地理信息系統原理1本課程是地理學學科各專業研究生的學科基礎課，同時也可作為相關專業研究生的選修課。課程系統地介紹地理信息系統（GIS）的原理和方法，介紹國際上GIS的發展趨勢及有關研究進展。地理信息系統-A與地理信息系統-B的區別？（1）學生多，根據學生基礎分流。（2）大綱側重點不同。課程的教學目的與綱要前修課程：數據庫原理，編程語言，數據結構2課程安排關于上課：課堂授課30學時課堂上機實習

10學時（國慶節后開始）實習題目：參考書目的練習關于考試：平時作業35%期末考試65%(開卷)OfficeHour：

周四3-4節3陸守一，《地理信息系統》，高等教育出版社，北京，2004

(美)Kang-tsungChang著,陳健飛等譯.《地理信息系統導論》（第三版），科學出版社，2009黃杏元，馬勁松、湯勤.《地理信息系統概論》（修訂版），高等教育出版社，2001陳述彭、魯學軍、周成虎著.《地理信息系統導論》，科學出版社，（1999年5月第一版）2001年張宏、溫永寧、劉愛玲.《地理信息系統算法基礎》，科學出版社，2006.6邊馥苓.《GIS-地理信息系統原理與方法》，測繪出版社，1996參考資料4《測繪學報》、《地理學報》、《遙感學報》、《武漢大學學報（信息版）》、《測繪通報》、《中國圖形圖像學報》、《計算機輔助圖形學報》、《地理與地理信息科學》等。參考資料國際期刊國內期刊“Int.J.ofGIS”“Computer&Geoscience”“InformationGeomatics”“J.ofISPRS”“RemoteSensingoftheEnvironment”5參考資料http://www.MapI（MapInfo公司）http://www.ESRI.com（美國ESRI公司）http://www.DigitalE（數字地球）/(國家基礎地理信息中心)/(地理信息系統論壇）（非盈利個人網站）/（GIS帝國）/（ESRI中國）……6參考資料還有很多很多。。。博客群。。。

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里面有點啥？7主要內容包括：1、地理信息系統導論2、GIS數據的坐標與投影3、地理信息系統的數據結構4、空間數據獲取與處理5、地理信息系統空間數據庫6、空間分析的原理與方法7、DEM分析應用8、空間數據的可視化及制圖9、地理信息系統產品的輸出設計地理信息系統8第一章緒論主要內容（四部分）地理信息系統基本概念

（掌握）數據與信息；地理信息的特征；地理信息系統地理信息系統的基本構成

（掌握）5個主要組成部分：硬件、軟件、空間數據、應用人員、應用模型地理信息系統的功能簡介

（理解、掌握）基本功能、應用功能地理信息系統的發展透視

（了解）發展概況、基礎理論、與其它學科的關系9一、數據與信息1、數據（Data）與信息（Information）既有區別又有聯系：

數據是一種未經加工的原始資料，數字、文字、符號、圖像都是數據，數據本身沒有意義。

信息（Information）是數據的內容，它用文字、數字、符號、語言、圖像等介質來表示事件、事物、現象等的內容、數量或特征。第一節地理信息系統基本概念10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。信息具有客觀性、適用性、可傳輸性和共享性等特征。

數據是客觀對象的表示，而信息則是數據內涵的意義，是數據的內容和解釋。

信息=數據+數據處理第一節地理信息系統基本概念112、信息的特點信息的客觀性。與客觀事物緊密相聯系的；信息的適用性。信息對決策是十分重要；信息的傳輸性。信息可以在信息發送者和接受者之間傳輸，既包括系統把有用信息送至終端設備(包括遠程終端)，和以一定形式提供給有關用戶，也包括信息在系統內各子系統之間的傳輸和交換。信息的共享性。信息可以傳輸給多個戶，為多個用戶共享，而其本身并無損失。第一節地理信息系統基本概念12二、地理信息與地理信息系統1地理信息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（簡稱屬性）及時域特征三部分。

地理信息是有關地理實體的性質、特征和運動狀態的表征和一切有用的知識，它是對表達地理特征與地理現象之間關系的地理數據的解釋。空間位置、屬性及時間是地理空間分析的三大基本要素。

第一節地理信息系統基本概念13空間分布性其位置的識別是與數據聯系在一起的，這是地理信息區別于其它類型信息的最顯著的標志。具有多維結構的特征即在二維空間的基礎上實現多專題的第三維結構，而各個專題型實體型之間的聯系是通過屬性碼進行的，這就為地理系統各圈層之間的綜合研究提供了可能。第一節地理信息系統基本概念14時序特征十分明顯可以按照時間尺度將地理信息劃分為超短期的、短期的、中期的、長期的、超長期的等。這對地理事物的預測、預報，從而為科學決策提供依據很重要。具有豐富的信息

