GIS在基础教育中的应用课件.ppt

1、 地理信息系统在基础教育中的应用 张 超 中国地理学会数量地理专业委员会主任 全国高校计量地理与GIS教学研究会主任 华东师范大学终身教授、博导 一、地理信息系统的产生与发展二、地理信息系统的基本概念三、GIS的基本组成四、GIS功能五、GIS教育六、GIS应用七、GIS发展透视1.现代科学方法-系统论、信息论、控制论的形成与现代高新技术-计算机技术、空间技术和自动化技术的应用为信息时代地理学的发展和地理信息系统的产生提供了科学技术的条件。2.信息时代以信息资源的管理和科学利用为特征，在国土整治、流域开发、区域规划、环境管理中，对地理信息的采集、管理和分析提出了更高的要求。地理决策的科学性取决

2、于对地理信息的获取和分析的技术水平，为地理信息系统的产生提供了应用需求的背景。3.地理学新视角 地理学新视角通过三个方面来体现：通过区域、空间和尺度这三个动态变化的透镜来观察世界；地理学的综合领域：环境社会的动态把人类活动与自然环境、环境动态与自然系统、人类社会动态与经济、社会及上层建筑系统联系起来；应用图形的、图像的、语言的、数学的、数字的和认知的进行空间表述。如下图所示：4.20世纪60年代，加拿大国家土地调查局为了处理大量的土地调查资料，开始建立GIS，这是GIS发展的起始阶段。70年代为巩固阶段。80年代为大发展阶段。其发展之快、应用之广、影响之深刻是地理学其它分支学科所无法比拟的。地

3、理信息系统的发展1.数据与信息l数据是通过数字化或被直接记录下来的可被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号和图像也是数据，数据本身没有意义。l信息是向人们提供关于现实世界的各种事实的知识，是数据、消息所包含的意义，它不随载体的物理形式的各种改变而改变。信息具有客观性、实用性、传输性、共享性。l信息是数据的内涵，数据是信息的表达。通常情况下，并不严格区分“信息”、“数据”两个术语。2.地理信息和地理信息系统l地理信息是指表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字和图像等的组成，它属于空间信息（多维）。从地理数据到地理信息的发展是人类认识事物的一次飞跃。l地理信

4、息系统 对于不同的部门和不同的应用目的，其意义也不尽相同。Parker认为“GIS是一种存储、分析和显示空间与非空间数据的信息技术”。Goodchild把GIS定义为“采集、存储、管理、分析和显示有关地理现象信息的数字系统”。Burrough认为“GIS是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具”。俄罗斯学者把GIS定义为“一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合”。这些定义有的侧重于GIS的技术内涵，有的则强调GIS的应用功能。我们认为地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显

5、示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。它具有以下特征：a.具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；b.以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息；c.由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务，计算机系统的支持是GIS的重要特征，使GIS得到快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和动态分析。人员软件硬件模型数据 GIS GIS基本构

6、成数据软硬件及网络标准人员管理（模型）GIS1.系统硬件 GIS的硬件平台用以存储、处理、传输和显示地理信息或空间数据。计算机与一些外部设备，如图形数字化仪、打印机、扫描仪等，网络设备如局域网、广域网和因特网。2.系统软件 GIS软件是系统的核心，用以执行GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面等。l专业软件指功能丰富的通用GIS软件，代表产品有：ArcInfo、MapInfo、MapGIS、GeoStar等。l数据库软件除了在GIS专业软件中用以支持复杂空间数据的管理软件以外，还包括服务于非空间数据为主的数据管理软件，代表产品有：Oracle、Inform

7、ix、Sybase、SQL Server等。l系统管理软件主要指计算机操作系统，现今使用的有：UNIX、Windows等。3.空间数据库 空间数据具体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。空间数据库是GIS的重要组成和应用资源，SDE代表了这一技术的最新进展。4.应用人员 GIS应用人员包括系统开发人员和GIS技术的最终用户，他们的业务素质和专业知识是GIS工程及其应用成败的关键。5.应用模型 应用模型如土地利用适宜性模型、公园选址模型、人口扩散模型、森林增长模型、水土流失模型、环境影响模型、最优化模型等等。应用模型的开发、应用基本流程如下图所示：1.基本功能 数据采集和编辑、数据存储和

