地理信息系统讲义

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。

②地理信息与所研究的地理实体的空间地理分布有关的信息，包括数量、质量、空间分布特征、相互关系及规律等。

是表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。

③地理信息三大要素空间位置属性特征时间④地理信息特征A.空间分布性。

首先空间定位同一信息可在多个空间位置上出现，具有分布式特点，因而其属性也具有层次性。

B.海量数据。

由于地理信息三大要素决定地理信息是海量的、巨大的。

C.信息载体的多样性。

(1) 地理实体、物质能量；(2)符号载体；(3) 物理介质。

8.地理信息系统GIS (Geographical information system)是以地理空间数据库为基础，采集、储存、管理、分析地球表面与地理分布的数据。

为地理研究与地理决策服务的计算机系统。

内涵：A.GIS的管理对象是多种地理实体数据及关系，定位坐标、图形、遥感、属性等。

B.GIS工作内容是区域地理现象与过程。

C.GIS工作目标是复杂地理规划、决策及管理问题第二节 GIS的基本特征与分类地理信息系统组成结构如下：关于GIS的基本特征：①具有采集管理、分析与输出多种地理空间信息的能力，具有空间性与动态性；②以地理模型方法为手段，以地理研究与地理决策为目的，具有区域空间分析，多要素与多目标综合分析及动态预测能力，产生高层次的地理信息；③由计算机系统支持进行地理数据管理、地理过程与现象模拟，产生有用信息为人类社会服务。

第三节 GIS的基本分类分类原则不同，则分类亦不同。

1.按用途与目的划分①基础信息系统（国家高级地理信息数据库）②资源环境信息系统③城市地理信息系统（勘察、规划、管线、环境、土地、交通）④土地信息系统2.按研究内容分：①综合性GIS ②专题性GIS3.按研究范围大小划分①全球性GIS ②区域性GIS ③局部性GIS4.按空间分布特点划分①二维GIS，布满二维坐标系②真三维GIS，布满整个三维空间③（2＋1）维GIS，三维加高程模型（DEM）（一维）结合④四维GIS，三维加时间坐标——动态GIS第四节 GIS的发展简史GIS是上世纪60年代发展起来的新学科与技术，现今已成为一门涉及到测绘科学、环境科学、计算机技术等跨学科研究的交叉学科。

起步：1.1963年加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出GIS术语，并花三年建成世界上第一个GIS——1∶5000的加拿大地理信息系统（GIS），用于加拿大土地资源规划与管理。

2.稍后美国哈佛大学拿出较完整的Symap，由于当时计算机技术水平不高，存储量小、速度慢、误差大，导致当时GIS极为简单。

早期：3.GIS一经产生，显著特点是成立众多GIS机构，如：①1966年美国成立城市与区域信息系统协会（URISA），1969年又成立州信息系统全国协会（NASIS）。

②1965年国际地理联合会IGU设立地理数据处理委员会（CGGDSP）③1968年国际摄影测量与遥感学会组建了“DEM原理及应用”专门工作组，协调全世界相关研究。

中期：4.上世纪70~80年代，因计算机软、硬件技术的突飞猛进式发展，尤其是大容量硬盘的应用，为GIS数据录入、存储与检索提供了强有力支持。

①1970~1976年，美国地质调查局建成50个信息系统，用于地理、地质、水资源分析；②加拿大、西德、瑞典、日本相继发展自己的GIS；③美国成立国家地理信息和分析中心（NCGIS）④80年代中后期GIS全球性应用研究。

A.全球沙漠化B.全球可居住区评价C.厄尔尼诺现象与酸雨D.核扩散及核废料全球监测E.全球气候变化F.美国军方全球1∶100万空间数据库DCWG.前苏联全球数字调和模型与数字正射影像现今：5.1990~2004，由于信息高速公路的开通，GIS已经产业化、产品化及个性化。

主要特点是：①GIS产品投放量，每2~3年增长一倍；②GIS国际学术会议频繁召开，内容十分广泛，涉及理论、关键技术、数据更新及应用；③国际学术刊物论文日渐采用GIS为标题④诸多学科将GIS作为发展方向：地理、工程、森林、城乡规划、计算机、测绘、航测与遥感、地图学等⑤许多大学设立GIS课程，培养GIS硕士、博士。

