第一讲 导论GIS
GIS课件
数据库
独立编码
点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
2.2 拓扑与空间关系
拓扑(Topology)：来源于希腊文，原意是形状的 研究 拓扑属性和非拓扑属性：假想高质量的橡皮，任 意拉伸、压缩，但不能旋转折叠，有些属性得到 保留，有些属性消失 欧氏平面上的拓扑属性与非拓扑属性举例：
拓扑属性：一个点在一条弧度的端点； 一条弧段在一个面的内部； 一个面是一个简单面（面内无“岛”） 非拓扑属性：两点间的距离；弧段的长度； 一个面的面积
80年代: 技术突破阶段—注重空间分析与决策支持
计算机大规模推广应用 栅格扫描输入、遥感图像处理等技术取得突破
90年代至今: 社会化阶段—注重空间信息的社会化服务
国家级乃至全球性的地理信息系统成为关注焦点 数字地球战略，地球信息科学 GIS走向产业化，并深入到各行各业
1.5 我国GIS的发展
20世纪70年代：准备阶段
2.2 拓扑与空间关系
空间关系是指地理空间实体对象之间（6种： 点点、点线、点面、线面、面面）的空间作 用相互关系（定性、定量） 通常将空间关系分为3大类： ① 拓扑空间关系(Topological Spacial Relations) ② 顺序空间关系(Order Spacial Relations) ③ 度量空间关系(Metric Spacial Relations)
用点、线、面表示地理实体 所有要素都存储现实世界的x,y坐标(编码)
– 点实体：一个(x,y)坐标对 + 属性 – 线实体：(x1,y1)…(xn,yn)坐标对序列/或拓扑结构编码+ 属性 – 多边形：(x1,y1)…(xm,ym)…(x1,y1)坐标对序列 /或拓扑结构编 码 +属性
第一章 导论 ppt课件
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第一节 地理信息系统的基本概念
什么是 GIS
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第一节 地理信息系统的基本概念
➢ 定义
1.美国的Parker：地理信息系统是一种存储、分析和显示空间与 非空间数据的信息技术。
2.美国的Michael Goodchild：采集、存储、管理、分析和显示 有关地理现象信息的综合系统。
用户界面 系统和数据库管理
数据输入 空间数据处理 产品生成 数据库建立 空间数据分析 产品输出
地理信息系统的概念框架和构成
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第一节 地理信息系统的基本概念
➢ 基本概念
1. GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，该系统通常由若干相互 关联的子系统构成；
2. GIS的操作对象是地理实体； 3. GIS的技术优势在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特
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第一节 地理信息系统的基本概念
推荐：美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）： 地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，
该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显 示，以便解决复杂的规划和管理问题。
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第一节 地理信息系统的基本概念
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在二维空间定位基础 上，实现多专题的第 三维信息结构的组合， 为地理信息各圈层之 间的综合研究提供可 能，也为地理系统多 层次的分析和信息的 传输与筛选提供方便。
时空的动态变化引 起地理信息的属性 或空间数据的变化， 实时的GIS系统要求 能及时采集和更新 地理信息，使其具 有现势性。
空间特征 （地域性）
gis 介绍PPT课件
符号库Symbol library •通用符号 General Symbol •专业符号 Specialty Symbol
EA2000海洋渔业GIS基础软件 GIS Software
模 型 库Model Base •专业模型 Specialty Models •通用模型 General Models
数据转换(Data transfer)涉及到数据比例尺的 缩放、平移、旋转等方面，其中最主要的是投 影变换。
数据的格式化与转换
矢量数据
栅格数据
数据的转换
空间数据在不同投影之间的转换
分析与应用功能
分析功能包括查询、检索、统计计算、空 间分析、模型分析等方面。查询、检索、 统计计算是GIS以及许多数据信息系统应具 备的最基本的分析功能，而空间分析功能 才是GIS的核心，也是GIS与其它系统区别 的重要标志。模型分析是指GIS支持下处理 分析问题的方法体现，是GIS应用深化的重 要体现。
⑤ l4
A3
0.3 km
1.8 km
l3
A2
l1
③
①
l2
l1
②
1.5 km
A1
l4
A4
0.7 km l3
④
包含转向限制的车道拓扑
昌平高速
路l7
l5
清
l3
华
东 l4 路 l6
昌平高速 路 l7
l8
l8
l
1
大
屯
l2 路
带有辅道的立交桥车道拓扑
时间最短路径算法运行结果
北京市车辆智能导航系统数字地图
时间最短路径算法运行结果
GIS 新 技 术
.
