地理信息系统的一些相关概念
• 1. 信息和数据
• （1）信息：是向人们或系统提供的关于现实世界的事实的知识，换句话说，信息是用数字、文字、符号、语言等介质表示的事件、事物、现象的内容、数量或特征。
从信息科学角度看信息的四大特点
适用性。客观性。共享性。传输性
•（2）数据：是用于载荷信息的物理量，包括：数字、文字、符号等。数据是客观对象的一种
表示，而信息是数据内涵的意义。
地理信息系统的建立，首先是收集数据，然后进行处理，获得信息。
地理信息的特征
空间性、动态性（时间性）、专题性（属性）、分布性
空间信息包括：人口、资源。社会、经济、环境
信息系统：(1).什么是信息系统:信息系统是具有采集管理分析和表达数据能力的系统,在计算机时代信息系统都部分或全部由计算机系统支持,并由计算机硬件软件数据和用户组成.智能化的信息系统还包括知识
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地理信息系统特征
A. 具有采集、管理、分析、显示多种地理空间信息的能力。
B. 以地理研究和决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析，多要素综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息。
C. 计算机系统的支持。 GIS各种功能的实现，依赖于计算机软、硬件系统的支持。
所以地理信息系统：
从外部来看：是计算机软、硬件系统。
从内部来看：是数据和程序组织而成的空间系统模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。
GIS发展趋向
1、从软件系统看GIS的发展趋势
1）集成（Integration)
体现GIS和其他技术的结合
2）分化（Fractionation)
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体现软件领域中的新的开发思想
2、从应用看GIS发展趋势
1）数据标准化
2）系统集成化
3）开发组件化
4）平台网络化
5）应用社会化
GIS 发展原因
1）实际的需要
2）技术、理论和方法的成熟
开放GIS就是网络环境中对不同种类地理数据和地理处理方法的透明访问。开放GIS的目的是提供一套具有开放界面规范的通用组件，开发者根据这些规范开发出交互式组件,这些组件可以实现不同种类地理数据和地理处理方法间的透明访问。
当前GIS 发展中的几个热点
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1.传统GIS软件的特点
（1）按功能模块开发（GIS按照功能划分为一系列模块）；
（2）具有独立的数据结构;
（3）属于独立封闭的系统, 形成信息孤岛;
（4）系统庞大、费用昂贵;
（5）用户难以掌握，不易普及。
传统GIS开发难度高、用专用二次开发语言、不便于同其它系统系统的集成
1）组件技术的出现对软件技术产生很大的影响
1）组件技术的出现对软件技术产生很大的影响
组件GIS的基本思想是把GIS各大功能模块划分成几个控件，每个控件完成不同功能。使各个GIS控件之间，以及GIS控件与非GIS控件之间，可以通过开发工具集成起来，形成最终的GIS应用系统。
从技术的角度看，组件式GIS是面向对象技术和组件式软件在GIS开发中的应用，它符合当今软件技术的发展潮流。
目前，国际上大多数GIS软件公司把开发组件式软件作为重要的发展战略。
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5）组件式GIS的特点
（1） 高效无缝的系统集成
（2） 无须专门GIS开发语言
（3）成本低有利GIS的普及
（4）功能灵活，可扩充性强
WebGIS的结构：WebGIS系统 的组成
1） WebGIS浏览器
2）WebGIS 信息代理（Information Agent)
3）WebGIS服务器
4. 空间数据基础设施
1）国家信息基础设施NII（信息高速公路）
信息高速公路的五道车道：
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公用电信有线网; 移动通信网; 卫星广播通信网; 地面电视广播网;有线电视网。
信息高速公路的三大支柱：
高传输速率的光纤网络；强大的网络管理软件；超级的数据库服务器。
信息高速公路的组成：
传输层，即信息高速公路的车道；网络层，用来交换信息，实现信息的交换和调度；终端层室沟通信息高速公路的各类用户界面。
空间数据基础设施内容包括空间数据标准、基础空间框架数据、空间数据交换网及元数据。
• 在科技界目前对“数字地球”还没有确切的学术的定义，一般认为“数字地球”是对真实地球及其相关现象的统一的数字化的认识，是以因特网为基础，以空间数据为依托，以虚拟现实技术为特征，具有三维界面和多种分辨率浏览器的面向公众开放的系统。
• 通常认为数字地球主要由三部分组成：A不同分辨率尺度下的地球三维可视化的浏览界面（与目前普遍使用的GIS不同），这是与用户交流的接口。B 网络化的地理信息世界，为用户提供公用信息和商业信息，甚至可以为各类网络用户开辟一个认识“我们这个星球”的“没有围墙的实验室”。C 多源信息的集成和显示机制，就是融合和利用现有的多源信息，并将其“嵌入”数字地球的框架，进行“三维的描述”和智能化的网络虚拟分析，这是建立地球的关键技术。数字地球的兴起将在农业、环境、资源、人口、灾害、城市建设、教育军事、政府决策和区域的可持续发展等领域起到巨大的作用。
