mapgis实验指导一

绪论第一节GIS的基本概念一、信息、地理信息1、信息和数据信息（Information）是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。

信息具有客观性、适用性、可传输性和共享性等特征。

信息来源于数据（Data）。

数据是一种未经加工的原始资料。

数字、文字、符号、图像都是数据。

二者的关系：数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，是数据的内容和解释。

2、地理信息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，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。

地理数据则是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征（简称属性）及时域特征三部分。

3、地理信息的特征地理信息除了具有信息的一般特性，还具有以下独特特性：（1）空间分布性。

（2）数据量大。

（3）信息载体的多样性。

二、信息系统信息系统是具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。

在计算机时代信息系统都部分或全部由计算机系统支持，并由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成、另外，智能化的信息系统还包括知识。

三、地理信息系统地理信息系统（Geographic Information System或Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。

它是一种特定的十分重要的空间信息系统。

它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念：1、GIS的物理外壳是计算机化的技术系统。

2、GIS的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。

3、GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。

4、GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。

第二节GIS的发展概况一、国际发展状况综观GIS发展，可将地理信息系统发展分为以下几个阶段：1、地理信息系统的开拓期（20世纪60年代）：注重空间数据的地学处理。

1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建立了世界上第一个实用的地理信息系统——加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理和规划。

2、地理信息系统的巩固发展期（20世纪70年代）发展阶段（70年代），注重空间地理信息的管理，受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视。

3、地理信息系统技术大发展时期（20世纪80年代）：推广应用阶段（80年代），注重空间决策支持分析。

4、地理信息系统的应用普及时代（20世纪90年代至今）：注重GIS社会应用与服务，GIS技术迅猛发展。

控件式GIS成为GISTools的发展方向;WebGIS蓬勃发展;三维GIS崭露头角。

二、国内发展状况起步阶段：20世纪70年代初步发展阶段：20世纪80年代快速发展阶段：20世纪90年代到现在第三节地理信息系统的构成完整的GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员，其核心部分是计算机软硬系统，空间数据库反映了GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。

地理信息系统的组成可综合表示为图1-1。

图1-1地理信息系统的组成第四节GIS与相关学科及技术的关系一、GIS与相关学科技术的关系GIS是现代科学技术发展和社会需求的产物。

人口、资源、环境、灾害是影响人类生存与发展的四大基本问题。

为了解决这些问题必须要自然科学、工程技术、社会科学等多学科、多手段联合攻关。

于是，许多不同的学科，包括地理学、测量学、地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科，参在寻找一种能采集、存储、检索、变换、处理和显示输出从自然界和人类社会获取的各式各样数据、信息的强有力工具，其归宿就是地理信息系统，或称空间信息系统，资源与环境信息系统。

因此，GIS明显地具有多学科交叉的特征，它既要吸取诸多相关学科的精华和营养，并逐步形成独立的边缘学科，又将被多个相关学科所运用，并推动它们的发展。

GIS的相关学科技术见图1-2。

地理学和测绘学是以地域单元研究人类居住的地球及其部分区域，研究人类环境的结构、功能、演化以及人地关系。

空间分析是GIS的核心，地理学作为GIS的分析理论基础，可为GIS提供引导空间分析的方法和观点。

测绘学和遥感技术不但为GIS提供快速、可靠、多时相和廉价的多种信息源，而且它们中的许多理论和算法可直接用于空间数据的变换、处理。

图1-2 GIS的相关学科技术（据郭达志等）二、GIS与其他系统的区别GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。

GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。

管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。

GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。

GIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。

第五节地理信息系统的应用一、测绘与地图制图二、资源管理三、城乡规划四、灾害监测五、环境保护六、国防军事七、精细农业八、电子商务九、电子政务十、交通运输十一、人口管理十二、警务十三、医疗卫生十四、公众服务实验一初识MAPGIS一、相关知识简介(一)GIS主流软件1. Arc/Info软件Arc/Info是由美国环境系统研究所开发的，是目前世界上使用最多的商业化软件之一。

Arc/Info是以矢量数据结构为主体的GIS系统，它是通过关系数据库管理属性数据。

2. Mapinfo软件Mapinfo是美国MAPINFO公司推出的适用于不同平台的GIS系统，在PC桌面平台上其占有相当大的市场。

Mapinfo是以矢量数据结构为主体的GIS平台，对空间数据管理采用无拓扑矢量结构，具有强大的符合工业界数据库标准的管理系统，在城市规划、行政管理等方面得到广泛应用。