分布式技术
互操作技术 面向对象技术
第一讲GIS概论
昌桃引它滑迫多愈蹄矣谍累篱擦期鹊规岭愈恳锦嗡寓虽癣誉卒波篇穿岳类第一讲GIS概论第一讲GIS概论
GIS可以做什么
管理海量数据
寐飞公辫剂贩更膛陈挠誊肝嗣闺丫取茅终压缅脂溯祈邑垮霸恤烛点万痈浴第一讲GIS概论第一讲GIS概论
GIS可以做什么
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生成数字地面模型
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三维地下体分析
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韵哉卵炳苇堑个助夹期氓箭鸽哭归即梧够腿肇诚淹级睡绵贤冈凋辐洁蹬威第一讲GIS概论第一讲GIS概论
人
系统实现
模型实现
数据实现
GIS
技术
学科
唆瞎藻赂陶除祷湍吓委笨多圃芯贫添捶扫群嗓疑起夯疙糖渔里访瞳堂债宋第一讲GIS概论第一讲GIS概论程效益、服务效益 2、间接效益： 科学决策效益、快速决策效益
藏玉助啄熬醛舱皱甚作拦霄召枯蔑则贾拽晴及轿蘸某郧言浑造淀旋悦坡园第一讲GIS概论第一讲GIS概论
GIS的相关学科
地理学
GIS
遥感技术
摄影测量学
数学和统计学
制图技术
计算机科学
专家系统
计算机图形学
计算机辅助设计
数据库技术
地理信息系统gis第1章 GIS概论ppt课件
（8）Chrisman（1999）认为，GIS是人们在与社会结构相互 作用的同时，测量、描述地理现象，再将这些描述转换成 其他形式的有组织的活动。
（9）21世纪初期，一些发达国家的GIS权威机构又对GIS给 出了定义，代表性的如下。
桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的 主要目的是产生地图，这里的“地图”就是数据库。大多 数桌面制图系统只有极其有限的数据管理、空间分析以及 个性化能力。
桌面制图系统是在桌面计算机（即图形工作站及微型计算 机的统称）上进行操作的。人们把运行于桌面计算机上的 地理信息系统，称为桌面GIS。
GIS的桌面制图通过编辑器为用户提供交互式界面对图形 进行操作，包括符号设计、图面整饰、图形综合、页面排 版等，同时还可以将设计好的地图制版输出，供批量印刷。
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（2）GIS与CAD和CAM • GIS与CAD的区别和联系，见表1.2
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• GIS与CAM区别和联系
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1.1 GI最S新概课件念框架和构成
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总之，GIS是组织、存储、管理、表达和分析处理空间信息 的软件工具，它以实体的空间位置信息为主线，集经济、社 会、环境、科技、文化等各类信息，为各种应用服务。它一 方面可以形成自己的产业，另一方面又可以推进空间信息应 用与产业的发展，是空间技术应用领域的主要软件基础，具 有广阔的应用前景。从GIS概念的提出到现代对GIS概念的理 解，是一门不断发展、不断完善的学科和技术。从20世纪80 年代至今，先后经历了从GISystem 到GIScience再到 GIService的发展，形成了理论研究、技术开发、工程应用与 产业化管理的完善体系，三个不同侧重阶段的发展时期如图 1.2 所示。
地理信息系统GIS 第一章GIS
地理信息的特征
地图与地理信息的关系
(1)空间（定位）特征
通过地理坐标实现空间 位置的识别
(2)属性特征
除地理位置外，还有多 个专题和属性
(3)时序特征
随时间的变化而变化， 需及时采集和更新
• 地图是地理信息的载体 • 地图是地理信息的传统
数据源 • 地图是GIS的查询与分
析结果的表示方法
地理信息的特点（空间＋属性）
空间数据
属性数据
Name Address Town St. Zip
G
GIS
IS
是 空间数据和属性数据的综合体
空间和属性都随时间而变化
二、地理信息系统的概念
地理 信息
系统
GIS概念的不同理解：
二、地理信息系统的概念
• 地理信息系统是一种计算机系统 • 操作对象是地理数据或空间数据 • 技术优势：空间数据结构、空间分析能力、空
由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据 的存储、管理、查询、检索和更新等。
