地理信息系统概述材料(4学时课件.ppt

1、地理信息系统原理与方法:地理信息系统原理与方法（第一章 绪论）。掌握基本概念、基础理论、基本原理、方法掌握基本概念、基础理论、基本原理、方法学会空间数据的获取、编辑、可视化及专题图学会空间数据的获取、编辑、可视化及专题图的制作的制作 学会学会GISGIS的空间分析方法及应用工具的空间分析方法及应用工具 教学目的与要求主要参考书主要参考书核心教材：核心教材：吴信才，地理信息系统原理与方法吴信才，地理信息系统原理与方法(第二第二版版)，2002009 9，电子工业出版社，电子工业出版社参考书籍：参考书籍：（1 1）龚健雅，地理信息系统基础，）龚健雅，地理信息系统基础，20012001，科学出版社，

2、科学出版社（2 2）唐中实等，地理信息系统原理与技术，）唐中实等，地理信息系统原理与技术，20042004，电子，电子工业出版社工业出版社（3 3）王家耀）王家耀 ，空间信息系统原理，空间信息系统原理，20012001，科学出版社，科学出版社（4 4）陈正江）陈正江,地理信息系统设计与开发地理信息系统设计与开发,2005,2005,科学出版科学出版社社（5 5）张新长）张新长,地理信息系统数据库地理信息系统数据库,科学出版社科学出版社,2005,2005（6 6）吴立新，地理信息系统原理与算法，科学出版社，）吴立新，地理信息系统原理与算法，科学出版社，北京，北京，20052005第一章、绪论1

3、.1GIS概论概论 1.1.1GIS基本概念基本概念 1.1.2GIS发展过程发展过程 1.1.3系统组成系统组成 1.1.4GIS软件类型软件类型 1.1.5GIS功能功能1.2 GIS技术基础技术基础 1.2.1 GIS技术发展技术发展 1.2.2GIS基本技术基本技术 1.2.3 GIS技术结构技术结构1.3地理信息系统学科基础地理信息系统学科基础 1.3.1地理信息系统科学基础地理信息系统科学基础 1.3.2地理信息系统相关学科地理信息系统相关学科1.4GIS应用领域应用领域1.11.1GISGIS概论概论1.1.1 GIS1.1.1 GIS基本概念基本概念1.1.2 1.1.2 GI

4、SGIS基本内容基本内容1.1.3 1.1.3 GISGIS发展过程发展过程1.1.4 1.1.4 系统组成系统组成1.1.5 1.1.5 GISGIS软件类型软件类型1.1.6 1.1.6 GISGIS功能功能1.1.1 1.1.1 GISGIS基本概念基本概念1.1.数据与信息数据与信息 数据是客观事物的属性、数量、位置及其相数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。式而改变。信息是向人们或机器提供关于现实世界各种信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它事实的知

5、识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。不随载体的物理形式的改变而改变。以一定的形式或格式在用以一定的形式或格式在用户间传输户间传输客观性客观性适用性适用性 传输性传输性共享性共享性正确和精确性正确和精确性信息能提供并发应用信息能提供并发应用经处理分析有价值经处理分析有价值信息的特点：信息的特点：2.2.空间数据（空间数据（Spatial Data)Spatial Data)单个地或群体地以空间位置为参照的数据，单个地或群体地以空间位置为参照的数据，空间信息包括位置信息、属性信息和时间信息。空间信息包括位置信息、属性信息和时间信息。Location(ie.X,Y co

6、ordinates)Geometry(ie.points,lines,polygons)Topology(ie.grids,networks)SpatialDescriptiveCartographicAttributeTimeDateTemporalGeographicData 3.3.信息系统信息系统 能对数据和信息进行采集存贮、加工、再现、能对数据和信息进行采集存贮、加工、再现、并能回答用户一系列问题的系统。并能回答用户一系列问题的系统。decision-oriented decision-oriented effective processing of dataeffective pr

7、ocessing of dataeffective management of dataeffective management of dataadequate flexibilityadequate flexibilitysatisfying user environmentsatisfying user environment4.4.GISGIS概念概念 地理信息系统（地理信息系统（GISGIS）是在计算机软硬件支是在计算机软硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并空间物体的地理分布数据及与之相关的

