地理信息系统原理地理信息系统原理GIS GIS 原理与方法原理与方法1 1 绪论绪论 2 2 空间数据结构空间数据结构 3 3 地理信息系统的地理数学基础地理信息系统的地理数学基础 4 4 地理信息系统的数据输入地理信息系统的数据输入 5 5 地理信息系统的数据处理地理信息系统的数据处理 6 6 空间数据管理空间数据管理 8 8 空间分析空间分析 9 9 数字高程模型数字高程模型12 GIS12 GIS输出与数字地图输出与数字地图13 13 地理信息系统工程地理信息系统工程14 14 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展趋势 中国地质大学江城学院14 14 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展趋势栅格数据结构、矢量数据结栅格数据结构、矢量数据结构构传统的传统的GIS系统系统空间分析空间分析面向对象的数据模型和多库一体面向对象的数据模型和多库一体化化大型关系数据库为后台的数据管大型关系数据库为后台的数据管理理数据挖掘和知识发现、数据融合数据挖掘和知识发现、数据融合 75%Data Conversion: 10-15%Attribute TaggingSpatial 5% AnalysisData ConversionSpatial AnalysisAttribute TaggingGISGISGISGIS的总体发展的总体发展的总体发展的总体发展中国地质大学江城学院14 14 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展趋势14.1 14.1 互操作互操作GISGIS14.2 GIS14.2 GIS的集成化的集成化14.3 GIS14.3 GIS的大众化和信息服务的大众化和信息服务14.4 14.4 嵌入式嵌入式GISGIS14.5 14.5 网格网格GISGIS中国地质大学江城学院14.14.互操作互操作GISGIS1. GIS互操作的概念互操作的概念 GIS互操作是具有不同数据结构和数据格式的互操作是具有不同数据结构和数据格式的GIS系统的集成。以系统的集成。以互操作标准开发的不同互操作标准开发的不同GIS应用系统之间能动态地进行相互间的功应用系统之间能动态地进行相互间的功能调用，数据集之间可以透明地访问，从而允许用户通过网络实能调用，数据集之间可以透明地访问，从而允许用户通过网络实时获取不同系统中的地理信息，避免了冗余数据存储，这是实现时获取不同系统中的地理信息，避免了冗余数据存储，这是实现地理空间数据共享的一次深刻的技术革命。地理空间数据共享的一次深刻的技术革命。中国地质大学江城学院2.开放式地理信息系统（开放式地理信息系统（OGIS）及其特点）及其特点 （1） 互操作性互操作性 OGIS提供地理数据和地理操作的标准接口，这些接口提供地理数据和地理操作的标准接口，这些接口支持孤立系统和网络，以完成应用程序之间的地理数据访问和交换；分支持孤立系统和网络，以完成应用程序之间的地理数据访问和交换；分布式的客户布式的客户/ 服务器结构的地理操作和分布式对等实体的地理操作。服务器结构的地理操作和分布式对等实体的地理操作。（2）支持信息团体性）支持信息团体性 具有不同的应用背景的用户可以方便地交换地理具有不同的应用背景的用户可以方便地交换地理数据而不会造成语义的误解和损失。数据而不会造成语义的误解和损失。（3）普适性）普适性 通过通过OGIS定义的标准接口和协议，所有的应用程序，无论定义的标准接口和协议，所有的应用程序，无论是属于哪个专业领域，都可以方便地处理地理数据。是属于哪个专业领域，都可以方便地处理地理数据。（4）兼容性）兼容性 由于由于OGIS并不定义地理数据的存储格式和处理方法，因此并不定义地理数据的存储格式和处理方法，因此基于基于OGIS的应用程序将能够与旧有的地理数据保持兼容。的应用程序将能够与旧有的地理数据保持兼容。（5）可移植性）可移植性 OGIS独立于软件、硬件及网络环境，因此，它不需修改独立于软件、硬件及网络环境，因此，它不需修改便可在不同的计算机上运行。便可在不同的计算机上运行。（6）可扩展性）可扩展性 硬件方面，可在不同软件、不同档次的计算机上运行，硬件方面，可在不同软件、不同档次的计算机上运行，其性能和硬件平台的性能成正比；软件方面，可以随着新的地理数据类其性能和硬件平台的性能成正比；软件方面，可以随着新的地理数据类型和处理方法的发展而发展，它具有容纳新的地理数据处理技术和新的型和处理方法的发展而发展，它具有容纳新的地理数据处理技术和新的分布计算平台技术的能力。分布计算平台技术的能力。（7）可伸缩性）可伸缩性 基于基于OGIS的应用程序通常由相对独立的软件组件构成，的应用程序通常由相对独立的软件组件构成，这些组件可以为各种计算环境重新配置，而不必考虑数据量的大小。这些组件可以为各种计算环境重新配置，而不必考虑数据量的大小。中国地质大学江城学院3. OGIS的组成部分的组成部分 OGIS软件框架主要由软件框架主要由3部分组成：统一的开放部分组成：统一的开放式地理数据模型；统一的地理操作服务模型和式地理数据模型；统一的地理操作服务模型和实现团体间的地理数据和操作资源共享的信息实现团体间的地理数据和操作资源共享的信息团体模型。