1、地理信息系统交流与学习,GIS概述 GIS组成 GIS功能 GIS相关技术 GIS应用 GIS软件 WebGIS介绍,主要内容,什么是GISGIS:地理信息系统（ Geographic Information System, 简称 GIS） GIS概述：GIS是一门综合性学科，与IT 密切相关。地理信息系统是在计算机软硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 从技术和应用的角度， GIS 是解决空间问题的工具、方法和技术；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
2、一门学科，具有独立的学科体系；从功能上， GIS 具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能；从系统学的角度， GIS 具有一定结构和功能，是一个完整的系统。简而言之， GIS 是一个基于数据库管理系统（ DBMS ）的分析和管理空间对象的信息系统，以地理空间数据为操作对象是地理信息系统与其它信息系统的根本区别。,GIS概述,地理数据地理数据是描述地球表面(包括大气层和较浅的地表下空间)空间 要素的位置和属性，在GIS中的两种地理数据成分：空间数据，与空间要素几何特性有关；属性数据，提供空间要素的信息。 GIS系统中存储数据主要的二种方法为：栅格（网格）和矢量。栅格（网
3、格）数据由存放唯一值存储单元的行和列组成。它与栅格（网格）图像是类似的，除了使用合适的颜色之外，各个单元记录的数值也可能是一个分类组（例如土地使用状况）、一个连续的值（例如降雨量）或是当数据不是可用时记录的一个空值。栅格数据集的分辨率取决于地面单位的网格宽度。通常存储单元代表地面的方形区域，但也可以用来代表其它形状。栅格数据既可以用来代表一块区域，也可以用来表示一个实物。矢量数据利用了几何图形例如点、线（一系列点坐标），或是面（形状决定于线）来表现客观对象。例如，在住房细分中以多边形来代表物产边界，以点来精确表示位置。,GIS概述,除了以几何向量坐标或是栅格单元位置来表达的空间数据外，另外的非
4、空间数据也可以被存储。在矢量数据中，这些附加数据为客观对象的属性。例如，一个森林资源的多边形可能包含一个标识符值及有关树木种类的信息。在栅格数据中单元值可存储属性信息，但同样可以作为与其他表格中记录相关的标识符。,GIS概述,地理信息系统由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。 硬件和软件为地理信息系统建设提供环境； 数据是GIS的重要内容； 方法为GIS建设提供解决方案； 人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其它几个组成部分。硬件主要包括计算机和网络设备，存储设备，数据输入，显示和输出的外围设备等等。软件主要包括以下几类：操作系统软件 、数据库管理软件 、系统开发软件 、GI
5、S 软件，等等。 GIS软件的选型，直接影响其它软件的选择，影响系统解决方案，也影响着系统建设周期和效益。数据是GIS的重要内容，也是GIS系统的灵魂和生命。数据组织和处理是GIS应用系统建设中的关键环节，涉及许多问题：应该选择何种（或哪些）比例尺的数据？已有数据现势性如何？数据精度是否能满足要求？数据格式是否能被已有的GIS软件集成？应采用何种方法进行处理和集成？采用何种方法进行数据的更新和维护，等等。,GIS组成,方法指系统需要采用何种技术路线，采用何种解决方案来实现系统目标。方法的采用会直接影响系统性能，影响系统的可用性和可维护性。人员是GIS系统的能动部分。人员的技术水平和组织管理能力
6、是决定系统建设成败的重要因素。系统人员按不同分工有项目经理、项目开发人员、项目数据人员、系统文档撰写和系统测试人员等。各个部分齐心协力、分工协作是GIS系统成功建设的重要保证。,GIS组成,GIS功能,数据采集与编辑功能GIS的核心是一个地理数据库,所以建立GIS的第一步是将地面的实体图形数据和描述它的属性数据输入到数据库中,即数据采集.为了消除数据采集的错误,需要对图形及文本数据进行编辑和修改.属性数据编辑与分析属性数据比较规范,适应于表格表示,所以许多地理信息系统都采用关系数据库管理系统管理. 通常的关系数据库管理系统(RDBMS)都为用户提供了一套功能很强的数据编辑和数据库查询语言,即S
7、QL,系统设计人员可据此建立友好的用户见界面,以方便用户对属性数据的输入、编辑与查询. 除文件管理功能外, 属性数据库管理模块的主要功能之一是用户定义各类地物的属性数据结构. 由于GIS中各类地物的属性不同, 描述他们的属性项及值域亦不同, 所以系统应提供用户自定义数据结构的功能,系统还应提供修改结构的功能,以及提供拷贝结构、删除结构、合并结构等功能.,GIS功能,制图功能GIS是一个功能极强的数字化制图系统。然而计算机制图需要涉及计算机的外围设备,各种绘图仪的接口软件和绘图指令不尽相同,所以GIS中计算机绘图的功能软件并不简单,ARC/INFO的制图软件包具有上百条命令,它需要设置绘图仪的种
