資源環境工程學院地理信息系統概論教學安排第1章導論(2學時)

§1.1地理信息系統的基本概念

§1.2地理信息系統的基本構成

§1.3地理信息系統的功能簡介

§1.4地理信息系統的發展透視

第2章

地理信息系統的數據結構(8學時)

§2.1地理空間及其表達

§2.2地理空間數據及其特征

§2.3空間數據結構的類型

§2.4空間數據結構的建立

第3章

空間數據的處理(8學時)

§3.1空間數據的坐標變換

§3.2空間數據結構的轉換

§3.3多源空間數據的融合

§3.4空間數據的壓縮與綜合

§3.5空間數據的內插方法

§3.6圖幅數據邊沿匹配處理第4章

地理信息系統空間數據庫(8學時)

§4.1空間數據庫概述

§4.2-4空間數據庫概念，邏輯，物理模型設計

§4.5-8空間數據查詢，索引，元數據，空間數據引擎

§4.9GIS空間時態數據庫第5章空間分析的原理與方法(6學時)

§5.1數字地面模型分析

§5.2空間疊合分析

§5.3空間臨近度分析

§5.4空間網絡分析補充：緩沖區分析，空間統計分析

第6章地理信息系統的應用模型(8學時)

§6.1GIS應用模型概述

§6.2適宜性分析模型

§6.3發展預測模型

§6.4位址選擇模型

§6.5交通規劃模型

§6.6地學模擬模型

§6.7專家系統概述第7章地理信息系統的設計與評價(2學時)

§7.1GIS設計概述

§7.2地理信息系統的設計

§7.3地理信息的標準化

§7.4地理信息系統的評價第8章地理信息系統產品的輸出設計(2學時)

§8.1地理信息系統產品的輸出形式

§8.2地理信息系統圖形輸出系統設計

§8.3地理信息系統的可視化與虛擬現實

各章節聯系什么是GIS？GIS能作什么？

如何實現？第一章：GIS概念,與相關學科關系,GIS組成,GIS的功能與應用等第二至八章：GIS數據結構、數據輸入、數據處理、數據管理和空間分析等實驗教學以MapGIS為主要平臺分組進行全班每人一組，定機定人定任務成果成果各人自存，按時提交；成果包括每次的實習內容、實習報告及實驗操作測評1、MAPGIS軟件安裝和運行環境配置2、MAPGIS文件和工程管理3、空間數據掃描矢量化采集輸入4、圖形編輯5、圖形剪裁6、圖形輸出7、MapGIS庫管理8、緩沖區分析9、數字高程模型建立與應用10、電子沙盤制作9、補充：投影變換MapGIS實驗教學項目本實驗按實驗項目進行，根據情況適當增加實驗項目鄔倫等.地理信息系統-原理、方法和應用.北京：科學出版社，2001Kang-tsungChang.地理信息系統導論.北京：科學出版社，2003宋小冬等.地理信息系統實習教程.北京：科學出版社，2004湯國安等.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程.北京：科學出版社，2006黨安榮等.ArcGIS8Desktop地理信息系統應用指南.北京：清華大學出版社，2003參考書目返回第一章緒論GIS基本概念GIS的形成和發展GIS的基本組成和功能GIS的應用領域本章主要內容教學要求掌握GIS基本概念:了解GIS的形成和發展掌握GIS的基本組成和功能了解GIS的應用領域第一節GIS基本概念1.數據（Data）-通過數字化或直接記錄下來的可以被識別的符號（如文字、數字、符號、語言、圖像等）,是一種未加工的原始材料。一、數據與信息2.信息(Information)—是用文字、數字、符號、語言、圖像等介質來表達事件、事物、現象等的內容、數量或特征。具有客觀性、適用性、可傳輸性和共享性。來源于數據,是數據的內涵，是用數據來表達的。

信息的特點客觀性：適用性：傳輸性：共享性：任何信息都是與客觀事物緊密相關的地理信息系統的建立的明確的目的性信息可以在發送者和接收者之間傳輸信息可以傳輸給多個用戶、為多個用戶共享數據與信息的關系兩者在詞義上的差別：數據是信息的表達，信息則是數據的內容；數據是客觀對象的表示，只有當數據對實體行為產生影響時才成為信息；信息是當代社會發展的一項重要任務。二、地理數據與地理信息地理數據（geo-data）:是指表征地理圈或地理環境固有要素或物質的數量、質量、分布特征、聯系和規律的數字、文字、圖像和圖形等的總稱。

地理數據是各種地理特征和現象間關系的符號化表示，包括空間位置、屬性特征及時態特征三部分。地理信息(GI)－是指表示地球表層事物或現象所固有的數量、質量、分布特征、相互關系和變化規律的具有空間內涵的信息（地理數據）的總稱。