8、管理、数据处理和变换、空间分析和统计、产品输出和显示、二次开发和编程。其中空间分析和统计包括：拓扑缓冲区建立数字地形分析空间集合分析2.应用功能 资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策。Department of geography（地理系）GIS（地理信息系统）其他专业Major（主修）Double degree（双学位）Minor（辅修）Online/Distance learning（网络远程）1.国外GIS专业教育的一般情况2.中国GIS专业设置情况地理系地理信息系统专业（主修）其他各专业专业必修专业主干专业选修测绘计算机项目3.GIS教育内容4.基础教育中GIS教育的必要性 中学地理

9、教育的必要性 a.GIS教育符合当代素质教育的要求 b.地理科学发展的要求决定了将GIS应 用于地理教学 的必要性 c.计算机技术的发展为GIS应用于中学 教学提供了 条件 GIS在地理教育中的功能 a.提供各种地理信息 b.地理信息可视化的工具 c.资料贮存工具 d.用于课堂教学和学生学习的工具 应用推广的问题 a.教学和学习工具 b.培训教师 c.信息网络和GIS结合，达到资源共享 和实现GIS功能1、数字地球的定义 Al Gore在其1998年的报告中指出：数字地球是指一个以地理坐标（经纬网）为依据的、具有多分辨率海量数据的、立体显示地球的技术系统。数字地球的概念，可以归纳为以下三个方面

10、:（1）数字地球指数字化的三维显示的虚拟地球，或指信息化的地球，包括数字化、网络化、智能化与可视化的地球技术系统。（2）实施数字地球计划，需要有政府、企业和学术界共同齐心协力参加。实施数字地球计划是社会的行为，需要全社会来关心和支持。（3）数字地球是一次新的技术革命，将改变人类的生产和生活方式，进一步促进科学技术、经济发展和推动社会的进步。世界夜间灯光分布图 由美国军用气象卫星图像镶嵌而成。显示城市、人口密集于沿海地带；北美、欧洲、东南亚最为密集；陆地上尚有20%以上属荒芜地区。2、数字地球产生的背景（1）科学背景：地球表层系统科学的发展，地球表层系统是复杂巨系统。地理信息的内容是丰富的，数据

11、量是巨大的，地理信息技术已经发展到较高的水平。地理信息科学的发展，地理概念空间表达，为国家空间信息基础设施和数字地球的诞生奠定了理论基础。（2）技术背景：遥感、遥测、全球定位系统及地理信息系统等空间信息科学技术已成为研究自然、社会、经济的重要手段。（3）社会背景：人类科学技术的发展和社会经济进步除了产生巨大的财富外，也产生了人类面临的社会可持续发展问题。在资源短缺、环境恶化、人口膨胀以及经济的可持续发展和经济全球化背景下，社会发展对于全球信息的需求更加迫切。（4）政治背景3、数字地球与数字城市的关系 数字城市源于数字地球，城市作为信息产生、应用、辐射最重要的枢纽，又是维系数字城市框架的重要节点

12、。数字城市是一个不断发展和演绎的理念，广义的数字城市是指城市信息化，它涉及城市信息化的方方面面；狭义的数字城市是指空间信息为基础的城市地理信息系统。1、数字城市的定义 数字城市是指城市规划建设与运营管理以及城市生产与生活活动中，利用数字化信息处理技术和网络通信技术，将城市的各种数字信息及各种信息资源加以整合并充分利用。我们认为数字城市是以地理信息系统（GIS）为核心技术，运用全球定位系统（GPS）、遥感系统（RS）等关键技术，深入开发和应用空间信息资源，建设服务与城市规划、建设和管理，服务于政府、企业、公众，服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和利用体系。2、数字城市的意义