它的主要优势是在空间数据库管理和分析方面，简单易学、实用，而且桌面制图功能强，但在GIS空间分析方面似乎落后于Arc/Info软件。

3. MAPGIS软件MAPGIS是中国地质大学信息工程学院武汉中地信息工程有限公司自行研制开发的地理信息系统，是国产优秀的桌面GIS软件，它属于矢量数据结构GIS平台，主要优势功能有：①将空间数据数字化输入、编辑、拓扑一体化。

②具有强大的制图功能，包括各种专题图例符号的制作较其它软件方便灵活得多。

③基本上完成了GIS方方面面的分析功能。

(二)MAPGIS的主要功能l．数据输入在建立数据库时，我们需要将各种类型的空间数据转换为数字数据，数据输入是GIS 的关键之一。

MAPGIS提供的数据输入有数字化仪输入、扫描矢量化输入、GPS输入和其它数据源的直接转换。

(1) 数字化输入数字化输入也就是实现数字化过程，即实现空间信息从模拟式到数字式的转换，一般数字化输入常用的仪器为数字化仪。

(2)扫描矢量化输入扫描矢量化子系统，通过扫描仪输入扫描图象，然后通过矢量追踪，确定实体的空间位置。

对于高质量的原资料，扫描是一种省时、高效的数据输入方式。

(3)GPS输入GPS是确定地球表面精确位置的新工具，它根据一系列卫星的接收信号，快速地计算地球表面特征的位置。

由于GPS测定的三维空间位置以数字坐标表示，因此不需作任何转换，可直接输入数据库。

(4)其他数据源输入MAPGIS升级子系统可接收低版本数据，实现6.X与5.X版本数据的相互转换，即数据可升可降，供MAPGIS使用。

MAPGIS还可以接收AUTOCAD、ARC/INFO、MAPINFO等软件的公开格式文件。

同时提供了外业测量数据直接成图功能，从而实现了数据采集、录入、成图一体化，大大提高了数据精度和作业流程。

2. 数据处理输入计算机后的数据及分析、统计等生成的数据在入库、输出的过程中常常要进行数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变换等工作。

MAPGIS通过图形编辑子系统及投影变换、误差校正等系统来完成，下面分别介绍之。

(1) 图形编辑该系统用来编辑修改矢量结构的点、线、区域的空间位置及其图形属性、增加或删除点、线、区域边界，并适时自动校正拓扑关系。

图形编辑子系统是对图形数据库中的图形进行编辑、修改、检索、造区等，从而使输入的图形更准确、更丰富、更漂亮。

(2) 投影变换地图投影的基本问题是如何将地球表面（椭球面或圆球面）表示在地图平面上。

这种表示方法有多种，而不同的投影方法实现不同图件的需要，因此在进行图形数据处理中很可能要从一个地图投影坐标系统转换到另一个投影坐标系统，该系统就是为实现这一功能服务的，本系统共提供了20种不同投影间的相互转换及经纬网生成功能。

通过图框生成功能可自动生成不同比例尺的标准图框。

(3) 误差校正在图件数字化输入过程中，通常的输入法有：扫描矢量化、数字化仪跟踪数字化、标准数据输入法等。

通常由于图纸变形等因素，使输入后的图形与实际图形在位置上出现偏差，个别图元经编辑、修改后可满足精度要求，但有些图元由于发生偏移，经编辑很难达到实际要求的精度，说明图形经扫描输入或数字化输入后，存在着变形或畸变。

出现变形的图形，必须经过数据校正，消除输入图形的变形，才能使之满足实际要求，该系统就是为这一目的服务的。

通过该系统即可实现图形的校正，达到实际需求。

(4) 镶嵌配准图象镶嵌配准系统是一个32位专业图象处理软件，本系统以MSI图象为处理对象。

本系统提供了强大的控制点编辑环境，以完成MSI图象的几何控制点的编辑处理；当图象具有足够的控制点时，MSI图象的显示引擎就能实时完成MSI图象的几何变换、重采样和灰度变换，从而实时完成图象之间的配准，图象与图形的配准，图象的镶嵌，图象几何校正，几何变换，灰度变换等功能。