GIS專業概論 講座二GIS的學科基礎 GIS定義 地理信息系統 簡稱GIS 是本世紀60年代發展起來的一門融計算機技術 測繪科學 遙感 應用數學 信息科學 地球科學于一身的綜合和集成的信息技術 為采集 量測 存儲 分析 管理 顯示 傳播和應用與地理和空間有關的數據提供了有效的手段 GIS學科特點 工具學科特征是指GIS作為一種信息技術為人們提供了解決空間問題的工具與思路 GIS工具可應用于與空間問題相關的諸多領域 這就要求GIS專業人才有意識并且有能力利用GIS工具解決問題 工程學科特征是指在GIS應用系統開發 二次開發的過程中 需要考慮軟件開發方法 軟件質量管理 軟件工程項目管理等諸多問題 而GIS應用系統開發 二次開發是當前GIS社會需求的重要組成部分橫斷學科特征是指GIS融合了計算機科學 數學 地球科學 環境科學 空間科學 信息科學 管理科學 測繪學與遙感學等學科知識 已逐漸發展為地理信息科學 Geoinformatics 學科體系 地理信息系統與其它相關學科系統間的關系 GIS與地圖學GIS是以地圖數據庫 主要來自地圖 為基礎最終產品之一也是地圖GIS是地圖學理論 方法與功能的延伸地圖學強調圖形信息傳輸GIS則強調空間數據處理與分析 GIS與一般事務數據庫數據庫技術具有很好的管理 分析和處理數據的功能數據庫技術是GIS的主要支撐技術之一GIS屬性數據庫部分相當于一般數據庫GIS數據庫比一般數據庫結構要復雜得多GIS與計算機地圖制圖計算機地圖制圖系統強調的是圖形表示GIS既注重實體的空間分布又強調它們的顯示方法 可綜合圖形和屬性的數據進行深層次的空間分析數字地圖是GIS的數據源 也是GIS表達形式 GIS與計算機輔助設計 CAD 共同點 都有空間坐標都能把目標和參考系統聯系起來都能描述圖形數據的拓撲關系都能處理非圖形屬性數據區別 CAD處理的多為規則幾何圖形及其組合 它的圖形功能尤其是三維圖形功能極強 屬性庫功能相對要弱 采用的一般是幾何坐標系GIS處理的多為自然目標 因而圖形處理的難度大 GIS的屬性庫內容結構復雜 功能強大 圖形屬性的相互作用十分頻繁 且多具有專業化特征 GIS采用的多是大地坐標 必須有較強的多層次空間疊置分析功能 GIS的數據量大 數據輸入方式多樣化 所用的數據分析方法具有專業化特征目前 GIS與CAD仍有不同的側重和特長 但它們主流技術之間的融合仍在不斷擴展之中 GIS學科基礎 計算機科學 計算機基礎及其應用 測繪科學 測量 地圖制圖 遙感 航測 地理學信息科學 信息管理 加工 應用 龔健雅 地理信息系統基礎 北京 科學出版社 2001陳述彭等 地理信息系統導論 北京 科學出版社 2000郭達志等 地理信息系統基礎與應用 北京 煤炭工業出版社 1997張超等 地理信息系統實習教程 北京 高等教育出版社 2000吳信才等 地理信息系統原理與方法 北京 電子工業出版社 2002 參考書目 主要網站 城市土地利用信息系統 電信資源管理 鐵路地理信息系統 公安警用地理信息系統 屬性查詢 查詢 專題圖 作戰指揮 地圖切換 醫療機構信息查詢 地理是一門充滿詩意的學科 坐地日行八萬里 巡天遙看一千河 毛澤東 送瘟神 人間四月芳菲盡 山寺桃花始盛開 白居易 大林寺桃花 早穿皮襖午穿紗 圍著火爐吃西瓜 一場春雨一場暖 一場秋雨一場寒 天無三日晴 地無三尺平 落紅不是無情物 化作春泥更護花 龔自珍 己亥雜詩 水圈 巖石圈 地理學 是一門研究地球表層由巖石圈 大氣圈 生物圈 水圈 土壤圈相互作用組成的巨系統的科學 NO 1 什么是地理 錢學森 地理科學獨立于自然科學與社會科學之外 地理學的特點 區域性 綜合性 宏觀性 NO 2 地理 生活中無處不在 衣 圖片所示是我國哪個民族的服飾 與紹興有何不同 為什么 六月暑天猶著棉終年多半是寒天 白天束帶為衣夜間解帶當被 阿拉法特 伊朗女足 衣 衣著特征明顯的阿拉伯人 食 湖南人不怕辣 貴州人辣不怕 四川人怕不辣 住 行 處處樓前飄管吹家家門外泊舟航 南船北馬 坐飛機去紐約需要越過太平洋嗎 行 觀測技術 傳統野外調查 3S技術 RS GIS GPS 分析與解釋技術 分類 空間統計分析 對比分析等 表達技術 描述 地圖 地理信息系統 地理可視化等 NO 3地理學怎么做 臺風圣帕 去年第9號臺風 圣帕 19日2時在惠安崇武鎮登陸 