⑥国际区域研究中心相继建立，美、加、英、澳。

我国现状：1970~1980 起步 1980~1985 准备 1985~1995 发展1996~ 产业化继成立GIS协会，出现一批产品。

第五节 GIS与其它系统的联系和区别GIS与其它学科是相互补充、相互支持发展的关系，而不是相互替代关系，其定义仍属地理空间信息系统范畴。

1.数据库及信息系统技术是GIS数据管理的基本理论与方法；2.系统工程方法使GIS设计实现规范化、标准化；3.决策科学，专家系统指导GIS建模及运算，解决复杂管理与规划问题；4.地图学是GIS空间数据组与空间数据操作的基本框架；5.图像处理技术与计算机图形学是GIS算法设计的基础。

第六节 GIS的应用领域1.测绘与地图制图GIS 与RS 、GPS 通称3S 系统，为测绘制图带来了革命性的变化： ①地图数据获取与成图流程周期大大缩短； ②制图精度大大提高；③数字地图、网络地图、电子地图形式出现。

2.资源管理●土地现状分析与管理 ●土地类型划分与治理方案 ●土地开发监测 3.城乡规划●城市总体规划●城建用地适应性评价●环境质量评价●道路交通规划●城市地下管网管理 4.灾害监测与预报●森林火险早期预警●地震预警与决策指导●农作物虫灾监测 5.环境保护●区域环境质量评价●动植物保护●河流、水质污染●海洋污染、赤潮等 6.国防●3S 系统●C 4I 系统（海湾战争）●巡航导弹地形匹配系统●战场指挥 7.宏观经济决策●三峡筑坝●区域经济宏观调控●人口及资源消费第二章 GIS 的数据源与地图投影第一节 数据源首先回顾上章基本问题：1.地图（Map ）①地图最早起源于元古时代人类战争划分疆土的需要，如成吉思汗征服的版图横跨欧亚两洲。

②社会发展需要，地图不仅反映自然地理概况，而且表征区域经济、文化、资源与军事等信息，超过纯地理范畴。

③由于现代电子计算机发展，出现电子地图。

④由电子地图最终过渡到GIS 。

⑤地图数字化：将地图上的图形数据转换成计算机系统能识别的矢量数据的过程称为地图数字化。

数字化过程注意事项：地 图 测 绘遥 感 统计数据 文字报告 文 件 声 音 图 片手扶数字化仪跟踪数字化扫描数字化(1) 地图的制图介质一般为纸质或聚脂薄膜，存放中易变形，有可能造成误差； (2) 地图数据随时间可能不断更新；(3) 不同比例尺、不同类型的地图投影方式可能不同，在地图数字化时应正确设定投影或进行投影转换。

2.测绘现代测绘由航天航空、现场综合进行，测绘数据直接成为GIS 数据。

3.遥感影像RS 可快速、准确获得大面积综合性地学信息，这类信息具有综合性、宏观性、动态性及多源性等特点，分有： ①航天遥感广泛应用的是地球轨道卫星，同步轨道卫星，如气象、海洋与陆地卫星主要用于全球性、区域自然环境研究（百慕大三角洲）小比例尺。

②航空遥感用飞机载雷达或航空测量仪器获得的图像数据比例尺大，分辨率高，适合于小区域，如城市设计等。

③地面遥感地面遥感通常进行重点观测、波谱测试、实况调查、机制分析，仪器标定与近景摄影测量等。

各类遥感影像都有其自身成像规律、变形规律，应用中应进行校正、纠偏、分辨率及解译方面的调整工作。

4.其它数据格式转换通过数据格式，可把其它类型的图形数据转换成空间数据，标准数据格式：.dxf 等。

5.统计数据国民社会生活中，各种统计性数据诸如：GDP 指数、人口数量、人均住房面积、人均耕地面积、日照时间、温度、平均文化水平、失学儿童比例等属性数据均为GIS 的数据源。

6.文字报告与立法文件在某些专题性GIS 中，文字报告及政府立法文件也是重要的属性数据源，尤其在各种规划型GIS 中，此类属性数据地位相当重要。

7.声音与图片声音及图片作为数据在多媒体形成的GIS 中广泛应用，可使GIS 更加丰富多彩。

第二节 地图分类地图是非常重要的GIS 数据源，有必要对地图的类型作重点介绍。

1.普通地图以同等详细程度，综合表示地面基本要素，反映地面基本状况，地面要素分布规律的地图称普通地图，按比例尺分：①地形图可精确反映地物、地貌位置形态、国家基本比例尺地形图为（7种）： 1∶1万，1∶2.5万，1∶5万，1∶10万，1∶25万，1∶50万，1∶100万 其具有统一内容、式样与规格国家建设部门又习惯上有三种划分方法：普通地图专题地图地形图 比例尺大于或等于1∶100万 地理图 比例尺小于1∶100万②地理图 ≤1:100万的地图，如：1∶200万，1∶250万，1∶400万，1∶800万，1∶1000万 高度概括地面要素。