8、属性，并回答用户问题等为主要任务的技术系统。回答用户问题等为主要任务的技术系统。GISGIS物理外壳物理外壳 影响着影响着GISGIS的硬件平台、软件环境。的硬件平台、软件环境。GISGIS操作对象操作对象 地理数据地理数据属性数据、几何数据、时间数属性数据、几何数据、时间数据。据。GISGIS对空间数据的管理和操作，是对空间数据的管理和操作，是GISGIS区别于区别于其它信息系统的根本标志，也是技术难点之一。其它信息系统的根本标志，也是技术难点之一。GISGIS技术过程技术过程 数据采集、数据管理、数据处理和分析、数据采集、数据管理、数据处理和分析、可视化表达与输出等。可视化表达与输出等。之

9、一。之一。GISGIS解决问题解决问题地理信息系统工具应用方法技术系统基本理论地理信息系统用户界面等空间数据管理概念、定义、内涵理论体系构成、特点、功能、任务发展历史与发展方向硬件配置数据结构地学专家系统专题分析模型输入、输出系统应用系统设计数据采集与校验1.1.2GIS1.1.2GIS基本内容基本内容1.1.3 GIS1.1.3 GIS发展阶段发展阶段1.1.地理信息系统的发展的四个阶段地理信息系统的发展的四个阶段（）起始发展阶段（）起始发展阶段(60(60年代年代)（）发展巩固阶段（）发展巩固阶段(70(70年代年代)（）推广应用阶段（）推广应用阶段(80(80年代年代)（）蓬勃发展阶段（

10、）蓬勃发展阶段(90(90年代以后年代以后)2.2.市场前景市场前景3.GIS3.GIS在我国的发展在我国的发展4.GIS4.GIS发展的阶段特点发展的阶段特点1.1.地理信息系统的发展的四个阶段地理信息系统的发展的四个阶段：（）起始发展阶段（）起始发展阶段(60(60年代年代)19631963年由加拿大测量学家年由加拿大测量学家R.F.TomlinsonR.F.Tomlinson提出提出并建立的世界上第一个地理信息系统是称为加并建立的世界上第一个地理信息系统是称为加拿大地理信息系统拿大地理信息系统(CGIS)CGIS)。19631963年美国哈佛大学城市建筑和规划师年美国哈佛大学城市建筑和规

11、划师Howard Howard T.FisherT.Fisher设计和建立了设计和建立了SYMAPSYMAP系统软件。系统软件。19661966年美国成立了城市和区域信息系统协会年美国成立了城市和区域信息系统协会(URISA)URISA)，19681968年国际地理联合会年国际地理联合会(IGU)IGU)设立了设立了地理数据收集委员会地理数据收集委员会(CGDSP)CGDSP)。（）发展巩固阶段（）发展巩固阶段(70(70年代年代)70 70年代，年代，GISGIS朝实用方向发展。各国对朝实用方向发展。各国对GISGIS的的研究均投入了大量人力、物力、财力。不同规模、研究均投入了大量人力、物力

12、、财力。不同规模、不同专题的信息系统得到很大发展。从不同专题的信息系统得到很大发展。从19701970年到年到19761976年美国地质调查局发展了年美国地质调查局发展了5050多个地理信息系多个地理信息系统。统。GISGIS受到政府、商业和学校的普遍重视。受到政府、商业和学校的普遍重视。（）推广应用阶段（）推广应用阶段(80(80年代年代)80 80年代，年代，GISGIS在全世界范围内全面推广应用，在全世界范围内全面推广应用，应用领域不断扩大，开始用于全球性的问题。开应用领域不断扩大，开始用于全球性的问题。开展展GISGIS工作的国家更为广泛，国际合作日益加强。工作的国家更为广泛，国际合作

13、日益加强。GISGIS软件开发具有突破性的进展，仅软件开发具有突破性的进展，仅19891989年市场年市场上有报价的软件达上有报价的软件达7070多个。代表性的有多个。代表性的有ARC/INFOARC/INFO（美国）、美国）、ArcView ArcView（美国）美国）、GENAMAPGENAMAP（澳大澳大利亚）、利亚）、SPANSSPANS（拿加大）、拿加大）、MAPINFOMAPINFO（美国）、美国）、MGEMGE（美国）、美国）、System9System9（瑞士瑞士/美国）、美国）、ERDASERDAS（美国）。美国）。（）蓬勃发展阶段（）蓬勃发展阶段(90(90年代以后年代以后

