1-地理信息系統(tǒng)概論

1、地理信息系統(tǒng)應(yīng)用,北京城市學(xué)院王運(yùn)靜,郵箱： gis2014_2015@163.com,課程介紹,2,課程性質(zhì),地理信息系統(tǒng)是一門介于信息科學(xué)、空間科學(xué)、管理科學(xué)之間的一門新興交叉學(xué)科，是傳統(tǒng)科學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。地理信息系統(tǒng)應(yīng)用是資源環(huán)境、城市規(guī)劃專業(yè)的一門重要專業(yè)課。,3,課程目標(biāo),通過本課程的學(xué)習(xí)，要求大家系統(tǒng)地掌握地理信息系統(tǒng)的基本理論和方法，增強(qiáng)大家的動(dòng)手能力和使用信息化手段的能力，熟練掌握ArcGIS軟件的應(yīng)用，培

2、養(yǎng)學(xué)生資源調(diào)查及制圖能力，為今后的工作和學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。,4,5,教學(xué)安排與課程講授,課程講授： 理論聯(lián)系實(shí)踐，PPT講授與板書結(jié)合實(shí)訓(xùn)的教學(xué)方法，使大家較為全面的掌握GIS可以做什么，以及如何做成、做好。,內(nèi)容與教學(xué)安排,第一章 地理信息系統(tǒng)概論（1學(xué)時(shí)）第二章 空間數(shù)據(jù)模型 （2學(xué)時(shí)）第三章 空間參照系統(tǒng)和地圖投影 （2學(xué)時(shí)）第四章 GIS中的數(shù)據(jù) （2學(xué)時(shí)）,6,7,現(xiàn)實(shí)世界,虛擬世界,,建模,投影,8,現(xiàn)實(shí)世界,

3、虛擬世界,,數(shù)據(jù)處理，存儲(chǔ)，分析，制圖等等,內(nèi)容與教學(xué)安排,第一章 地理信息系統(tǒng)概論（1學(xué)時(shí)）第二章 空間數(shù)據(jù)模型 （2學(xué)時(shí)）第三章 空間參照系統(tǒng)和地圖投影 （2學(xué)時(shí)）第四章 GIS中的數(shù)據(jù) （2學(xué)時(shí)）第五章 空間數(shù)據(jù)獲取與處理（2學(xué)時(shí)）軟件實(shí)訓(xùn)（8學(xué)時(shí)）第六章 空間數(shù)據(jù)管理 （2學(xué)時(shí)） 軟件實(shí)訓(xùn)（7學(xué)時(shí)）第七章 空間分析 （1學(xué)時(shí)） 軟件實(shí)訓(xùn)（7學(xué)時(shí)）第八章 數(shù)字地形模型與地形分析 （1學(xué)時(shí)）第九章 空間數(shù)據(jù)與制

4、圖 （1學(xué)時(shí)）軟件實(shí)訓(xùn)（8學(xué)時(shí)）第十章 地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用 （1學(xué)時(shí)）,9,,參考書目,教材：鄔倫等，地理信息系統(tǒng)（原理、方法和應(yīng)用），科學(xué)出版社，2005年宋小冬等，《地理信息系統(tǒng)實(shí)習(xí)教程》，科學(xué)出版社出版，2013.教學(xué)資源網(wǎng)站：1. GIS空間站. http://www.gissky.net/.2. 地理信息系統(tǒng)論壇. http://www.gisforum.net/.3. 中國(guó)地理信息網(wǎng). http://www.g

5、isie.net/.4. 國(guó)家測(cè)繪地理信息局. http://www.sbsm.gov.cn/.,10,課程的考核辦法 總成績(jī)100% = 學(xué)習(xí)態(tài)度（10%）+ 課堂參與（10%）+ 階段考核（30%）+ 期末考核（50%）階段考核：分3次，各占10%。側(cè)重于考核對(duì)各階段知識(shí)的應(yīng)用能力掌握情況。 期末考核：開卷，占總成績(jī)的占50%。,考核與成績(jī)?cè)u(píng)定,11,過程性考核,12,課堂表現(xiàn)（含出勤）,學(xué)習(xí)態(tài)度,課程參與,階段考核