8、类,绘图比例尺,确定绘图原点和绘图大小等. 一个功能强的制图软件包还具有地图综合,分色排版的功能. 根据GIS的数据结构及绘图仪的类型,用户可获得矢量地图或栅格地图. 地理信息系统不仅可以为用户输出全要素地图, 而且可以根据用户需要分层输出各种专题地图,如行政区划图、土壤利用图、道路交通图、等高线图等等. 还可以通过空间分析得到一些特殊的地学分析用图,如坡度图、坡向图剖面图等等.,GIS功能,空间数据库管理功能地理对象通过数据采集与编辑后，形成庞大的地理数据集。对此需要利用数据库管理系统来进行管理。GIS一般都装配有地理数据库，其功效类似对图书馆的图书进行编目，分类存放，以便于管理人员或读者快
9、速查找所需的图书。其基本功能包括：1.数据库定义 2.数据库的建立与维护 3.数据库操作 4.通讯功能空间分析功能通过空间查询与空间分析得出决策结论，是GIS的出发点和归宿。在GIS中这属于专业性，高层次的功能。与制图和数据库组织不同，空间分析很少能够规范化，这是一个复杂的处理过程，需要懂得如何应用GIS目标之间的内在空间联系并结合各自的数学模型和理论来制定规划和决策。由于它的复杂性，目前的GIS在这方面的功能总的来说是比较低下的。典型的空间分析有：拓扑空间查询空间目标之间的拓扑关系有两类,一种是几何元素的节点、弧段和面块之间的关联关系,用以描述和表达几何要素间的拓扑数据结构,另一种是GIS中
10、地物之间的空间拓扑关系,这种关系可以通过关联关系和位置关系隐含表达,用户需通过特殊的方法进行查询.,GIS功能,缓冲区分析缓冲区分析是根据数据库的点、线、面实体,自动建立其周围一定宽度范围的缓冲区多边形,它是地理信息系统重要的和基本的空间分析功能之一.叠置分析将同一地区,同一比例尺的两组或更多的多边形要素的数据文件进行叠置,根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形或进行多边形范围的属性特征的统计分析.空间集合分析空间集合分析是按照两个逻辑子集给定的条件进行逻辑交运算、逻辑并运算、逻辑差运算。,GIS功能,地学分析地理信息系统除有以上基本功能外,还提供一些专业性较强的应用分析模块,如网
11、络分析模块,它能够用来进行最佳路径分析,以及追踪某一污染源流经的排水管道等等.土地适应性分析可以用来评价和分析各种开发活动包括农业应用、城市建设、农作物布局、道路选线等,优选出最佳方案,为土地规划提供参考意见.发展预测分析可以根据GIS中存储的丰富信息,运用科学的分析方法,预测某一事物如人口、资源、环境、粮食产量等,及今后的可能发展趋势,并给出评价和估计,以调节控制计划或行动.另外,利用地理信息系统还可以进行最佳位址的选择,新修公路的最佳路线选择,辅助决策分析和地学模拟分析等等.,GIS功能,数字高程模型的建立数字高程模型有三种主要的形式，包括格网DEM、不规则三角网（TIN），以及由两者混合
12、组成的DEM。格网DEM数据简单，便于管理，但因格网高程是原始采样点的派生值，内插过程将损失高程精度，仅适合于中小比例尺DEM的构建。TIN直接利用原始高程取样点重建表面，它能充分利用地貌特征点、线，较好地表达复杂的地形，但TIN存储量大，不便于大规模规范管理，并难以与GIS的图形矢量数据或栅格数据以及遥感影像数据进行联合分析应用。所以一般的GIS都提供了两种数字高程模型的软件包，用户可以根据需要进行选择。地形分析：包括等高线分析，透视图分析，坡度坡向分析，断面图分析及地形表面面积和挖填方体积计算。最佳路径分析，追踪污染源流分析，农业布局合理性分析，城市布局合理性分析，道路选线分析等。,GIS
13、相关技术,桌面制图桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的主要目的是产生地图：地图就是数据库。大多数桌面制图系统只有及其有限的数据管理、空间分析以及个性化能力。桌面制图系统在桌面计算机上进行操作，例如PC机，Mac以及小型UNIX工作站。计算机辅助设计CAD计算机辅助设计(CAD)系统促进了产生建筑物和基本建设的设计和规划。这种设计需要装配固有特征的组件来产生整个结构。这些系统需要一些规则来指明如何装配这些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系统已经扩展可以支持地图设计，但管理和分析大型的地理数据库的工具很有限。,GIS相关技术,遥感和GPS遥感是一门使用传感器对地球进行测量的科学