14、)90 90年代，从美国的年代，从美国的 “国家信息基础设施行动计划国家信息基础设施行动计划（National Information Infrastructure,National Information Infrastructure,简称简称NIINII）”建设到数字地球的提出，由建设到数字地球的提出，由“数字地球数字地球”细化到细化到“数字中数字中国国”、“数字省区数字省区”、“数字城市数字城市”、“虚拟现实虚拟现实”等等众多的信息化领域的工作已全面铺开。随着地理信息产生众多的信息化领域的工作已全面铺开。随着地理信息产生的建立和数字化信息产品在全世界的普及，的建立和数字化信息产品在全世界

15、的普及，GISGIS已成为确已成为确定性的产业，投入使用的定性的产业，投入使用的GISGIS系统系统，每，每2 23 3年就翻一番。年就翻一番。GISGIS已渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生产、已渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。2.市场市场前景根据统计，在经济建设、日常生活活动所涉及的信根据统计，在经济建设、日常生活活动所涉及的信息中，有息中，有80%80%与地理信息密切相关。如今，与地理信息密切相关。如今，GISGIS已经已经深入到人们的日常生活领域中。深入到人们的日常生活领域中。GISGIS

16、被公认为是被公认为是2121世世纪的支柱性产业，是信息产业的重要组成部分。纪的支柱性产业，是信息产业的重要组成部分。“GISGIS产业是关系到国民经济增长、社会发展和国家产业是关系到国民经济增长、社会发展和国家安全的战略性产业，它不仅为国家创造直接经济利安全的战略性产业，它不仅为国家创造直接经济利益，而且是其他众多产业的推动力，对众多经济领益，而且是其他众多产业的推动力，对众多经济领域具有辐射作用，能在国民经济的发展中起到倍增域具有辐射作用，能在国民经济的发展中起到倍增器的效果，其渗透作用已深刻影响到国民经济的各器的效果，其渗透作用已深刻影响到国民经济的各个方面。个方面。”徐冠华徐冠华 院士院

17、士据统计，目前国内据统计，目前国内GISGIS市场总额（包括软件、应用和市场总额（包括软件、应用和服务）服务）10001000多亿人民币。多亿人民币。准备阶段：准备阶段：19781978年到年到19801980年，进行舆论准备，正式提出年，进行舆论准备，正式提出倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。起步阶段：起步阶段：19811981年到年到 1985 1985年，理论探索和区域性实验年，理论探索和区域性实验研究。并在此基础上制定国家地理信息系统规范。研究。并在此基础上制定国家地理信息系统规范。初步发展阶段：初步发展阶段：19861986年到年到9090年

18、代。地理信息系统的研究年代。地理信息系统的研究被列入我国被列入我国“七七 五五”攻关课题，并且作为一个全国性攻关课题，并且作为一个全国性的研究领域，已逐步和国民经济建设相结合，并取得了的研究领域，已逐步和国民经济建设相结合，并取得了重要进重要进 展和实际应用效益。展和实际应用效益。快速发展阶段：快速发展阶段：90 90年代末到现在。理论日趋成熟，应年代末到现在。理论日趋成熟，应用日益广泛，三维用日益广泛，三维GISGIS、WEBGISWEBGIS走向应用，走向应用，GISGIS市场开始市场开始形成。形成。3.GIS在我国的发展在我国的发展桌面软件开发平台面向服务数字制图组件式嵌入式4.GIS4

19、.GIS发展的阶段特点发展的阶段特点GIS为中心为中心信息为中心信息为中心 超大数据量超大数据量 大用户数大用户数 开放性需求开放性需求 快速响应快速响应 较小数据量较小数据量 少数用户共享数据少数用户共享数据 无须开放无须开放 响应要求不高响应要求不高1.1.4 1.1.4 GISGIS系统组成系统组成1.GIS硬件组成硬件组成输入设备输入设备专用设备常规设备GPS全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统全站仪扫描仪数字化仪键盘、鼠标处理设备处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备输出设备绘图仪终端打印机（1）单机模式基本外设、处理设备

