地理信息系统原理与方法课程简介陈占龙陈占龙 Tel：13296630087QQ：33184569我的联系方式l必修，学时数必修，学时数:48 （112周）周）l成绩评定办法及考试方式成绩评定办法及考试方式 :l l平时成绩占总评成绩的比例在平时成绩占总评成绩的比例在平时成绩占总评成绩的比例在平时成绩占总评成绩的比例在20%20%u课堂开卷课堂开卷+提交提交报告报告地理信息系统原理与方法（第一章 绪论）。掌握基本概念、基础理论、基本原理、方法掌握基本概念、基础理论、基本原理、方法学会空间数据的获取、编辑、可视化及专题图学会空间数据的获取、编辑、可视化及专题图的制作的制作 学会学会GISGIS的空间分析方法及应用工具的空间分析方法及应用工具 教学目的与要求主要参考书主要参考书核心教材：核心教材： 吴信才，地理信息系统原理与方法吴信才，地理信息系统原理与方法( (第二第二版版) )，2002009 9，电子工业出版社，电子工业出版社参考书籍：参考书籍：（1 1）龚健雅，地理信息系统基础，）龚健雅，地理信息系统基础，20012001，科学出版社，科学出版社（2 2）唐中实等，地理信息系统原理与技术，）唐中实等，地理信息系统原理与技术，20042004，电子，电子工业出版社工业出版社（3 3）王家耀）王家耀 ，空间信息系统原理，空间信息系统原理，20012001，科学出版社，科学出版社（4 4）陈正江）陈正江, ,地理信息系统设计与开发地理信息系统设计与开发,2005,2005,科学出版科学出版社社（5 5）张新长）张新长, ,地理信息系统数据库地理信息系统数据库, ,科学出版社科学出版社,2005,2005（6 6）吴立新，地理信息系统原理与算法，科学出版社，）吴立新，地理信息系统原理与算法，科学出版社，北京，北京，20052005第一章、绪论1.1GIS概论概论 1.1.1GIS基本概念基本概念 1.1.2GIS发展过程发展过程 1.1.3系统组成系统组成 1.1.4GIS软件类型软件类型 1.1.5GIS功能功能1.2 GIS技术基础技术基础 1.2.1 GIS技术发展技术发展 1.2.2GIS基本技术基本技术 1 .2.3 GIS技术结构技术结构1.3地理信息系统学科基础地理信息系统学科基础 1.3.1地理信息系统科学基础地理信息系统科学基础 1.3.2地理信息系统相关学科地理信息系统相关学科1.4GIS应用领域应用领域1.11.1GISGIS概论概论1.1.1 GIS1.1.1 GIS基本概念基本概念1.1.2 1.1.2 GISGIS基本内容基本内容1.1.3 1.1.3 GISGIS发展过程发展过程1.1.4 1.1.4 系统组成系统组成1.1.5 1.1.5 GISGIS软件类型软件类型1.1.6 1.1.6 GISGIS功能功能1.1.1 1.1.1 GISGIS基本概念基本概念1.1.数据与信息数据与信息 数据是客观事物的属性、数量、位置及其相数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。式而改变。 信息是向人们或机器提供关于现实世界各种信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。不随载体的物理形式的改变而改变。以一定的形式或格式在用以一定的形式或格式在用户间传输户间传输客观性客观性适用性适用性 传输性传输性共享性共享性正确和精确性正确和精确性信息能提供并发应用信息能提供并发应用经处理分析有价值经处理分析有价值信息的特点：信息的特点：2.2.空间数据（空间数据（Spatial Data)Spatial Data) 单个地或群体地以空间位置为参照的数据，单个地或群体地以空间位置为参照的数据，空间信息包括位置信息、属性信息和时间信息。空间信息包括位置信息、属性信息和时间信息。 3. 3.信息系统信息系统 能对数据和信息进行采集存贮、加工、再现、能对数据和信息进行采集存贮、加工、再现、并能回答用户一系列问题的系统。并能回答用户一系列问题的系统。decision-oriented decision-oriented effective processing of dataeffective processing of dataeffective management of dataeffective management of dataadequate flexibilityadequate flexibilitysatisfying user environmentsatisfying user environment4.4.GISGIS概念概念 地理信息系统（地理信息系统（GISGIS）是在计算机软硬件支是在计算机软硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并回答用户问题等为主要任务的技术系统。回答用户问题等为主要任务的技术系统。GISGIS物理外壳物理外壳 影响着影响着GISGIS的硬件平台、软件环境。的硬件平台、软件环境。GISGIS操作对象操作对象 地理数据地理数据属性数据、几何数据、时间数属性数据、几何数据、时间数据。据。GISGIS对空间数据的管理和操作，是对空间数据的管理和操作，是GISGIS区别于区别于其它信息系统的根本标志，也是技术难点之一。