13、 数字城市系统的建设能使城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统数字化、网络化并虚拟仿真，优化决策支持和实现可视化表现；有利于提高政府决策的科学性、规范化和民主化水平，使城市规划具有更高的效率，更为丰富的表现手法，更多的信息量，更高的分析能力和准确性，更具前瞻性、科学性和及时性，并提高城市建设的时效性、城市管理的有效性、城市资源优化配置水平、城市综合实力以及城市生活质量，促进城市的可持续发展。3、数字城市体系框架4、数字城市的关键技术 宽带网络 数字城市涉及大量图形、影像、视频等 多媒体数据，数据量巨大，必须用宽带网络。海量存储 数字城市涉及地理数据的数据量大，其数据存储采用多服务

14、器，分布式管理。邦联数据库 指异构数据库和空间数据的多比例尺数据库 数据共享与互操作 数据共享和互操作是数字城市建设的核心问题 可视化与虚拟现实 超链接技术1、数字上海的概念 数字上海是以信息高速公路为基础，采用地理信息系统、遥感、全球定位系统、海量数据存储、虚拟现实、网络、多媒体等技术、对上海市广泛而丰富的信息资源进行统一、有效地管理和整合，通过所提供的虚拟现实界面、便捷的交互、共享以及丰富的辅助决策和管理功能，逐步达到上海现实社会的虚拟再现。2、数字上海空间信息基础数据平台建设国外数字城市基础平台建设现状 空间数据生产、使用的协调与管理 1994年，美国颁布了12906号总统行政令，实施国

15、家空间数据基础计划（NSDI），正是在美国政府与非政府部门中开展直接协调地理空间数据收集和管理活动。英国政府在认识和分析美国NSDI成功和问题的基础上，提出了国家地理空间数据框架（NGDF）发展计划，以促进和鼓舞地理空间数据的有效链接、综合和广泛应用。澳大利亚联邦空间数据委员会制定了空间管理机构与领导机构的权利与责任、联邦公益空间数据转让等政策。国内数字城市基础平台建设现状 北京 2000年初，北京市信息化办公室制定了“数字北京工程总体框架及发展规划”，其中明确提出“十五”期间通过实施“三三四四零工程”，即三项信息基础设施空间数据基础设施、GPS综合服务体系、信息资源管理体系建设；三项软环境政

16、策法规、技术标准、安全保密措施的研究与制定；四个示范工程数字奥运、数字中关村、数字西城区、数字绿化隔离带建设；四十个应用示范项目电子政务、电子商务、科教信息网、社会保障信息系统、信息化社区建设等，最终实现数字北京。数字上海建设现状 a.上海市完成了所有基本比例尺地形图的数字化 上海市至今已完成了上海行政区域范围内所有基本比例尺地形图的数字化。包括市中心区1：500地形图7749幅、城郊1：1000地形图5369幅、覆盖全市1：2000地形图8617幅、1：1万地形图322幅、1：5万地形图30幅、1：2000数字正射影像图2600幅。根据上海城市规划、市政工程建设的要求和上海市测绘院的生产能力

17、，已经确定1：500、1：1000、1：2000、1：1万数字线划地图的更新周期分别为2、3、4、5年，以满足用户对数字线划地图现势性要求。b.进行了城市遥感影像系统应用 上海城市遥感影像系统应用起步早、范围广，已在上海地区为城市规划、建设、管理及资源调查等方面，收集了许多时相的卫星遥感影像数据，其中有TM、SPOT、IRS的资料，并利用这些卫星遥感影像数据编制了上海行政挂图、城市发展态势图、热岛效应分布图、土地资源利用分布图等图件。卫星遥感图像在城市规划、环境保护等领域已经得到很好的效果。c.探索了数字共享机制和应用标准 早在1994年，为了适应GIS应用需要，已经组织有关单位研究并编制了上