GIS數據庫中不僅包含豐富的地理信息，還包含與地理信息有關的其它信息第一節地理信息系統基本概念15GIS中空間、時間、屬性的不可分割性時間變化序列研究：空間位置固定，研究不同時間屬性的變化特性；空間分布格局研究：時間固定，研究屬性的分布特征和格局；變化的區域分異研究某一屬性在不同時間下空間分布格局的差異。16第一節地理信息系統基本概念地理信息系統（GeographicInformationSystem，簡稱GIS）是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統，是分析和處理海量地理數據的通用技術。目前已經廣泛地應用于資源調查、環境評估、區域發展規劃、公共設施管理、交通安全等領域，成為一個跨學科、多方向的研究領域。17第一節地理信息系統基本概念——作為一種通用技術，地理信息系統按照一種新的方式去組織和使用地理信息，以便更有效地分析和產生新的地理信息；——同時，地理信息系統應用也改變了地理信息發布和交換的方式；——因此，地理信息系統提供了一種認識和理解地理信息的新方式，使地理信息系統進一步發展成為一門處理空間數據的學科。18空間數據輸入與轉換空間數據庫圖形與屬性數據編輯制圖與輸出空間查詢與分析GIS19通過上述分析和定義可提出GIS的如下基本概念：1）GIS的物理外殼是計算機化的技術系統；2）GIS的操作對象是空間數據，即點、線、面、體這些有三維要素的地理實體。3）GIS的技術優勢在于它的數據綜合、模擬與分析評價能力，可以得到常規方法或普通信息系統難以得到的重要信息，實現地理空間過程演化的模擬和預測。4）GIS與測繪學和地理學有著密切的關系，但可以廣泛地應用到其他空間相關領域。

第一節地理信息系統基本概念20第二節GIS的基本構成一個典型的地理信息系統包括5個主要組成部分：系統硬件、系統軟件、空間數據、應用人員和應用模型。

系統軟件

系統硬件空間數據GIS用戶21人員People硬件Hardware軟件Software數據Data方法MethodsGIS第二節GIS的基本構成221、系統硬件GIS硬件配置一般包括四個部分：（1）計算機主機、顯示器；（2）數據輸入設備：數字化儀、圖像掃描儀、手寫筆、光筆、鍵盤、通訊端口等；（3）數據存貯設備：光盤刻錄機、磁帶機、光盤塔、活動硬盤、磁盤陣列等；（4）數據輸出設備：筆式繪圖儀、噴墨繪圖儀（打印機）、激光打印機等。

第二節GIS的基本構成23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第二節GIS的基本構成242、系統軟件操作系統（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GIS第二節GIS的基本構成253、空間數據地理空間數據是地理信息系統操作的對象。柵格結構矢量結構定位拓撲關系屬性第二節GIS的基本構成264、應用人員人是GIS中的重要構成因素。地理信息系統從其設計、建立、運行到維護的整個生命周期，處處都離不開人的作用。包括：系統開發、系統管理以及使用人員。5、應用模型

應用模型是應用系統建設成敗的關鍵。

第二節GIS的基本構成27第三節GIS的功能簡介1、基本功能（1）數據采集與編輯（2）數據存儲與管理（3）數據處理與變換（4）空間分析與統計（5）產品制作與顯示（6）二次開發和編程

空間分析是地理信息系統區別于其它信息系統的重要標志。包括：1）拓撲疊合；2）緩沖區分析；3）網絡分析；4）數字地形分析；5）空間集合分析；28空間數據的可視化

統計與量算規劃與管理預測與監測輔助決策2、應用功能29災害控制和分析水土保護農業決策和精細農業海洋漁業環境保護城市GIS數字地球軍事國防等3、應用領域30文件圖表數據獲取原始數據存儲檢索空間查詢空間分析數據編輯投影變換數據輸出制圖、表格交互展示結構化數據空間數據庫GIS基本功能的實現過程31應用功能32電信資源管理33鐵路地理信息系統34醫療機構信息查詢35公安警用地理信息系統36昌平旅游信息管理系統37鹽度分布

溫度分布海底地貌漁撈數據海洋漁業GIS38包含轉向限制的車道拓撲l1l1l2l3l4l4l3①②③④⑤1.8km1.5km0.3km0.7kmA2A1A3A4大屯路華東路清昌平高速路昌平高速路l1l2l3l4l8l6l5l7l8l7

帶有輔道的立交橋車道拓撲交通GIS—GIS-T39軍用GIS40第四節地理信息系統的發展透視地理信息系統發展的科學背景——在20世紀60年代，美國麻省理工學院首次提出計算機學術術語，證明了交互計算機圖形學是一個可行、有用的研究領域；——60年代初，計算機技術用于地圖量算、分析和制作；——60年代中期，計算機用于輔助制圖和空間分析，在數據自動采集、數據分析和顯示技術領域中得到極大發展；——這些技術用于從現實世界中按照特殊應用目的采集、存儲、檢索、分析、傳輸可顯示的空間信息，促成了地理信息系統技術的產生。41一、地理信息系統的萌芽