其它信息系统的根本标志，也是技术难点之一。GISGIS技术过程技术过程 数据采集、数据管理、数据处理和分析、数据采集、数据管理、数据处理和分析、可视化表达与输出等。可视化表达与输出等。之一。之一。GISGIS解决问题解决问题1.1.2GIS1.1.2GIS基本内容基本内容1.1.3 GIS1.1.3 GIS发展阶段发展阶段1.1.地理信息系统的发展的四个阶段地理信息系统的发展的四个阶段（）起始发展阶段（）起始发展阶段(60(60年代年代) )（）发展巩固阶段（）发展巩固阶段(70(70年代年代) )（）推广应用阶段（）推广应用阶段(80(80年代年代) )（）蓬勃发展阶段（）蓬勃发展阶段(90(90年代以后年代以后) )2.2.市场前景市场前景3.GIS3.GIS在我国的发展在我国的发展4.GIS4.GIS发展的阶段特点发展的阶段特点1.1.地理信息系统的发展的四个阶段地理信息系统的发展的四个阶段：（）起始发展阶段（）起始发展阶段(60(60年代年代) )19631963年年由由加加拿拿大大测测量量学学家家R.F.TomlinsonR.F.Tomlinson提提出出并并建建立立的的世世界界上上第第一一个个地地理理信信息息系系统统是是称称为为加加拿大地理信息系统拿大地理信息系统( (CGIS)CGIS)。19631963年年美美国国哈哈佛佛大大学学城城市市建建筑筑和和规规划划师师Howard Howard T.FisherT.Fisher设计和建立了设计和建立了SYMAPSYMAP系统软件。系统软件。19661966年年美美国国成成立立了了城城市市和和区区域域信信息息系系统统协协会会( (URISA)URISA)，19681968年年国国际际地地理理联联合合会会( (IGU)IGU)设设立立了了地理数据收集委员会地理数据收集委员会( (CGDSP)CGDSP)。（）发展巩固阶段（）发展巩固阶段(70(70年代年代) ) 7070年年代代，GISGIS朝朝实实用用方方向向发发展展。各各国国对对GISGIS的的研研究究均均投投入入了了大大量量人人力力、物物力力、财财力力。不不同同规规模模、不不同同专专题题的的信信息息系系统统得得到到很很大大发发展展。从从19701970年年到到19761976年年美美国国地地质质调调查查局局发发展展了了5050多多个个地地理理信信息息系系统。统。GISGIS受到政府、商业和学校的普遍重视。受到政府、商业和学校的普遍重视。（）推广应用阶段（）推广应用阶段(80(80年代年代) ) 8080年年代代，GISGIS在在全全世世界界范范围围内内全全面面推推广广应应用用，应应用用领领域域不不断断扩扩大大，开开始始用用于于全全球球性性的的问问题题。开开展展GISGIS工工作作的的国国家家更更为为广广泛泛，国国际际合合作作日日益益加加强强。GISGIS软软件件开开发发具具有有突突破破性性的的进进展展，仅仅19891989年年市市场场上上 有有 报报 价价 的的 软软 件件 达达 7070多多 个个 。 代代 表表 性性 的的 有有ARC/INFOARC/INFO（ 美美 国国 ） 、 ArcView ArcView （ 美美 国国 ） 、GENAMAPGENAMAP（澳澳 大大利利 亚亚 ）、 SPANSSPANS（拿拿加加 大大）、MAPINFOMAPINFO（美美国国）、MGEMGE（美美国国）、System9System9（瑞瑞士士/ /美国）、美国）、ERDASERDAS（美国）。美国）。（）蓬勃发展阶段（）蓬勃发展阶段(90(90年代以后年代以后) ) 9090年年代代，从从美美国国的的 “国国家家信信息息基基础础设设施施行行动动计计划划（National National Information Information Infrastructure Infrastructure , ,简简称称NIINII）” 建建设设到到数数字字地地球球的的提提出出，由由“数数字字地地球球”细细化化到到“数数字字中中国国”、“数数字字省省区区”、“数数字字城城市市” 、“虚虚拟拟现现实实”等等众众多多的的信信息息化化领领域域的的工工作作已已全全面面铺铺开开。随随着着地地理理信信息息产产生生的的建建立立和和数数字字化化信信息息产产品品在在全全世世界界的的普普及及，GISGIS已已成成为为确确定定性性的的产产业业，投投入入使使用用的的GISGIS系系统统，每每2 23 3年年就就翻翻一一番番。GISGIS已已渗渗透透到到各各行行各各业业，涉涉及及千千家家万万户户，成成为为人人们们生生产产、生生活活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。学习和工作中不可缺少的工具和助手。2.市场市场前景根根据据统统计计，在在经经济济建建设设、日日常常生生活活活活动动所所涉涉及及的的信信息息中中，有有80%80%与与地地理理信信息息密密切切相相关关。如如今今，GISGIS已已经经深深入入到到人人们们的的日日常常生生活活领领域域中中。GISGIS被被公公认认为为是是2121世世纪的支柱性产业，是信息产业的重要组成部分。纪的支柱性产业，是信息产业的重要组成部分。 “GISGIS产产业业是是关关系系到到国国民民经经济济增增长长、社社会会发发展展和和国国家家安安全全的的战战略略性性产产业业，它它不不仅仅为为国国家家创创造造直直接接经经济济利利益益，而而且且是是其其他他众众多多产产业业的的推推动动力力，对对众众多多经经济济领领域域具具有有辐辐射射作作用用，能能在在国国民民经经济济的的发发展展中中起起到到倍倍增增器器的的效效果果，其其渗渗透透作作用用已已深深刻刻影影响响到到国国民民经经济济的的各各个方面。个方面。”徐冠华徐冠华 院士院士据据统统计计，目目前前国国内内GISGIS市市场场总总额额（包包括括软软件件、应应用用和和服务）服务）10001000多亿人民币。多亿人民币。准准备备阶阶段段：19781978年年到到19801980年年，进进行行舆舆论论准准备备，正正式式提提出出倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。 起起步步阶阶段段：19811981年年到到 19851985年年，理理论论探探索索和和区区域域性性实实验验研究。并在此基础上制定国家地理信息系统规范。研究。并在此基础上制定国家地理信息系统规范。 初初步步发发展展阶阶段段：19861986年年到到9090年年代代。地地理理信信息息系系统统的的研研究究被被列列入入我我国国“七七 五五”攻攻关关课课题题，并并且且作作为为一一个个全全国国性性的的研研究究领领域域，已已逐逐步步和和国国民民经经济济建建设设相相结结合合，并并取取得得了了重要进重要进 展和实际应用效益。展和实际应用效益。快快速速发发展展阶阶段段： 9090年年代代末末到到现现在在。理理论论日日趋趋成成熟熟，应应用用日日益益广广泛泛，三三维维GISGIS、WEBGISWEBGIS走走向向应应用用，GISGIS市市场场开开始始形成。形成。3.GIS在我国的发展在我国的发展桌面软件开发平台面向服务数字制图组件式嵌入式4.GIS4.GIS发展的阶段特点发展的阶段特点GIS为中心为中心 信息为中心信息为中心部部 门门GIS企业化企业化GIS社会化社会化GIS 超大数据量超大数据量 大用户数大用户数 开放性需求开放性需求 快速响应快速响应 较小数据量较小数据量 少数用户共享数据少数用户共享数据 无须开放无须开放 响应要求不高响应要求不高 项项 目目GIS人员人员人员人员 PeoplePeople硬件硬件硬件硬件 HardwareHardware软件软件软件软件 SoftwareSoftware数据数据数据数据 DataData方法方法方法方法 MethodsMethodsGIS1.1.4 1.1.4 GISGIS系统组成系统组成1. GIS硬件组成硬件组成输入设备输入设备专用设备常规设备GPS全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统全站仪扫描仪数字化仪键盘、鼠标处理设备处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备输出设备绘图仪终端打印机（1）单机模式基本外设、处理设备和输出设备构成适用于小 型GIS建设数据传输与资源共享不方便高档微机或服务器打印机绘图仪扫描仪因特网HubUPS 电源防火墙光盘刻录机移动外接硬盘光盘塔磁盘阵列（2）局域网模式）局域网模式部门或单位内部部门或单位内部GIS建设专线连接资源共享较方便建设专线连接资源共享较方便输 出用户组1输 入GIS中央数据库与网管Intranet用户组n（3）广域网模式）广域网模式用户分布地域广用户分布地域广泛，不适合专线泛，不适合专线连接连接公共通讯连接公共通讯连接资源共享方便资源共享方便局部范围为局域局部范围为局域网，通过若干通网，通过若干通道与广域网连接道与广域网连接输入GIS中央数据库（服务器）图象处理系统局域网用户组输出多媒体系统用户用户主主 干干 网网Internet2.GIS软件组成软件组成操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）标准软件（图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件应用软件应用软件GIS软件软件系统软件系统软件GIS（1 1）系统软件）系统软件 系统软件主要是计算机的操作系统以及系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOSDOS、WindowsWindows、UNIX/LINUXUNIX/LINUX等。系统软件关等。系统软件关系到系到GISGIS软件和开发语言使用的有效性，是软件和开发语言使用的有效性，是GISGIS软硬件环境的重要组成部分。软硬件环境的重要组成部分。（2 2）基础软件）基础软件数据库软件数据库软件 用来管理空间数据，包括图形数据和属用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。流行数据库软件主要有性数据。流行数据库软件主要有OracleOracle、SybaseSybase、InformixInformix、DB2DB2、SQL ServerSQL Server、MySQLMySQL等。目前等。