地理信息系统西昌学院第一章绪论.docx
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地理信息系统西昌学院第一章绪论
第一章绪论
【学时安排】
4学时
【目的要求】
1、掌握数据、信息、地理信息的概念;
2、掌握信息的特点,地理信息与一般信息的区别;
3、理解地理信息系统的组成;
4、理解信息系统的基本功能;
5、了解地理信息系统产生和发展的历史背景,发展过程。
【重点难点】
数据、信息、地理信息的有关概念。
【教学方法与手段】
示例式、启发式教学方法,多媒体教学手段。
1.1GIS的基本概念
一、数据和信息
1、数据
数据(Data)是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号,是一种未经加工的原始资料。
不仅数字是数据,而且文字、符号和图像也是数据。
数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。
地理信息系统的建立,首先是收集数据,然后对数据进行处理,即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等,其目的就是为了得到数据中包含的信息。
2、信息
信息(Information)是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征,以便向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实知识,作为生产、管理、经营、分析和决策的依据。
信息的特征:
客观性、适用性、可传输性和共享性等。
客观性是指信息都与客观事实相关,这是信息正确性和精确度的保证;适用性是指从大量数据中收集、组织和管理有用的信息,这是由建立信息系统目的性所决定的;可传输性是指信息可以在系统内或用户之间以一定形式或格式传送和交换。
信息的共享性是信息可传输性带来的结果,也就是信息可为多个用户共享。
信息来源于数据(Data)。
数据是客观对象的表示,而信息则是数据内涵的意义,是数据的内容和解释。
例如,从实地或社会调查数据中可获取到各种专门信息;从测量数据中可以抽取出地面目标或物体的形状、大小和位置等信息;从遥感图像数据中可以提取出各种地物的图形大小和专题信息。
二、地图和地理信息
地理信息系统脱胎于地图,它们都是地理信息的载体,具有存储、分析与显示地理信息的功能。
地理信息(GeographicInformation)是指与空间地理分布有关的信息,它表示地表物体和环境固有的数据、质量、分布特征,联系和规律的数字、文字、图形、图像等总称。
而地理数据则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(简称属性)及时域特征三部分。
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,如空间上的相邻、包含等;属性数据有时又称非空间数据,是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标。
时域特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻/时段。
时间数据对环境模拟分析非常重要,正受到地理信息系统学界越来越多的重视。
空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素。
地理信息的特征:
地理信息除了具有信息的一般特性,还具有以下独特特性:
(1)空间分布性。
地理信息具有空间定位的特点,先定位后定性,并在区域上表现出分布式特点,其属性表现为多层次,也成为区域性、多维性。
区域性是指地理信息的定位特征,且这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。
多维性是指在一个坐标位置上具有多个专题和属性信息。
(2)数据量大。
地理信息既有空间特征,又有属性特征,另外地理信息还随着时间的变化而变化,具有时间特征,因此其数据量很大。
尤其是随着全球对地观测计划不断发展,我们每天都可以获得上万亿兆的关于地球资源、环境特征的数据。
这必然对数据处理与分析带来很大压力。
(3)信息载体的多样性。
地理信息的第一载体是地理实体的物质和能量本身,除此之外,还有描述地理实体的文字、数字、地图和影像等符号信息载体以及纸质、磁带、光盘等物理介质载体。
对于地图来说,它不仅是信息的载体,也是信息的传播媒介。
三、信息系统与地理信息系统
1、信息系统
信息系统(InformationSystem)是具有采集、处理、管理和分析数据能力的系统,它能为单一的或有组织的决策过程提供各种有用信息。
从计算机的角度看,信息系统是由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成的系统,且种类繁多,但从系统结构及处理方法看,主要分为下列几种:
(1)管理信息系统(MIS-ManagementInformationSystem)是一种基于数据库的回答系统,它往往停留在数据级上支持管理者,如人事管理信息系统、财务管理信息系统、产品销售信息系统等。
(2)决策支持系统(DSS-DecisionSupportSystem)是在MIS基础上发展起来的一种信息系统,它不仅为管理者提供数据支持,还提供方法和模型的可能支持,并对问题进行仿真和模拟,从而辅助决策者进行决策。
(3)智能决策支持系统(IDSS-IntelligentDecisionSupportSystem)是在决策支持系统中进一步引入人工智能(AI,ArtificialIntelligent)技术。
如专家系统(ES-ExpertSystem)解决非结构化问题,提高系统决策自动化程度。
(4)空间信息系统(SIS-SpatialInformationSystem)是对空间数据进行采集、处理、管理和分析的信息系统。
由于空间数据的特殊性,使空间信息系统的组织结构及处理方法有别于一般信息系统。
2、地理信息系统
地理信息系统(GIS-GeographicInformationSystem)是以地理空间数据库为基础,在计算机软硬件的支持下,对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示,并采用地理模型分析方法,适时提供多种空间和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。
因此,地理信息系统具有以下三个方面的特征:
(1)具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力;
(2)以地理研究和地理决策为目的,以地理模型方法为手段,具有空间分析、多要素分析和动态预测的能力;并能产生高层的地理信息;
(3)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。