地理信息特征1、空間特征：

地理信息具有空間特征，屬于空間信息，其數據是與確定的空間位置聯系在一起的。2、屬性特征：

地理信息具有屬性特征，通常在二維空間的定位基礎上，按專題來表達多維即多層次的屬性信息。3、時序特征：

地理信息具有時序特征，通常可以按照時間尺度來區分地理信息三、信息系統與地理信息系統信息系統－是具有數據采集、管理、分析和表達數據能力的系統一個基于計算機的信息系統包括計算機硬件、軟件、數據和用戶四大要素。

地理信息系統地理信息系統（GIS）－是指在計算機軟硬件系統支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關地理分布數據繼續采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。或：是有關空間數據管理和空間信息分析的計算機系統。是傳統科學與現代技術結合的產物。

地理信息系統的任務是采集、存儲、管理、分析和顯示地球空間信息。GIS與其它IS之間的關系（信息系統分類）信息系統（IS)非空間信息系統空間信息系統（SIS）如廠礦企業管理、財務等MIS非地理信息系統CAD/CAM地理信息系統（GIS）專題GIS綜合信息系統地籍信息系統城市管線信息系統城市規劃與管理IS區域資源與環境IS…………GIS的理解

GIS是由計算機硬件、軟件和不同方法組成的系統，該系統設計用來支持空間數據采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問題。—美國聯邦數字地圖協調委員會（FICCDC）GIS定義—對GIS的理解GIS的物理外殼是計算機化的技術系統數據采集系統、數據管理系統、數據處理和分析系統、可視化表達與輸出系統等組成，影響著GIS硬件平臺、系統效率和功能、數據處理方式和產品類型。GIS的操作對象是空間數據地理數據—屬性數據、幾何數據、時間數據。GIS對空間數據的管理好操作，是GIS區別于其它信息系統的根本標志，也是技術難點之一。空間數據庫地圖數字化數據格式轉換制圖報告分析/加工/處理一門技術；一門工具；一個系統；一種方法；一種地理信息的描述語言。地理信息系統的特征GIS定義-對GIS的理解一個完整的GIS主要由四個部分構成，即計算機硬件系統、計算機軟件系統、地理數據（或空間數據）和系統管理操作人員。其核心部分是計算機系統（軟件和硬件），空間數據反映GIS的地理內容，而管理人員和用戶則決定系統的工作方式和信息表示方式。第二節GIS的基本組成空間數據庫操作管理分析數據模型界面表現數據獲取通訊用戶網絡GIS基本構成的結構圖硬件系統軟件系統應用模型GIS用戶GUI空間數據DBMSGIS的組成—硬件—基本配置輸入設備專用設備常規設備GPS全數字攝影測量工作站解析和數字攝影測量儀器遙感與遙感圖象處理系統全站儀掃描儀數字化儀鍵盤、鼠標處理設備工作站服務器硬盤陣列存儲設備活動硬盤光盤機磁帶機輸出設備繪圖儀終端打印機GIS的組成—硬件—應用模式單機模式：由基本外設、處理設備和輸出設備構成適用于小型GIS建設數據傳輸與資源共享不方便GIS的組成—硬件—應用模式局域網模式：部門或單位內部GIS建設專線連接資源共享較方便輸出用戶組1輸入……GIS中央數據庫與網管Intranet用戶組nGIS的組成—硬件—應用模式廣域網模式：用戶分布地域廣泛，不適合專線連接公共通訊連接資源共享方便局部范圍為局域網，通過若干通道與廣域網連接輸入GIS中央數據庫（服務器）圖象處理系統局域網用戶組輸出多媒體系統用戶用戶主干網InternetGIS的組成—軟件結構操作系統（系統調用、設備運行、網絡等）系統庫（編程語言、數學庫等）標準軟件（圖形、數據庫等）GIS基本功能軟件GIS應用軟件用戶界面GIS軟件基礎軟件系統軟件GISGIS的組成—軟件—系統軟件