目前GISGIS软件中采用商用数据库管软件中采用商用数据库管理属性数据，一个有发展前景的模型是面向理属性数据，一个有发展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形和属性数据的联对象数据模型，可实现图形和属性数据的联合管理。合管理。图形平台图形平台 某些某些GISGIS软件中图形处理平台。如软件中图形处理平台。如AutoDeskAutoDesk公司开发的基于公司开发的基于AutoCADAutoCAD的的AutoMap AutoMap GISGIS软件、软件、IntergraphIntergraph公司的基于公司的基于MicroStationMicroStation的的MGE GISMGE GIS软件软件 （3 3）GISGIS基本功能软件基本功能软件 数据输入和检验数据输入和检验 数据存储和管理数据存储和管理 数据变换数据变换 数据输出和表示数据输出和表示 用户接口用户接口 数据输出数据变换数据存储用户接口数据输入数据输入和检验数据输入和检验数据库数据输入交互终端数字化仪文本文件扫描仪磁带磁盘地图数据遥感数据统计数据文字报告数据存储和管理数据存储和管理 数据组织和管理质量，直接影响数据组织和管理质量，直接影响GISGIS操作的有效操作的有效性。在地理数据的生产中，当前主要是性。在地理数据的生产中，当前主要是4 4D D产品，即数产品，即数字线划数据（字线划数据（Digital Line Graph, DLGDigital Line Graph, DLG）、）、数字栅数字栅格数据（格数据（Digital Raster Graph, DRGDigital Raster Graph, DRG）、）、数字高程数字高程模型（模型（Digital Elevation Model, DOMDigital Elevation Model, DOM）、）、数字正射数字正射影象（影象（Digital Ortho Map, DOMDigital Ortho Map, DOM）。）。检索数据变换 地理数据库 位置坐标 空间数据 属性数据数据输入询问输入应用和分析维护变换 数据变换数据变换提供了对一个区域的空间数提供了对一个区域的空间数据和属性数据综合分析利用据和属性数据综合分析利用的能力。通过提供矢量、栅的能力。通过提供矢量、栅格、格、DEMDEM等空间运算和指标等空间运算和指标量测，达到对空间数据的综量测，达到对空间数据的综合利用的目的。如基于栅格合利用的目的。如基于栅格数据的算术运算、逻辑运算、数据的算术运算、逻辑运算、聚类运算等，提供栅格分析；聚类运算等，提供栅格分析；通过图形的叠加分析、缓冲通过图形的叠加分析、缓冲区分析、统计分析、路径分区分析、统计分析、路径分析、资源分配分析、地形分析、资源分配分析、地形分析等，提供矢量分析。析等，提供矢量分析。数据输出数据输出输出显示终端打印机绘图仪磁带磁盘地图图像表格文字 用户接口用户接口 用于接收用户的指令和程序或数据，是用户用于接收用户的指令和程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。用户界面（或人机界面）是地理口与数据接口。用户界面（或人机界面）是地理信息系统应用的重要组成部分，它通过菜单技术、信息系统应用的重要组成部分，它通过菜单技术、用户询问语言的设置，还可采用人工智能的自然用户询问语言的设置，还可采用人工智能的自然语言处理技术与图形界面等技术，提供多窗口和语言处理技术与图形界面等技术，提供多窗口和光标或鼠标选择菜单等控制功能，为用户发出操光标或鼠标选择菜单等控制功能，为用户发出操作指令提供方便。程序接口和数据接口可分别为作指令提供方便。程序接口和数据接口可分别为有用户联接各自特定的应用程序模块和使用非系有用户联接各自特定的应用程序模块和使用非系统标准的数据文件提供方便。统标准的数据文件提供方便。3.空间数据空间数据GIS的操作对象为空间数的操作对象为空间数据据空间数据特征：几何、属空间数据特征：几何、属性、时间数据；性、时间数据；空间数据组织：矢量结构、空间数据组织：矢量结构、栅格结构；栅格结构；空间数据管理：空间数据管理： 几何数据：文件几何数据：文件 属性数据：关系数据库属性数据：关系数据库栅格结构矢量结构4.系统开发、管理和使用人员系统开发、管理和使用人员咨询管理信息管理数据整理GIS的开发是以人为本的系统工程。 业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理管理的能力。技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。1.1.1.1.5 GIS5 GIS软件类型软件类型专业专业GIS（Professional GIS）桌面桌面GIS（Desktop GIS）手持手持GIS（Hand-Held GIS）组件组件GIS（Component GIS）GIS Viewer网络网络GIS（Internet GIS）其它（基于其它（基于CAD的的GIS）1.1.61.1.6地理信息系统功能地理信息系统功能1.1.