首页 地理信息系统原理方法和应用.pdf

地理信息系统原理方法和应用.pdf

地理信息系统原理方法和应用.pdf

上传者: 阿克顿 2011-04-23 评分1 评论0 下载55 收藏0 阅读量958 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《地理信息系统原理方法和应用pdf》,可适用于专题技术领域,主题内容包含前言最近几年来地理信息系统无论是在理论上还是应用上都处在一个飞速发展的阶段。GIS被应用于多个领域的建模和决策支持如城市管理、区划、环境整治等等地理符等。

前言最近几年来地理信息系统无论是在理论上还是应用上都处在一个飞速发展的阶段。GIS被应用于多个领域的建模和决策支持如城市管理、区划、环境整治等等地理信息成为信息时代重要的组成部分之一“数字地球”概念的提出更进一步推动了作为其技术支撑的GIS的发展。与此同时一些学者致力于相关的理论研究如空间感知、空间数据误差、空间关系的形式化等等。这恰好说明了地理信息系统作为应用技术和学科的两个方面并且这两个方面构成了相互促进的发展过程。从应用的角度看近几年GIS的发展主要体现在以下几个方面::应用领域的扩大如一些商业部门开始利用GIS进行客户研究此外同遥感、GPS的结合为GIS开拓了更加广泛的应用空间如汽车导航环境监测等。:大量成熟的商业GIS平台出现或已有的软件不断推出新的产品。:空间数据的建设越来越受到重视基于空间数据基础设施的建设开始了空间数据共享和互操作的研究。在这样的背景下全国许多高校的地理系都开始了GIS专业人才的培养以满足GIS发展的需求。北京大学城市与环境学系于年开始招收GIS专业本科生这样编写一本全面的、能够反映GIS最新进展的教材就成为当务之急。所以作者编写这本书。在编写的过程中考虑到GIS专业学生今后从事的工作可能包括以下几类::GIS理论的研究工作:GIS软件的开发:GIS项目组织管理:应用GIS的其它领域。因此在设计本书的结构时兼顾了这些方面依次介绍了GIS的基本理论、功能实现、应用技术。本书共二十一章分为五部分::第一章介绍了GIS的相关概念信息、数据、信息系统以及GIS的发展历史和展望:第二五章介绍了GIS的空间数据模型、参照系统和GIS中的数据这几章组成了GIS的理论基础:第六十一章按照从空间数据录入、管理、分析、表现的过程讲述了GIS的基本功能:第十二十九章介绍了GIS应用技术的各个方面。:附录(两章)分别介绍了GIS的计算机基础和国内外的GIS工具软件供阅读本书时参考。在编写中每章前面的导读概括了本章的内容说明了与其它章节的关系正文中采用灰底文字讲述了相关的知识供阅读时参考。本书作为教材而编写但同时希望它能够对GIS开发人员、管理人员有所帮助。本书由邬伦、刘瑜确定整体结构主要编写人员有刘瑜、张晶、马修军、韦中亚、田原等。各章主笔分工为:第一五章第七章第十一章:张晶第八、九、十章:马修军第六章和附录一:韦中亚第十二章第十九章附录二:刘瑜。最终本书由刘瑜、邬伦统稿邬伦定稿。本书的完成是北京大学城市与环境学系GIS教研室的多年工作的结晶教研室人员的工作包括Citystar软件的开发以及相关的科研工作都为本书提供了极好的“原料”。教研室中下列人员参加了书稿的讨论以及部分文字整理工作:叶燕林张金海刘岳峰林报嘉唐大仕高勇张毅王永乾周贵云苏元峰刘玉玲赵建伟刘述赵伟。本书的完成得到了许多老师和同行的关怀和支持。德高望重的陈述彭院士于百忙之中为本书作序何建邦教授、承继成教授、谢昆青博士、任伏虎博士、张世琨博士为本书提出了许多有益的建议和修改意见山西大学马义娟江西省气象局曹华盖、文海龙也参加了部分工作在此表示衷心的感谢。地理信息系统一门实用性很强的学科必须更多地动手实践才能更好地理解其中的一些概念因此与本书配套作者还将继续编写地理信息系统实习教材并开发相应的实习软件。由于作者水平和时间所限书中错误在所难免希望读者不吝指正。作者序国务院学位委员会决定:新生的地理信息系统与古老的地图学并列为理科专业。在科学出版社新版的《北京大学地理教学丛书》中邬伦教授等主编的《地理信息系统原理、方法和应用》又列为其中系列教材之一同时也作为大学本科、研究生及自学考研的参考书。它的出版标志着地理信息系统作为大学理科专业已经到了科技界、教育界的认同它既是应用领域广泛的工程技术又是跨越信息科学、地球科学和空间科学的应用基础科学。这是科教兴国战略与教育深化改革的又一崭新的亮点。我感到非常欣慰并表示热烈的祝贺!随着全球化、网络化和知识经济蓬勃发展的新世纪的到来我国地理信息系统正迅猛地由实验室走向产业化和社会化。由设备引进、技术克隆迈上自主开发、数据挖掘与知识创新的新台阶。随着加入世界贸易组织(WTO)在互联网服务领域(ISP)、信息服务领域(ICP)、以在用服务领域(ASP)都需要大量地理信息系统(GIS)人才特别是管理科学结合的管理地理信息系统(MGIS)人才。我国地理信息系统起步稍晚。世纪末互联网的普及还远远低于世界平均水平。计算机软、硬件人员在信息产业中所占比例低于。虽然已有的重点企业建立了网站主页但大部分还没有建立防火墙设施安全审计、监测和自动恢复系统。在国家重点企业中采用的服务器惠普、IBM各占以上UPS山特独占路由器CISCO占以上交换机COM占操作系统WINDOW占办公软件OFFICE占(据国家经贸委经济信息中心调查)。在迎接全球化、网络化新机遇的同时我国信息化所面临的挑战也是十分严峻的任重而道远关键在于素质教育与科技人才的培养。