地理信息系統(tǒng)GIS基本介紹.pdf

地理信息系統(tǒng) GIS 簡介 新一代交通信息技術研究中心新一代交通信息技術研究中心 中國科學院上海高等研究院中國科學院上海高等研究院 2010年年10月月 目的 介紹目的 介紹GIS的基本原理的基本原理 通過本課程你可以了解到 通過本課程你可以了解到 GIS的定義 GIS的主要組成部分 GIS的一些應用實例 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 什么是什么是 GIS GIS的組成的組成 GIS如何工作如何工作 GIS的任務的任務 通用通用GIS軟件軟件 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng) GIS 什么是什么是GIS G I S 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng) GIS 地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎 在計算機地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎 在計算機 軟硬件環(huán)境的支持下 對空間相關數(shù)據(jù)進行采集 管軟硬件環(huán)境的支持下 對空間相關數(shù)據(jù)進行采集 管 理 操作 分析 模擬和顯示 適時提供空間和動態(tài)理 操作 分析 模擬和顯示 適時提供空間和動態(tài) 的地理信息 為決策服務的一類信息系統(tǒng) 的地理信息 為決策服務的一類信息系統(tǒng) 什么是什么是GIS 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng) GIS 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng) GIS Geographic Information System 是一種基于計算機的工具 它可以對在地球上存在是一種基于計算機的工具 它可以對在地球上存在 的東西和發(fā)生的事件進行成圖和分析 的東西和發(fā)生的事件進行成圖和分析 GIS 技術把技術把 地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般 的數(shù)據(jù)庫操作 例如查詢和統(tǒng)計分析等 集成在一的數(shù)據(jù)庫操作 例如查詢和統(tǒng)計分析等 集成在一 起 這種能力使起 這種能力使 GIS與其他信息系統(tǒng)相區(qū)別 從而與其他信息系統(tǒng)相區(qū)別 從而 使其在廣泛的公眾和個人企事業(yè)單位中解釋事件 使其在廣泛的公眾和個人企事業(yè)單位中解釋事件 預測結果 規(guī)劃戰(zhàn)略等中具有實用價值 預測結果 規(guī)劃戰(zhàn)略等中具有實用價值 什么是什么是GIS 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng) GIS 一門技術一門技術 軟件和硬件軟件和硬件 專業(yè)模型專業(yè)模型 一種信息管理策略一種信息管理策略 目的目的 全面改善決策全面改善決策 什么是什么是GIS GIS的體系結構和組成的體系結構和組成 輸入 數(shù)據(jù)輸入 數(shù)據(jù) 輸入 查詢輸入 查詢 地理數(shù)據(jù)庫地理數(shù)據(jù)庫 輸出輸出 顯示顯示 及報告及報告 轉(zhuǎn)換及分析轉(zhuǎn)換及分析 GIS的基礎知識的基礎知識 GIS 應用領域 應用領域 公共管理 公共管理 規(guī)劃規(guī)劃 地質(zhì)地質(zhì) 探礦探礦 林業(yè)林業(yè) 地點選擇地點選擇 市場咨詢市場咨詢 土木工程土木工程 犯罪分析犯罪分析 測量測量 計算機科學計算機科學 MIS MIS 圖形學圖形學 可視化可視化 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理 安全安全 地理學及地理學及 相關領域 相關領域 繪圖學繪圖學 測地學測地學 照相測量法照相測量法 地形學地形學 空間結構學空間結構學 GIS的組成的組成 硬件硬件 軟件軟件 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 人員人員 方法方法 GIS的組成的組成 特定的應用特定的應用 決策目的決策目的 G I S 空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù) 計算機軟硬件計算機軟硬件 GIS的組成的組成 硬件硬件 硬件是指能夠運行硬件是指能夠運行GISGIS軟件的計算機軟件的計算機 今天今天 