登陸時近中心最大風速33米 秒 風力12級 截至8月21日18時統計 9號臺風 圣帕 已造成福建 浙江 江西 湖南4省36人死亡 9人失蹤 緊急轉移安置137 3人 RS衛星云圖 車載GPS 地震能預報嗎 地理學的發展階段 地理學在中國戰國前后的古希臘 古羅馬時代開始萌芽 至今已有2000多年的發展歷史 地理學的發展可劃分為三個基本階段 古代地理學 以記載地理知識為主體 近代地理學 對各種地理現象進行條理化歸納 并對它們之間的關系進行解釋性描述 現代地理學 采用定性與定量相結合的方法 規范研究與實證研究并舉 解釋各種地理現象的內在機制并預測其未來演變 地理學與數學的不解之緣 古代地理學和近代地理學中的數學方法限于定量地描述 記載和解釋 現代地理學中運用數學方法 是為了深入地進行定量化研究 揭示地理現象發生 發展的內在機制及運動規律 從而為地理系統的預測及優化調控提供科學依據 一 現代地理學發展史上的計量運動 近代地理學有3種主要學派 區域學派 代表人物是赫特納 A Hettner 哈特向 R Hartshorne 人地關系學派 代表人物是洪堡 AlexanderVonHumboldt 李特爾 KarlRitter 李希霍芬 F Richthofen 等 景觀學派 代表人物是施呂特爾 O Schl ter 等 計量運動的萌芽 德籍旅美地理學家舍弗爾 F K Schaefer 1953年發表了一篇題為 地理學中的例外論 的文章 抨擊了哈特向的地域獨特主義觀點 即 例外主義 觀點 他認為 地理學應該是解釋現象 而不應該是羅列現象 解釋現象必須有法則 應該把地理現象看成是法則的實例 地理學的目的應該與其他科學有相似之處 都是追求 探索法則的 舍弗爾等人對區域學派的批評與否定 拉開了現代地理學發展史上的計量運動的帷幕 早期計量運動的三種學派 計量運動主要是由美國地理學家發起的 形成了3大學派 艾奧瓦的經濟派 代表人物是舍弗爾 麥卡爾蒂 受杜能 廖什 克里斯塔勒等區位論學者影響很深 極力倡導建立地理學法則 著重探討經濟區位現象間相互內在聯系及其組合類型 威斯康星的統計派 代表人物是威弗爾 羅賓遜 東坎和仇佐里 以經典著作 統計地理學 為代表作 主要特征是發展和應用統計分析方法 普林斯頓的社會物理學派 代表人物是司徒瓦特 J Q Stewart 該派把物理學原理應用于社會現象的研究之中 發展了理論地理學中的引力模型 位勢模型 空間相互作用模式 計量運動的飛速發展 加里森 W L Garrison 及其領導的華盛頓小組首次把地理學的理論和方法建立在定量的基礎上 編寫了第一本 計量地理學 教材 率先在華盛頓大學舉辦了地理計量方法研討班 培養了大批現代地理學名家 美國區域科學協會組織了大量的學術活動 編輯出版了 區域科學年鑒 成為美國計量運動的源地之一 瑞典學者哈格斯特朗積極組織瑞典和美國的地理學家交流學術思想 大大促進了計量運動向全世界的擴散 計量運動中涌現的著名學派 組織和學術刊物 英國以喬萊 R J Chorley 哈格特 P Haggett 和哈威 D Harvey 等為代表的劍橋學派 1964年國際地理學聯合會 IGU 設立的地理計量學方法委員會 1967年英國地理學會設立的地理教學采用模型和計量技術委員會 1968年日本成立的計量地理學研究委員會 1973年又改稱理論 計量地理學委員會 1963年英國出版的 地理學計量資料雜志 和1969年美國出版的 地理分析 國際理論地理學 雜志 二 計量地理學的發展階段 第一階段 20世紀50年代末期到60年代末期 把統計學方法引入地理學研究領域 構造一系列統計量來定量地描述地理要素的分布特征 應用各種概率分布函數 方差等簡單的統計特征回歸分析方法 分布中心 區域形狀 地理要素分布的集中和離散程度等都有了定量指標 許多地理要素間的相關關系 也可以進行定量地表示 第二階段 20世紀60年代末期到70年代末期 多元統計分析方法和電子計算機技術在地理學研究中廣泛應用 以電子計算機技術為手段 許多地理學家熟練地掌握了多元統計方法 具備了分析多因素 復雜結構和動態特征等復雜地理問題的能力 第三階段 20世紀70年代末期開始到80年代末期 系統理論 系統分析方法 系統優化方法 系統調控方法等被引進地理學研究領域 促進了運籌學中的規劃方法 決策方法 網絡分析方法 