20、和输出设备构成适用于小 型GIS建设数据传输与资源共享不方便高档微机或服务器打印机绘图仪扫描仪因特网HubUPS 电源防火墙光盘刻录机移动外接硬盘光盘塔磁盘阵列（2）局域网模式）局域网模式部门或单位内部部门或单位内部GIS建设专线连接资源共享较方便建设专线连接资源共享较方便输 出用户组1输 入GIS中央数据库与网管Intranet用户组n因特网企业内部网络(Intranet)服务器集群 外接硬盘光盘塔磁盘阵列刻录机GIS中央设备微机工作站微机工作站用户组 1用户组 2扫描仪绘图仪打印机工程绘图仪彩色打印机数字化仪图形工作站微机输入设备输出设备放火墙Hub光笔（3）广域网模式）广域网模式用户分布

21、地域广用户分布地域广泛，不适合专线泛，不适合专线连接连接公共通讯连接公共通讯连接资源共享方便资源共享方便局部范围为局域局部范围为局域网，通过若干通网，通过若干通道与广域网连接道与广域网连接输入GIS中央数据库（服务器）图象处理系统局域网用户组输出多媒体系统用户用户主主 干干 网网Internet因特网（Internet）企业内部网 1企业内部网 2微机工作站微机 工作站因特网用户组1因特网用户组2图象处理系统计算机摄象机多媒体系统虚拟现实系统2.GIS软件组成软件组成操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）标准软件（图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件应用

22、软件应用软件GIS软件软件系统软件系统软件GIS（1 1）系统软件）系统软件 系统软件主要是计算机的操作系统以系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有有DOSDOS、WindowsWindows、UNIX/LINUXUNIX/LINUX等。系统软等。系统软件关系到件关系到GISGIS软件和开发语言使用的有效性，软件和开发语言使用的有效性，是是GISGIS软硬件环境的重要组成部分。软硬件环境的重要组成部分。（2 2）基础软件）基础软件数据库软件数据库软件 用来管理空间数据，包括图形数据和用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。流

23、行数据库软件主要有属性数据。流行数据库软件主要有OracleOracle、SybaseSybase、InformixInformix、DB2DB2、SQL ServerSQL Server、MySQLMySQL等。目前等。目前GISGIS软件中采用商用数据库管软件中采用商用数据库管理属性数据，一个有发展前景的模型是面向理属性数据，一个有发展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形和属性数据的联对象数据模型，可实现图形和属性数据的联合管理。合管理。图形平台图形平台 某些某些GISGIS软件中图形处理平台。如软件中图形处理平台。如AutoDeskAutoDesk公司开发的基于公司开发的基于Auto

24、CADAutoCAD的的AutoMap GISAutoMap GIS软件、软件、IntergraphIntergraph公司的基于公司的基于MicroStationMicroStation的的MGE GISMGE GIS软件软件 （3 3）GISGIS基本功能软件基本功能软件 数据输入和检验数据输入和检验 数据存储和管理数据存储和管理 数据变换数据变换 数据输出和表示数据输出和表示 用户接口用户接口 数据输出数据变换数据存储用户接口数据输入数据输入和检验数据输入和检验数据库数据输入交互终端数字化仪文本文件扫描仪磁带磁盘地图数据遥感数据统计数据文字报告数据存储和管理数据存储和管理 数据组织和管理

25、质量，直接影响数据组织和管理质量，直接影响GISGIS操作的有效操作的有效性。在地理数据的生产中，当前主要是性。在地理数据的生产中，当前主要是4 4D D产品，即数产品，即数字线划数据（字线划数据（Digital Line Graph,DLGDigital Line Graph,DLG）、）、数字栅数字栅格数据（格数据（Digital Raster Graph,DRGDigital Raster Graph,DRG）、）、数字高程数字高程模型（模型（Digital Elevation Model,DOMDigital Elevation Model,DOM）、）、数字正射数字正射影象（影象（D

26、igital Ortho Map,DOMDigital Ortho Map,DOM）。）。检索数据变换 地理数据库 位置坐标 空间数据 属性数据数据输入询问输入应用和分析维护变换数据变换数据变换提供了对一个区域的空间数提供了对一个区域的空间数据和属性数据综合分析利用据和属性数据综合分析利用的能力。通过提供矢量、栅的能力。通过提供矢量、栅格、格、DEMDEM等空间运算和指标等空间运算和指标量测，达到对空间数据的综量测，达到对空间数据的综合利用的目的。如基于栅格合利用的目的。如基于栅格数据的算术运算、逻辑运算、数据的算术运算、逻辑运算、聚类运算等，提供栅格分析；聚类运算等，提供栅格分析；通过图形的

