地理信息系统原理讲义

地理信息系统的原理与方法地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种用于收集、存储、整理、分析和展示地理空间数据的技术系统。

它结合了遥感、地图学、数据库、计算机科学等多个学科，可广泛应用于城市规划、环境保护、资源管理、农业等领域。

本文将介绍地理信息系统的原理与方法，并讨论其在实际应用中的意义。

一、地理信息系统的原理地理信息系统的原理包括数据输入、数据存储、数据处理和数据输出。

1. 数据输入地理信息系统的数据输入主要通过遥感技术和全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）获取地理空间数据。

遥感技术可利用卫星、飞机等平台获取地表特征、植被分布、地形等数据，而GPS可提供准确的地理位置信息。

这些数据经过获取和处理后，被输入到地理信息系统中。

2. 数据存储地理信息系统采用数据库管理系统存储地理空间数据。

数据库管理系统能够有效地组织和管理大量数据，并保证数据的完整性和一致性。

地理信息系统中的数据通常以矢量数据和栅格数据两种形式存储。

矢量数据以点、线、面等几何对象表示，适用于描述具体地理要素的位置和形状；栅格数据以像元（像素）形式表示，适用于描述连续变化的地理现象。

3. 数据处理地理信息系统的数据处理涉及数据编辑、数据分析、数据模型等多个方面。

数据编辑用于修正和更新地理空间数据，确保其准确性和时效性；数据分析通过空间统计、网络分析、空间插值等方法，从地理数据中提取有用的信息；数据模型则用于模拟地理现象的空间关系和动态变化。

4. 数据输出地理信息系统的数据输出通过地图制作、空间查询、专题分析等方式实现。

地图制作可将地理数据可视化展示，帮助人们更好地理解地理现象；空间查询则用于在地理数据库中检索和提取特定的地理要素；专题分析则基于地理数据进行特定的分析和研究，如土地利用评价、洪涝灾害风险评估等。

二、地理信息系统的方法地理信息系统的方法包括数据收集、数据处理、数据分析和数据可视化。

《GIS 的基本工作原理》讲义一、什么是 GISGIS，全称为Geographic Information System，也就是地理信息系统。

它是一种特定的十分重要的空间信息系统。

那它到底能做什么呢？简单来说，GIS 能把地理空间数据和相关的属性数据整合在一起，然后通过各种分析和处理，为我们提供有用的信息和决策支持。

比如说，我们想要规划一个新的城市公园，GIS 就能帮助我们分析哪里的土地适合，周边的人口分布如何，交通是否便利等等。

又或者，当我们要应对自然灾害，比如洪水，GIS 可以预测洪水可能淹没的区域，帮助制定疏散计划。

二、GIS 的组成部分要理解 GIS 的工作原理，先得知道它由哪些部分组成。

一般来说，GIS 主要包括五个部分：硬件、软件、数据、人员和方法。

硬件就像是 GIS 的身体，包括计算机、服务器、存储设备、输入输出设备等等。

这些硬件为 GIS 的运行提供了基础的物理支持。

软件则是 GIS 的大脑，像 ArcGIS、SuperMap 这些都是常见的 GIS软件。

它们负责处理数据、进行分析、生成地图等各种操作。

数据是 GIS 的血液，没有数据，GIS 就无法工作。

这些数据包括地理空间数据，比如地形、地貌、河流、道路等，还有属性数据，比如土地的用途、建筑物的高度等。

人员是 GIS 中最关键的因素，因为是由人来决定如何收集数据、分析数据、使用结果。

方法则是指如何运用 GIS 来解决实际问题的流程和技术。

三、GIS 的数据获取GIS 工作的第一步就是获取数据。

数据的来源多种多样，有通过测绘得到的，比如用全站仪、GPS 等设备进行实地测量；有从遥感图像中提取的，像卫星影像、航空照片等；还有从现有的地图数字化得到的。

获取到数据后，还需要对数据进行预处理。

这包括对数据的检查、修正错误、统一格式等。

比如说，不同来源的数据可能有不同的坐标系，需要统一转换到一个标准的坐标系下，这样才能进行后续的分析和处理。

第一章导论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。

（美国联邦数字地图协调委员会，FICCDC）。

1.2 地理信息系统的基本构成GIS的基本构成一般包括5个部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。