我国联想生产的PC机占有国内市场的北京大学的方正系统、Citystar系统和其他院校开发的软件已享有盛誉其中地理信息系统中自主开发的软件已占有国内市场左右是非常良好的开端但在发达国家中信息产业对国民经济增长贡献率和就业动力所占社会劳动力都已超过我们的成就还只能算是万里长征的第一步。近年出版了一系列地理信息系统教材其中有些侧重于科学原理阐明有些侧重于专业部门的应用。邬伦博士以其深厚的地学造诣与计算机软件开发的丰富实践融汇贯通化为一体又着眼于公共课程的广大性与大学本科的基础性旁征博引求实创新图文并茂深入浅出推出这部迎接新世纪空间时代和信息社会的好教材是非常难能可贵的。我是非常乐意向读者们郑重推荐的。陈述彭年月日《地理信息系统原理、方法和应用》书稿评审意见关于地理信息系统的书籍、至少已经出版了数十本之多但是由北京大学邬伦教授最近编写的《地理信息系统原理、方法和应用》书稿具有与众不同的特点读完之后使人有新鲜的感觉该书的主要优点是:不仅正确而又精练地介绍了地理信息系统的基本内容而且又把本学科的最新概念最新成果和动态趋势作了全面、系统的介绍如从现实世界到比特世界(第二章)集成技术(第十二章)网络地理信息系统(第十三章)地理信息系统应用项目组织和管理(第十五章)地理信息系统软件工程技术(第十六章)地理信息系统标准(第十七章)地理信息系统和社会(第十八章)地球信息科学与数字地球(第十七章)地理信息系统和社会(第十八章)地球信息科学与数字地球(第十九章)和GIS的计算基础(第二十章)等不仅是必要的而且也是合适的。本书的另一个特点是它的结构合理逻辑性强文笔通顺图文并茂深入浅出可读性好。该书不仅适合作大专院校的教材以及补充读物也适合给工程技术人员科研工作者和其他专业人员作为参考书用是一本很好的介绍地理信息系统的著作。建议及早将它出版与广大读者见面估计定能受到欢迎好评。北京大学遥感与GIS研究所教授、博导国际欧亚科学院院士承继成年月日概论GIS的定义GIS是什么或者不是什么数据、信息、信息系统GIS的发展历史GIS功能概述(AOverview)GIS和其他学科的关系概述AMFMLISGIS发展展望空间信息和空间数据现实世界到比特世界空间数据模型要素模型场模型网络结构时间三维空间参照系空间参照系地图投影GIS中的数据数据类型数据涵义数据质量元数据GIS的功能计算机基础硬件数据库算法和数据结构面向对象技术空间数据获取数字化数据规范处理空间数据管理栅格数据矢量数据矢量栅格转换空间索引技术空间查询和检索空间分析空间关系检测空间度量空间切分网络分析BufferOverlay空间分析(二)实例资源配置模型知识挖掘决策支持模型时间序列模型DEMDEM和DTM插值DEM应用空间数据表现符号专题信息表现地图设计空间信息可视化制图综合GIS应用(Applications)GIS应用举例城市规划城镇管理电力交通环境农业林业地质地貌气象GIS平台介绍ARCINFOMapInfoIntergraph国产GISS集成RS介绍GPS介绍S集成应用GIS项目以及项目组织GIS项目类型(按照目的规模进行分类)资金人员数据进度控制GIS软件工程基础软件开发应用系统开发质量控制质量标准网络GIS计算机网络技术分布式空间数据管理WebGISGIS的标准化GIS与社会走出学院的GIS社会对GIS发展的影响GIS与社会另外几个问题教育产业版权数字地球如果说地图是地理学的第二代语言那么地理信息系统就是地理学的第三代语言。陈述彭简单的说地理信息系统是回答如下问题的信息系统“哪里”。HenryTom第一章地理信息系统概论导读:本章介绍了地理信息系统的一些最基本的、但又是非常重要的概念包括信息、数据、信息系统、空间数据、空间信息和地理信息系统。有些概念如空间信息和空间数据还将得到进一步的阐述实际上空间数据也是本书中描述GIS功能的核心。GIS既是一项技术也是一门学科本章也介绍了它的主要研究内容以及与其它学科如地理学、地图学、遥感等的关系。本章同时介绍了GIS的组成、分类、功能、发展历史和展望这些将在后面的章节中更为详尽地被描述。.地理信息系统的基本概念.信息、数据、地理数据与地理信息..信息(Information))信息的含义信息是近代科学的一个专门术语已广泛地应用于社会各个领域。狭义信息论将信息定义为“两次不定性之差”即指人们获得信息前后对事物认识的差别广义信息论认为信息是指主体(人、生物或机器)与外部客体(环境、其他人、生物或机器)之间相互联系的一种形式是主体和客体之间的一切有用的消息或知识是表征事物特征的一种普遍形式。本书采用的定义为:信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识是数据、消息中所包含的意义它不随载体物理设备形式的改变而改变。)信息的特点信息具有以下特点:客观性:任何信息都是与客观事实紧密相关的这是信息正确性和精确度的保证实用性:信息对决策是十分重要的信息系统将地理空间的巨大数据流收集、组织和管理起来经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息传输性: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)和以一定的形式或格式提供给有关用户也包括信息在系统内各个子系统之间的流转和交换如网络传输技术共享性:信息与实物不同信息可以传输给多个用户为多个用户共享而其本身并无损失。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。..