6、成績(jī),本次課內(nèi)容,第一章 地理信息系統(tǒng)概述Arcmap 入門—地圖顯示、地圖符號(hào)、屬性表的使用等,13,第一章地理信息系統(tǒng)概述,一、地理信息系統(tǒng)的概念—什么是GIS？二、地理信息系統(tǒng)類型；三、地理信息系統(tǒng)的功能—應(yīng)用四、地理信息系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容；五、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史。,14,,1. 地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）不同領(lǐng)域、不同專業(yè)對(duì)GIS的理解不同，目前沒有完全統(tǒng)

7、一的被普遍接受的定義：1)Goodchild把GIS定義為“采集、存貯、管理、分析和顯示有關(guān)地理現(xiàn)象信息的綜合系統(tǒng)” 2)俄羅斯學(xué)者也把GIS定義為“一種解決各種復(fù)雜的地理相關(guān)問題，以及具有內(nèi)部聯(lián)系的工具集合”,15,一、地理信息系統(tǒng)的基本概念,,1. 地理信息系統(tǒng)3)美國(guó)國(guó)家地理信息與分析中心給出的定義：“GIS為了獲取、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)化的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)” 4)英國(guó)教育部認(rèn)為:“GIS是一種

8、獲取、存儲(chǔ)、檢索、操作、分析和顯示地球空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”,16,一、地理信息系統(tǒng)的基本概念,,這些定義，有的側(cè)重于GIS的技術(shù)內(nèi)涵，有的則強(qiáng)調(diào)GIS的應(yīng)用功能。這里推薦美國(guó)聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會(huì)關(guān)于GIS的定義。該定義認(rèn)為“GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題”,17,一、地理信息系統(tǒng)的基本概念,一、地理信息系統(tǒng)的基本概念,,

9、1. 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。地理信息系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其存儲(chǔ)和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的，地理位置及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。,18,19,一、地理信息系統(tǒng)的基本概念,,19,2. 地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的實(shí)際物理裝置的總稱，可以是電子的、電的、磁的、機(jī)械的、光的元件或裝置，是GIS的物理外殼,2. 地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,

10、20,軟件系統(tǒng)：其代表產(chǎn)品有ArcGIS、MAPGIS、Mapinfo等。主要核心模塊：數(shù)據(jù)輸入和編輯、空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)輸出、用戶界面、二次開發(fā),2.地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,系統(tǒng)的核心,21,空間數(shù)據(jù)：空間數(shù)據(jù)是地理信息的載體，是地理信息系統(tǒng)的操作對(duì)象，它具體描述地理實(shí)體的空間特征、屬性特征和時(shí)間特征。空間特征是指地理實(shí)體的空間位置及其相互關(guān)系；屬性特征表示地理實(shí)體的名稱、類型和數(shù)量等；時(shí)間特征指實(shí)體隨時(shí)間而發(fā)生的相關(guān)變

11、化。,2.地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,22,用戶:系統(tǒng)開發(fā)人員系統(tǒng)管理員其他使用人員,2.地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成,23,二、地理信息系統(tǒng)類型,,地理信息系統(tǒng)按其內(nèi)容可以分為三大類：專題地理信息系統(tǒng)（Subject GIS）：是具有有限目標(biāo)和專業(yè)特點(diǎn)的地理信息系統(tǒng)。為特定的專門的目的服務(wù)，如水資源管理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)作物估產(chǎn)信息系統(tǒng)、草場(chǎng)資源管理信息系統(tǒng)、水土流失信息系統(tǒng)、環(huán)境管理信息系統(tǒng)等。 區(qū)域地理信息系統(tǒng)（Regiona

