图配准对话框配准对话框:实例：基于实例：基于Mapinfo6.5绘制校园电子地图绘制校园电子地图配准好以后，栅格图象被矢量化。栅格图象被矢量化。便可以知道地图上任意点的位置和具体坐标，配准好的学校地图作为基础图层新建一个图层，在基础图层窗口FileNewtable,选择Creat new table and Add to current Mapper,点击create建

43、立新图层。在名字一栏里填上所定的名字：实验楼。这时图中灰色的创建可以操作，点击创建并保存在同一文件夹下。用Mapinfo所带的画图工具来绘制图层，并定义颜色 红色代表所绘制的一个图层实验楼 同理绘制其他各个图层，并定义好颜色 校园电子地图图层说明校园电子地图图层说明第1层 文字（白 色）第2层 运动设施（粉红色）第3层 学院（黑 色）第4层 学生宿舍（灰 色）第5层 学生食堂等（浅紫色）第6层 图书馆（黄 色）第7层 实验楼（红 色）第8层 教学楼（褐红色）第9层 教工宿舍（深红色）第10层河流（湖蓝色）第11层绿地（绿 色）第12层公路（深蓝色）第13层底色（泥黄色）图层控制图层控制:绘制好

44、后，在“图层控制”中将所有的图层进行叠放，注意图层顺序，因为面状要素会覆盖线状要素，要根据显示结果的具体需要调整 根据需要可以隐藏某些图层，或只让某些关心的图层可见，下图是所有图层共同叠放的效果在做好的电子地图上可以进行任意点的放大，也可知道任意点坐标。由于配准好的电子地图任意点的坐标是可知的，且Mapinfo可以直接从GPS设备获取坐标信息并动态地在地图上显示其位置。第五节 3S集成与农业应用 遥感技术RS 和空间定位GPS 技术能够迅速、客观、准确地获取空间信息，可以作为GIS 的一个重要的数据源，以实时更新空间数据库，GIS 与RS 和GPS 技术简称3S 技术。随着3S 技术不断发展，

45、三者技术集成已成为当前和今后GIS 技术发展的重要内容。一、GIS 与RS 的集成二、GIS 与GPS 的集成三、RS、GIS、GPS 的集成四、GIS 在农业中的应用与发展一、一、GIS 与与RS 的集成的集成第五节 3S集成与农业应用 GIS 是用于分析和显示空间数据的系统，而遥感影像是一种空间数据形式，类似于GIS中的栅格数据，容易在数据层次上实现GIS 与RS 的集成。二、二、GIS 与与GPS 的集成的集成第五节 3S集成与农业应用 作为实时提供空间定位数据的技术，GPS 可以与GIS 进行集成，可以实现如下应用：（1）定位。通过将GPS 接收机连接在安装GIS 软件和该地区空间数据

46、的便携式计算机上，可以方便地显示GPS 接收机所在位置并实时显示其运动轨迹，进而可以利用GIS 提供的空间检索功能，得到定位点周围的信息，从而实现决策支持。（2）测量。主要应用于土地管理、城市规划等领域，利用GPS 和GIS 的集成，可以测量区域的面积或者路径的长度。该过程类似于利用数字化仪进行数据录入，需要跟踪多边形边界或路径，采集抽样后的顶点坐标，并将坐标数据通过GIS 记录，然后计算相关的面积或长度数据。（3）监控导航。用于车辆、船只的动态监控，在接收到车辆、船只发回的位置数据后，监控中心可以确定车船的运行轨迹，进而利用GIS 空间分析工具，判断其运行是否正常。三、三、RS、GIS、GP

47、S 的集成的集成第五节 3S集成与农业应用 3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。GIS、RS 和GPS 三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS 的应用效率。GIS 在农业中的应用层次随着地理信息系统理论的产生发展以及方法和技术的成熟，它的应用领域越来越广泛，在农业领域的应用也逐步深入。从技术角度看，GIS 在农业

48、上的应用主要分四个层次：（1）作为农业资源调查的工具。主要特点是建立农业资源地理数据库，实现空间数据库的浏览、检索等，利用GIS 绘制农业资源分布图和产生正规的报表。（2）作为农业资源分析的工具。GIS 以不限于制图和空间数据库的简单查询，而是以图形及数据的重新处理等分析工作为特征，用于各种目标的分析和重新导出新的信息，产生专题地图和进行地图数据的叠加分析等。（3）作为农业生产管理的工具。主要在于建立各种模型和拟订各种决策方案，直接用于农业生产。（4）作为农业管理的辅助决策工具。主要利用了GIS 的模型功能和空间动态分析以及预测能力，并与专家系统、决策支持系统及其它的现代技术（如RS 和GPS

49、）有机结合，用于农业生产的管理和辅助决策。第五节 3S集成与农业应用 四、四、GIS 在农业中的应用与发展在农业中的应用与发展GIS 在农业中的应用领域（1）利用GIS 进行农业区划。利用GIS 进行农业区划，可以将现有的资源、经济数据库与GIS 的结合，很快形成各种农业区划统计图件。也可以将遥感系统（RS）和GIS 结合起来，利用RS 的遥感结果，结合GIS 软件中提供的各种评判方法和区划建模进行不同区划方案的动态模拟与评价，编绘出综合评价图、区划图，直观定量地显示区划结果。这样，保证了区划方法的科学性和针对性和先进性。（2）利用GIS 进行土壤适宜性评价。根据土壤类型、质地、有机质含量、氮

50、磷钾等其它要素，依据各个要素对某种作物生长的重要性赋予权重，在地理信息系统中分析运算，生成土壤适宜性评价图。四、四、GIS 在农业中的应用与发展在农业中的应用与发展第五节 3S集成与农业应用（3）利用GIS 开展农业灾害预测与预防研究。利用遥感、GIS 和计算机等技术对重大农业气象灾害进行综合测评，可以根据GIS 空间信息计算出大致的受灾面积，进而估算该区域的经济损失，对某一区域历史数据的演变分析，可对区域内灾害发生的基本规律、时空分布、概率分布、危险程度等进行综合评价和模拟，并对灾害发展趋势进行预测，为防灾减灾提供对策分析。（4）基于GIS 的作物种植适宜性评价。对具体作物在具体地域上能否适