GISGIS軟件可在很多類型的硬件上軟件可在很多類型的硬件上 運行運行 從中央計算機服務器到桌面計算從中央計算機服務器到桌面計算 機機 從單機到網(wǎng)絡環(huán)境從單機到網(wǎng)絡環(huán)境 GIS的組成的組成 軟件軟件 輸入和處理地理信息的工具輸入和處理地理信息的工具 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMS 支持地理查詢 分析和視覺化的工具支持地理查詢 分析和視覺化的工具 容易使用這些工具的圖形化界面容易使用這些工具的圖形化界面 GUI GIS軟件提供所需的存儲 分析和顯示地理 信息的功能和工具 主要的軟件部件有 一個一個GISGIS系統(tǒng)中最重要的部件就是數(shù)據(jù)系統(tǒng)中最重要的部件就是數(shù)據(jù) 地理空地理空 間數(shù)據(jù)和相關的屬性數(shù)據(jù)可以自己采集或者從間數(shù)據(jù)和相關的屬性數(shù)據(jù)可以自己采集或者從 商業(yè)數(shù)據(jù)提供者處購買商業(yè)數(shù)據(jù)提供者處購買 GISGIS將把空間數(shù)據(jù)和其將把空間數(shù)據(jù)和其 他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成在一起他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成在一起 而且可以使用那而且可以使用那 些被大多數(shù)公司用來組織和保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫些被大多數(shù)公司用來組織和保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫 管理系統(tǒng)管理系統(tǒng) 來管理空間數(shù)據(jù)來管理空間數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)可分為 數(shù)據(jù)可分為 GIS的組成的組成 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù) 屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù) GIS的組成的組成 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) GIS的組成的組成 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 水系水系 地形地形 土地利用土地利用 公用設施公用設施 街道街道 行政區(qū)行政區(qū) GIS的組成的組成 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù) 屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 GIS的組成的組成 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 水系 地形 經(jīng)度 經(jīng)度 道路 經(jīng)度 圖層由兩種數(shù)據(jù)組成 圖層由兩種數(shù)據(jù)組成 空間數(shù)據(jù)用以描述地理位置空間數(shù)據(jù)用以描述地理位置 屬性數(shù)據(jù)用以描述什么 多少 什么時候?qū)傩詳?shù)據(jù)用以描述什么 多少 什么時候 圖層可以用兩種方式表示 圖層可以用兩種方式表示 矢量格式如點和線矢量格式如點和線 格柵格式如象素點格柵格式如象素點 所有的地理數(shù)據(jù)都有以下四方面特性 所有的地理數(shù)據(jù)都有以下四方面特性 坐標系 比例尺 精度 分辨率坐標系 比例尺 精度 分辨率 GIS的組成的組成 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 在矢量模式中 關于點 線和多邊形的信息被編碼并以在矢量模式中 關于點 線和多邊形的信息被編碼并以x x y y 坐標形式儲存 一個點特征的定位 例如一個鉆孔 可以被坐標形式儲存 一個點特征的定位 例如一個鉆孔 可以被 一個單一的一個單一的x x y y坐標所描述 線特征 例如公路和河流 可坐標所描述 線特征 例如公路和河流 可 以被存儲于一系列的點坐標 多邊形特征 例如銷售地域或以被存儲于一系列的點坐標 多邊形特征 例如銷售地域或 河流聚集區(qū)域 可以被存儲于一個閉合循環(huán)的坐標系 矢量河流聚集區(qū)域 可以被存儲于一個閉合循環(huán)的坐標系 矢量 模式非常有利于描述一些離散特征 