——1962年，加拿大測量學家R.FTomlinson首先提出了地理信息系統這一術語，并建成世界上第一個運行型的GIS(加拿大地理信息系統，CGIS)，并用于自然資源的管理和規劃。——CGIS在技術上取得重大突破，如地圖數據的掃描輸入、柵格矢量數據的轉換；在系統設計上，提出空間分塊、專題分層的數據結構、空間數據和屬性數據相聯接等思想，對以后GIS發展有重大影響；第四節地理信息系統的發展透視42——同時，D.F.Marble在美國西北大學提出了建立地理信息系統軟件系統的思想；

——西北技術研究所的H.Fisher教授建立了哈佛計算機圖形與空間分析實驗室，開發了SYMAP（對當今的柵格地理信息系統有一定影響）、ODYSSEY軟件包（矢量地理信息系統的原型）；——其他國家也展開了地理信息系統或相關技術的研究，如英國的DavidP.Bickkmore成立了實驗制圖部，從事計算機制圖與研究。第四節地理信息系統的發展透視43二、地理信息系統的發展階段（1）60年代為地理信息系統開拓期，注重于空間數據的地學處理。

綜合來看，初期地理信息系統發展的動力來自于諸多方面，如學術探討、新技術的應用、大量空間數據處理的生產需求等。

特點：這個時期，專家興趣以及政府的推動起著積極的引導作用，并且大多數地理信息系統工作限于政府及大學的范疇，國際交往甚少。第四節地理信息系統的發展透視44（2）70年代為地理信息系統的鞏固發展期，注重于空間地理信息的管理。這種發展應歸結于以下幾方面的原因：一是資源開發、利用乃至環境保護問題成為政府首要解決之疑難，而這些都需要一種能有效地分析、處理空間信息的技術、方法與系統。二是計算機技術迅速發展，數據處理加快，內存容量增大，超小型、多用戶系統的出現，第四節地理信息系統的發展透視45

尤其是計算機硬件價格下降，使得政府部門、學校以及科研機構、私營公司也能夠配置計算機系統；在軟件方面，第一套利用關系數據庫管理系統的軟件問世，新型的地理信息系統軟件不斷出現，據IGU調查，70年代就有80多個地理信息系統軟件。

第三，專業化人才不斷增加，許多大學開始提供地理信息系統培訓，一些商業性的咨詢服務公司開始從事地理信息系統工作，如美國環境系統研究所（ESRI）成立于1969年。第四節地理信息系統的發展透視46

總體特點：

（1）地理信息系統在繼承60年代技術基礎之上，充分利用了新的計算機技術，但系統的數據分析能力仍很弱；

（2）在地理信息系統技術方面未有新的突破；

（3）系統的應用與開發多限于某個機構；

（4）專家個人的影響削弱，而政府影響增強。第四節地理信息系統的發展透視47（3）80年代為地理信息系統大發展時期，注重于空間決策支持分析。地理信息系統的應用領域迅速擴大，從資源管理、環境規劃到應急反應，從商業服務區域劃分到政治選舉分區等，涉及到了許多的學科與領域，如古人類學、景觀生態規劃、森林管理、土木工程以及計算機科學等。許多國家制定了本國的地理信息發展規劃，啟動了若干科研項目，建立了一些政府性、學術性機構。1）如中國于1985年成立了資源與環境信息系統國家重點實驗室；第四節地理信息系統的發展透視48

2）美國于1987年成立了國家地理信息與分析中心（NCGIA）；3）英國于1987年成立了地理信息協會。同時，商業性的咨詢公司，軟件制造商大量涌現，并提供系列專業性服務。最顯著的特點：商業化實用系統進入市場。（4）90年代為地理信息系統的用戶時代。

一方面，地理信息系統已成為許多機構必備的工作系統，尤其是政府決策部門在一定程度上由于受地理信息系統影響而改變了現有機構的運行第四節地理信息系統的發展透視49設置與工作計劃等。另一方面，社會對地理信息系統認識普遍提高，需求大幅度增加，從而導致地理信息系統應用的擴大與深化。

國家級乃至全球性的地理信息系統已成為公眾關注的問題，例如地理信息系統已列入美國政府制定的“信息高速公路”計劃；“數字地球”戰略。

毫無疑問，地理信息系統將發展成為現代社會最基本的服務系統。第四節地理信息系統的發展透視50三、我國地理信息系統的發展我國GIS的發展雖然較晚，經歷了三個階段，即起步(1970-1980)、準備(1980-1985)、發展(1985-1995)、產業化(1996以后)階段。（1）以1980年中國科學院遙感應用研究所成立全國第一個地理信息系統研究室為標志。