数据数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。数据是用以载荷信息的物理符号数据本身并没有意义。如数字“”。信息可以离开信息系统而独立存在也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在而数据的格式往往与计算机系统有关并随载荷它的物理设备的形式而改变。信息与数据是不可分离的。信息由与物理介质有关的数据表达数据中所包含的意义就是信息。数据是记录下来的某种可以识别的符号具有多种多样的形式也可以由一种数据形式转换为其他数据形式但其中包含的信息的内容不会改变。数据是信息的载体但并不就是信息。只有理解了数据的含义对数据做出解释才能提取数据中所包含的信息。对数据进行处理(运算、排序、编码、分类、增强等)就是为了得到数据中包含的信息。虽然日常生活中数据和信息概念分得不是很清但它们有着不同的含义。可以把数据比作原材料而信息是对原材料处理的结果。如同一个木匠在一些工具的帮助下可以把木材做成有用的家具。同样计算机专业人员应用计算机的硬件和软件把原始数据转换成信息。这种转换过程可用图说明。图:数据和信息数据包含原始事实信息是把数据处理成有意义的和有用的形式。例如每个学生所得分数对教师来说是原始数据而把这些数据进行汇总并计算每班平均得分教师根据平均分判断班级总体情况这些结果对教师来说就是信息。与数据相比信息具有以下特征:数据是原始事实信息是数据处理的结果对一个人是信息对其他人可能是数据信息必须是有意义或有用的使用的信息必须是完整、精确、相关和及时的。人的知识、经验作用到数据上可以得到信息而获得信息量的多少与人的知识水平有关*。..地理信息和地理数据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、图像和图形等的总称。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。在地理信息中其位置是通过数据进行标识的这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。地理信息具有区域性、多维结构特性和动态变化的特性:)区域性是通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识)多维结构特性即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构*以上述的制作桌子的例子说明同样的木材(数据)由于使用工具不同和制作者水平的高低制作的桌子(信息)也不同。)地理信息的时序特征十分明显可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的(如台风、地震)、短期的(如江河洪水、秋季低温)、中期的(如土地利用、作物估产)、长期的(如城市化、水土流失)、超长期的(如地壳变动、气候变化)等。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置、属性特征及时态特征三部分。空间位置数据描述地物所在位置这种位置既可以根据大地参照系定义如大地经纬度坐标也可以定义为地物间的相对位置关系如空间上的距离、邻接、重叠、包含等属性数据又称为非空间数据是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标即描述了信息的非空间组成部分包括语义与统计数据等时态特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段时态数据对环境模拟分析非常重要越来越受到地理信息系统学界的重视。从地理实体到地理数据、从地理数据到地理信息的发展反映了人类认识的一个巨大飞跃。.信息系统(InformationSystem)及其类型系统(System)是具有特定功能的、相互有机联系的许多要素所构成的一个整体。对计算机而言系统是为实现某些特定的功能由必要的人、机器、方法或程序按一定的相关关系联系起来进行工作的集合体内部要素之间的相互联系通过信息流实现。系统的特征由构成系统的要素及其相互之间的联系方式所决定。..信息系统信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。在计算机时代信息系统都部分或全部由计算机系统支持人们常常使用计算机收集数据并将数据处理成信息计算机的使用导致了一场信息革命目前计算机已经渗透到各个领域。一个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。)计算机硬件包括各类计算机处理及终端设备它帮助人们在非常短的时间内处理大量数据、存储信息和快速获得帮助)软件是支持数据信息的采集、存储加工、再现和回答用户问题的计算机程序系统它接受有效数据并正确地处理数据在一定的时间内提供适用的、正确的信息并存储信息为将来所用)数据是系统分析与处理的对象构成系统的应用基础)用户是信息系统所服务的对象。由于信息系统并不是完全自动化的在系统中总是包含一些人的复杂因素人的作用是输入数据、使用信息和操作信息系统建立信息系统也需要人的参与。在基于计算机的信息系统中处理过程的作用是告诉人们各部分间的相互关系(图)。图:信息系统的组成..信息系统的类型信息的需要完全取决于管理的层次设计一个系统要满足组织中所有层次人员的信息需要这种系统是很复杂的因为组织中使用的信息在数量、状态和类型上都是易变和不可预知的。