第二节 地理信息系统的组成及分类
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• 一.地理信息系统的组成
GIS 由五个主要的元素所构成： 硬件、软件、数据、人员和方法(模型)。
• 1.硬 件：计算机、外设、网络设备
硬件主体是GIS所操作的计算机
2.软 件： 计算机系统软件、地理信息 系统软件、3.数 据
一个GIS系统中最重要的部件就是数据了
• 二.GIS的分类
• 1、从提供的性能角度看GIS分类
• 1）空间管理型GIS 大众型
• 2）空间分析型GIS 传统型
• 3）空间决策型GIS 决策型
• 3、从系统结构角度看GIS的分类
应用分析软件
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• 1）单机GIS
• 2）网络GIS
• 3、从数据结构角度看GIS的分类
• 1）矢量数据结构GIS
• 2）栅格数据结构GIS
• 3）混合型数据结构
• 矢量和栅格模式
• 在矢量模式中，关于点、线和多边形的信息被编码并以x、y坐标形式储存。一个点特征的定位，例如一个钻孔，可以被一个单一的x、y坐标所描述。线特征，例如地理信息系统工作于两种不同的基本地理模式——矢量模式和栅格模式。
• 公路和河流，可以被存储于一系列的点坐标。多边形特征，例如销售地域或河流聚集区域，可以被存储于一个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于描述一些离散特征，但对连续变化的特征，例如土壤类型或赶往医院的开销等，就不太有用。栅格模式发展为连续特征的模式。栅格图象包含有网格单元，有点像扫描的地图或照片。不管是矢量模式还是栅格模式，用来存储地理数据，都有优点和缺陷。现代的GIS都可以处理这两种模式。
• 四. GIS同一般信息系统的主要不同点
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• . GIS具有分析功能
第三节.GIS的研究内容
及应用概述
• 3S 5S GIS与虚拟现实集成 与网络的集成 • 一．地理信息系统研究的内容
• 二．目前GIS应用的特点
• GIS应用专业化
• GIS应用社会化
3、GIS与其他技术系统的集成
• 三. 派生出的各种基于GIS的应用系统
1、UGIS(Urban GIS)城市地理信息系统
城市信息系统发展的三个阶段：
（1）MIS为主体结合GIS的静态城市管理；
与企业管理集成 与通信系统集成
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（2）GIS为主体结合OA的动态城市规划管理；
（3）以数字城市为长期目标的面向城市可持续发展的全数字化信息系统。
GGIS （Government GIS)政府地理信息系统
2、MGIS(Military GIS)军事地理信息系统
MGIS的特点：
。用电子地图代替了笨重的模拟地图；
。DTM模型等地形分析广泛应用；
。GIS同其他系统集成的应用。
• *四. GIS如何工作
• GIS就是用来存储有关世界的信息，这些信息是可以通过地理关系连接在一起的所有主题层coverage合。这个简单却非常有力和通用的概念，对于解决许多真实世界的问题具有无价的作用，这些问题包括：跟踪传输工具、记录计划的详细资料，模拟全球的大气循环等。
地理信息包含有明确的地理参照系统，例如经度和纬度坐标，或者是国家网格坐标
• 地理信息系统工作于两种不同的基本地理模式——矢量模式和栅格模式。
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• 在矢量模式中，关于点、线和多边形的信息被编码并以x、y坐标形式储存。一个点特征的定位，例如一个钻孔，可以被一个单一的x、y坐标所描述。线特征，例如公路和河流，可以被存储于一系列的点坐标。多边形特征，例如销售地域或河流聚集区域，可以被存储于一个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于描述一些离散特征，但对连续变化的特征，例如土壤类型或赶往医院的开销等，就不太有用。栅格模式发展为连续特征的模式。栅格图象包含有网格单元，有点像扫描的地图或照片。不管是矢量模式还是栅格模式，用来存储地理数据，都有优点和缺陷。现代的GIS都可以处理这两种模式。
• 五. GIS的任务
• 一般来说，GIS有以下五个过程或任务：
• 1.输入
• 在地理数据用于GIS之前，数据必须转换成适当的数字格式。从图纸数据转换成计算机文件的过程叫做数字化。对于大型的项目，现代GIS技术可以通过扫描技术来使这个过程全部自动化，对于较小的项目，需要手工数字化（使用数字化桌）。
• 目前，许多地理数据已经是GIS兼容的数据格式。这些数据可以从数据提供商那里获得并直接装入GIS中。
• 2、处理
• 3、管理
• 4、查询和分析(接近程度分析和叠置分析)
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• 5。可视化分析
• 六. GIS可以作什么