数据采集与输入数据采集与输入 数据采集与输入，即在数据处理系统中将系统外部数据采集与输入，即在数据处理系统中将系统外部的原始数据传输给系统内部，并将这些数据从外部的原始数据传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。主要格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。主要有图形数据输入，如管网图输入；栅格数据输入，有图形数据输入，如管网图输入；栅格数据输入，如遥感图像的输入；测量数据输入，如全球定位系如遥感图像的输入；测量数据输入，如全球定位系统（统（GPSGPS）数据的输入；属性数据输入数据的输入；属性数据输入, ,如数字和文如数字和文字的输入。字的输入。2.2.数据编辑与更新数据编辑与更新目的：保证数据在入库时在内容上的完整性，目的：保证数据在入库时在内容上的完整性， 逻辑上的一致性。逻辑上的一致性。方法：方法：数据编辑与处理、错误修正：数据编辑与处理、错误修正： 数据格式转化：矢量、栅格转化，不同数据格式转化；数据格式转化：矢量、栅格转化，不同数据格式转化； 数据比例转化：平移、旋转、比例、纠正数据比例转化：平移、旋转、比例、纠正 投影变换：投影方式投影变换：投影方式 数据概化：平滑、特征集结数据概化：平滑、特征集结 数据重构：几何形态变换（拼接、截取、压缩、结构）数据重构：几何形态变换（拼接、截取、压缩、结构） 误差校正误差校正: 地理编码：拓扑结构地理编码：拓扑结构3.3.数据存贮与管理数据存贮与管理 属性数据管理一般直接利用商用关系数据库软属性数据管理一般直接利用商用关系数据库软件，如件，如ORACLEORACLE、ACCESSACCESS、FoxBaseFoxBase、FoxProFoxPro等等进行管理。空间数据管理是进行管理。空间数据管理是GISGIS数据管理的核数据管理的核心，各种图形或图像信息都以严密的逻辑结构心，各种图形或图像信息都以严密的逻辑结构存放在空间数据库中。存放在空间数据库中。4.4.空间查询与分析空间查询与分析空空间间查查询询与与分分析析是是GISGIS核核心心，主主要要包包括括数数据据操操作作运运算算、数数据据查查询询检检索索与与数数据据综综合合分分析析。包包括括矢矢量量数数据据叠叠合合、栅栅格格数数据据迭迭加加等等操操作作、算算术术运运算算、关关系系运运算算、逻逻辑辑运运算算、函函数数运运算算等等。综综合合分分析析主主要要包包括括信信息息量量测测、属属性性分分析析、统统计计分分析析、二二维维模模型型分分析析、三三维维模模型型分分析析、多多要素综合分析等。要素综合分析等。 空间检索空间分析空间分析地形分析网络分析缓冲区分析几何量测地图分析叠置分析统计分析决策分析位置查询属性查询拓扑查询空间查询5.5.数据显示与输出数据显示与输出 数数据据显显示示是是中中间间处处理理过过程程和和最最终终结结果果的的屏屏幕幕显显示示，通通常常以以人人机机交交互互方方式式来来选选择择显显示示的的对对象象与与形形式式，对对于于图图形形数数据据根根据据要要素素的的信信息息量量和和密密集集程程度度，可可选选择择放放大大或或缩缩小小显显示示。GISGIS不不仅仅可可以以输输出出全全要要素素地地图图，也也可可以以根根据据用用户户需需要要，分分层层输输出出各各种种专专题题图图、各类统计图、图表及数据等。各类统计图、图表及数据等。GISGIS基本功能的实现过程基本功能的实现过程文件图表数据获取 原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑投影变换数据输出 制图、表格 交互展示 结构化数据空间数据库1.21.2 GIS GIS技术基础技术基础Michael Batty:Michael Batty:认为计算机技术的发展是不可认为计算机技术的发展是不可预知的，计算机技术已成为数字化数据资源及相预知的，计算机技术已成为数字化数据资源及相关分析方法发展与繁荣的一个刺激因素。关分析方法发展与繁荣的一个刺激因素。BattyBatty预言：大数据量计算、数据处理软件的分预言：大数据量计算、数据处理软件的分散化、声音输入输出技术发展、网络技术发展、散化、声音输入输出技术发展、网络技术发展、虚拟现实技术发展给虚拟现实技术发展给GISGIS带来革命性的冲击。带来革命性的冲击。2020世纪世纪4040年代：开始利用计算机制图功能，以一个年代：开始利用计算机制图功能，以一个示波器示波器监视器工作。监视器工作。2020世纪世纪5050、6060年代：年代：GISGIS制图输出通过附属在大型机制图输出通过附属在大型机或小型机上的普通输出设备（行式打印机）或小型机上的普通输出设备（行式打印机）2020世纪世纪7070年代：矢量绘图设备示波器的出现将制图年代：矢量绘图设备示波器的出现将制图技术提高到了一个新的境界。技术提高到了一个新的境界。2020世纪世纪8080年代：计算机内存成本降低促进制图技术年代：计算机内存成本降低促进制图技术发展，可实现计算机制图和空间数据分析的集成，发展，可实现计算机制图和空间数据分析的集成，激光绘图设备使交互式制图成为可能，这对激光绘图设备使交互式制图成为可能，这对GISGIS发展发展具有巨大推动作用。但具有巨大推动作用。但GISGIS更突出的功能是用于制图更突出的功能是用于制图数据操作。数据操作。