12、l GIS）：主要以區(qū)域綜合研究和全面信息服務(wù)為目標(biāo)。如國(guó)家級(jí)、地區(qū)級(jí)、市級(jí)或縣級(jí)等。 地理信息系統(tǒng)工具(GIS—Tools）：它是一組具有圖形圖像數(shù)字化、存儲(chǔ)管理、查詢檢索、分析運(yùn)算和多種輸出等地理信息系統(tǒng)基本功能的軟件包。,24,三、地理信息系統(tǒng)的功能概述,,由計(jì)算機(jī)技術(shù)與空間數(shù)據(jù)相結(jié)合而產(chǎn)生的GIS這一高新技術(shù)，包含了處理信息的各種高級(jí)功能，但是它的基本功能是數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析和輸出。GIS依托這些基本功能，通過利用

13、空間分析技術(shù)、模型分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)集成技術(shù)、二次開發(fā)環(huán)境等，演繹出豐富多彩的系統(tǒng)應(yīng)用功能，被廣泛地應(yīng)用于資源管理、區(qū)域規(guī)劃等領(lǐng)域，滿足用戶的廣泛需求。,25,26,GIS功能核心模塊主要包括：,三、地理信息系統(tǒng)的功能概述,基本功能數(shù)據(jù)采集與編輯主要用于獲取數(shù)據(jù)，保證地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)在內(nèi)容與空間上的完整性、數(shù)值邏輯一致性與正確性等。,27,三、地理信息系統(tǒng)的功能概述,基本功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理； 這是

14、建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵步驟，涉及到空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的組織。柵格模型、矢量模型或柵格/矢量混合模型是常用的空間數(shù)據(jù)組織方法。,三、地理信息系統(tǒng)的功能概述,,,,,,States,Roads,Capitals,Rivers,Lakes,數(shù)據(jù)分層管理,28,基本功能數(shù)據(jù)處理和變換； 初步的數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)格式化、轉(zhuǎn)換、概括。數(shù)據(jù)的格式化是指不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)間變換；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)比例尺的變化等。,29,三

15、、地理信息系統(tǒng)的功能概述,基本功能空間分析和統(tǒng)計(jì)； 空間分析是地理信息系統(tǒng)的核心功能，也是地理信息系統(tǒng)與其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的根本區(qū)別?？臻g查詢，拓?fù)浏B加，緩沖區(qū)建立，網(wǎng)絡(luò)分析，數(shù)字地形分析,3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述,30,空間分析和統(tǒng)計(jì),1) 空間查詢：空間查詢是GIS最基本的功能，包括已知屬性查圖形，已知圖形查屬性及多種條件的綜合查詢；,31,3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述四、空間查詢和分析,緩沖區(qū)建立：它是研究根據(jù)數(shù)據(jù)

16、庫(kù)的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立各種類型要素的緩沖多邊形，用以確定不同地理要素的空間接近度或鄰近性。,32,基本功能產(chǎn)品制作與顯示； 一個(gè)好的地理信息系統(tǒng)應(yīng)能提供一種良好的、交互式的制圖環(huán)境，以供地理信息系統(tǒng)的使用者能夠設(shè)計(jì)和制作出高質(zhì)量的地圖。其表現(xiàn)形式既可以是計(jì)算機(jī)屏幕顯示，也可以是諸如報(bào)告、表格、地圖等硬拷貝圖件。二次開發(fā)和編程。 為滿足各種不同的應(yīng)用需求，GIS必須具備的另一個(gè)基本功能是二次開發(fā)環(huán)境，包括專用語(yǔ)

17、言開發(fā)環(huán)境和控件。,3. 地理信息系統(tǒng)的功能概述,33,基本功能實(shí)現(xiàn)過程,,文件圖表,數(shù)據(jù)獲取,原始數(shù)據(jù),存儲(chǔ)檢索,空間查詢空間分析,數(shù)據(jù)編輯投影變換,數(shù)據(jù)輸出,制圖、表格,交互展示,結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),空間數(shù)據(jù)庫(kù),,,,,,,,,,,,,,,34,三、地理信息系統(tǒng)的功能概述,地理信息系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域,,資源管理，資源配置城市規(guī)劃和管理，基礎(chǔ)設(shè)施管理土地信息系統(tǒng)和地籍管理選址分析(Site Selecting A