• 1.进行地理信息查询和分析
• GIS搜索数据库并进行地理信息查询的能力，GIS可以：
• 缩短回答客户请求的时间
• 找到适合于开发的土地
• 在粮食、土壤和天气之间找寻相关关系
• 电气线路故障定位
• 房地产经纪人可以用GIS在一定的区域内寻找满足下列条件的所有房屋2。改进工作集成（提高工作效率）
• 3。做出好的决定
• 4、制图
• GIS可以作什么-----（数据管理。浏览查询。强大的分析功能。动态分段。专业性分析。地图整饰。路径分析。断面分析。格网分析。）
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用于大型GIS工程 应用领域：
测绘 勘测 规划 土地
交通 管线 农林 水利
环保 油田 地质
军事……
GIS的应用的构成
数据集成
空间数据管理
• 七. GIS的应用领域
第二章 第二章 GIS的基础及数据获取
2.1 地图简介
GIS的基础及
数据获取
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2.2 GIS工作的硬件配置
2.3 GIS工作的软件构成
2.4 GIS中的数据源
2.5 空间数据的质量及精度分析
2.6 地理信息的标准
2.7 空间元数据
第一节 地图基础
一．地图的分类
地图按内容分类：普通地图和专题地图
地图按比例尺分类：大：大于1:1万
中：1:1—1:100万
小：小于1:100
二．地理空间坐标系：空间位置的参照基准
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1、地理空间坐标
北京:北纬39°56 '; 东经116°24'
2、平面直角坐标
1、球面坐标系统（天文地理坐标，大地地理坐标“大地经度和大地维度”，空间直角坐标）
2、平面坐标系统—高斯平面直角坐标（横轴等角墨卡托投影
，分带投影） 3、高程基准
1956黄海高程 1985国家高程基准
三．地图的投影
1、地图的投影
由于球面的不可展示性，为了用平面坐标来表示球面上目标的空间位置，必须进行球面坐标到平面坐标的转换，这就是地图的投影变换。
2、地图投影的分类
1）按变形的性质可分为等角投影，等积投影，等距投影；
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2）按展开方式可分方位投影、圆柱投影、圆锥投影；
3）按投影 面积与地球相割或相切可分为割投影和切投影。
3、地图投影的选择
我国的主要用高斯--克吕格投影地图投影。（横轴等角墨卡托投影）接近南博特投影（UTM）
我国东经：72－136：13－23共11个投影带。
四．地形图的分幅和编号
我国，基本地形图的分幅和编号按国际规定的在1:100万地形图基础上，按径纬度进行。
1） 1:100万地形图的分幅和编号：南北纬88度
按纬差4度，径差6度分(cong180度开始从A-1到A-60)+ 2） 1:50万， 1:20万，1:10万地形图的分幅和编号
1:50万按纬差2度，径差3度分,即一幅1:100万地形图包含4幅1:50万地形图；
1:20万按纬差40‘，径差1度分, 分36幅图;
1:10万按纬差20‘，径差30’分,分144幅图;
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3） 1:5， 1:2.5万，1:1万地形图的分幅和编号
这三种图在1:10万地形图基础上，按径纬度划分。
我国，基本地形图的分幅和编号按国际规定的在1:100万地形图基础上，按径纬度进行。
1） 1:100万地形图的分幅和编号
按纬差4度，径差6度分(cong180度开始从A-1到A-60)+ 2） 1:50万， 1:20万，1:10万地形图的分幅和编号
1:50万按纬差2度，径差3度分,即一幅1:100万地形图包含4幅1:50万地形图；
1:20万按纬差40‘，径差1度分, 分36幅图;
1:10万按纬差20‘，径差30’分,分144幅图;
3） 1:5， 1:2.5万，1:1万地形图的分幅和编号
这三种图在1:10万地形图基础上，按径纬度划分。
我国，基本地形图的分幅和编号按国际规定的在1:100万地形图基础上，按径纬度进行。
1） 1:100万地形图的分幅和编号
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按纬差4度，径差6度分(cong180度开始从A-1到A-60)+ 2） 1:50万， 1:20万，1:10万地形图的分幅和编号
1:50万按纬差2度，径差3度分,即一幅1:100万地形图包含4幅1:50万地形图；
1:20万按纬差40‘，径差1度分, 分36幅图;
1:10万按纬差20‘，径差30’分,分144幅图;
3） 1:5， 1:2.5万，1:1万地形图的分幅和编号
这三种图在1:10万地形图基础上，按径纬度划分。
我国，基本地形图的分幅和编号按国际规定的在1:100万地形图基础上，按径纬度进行。1） 1:100万地形图的分幅和编号
按纬差4度，径差6度分(cong180度开始从A-1到A-60)+ 2） 1:50万， 1:20万，1:10万地形图的分幅和编号
1:50万按纬差2度，径差3度分,即一幅1:100万地形图包含4幅1:50万地形图；
1:20万按纬差40‘，径差1度分, 分36幅图;