四、人员和用户界面
GIS的使用比较复杂，需要具有一定的经验和许多专门知识； ① 地理学、地图学、计算机和信息科学等方面的知识； ② 使用GIS软件的经验； ③ 空间数据模型和空间数据库的结构； ④ 能够利用GIS进行空间分析。
基础支撑软件
• 系统库软件：C++运行库和编译系统 • 数据库软件：Oracle, Sybase等
2、功能软件系统（常见软件介绍）
1. ARCGIS：ARCGIS是美国环境系统研究所（Environmental System Research Institute, Co.，简称ESRI），已连续数年稳 居GIS市场占有率的第一位。在软件中提出的概念、思想已 深刻影响着其它GIS类型后继软件的开发。
第一章导论
名称
分析工具（Analysis Tools，计 16种）
主要内容
裁剪、选择、拆分等 相交、联合、判别等 缓冲区、邻近分析、点距离 频度、加和统计等 字段、索引、值域、子类型和工作空间管理 空间数据库版本、关系类和拓扑 栅格管理与图层、视图、关联和选择集 综合（融合）与要素操纵工具 数据集管理（创建、复制、删除和重命名） 矢量栅格数据转换 CAD、Covrage、shapefile、Geodatabase互相转换
考核方式与参考书目
参考书目
教 材： [1]、 汤国安，杨昕等.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程 [M].北京：科学出版社，2006. 参考书： [1]、 汤国安，陈正江，赵牡丹等.ArcView地理信息系统空间分 析方法[M].北京：科学出版社，2006. [2]、刘仁义、刘南. ArcGIS开发宝典——从入门到精通[M].北京： 科学出版社，2006. [3]、吴信才等.地理信息系统设计与实现 [M].北京：电子工业出 版社,2002.
Desktop GIS
Desktop GIS 包 含 诸 如 ArcMap 、 ArcCatalog 、 ArcToolbox 以 及 ArcGlobe 在 内 的用户界面组件，其功能可分为三个级别： ArcView、ArcEditor和ArcInfo，而ArcReader 则是一个免费的地图浏览器组件。其中， ArcView、ArcEditor、ArcInfo是三级不同的桌 面软件系统，共用通用结构、通用编码基数、通 用扩展模块和统一的开发环境，功能由简到繁。
数据管理（Data Management， 计118种）
转换工具（Conversion Tools， 25种）
GIS 导论
第一章 GIS的产生和发展⍓什么是地理信息系统？⍓GIS是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。
--英国教育部GIS是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。
---美国国家地理信息与分析中心⍓由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。
--陈述彭等（1999，地理信息系统导论）利用计算机来对地图进行管理和应用的软件系统GIS是怎样产生的GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图1960年，提出把地图变成数字形式的地图1963年，提出GIS这一术语1972年，建成世界上第一个GIS——CGIS（CANADA GIS）为什么会产生GIS？❒技术驱动⍓计算机技术的发展❒应用驱动⍓与地理因素相关的事物多⍓80％的信息与空间位置相关❒数据驱动⍓数据获取能力的增强GIS是如何发展的？❒国际1960s开始❒国内1970s开始一、国际上GIS的发展状况❒ 1.起步阶段（60年代），（GIS思想和技术方法的探索）注重空间数据的地学处理。
⍓图形、存储设备的局限⍓GIS概念提出、算法发展与完善⍓1963年，开始建立加拿大地理信息系统（CGIS)⍓1969年，ESRI （环境系统研究所）建立⍓1969年， Integraph公司建立⍓机助制图能力较强⍓基于栅格的操作方法⍓60年代中后期，很多与GIS有关的组织成立⍓最初的系统主要用于城市和土地利用，如最早的GIS系统，加拿大的CGIS 于1963年开始实施，72年建成❒ 2.发展阶段（70年代），（空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理的优化）⍓磁盘的出现为数据的存储、检索和输出提供有力手段⍓图形、图像卡的发展增强了人机对话和显示功能⍓出现GIS基础平台商品化软件⍓开始大量GIS应用研究，国内外技术交流⍓发达国家相继建设各种专题、规模、类型的GIS⍓遥感开始纳入GIS⍓ 3.