计算机系统的支持是GIS的重要的特征,使GIS得到快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和动态分析。
地理信息系统是一种特定而又十分重要的空间信息系统。
它是在计算机硬件与软件支持下运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,以提供对规划、管理、决策和研究所需要的空间信息系统。
地理信息系统是一门多技术交叉的空间信息科学,它依赖于地理学、测绘学、统计学等基础性学科,又取决于计算机硬件与软件技术、航天技术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进步与成就,如图1-1:
图1-1地理信息系统与其它学科的关系
地理信息系统又是一门以应用为目的的信息产业,它的应用可深入到各行各业。
因而,产生了多种相应系统。
如自然资源管理信息系统(NaturalResourcesManagementInformationSystem)、资源与环境信息系统(ResourcesandEnvironmentInformationSystem)、空间数据处理系统(SpatialDataProcessingSystem)、空间信息系统(SpatialInformationSystem)、土地资源信息系统(LandResourcesInformationSystem)。
这些系统研究的对象不同,但研究方法基本是相似的。
地理信息系统按其内容可以分为三大类:
(1)专题地理信息系统:
是具有有限目标和专业特点的地理信息系统。
(2)区域地理信息系统:
主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。
(3)地理信息系统工具:
它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。
如美国环境系统研究所(EnvironmentalSystemsResearchInstitute,ESRI)研制的ARC/INFO软件、澳大利亚GENASYSⅡ公司天发的GENAMAPGIS软件、美国INTERGRAPH公司开以的MGE软件、美国MapInfo公司开发的MapInfo桌面地图信息系统软件、我国北京大学与三秦信息技术有限公司联合研制的城市之星(CityStar)GIS软件、武汉测绘科技大学地理信息系统研究中心研制开发的吉奥之星(Geostar)GIS软件、中国地质大学(武汉)信息工程学院开发的MapGIS软件等。
通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念:
1、GIS的物理外壳是计算机化的技术系统,它又由若干个相互关联的子系统构成,如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等,这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
2、GIS的操作对象是空间数据,即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。
空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码,实现对其定位、定性和定量的描述、这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志,也是其技术难点之所在。
3、GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力,可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息,实现地理空间过程演化的模拟和预测。
4、GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。
大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数;电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用,可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品,为GIS提供丰富和更为实时的信息源,并促使GIS向更高层次发展。
地理学是GIS的理论依托。
有的学者断言,“地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。
如果说GIS的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙,那么,信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门,必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。
GIS被誉为地学的第三代语言——用数字形式来描述空间实体。
GIS按研究的范围大小可分为全球性的、区域性的和局部性的;按研究内容的不同可分为综合性的与专题性的。
同级的各种专业应用系统集中起来,可以构成相应地域同级的区域综合系统。
在规划、建立应用系统时应统一规划这两种系统的发展,以减小重复很费,提高数据共享程度和实用性。
1.2地理信息系统的基本构成
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、地理空间数据和系统管理操作人员,其核心部分是计算机软硬系统,空间数据库反映了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。
地理信息系统的组成可综合表示为图1-2。
图1-2地理信息系统的组成
一、计算机硬件系统
计算机硬件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。
GIS硬件配置一般包括四个部分(如图1-3):
1、GIS主机;
2、数据采集与输入设备:
数字化仪、图像扫描仪、解析和数字摄影测量设备、电子速测仪、GPS接收机、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等;
3、数据存贮设备:
光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等;
4、数据输出设备:
笔式绘图仪、喷墨绘图仪(打印机)、激光打印机等。
图1-3地理信息系统硬件组成
二、计算机软件系统
指GIS运行所必需的各种程序,通常包括:
1、计算机系统软件由计算机厂家提供的、为用户开发和使用计
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