但對連續(xù)變化的特征 模式非常有利于描述一些離散特征 但對連續(xù)變化的特征 例如土壤類型或趕往醫(yī)院的開銷等 就不太有用 例如土壤類型或趕往醫(yī)院的開銷等 就不太有用 矢量和柵格模式矢量和柵格模式 GIS的組成的組成 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 柵格模式發(fā)展為連續(xù)特征的模式 柵格圖象包含有網(wǎng)格單柵格模式發(fā)展為連續(xù)特征的模式 柵格圖象包含有網(wǎng)格單 元 有點像掃描的地圖或照片 不管是矢量模式還是柵格元 有點像掃描的地圖或照片 不管是矢量模式還是柵格 模式 用來存儲地理數(shù)據(jù) 都有優(yōu)點和缺陷 現(xiàn)代的模式 用來存儲地理數(shù)據(jù) 都有優(yōu)點和缺陷 現(xiàn)代的GISGIS都都 可以處理這兩種模式 可以處理這兩種模式 矢量和柵格模式矢量和柵格模式 GIS的組成的組成 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 矢量圖形和柵格圖形矢量圖形和柵格圖形 格柵圖 格柵圖 1 5米米 路面矢量圖路面矢量圖 街道圖層 線街道圖層 線 土地塊層 面土地塊層 面 矢量 圖層 坐標系坐標系 State Plane North Central Texas Zone NAD 83 分辨率分辨率 0 5 meters 精度精度 1 0 meters 比例尺比例尺 see scale bar 0 1500 3000 英尺 圖層圖層 GIS的組成的組成 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 疊 加 在 格 柵 圖 上 矢 量 層 疊 加 在 格 柵 圖 上 矢 量 層 GIS的組成的組成 人員人員 GIS技術如果沒有人來管理系統(tǒng)和制定計技術如果沒有人來管理系統(tǒng)和制定計 劃應用于實際問題 將沒有什么價值 劃應用于實際問題 將沒有什么價值 GIS的用戶范圍包括從設計和維護系統(tǒng)的的用戶范圍包括從設計和維護系統(tǒng)的 技術專家 到那些使用該系統(tǒng)并完成他們技術專家 到那些使用該系統(tǒng)并完成他們 每天工作的人員 每天工作的人員 GIS的組成的組成 方法方法 成功的成功的GISGIS系統(tǒng) 具有好的設計計劃和自系統(tǒng) 具有好的設計計劃和自 己的事務規(guī)律 這些是規(guī)范而且對每一個己的事務規(guī)律 這些是規(guī)范而且對每一個 公司來說具體的操作實踐又是獨特的 公司來說具體的操作實踐又是獨特的 GIS的組成的組成 方法方法 地理參考系統(tǒng)地理參考系統(tǒng) 專業(yè)數(shù)學模型專業(yè)數(shù)學模型 GIS如何工作如何工作 GIS的組成的組成 方法方法 地理信息包含有明確的地理參照系統(tǒng) 例如經(jīng)度和緯度地理信息包含有明確的地理參照系統(tǒng) 例如經(jīng)度和緯度 坐標 或者是國家網(wǎng)格坐標 也可以包含間接的地理參坐標 或者是國家網(wǎng)格坐標 也可以包含間接的地理參 照系統(tǒng) 例如地址 郵政編碼 人口普查區(qū)名 森林位照系統(tǒng) 例如地址 郵政編碼 人口普查區(qū)名 森林位 置識別 路名等 一種叫做地理編碼的自動處理系統(tǒng)用置識別 路名等 一種叫做地理編碼的自動處理系統(tǒng)用 來從間接的參照系統(tǒng) 如地址描述 轉(zhuǎn)變成明確的地理來從間接的參照系統(tǒng) 如地址描述 轉(zhuǎn)變成明確的地理 參照系統(tǒng) 如多重定位 這些地理參考系統(tǒng)可以使你定參照系統(tǒng) 如多重定位 這些地理參考系統(tǒng)可以使你定 位一些特征 例如商業(yè)活動 森林位置 也可以定位一位一些特征 例如商業(yè)活動 森林位置 也可以定位一 些事件 例如地震 用于做地表分析 些事件 例如地震 用于做地表分析 地理參考系統(tǒng)地理參考系統(tǒng) 0 0 Width Height printer Origin 0 0 pc GIS的組成的組成 方法方法 地圖 輸出設備 控制 地理坐標系統(tǒng)地理坐標系統(tǒng) GIS的組成的組成 方法方法 土地利用模型土地利用模型 出行發(fā)生出行發(fā)生 出行分布出行分布 方式分擔方式分擔 交通分配交通分配 城市交通運輸模型系統(tǒng) 城市交通運輸模型系統(tǒng) UTMS GIS 的任務的任務 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入 存儲存儲 管理管理 查詢和分析查詢和分析 可視化輸出可視化輸出 Inventory Decision Support Citizens The World Geographic Knowledge Inventory Decision Support Citizens The World Geographic Knowledge GIS 的任務的任務 輸入輸入 在地理數(shù)據(jù)用于在地理數(shù)據(jù)用于GISGIS之前 數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換成適當?shù)闹?