1.2.11.2.1 GIS GIS技术发展技术发展2020世纪世纪8080年代晚期：年代晚期：windowswindows替代替代 DOSDOS，桌面桌面GISGIS快速发展起来，在此之前快速发展起来，在此之前GISGIS如如PC-PC-ARC/INFOARC/INFO是基于工作站版本的或是大型机版本是基于工作站版本的或是大型机版本或是或是DOSDOS版本的，标志桌面绘图时代来临。版本的，标志桌面绘图时代来临。2020世纪世纪9090年代：年代：19961996年以前普遍认为软件向万年以前普遍认为软件向万维网转移是不可能的事，但随着计算机技术与维网转移是不可能的事，但随着计算机技术与通迅技术融合，桌面通迅技术融合，桌面GISGIS向网络化方向发展。向网络化方向发展。网络技术、虚拟现实技术、多媒体技术发展，网络技术、虚拟现实技术、多媒体技术发展，给给GISGIS技术的发展提供巨大空间，三维动画软技术的发展提供巨大空间，三维动画软件与数字影像的结合使基于件与数字影像的结合使基于GISGIS的二维数据生的二维数据生成三维显示结果成为可能。成三维显示结果成为可能。 1.2.2 1.2.2GISGIS基本技术基本技术地理信息系统是一项多种技术集成的技术系统。地理信息系统是一项多种技术集成的技术系统。数据采集技术（包括遥感技术（数据采集技术（包括遥感技术（RSRS）、）、全球定位全球定位系统（系统（GPSGPS）、）、三维激光扫描技术、数字测图技三维激光扫描技术、数字测图技术等）、现代通信技术、计算机网络技术、软件术等）、现代通信技术、计算机网络技术、软件工程技术、虚拟现实与仿真技术、信息安全技术、工程技术、虚拟现实与仿真技术、信息安全技术、网络空间信息传输技术等构成了网络空间信息传输技术等构成了GISGIS技术体系的技术体系的主要技术。这些技术在这里进行简要介绍，而地主要技术。这些技术在这里进行简要介绍，而地理信息系统技术则是本书的主要详细介绍的内容。理信息系统技术则是本书的主要详细介绍的内容。计算机硬件技术计算机硬件技术GIS操作系统操作系统空间数据库技术空间数据库技术计算机图形技术计算机图形技术遥感图象处理技术遥感图象处理技术网络通讯技术网络通讯技术数据组织管理技术数据组织管理技术标标准准规规程程1.2.3 GIS技术结构技术结构 硬 件其它应用软件开发环境操作系统 GIS制约上层系性能和功能为下层提供反馈在理论层面：面向对象理论与方法日趋成熟并被广泛应用于在理论层面：面向对象理论与方法日趋成熟并被广泛应用于GIS设计与生产。设计与生产。在操作系统层面：直接支持面向对象的分布式运算已是大的在操作系统层面：直接支持面向对象的分布式运算已是大的趋势。趋势。 基于基于 CORBA（Common Object Request Broker Architecture) 和和 DCOM(Distributed Component Object Model)的系统软件陆续进入操作系统。如微软的的系统软件陆续进入操作系统。如微软的ActiveX、IBM的的OpenDOC等。等。 CORBA和和 DCOM为使用、组织和管理来为使用、组织和管理来自不同平台的软件提供了完整有效机制。自不同平台的软件提供了完整有效机制。在开发环境层面：在开发环境层面： 面向对象编程语言面向对象编程语言JAVA，综合性开发软综合性开发软件工具不断完善。件工具不断完善。应用软件层面：一是应用软件层面：一是C/S和和B/S模式成为模式成为GIS软件组织的主软件组织的主要形式，二是万维网成为软件开发的中心，三是要形式，二是万维网成为软件开发的中心，三是ODBC（Open Database Connectivity）成为数据库成为数据库管理系统相互兼容的中心。管理系统相互兼容的中心。1.31.3地理信息系统学科基础地理信息系统学科基础 在人类认识自然、改造自然的过程中，人与自在人类认识自然、改造自然的过程中，人与自然的协调发展是人类社会可持续发展的最基本条件。然的协调发展是人类社会可持续发展的最基本条件。从历史发展的角度看，人类活动对地球生态的影响从历史发展的角度看，人类活动对地球生态的影响总体是向着变坏的方向发展，人口、资源、环境和总体是向着变坏的方向发展，人口、资源、环境和灾害是当今人类社会可持续发展所面临的四大问题。灾害是当今人类社会可持续发展所面临的四大问题。人类活动产生的这种变化和问题，日益成为人们关人类活动产生的这种变化和问题，日益成为人们关注的焦点。地球科学的研究为人类监测全球变化和注的焦点。地球科学的研究为人类监测全球变化和区域可持续发展提供了科学依据和手段。地球系统区域可持续发展提供了科学依据和手段。地球系统科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信息科学是地球科学体系中的重要组成部分，也是形息科学是地球科学体系中的重要组成部分，也是形成地理信息系统的科学基础。成地理信息系统的科学基础。1.3.11.3.1地理信息系统的科学基础地理信息系统的科学基础 1 .地球系统科学地球系统科学 地球系统科学（地球系统科学（Earth System Science）是研究是研究地球系统的科学。地球系统，是指由大气圈、水圈、岩地球系统的科学。