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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(jié)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(wǎng)站，了解關(guān)于地理空間行業(yè)的信息。 從2008年5月起，地理空間技術(shù)被美國勞工部列為三大新興產(chǎn)業(yè)之一，與其并列的是納米技術(shù)和生物技術(shù)。,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(nèi) 容,,,GIS相關(guān)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(shù)為一體的高新技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于資源管理、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害評估、城市與區(qū)域規(guī)劃等眾多領(lǐng)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(jié)： 數(shù)據(jù)獲取 數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集工具 數(shù)據(jù)（信息） 數(shù)據(jù)分析工具 打印機,28,一、GIS相關(guān)概念,1、數(shù)據(jù)和信息 數(shù)據(jù)：對客觀事物的符號表示。數(shù)據(jù)是指某一目標定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、文字、符號、圖形、圖像以及它們能轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)等形式。數(shù)據(jù)是用以載荷信息的物理符號，數(shù)據(jù)本身并沒有意義。 信息：用文字、數(shù)字、符號、語言、圖形、圖象等載體，表示事件、事物、現(xiàn)象等內(nèi)容、數(shù)量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實世界新的事實和知識，作為生產(chǎn)、建設(shè)、經(jīng)營、管理、分析和決策的依據(jù)。,可以把數(shù)據(jù)比作原材料，而信息是對原材料處理的結(jié)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(yīng)用計算機的硬件和軟件把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息。這種轉(zhuǎn)換過程可用下圖說明。,,29,一、GIS相關(guān)概念,2、地理數(shù)據(jù)和地理信息 地理數(shù)據(jù)：（Geographic Data）是各種地理特征和現(xiàn)象之間關(guān)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。空間位置數(shù)據(jù)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(guān)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(guān)系可由拓撲關(guān)系，如鄰接、關(guān)聯(lián)、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(shù)據(jù)量大、多維結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)相聯(lián)系。 2）多維結(jié)構(gòu)：在二維空間編碼基礎(chǔ)上，實現(xiàn)多專題的第三維信息結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)的變化。,31,一、GIS相關(guān)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(lián)系、相互依存又相互協(xié)調(diào)的事物構(gòu)成的統(tǒng)一體 信息系統(tǒng)：是現(xiàn)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(shù)據(jù)能力的系統(tǒng),32,一、GIS相關(guān)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(guān)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，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(wù)的計算機技術(shù)系統(tǒng)。(鄔倫，2002),33,地理信息系統(tǒng)(Geographical Information Systems - GIS)與其它學科關(guān)系,34,二、GIS組成,人,,35,硬件系統(tǒng) 由主機、外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)組成，用于存儲、處理、傳輸和顯示空間數(shù)據(jù)。,二、GIS組成,,,,36,數(shù)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(shù)據(jù)庫軟件和基礎(chǔ)GIS軟件組成，用于執(zhí)行GIS功能的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù) 由數(shù)據(jù)庫實體和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成，用于空間數(shù)據(jù)的存儲、管理、查詢、檢索和更新等。,時間數(shù)據(jù)：時間分辨率 空間數(shù)據(jù)：空間分辨率 比例尺 誤差 不確定性 專題屬性數(shù)據(jù),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(xiàn)人機對話的工具。,二、GIS組成,45,基本功能 數(shù)據(jù)采集與編輯 * 數(shù)據(jù)存儲與管理 * 數(shù)據(jù)處理和變換 空間分析和統(tǒng)計 * 產(chǎn)品制作與顯示 * 二次開發(fā)和編程,應(yīng)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(wù) ……,三、GIS功能,46,數(shù)據(jù)采集與編輯 (重點),編輯： 矢量數(shù)據(jù)編輯 (Vector Data) 柵格數(shù)據(jù)編輯 (Raster / Grid / Image Data),采集：,三、GIS功能,47,數(shù)據(jù)存儲與管理,DBMS：Data Base Management System (數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)) 空間數(shù)據(jù)存儲形式： 點：Point, Node 線：Arc, Line, Polyline 面：Area, Polygon, Region 空間關(guān)系：拓撲,DBMS,三、GIS功能,48,數(shù)據(jù)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(guān)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(zhuǎn)變換、幾何糾正、投影變換 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換：柵格轉(zhuǎn)矢量、矢量轉(zhuǎn)柵格,三、GIS功能,49,空間分析和統(tǒng)計,空間數(shù)據(jù)量算： 長度； 面積； 分布中心 空間數(shù)據(jù)查詢： 基于屬性查詢； 基于空間查詢； 聯(lián)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(wǎng),空間網(wǎng)絡(luò)分析： 網(wǎng)絡(luò)圖 路徑分析 定位與配置分析,三、GIS功能,52,地形分析： 數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model: DEM) 數(shù)字地形模型(Digital Terrain Model: DTM) 不規(guī)則三角網(wǎng)(Triangulated Irregular Network: TIN) 數(shù)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(chǎn)品制作與顯示,空間信息可視化 地圖 圖像 統(tǒng)計圖表 數(shù)字數(shù)據(jù) 三維可視化 虛擬現(xiàn)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(zhuǎn)換； 自動拓撲；圖形和屬性分離；圖幅拼接；數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)據(jù)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(lǐng)域；分析、預(yù)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(nèi)（SuperMap；MapGIS；GeoStar）】 地理信息產(chǎn)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(shù)進展 6.1空間數(shù)據(jù)庫管理,關(guān)系型數(shù)據(jù)庫+空間數(shù)據(jù)引擎 SDE，SDX 多尺度海量柵格數(shù)據(jù)組織與管理 數(shù)據(jù)分塊、影像金字塔 空間數(shù)據(jù)倉庫 特征、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘,六. GIS技術(shù)進展 6.2GIS體系結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng) 網(wǎng)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(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的結(jié)合。 GIS與RS的集成 GIS與GPS、RS技術(shù)的集成。 GIS與GPS、CCD技術(shù)的集成 3S與移動通信的集成 GIS與專家系統(tǒng)（Expert System）的結(jié)合。,8. GIS發(fā)展展望,GIS軟件中發(fā)展的熱點 GIS中面向?qū)ο蠹夹g(shù)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(wǎng)絡(luò)化、GIS標準化、數(shù)據(jù)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(jié),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(jīng)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(shè)置： 一名大學學生需要對比研究黃河流域和長江流域的經(jīng)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(jīng)濟情況（黃河、長江穿越省份的地區(qū)經(jīng)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(jīng)濟分析,提供數(shù)據(jù)： 中國的行政區(qū)劃圖；長江、黃河水系。 要求： 制圖，簡要分析經(jīng)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(wǎng)絡(luò)教學平臺 時間要求：本周六之前,66,67,結(jié) 束,