以及數學物理方法 模糊數學方法 分形幾何學方法 非線性分析方法等一系列現代數學方法的形成 同時GIS技術的發展為其提供了先進的技術手段支持 第四階段 20世紀90年代初至今 按照英國著名地理學家 里茲大學S 奧彭肖 S Openshaw 教授的提法 90年代初進入計算地理學 GeocomputationalGeography 時代 得益于計算機技術與計算理論和方法的巨大發展和3S技術在獲取大容量 整體性地理數據信息中的成功應用 以向量或并行處理器為基礎的超級計算機為工具 對 整體 大容量 資料所表征的地理問題實施高性能計算 探索構筑新的地理學理論和應用模型 除繼續應用20世紀80年代中葉以來在地理學模型研究中成功引入的突變 自組織 混沌 分支 分形等模型外 地理計算學又成功地引入了 神經網絡 neuralnetwork 遺傳算法模型 geneticprogramming 細胞自動模型 cellarautomata 模式參數隨機取樣模型 randomsamplingofmodelparameter 模糊邏輯模型 fuzzylogic 改進了的地理加權回歸 geographicallyweightedregression 三 計量地理學在中國的發展 20世紀50年代末 一些大學開設運籌學課程 地理學報 等刊物上開始出現運用有關數學方法研究地理問題的論文 70年代末80年代初 計量地理學正式起步 1980年5月 計量地理學 被部分綜合大學和師范院校地理系列為專業課 中國地理學會于1983年召開數量地理研討會 1984年和1985年 正式出版了教材 計量地理學概論 林炳耀 和 計量地理學基礎 張超 楊秉庚 20世紀80年代后期以來 地理數學方法的應用與系統科學 系統分析方法以及GIS技術有機地結合起來 測繪科學 測量學 一 測量學定義測量科學是以地球的形狀 大小 地球重力場 地球表面的地形 地貌及地物的幾何形狀和其空間位置為研究對象 并將地球表面的地形及其它信息測繪于圖紙上 以便各行各業的使用的理論與技術的學科 二 測量學的任務 1 測定 把地面上的地物地貌測繪到地形圖上 2 測設 把圖紙上的設計放樣到地面 三 測量學的分類 大地測量學 主要是研究地球的形狀及大小 地球重力場 地球板塊的運動 地球表面點的幾何位置及其變化的科學 工程測量學 主要是研究在工程施工和資源開發利用中的勘測設計 建設施工 竣工驗收 生產運營 變形監測及災害預報等方面測繪理論與技術 攝影測量學 是研究影象及遙感信息與被測物體之間內在的幾何和物理關系 并進行分析 處理和解譯 以確定被測物體的形狀 大小 性質及空間位置的一門學科 地形測量學 主要研究地球表面局部區域的測繪理論 技術 方法及應用 它是將局部區域地球球面近似的當作平面 無需顧及地球曲率的影響 對地球表面的地物及地貌進行測繪 因此 又稱為普通測量學 海洋測繪學 是以海洋水體及海底地形為對象 它是研究海洋定位 測定海洋大地水準面及平均海平面 海面及海底地形 海洋重力及磁力等自然及社會信息的地理分布 并編制成各種海圖的理論與技術的學科 地圖制圖學 研究地圖制圖的理論和方法 一 測量學的目的掌握測量學的基礎知識及理論 具有使用常規測量儀器的基本技能 在學習大比例尺測圖的基本原理 方法及技能的基礎上 掌握利用GPS測量技術及全站儀進行數字測圖的整個過程 并能利用測量的基本理論 方法及技能對測量數據進行正確處理 掌握基本的施工測量方法及過程 不但能在一般工程建設規劃 設計和施工中正確使用測繪成果 并能使用測量儀器進行一般工程的施工放樣工作 二 學習測量學要求要求學生在掌握基本理論及方法的基礎上 應具備動手操作測量儀器的技能 通過實習可以培養學生分析問題和解決問題的能力 并為利用所學理論與技能解決相關問題打下堅實的基礎 測量學目的及要求 測量學發展及現狀 科學的產生和發展是由生產決定的 測繪科學技術也不例外 隨著現代技術的飛速發展 測量技術也得到了很大的發展 一 國內測量學發展我國是世界四大文明古國之一 測繪科學技術有著悠久的歷史 從夏禹治水的簡單測量儀器到現代的GPS技術 伽利略計劃都顯示了我國測量技術的的迅速發展過程 二 國外測量學發展國外測量技術同樣在其它相關學科技術的發展過程中得到了迅速的發展 測繪工作十分精細嚴謹 其測繪成果 成圖質量的優劣將直接對