在组织中将信息系统分成三个管理层次:操作层(底层)、战术层(中间层)和战略层(顶层)。操作层包括的人员如会计师、销售人员和商店监理他们执行日常工作和上级管理所做的计划战术层包括组织中的高级管理人员和参与最高管理的中层管理人员而管理层负责决定组织的发展方向。为了解决系统复杂性这一问题大多数组织建立不同类型的系统来满足他们的需要见信息系统类型图(图):分析模型专家系统决策支持系统外部信息附加事实规则事务处理系统管理信息系统内部信息图:信息系统的类型)事物处理系统(TransactionProcessSystemTPS)主要用以支持操作层人员的日常活动。它主要负责处理日常事务。)管理信息系统(ManagementInformationSystemMIS)需要包含组织中的事务处理系统并提供了内部综合形式的数据以及外部组织的一般范围和大范围的数据。许多战术层提供的信息能按照该层管理者希望的那样以熟悉的和喜欢的形式提供。但是为战术层管理者提供的另外一部分信息和大多数为战略层管理者提供的信息是不可能事先确定的。这些不确定性对管理信息系统的设计者来说是个很大的挑战。)决策支持系统(DecisionSupportSystemDSS)能从管理信息系统中获得信息帮助管理者制定好的决策。该系统是一组处理数据和进行推测的分析程序用以支持管理者制定决策。它是基于计算机的交互式的信息系统由分析决策模型、管理信息系统中的信息、决策者的推测三者相组合达到好的决策效果。)人工智能和专家系统专家系统(ExpertSystem,ES)是能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统。专家系统扩大了计算机的应用范围使其从传统的资料处理领域发展到智能推理上来。MIS能提供信息帮助制定决策DSS能帮助改善决策的质量只有专家系统能应用智能推理制作决策并解释决策理由。专家系统由五个部分组成:知识库、推理机、解释系统、用户接口和知识获得系统。.地理信息系统及其类型.地理信息系统地理信息系统(GeographicalInformationSystemGIS)是一种决策支持系统它具有信息系统的各种特点。地理信息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置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象这些地理特征至少由空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。地理信息系统的定义是由两个部分组成的。一方面地理信息系统是一门学科*是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科另一方面地理信息系统是一个技术系统是以地理空间数据库(GeospatialDatabase)为基础采用地理模型分析方法适时提供多种空间的和动态的地理信息为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统具有以下三个方面的特征:第一具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力具有空间性和动态性第二由计算机系统支持进行空间地理数据管理并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法作用于空间数据产生有用信息完成人类难以完成的任务第三计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征因而使得地理信息系统能以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。地理信息系统的外观表现为计算机软硬件系统其内涵却是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型。当具有一定地学知识的用户使用地理信息系统时他所面对的数据不再是毫无意义的而是把客观世界抽象为模型化的空间数据用户可以按应用的目的观测这个现实世界模型的各个方面的内容取得自然过程的分析和预测的信息用于管理和决策这就是地理信息系统的意义。一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统从视觉、计量和逻辑上对地理系统在功能方面进行模拟信息的流动以及信息流动的结果完全由计算机程序的运行和数据的变换来仿真。地理学家可以在地理信息系统支持下提取地理系统各不同侧面、不同层次的空间和时间特征也可以快速地模拟自然过程的演变或思维过程的结果取得地理预测或“实验”的结果选择优化方案用于管理与决策。地理信息系统和M对于地理学家、城市规划人员、资源管理者等使用地理信息的人们而言他们观察并量测(Measure)环境参数并制作地图(Map)描述了地球的特征他们监测(Monitor)周围环境的变化对影响环境的过程和活动建立模型(Model)。这四项活动(M)通过应用GIS技术都可以得到改善和提高。.地理信息系统的类型地理信息系统按其内容可以分为三大类:)专题地理信息系统(ThematicGIS)是具有有限目标和专业特点的地理信息系统为特定的专门目的服务。例如森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、矿业资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统等。)