數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換成適當?shù)?數(shù)字格式 從圖紙數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機文件的過程叫數(shù)字格式 從圖紙數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機文件的過程叫 做數(shù)字化 對于大型的項目 現(xiàn)代做數(shù)字化 對于大型的項目 現(xiàn)代GISGIS技術可以通技術可以通 過掃描技術來使這個過程全部自動化 對于較小的過掃描技術來使這個過程全部自動化 對于較小的 GIS 的任務的任務 處理處理 對于一個特殊的對于一個特殊的GIS項目來說 有可能需要將數(shù)據(jù)項目來說 有可能需要將數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成或處理成某種形式以適應你的系統(tǒng) 例如 轉(zhuǎn)換成或處理成某種形式以適應你的系統(tǒng) 例如 地理信息適用于不同的比例尺 街道中心線文件的地理信息適用于不同的比例尺 街道中心線文件的 比例尺也許是比例尺也許是1 100 000 人口邊界是 人口邊界是1 50 000 郵 郵 政編碼是政編碼是1 10 000 在這些信息被集成以前 必 在這些信息被集成以前 必 須轉(zhuǎn)變成同一比例尺 這可以是為了顯示的目的而須轉(zhuǎn)變成同一比例尺 這可以是為了顯示的目的而 做的臨時變換 也可以是為了分析所做的永久變換做的臨時變換 也可以是為了分析所做的永久變換 GIS技術提供了許多工具來處理空間數(shù)據(jù)和去除技術提供了許多工具來處理空間數(shù)據(jù)和去除 不必要的數(shù)據(jù) 不必要的數(shù)據(jù) GIS 的任務的任務 管理管理 對于小的對于小的GISGIS項目 把地理信息存儲成簡單的文件項目 把地理信息存儲成簡單的文件 就足夠了 但是 當數(shù)據(jù)量很大而且數(shù)據(jù)用戶數(shù)很就足夠了 但是 當數(shù)據(jù)量很大而且數(shù)據(jù)用戶數(shù)很 多時 最好使用一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 多時 最好使用一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMSDBMS 來 來 幫助存儲 組織和管理數(shù)據(jù) 一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)幫助存儲 組織和管理數(shù)據(jù) 一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMSDBMS就是用來管理一個數(shù)據(jù)庫就是用來管理一個數(shù)據(jù)庫 一個數(shù)據(jù)的完整收一個數(shù)據(jù)的完整收 集集 GIS提供簡單的鼠標點擊查詢功能和復雜的分析工提供簡單的鼠標點擊查詢功能和復雜的分析工 具 為管理者和類似的分析家提供及時的信息 當具 為管理者和類似的分析家提供及時的信息 當 你分析地理數(shù)據(jù)用于尋找模式和趨勢 或提出 如你分析地理數(shù)據(jù)用于尋找模式和趨勢 或提出 如 果果 怎么樣 設想時 怎么樣 設想時 GIS技術實際上正在被使技術實際上正在被使 用 現(xiàn)代的用 現(xiàn)代的GIS具有許多有力的分析工具 具有許多有力的分析工具 GIS 的任務的任務 查詢和分析查詢和分析 緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)分析 覆蓋范圍分析覆蓋范圍分析 批量匹配 GIS 的任務的任務 可視化輸出可視化輸出 對于許多類型的地理操作 最終結果最好是以地圖對于許多類型的地理操作 最終結果最好是以地圖 或圖形來顯示 圖件對于存儲和傳遞地理信息是非或圖形來顯示 圖件對于存儲和傳遞地理信息是非 常有效的 制圖者已經(jīng)生產(chǎn)了上千年的地圖 常有效的 制圖者已經(jīng)生產(chǎn)了上千年的地圖 GISGIS 