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,1,什么是GIS？,2,我們的地球,3,,不同視角地球,一、背景：生活的地球,4,,不同視角地球,一、背景：生活的地球,5,,不同視角地球,一、背景：生活的地球,6,,不同視角地球,一、背景：生活的地球,7,,不同視角地球,一、背景：生活的地球,8,,,一、背景：生活的地球,9,地理信息系統(tǒng),10,身邊的GIS,11,12,13,14,15,三維GIS—都市圈,,16,全景GIS,17,Googleearth,太空看地球！,18,你是否需要尋找一份能將地球、空間和高科技之間的興趣結合在一起的21世紀職業(yè)？如果是的話，請登入美國勞工部網站，了解關于地理空間行業(yè)的信息。 從2008年5月起，地理空間技術被美國勞工部列為三大新興產業(yè)之一，與其并列的是納米技術和生物技術。,學習本課程有什么用？,,19,GIS能干些什么？,如何使用GIS？,20,第一章 GIS概述,21,內 容,,,GIS相關概念,GIS組成,常用GIS軟件,GIS發(fā)展簡史,地理信息 系統(tǒng)概述,GIS功能,了解GIS,地理信息系統(tǒng)是集地球科學、信息科學與計算機技術為一體的高新技術，目前已廣泛應用于資源管理、環(huán)境監(jiān)測、災害評估、城市與區(qū)域規(guī)劃等眾多領域，成為社會可持續(xù)發(fā)展的有效的輔助決策支持工具。 以一個郊游公園選址項目為例，了解地理信息系統(tǒng)組成及其作用。,公園選址輔助決策,郊游公園選址項目 完成項目需要做哪些工作？ 如何進行選址？ 考慮哪些因素？,資料收集 選址 提交報告 文字報告 圖件報告,交通 占地大小 風景 水 山 植被覆蓋 人文環(huán)境 歷史,郊游公園具體位置的選擇需要滿足一定的要求： 1）依山傍水，地形有一定起伏，必須靠近天然的小河流； 2）交通方便，但周圍環(huán)境較安靜，公園距公路的距離最遠不得超過1.25km，最近不得小于0.25km； 3）空氣新鮮，有一定的植被覆蓋率； 4）等等其它條件；,公園選址輔助決策,公園選址輔助決策,總結： 數據獲取 數據管理 數據處理和分析 方案制作、輸出 地理信息系統(tǒng)是解決空間問題的有效的輔助決策支持工具。目前，地理信息系統(tǒng)還不能完全代替最終決策者。,公園選址輔助決策,,27,整個過程中我們都用到了什么東西？ 數據采集工具 數據（信息） 數據分析工具 打印機,28,一、GIS相關概念,1、數據和信息 數據：對客觀事物的符號表示。數據是指某一目標定性、定量描述的原始資料，包括數字、文字、符號、圖形、圖像以及它們能轉換成的數據等形式。數據是用以載荷信息的物理符號，數據本身并沒有意義。 信息：用文字、數字、符號、語言、圖形、圖象等載體，表示事件、事物、現象等內容、數量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關于現實世界新的事實和知識，作為生產、建設、經營、管理、分析和決策的依據。,可以把數據比作原材料，而信息是對原材料處理的結果。如同一個木匠，在一些工具的幫助下，可以把木材做成有用的家具。同樣，計算機專業(yè)人員應用計算機的硬件和軟件把原始數據轉換成信息。這種轉換過程可用下圖說明。,,29,一、GIS相關概念,2、地理數據和地理信息 地理數據：（Geographic Data）是各種地理特征和現象之間關系的符號化表示。包括空間位置特征、屬性特征及時態(tài)特征三個基本特征部分?？臻g位置數據描述地理實體所在的空間絕對位置以及實體間存在的空間關系的相對位置?？臻g位置可由定義的坐標參照系統(tǒng)描述?？臻g關系可由拓撲關系，如鄰接、關聯、連通、包含、重疊等來描述。 地理信息：除了具有信息的一般特性外，還具有以下獨特特性：空間分布性、數據量大、多維結構和時序特征?？臻g分布性是指地理信息具有空間定位的特點。 【X、Y、Z】,,30,特性： 1）地域性：地理信息屬于空間信息，位置的識別與數據相聯系。 2）多維結構：在二維空間編碼基礎上，實現多專題的第三維信息結構的組合，為地理系統(tǒng)多層次的分析和信息的傳輸與篩選提供方便。 