系统硬件包括输入设备、处理设备和输出设备。

处理设备包括：个人电脑、工作站、主机系统和客户/服务器。

数据输入设备的作用是将地理数据转换成数字的形式存入计算机，以便进行处理和分析计算等工作。

主要的输入设备有：图形手扶跟踪数字化仪、工程扫描仪和数字测量设备等。

图形手扶跟踪数字化仪简称数字化仪，由3个部分组成：电磁感应板、游标和电子线路。

工程扫描仪通常采用滚筒式或平推式的方法将大幅面地图卷入扫描仪进行扫描，生成高分辨率、真彩色的数字图像。

再经过GIS软件屏幕数字化或矢量化，得到地理空间数据。

数字测量设备主要是地理数据的采集设备，通常有数字摄影测量工作站和全球定位系统（GPS）。

数据输出设备主要有：绘图仪、打印机、显示器和屏幕投影仪。

它们的作用是为GIS 软件提供用户操作的界面，并把GIS的最终成果展现给用户。

系统软件按照功能可以分为GIS功能软件、基础支撑软件和操作系统软件。

GIS基础软件平台的代表性产品，国外：ArcGIS、MGE、MapInfo、Idrisi和GRASS；国内：SuperMap、MapGIS和GeoStar等等。

基础支撑软件主要包括系统库软件和数据库软件。

系统库软件提供基本的程序设计语言以及数学函数库等用户可编程功能，如C++运行库和编译系统等。

数据库系统提供空间数据的存储和管理功能，如Oracle®、Microsoft® SQL Server、IBM® D B2和MySQL等。

操作系统是计算机系统中支撑应用程序运行环境以及用户操作环境的系统软件。

地理信息系统概论讲义第一章绪论第一节gis基本概念一、地理信息系统的基本概念一、信息和数据（一）信息1.定义：信息是指以数字、文字、符号、语言、图像等媒介表达的事件、事物和现象的内容、数量或特征，为人们（或系统）提供真实世界的新事实，作为生产、建设、管理、分析和决策的依据。

2、特点：（1）信息的客观性：与客观事实密切相关（2）信息的适用性：信息对决策非常重要（3）信息的可传输性：信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备（包括远程终端）和以某种形式或格式提供给相关用户的信息，以及系统中各子系统之间的信息流动和交换。

（4）信息的共享性：信息与实物不同，可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无丧失信息的这些特点，使信息成为当代社会发展的一项重要资源。

（二）数据（data）定义：数据是可以通过数字记录识别的符号。

它是用于负载信息的物理符号。

1、在计算机的化的地理信息系统中，数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。

2.数据的特征：数据只有在对实体行为产生影响时才会成为信息。

3.获得的信息量与人们的知识水平和经验有关。

4、信息与数据是不可分离的，信息是数据的内涵，数据是信息的表达，即数据是信息的载体；。

信息=数据+说明二、地理信息1、定义：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。

或定义为：地理信息是指土地征用管理圈或地理环境的内在要素或物质的数量、质量、分布特征和联系系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。

另一方面，所有与空间位置相关的信息称为地理信息。

2.特点：（1）空间分布性：其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的这是最显著的标志之一。

地理信息是在定位之后定义的。

（2）多维结构的特征：在二维空间的基础上，实现多专题的第三维的信息结构，而各个专题或实体类型之间的连接是通过属性代码来实现的，这为地理系统各个循环的综合研究提供了可能。

第一章GIS概述1、GIS的定义：GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对与空间相关的数据进行采集、输入、处理、组织管理、操作、分析、模拟显示和输出，并采用地理模型分析方法，实时提供地理信息，为复杂的规划、管理和决策服务而建立起来的计算机技术系统2、地理数据、地理信息与地图：地理数据是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像、图形等的总称。