18、海GIS基础图标准，而且在实践应用中，逐步加快数据的标准和规范化工作，通过借鉴外国的成功经验，初步形成了“数据管理政策”、“数据描述标准”、“技术标准”等文本，为上海市GIS应用发展起到了良好的指导作用。还完成了上海市中心城街坊编码和上海市中心城道路编码两个基础信息编码的制定工作，为实现行业间数据交换、共享积累了经验，创造了条件。目前，有不少行业的管理部门正在进行本行业标准信息代码的编制工作，这些信息标准化、规范化的工作将极大地促进上海市GIS的应用。d.开发了多领域的地理信息应用系统 上海在城市规划、建设和管理的很多部门建立了GIS应用系统，无论是数量、质量还是应用深度都有很大的进步，如上海

19、市人民政府的综合地理信息系统、上海市市政设施、公路设施管理GIS、上海市铁路设施管理GIS、上海煤气管网信息系统、上海市自来水供水信息系统、上海市土地管理系统、上海市园林管理地理信息系统、上海市区及黄浦江上游洪水风险地理信息系统、上海市工程地质地理信息系统等。GIS的应用已经开始改变传统的管理方式，产生了较好的社会和经济效益。数字上海空间信息数字平台建设总体框架 a.框架b.内容具体建设内容可分三个层次：基础核心层：重点研究城市基础数据库的建设。专业应用层：主要包括城市建设与管理领域的各部门以及其他专业部门，重点研究本部门在空间数据库的基础上建设专业应用信息系统。综合服务层：包括社会和经济各有

20、关部门，企事业单位及科研所，研究海量空间信息与商业化信息、社会化信息等的集成处理，建设基于Web的城市综合服务信息系统。具体内容如下图所示。已经建成的主要内容 “数字上海”空间信息基础数据平台所涉及的基础设施，主要借助于上海城市信息化基础设施，“数字上海”空间信息基础数据平台的主要内容包括：上海地形框架要素库（包括道路、铁路、河流及道路中心线）1：5万数字化遥感信息库（600dpi扫描分辨率）数字化城市基本地理统计单元信息（包括街道、路段、道路交叉点）上海行政区划图库（包括市、县区、街道乡镇）人口统计分布信息 作为基础数据平台、它覆盖了上海市全部地域的空间信息基础数据，作为地理空间基础框架，它

21、提供了上海城市统一参照的定位标志，基础数据平台的这种功能是其它系统无法替代的。关键技术a.GIS技术研究 GIS系统研究包括GIS软、硬件组织；GIS系统结构化分析和设计规格的自动生成；ComGIS和WebGIS的实现研究；智能化、决策化GIS的研究b.“3S”集成系统的一体化数据管理技术 研究地理信息系统、全球定位系统、遥感数据的集成管理模式、数据模型、设计和发展相应的数据管理系统、以实现图形、图像、属性和GPS定位数据等的一体化管理，为“3S”的集成处理以及数字上海空间信息基础平台的开发和建设，提供技术支持。c.网络环境下的数据通信与交换技术研究d.数字城市的信息模型、运行管理技术和功能系

22、统研究（四）GIS应用实践 1、数字静安区 数字静安区是数字上海的重要组成部分。2、虚拟GIS3、环境GIS#Psources.shp0-600#600-2180#2180-4400#4400-8400#8400-16298#16298-29906#29906-54633#54633-97668#97668-178236#178236-750000#750000-1310000#1310000-5779820#上海市重点污染源燃煤量分布998SNEW4、人口GIS浦东新区从业人员密度图 不同技能从业人员分布图 组合条件查询 浦东新区劳动力市场评价指数3D模型 浦东新区各街镇劳动力市场评价指数等值线图 5、上海市旧房改造（应用GIS和RS技术）2000年彩红外航空遥感调查的旧区2002年已改造旧区的绿地遥感特征1.GIS已经成为一门综合性技术2.GIS产业化的发展势头强劲3.GIS网络化已构成当今社会的热点4.地理信息科学的产生和发展5.地理信息系统的基础理论和发展6.东中西部GIS的应用进一步发展中国地理信息系统应用的地理分布 谢谢大家！