3）時序特征：時空的動態(tài)變化引起地理信息的屬性數據或空間數據的變化。,31,一、GIS相關概念,3、系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng) 系統(tǒng)：有相互聯系、相互依存又相互協調的事物構成的統(tǒng)一體 信息系統(tǒng)：是現代管理與決策工作的重要手段，即具有采集、管理、分析和表達數據能力的系統(tǒng),32,一、GIS相關概念,3、系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng),是以采集、貯存、管理、分析和描述整個或部分地球表面與空間和地理分布有關的數據的空間信息系統(tǒng)。(龔健雅，2001),既是一門描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的新興交叉科學，又是一個以地理空間數據庫為基礎，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間地理信息和動態(tài)地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統(tǒng)。(鄔倫，2002),33,地理信息系統(tǒng)(Geographical Information Systems - GIS)與其它學科關系,34,二、GIS組成,人,,35,硬件系統(tǒng) 由主機、外設和網絡組成，用于存儲、處理、傳輸和顯示空間數據。,二、GIS組成,,,,36,數字化儀,,,,37,掃描儀,,,,38,繪圖儀,GPS,,,,39,GPS,,,,40,,,,,41,42,軟件系統(tǒng) 由系統(tǒng)管理軟件、數據庫軟件和基礎GIS軟件組成，用于執(zhí)行GIS功能的數據采集、存儲、管理、處理、分析、建模和輸出等操作。,二、GIS組成,43,空間數據 由數據庫實體和數據庫管理系統(tǒng)組成，用于空間數據的存儲、管理、查詢、檢索和更新等。,時間數據：時間分辨率 空間數據：空間分辨率 比例尺 誤差 不確定性 專題屬性數據,二、GIS組成,44,用戶界面 由菜單式、命令式或表格式的圖形用戶界面所組成，是用以實現人機對話的工具。,二、GIS組成,45,基本功能 數據采集與編輯 * 數據存儲與管理 * 數據處理和變換 空間分析和統(tǒng)計 * 產品制作與顯示 * 二次開發(fā)和編程,應用功能 資源管理 區(qū)域規(guī)劃 國土監(jiān)測 輔助決策 定位服務 ……,三、GIS功能,46,數據采集與編輯 (重點),編輯： 矢量數據編輯 (Vector Data) 柵格數據編輯 (Raster / Grid / Image Data),采集：,三、GIS功能,47,數據存儲與管理,DBMS：Data Base Management System (數據庫管理系統(tǒng)) 空間數據存儲形式： 點：Point, Node 線：Arc, Line, Polyline 面：Area, Polygon, Region 空間關系：拓撲,DBMS,三、GIS功能,48,數據處理和變換,處理： 弧段、多邊形外接矩形 點、線、面捕捉和判斷 弧段求交 點、弧段、多邊形位置 拓撲關系建立 變換： 空間坐標變換：平移變換、比例變換、反射變換、旋轉變換、幾何糾正、投影變換 結構轉換：柵格轉矢量、矢量轉柵格,三、GIS功能,49,空間分析和統(tǒng)計,空間數據量算： 長度； 面積； 分布中心 空間數據查詢： 基于屬性查詢； 基于空間查詢； 聯合查詢 空間查詢方法： 基于SQL查詢； 基于空間SQL查詢； 基于可視化圖形查詢,三、GIS功能,50,疊置分析(疊加分析/Overlay)：,A∪B A∩B A－B B－A B∈A,基于柵格的疊加分析 基于矢量的疊加分析,三、GIS功能,51,鄰域分析： 緩沖區(qū)分析(Buffer) 泰森多邊形(Thissen Polygon) Voronoi圖，Delauny三角網,空間網絡分析： 網絡圖 路徑分析 定位與配置分析,三、GIS功能,52,地形分析： 數字高程模型(Digital Elevation Model: DEM) 數字地形模型(Digital Terrain Model: DTM) 不規(guī)則三角網(Triangulated Irregular Network: TIN) 數字地形： 坡度 坡向 地表輻照度,空間統(tǒng)計分析： 主成分分析(PCA) 層次分析(Hierachy) 聚類分析(Cluster) 判別分析(Distinguish),三、GIS功能,53,產品制作與顯示,空間信息可視化 地圖 圖像 統(tǒng)計圖表 數字數據 三維可視化 虛擬現實(Virtual Reality: VR) 專題信息、專題地圖 電子地圖,三、GIS功能,54,二次開發(fā)和編程,三、GIS功能,55,四、常用GIS軟件,軟件系統(tǒng) 目前常用GIS軟件系統(tǒng)：,56,五、GIS發(fā)展簡史,(一)萌芽階段 (20世紀60年代之前) 計算機圖形學；圖形顯示器；滾筒式繪圖儀 (二)開拓階段 (20世紀60-70年代) 計算機輔助制圖；地圖綜合；地圖輸出；柵格-矢量轉換； 自動拓撲；圖形和屬性分離；圖幅拼接；數據管理系統(tǒng)； 1971年，投入使用的“加拿大地理信息系統(tǒng)”(CGIS)，被認為是世界上最早大量投入使用的較完善的地理信息系統(tǒng)。,57,五、GIS發(fā)展簡史,(三)鞏固階段 (20世紀70-80年代) 計算機技術飛速發(fā)展；圖形圖像卡；美國森林資源信息系統(tǒng)； USGS；GIRAS；GITAN；IBIS；ELAS (四)突破階段 (20世紀80-90年代) 圖形工作站；PC；柵格數據處理；實體識別；影像增強； 專家分析系統(tǒng)；DBMS；多種形式地圖輸出；國際合作加強； 進入多學科領域；分析、預報、決策功能加強 (五)社會化階段 (20世紀90年代至今) 平臺成熟【國外（ESRI；InterGraph；MapInfo），國內（SuperMap；MapGIS；GeoStar）】 地理信息產業(yè)（交通、水利、氣象、銀行、保險、電力……,春筍發(fā)芽，氣勢磅礴發(fā)展),,,,58,六. GIS技術進展 6.1空間數據庫管理,關系型數據庫+空間數據引擎 SDE，SDX 多尺度海量柵格數據組織與管理 數據分塊、影像金字塔 空間數據倉庫 特征、結構、數據分析和數據挖掘,六. GIS技術進展 6.2GIS體系結構及其軟件,集中式地理信息系統(tǒng)軟件 組件化的地理信息系統(tǒng)軟件 網絡地理信息系統(tǒng) 網格地理信息系統(tǒng) 時態(tài)GIS平臺,8. GIS發(fā)展展望,GIS集成化和智能化發(fā)展趨勢 圖形數據和屬性數據的結合。 GIS與RS的集成 GIS與GPS、RS技術的集成。 GIS與GPS、CCD技術的集成 3S與移動通信的集成 GIS與專家系統(tǒng)（Expert System）的結合。,8. GIS發(fā)展展望,GIS軟件中發(fā)展的熱點 GIS中面向對象技術研究 時空系統(tǒng) 地理信息建模系統(tǒng)（GIMS-Geographic Information Modeling System） 三維地理信息系統(tǒng)的研究,63,五、GIS發(fā)展簡史,GIS的發(fā)展趨勢 GIS網絡化、GIS標準化、數據商業(yè)化 系統(tǒng)專門化、GIS企業(yè)化、GIS全球化 GIS大眾化、開源化,64,課堂總結,地理信息系統(tǒng)概念 地理信息系統(tǒng)組成 地理信息系統(tǒng)功能 常用GIS軟件,作業(yè)1：地區(qū)經濟分析,目的： 讓初學GIS同學對該課程有一個初步、直觀的感受。 情景設置： 一名大學學生需要對比研究黃河流域和長江流域的經濟情況，請利用GIS幫助其分析2011年黃河流域和長江流域的經濟情況（黃河、長江穿越省份的地區(qū)經濟發(fā)展區(qū)域差異情況）。 成果： 實驗分析報告,65,作業(yè)1：地區(qū)經濟分析,提供數據： 中國的行政區(qū)劃圖；長江、黃河水系。 要求： 制圖，簡要分析經濟發(fā)展的空間區(qū)域性。 成果： 實驗分析報告 提交方式：直接提交至網絡教學平臺 時間要求：本周六之前,66,67,結 束,