1、地理信息系统原理,主讲教师: 孔金玲 教授,第一章 绪 论,什么是GIS？ GIS有何用途？地理信息系统（简称GIS , 为Geographic Information System的英文缩写）是在计算机硬件、软件系统支持下，对关于现实世界（资源与环境）的各类空间数据及描述其空间特性的属性数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，它作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。,第一章 绪 论,The purpose of GISAn urban planner might like to f
2、ind out about the urban fringe （边缘） growth in her/his city, and quantify the population growth that some suburbs are witnessing. She/he might also like to understand why it is these suburbs and not others;A biologist might be interested in the impact of slash-and-burn practices on the populations of
3、 amphibian（两栖动物） species in the forests of a mountain range to obtain a better understanding of the involved long-term threats to those populations;A natural hazard analyst might like to identify the high-risk areas of annual monsoon（季风）-related flooding by looking at rainfall patterns and terrain c
4、haracteristics;A geological engineer might want to identify the best localities for constructing buildings in an area with regular earthquakes by looking at rock formation characteristics;,第一章 绪 论,The purpose of GISA mining engineer could be interested in determining which prospective copper mines a
5、re best fit for future exploration, taking into account parameters such as extent, depth and quality of the ore body, amongst others;A geoinformatics engineer hired by a telecommunication company may want to determine the best sites for the companys relay stations（中继站）, taking into account various c
6、ost factors such as land prices, undulation（起伏） of the terrain et cetera;A forest manager might want to optimize timber production using data on soil and current tree stand distributions, in the presence of a number of operational constraints, such as the requirement to preserve tree diversity （维持树木
7、的多样性）;A hydrological engineer might want to study a number of water quality parameters of different sites in a freshwater lake to improve her/his understanding of the current distribution of Typha reed（芦苇） beds, and why it differs so much from that of a decade ago.,地理信息系统的应用,铁路调度与管理 电力资源管理 土地利用规划 公安
8、应急 水资源分析与评价,第一章 绪 论,第一章 绪 论,The purpose of GISThe fundamental problem that we face in many uses of GIS is that of understanding phenomena that have (a) a geographic dimension, as well as (b) a temporal dimension. We are facing spatial-temporal problems. This means that out object of study has differ
9、ent characteristics for different locations( the geographic dimension) and that it has different characteristics for different moments in time( the temporal dimension).,第一章 绪 论,主要内容：1 地理信息系统的发展过程（历史） 2 地理信息系统的基本概念3 地理信息系统的研究内容4 地理信息系统与其它学科的关系,第一章 绪 论,1 地理信息系统的发展过程（历史） 国外GIS的发展：60年代的起始发展阶段70年代的巩固发展阶段
10、80年代以后的大发展阶段90年代以后的普及发展阶段国内GIS的发展：1978年1980年：准备阶段1981年1985年：起步阶段1986年现在：发展阶段,第一章 绪 论,1 地理信息系统的发展过程（历史） 国外GIS的发展：1956年，奥地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库，随后各国的土地测绘和管理部门都逐步发展土地信息系统（LIS）用于地籍管理。1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并于1971年建立了世界上第一个GIS加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理和规划。稍后，美国哈佛大学研究出SYMAP系统软件。由于当时计算机水
11、平的限制，使得GIS带有更多的机助制图色彩，地学分析功能极为简单。与此同时，国外许多与GIS有关的组织和机构纷纷建立，例如，美国1966年成立了城市和区域信息系统协会（URISA），1969年又建立起州信息系统全国协会（NASIS）；国际地理联合会（IGU）于1968年设立了地理数据收集和处理委员会（CGDSP）。这些组织和机构的建立为传播GIS知识，发展GIS技术起了重要的推动作用。,第一章 绪 论,1 地理信息系统的发展过程（历史） 地理信息系统发展的四个阶段 60年代起源于北美：加拿大国家土地调查局为了处理大量的土地调查资料，于60年代开始建立地理信息系统（CGIS），于70年代初投入产
12、品生产；同一时期的美国哈佛大学的计算机图形与空间分析实验室，建立通用的制图软件包，竭力发展空间分析模型和软件。 70年代是GIS发展的巩固阶段：美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对地理信息系统的研究均投入了大量的人力、物力、财力，研究不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。 80年代为地理信息系统的大发展阶段：计算机的迅速发展和普及，地理信息系统也逐步走向成熟，并在全世界范围内全面地推向应用阶段。 90年代至今为地理信息系统的应用普及时代 ：由于计算机的软硬件均得到飞速的发展，网络已进入千家万户，地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上由于受