18、nalysis)網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)急響應(yīng)可視化應(yīng)用生態(tài)、環(huán)境管理與模擬,35,三、地理信息系統(tǒng)的功能概述,GIS應(yīng)用實(shí)例——512地震,,36,GIS應(yīng)用實(shí)例——512地震,,37,GIS應(yīng)用實(shí)例——突發(fā)事件應(yīng)急標(biāo)繪系統(tǒng),,38,危險(xiǎn)源和危險(xiǎn)化學(xué)品的管理可視化,,39,GIS應(yīng)用實(shí)例——公路可視化管理信息系統(tǒng),,40,GIS應(yīng)用實(shí)例——ArcGIS三維可視化,,41,GIS應(yīng)用實(shí)例——環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)NO2濃度分布圖,,42,空氣污染事故

19、模型分析,,43,沙漠化預(yù)警預(yù)測(cè)分析,,44,GIS應(yīng)用實(shí)例——國(guó)土資源管理信息系統(tǒng),,45,一體化地籍信息系統(tǒng),,46,城市土地利用信息系統(tǒng),,47,醫(yī)療機(jī)構(gòu)信息查詢,,48,,49,倫敦,東京,名古屋,曼谷,,0,50　km,191019651985,,城市建成區(qū)時(shí)序變化,50,EA-RTM 2009 Nagoya/ Yoshitsugu Hayashi, Nagoya University,,東京max. 　 1 5 , 4

20、 0 0,,倫敦max. 1 1 , 5 0 0,,2 0 , 0 0 0,5 0,,,名古屋max. 1 7 , 1 0 0,曼谷max. 4 2 , 2 0 0,0,km,人/km2,不同城市人口變化（1998年）,51,EA-RTM 2009 Nagoya/ Yoshitsugu Hayashi, Nagoya University,52,四、地理信息系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容,53,四、地理信息系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容,,五、地理信息系統(tǒng)的

21、發(fā)展簡(jiǎn)史,國(guó)際上的GIS發(fā)展，基本上經(jīng)歷了四個(gè)階段開拓啟蒙階段、鞏固階段、突破階段和社會(huì)化階段,54,1、20世紀(jì)60年代為GIS思想和技術(shù)方法的開拓啟蒙時(shí)期Roger F.Tomlinson（加拿大）和Duane F.Marble（美國(guó)）于20世紀(jì)60年代處首次提出“地理信息系統(tǒng)”。1962年，Tomlinson提出利用數(shù)字計(jì)算機(jī)處理和分析大量的土地利用地圖數(shù)據(jù)，并建議加拿大土地調(diào)查局建立加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS），以

22、實(shí)現(xiàn)專題圖的疊加、面積量算等。到1972年，CGIS全面投入運(yùn)行與使用，成為世界上第一個(gè)運(yùn)行型的地理信息系統(tǒng)。特點(diǎn)：注重空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理，以專家興趣與大學(xué)研究為主。,55,五、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史,2、70年代是GIS的發(fā)展鞏固時(shí)期（1）資源開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)成為政府重要關(guān)注問題，需要GIS的空間分析技術(shù)、方法；（2）計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，如人機(jī)圖形交互技術(shù)、第一套利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的軟件問世等；（3）專業(yè)化人才的增加，許多

23、大學(xué)開始提供GIS培訓(xùn)；（4）一些商業(yè)性咨詢服務(wù)公司開始從事GIS工作，如美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所（ESRI）成立于1969年。 特點(diǎn)：注重空間地理信息的管理，以機(jī)構(gòu)開發(fā)與政府推動(dòng)為主。,56,五、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史,3、20世紀(jì)80年代的突破1） GIS應(yīng)用領(lǐng)域迅速?gòu)V大；（2）許多國(guó)家指定了有關(guān)GIS的發(fā)展規(guī)劃，建立了一些政府性、學(xué)術(shù)性機(jī)構(gòu)，如中國(guó)于1985年成立了“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，美國(guó)于1987年成立了國(guó)家地