地球系统，是指由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈（包括人类自身）等四大圈层组成的作为石圈和生物圈（包括人类自身）等四大圈层组成的作为整体的地球。它包括了自地心到地球的外层空间的十分整体的地球。它包括了自地心到地球的外层空间的十分广阔的范围，是一个复杂的非线性系统。广阔的范围，是一个复杂的非线性系统。2. 地球信息科学地球信息科学 地球信息科学（地球信息科学（Geo-Informatics, 或或Geo Information Science, 简称简称GISci）是地球系统科是地球系统科学的组成部分，是研究地球表层信息流的科学，或研究学的组成部分，是研究地球表层信息流的科学，或研究地球表层资源与环境、经济与社会的综合信息流的科学。地球表层资源与环境、经济与社会的综合信息流的科学。就地球信息科学的技术特征而言，它是记录、测量、处就地球信息科学的技术特征而言，它是记录、测量、处理、分析和表达地球参考数据或地球空间数据学科领域理、分析和表达地球参考数据或地球空间数据学科领域的科学。的科学。3. 地理信息科学地理信息科学 地理信息科学（地理信息科学（Geographic Information Science）是信息时代的地理学，是地理学信息革命和是信息时代的地理学，是地理学信息革命和范式演变的结果。它是关于地理信息的本质特征与运动范式演变的结果。它是关于地理信息的本质特征与运动规律的一门科学，它研究的对象是地理信息，是地球信规律的一门科学，它研究的对象是地理信息，是地球信息科学的重要组成成分。息科学的重要组成成分。4.地球空间信息科学地球空间信息科学 地球空间信息科学地球空间信息科学(Geo Spatial Information Science简称简称Geomatics)是以全球定位系统是以全球定位系统（GPS）、）、地理信息系统地理信息系统(GIS)、遥感遥感(RS)为主要内容，为主要内容，并以计算机和通信技术为主要技术支撑，用于采集、量并以计算机和通信技术为主要技术支撑，用于采集、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地球和空测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。 地球空间信息科学与地理空间信息科学在学科定义和地球空间信息科学与地理空间信息科学在学科定义和内涵上存在重叠。甚至人们认为是对同一个学科内容，从内涵上存在重叠。甚至人们认为是对同一个学科内容，从不同角度给出的科学名词。不同角度给出的科学名词。 从测绘的角度理解，地球空间信息科学是地球科学与从测绘的角度理解，地球空间信息科学是地球科学与测绘科学、信息科学的交叉学科。测绘科学、信息科学的交叉学科。 从地理科学的角度理解，地球空间信息科学是地理科从地理科学的角度理解，地球空间信息科学是地理科学与信息科学的交叉学科，即被称之为地理空间信息科学。学与信息科学的交叉学科，即被称之为地理空间信息科学。 地球空间信息科学的概念要比地理信息科学要广，它地球空间信息科学的概念要比地理信息科学要广，它不仅包含了现代测绘科学的全部内容，也包含了地理空间不仅包含了现代测绘科学的全部内容，也包含了地理空间信息科学的主要内容，而且体现了多学科、技术和应用领信息科学的主要内容，而且体现了多学科、技术和应用领域知识的交叉与渗透，如测绘学、地图学、地理学、管理域知识的交叉与渗透，如测绘学、地图学、地理学、管理科学、系统科学、图形图象学、互联网技术、通信技术、科学、系统科学、图形图象学、互联网技术、通信技术、数据库技术、计算机技术、虚拟现实与仿真技术等以及规数据库技术、计算机技术、虚拟现实与仿真技术等以及规划、土地、资源、环境、军事等领域。研究的重点与地球划、土地、资源、环境、军事等领域。研究的重点与地球信息科学接近，但它更侧重于技术、技术集成与应用，更信息科学接近，但它更侧重于技术、技术集成与应用，更强调强调“空间空间”的概念。的概念。 1.3.2地理信息系统相关学科地理信息系统相关学科 Christopher B.JonesChristopher B.Jones在在 “Geographical Geographical Information Systems and Computer Information Systems and Computer CartographyCartography” 一书中用一棵树的形式更为详细地一书中用一棵树的形式更为详细地给出了地理信息科学与其他学科的关系。给出了地理信息科学与其他学科的关系。 在这棵树中，在这棵树中，“树根树根”表示学科基础；表示学科基础；“树树枝枝”表示应用，应用的需求和结果返回到表示应用，应用的需求和结果返回到“树根树根”；“雨滴雨滴”则表示应用的数据来源。（可以在则表示应用的数据来源。（可以在“邬邬伦等，地理信息系统伦等，地理信息系统原理、方法和应用原理、方法和应用”一书一书中得到这棵树。）中得到这棵树。）