推广应用阶段（80年代），（注重空间决策支持分析）⍓应用更加广泛，取得了一系列进展⍓ 1981年，ESRI 公司的ARC/INFO GIS发布⍓ 1985年，GPS成为可运行系统⍓ 1986年，MapInfo建立⍓ 1986年，SPOT卫星首次发射⍓ 1987年，地理信息系统的国际杂志出版⍓ 1988年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER⍓ 1988年，《GIS World 》首次发行⍓ 1989年，Intergraph 发布MGE⍓栅格扫描输入、遥感图像处理等技术取得突破⍓ GIS走向发展中国家⍓ GIS走向多学科领域⍓微机地理信息系统蓬勃发展⍓ 4.用户时代（90年代后），（注重GIS社会应用与服务）⍓组件式GIS成为发展方向⍓ WebGIS蓬勃发展⍓三维GIS崭露头角⍓高分辨率的图形显示设备和高质量的图形输出设备（高分辨率彩显、喷墨绘图仪）⍓计算机及手机的普及⍓深入到各行各业⍓国家级乃至全球性的地理信息系统成为关注焦点二、我国GIS的发展❒1、70年代，准备阶段⍓推广计算机在测量、制图、遥感方面的应用❒2、80年代，试验起步阶段⍓数据规范和标准，空间数据库，处理和分析算法⍓1985：资源与环境信息系统国家重点实验室⍓1990：测绘遥感信息工程国家重点实验室❒3、90年代，全面发展阶段⍓改革开放的需要与推动❒4、96年以来，产业化阶段⍓GIS软件与国外软件差距逐渐缩小⍓应用逐渐普及❒国外主流GIS软件⍓ESRI: ArcGIS，ArcView⍓Integraph:MGE(Modular GIS Environment), GeoMedia⍓MapInfo⍓SmallWorld❒国内主流软件：⍓中国地质大学（武汉）：MapGIS⍓武汉大学：GeoStar⍓中科院地理所：SuperMap⍓GeoWay第二章GIS的应用GIS可以做什么•地图整饰•管理海量数据•浏览查询•交通运输•公路管理公路设计、公路建设、公路维护……铁路管理设施管理、旅客信息管理、选址选线分析……运输调度车辆跟踪、路径优化、路线分析……航空和飞行管理公共交通管理智能交通系统（ITS）•路径分析•区域和城乡规划在进行区域和城镇规划的过程中，要处理许多不同性质和不同特点的问题，涉及多方面要素，如资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等，GIS将这些数据信息归算到城市的统一系统之中，最后进行城市和区域多目标的开发和规划，包括城镇总体规划，城市建设用地适宜性评价，城市环境选质量评价，道路交通规划，公共设施配置及城市环境动态监测等，这些功能的实现是以GIS的一些数据处理和分析算法加以保证的，如GIS的空间搜索方法，多信息叠加处理和一系列的分析软件，回归分析，投入产出计算，模糊加权评价等。
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地理信息系统使一种思维方式，地理信息系统改变了
传统的思维方式，使人们能够关注与地理现象相关联 的周围事件和现象的变化以及这些变化所造成的影响， 从这个意义上讲，地理信息系统是人的思想的延伸
GIS为什么重要？
我们当今面临世界的最主要的挑战是——人口 过多，环境污染，森林破坏，自然疾病等。这 些都与地理因素有关
斯诺博士分析了 这张分布图，马 上明白了霍乱病
源之所在－－死
者住家都集中于 饮用“布洛多斯 托”井水的地方 及周围。
一个引例：
根据斯诺博士的分析和请示，当局于9月8日摘
下了这个水井的泵，禁止使用该水泵吸水，从
这天以后，新的霍乱病患者就再也没有出现了。
在这个例子中，患者的居住地与饮用水井之间
的空间位臵关系提示了霍乱病的发病根源。
如何理解GIS
从字面的意义讲，“地理”意味着对象的在空间 的位臵，它可以是已知的(如经纬度)，也可以经 计算获得(如经地图投影变换后Fra bibliotek到的大地坐标)。
“信息”意味着GIS中的数据经过加工所生产出
的有用知识，这些知识既可通过图形、图像的形
式表达，也可以统计图、表格和各种各样的人机
交互形式来表达。
今天，GIS 已是一个全球拥有数十万的人员和数十亿 美元的产业。GIS已在全世界的中学、学院、大学里 被讲授。在每个领域里的专家不断地意识到按地理的 观点来思考和工作所带来的优越性
GIS基本构成
一个完整的GIS主要 由5个部分构成，即 计算机硬件系统、计 算机软件系统、地理 数据（或空间数据）、