团体模型。中国地质大学江城学院4. OGIS的实现技术的实现技术面向对象技术和分布计算技术面向对象技术和分布计算技术开放式数据库互连（开放式数据库互连（ODBC）分布式对象技术分布式对象技术中国地质大学江城学院14.14. GIS GIS的集成化的集成化14.2.1 GPS14.2.1 GPS、RSRS与与GISGIS的集成的集成 14.2.2 GIS14.2.2 GIS多源空间数据集成多源空间数据集成 14.2.3 GIS14.2.3 GIS与应用模型集成与应用模型集成14.2.4 GIS14.2.4 GIS与专家系统的集成与专家系统的集成 14.2.5 GIS14.2.5 GIS应用平台集成应用平台集成 14.2.6 GIS14.2.6 GIS与多媒体技术集成与多媒体技术集成中国地质大学江城学院14.2.1 GPS14.2.1 GPS、RSRS与与GISGIS的集成的集成虽然GIS在其理论和应用技术上有了很大的发展，但单靠传统GIS的使用却不能满足目前社会对信息快速、准确更新的要求。而与GIS独立、平行发展的全球定位系统（GPS）和遥感（RS）为GIS适应社会发展的需求提供了可能性。 中国地质大学江城学院GPSGPS是空间实体快速、精密定位的现代化工具；是空间实体快速、精密定位的现代化工具；GISGIS是空间信息集成、分析、处理的有力武器；是空间信息集成、分析、处理的有力武器；RSRS是是空空间间信信息息覆覆盖盖面面最最大大最最迅迅速速的的采采集集手手段段， 三三者者的的结结合简称合简称3S3S集成。集成。RSRSGPSGPSGISGIS几何配准、几何配准、辅助分类等辅助分类等提供或更新提供或更新区域信息区域信息提供或更新提供或更新空间定位空间定位定点查询定点查询专题信息专题信息几何校正、训练区选择及分类验证等几何校正、训练区选择及分类验证等提供定位遥感信息查询提供定位遥感信息查询中国地质大学江城学院各种卫星定位系统比较各种卫星定位系统比较定位系统定位系统卫星数量卫星数量在轨数量在轨数量定位精度定位精度研制国家研制国家北斗一号：3二号：3030（今明年10颗）10m1m中国Galileo 3021m欧盟GLONASS241710-15m俄罗斯GPS24245m美国中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院导航中国地质大学江城学院娱乐功能娱乐功能中国地质大学江城学院3S3S集成移动测量（制图）系统集成移动测量（制图）系统中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院路面检测与测量系统路面检测与测量系统（RTM）中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院车载测量系统应用领域车载测量系统应用领域车辆导航车辆导航公路及铁路等道路网的测绘公路及铁路等道路网的测绘建筑物的测绘建筑物的测绘交通事故现场勘查与测量交通事故现场勘查与测量流动交通监测车和移动作战流动交通监测车和移动作战环境监测环境监测智能化交通智能化交通中国地质大学江城学院14.2.2 GIS14.2.2 GIS多源空间数据集成多源空间数据集成 1多源数据的特点多源数据的特点 （1）多语义性）多语义性 （2）多时间尺度）多时间尺度 （3）多分辨率）多分辨率 （4）多比例尺）多比例尺 （5）多数据格式）多数据格式（6）多空间维数）多空间维数（7）多精度水平）多精度水平（8）多参考系统）多参考系统（9）多表达形式）多表达形式 中国地质大学江城学院2多源数据的集成模式多源数据的集成模式 （1）数据格式转换模式）数据格式转换模式 （2）数据互操作模式）数据互操作模式 （3）直接数据访问模式）直接数据访问模式 中国地质大学江城学院14.2.3 GIS14.2.3 GIS与应用模型集成与应用模型集成GIS与应用模型的集成，既可以发挥与应用模型的集成，既可以发挥GIS空间操作空间操作方面的优势，又可以提高方面的优势，又可以提高GIS应用系统的分析功应用系统的分析功能，弥补能，弥补GIS在专业应用领域的分析功能的不足。在专业应用领域的分析功能的不足。 现有的几种集成方法如下：现有的几种集成方法如下：（1）源代码集成方式）源代码集成方式（2）函数库集成模式）函数库集成模式 （3）可执行程序集成方式）可执行程序集成方式（4）DDE和和OLE集成集成（5）基于组件的集成方式）基于组件的集成方式（6）搭建式（插件式）的集成方式）搭建式（插件式）的集成方式中国地质大学江城学院14.2.4 GIS14.2.4 GIS与专家系统的集成与专家系统的集成GIS与专家系统的结合是建立智能化空间决策支持系统与专家系统的结合是建立智能化空间决策支持系统（Spatial Decision Support Systems，SDSS）的重要）的重要途径。它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过途径。