区域信息系统(RegionalGIS)主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标可以有不同的规模如国家级的、地区或省级的、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统也可以按自然分区或流域为单位的区域信息系统。区域信息系统如加拿大国家信息系统、中国黄河流域信息系统等。许多实际的地理信息系统是介于上述二者之间的区域性专题信息系统如北京市水土流失信息系统、海南岛土地评价信息系统、河南省冬小麦估产信息系统等。)地理信息系统工具或地理信息系统外壳(GISTools)是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。它们或者是专门设计研制的或者在完成了实用地理信息系统后抽取掉具体区域或专题的地理系空间数据后得到的具有对计算机硬件适应性强、数据管理和操作效率高、功能强且具有普遍性的实用性信息系统也可以用作GIS教学软件。在通用的地理信息系统工具支持下建立区域或专题地理信息系统不仅可以节省软件开发的人力、物力、财力缩短系统建立周期提高系统技术水平而且使地理信息系统技术易于推广并使广大地学工作者可以将更多的精力投入高层次的应用模型开发上。*在“地球信息系统和数字地球”一章中提到的“地理信息科学”更加强调学科特性与之对应GIS则作为应用技术。.地理信息系统的构成与普通的信息系统类似一个完整的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、地理数据(或空间数据)和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系统(软件和硬件)空间数据反映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。系统构成如图所示。图:地理信息系统的构成..计算机硬件系统计算机硬件系统是计算机系统中的实际物理装置的总称可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或装置是GIS的物理外壳。系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件都与硬件有极大的关系受硬件指标的支持或制约。GIS由于其任务的复杂性和特殊性必须由计算机设备支持。构成计算机硬件系统的基本组件包括输入输出设备、中央处理单元、存储器(包括主存储器、辅助存储器硬件*)等这些硬件组件协同工作向计算机系统提供必要的信息使其完成任务保存数据以备现在或将来使用将处理得到的结果或信息提供给用户。图表示了常见的实现输入输出功能的计算机外部设备。*通常又称为内存和外存。GIS专用外设设备计算机屏幕键盘鼠标器标准的计算机外围设备网络数字化仪解析测图仪遥感图像处理系统测绘仪器扫描仪硬盘磁带机打印机绘图仪图:计算机标准外设和GIS使用的外设..计算机软件系统计算机软件系统是指必需的各种程序。对于GIS应用而言通常包括:)计算机系统软件由计算机厂家提供的、为用户使用计算机提供方便的程序系统通常包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序以及各种维护使用手册、程序说明等是GIS日常工作所必需的。)地理信息系统软件和其他支持软件包括通用的GIS软件包也可以包括数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机图像处理系统、CAD等用于支持对空间数据输入、存储、转换、输出和与用户接口。GIS软件包功能结构见图。)应用分析程序是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序是系统功能的扩充与延伸。在GIS工具支持下应用程序的开发应是透明的和动态的与系统的物理存储结构无关而随着系统应用水平的提高不断优化和扩充。应用程序作用于地理专题或区域数据构成GIS的具体内容这是用户最为关心的真正用于地理分析的部分也是从空间数据中提取地理信息的关键。用户进行系统开发的大部分工作是开发应用程序而应用程序的水平在很大程度上决定系统的应用性优劣和成败。用户接口数据输出与表示数据输入与校验应用分析程序空间分析函数转换数据存储管理图:地理信息系统软件的功能框架..系统开发、管理和使用人员人是GIS中的重要构成因素GIS不同于一幅地图而是一个动态的地理模型。仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发并灵活采用地理分析模型提取多种信息为研究和决策服务。对于合格的系统设计、运行和使用来说地理信息系统专业人员是地理信息系统应用的关键而强有力的组织是系统运行的保障。一个周密规划的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师以及最终运行系统的用户。..空间数据*是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据可以是图形、图像、文字、表格和数字等。它是由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他系统通讯输入GIS是系统程序作用的对象是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。