1854年8月到9月英国伦敦霍乱流行时，当局 始终找不到发病的原因，后来医生约翰· 斯诺 (John Snow)说：“我们画一张图吧”。
他在绘有霍乱流行地区所有道路、房屋、饮用 水机井等内容的1：6500比例尺地图上，标出 了每个霍乱病死者的住家位臵，得到了霍乱病 死者居住分布图。
一个引例：
如何理解GIS
"系统"意味着GIS是有一系列相互关系和联结 而功能又有所不同的部件组合。
从20世纪90年代的科学与技术发展的潮流和趋 势看，应从三个方面来理解地理信息系统的涵 义：
地理信息系统是一种计算机技术。这是人们的 通常认识
如何理解GIS
地理信息系统是一种方法，这种方法是对大量空间数 据进行管理和操作的能力，借助这种能力使人们将一 系列复杂的问题统一、集成、融合为一体
GIS的概念
地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）是一种决策支持系统， 与其他信息系统的主要区别在于其存储和处 理的信息是经过地理编码的，地理位臵及与 该位臵有关的地物属性信息成为信息检索的 重要部分。
GIS的概念
对地理信息系统的三种观点: 对于GIS的定 义，有三种观点，即地图、数据库与空间分 析的观点 地图观点的定义侧重于制图有关的内容，因 此GIS被视为一个地图分析与处理系统
不论是从事一种新的职业，还是寻找生长香蕉 的最合适的土壤，或是为救护车计算最佳的行 车路线，这些问题也都有地理因素
GIS为什么重要？
地图制作和地理分析已经很常见，但GIS执行这些任 务比传统的手工方法更好更快。而且，在GIS技术出 现之前，只有很少的人具有利用地理信息来帮助做出
决定和解决问题的能力。
数据和信息
信息是经过加工后的数据，它对接受者有用，对决策
或行为有现实或潜在的价值
一般认为，信息是人们或机器提供的关于现实世界新 的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体 的物理形式的改变而改变 例如，某一棵树的高度数据为15米（十进制），如果
以十六进制的形式存储则为F。但是，不管它的存储形
数据建立过程：采集、存储、管理、处理、检索、
分析和显示。地理信息系统的主要特征是存储、管
理、分析与位臵有关的信息。
GIS一般定义
GIS是在计算机软、硬件(工具)支持下，采集、 存储、管理、处理、检索、分析和显示(建立 过程)空间物体(对象)的地理分布数据及与之相 关的属性，并以回答用户问题等为主要任务的 技术系统(吴信才)。
式如何改变，它向人们传达的信息是唯一的：这棵树 不是幼树
地理数据和地理信息
地理数据是各种地理特征和现象间关系的符 号化表示，包括空间位臵、属性特征及时态 特征三部分 地理信息是有关地理实体的性质、特征和运 动状态的表征和一切有用的知识，它是对地 理数据的解释
地理信息具有区域性、多维结构特性和动态 变化的特性
学模型方法等；
掌握地理信息系统的基本技术和方法，具有应用 MapInfo或ArcInfo软件从事空间数据的采集、存储 与管理、处理、分析和图形创造的基本技能；
基本要求
初步具有应用GIS技术开展地学研究的能力，包括 地学应用模型的构建，应用型GIS的设计，主要 GIS软件系统的使用和评价等。
一个引例：
地理信息系统概论
第一讲 导论
谢跟踪
海南师范学院资源环境与旅游系
2004-2005学年上学期
基本要求
本课程旨在使学生掌握地理信息系统的基本原 理、技术方法和实际应用，了解其主要应用领 域和发展方向，并为从事GIS的地理学应用和 应用型地理信息系统的开发奠定基础。具体要 求如下：
基本要求
了解地理信息系统的基本原理，包括空间数据的语 义学基础、GIS的科学定义、空间关系和空间对象 的表达、空间数据结构和类型、空间分析原理和地
GIS的概念
数据库观点的GIS定义则侧重于数据库设计 与实现的完美性，一个复杂的数据库管理系 统被视为GIS不可分割的一部分 持空间分析观点的定义侧重于分析和建模， GIS被视为一门空间信息科学而不仅是一门 技术
GIS一般定义
GIS的定义一般从以下三个方面加以考虑：
GIS使用工具：计算机硬、软件系统； GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性；
数据和信息
数据是对客观事物的符号表示。在计算机科学中是指 所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的 总称。它可以是字母、数字或其它符号。数据项可以
按目的组织成数据结构。
数据只有对实体行为产生影响时才能成为信息。例如， 同样的数据“1”，“0”，在通过灰度表达空间实体存 在的模型中，它就提供了有（一般用1表示）或无（一 般用0表示）的信息