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。

具有区域性、多维结构特性和时序特征。

地图是将地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化情况。

3、地理信息系统的构成：计算机硬件系统，计算机软件系统，地理数据，人员，（系统管理操作人员，用户），应用模型计算机系统是核心，空间数据反映GIS的地理内容，管理人员和用户决定系统的工作方式和信息表达方式。

5、GIS的产生GIS起源于地图自动制图、土地调查和人口普查计算机科学的兴起和它在航空摄影测量学与地图制图学中的应用，以及政府部门对土地利用规划与资源管理的要求，使人们开始有可能用计算机来收集、存贮和处理各种与空间和地理分布有关的图形和有属性的数据，并通过对数据的分析来为管理和决策服务1960年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson 提出了把地图变成数字形式的；1963年又提出GIS这一术语，并于1971年建立了第一个GIS－－加拿大GIS（CGIS）随后GIS以燎原之势在全世界迅速发展起来6、地理信息系统的核心问题位置，条件，变化趋势，模式，模型7、GIS的发展趋势（从最终用户的角度）：8、GIS是全球影像分析卫星的缩写第二章空间数据基础和数据模型9、地理空间的定位GIS中的空间概念常用“地理空间”来表述，一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成坐标类型：大地坐标（L,B,H）、空间直角坐标（参心和地心）（x,y,z）、平面直角坐标国内使用的三种坐标系：54北京坐标系、80国家大地坐标系、CGCS2000坐标系。

地理信息系统的原理和应用场景随着信息技术的迅猛发展，地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）也逐渐成为了一个非常重要的工具。

它可以将地理信息以图形、文字、数字等多种格式呈现出来，为地理研究、城市规划、农业开发、自然资源管理等领域提供了强有力的支持。

本文将通过对GIS的原理和应用场景的讲解，为大家深入了解地理信息系统提供帮助。

一、GIS的原理GIS的核心思想是通过对空间现象的数据采集、组织、存储、分析和呈现，来反映地理信息。

GIS中包括多个要素，比如地图数据、地理数据库、地图制图、空间分析、网络分析等。

其中最核心的要素是地图数据，其包含了地理实体的几何形状和属性信息。

GIS的数据采集主要靠全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）和航空遥感技术（Remote Sensing）等手段实现。

GPS是一种通过卫星定位来获取地球表面位置信息的技术，可以对地点进行准确的测量和计算，并将位置数据储存在数据中心。

而航空遥感则采用误差极小化、图像处理、传感器数据融合等技术来获取大量的地理数据。

存储和管理方面，GIS通常需要使用地理数据库来储存和管理所采集的地理数据。

地理数据库以空间为中心，整合了地理数据的多个维度信息。

GIS中的地图制图是将数据可视化呈现的过程。

空间分析则是GIS最主要的应用之一，它利用地图数据进行地理分析和决策制定。

网络分析则是将地图和网络结构相结合，通过机器学习和预测算法来解决大数据计算的问题。

二、GIS的应用场景GIS在不同领域的应用场景非常广泛。

以下是几个例子：1.城市规划城市规划是GIS的重要应用领域之一。

GIS可以帮助城市规划师进行精准的地形分析、地貌描述，进而开展城市交通规划、房地产开发、环境管理和城市公用事业规划等工作。

例如，城市规划师可以运用GIS技术，对城市公交线路进行覆盖面分析，从而找出公共交通覆盖不够的区域，并提出改善方案。

第一章地理信息系统基本概念第一节几个基本概念1.数据（Data）数据是记录信息的符号，是信息的重要载体，是未加工的原始资料。

内涵：①数据的表达方式有数字、文字、符号、声音、图形、图像、光、电、磁信号等。

②数据一般不等同于信息，人或机器只有理解数据方可获取信息。

③数据只有经过观察、测量、整理与加工可获取2.数据源：能提供某种所需数据的原始媒体称为数据源，目前常用的有：①观测数据：从现场获取的实测数据（野外勘测、台站记录、遥测量算）②分析测定数据：利用物理、化学分析方法测定的数据③图形数据：各种地形图、专题地图等④统计调查数据：各种统计报表、社会调查表⑤遥感数据：由地面航空或航天遥感获得的数据3.信息（Information）有狭义与广义定义：●狭义信息：信息论中将信息定为“两次不定性程度之差”，即用熵增加值度量事物的认知程度。