在GIS中空间数据主要包括:)某个已知坐标系中的位置即几何坐标标识地理景观在自然界或包含某个区域的地图中的空间位置如经纬度、平面直角坐标、极坐标等采用数字化仪输入时通常采用数字化仪直角坐标或屏幕直角坐标。)实体间的空间关系实体间的空间关系通常包括:度量关系如两个地物之间的距离远近延伸关系(或方位关系)定义了两个地物之间的方位拓扑关系定义了地物之间连通、邻接等关系是GIS分析中最基本的关系其中包括了网络结点与网络线之间的枢纽关系(图a)边界线与面实体间的构成关系(图b)面实体与岛或内部点的包含关系(图c)等。图:几种典型的拓扑关系)与几何位置无关的属性即通常所说的非几何属性或简称属性是与地理实体相联系的地理变量或地理意义。属性分为定性和定量的两种前者包括名称、类型、特性等后者包括数量和等级定性描述的属性如土壤种类、行政区划等定量的属性如面积、长度、土地等级、人口数量等。非几何属性一般是经过抽象的概念通过分类、命名、量算、统计得到。任何地理实体至少有一个属性而地理信息系统的分析、检索和表示主要是通过属性的操作运算实现的因此属性的分类系统、量算指标对系统的功能有较大的影响。对地理信息系统的三种观点Maguire,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*在下文中将不再区分“地理数据”和“空间数据”它们都作为同一概念。建模GIS被视为一门空间信息科学而不仅是一门技术。.地理信息系统的功能概述地理信息系统的核心问题可归纳为五个方面的内容:位置、条件、变化趋势、模式和模型。)位置(Locations)即在某个特定的位置有什么。首先必须定义某个物体或地区信息的具体位置常用的定义方法有:通过各种交互手段确定位置或者直接输入一个坐标其次指定了目标或区域的位置后可以获得预期的结果以及其所有或部分特性例如当前地块所有者、地址、土地利用情况、估价等。)条件(Conditions)即什么地方有满足某些条件的东西。首先可以用下列方式指定一组条件如从预定义的可选项中进行选取填写逻辑表达式在终端上交互地填写表格。其次指定条件后可以获得满足指定条件的所有对象的列表如在屏幕上以高亮度显示满足指定条件的所有特征例如其所位于的土地类型为居民区、估价低于,美元、有四个卧室而且是木制的的房屋。)变化趋势(Trends)该类问题需要综合现有数据以识别已经发生了或正在发生变化的地理现象。首先确定趋势当然趋势的确定并不能保证每次都正确一旦掌握了一个特定的数据集要确定趋势可能要依赖假设条件、个人推测、观测现象或证据报道等。其次针对该趋势可通过对数据的分析对该趋势加以确认或否定。地理信息系统可使用户快速获得定量数据以及说明该趋势的附图等。例如通过GIS可以识别该趋势的特性:有多少柑桔地块转作它用?现在作为何用?某一区域中有多少发生了这种变化?这种变化可回溯多少年?哪个时间段能最好反映该趋势?年、年还是年?变化率是增加了还是减少了?)模式(Patterns)该类问题是分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。地理信息系统将现有数据组合在一起能更好地说明正在发生什么找出发生事件与哪些数据有关。首先确定模式模式的确定通常需要长期的观察、熟悉现有数据、了解数据间的潜在关系。其次模式确定后可获得一份报告说明该事件发生在何时何地、显示事件发生的系列图件。例如机动车辆事故常常符合特定模式该模式(即事故)发生在何处?发生地点与时间有关吗?是不是在某种特定的交叉处?在这些交叉处又具有什么条件?)模型(Models)该类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案。首先建立模型如选择标准、检验方法等。其次建立了一个或多个模型后能产生满足特定的所有特征的列表并着重显示被选择特征的地图而且提供一个有关所选择的特征详细描述的报表。例如要兴建一个儿童书店用来选址的评价指标可能包括、、分钟可到达的空间区域。附近居住的岁或岁以下的儿童的人数、附近家庭的收入情况、周围潜在竞争的情况。为了完成上述的地理信息系统的核心任务需要采用不同的功能来实现它们。尽管目前商用GIS软件包的优缺点是不同的而且它们在实现这些功能所采用的技术也是不一样的但是大多数商用GIS软件包都提供了如下功能:数据的获取(DataAcquisition)、数据的初步处理(PreliminarydataProcessing)、数据的存储及检索(StorageandRetrieval)、数据的查询与分析(SearchandAnalysis)、图形的显示与交互(DisplayandInteraction)。图说明了这些功能之间的关系以及它们操作(Manipulation)数据的不同表现。从图中可以看出数据获取是从现实世界的观测、以及从现存文件、地图中获取数据。有些数据已经是数字化的形式但是往往需要进行数据预处理将原始数据转换为结构化的数据以使其能够被系统查询和分析。查询分析是求取数据的子集或对其进行转换并交互现实结果。在整个处理过程中都需要数据存储检索以及交互表现的支持换言之这两项功能贯穿了地理信息系统数据处理的始终。制图结构化数据交互展示原始数据观察的的现象、文件与地图存储与检索数据预处理查询与分析展示与交互数据获取数据库图:GIS功能概述(椭圆)以及它们的表现(矩形)空间信息处理和分析的六个组成部分丁跃民)空间操作如地图的并、交、差运算缓冲区计算选择等等)空间统计分析用于描述和分析空间数据的关系如空间自相关分析)空间模型注重于空间现象、空间结构、空间关系和空间位置的分析如网络分析和水系生成等等)空间表现可视化侧重于表达空间信息)空间数据库管理包括空间数据库设计空间数据结构空间数据管理和空间查询。)