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1:10万按纬差20‘，径差30’分,分144幅图;
3） 1:5， 1:2.5万，1:1万地形图的分幅和编号
这三种图在1:10万地形图基础上，按径纬度划分。
2.5空间数据的质量及精度分析
一、空间数据质量
数据的准确度（accuracy）指记录值和真实值之间接近的程度；
数据的精密度（precision）指数据表示的精密程度，如数据有效位数；
数据的分辨率（spatial resolution）指两个可测量数据之间可识别的最小差异，常用最小线宽来表示；
数据的不确定性（uncertainty）包括空间位置不确定性、属性不确定性、时域不确定性、逻辑上的不一致性、及数据的不完整性；
数据的误差（error）表达数据准确性的一种表达方式。
空间数据误差的来源
1）数据采集引起的误差 如野外测量仪器的误差、记录的误差；RS数据纠正和提取的误差；地图印刷误差、坐标转换引起误差等。
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2）数据输入引起的误差 如 数字化误差、格式转换引起的误差等。
3）数据存储引起的误差 数据存储选用精度不够、存储空间数据的格网太大、比例尺太小等
4）数据处理引起的误差 如插值引起的误差 、叠加引起的误差 、算法产生的误差等。
5）数据输出引起的误差 如输出媒体不稳引起的误差 、设备精度引起的误差等。
6）使用引起的误差 如选择和使用不当引起的误差等。
空间数据误差的种类
1、源误差
1）地面测量数据的误差
2）地图数字化的误差
3）RS数据误差
2、GIS处理过程引起的误差
1）计算机字长引起的误差
2）拓朴分析引起的误差
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3）数据的分类和内插引起的误差
2.6地理信息的标准
一、地理信息标准化的意义
1、促进地理信息的交换和使用
2、促进地理信息的共享
二、信息技术的标准和机构
1、信息技术标准分类
（1）硬件设备标准 如RS232接口；
（2）软件标准 如SQL查询语言；
（3）数据和格式标准 如数据格式标准；
（4）数据集标准 数据存放标准；
（5）过程标准 用于指导数据开发过程。
2、从管辖范围看制定信息技术的标准和机构
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（1）国际级的标准化组织如 ISO(International Standard Organization)；
（2）区域级标准化组织；
（3）国家级标准化组织，如美国国家标准化组织ANSI、美国联邦地理数据委员会FGDC；
（4）政府和用户级标准化组织 如GIS领域中的OGC（OpenGIS）；
（5）其它标准化组织。
如美国联邦空间数据委员会在1992年颁布了美国空间数据交换标准SDTS（Spatial Data Transfer Standard)
三、国内的GIS标准
GIS标准可保证GIS技术及其应用向规范化发展，拓宽GIS应用实现不同领域地理信息的共享和互操作。我国基础地理信息的标准还缺乏系统性和完整性。但作为NSDI的重要组成的国家基础GIS（NFGIS）建设热潮很高。
目前已完成如：
• 中华人民共和国行政区划代码，GB2260-80；
• 国土基础信息基础数据分类代码，GB/T13923-92；
• 1：500、1：1000、1：2000 地形图要素分类代码，GB14804-93；• 1：5000、1：10000、
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1：25000、1：100000 地形图要素分类代码，GB/T5660-1995等；• 1：100万、 1：25万地形数据库、地名数据库；1：1万、1：5万地形数据库、地名数据库（试验）等。
2/7空间数据的元数据（metadata）
元数据是“数据的数据”，是关于数据和信息资源的描述信息，他描述数据的内容、质量、条件和其他特征，使数据充分发挥作用，在实现数据的共享方面十分重要。
二、空间元数据的内容
三、空间数据源数据的分类：按对象、作用、功能分
第三节 GIS数据获取
§ 一.GIS输入设备
1、数字化仪
功能：
原理：
主要部件：
指标：
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软件 ：GIS
产品：如Calcomp 34480 A0 0.127mm/12800lpi 15000元
2、扫描仪 越来越重要、 OCR 、半自动化
种类：
功能：
原理：
主要部件：
指标：
软件 ：
产品
3、全数字摄影测量仪（工作站）
处理完整的数字影像
主要部件：计算机、立体显示卡、立体观察眼镜
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4、其它设备
数码相机、摄像机、GPS接收机等
2.4 GIS中的数据
GIS数据的特点:
*空间性、时间性、专题性、分布性。*（重点）GIS 的数据源:
地图数据
遥感数据
测量数据
野外采集数据
其它数据
§ 二．GIS数据获取
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