●广义信息：是宏观世界中主体与外部客体之间相互联系的一种方式，是主客体之间一切有用的消息或知识，是事物运动状态的一种普通反映形式。

内涵：①信息要求有载体支撑②信息需靠介质传递③信息量是可度量的④信息量多少与人的知识经验有关⑤信息是可相互转换的4.数据处理由人或机器对数据进行编码、排序、分类、运算、压缩、增涨、变换等过程通称为数据处理。

5.系统具有特定功能的相互关联的诸多要素构成的整体称为系统。

内涵：①系统的基本特征：结构性、关联性。

②系统的要素可以是子系统、子集合。

③凡涉及到数据处理功能的系统，一般都离不开计算机系统的支持。

系统举例：●社会经济系统●军事系统●地球系统及十三个子系统●资源环境信息系统●生物系统●生命循环系统6.信息系统是指具有数据信息管理、检索、分析、运算、咨询决策功能的计算机系统。

内涵：①组成：硬件、软件、数据、操作员②自动化、可视化、智能化是基本特征7.地理信息①地理数据：各种地理要素特征与现象间关系的符号化表示：A.空间位置；B.属性特征（简称属性）；C.时域特征具体定义：A.描述地物所在的大地经纬度或相对位置关系（相邻、相包）；B.属性特征又称非空间数据，描述地物特征的定性或定量指标；C.时域特征指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。

《地理信息系统》讲义一、地理信息系统的定义与发展地理信息系统（Geographic Information System，简称 GIS）是一种采集、存储、管理、分析和展示地理空间数据的技术系统。

它将地理空间位置与相关的属性数据相结合，通过计算机软件和硬件的支持，为用户提供各种空间分析和决策支持服务。

GIS 的发展可以追溯到上世纪 60 年代，随着计算机技术的不断进步，GIS 也逐渐从简单的地图数字化发展到如今功能强大、应用广泛的系统。

早期的 GIS 主要用于土地利用规划和资源管理等领域，如今已经广泛应用于城市规划、交通运输、环境保护、农业、林业、水利、地质矿产等众多领域。

二、地理信息系统的组成GIS 主要由以下几个部分组成：1、硬件包括计算机、服务器、存储设备、输入输出设备（如扫描仪、绘图仪等）。

这些硬件设备为 GIS 的运行提供了基础的计算和数据处理能力。

2、软件包括操作系统、GIS 专业软件（如 ArcGIS、SuperMap 等）、数据库管理软件等。

GIS 软件是实现地理数据处理、分析和可视化的核心工具。

3、数据数据是 GIS 的核心组成部分，包括空间数据（如点、线、面等几何图形）和属性数据（如名称、面积、人口等）。

数据的质量和准确性直接影响到 GIS 分析结果的可靠性。

4、人员包括系统开发人员、管理人员、操作人员等。

人员是 GIS 系统能够有效运行和发挥作用的关键因素。

5、方法包括 GIS 数据采集、处理、分析和应用的方法和流程。

合理的方法和流程能够提高工作效率和分析结果的准确性。

三、地理信息系统的数据采集数据采集是 GIS 应用的基础，常见的数据采集方法包括：1、数字化将纸质地图通过数字化仪或扫描仪转化为数字形式。

2、测量通过全球定位系统（GPS）、全站仪等测量设备获取地理空间数据。

3、遥感利用卫星、航空遥感等技术获取大面积的地理信息。

4、社会经济数据收集通过调查、统计等方式获取与地理相关的社会经济数据。