汤国安《地理信息系统教程》第一章 GIS概论

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GIS概论

• GIS的基本概念
  • 地理信息与地理数据
    • 数据与信息
      • 数据（理解）
        • 通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号
        • 是客观对象的表示
        • 是信息的表达
        • 只有当数据对实体行为产生影响时才成为数据
      • 信息（理解）
        • 用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、现象等的内容、数量或特征
        • 以便向人们提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据
        • 具有
          • 客观性
          • 适用性
          • 传输性
          • 共享性
      • 数据与信息的关系
        • 信息来源于数据，是 数据内涵的意义 和 对 数据内容的表达和解释
        • 信息是一种客观存在，而数据是客观对象的一种表示
        • 信息是数据的表达，数据是信息的载体
    • 地理信息
      • 概念（掌握）
        • 是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识
        • 是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理数据的解释
        • 具有
          • 空间特征（通过统一的地理定位基础实现）
          • 属性特征（按专题表达多层次的属性信息）
          • 时序特征（按时间尺度来区分地理信息）
      • 特征（掌握）
        • 空间相关性
          • 任何地理事物都具有相关性
          • 空间距离越近相关性越大，反之则越小
        • 空间区域性
          • 在数据上进行分区组织的
          • 在应用上也是面向区域的
        • 空间多样性
          • 不同地方或区域
            • 变化趋势是不同的
            • 且对地理信息的需求是不同的
        • 空间层次性
          • 在同一区域的地理对象具有多重属性
          • 在不同区域的数据具有不同的空间信息特征
    • 地理数据
      • 概念（掌握）
        • 是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形的总称
        • 地理数据的描述（类型）
          • 空间位置
          • 属性数据
          • 时域数据
      • 地理数据的描述（或类型）
        • 空间位置
          • 描述地理对象所在位置
          • 既可以根据大地参照系坐标，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
          • 通常在二维空间的定位基础上
          • 按照专题来表达多维和多层次的属性信息
        • 时域数据
          • 是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段
      • 特征（掌握）
        • 空间上的分布性
        • 时间上的序列性
        • 数量上的海量性
        • 载体的多样性
        • 位置与属性的对应性
    • 地理信息流
      • 从现实世界到概念世界
      • 再到数字世界
      • 最后到应用领域的过程
  • 地理信息系统
    • 信息系统（了解）
      • 概念
        • 具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统
        • 能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息
        • 包括硬件软件数据和用户四大要素
      • 基本特征
        • 对数据的加工与提取能力
      • 类型
        • 数据处理对象不同
          • 空间信息系统
          • 非空间信息系统
        • 应用层次不同
          • 事务处理系统
          • 管理信息系统
          • 决策支持系统
    • 概念（掌握）
      • 物理外壳和前提
        • 在计算机软件、硬件系统支持下
      • 对象
        • 对整个或部分地球表层的有关的地理分布数据
      • 作用
        • 进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统
      • 定位
        • 既是跨越地球科学、空间科学和信息科学的一门基础应用学科，又是一项工程应用技术
        • 是以地学原理为依托，在计算机软硬件的支持下，研究空间数据采集、处理、存储、管理、分析、建模、显示和传播的相关理论方法和应用技术
      • 目的
        • 以解决复杂的管理、规划和决策问题
    • 基本内涵（了解）
      • 总述
        • 在计算机软件、硬件系统支持下
        • 对整个或部分地球表层的有关的地理分布数据