它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，帮助决程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。策者提高决策水平和质量。中国地质大学江城学院14.2.5 GIS14.2.5 GIS应用平台集成应用平台集成企业企业GIS需要和办公自动化系统、材料管理需要和办公自动化系统、材料管理系统、工程档案管理系统等进行紧密集成。系统、工程档案管理系统等进行紧密集成。企业应用企业应用GIS和其他系统进行集成，从而形和其他系统进行集成，从而形成以成以GIS为核心的为核心的Intranet企业级地理信息企业级地理信息系统集成平台。通过系统集成平台。通过GIS系统，也使管理部系统，也使管理部门一些相对封闭的数据真正走向开放，从门一些相对封闭的数据真正走向开放，从而节约了企业的投资，推动了行业的信息而节约了企业的投资，推动了行业的信息化建设进程（闾国年，化建设进程（闾国年，2003）。）。中国地质大学江城学院14.2.6 GIS14.2.6 GIS与多媒体技术集成与多媒体技术集成多媒体地理信息系统（多媒体地理信息系统（MGIS）将文字、图形（图）将文字、图形（图像）、声音、色彩、动画等技术融为一体，为像）、声音、色彩、动画等技术融为一体，为GIS应用开拓了新的领域和广阔前景。应用开拓了新的领域和广阔前景。它不仅能为社会经济、文化教育、旅游、商业、它不仅能为社会经济、文化教育、旅游、商业、决策管理和规划等提供生动、直观、高效的信息决策管理和规划等提供生动、直观、高效的信息服务，而且将使电脑技术真正走进人类社会生活。服务，而且将使电脑技术真正走进人类社会生活。多媒体技术在多媒体技术在GIS领域的深入应用，乃至出现具领域的深入应用，乃至出现具有良好集成能力的有良好集成能力的MGIS是技术发展的必然。是技术发展的必然。 中国地质大学江城学院14.3 GIS14.3 GIS的大众化和信息服务的大众化和信息服务人人类类所所接接触触的的信信息息中中有有80%以以上上都都与与空空间间相相关关，随随着着人人类类对对空空间间信信息息需需求求的的快快速速增增加加已已经经让让越越来来越越多多的的人人认认识识并并了了解解GIS，GIS正正在在成成为为普普通通公公众众解解决决空空间间位位置置问问题题的的有有力力工工具具，GIS走走向向大大众众已已成成为为GIS发发展展的的必必然然趋趋势势。当当前前，GIS正正逐逐步步融融入入IT主主流流，已已成成为为IT产产业业重重要要的的组组成成部部分分。GIS正正随随着着计计算算机机和和网网络络的的普普及及为为越越来来越越多多人人的的使使用用，如如Google Earth的的普普及及和和位位置置信信息息服服务务都是都是GIS大众化的例证。大众化的例证。中国地质大学江城学院数字地球1998年美国副总统戈尔在加利福尼亚科学年美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心做了题为中心做了题为“数字地球数字地球-认识认识21世纪我世纪我们这个星球们这个星球”的讲话以后，数字地球一词的讲话以后，数字地球一词开始风靡全球。开始风靡全球。汽车导航LBSMobile GIS中国地质大学江城学院数字公路数字公路中国地质大学江城学院数字深圳数字深圳中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院LBS中国地质大学江城学院中国联通推出中国联通推出“GPS one”“GPS one”手机手机定位已达到定位已达到5-105-10米米中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院14.4 14.4 嵌入式嵌入式GISGIS嵌嵌入入式式设设备备的的优优点点是是小小巧巧灵灵活活、便便携携性性好好。但但受受到到其其硬硬件件的的限限制制，传传统统的的运运行行于于PC机机上上的的GIS软软件件的的某某些些功功能能在在嵌嵌入入式式环环境境下下难难以以实实现现，如如可可视视化化，嵌嵌入入式式设设备备的的显显示示屏屏通通常常较较小小，传传统统GIS软软件件中中图图形形和和注注记记等等的的可可视视化化方方式式可可能能就不适合于嵌入式设备。就不适合于嵌入式设备。 嵌入式嵌入式GIS可应用于国防、测绘、导航等领域。可应用于国防、测绘、导航等领域。中国地质大学江城学院14.5 14.5 网格网格GISGIS网网格格地地理理信信息息系系统统(GridGIS)是是指指实实现现广广域域网网络络环环境境中中空空间间信信息息共共享享和和协协同同服服务务的的分分布布式式GIS软软件件平平台台和和技技术术体体系系（方方金金云云，2003）。将将地地理理上上分分布布、系系统统异异构构的的各各种种计计算算机机、空空间间数数据据服服务务器器、大大型型检检索索存存储储系系统统、地地理理信信息息系系统统、虚虚拟拟现现实实系系统统等等，通通过过高高速速互互连连网网络络连连接接并并集集成成起起来来，形形成成对对用用户户透透明明的的虚虚拟拟的的空空间间信信息息资资源源的的超超级级处理环境就是网格处理环境就是网格GIS。中国地质大学江城学院End！中国地质大学江城学院