24、理信息與分析中心（NCGIA）；（3）商業(yè)性咨詢公司、軟件制造商大量涌入。特點(diǎn)：注重空間決策支持分析，商業(yè)化實(shí)用系統(tǒng)開始進(jìn)入市場(chǎng)。,57,五、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史,4、20世紀(jì)90年代的社會(huì)化（1） GIS已經(jīng)成為許多機(jī)構(gòu)必備的工作系統(tǒng)，尤其是政府決策部門在一定程度上由于受GIS 影響而改變了現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方式、設(shè)置與工作計(jì)劃等；（2）社會(huì)對(duì)GIS認(rèn)識(shí)普遍提高，需求大幅度增加，導(dǎo)致GIS應(yīng)用的擴(kuò)大與深化；（3）國(guó)家級(jí)乃至全球級(jí)GI

25、S成為公眾關(guān)注問題。特點(diǎn)： GIS行業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化，成為現(xiàn)代人類社會(huì)最基本的服務(wù)系統(tǒng)。,58,五、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史,21世紀(jì)10年代的新發(fā)展新一代GIS的研究與開發(fā)；特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)化多級(jí)客戶-服務(wù)器體系、標(biāo)準(zhǔn)化開放式機(jī)制、對(duì)象組件式架構(gòu)、中間件與智能體技術(shù)、提供按需所求的GIS軟件網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)使用申請(qǐng)與應(yīng)用服務(wù)能力。,,59,五、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史,需要掌握的知識(shí)點(diǎn),什么是GIS？GIS 的基本構(gòu)成GIS 的功能GIS與其它

26、信息系統(tǒng)有什么區(qū)別？,60,Arcmap 入門,教材光盤（軟件安裝程序、指南與練習(xí)數(shù)據(jù)程序）,61,Arcmap 入門,教材光盤（軟件安裝程序、指南與練習(xí)數(shù)據(jù)程序）地圖顯示；地圖符號(hào)；屬性表的使用,62,Arcmap 入門,63,64,Arcmap 入門,是地理數(shù)據(jù)的資源管理器，用戶通過ArcCatalog來組織、管理和創(chuàng)建GIS數(shù)據(jù),是一個(gè)易用的3D可視化程序,ArcMap是一個(gè)可用于數(shù)據(jù)輸入、編輯、查詢、分析等等功能

27、的應(yīng)用程序，具有基于地圖的所有功能，實(shí)現(xiàn)如地圖制圖、地圖編輯、地圖分析等功能。,65,Arcmap 入門,1.ArcMap 操作界面,66,Arcmap 入門,2. 地圖顯示,67,Arcmap 入門,3. 地圖符號(hào)與專題圖,68,Arcmap 入門,3. 地圖符號(hào)與專題圖,69,Arcmap 入門,3. 地圖符號(hào)與專題圖,分級(jí)色彩設(shè)置 分級(jí)色彩表示方法是將要素屬性數(shù)值按照一定的分級(jí)方法分成若干級(jí)別，然后用不同的顏色表示不同

28、的級(jí)別。顏色的選擇取決于制圖要素的特征，隨著分級(jí)數(shù)值的由小到大、或者是級(jí)別的由低到高，色彩往往是逐漸變化。分級(jí)色彩表示方法一般用于表示面狀要素，諸如人口密度分級(jí)圖、糧食產(chǎn)量分級(jí)圖等。,70,Arcmap 入門,71,Arcmap 入門,3. 地圖符號(hào)與專題圖,彩色,黑白,地圖的基本附屬要素,地圖的基本附屬要素：圖名圖例指北針比例尺,插入圖名和文字,圖例,,Opens the Legend Wizard,圖例,選擇包含的圖