在幾年的起步準備階段中，我國地理信息系統在理論探索、硬件配制、軟件研制、規范制訂、區域試驗研究、局部系統建立、初步應用試驗和技術隊伍培養等方面都取得了進步，積累了經驗，為在全國范圍內展開地理信息系統的研究和應用奠定了基礎。第四節地理信息系統的發展透視51（2）地理信息系統進入發展階段的標志是第七個五年計劃開始。GIS研究作為政府行為，正式列入國家科技攻關計劃，開始了有計劃、有組織、有目標的科學研究、應用實驗和工程建設工作。許多部門同時展開了地理信息系統研究與開發工作:如全國性地理信息系統（或數據庫）實體建設、區域性或城市地理信息系統、GIS基礎軟件或專題應用軟件的研制和教育培訓。通過近五年的努力，在GIS技術上的應用開創了新的局面，并在全國性應用、區域管理、規劃和決策中取得了實際的效益。第四節地理信息系統的發展透視52

（3）自90年代起，地理信息系統步入快速發展階段。

在這一時期，執行GIS和遙感聯合科技攻關計劃，強調GIS的實用化、集成化和工程化，力圖使地理信息系統從初步發展時期的研究實驗、局部實用走向實用化和生產化，為國民經濟重大問題提供分析和決策依據。努力實現基礎環境數據庫的建設，推進國產軟件系統的實用化、遙感和地理信息系統技術一體化。第四節地理信息系統的發展透視53這期間的主要研究及發展的領域有：重大自然災害監測與評估系統的建設和應用；重點產糧區主要農作物估產；城市地理信息系統的建設與應用；建立數字化測繪技術體系；國家基礎地理信息系統建設與應用；專業信息系統與數據庫的建設和應用；基礎通用軟件的研制與建立；地理信息系統規范化與標準化；基于地理信息系統的數據產品研制與生產；經營地理信息系統業務的公司逐漸增多。第四節地理信息系統的發展透視54

四、國內地理信息系統的應用從應用方面看，地理信息系統已在以下方面應用：資源開發、環境保護、城市規劃建設、土地管理、農作物調查與結產；交通、能源、通訊、地圖測繪、林業、房地產開發；自然災害的監測與評估、金融、保險；石油與天然氣、軍事、犯罪分析；運輸與導航、110報警系統公共汽車調度等方面得到了具體應用。第四節地理信息系統的發展透視55一批地理信息系統軟件已研制開發成功（如MapGIS，SuperMap，GeoSTAR，CityStar等；一批高等院校已設立了一些與GIS有關的專業或學科，一批專門從事GIS產業活動的高新技術產業相繼成立。此外，還成立了“中國GIS協會”和“中國GPS技術應用協會”等。第四節地理信息系統的發展透視56第四節地理信息系統的發展透視五、GIS的發展態勢當前，GIS正向著集成化、產業化和社會化發展方向邁進，呈現以下主要發展態勢：（1）GIS已經成為一門綜合性技術它與全球定位系統（GPS）、遙感（RS）相結合構成“3S”集成系統，與CAD、多媒體、通信、因特網、辦公自動化、虛擬現實等多種技術相結合，構成綜合性的信息技術。所有這些技術的融合發展都可以應用于公路規劃、公路設施管理、車輛導航與信息監控等領域。57（2）GIS的產業化發展勢頭強勁由于GIS是一項關系國家綜合競爭實力的高新技術，其產業化的發展受到世界各國的普遍重視。我國的GIS產業化已經被列為國家信息產業中的重要發展方向，在數據生產、GIS軟件產品以及應用方面作了大量工作。產業化的發展為GIS在交通、公路工程、選線設計等領域的應用提供了信息與技術平臺服務。第四節地理信息系統的發展透視58（3）GIS網絡化已經成為當今社會熱點Internet技術的發展為GIS的網絡化發展提供了新的發展契機，為GIS的空間數據共享、分布式處理、基于網絡的GIS空間分析、空間模擬提供了可能性。網絡化GIS的發展使車輛監控、緊急救援、車輛調度、公路交通安全控制等成為可能。第四節地理信息系統的發展透視59第五節GIS與其它學科技術的關系

地理信息系統的發展，明顯地體現出多學科交叉的特點，這些交叉的學科包括地理學、測量學、地圖制圖學、攝影測量與遙感學、計算機科學、數學、統計學以及一切與處理和分析空間數據有關的學科。

目前數據庫技術(DBMS)、計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制圖(CAM)和計算機圖形學(ComputerGraphics)軟件包已被許多GIS研究者所采用，但這些系統不是為地理意義而設計的，無法取代GIS的作用。6061

1、GIS有別于DBMS（數據庫管理系統）GIS具有以某種選定的方式對空間數據進