14、和技术，例如，飞机上的照相机，全球定位系统（GPS）接收器，或其他设备。这些传感器以图象的格式收集数据，并为利用、分析和可视化这些图象提供专门的功能。由于它缺乏强大的地理数据管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。GIS与 GPS(全球定位系统)、 RS (遥感系统)合称3S系统。 投影系统，坐标系统与转换投影是制作地图的基础部分，它是从地球的一种模型中转换信息的数学方法，它将三维的弯曲表面转换成二维的媒介（比如纸或电脑屏幕）。不同类型的地图要采用不同的投影投影系统，因为每种投影系统有其自身的合适的用途。比如一种可以精确反映大陆形状的投影会歪曲大陆的相对尺寸。GIS中的地图数据必须能被操作以
15、使其与从其它地图获得的数据对齐或相配合。在数字数据被分析前，它们可能得经过其它一些将它们整合进GIS的处理，比如，投影与坐标变换。 地球可以用多种模型来表示，对于地球表面上的任一给定点，各个模型都可能给出一套不同的坐标（如纬度，经度，海拔）。最简单的模型是假定地球是一个理想的球体。随着地球的更多测量逐渐累积，地球的模型也变得越来越复杂，越来越精确。事实上，有些模型应用于地球的不同区域以提供更高的精确度 （如北美坐标系统，1983-NAD83-只适合在美国使用，而在欧洲却不适用）,GIS相关技术,数据库管理系统数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其中包括地理数据。DBMS使存储和
16、查找数据最优化，许多GIS为此而依靠它。相对于GIS而言，它们没有分析和可视化的工具。,GIS应用,地理信息系统广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。 资源管理 主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。 资源配置 在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大
17、效益。 城市规划和管理空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等。 土地信息系统和地籍管理 土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。,GIS应用, 生态、环境管理与模拟 区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。 应急响应 解决在发生洪水、战争、核事故等重大
18、自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。 地学研究与应用 地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完成。 商业与市场 商业设施的建立充分考虑其市场潜力。例如大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构(年 龄构成、性别构成、文化水平)、消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析
19、。,GIS应用, 基础设施管理城市的地上地下基础设施(电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、 电力设施等)广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特征的。它们的管理、统计、汇总都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。 选址分析 根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的空间分析功能。 网络分析 建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、进行交通规则、处理地下管线突发事件(爆管、断路)等应急处理。 警务和医疗救护的路径优选、车辆导航等也是
20、GIS网络分析应用的实例。 可视化应用 以数字地形模型为基础，建立城市、区域、或大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。,GIS应用, 分布式地理信息应用 随着网络和Internet技术的发展，运行于Intranet或Internet环境下的地理信息系统应用类型，其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程空间导航等。,GIS软件,国外的：AutoCAD Map3dArcGIS（包括ArcGIS, MapObjects, ArcIMS、ArcSDE、ArcEngine、ArcServer等） Map