系統軟件主要是計算機的操作系統以及各種標準外設的驅動軟件，目前流行的有DOS、WindowsXP\7\8，UNIX等。系統軟件關系到GIS軟件和開發語言使用的有效性，是GIS軟硬件環境的重要組成部分。GIS的組成—軟件—基礎軟件數據庫軟件用來管理空間數據，包括圖形數據和屬性數據。流行數據庫軟件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQLServer、Ingress等。目前GIS軟件中采用商用數據庫管理屬性數據，一個有發展前景的模型是面向對象數據模型，可實現圖形和屬性數據的聯合管理。Oracle、Informix、Ingress等關系數據庫管理軟件都相繼增加了空間數據類型。而ESRI公司的SDE（SpatialDatabaseEngine）也是基于關系數據庫的空間數據管理平臺。圖形平臺某些GIS軟件中圖形處理平臺。如AutoDesk公司開發的基于AutoCAD的AutoMapGIS軟件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGEGIS軟件GIS的組成—軟件—GIS軟件空間數據輸入與轉換空間數據庫管理系統圖形與屬性數據編輯制圖與輸出空間查詢與分析GISGIS的組成—空間數據柵格結構矢量結構GIS的操作對象為空間數據空間數據特征：幾何、屬性、時間數據；空間數據組織：矢量結構、柵格結構；空間數據管理：幾何數據：文件屬性數據：關系數據庫GIS的組成—管理人員GIS咨詢管理信息管理數據整理GIS的開發是以人為本的系統工程。業務素質與專業知識是GIS工程及應用成功的關鍵。不但對GIS的技術和功能有足夠的了解，而且要具備組織管理管理的能力。技術培訓、硬件維護與更新、系統升級、數據更新、文檔管理、數據共享建設等。GIS的組成—應用模型為某一特定的實際工作而建立的運用地理信息系統的解決方案；土地適宜性模型、選址模型、洪水預測模型、人口擴散模型等等第三節

GIS的功能—基本功能（核心問題）位置（Locations）條件（Conditions）趨勢（Trends）模式（Patterns）模型（Models）GIS的功能—基本功能—位置某個特定位置有什么？幾何查屬性例：國家屬性查詢GIS的功能—基本功能—條件滿足給定條件的地理對象分布屬性查位置例：客戶分布GIS的功能—基本功能—趨勢地理對象隨時間的變化例：人口變化趨勢GIS的功能—基本功能—模式空間對象的分布模式問題揭示空間對象的空間關系例：商業服務競爭GIS的功能—基本功能—模型解決問題方案基于模型的例：公園選址GIS的功能—基本功能實現文件圖表采集與編輯原始數據存儲與管理空間分析空間統計數據處理與變換產品制作演示制圖、表格交互展示結構化數據空間數據庫二次開發數據采集與編輯現實世界文字報告、遙感圖象等數字化儀掃描儀解析測圖儀鍵盤等編輯、接邊、分層、圖形與屬性連接、加注記等空間數據庫ArcGIS數據采集與編輯MapGIS數據采集與編輯空間查詢空間數據庫哈爾濱在哪里？屬性查詢78路公交經過哪些站？空間分析與統計MapGIS屬性查詢疊加分析空間數據庫為某工廠選址，首先找出地價<1萬元;且地形起伏較小的區域?地價<1萬元m坡度小于3度的地形信息空間檢索滿足兩條件的區域+ArcGIS空間疊加分析緩沖區分析空間數據庫道路的噪音影響范圍?街道中心線空間檢索城市環境評價ArcGIS緩沖區分析空間數據庫哪條路最近,如何乘車?道路信息空間檢索網絡分析地形分析空間數據庫航道淤積,挖槽方案比較?地形信息空間檢索ArcGIS坡度分析數據顯示與輸出空間數據庫各種需求?各種信息空間檢索地圖顯示GIS應用功能

資源管理區域和城鄉規劃災害監測環境評估作戰指揮交通運輸宏觀決策商業金融、通訊郵電、日常生活等各領域GIS應用功能

資源管理

GIS最初就是起源于資源清查，是GIS的最基本的職能，目前趨于成熟的主要應用領域。資源清查包括土地資源，森林資源和礦產資源的清查、管理、土地利用規劃，野生動物的保護等。GIS的主要任務是將各種來源的數據和信息有機地匯集在一起，并通過統計，疊量分析等功能，按多種邊界和屬性條件，提供區域多種條件組合形式的資源統計和資源現狀分析，從而為資源的合理開發、利用提供依據。GIS在國際上典范中有：A、加拿大應用GIS完成全國土地資源潛力和估算B、利用GIS進行世界小麥大面積估產的高準確率---這些說明GIS在資源清查方面的應用趨于成熟。返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統教程》所配光盤區域和城鄉規劃在進行區域和城鎮規劃的過程中，要處理許多不同性質和不同特點的問題，涉及多方面要素，如資源、環境、人口、交通、經濟、教育、文化和金融等，GIS將這些數據信息歸算到城市的統一系統之中，最后進行城市和區域多目標的開發和規劃，包括城鎮總體規劃，城市建設用地適宜性評價，城市環境選質量評價，道路交通規劃，公共設施配置及城市環境動態監測等，這些功能的實現是以GIS的一些數據處理和分析算法加以保證的，如GIS的空間搜索方法，多信息疊加處理和一系列的分析軟件，回歸分析，投入產出計算，模糊加權評價等。返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統教程》所配光盤災害監測返回GIS方法和多時相的遙感數據，可以有效地用于森林火災的預測預報、洪水災情監測和淹沒損失估算，確定泄洪區內人員撤退、財產轉移和救災物資供應的最佳路線，為救災搶險和防洪決策提供及時準確的信息。圖片摘自張超主編的《地理信息系統教程》所配光盤環境評估返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統教程》所配光盤返回作戰指揮圖片摘自張超主編的《地理信息系統教程》所配光盤交通運輸返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統教程》所配光盤宏觀決策返回