空间模型库管理包括为空间决策支持系统提供模型的管理等等。.数据采集、监测与编辑主要用于获取数据保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。一般而论地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的或更多并且这种比例在近期内不会有明显的改变。因此信息共享与自动化数据输入成为地理信息系统研究的重要内容。目前可用于地理信息系统数据采集的方法与技术很多有些仅用于地理信息系统如手扶跟踪数字化仪目前自动化扫描输入与遥感数据集成最为人们所关注。扫描技术的应用与改进实现扫描数据的自动化编辑与处理仍是地理信息系统数据获取研究的主要技术关键。.数据处理初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换是一种耗时、易错、需要大量计算量的工作应尽可能避免数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化等。在数据格式的转换方式上矢量到栅格的转换要比其逆运算快速、简单。数据比例尺的变换涉及到数据比例尺缩放、平移、旋转等方面其中最为重要的是投影变换制图综合(Generalization)包括数据平滑、特征集结等。目前地理信息系统所提供的数据概括功能极弱与地图综合的要求还有很大差距需要进一步发展。.数据存储与组织这是建立地理信息系统数据库的关键步骤涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能在地理数据组织与管理中最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。目前大多数系统都是将二者分开存储通过公共项(一般定义为地物标识码)来连接。这种组织方式的缺点是数据的定义与数据操作相分离无法有效记录地物在时间域上的变化属性。.空间查询与分析空间查询是地理信息系统以及许多其它自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能而空间分析是地理信息系统的核心功能也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别模型分析是在地理信息系统支持下分析和解决现实世界中与空间相关的问题它是地理信息系统应用深化的重要标志。地理信息系统的空间分析可分为三个不同的层次。..空间检索包括从空间位置检索空间物体及其属性和从属性条件集检索空间物体。“空间索引”是空间检索的关键技术如何有效地从大型的地理信息系统数据库中检索出所需信息将影响地理信息系统的分析能力另一方面空间物体的图形表达也是空间检索的重要部分。..空间拓扑叠加分析空间拓扑叠加实现了输入要素属性的合并(Union)以及要素属性在空间上的连接(Join)。空间拓扑叠加本质是空间意义上的布尔运算。..空间模型分析在空间模型分析方面目前多数研究工作着重于如何将地理信息系统与空间模型分析相结合。其研究可分三类:第一类是地理信息系统外部的空间模型分析将地理信息系统当作一个通用的空间数据库而空间模型分析功能则借助于其它软件第二类是地理信息系统内部的空间模型分析试图利用地理信息系统软件来提供空间分析模块以及发展适用于问题解决模型的宏语言这种方法一般基于空间分析的复杂性与多样性易于理解和应用但由于地理信息系统软件所能提供空间分析功能极为有限这种紧密结合的空间模型分析方法在实际地理信息系统的设计中较少使用第三类是混合型的空间模型分析其宗旨在于尽可能地利用地理信息系统所提供的功能同时也充分发挥地理信息系统使用者的能动性。.图形与交互显示地理信息系统为用户提供了许多用于地理数据表现的工具其形式既可以是计算机屏幕显示也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件尤其要强调的是地理信息系统的地图输出功能。一个好的地理信息系统应能提供一种良好的、交互式的制图环境以供地理信息系统的使用者能够设计和制作出高质量的地图。.地理信息系统的研究内容.研究内容地理信息系统是在地理学研究和生产实践的需求中产生地理信息系统的应用使技术系统不断完善并逐渐发展了地理信息系统的理论理论研究又指导开发新一代高效地理信息系统并不断拓宽其应用领域加深应用的深度地理信息系统的应用又对理论研究和技术方法提出了更高的要求。这三个方面的研究内容是相互联系相互促进的。地理信息系统研究的内容主要有以下三个方面见图所示。地理信息系统工具应用方法技术系统基本理论地理信息系统用户界面等空间数据管理概念、定义、内涵理论体系构成、特点、功能、任务发展历史与发展方向硬件配置数据结构地学专家系统专题分析模型输入、输出系统应用系统设计数据采集与校验图:地理信息系统内容体系..地理信息系统基本理论研究包括研究地理信息系统的概念、定义和内涵地理信息系统的信息论研究建立地理信息系统的理论体系研究地理信息系统的构成、功能、特点和任务总结地理信息系统的发展历史探讨地理信息系统发展方向等理论问题。..地理信息系统技术系统设计包括地理信息系统硬件设计与配置地理空间数据结构及表示输入与输出系统空间数据库管理系统用户界面与用户工具设计地理信息系统工具软件研制微机地理信息系统的开发网络地理信息系统的研制等。..