為擴展這種制圖藝術和科學提供了嶄新的和激動人為擴展這種制圖藝術和科學提供了嶄新的和激動人 心的工具 地圖顯示可以集成在報告 三維觀察 心的工具 地圖顯示可以集成在報告 三維觀察 照片圖象和例如多媒體的其他輸出中 照片圖象和例如多媒體的其他輸出中 GIS帶來的效益帶來的效益 更好的管理信息 高質(zhì)量的分析 能夠開展各種條件下的情形分析 提高項目工作效率 GIS的不同領域應用的不同領域應用 設施管理設施管理 市場分析市場分析 環(huán)境分析環(huán)境分析 交通運輸交通運輸 車輛路徑車輛路徑 公共衛(wèi)生公共衛(wèi)生 保險業(yè)保險業(yè) 以及更多以及更多 地圖集地圖集 A n t a r c t i c a R u s s i a C h i n a C a n a d a B r a z i l A u s t r a l i a U n i t e d S t a t e s G r e e n l a n d I n d i a I r a n Z a i r e S u d a n A r g e n t i n a K a z a k h s t a n M a l i M e x i c o P e r u M o n g o l i a E g y p t A n g o l a C h i l e T u r k e y C o l o m b i a S w e d e n S o u t h A f r i c a F r a n c e B u r m a K e n y a N o r w a y O m a n I n d o n e s i a M a d a g a s c a r J a p a n G h a n a C u b a C a m b o d i a N e w Z e a l a n d T a i w a n V e n e z u e l a B o l i v i a L i b y a P a k i s t a n A f g h a n i s t a n T u r k m e n i s t a n U z b e k i s t a n E q u a t o r A r c t i c C i r c l e A n t a r c t i c C i r c l e T r o p i c o f C a n c e r T r o p i c o f C a p r i c o r n P a p u a N e w G u i n e a K o r e a T h a i l a n d G u i n e a B o t s w a n a M o z a m b i q u e T a n z a n i a P r i m e M e r i d i a n I n t e r n a t i o n a l D a t e L i n e 城市地圖城市地圖 查詢 查詢 校車接送孩子的校車接送孩子的 最佳路線 最佳路線 查詢 查詢 到底火災現(xiàn)場的到底火災現(xiàn)場的 最快路徑最快路徑 查詢與分析查詢與分析 為球場規(guī)劃最佳位置為球場規(guī)劃最佳位置 查詢與分析查詢與分析 交通流量評估交通流量評估 查詢 地圖及國界查詢 地圖及國界 Russia Kazakhstan Uzbekistan Turkmenistan Azerbaijan Estonia Latvia Lithuania Byelarus Ukraine Moldova Uni on of Sovi et Soci al i st Republ i cs 俄羅斯政治解體后的邊界 俄羅斯政治解體后的邊界 環(huán)境地圖環(huán)境地圖 查詢與分析查詢與分析 排水系統(tǒng)研究排水系統(tǒng)研究 查詢與分析查詢與分析 預測最容易遭到滑坡預測最容易遭到滑坡 影響的區(qū)域 影響的區(qū)域 查詢與分析查詢與分析 核廢料埋放地址規(guī)劃核廢料埋放地址規(guī)劃 查詢與分析查詢與分析 廢物回收規(guī)劃廢物回收規(guī)劃 查詢與分析查詢與分析 如果對森林資源的破壞保持現(xiàn)有的速度 那么多如果對森林資源的破壞保持現(xiàn)有的速度 那么多 少年后我們將完全消耗完這些資源 少年后我們將完全消耗完這些資源 N EW S Temperature Degrees Celcius Cold 27 C to 12 C Cold to Moderate 11 C to 7 C Moderate 6 C to 2 C Moderate to Hot 3 C 12 C Hot 13 C to 32 C Legend 氣候 專題圖專題圖 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S P a c i f i c O c e a n P a c i f