27、叠加分析、缓冲通过图形的叠加分析、缓冲区分析、统计分析、路径分区分析、统计分析、路径分析、资源分配分析、地形分析、资源分配分析、地形分析等，提供矢量分析。析等，提供矢量分析。数据输出数据输出输出显示终端打印机绘图仪磁带磁盘地图图像表格文字 用户接口用户接口 用于接收用户的指令和程序或数据，是用户用于接收用户的指令和程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。用户界面（或人机界面）是地理口与数据接口。用户界面（或人机界面）是地理信息系统应用的重要组成部分，它通过菜单技术、信息系统应用的重要组成部分，它通过菜单技术、用户询问语

28、言的设置，还可采用人工智能的自然用户询问语言的设置，还可采用人工智能的自然语言处理技术与图形界面等技术，提供多窗口和语言处理技术与图形界面等技术，提供多窗口和光标或鼠标选择菜单等控制功能，为用户发出操光标或鼠标选择菜单等控制功能，为用户发出操作指令提供方便。程序接口和数据接口可分别为作指令提供方便。程序接口和数据接口可分别为有用户联接各自特定的应用程序模块和使用非系有用户联接各自特定的应用程序模块和使用非系统标准的数据文件提供方便。统标准的数据文件提供方便。3.空间数据空间数据 GIS的操作对象为空间数的操作对象为空间数据据 空间数据特征：几何、属空间数据特征：几何、属性、时间数据；性、时间数

29、据；空间数据组织：矢量结构、空间数据组织：矢量结构、栅格结构；栅格结构；空间数据管理：空间数据管理：几何数据：文件几何数据：文件 属性数据：关系数据库属性数据：关系数据库栅格结构矢量结构4.系统开发、管理和使用人员系统开发、管理和使用人员咨询管理信息管理数据整理 GIS的开发是以人为本的系统工程。业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理管理的能力。技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。1.1.1.1.5 GIS5 GIS软件类型软件类型专业专业GIS（Professional GIS）桌面桌面GI

30、S（Desktop GIS）手持手持GIS（Hand-Held GIS）组件组件GIS（Component GIS）GIS Viewer网络网络GIS（Internet GIS）其它（基于其它（基于CAD的的GIS）1.1.61.1.6地理信息系统功能地理信息系统功能1.1.数据采集与输入数据采集与输入 数据采集与输入，即在数据处理系统中将系统外部数据采集与输入，即在数据处理系统中将系统外部的原始数据传输给系统内部，并将这些数据从外部的原始数据传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。主要格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。主要有图形数据输入，如管网图输入；

31、栅格数据输入，有图形数据输入，如管网图输入；栅格数据输入，如遥感图像的输入；测量数据输入，如全球定位系如遥感图像的输入；测量数据输入，如全球定位系统（统（GPSGPS）数据的输入；属性数据输入数据的输入；属性数据输入,如数字和文如数字和文字的输入。字的输入。2.2.数据编辑与更新数据编辑与更新目的：保证数据在入库时在内容上的完整性，目的：保证数据在入库时在内容上的完整性，逻辑上的一致性。逻辑上的一致性。方法：方法：数据编辑与处理、错误修正：数据编辑与处理、错误修正：数据格式转化：矢量、栅格转化，不同数据格式转化；数据格式转化：矢量、栅格转化，不同数据格式转化；数据比例转化：平移、旋转、比例、纠

32、正数据比例转化：平移、旋转、比例、纠正 投影变换：投影方式投影变换：投影方式 数据概化：平滑、特征集结数据概化：平滑、特征集结 数据重构：几何形态变换（拼接、截取、压缩、结构）数据重构：几何形态变换（拼接、截取、压缩、结构）误差校正误差校正:地理编码：拓扑结构地理编码：拓扑结构3.3.数据存贮与管理数据存贮与管理 属性数据管理一般直接利用商用关系数据库软属性数据管理一般直接利用商用关系数据库软件，如件，如ORACLEORACLE、ACCESSACCESS、FoxBaseFoxBase、FoxProFoxPro等等进行管理。空间数据管理是进行管理。空间数据管理是GISGIS数据管理的核数据管理的