13、地理信息系统影响而改变了现有机构的运行方式、设置与工作计划等。从美国的 “国家信息基础设施：行动计划（National Information Infrastructure ,简称NII）” 建设到数字地球的提出，由“数字地球”细化到 “数字区域”、“数字城市” 、“数字小区”直到“企业信息化”、“电子商务”、“数字通讯”、“虚拟现实”等众多的信息化领域的工作已全面铺开。,第一章 绪 论,1 地理信息系统的发展过程（历史） GIS在我国的发展 准备阶段：1978年到1980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。 起步阶段：1981年到 1985年，理论探索和区域性实验
14、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：1986年到90年代。地理信息系统的研究被列入我国“七 五”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，并取得了重要进 展和实际应用效益。 快速发展阶段： 90年代末到现在。理论日趋成熟，应用日益广泛，三维GIS、WEBGIS走向应用，GIS市场开始形成。,第一章 绪 论,2 地理信息系统的基本概念（1）信息（Information）狭义信息论将信息定义为: 为人们获得信息前后对事物认识的差别； 广义信息论将信息定义为: 信息是指主体(人、生物和机器)与外部客体 (环境、其它人、生物和机器)之间相互联系的一种形
15、式。是主体和客体之间一切有用的消息和知识，是表征事物特征的一种普遍形式。 本书定义：信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质对事件、事物、现象等的内容、数量或特征的表示。,第一章 绪 论,2 地理信息系统的基本概念 信息的特点：信息的客观性：与客观事物紧密相联系的； 信息的适用性：信息对决策是十分重要的； 信息的传输性：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设备(包括远程终端)，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传输和交换。 信息的共享性：信息与实物不同，它可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。信息的这些特点，使信息成为当
16、代社会发展的一项重要资源。,第一章 绪 论,2 地理信息系统的基本概念数据与信息是密切相关的两个概念，但两者之间有着质的区别，数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。 数据（Data) ：通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，是用以载荷信息的物理符号，在计算机化的地理信息系统中，数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。数据和信息的关系：数据是一种未加工的原始资料，是一种载存信息的物理符号，是信息的载体和表达；而信息则是数据的内容和解释。,第一章 绪 论,2 地理信息系统的基本概念（2）地理信息（Geo-Information）地理信息：是与研究对象的空间地理
17、分布有关的信息。它表示物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律。地理信息的特征：区域特征（地域性）多维结构特征（多层次性）时序特征（动态变化性）,第一章 绪 论,2 地理信息系统的基本概念（3）系统（System）由若干个相互联系、相互制约的部分（元素）组成的具有特定功能的有机整体。 （4）信息系统（Information System）能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统称为信息系统。信息系统的四大功能：数据的采集、管理、分析和表达。,第一章 绪 论,2 地理信息系统的基本概念（5）地理信息系统（Geographic Information Syst
18、em , GIS ）是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表面（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、分析和描述的技术系统。地理信息系统可简单定义为：用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统。,第一章 绪 论,2 地理信息系统的基本概念（5）地理信息系统（Geographic Information System , 简称GIS ）In a nutshell, we can define a geographic information system as a computerized system th
19、at facilitates the phases of data entry, data management, data analysis and data presentation especially in cases when we are dealing with georeferenced data. According to the definition, a GIS always consists of modules for data capture (input) and preparation, data storage, data analysis, and pres
20、entation (output) of spatial data.,第一章 绪 论,2 地理信息系统的基本概念（5）地理信息系统（Geographic Information System , GIS ）,第一章 绪 论,2 地理信息系统的基本概念 GIS的类型： （1）按研究对象的分布范围分：全球和区域的GIS。 （2）按GIS的功能分：工具型和应用型GIS。 （3）按研究对象的性质和内容分：综合和专题的GIS。 （4）按GIS的数据结构分：矢量型、栅格型和混合型的 GIS。 （5）按研究对象的空间分布特征分：2维、2.5维（假3 维）、3维和4维GIS。,第一章 绪 论,3 地理信息系统
21、的研究内容,第一章 绪 论,4 地理信息系统与其它学科的关系地理信息系统的发展，明显地体现出多学科交叉的特点，这些交叉的学科包括地理学、地图学、摄影测量学、遥感技术、数学和统计科学、计算机科学，以及一切与处理和分析空间数据有关的学科。,第一章 绪 论,4 地理信息系统与其它学科的关系GIS与DBMS（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解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。GIS与MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS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、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。GIS与地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，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，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。GIS与CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。,