地理学地图制图学数据库理论机助设计软件工程人工智能城市规划测量学摄影测量遥感地理学计算机科学信息科学资源管理GIS GIS的相关学科技术1.GIS与与CADlCAD不能建立地理坐标系统和完成地理坐不能建立地理坐标系统和完成地理坐标变换；标变换；lCAD处理多为规则图形，而处理多为规则图形，而GIS为非几何为非几何图形；图形；lCAD图形功能强而属性处理能力弱，图形功能强而属性处理能力弱，GIS图形与属性的操作比较频繁，且专业化特征图形与属性的操作比较频繁，且专业化特征比较强；比较强；lGIS的数据量比的数据量比CAD大得多，数据结构、大得多，数据结构、数据类型复数据类型复 杂，数据之间联系紧密；杂，数据之间联系紧密；lCAD不具备地理意义上的查询和分析能力；不具备地理意义上的查询和分析能力；2.GIS与与MISlGIS对图形和属性数据共同管理、分析和应用；lMIS一般只处理属性数据，对图形数据以文件形式进行管理，图形要素不能分解、查询，图形与数据之间没有联系；l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。3.GIS与与RS处理系统处理系统l遥感数据是遥感数据是GIS的重要信息源。经过遥感信息系的重要信息源。经过遥感信息系统处理的遥感信息，或进入统处理的遥感信息，或进入GIS系统作为制图的系统作为制图的背静图象，或是与经过分类的信息协同背静图象，或是与经过分类的信息协同GIS与遥与遥感的集成分析。感的集成分析。l遥感图象信息处理系统是专门用于对遥感数据进遥感图象信息处理系统是专门用于对遥感数据进行处理的软件，主要强调对遥感数据的几何处理、行处理的软件，主要强调对遥感数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取，具有较强的制图功能，灰度处理和专题信息提取，具有较强的制图功能，可设计丰富的符号和注记，虽有空间叠置分析空可设计丰富的符号和注记，虽有空间叠置分析空能，但由于缺少实体空间关系的描述，难以进行能，但由于缺少实体空间关系的描述，难以进行空间实体的空间关系查询、属性查询及网络分析空间实体的空间关系查询、属性查询及网络分析等。等。l遥感图象处理系统不能看作是遥感图象处理系统不能看作是GIS。4.GIS与机助制图系统、地图数据库与机助制图系统、地图数据库1.GIS的主要技术基础的主要技术基础l强调空间数据的处理、显示与表达强调空间数据的处理、显示与表达l空间分析能力空间分析能力2. GIS包含数字制图系统的全部功能包含数字制图系统的全部功能l地图数据库若空间分析能力较强，可升格为地图数据库若空间分析能力较强，可升格为GIS，而，而GIS若空间分析能力较弱，则退化若空间分析能力较弱，则退化为地图数据库。为地图数据库。1.4地理信息系统应用地理信息系统应用Precision farmingMine PlanningEnvironmental Monitoring & RehabilitateComunicationlandGeocodingHealth and GISCrime & GISMilitary GISDigital CityPrecision farmingMine PlanningnMeasurement of areas, distances, volumesn3D visualisation of facilities locationn3D visualisation of mineEnvironmental Monitoring & RehabilitateManagement of long-term monitoring data Data sharing for planners and engineers Modelling & hazard prediction Fast assessment of risks and management of hazardsComunicationLandGeocodingStirling Gardens Barrack St Perth 6000 *517 Hay Street Perth, WA 6000 Australia Event notification“48 Fraser Ave, West Perth 6005” Address to locationCensus and demographyCrime & GISIdentify crime hot spots, targets, suspects, criminal movement, etc.Can relate crime to physical, socio and environmental factorsCrime Risk AnalysisCrime Risk AnalysisMilitary GIS数据库数据库审批子系统数据维护系统登记子系统查询子系统统计子系统变更子系统发证子系统服务子系统City GIS System Concept Model公众信息库公众信息库INTERNET系统内部网络管理/工作人员社会公众信息发布子系统信息发布子系统规划规划GIS系统系统土地土地房产房产市政府信息中心市政府信息中心市政管线市政管线建委建委GIS交通交通水利水利地震地震公安公安/消防消防统计统计电力电力/电信电信Digital City Basic DatabaseGISGISGISGISGISGISGISGISGISGISGIS气象气象City 3D SimulationCity 3D Simulation