33、核心，各种图形或图像信息都以严密的逻辑结构心，各种图形或图像信息都以严密的逻辑结构存放在空间数据库中。存放在空间数据库中。4.4.空间查询与分析空间查询与分析空间查询与分析是空间查询与分析是GISGIS核心，主要包括数据操作运算、核心，主要包括数据操作运算、数据查询检索与数据综合分析。包括矢量数据叠合、数据查询检索与数据综合分析。包括矢量数据叠合、栅格数据迭加等操作、算术运算、关系运算、逻辑运栅格数据迭加等操作、算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算等。综合分析主要包括信息量测、属性算、函数运算等。综合分析主要包括信息量测、属性分析、统计分析、二维模型分析、三维模型分析、多分析、统计分析、二维

34、模型分析、三维模型分析、多要素综合分析等。要素综合分析等。空间检索空间分析空间分析地形分析网络分析缓冲区分析几何量测地图分析叠置分析统计分析决策分析位置查询属性查询拓扑查询空间查询5.5.数据显示与输出数据显示与输出 数据显示是中间处理过程和最终结果的屏幕显示，数据显示是中间处理过程和最终结果的屏幕显示，通常以人机交互方式来选择显示的对象与形式，通常以人机交互方式来选择显示的对象与形式，对于图形数据根据要素的信息量和密集程度，可对于图形数据根据要素的信息量和密集程度，可选择放大或缩小显示。选择放大或缩小显示。GISGIS不仅可以输出全要素地不仅可以输出全要素地图，也可以根据用户需要，分层输出各

35、种专题图、图，也可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图、图表及数据等。各类统计图、图表及数据等。GISGIS基本功能的实现过程基本功能的实现过程文件图表数据获取 原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑投影变换数据输出 制图、表格 交互展示 结构化数据空间数据库1.21.2 GIS GIS技术基础技术基础Michael Batty:Michael Batty:认为计算机技术的发展是不可认为计算机技术的发展是不可预知的，计算机技术已成为数字化数据资源及相预知的，计算机技术已成为数字化数据资源及相关分析方法发展与繁荣的一个刺激因素。关分析方法发展与繁荣的一个刺激因素。BattyBatty

36、预言：大数据量计算、数据处理软件的分预言：大数据量计算、数据处理软件的分散化、声音输入输出技术发展、网络技术发展、散化、声音输入输出技术发展、网络技术发展、虚拟现实技术发展给虚拟现实技术发展给GISGIS带来革命性的冲击。带来革命性的冲击。2020世纪世纪4040年代：开始利用计算机制图功能，以一个年代：开始利用计算机制图功能，以一个示波器示波器监视器工作。监视器工作。2020世纪世纪5050、6060年代：年代：GISGIS制图输出通过附属在大型机制图输出通过附属在大型机或小型机上的普通输出设备（行式打印机）或小型机上的普通输出设备（行式打印机）2020世纪世纪7070年代：矢量绘图设备示波

37、器的出现将制图年代：矢量绘图设备示波器的出现将制图技术提高到了一个新的境界。技术提高到了一个新的境界。2020世纪世纪8080年代：计算机内存成本降低促进制图技术年代：计算机内存成本降低促进制图技术发展，可实现计算机制图和空间数据分析的集成，发展，可实现计算机制图和空间数据分析的集成，激光绘图设备使交互式制图成为可能，这对激光绘图设备使交互式制图成为可能，这对GISGIS发展发展具有巨大推动作用。但具有巨大推动作用。但GISGIS更突出的功能是用于制图更突出的功能是用于制图数据操作。数据操作。1.2.11.2.1 GIS GIS技术发展技术发展2020世纪世纪8080年代晚期：年代晚期：win

38、dowswindows替代替代 DOSDOS，桌面桌面GISGIS快速发展起来，在此之前快速发展起来，在此之前GISGIS如如PC-PC-ARC/INFOARC/INFO是基于工作站版本的或是大型机版本是基于工作站版本的或是大型机版本或是或是DOSDOS版本的，标志桌面绘图时代来临。版本的，标志桌面绘图时代来临。2020世纪世纪9090年代：年代：19961996年以前普遍认为软件向万年以前普遍认为软件向万维网转移是不可能的事，但随着计算机技术与维网转移是不可能的事，但随着计算机技术与通迅技术融合，桌面通迅技术融合，桌面GISGIS向网络化方向发展。向网络化方向发展。网络技术、虚拟现实技术、多