        • 进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统
      • 物理外壳
        • 物理外壳是计算机化的技术系统
        • 又由若干个相互关联的子系统构成
      • 操作对象
        • 空间数据
      • 技术优势
        • 数据综合、模拟与分析评价等能力
      • 与测绘学和地理学密切关系
    • 基本特征
      • 数据的空间定位特征
      • 空间关系处理的复杂性
      • 海量数据管理特征
  • 地理信息系统外延
    • GIS系统术语
      • 全称上有一定区别
      • 定义一般有四要点
        • 面向数据处理过程的定义
        • 面向专题应用的定义
        • 面向工具箱的定义
        • 面向数据库的定义
      • "S"的含义（理解并叙述）
        • 系统
          • 技术层面，强调其对地理数据的管理与分析能力
        • 科学
          • （科学）广义上的，是一个具有理论和技术的科学体系
          • （比较）与地理信息系统相比，更加侧重于将地理信息科学视作为一门科学，而不仅仅是技术实现
          • （研究问题）主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题
          • （意义）地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支持地理信息技术发展的基础理论研究的重要性
        • 服务
          • 随技术应用普及，从单纯的技术型和研究型逐步向地理信息服务层面转移，成为服务日常生活的一部分
• GIS的组成
  • 总述
    • 包括以下五个部分
    • 其中核心是计算机软硬件系统
    • 空间数据反映GIS的地理内容
    • 应用人员决定系统的工作方式和信息表示方式
  • 硬件系统
    • 输入设备
    • 处理设备
    • 存储设备
    • 输出设备
  • 软件系统（gis运行是必须的各种的程序）
    • GIS支撑软件
    • GIS平台软件
    • GIS应用软件
  • 空间数据
    • 某个已知坐标系中的位置，即标识空间位置的数据，如经纬度、坐标
    • 用来描述实体之间空间相关性和空间联系的数据，即拓扑关系数据
    • 与几何位置无关的属性数据，是与地理实体和地理现象相联系的地理变量或地理意义
  • 地学模型
    • 能够表达或模拟特定现象的计算机模型
  • 应用人员
• GIS的功能
  • 功能需求（了解）
    • （决策）将现实世界映射到计算机环境中，更主要的是能为各种分析提供决策支持
    • （获得有用知识）GIS基于对空间数据的采集、编辑、存储、管理、分析及表达等处理过程获得更加有用的地理信息与知识
    • （5个问题）这些有用的知识可以概括为5个问题
      • 位置
      • 条件
      • 趋势
      • 模式
      • 模拟
  • 基本功能（掌握）
    • 才编出 纯主观 查分舒适应对方法
    • 数据的采集功能
      • 通过数据采集设备获取数据并输入GIS
    • 数据的编辑与处理
      • 原始数据有误差，保证数据在内容、逻辑、数值上的一致性和完整性，对数据进行一系列处理
    • 数据存储、组织与管理功能
      • GIS发挥自己特有的存储、组织和管理功能
    • 空间查询与空间分析功能
      • 地形分析、缓冲区分析、叠置分析等
    • 数据输出与可视化表达功能
      • 通过图形、表格和统计图表显示空间数据及分析结果是GIS的项目的必需
    • 应用模型与系统开发的功能
      • GIS也具有相应的二次开发功能，用于开发满足特定行业需求的应用模型或应用软件系统
  • GIS的应用功能（掌握）
    • 资源管理
      • 资源的清查，管理和分析，是地理信息系统应用最广泛的领域，也是目前趋于成熟的主要应用领域
      • 森林和矿产资源的管理fm forest&mineral ad
      • 野生动植物的保护 wild flora&fauna protection
      • 土地资源利用评价 land use appraisal
      • 水资源的时空分布特征研究 water space-time distribution characteristics research
    • 区域规划
      • （本身特征）具有高度的综合性，涉及资源环境，人口，交通，经济，教育，文化，金融等因素(圈地生存 修路致富 教育文化金融）
      • （提供帮助）但是要把这些信息进行筛选并转化成可用的形式并不容易，规划人员需要切实可行的实时的信息，而地理信息系统能为规划人员提供强大的工具
    • 国土监测
      • 利用地理信息系统功能结合多时相的遥感数据
      • 金（境）木（没）水火土
      • 森林火灾的预测预报
      • 洪水灾情监测
      • 淹没损失估算
      • 土地利用动态变化分析
      • 环境质量的评估研究
    • 辅助决策
      • 利用拥有的数据和因特网的传输技术
      • 深化电子商务的应用
      • 满足企业决策多维性的需求
• GIS与其他学科的关系
  • 与相关学科（理解）
    • 地理学（哥）
      • 与GIS研究对象一致（目标一致）
      • 是GIS的理论依托（有经验）
      • 为GIS提供引导空间分析的方法和观点（帮助）
    • 地图学（前世）
      • GIS以地图为基础（灵魂）
      • 是地图学在信息时代的发展（前世今生）