GIS利用地理數據庫，通過一系列決策模型的構建和比較分析，可為國家宏觀決策提供依據。例如我國在三峽地區的研究中通過利用GIS和機助制圖的方法，建立環境監測系統，為三峽工程的宏觀決策提供了建庫前后環境變化的數量，速度和演變趨勢等可靠數據。圖片摘自張超主編的《地理信息系統教程》所配光盤第四節地理信息系統的形成和發展

地理信息系統萌芽于20世紀60年代，經過50多年的發展歷程，已成為一門成熟的地理信息技術、具有生命力的地理信息科學和欣欣向榮的地理信息產業。4-1GIS的形成和發展概述

①60年代起步階段②70年代鞏固階段③80年代突破階段④90年代產業化階段⑤21世紀網絡化階段（Web\Com\Open）1．GIS起步階段（60年代）：1、計算機存儲量小，磁帶存儲速度慢；2、機助制圖能力強，地學分析功能比較簡單；3、出現手扶跟蹤的數字化儀；4、成立了專門的GIS機構和組織；5、代表國家：加拿大、美國等URISA－美國現代城市和區域信息系統協會（66）CGDSP－國際地學會地理數據采集委員會（68）2鞏固發展階段（70年代）以第三代計算機為基本硬件；軟件日益增多；應用領域開始擴大；提出GIS的研究重點：許多國家地區大學成立GIS研究機構商業化產品出現空間數據處理算法數據結構數據庫管理系統3突破性發展階段（80年代）以第四代計算機為基本配置；系統軟件功能更加齊全；應用領域進一步擴大；效益更加明顯GIS機構、技術隊伍壯大國際合作項目增多商業化機構和產品增多理論方法技術取得突破趨向成熟4GIS技術和產業同步發展時期（90年代）：硬件環境更加完善（性能、效能、價格）軟件環境更加成熟適用（WINDOW95）標準化的GIS軟件平臺日益增多GIS與RS、GPS、WWW的結合GIS產生的效益更加顯著并產生了GIS產業GIS隊伍精煉、擴大GIS教育體系和手段趨向網絡化、多媒體化GIS科技開發與研究的重點：1．空間信息分析的模式和方法2．空間關系和數據模型3．人工智能和專家系統的引入4．顯示與輸出技術5．GIS的效益評價6．保密性等5GIS網絡化階段（21世紀）：GIS與INTERNET相結合，網絡GIS;GIS與電信公司結合，移動GIS;4-2GIS在中國的發展概況

1．準備階段（78－80）以計算機在測量、制圖、遙感領域的應用為背景遙感技術的應用和推廣輿論準備組織建設可行性實驗1978．10陳述彭院士在第一界環境遙感學術討論會上正式提出開展GIS研究2.試驗起步階段（81-85年）試驗與應用取得突破：二灘、渡口地區的空間數據庫，國土基礎信息系統和全國土地信息系統等。成立了資源與環境信息系統國家重點實驗室部分大學科研機構GIS人才培訓取得進步制定了資源與環境信息系統國家規范標準開展學術交流，建立自己的GIS研究與應用模式3.全面迅速發展階段（86-95年）GIS地區行業特色明顯理論研究、應用和人才培訓成果豐碩參與國際合作項目增多GIS前沿研究取得進步成立了中國地理信息系統協會（CAGIS）學術活動頻繁1992年10月聯合國經濟發展部（UNDESD）在北京召開了城市GIS學術會議，并建議籌建中國GIS協會，1994年4月在北京召開中國地理信息系統協會成立大會。4．行業化和產業化持續發展階段（96-今）GIS研究、應用、教育機構日益增多國產商業化GIS軟件平臺大量出現GIS行業和產業的地位明顯增強城市GIS發展特別迅速GIS與RS、GPS及多媒體技術、網絡技術的結合取得進步GIS與數字地球的理論研究GIS是信息高速公路的重要組成部分4-