39、媒体技术发展，网络技术、虚拟现实技术、多媒体技术发展，给给GISGIS技术的发展提供巨大空间，三维动画软技术的发展提供巨大空间，三维动画软件与数字影像的结合使基于件与数字影像的结合使基于GISGIS的二维数据生的二维数据生成三维显示结果成为可能。成三维显示结果成为可能。1.2.2 1.2.2GISGIS基本技术基本技术地理信息系统是一项多种技术集成的技术系统。地理信息系统是一项多种技术集成的技术系统。数据采集技术（包括遥感技术（数据采集技术（包括遥感技术（RSRS）、）、全球定位全球定位系统（系统（GPSGPS）、）、三维激光扫描技术、数字测图技三维激光扫描技术、数字测图技术等）、现代通信技术

40、、计算机网络技术、软件术等）、现代通信技术、计算机网络技术、软件工程技术、虚拟现实与仿真技术、信息安全技术、工程技术、虚拟现实与仿真技术、信息安全技术、网络空间信息传输技术等构成了网络空间信息传输技术等构成了GISGIS技术体系的技术体系的主要技术。这些技术在这里进行简要介绍，而地主要技术。这些技术在这里进行简要介绍，而地理信息系统技术则是本书的主要详细介绍的内容。理信息系统技术则是本书的主要详细介绍的内容。计算机硬件技术计算机硬件技术GIS操作系统操作系统空间数据库技术空间数据库技术计算机图形技术计算机图形技术遥感图象处理技术遥感图象处理技术网络通讯技术网络通讯技术数据组织管理技术数据组织管

41、理技术标标准准规规程程1.2.3 GIS技术结构技术结构 硬 件其它应用软件开发环境操作系统 GIS制约上层系性能和功能为下层提供反馈在理论层面：面向对象理论与方法日趋成熟并被广泛应用于在理论层面：面向对象理论与方法日趋成熟并被广泛应用于GIS设计与生产。设计与生产。在操作系统层面：直接支持面向对象的分布式运算已是大的在操作系统层面：直接支持面向对象的分布式运算已是大的趋势。趋势。基于基于 CORBA（Common Object Request Broker Architecture)和和 DCOM(Distributed Component Object Model)的系统软件陆续进入操作系

42、统。如微软的的系统软件陆续进入操作系统。如微软的ActiveX、IBM的的OpenDOC等。等。CORBA和和 DCOM为使用、组织和管理为使用、组织和管理来自不同平台的软件提供了完整有效机制。来自不同平台的软件提供了完整有效机制。在开发环境层面：在开发环境层面：面向对象编程语言面向对象编程语言JAVA，综合性开发软综合性开发软件工具不断完善。件工具不断完善。应用软件层面：一是应用软件层面：一是C/S和和B/S模式成为模式成为GIS软件组织的主软件组织的主要形式，二是万维网成为软件开发的中心，三是要形式，二是万维网成为软件开发的中心，三是ODBC（Open Database Connectiv

43、ity）成为数据库管理系成为数据库管理系统相互兼容的中心。统相互兼容的中心。1.31.3地理信息系统学科基础地理信息系统学科基础 在人类认识自然、改造自然的过程中，人与自在人类认识自然、改造自然的过程中，人与自然的协调发展是人类社会可持续发展的最基本条件。然的协调发展是人类社会可持续发展的最基本条件。从历史发展的角度看，人类活动对地球生态的影响从历史发展的角度看，人类活动对地球生态的影响总体是向着变坏的方向发展，人口、资源、环境和总体是向着变坏的方向发展，人口、资源、环境和灾害是当今人类社会可持续发展所面临的四大问题。灾害是当今人类社会可持续发展所面临的四大问题。人类活动产生的这种变化和问题，

44、日益成为人们关人类活动产生的这种变化和问题，日益成为人们关注的焦点。地球科学的研究为人类监测全球变化和注的焦点。地球科学的研究为人类监测全球变化和区域可持续发展提供了科学依据和手段。地球系统区域可持续发展提供了科学依据和手段。地球系统科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信息科学是地球科学体系中的重要组成部分，也是形息科学是地球科学体系中的重要组成部分，也是形成地理信息系统的科学基础。成地理信息系统的科学基础。1.3.11.3.1地理信息系统的科学基础地理信息系统的科学基础 1.地球系统科学地球系统科学 地球系统科学（地球系统科学（Earth S