21、Info 国内的： MapGISSuperMapGeoStar,Web GIS介绍,WebGIS概述：WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。是一个交互式的、分布式的、动态的地理信息系统，是由多个主机、多个数据库的无线终端，并由客户机与服务器（HTTP服务器及应用服务器）相连所组成的。GIS通过WWW功能得以扩展，真正成为一种大众使用的工具。从WWW的任意一个节点，Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析，从而使GIS进入千家万户。 2. WebGIS具有以下特点：(1)全球化的客户/服务器应用 全球范围内任意一个W
22、WW节点的Internet用户都可以访问WebGIS服务器提供的各种GIS服务，甚至还可以进行全球范围内的GIS数据更新。(2)真正大众化的GIS 由于Internet的爆炸性发展，Web服务正在进入千家万户，WebGIS给更多用户提供了使用GIS的机会。WebGIS可以使用通用浏览器进行浏览、查询，额外的插件(plug-in)、ActiveX控件和Java Applet通常都是免费的，降低了终端用户的经济和技术负担，很大程度上扩大了GIS的潜在用户范围。而以往的GIS由于成本高和技术难度大，往往成为少数专家拥有的专业工具，很难推广。,Web GIS介绍,(3)良好的可扩展性 WebGIS很容
23、易跟Web中的其他信息服务进行无缝集成，可以建立灵活多变的GIS应用。 (4)跨平台特性 在WebGIS以前，尽管一些厂商为不同的操作系统(如：Windows、UNIX)分别提供了相应的GIS软件版本，但是没有一个GIS软件真正具有跨平台的特性。而基于Java的WebGIS可以做到“一次编成，到处运行 (write once, run anywhere)” ，把跨平台的特点发挥得淋漓尽致。 3. 瓦片地图（地图缓存）瓦片地图金字塔模型是一种多分辨率层次模型，从瓦片金字塔的底层到顶层，分辨率越来越低，但表示的地理范围不变。首先确定地图服务平台所要提供的缩放级别的数量N，把缩放级别最低、地图比例尺
24、最大的地图图片作为金字塔的底层，即第0层，并对其进行分块，从地图图片的左上角开始，从左至右、从上到下进行切割，分割成相同大小(比如256x256像素)的正方形地图瓦片，形成第0层瓦片矩阵;在第O层地图图片的基础上，按每2x2像素合成为一个像素的方法生成第1层地图图片，并对其进行分块，分割成与下一层相同大小的正方形地图瓦片，形成第1层瓦片矩阵;采用同样的方法生成第2层瓦片矩阵;如此下去，直到第N一1层，构成整个瓦片金字塔。,Web GIS介绍,Web GIS介绍,3. OGCOGCOpen GIS Consortium开放地理信息联盟，是一个非盈利的志愿的国际标准化组织，引领着空间地理信息标准及
25、定位基本服务的发展。目前在空间数据互操作领域，基于公共接口访问模式的互操作方法是一种基本的操作方法。通过国际标准化组织（ISO/TC211）或技术联盟（如OGC）制定空间数据互操作的接口规范，GIS软件商开发遵循这一接口规范的空间数据的读写函数，可以实现异构空间数据库的互操作。基于http（Web）XML的空间数据互操作是一个很热门的研究方向，主要涉及Web Service的相关技术。OGC和ISO/TC211共同推出了基于Web服务（XML）的空间数据互操作实现规范Web Map Service，Web Feature Service，Web Coverage Service以及用于空间数据
26、传输与转换的地理信息标记语言GML。OGC提出了一个能无缝集成各种在线空间处理和位置服务的框架即OWS(OGC Web Service)，使得分布式空间处理系统能够通过XML和HTTP技术进行交互，并为各种在线空间数据资源、来自传感器的信息、空间处理服务和位置服务，基于Web的发现、访问、集成、分析、利用和可视化提供互操作框架。,Web GIS介绍,Web地图服务Web地图服务（WMS）利用具有地理空间位置信息的数据制作地图。其中将地图定义为地理数据可视的表现。Web要素服务Web地图服务返回的是图层级的地图影像，Web要素服务（WFS）返回的是要素级的GML编码，并提供对要素的增加、修改、删除等事务操作，是对Web地图服务的进一步深入。OGC Web要素服务允许客户端从多个Web要素服务中取得使用地理标记语言（GML）编码的地理空间数据。Web覆盖服务Web覆盖服务（WCS）面向空间影像数据，它将包含地理位置值的地理空间数据作为“覆盖（coverage）”在网上相互交换。以上三个规范既可以做为Web服务的空间数据服务规范，又可以做为空间数据的互操作实现规范。只要某一个GIS软件支持这个接口，部署在本地服务器上，其他GIS软件就可以通过这个接口得到所需要的数据。,Web GIS介绍,谢谢！,