地理信息系统应用方法研究包括应用系统设计和实现方法数据采集与校验空间分析函数与专题分析模型地理信息系统与遥感技术结合方法地学专家系统研究等。总之地理信息系统的内容主要包括:有关的计算机软硬件空间数据的获取及计算机输入空间数据模型及数字表达数据的数据库存储及处理数据的共享、分析与应用数据的显示与视觉化地理信息系统的网络化等等。.地理信息系统相关学科地理信息系统是六十年代开始迅速发展起来的地理学研究的新技术是多种学科交叉的产物。作为传统科学与现代技术相结合的产物地理信息系统为各种涉及空间数据分析的学科提供了新的方法而这些学科的发展都不同程度地提供了一些构成地理信息系统的技术与方法。为了更好地掌握并深刻地理解地理信息系统有必要认识和理解与地理信息系统相关的学科。地理学是一门研究人类生活空间的学科地理学研究空间分析的传统历史悠久它为GIS提供了一些空间分析的方法与观点成为GIS部分理论的依托。地理学的许多分支学科如地图学、大地测量学等都与GIS有着密切的相依关系。另一方面地理信息系统也以一种新的思想和新的技术手段解决地理学的问题使地理学研究的数学传统得到充分发挥。地理信息系统的相关学科见图。地理学计算机科学软件工程数据库技术CAD专家系统计算机图形学制图技术遥感技术GIS图:地理信息系统相关学科..地理学地理学是一门研究人类赖以生存的空间的科学。在地理学研究中空间分析的理论和方法具有悠久的历史它为地理信息系统提供了有关空间分析的基本观点与方法成为地理信息系统的基础理论依托。而地理信息系统的发展也为地理问题的解决提供了全新的技术手段并使地理学研究的数学传统得到了充分地发挥。地理系统的内部及其外界不仅存在着物质和能量的交流还存在着信息流这种信息交流使得系统许多似不相关的形态各异的要素联系起来共同作用于地理系统。而地理信息系统体现着一种信息联系由系统建立者输入而由机器存储的各种影像、地图和图表都包含了丰富的地理空间信息的数据通过指针或索引等组织信息相关联系统软件对空间数据编码解码和处理用户对GIS发出指令GIS按约定的方式做出解释后获得用户指令信息调用系统内的数据提取相应的信息从而对用户做出反应这是信息按一定方式流动的过程。由此可见地理信息系统不仅要以信息的形式表达自然界实体之间物质与能量的流动更为重要的是以最直接的方式反映了自然界的信息联系并可以快速模拟这种联系发展的结果达到地理预测的目的。总之自然界与人类存在着深刻的信息联系地理学家所面对的是一个形体的、即自然的地理世界而感受到的却是一个地理信息世界。地理研究实际上是基于这个与真实世界并存而且在信息意义上等价的信息世界的GIS以地理信息世界表达地理现实世界可以真实、快速地模拟各种自然的过程和思维的过程对地理研究和预测具有十分重要的作用。..地图学地图是记录地理信息的一种图形语言形式从历史发展的角度来看地理信息系统脱胎于地图地图学理论与方法对地理信息系统的发展有着重要的影响。GIS是地图信息的又一种新的载体形式它具有存储、分析、显示和传输空间信息的功能尤其是计算机制图为地图特征的数字表达、操作和显示提供了一系列方法为地理信息系统的图形输出设计提供了技术支持同时地图仍是目前地理信息系统的重要数据来源之一。但二者又有本质之区别:地图强调的是数据分析、符号化与显示而地理信息系统更注重于信息分析。地图是认识和分析研究客观世界的常用手段尽管地图的表现形式发生了种种变化但是依然可以认为构成地图的主要因素有三:地图图形、数学要素和辅助要素。地图图形是用地图符号所表示的制图区域内各种自然和社会经济现象的分布、联系以及时间变化等的内容部分(又称地理要素)如江河山地、平原、土质植被、居民点、道路、行政界限或其他专题内容等这是地图构成要素中的主体部分。数学要素是决定图形分布位置和几何精度的数学基础是地图的“骨架”。其中包括地图投影及坐标网、比例尺、大地控制点等。地图投影是用数学方法将地球椭球面上的图形转绘到平面上坐标网是各种地图的数学基础是地图上不可缺少的要素比例尺表示坐标网和地图图形的缩小程度大地控制点是保证将地球的自然表面转绘到椭球面上再转绘到平面直角坐标网内时具有精确的地理位置。辅助要素是为了便于读图与用图而设置的。如图例就是显示地图内容的各种符号的说明还有图名、地图编制和出版单位、编图时间和所用编图资料的情况、出版年月等。有的地图上还有补充资料用以补充和丰富地图的内容。如在图边或图廓内空白处绘制一些补充地图或剖面图、统计图等。有时还有一些表格或某一方面的重点文字说明。从地理信息系统的发展过程可以看出地理信息系统的产生、发展与制图系统存在着密切的联系两者的相通之处是基于空间数据库的表达、显示和处理。从系统构成与功能上看一个地理信息系统具有机助制图系统的所有组成和功能并且地理信息系统还有数据处理的功能。地图是一种图解图像是根据地理思想对现实世界进行科学抽象和符号表示的一种地理模型是地理思维的产物也是实体世界地理信息的高效载体地图可以从不同方面、不同专题系统地记录和传输实体世界历史的、现在的和规划预测的地理景观信息。..计算机科学地理信息系统技术的创立和发展是与地理空间信息的表达、处理、分析和应用手段的不断发展分不开的。二十世纪六十年代初在计算机图

职业精品

酒店承包合同范本.doc

某企业人力资源制度.doc

员工离职处理原则.docx

PDF转word方法全面盘点1.doc

用户评论

0/200
    暂无评论
上传我的资料

精彩专题

相关资料换一换

资料评价:

/ 449
所需积分:2 立即下载

意见
反馈

返回
顶部