45、ystem Science）是研究是研究地球系统的科学。地球系统，是指由大气圈、水圈、岩地球系统的科学。地球系统，是指由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈（包括人类自身）等四大圈层组成的作为石圈和生物圈（包括人类自身）等四大圈层组成的作为整体的地球。它包括了自地心到地球的外层空间的十分整体的地球。它包括了自地心到地球的外层空间的十分广阔的范围，是一个复杂的非线性系统。广阔的范围，是一个复杂的非线性系统。2.地球信息科学地球信息科学 地球信息科学（地球信息科学（Geo-Informatics,或或Geo Information Science,简称简称GISci）是地球系统科是地球系统科学的组成部分，

46、是研究地球表层信息流的科学，或研究学的组成部分，是研究地球表层信息流的科学，或研究地球表层资源与环境、经济与社会的综合信息流的科学。地球表层资源与环境、经济与社会的综合信息流的科学。就地球信息科学的技术特征而言，它是记录、测量、处就地球信息科学的技术特征而言，它是记录、测量、处理、分析和表达地球参考数据或地球空间数据学科领域理、分析和表达地球参考数据或地球空间数据学科领域的科学。的科学。3.地理信息科学地理信息科学 地理信息科学（地理信息科学（Geographic Information Science）是信息时代的地理学，是地理学信息革命和是信息时代的地理学，是地理学信息革命和范式演变的结果

47、。它是关于地理信息的本质特征与运动范式演变的结果。它是关于地理信息的本质特征与运动规律的一门科学，它研究的对象是地理信息，是地球信规律的一门科学，它研究的对象是地理信息，是地球信息科学的重要组成成分。息科学的重要组成成分。4.地球空间信息科学地球空间信息科学 地球空间信息科学地球空间信息科学(Geo Spatial Information Science简称简称Geomatics)是以全球定位系统是以全球定位系统（GPS）、）、地理信息系统地理信息系统(GIS)、遥感遥感(RS)为主要内为主要内容，并以计算机和通信技术为主要技术支撑，用于采集、容，并以计算机和通信技术为主要技术支撑，用于采集、

48、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地球和量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。地球空间信息科学与地理空间信息科学在学科定义和地球空间信息科学与地理空间信息科学在学科定义和内涵上存在重叠。甚至人们认为是对同一个学科内容，从内涵上存在重叠。甚至人们认为是对同一个学科内容，从不同角度给出的科学名词。不同角度给出的科学名词。从测绘的角度理解，地球空间信息科学是地球科学与从测绘的角度理解，地球空间信息科学是地球科学与测绘科学、信息科学的交叉学科。测绘科学、信息科学的交叉学科。从地理科学的

49、角度理解，地球空间信息科学是地理科从地理科学的角度理解，地球空间信息科学是地理科学与信息科学的交叉学科，即被称之为地理空间信息科学。学与信息科学的交叉学科，即被称之为地理空间信息科学。地球空间信息科学的概念要比地理信息科学要广，它地球空间信息科学的概念要比地理信息科学要广，它不仅包含了现代测绘科学的全部内容，也包含了地理空间不仅包含了现代测绘科学的全部内容，也包含了地理空间信息科学的主要内容，而且体现了多学科、技术和应用领信息科学的主要内容，而且体现了多学科、技术和应用领域知识的交叉与渗透，如测绘学、地图学、地理学、管理域知识的交叉与渗透，如测绘学、地图学、地理学、管理科学、系统科学、图形图象

50、学、互联网技术、通信技术、科学、系统科学、图形图象学、互联网技术、通信技术、数据库技术、计算机技术、虚拟现实与仿真技术等以及规数据库技术、计算机技术、虚拟现实与仿真技术等以及规划、土地、资源、环境、军事等领域。研究的重点与地球划、土地、资源、环境、军事等领域。研究的重点与地球信息科学接近，但它更侧重于技术、技术集成与应用，更信息科学接近，但它更侧重于技术、技术集成与应用，更强调强调“空间空间”的概念。的概念。1.3.2地理信息系统相关学科地理信息系统相关学科 Christopher B.JonesChristopher B.Jones在在 “Geographical Geographical