      • 地图学是GIS的工具（天赋点）
    • 测绘学（舔狗）
      • 为GIS提供空间数据
      • 可直接用于GIS空间数据处理
    • 遥感（朋友）
      • 是GIS主要数据源和更新途径（遥感对gis)
      • GIS的应用进一步支持遥感的开发与应用(gis 对遥感）
    • 计算机（爹）
      • GIS是空间地理数据与计算机结合的产物
    • 数学（工具人）
      • 数学等分支学科及理论已广泛应用于GIS空间数据的分析和模型构建
  • 与其他信息系统的区别和联系（了解）
    • 机助地图制图系统
      • （大而不精没有分析，早期难舍难分）
      • 机助地图制图系统（数字地图制图系统）涵盖了更大的范围，它主要强调空间数据的处理显示与表达，有些还包含空间查询功能
      • GIS包含机助地图制图系统还具有丰富的空间分析功能
      • GIS早期技术反映在机助地图制图方面，在很多情况下，两者很难区分
    • 数据库管理系统
      • 由于GIS具有可视化和空间分析功能，所以比一般数据库在软硬件方面要更复杂，在功能上也更加完备
      • 数据库管理系统一般也是GIS属性数据管理的基础软件，两者数据的管理和系统相互扩展延伸
    • CAD（计算机辅助设计）
      • 共同点
        • CAD与GIS都有坐标
        • 都能将目标与参考系联系起来
        • 都能描述和处理图形数据的拓扑关系
        • 能处理非图形属性数据和空间数据
      • 不同点
        • 研究对象：CAD研究人造规则几何图形及组合；GIS处理的数据大多来自现实世界，较人造对象更复杂，数据量大，数据采集的方式多样化
        • 属性功能：CAD图形功能极强，属性功能相对较弱，且CAD 一般仅在单幅图上操作，海量数据的图库管理能力较弱；GIS的属性库结构复杂，功能强大
        • 拓扑关系：CAD拓扑关系简单；GIS具有极强的空间分析功能，图形及属性功能都很强大
        • 坐标系：CAD一般采用几何坐标系；GIS采用地理坐标系
    • CAM（计算机辅助制造）
      • 共同点
        • 都有地图输出、空间查询、分析和检索功能
      • 不同点
        • CAM侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图的输出机制（优点）
        • 它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系（分析功能）
        • 它与数据库的联系通常是一些简单的查询（查询功能）
        • CAM是GIS的重要组成部分（组成部分）
        • GIS 可以综合图形和属性数据进行深层次的空间分析，提高辅助决策（分析后决策）
    • 遥感图像处理系统
      • 强调对遥感栅格数据的处理和提取，制图功能较强，但这种系统缺少实体的空间关系描述，难以进行GIS中属性及空间关系查询分析
      • 遥感数据是GIS信息源，可与GIS进行集成分析
• GIS的应用范畴
  • GIS具有显著优势，使得它成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术工具
  • 也成为与空间信息有关的各行各业的工具
    • 
• GIS的发展历程
  • 发展历程
    • GIS的开拓时期（20世纪50-60年代）
      • 关注空间数据的地学处理
      • 计算机硬件系统功能较弱，限制了软件技术的发展
    • GIS巩固并发展期（20世纪70年代）
      • 关注空间地理信息的管理
      • 软硬件得到了迅速发展，人机图形交互技术取得很大进步
      • 磁盘的出现为地理数据的录入、存储提供了良好的条件
      • 但数据分析功能弱
    • GIS大发展期（20世纪80年代）
      • 集成电路问世，第四代计算机出现为计算机普及创造条件，计算机网络的建立使地理信息的传输时效得到了极大提高
      • 应用领域迅速扩大，许多专业型公司出现
      • GIS开辟了处理 图形和属性数据 的途径
    • GIS应用普及时代（20世纪90年代）
      • GIS得到广泛应用，走向GIS服务的趋势
      • 发展趋势包括
        • 互操作GIS
        • 地理信息共享与标准化
        • 时态GIS
        • 3S集成
        • 数字地球
        • 网格GIS
        • 虚拟GIS
        • 移动GIS
        • 网络GIS
      • 随着空间理论和网络技术的飞速发展
        • 从技术上的发展方向
          • 更具有互操作性
          • 更加
            • 开放化
            • 网络化
            • 分布化
            • 移动化
            • 可视化
        • 从应用上的方向发展
          • 更高层次的数字地球
          • 地球信息科学
          • 大众化
      • 机构了解地信功能，利用地信改变传统工作模式，提高工作效率；社会对地信认识，用户需求增加，应用领域扩大和应用水平提高
      • 该时期GIS发展的特点
        • 多源数据信息共享
        • 数据实现跨平台操作
        • 平衡计算负载和网络流量负载
        • 操作及管理简单化
        • 应用普及化、大众化
    • 大变革时代（21世纪初至今）
      • 进入21世纪后，尤其是2010年之后，随着计算机技术和智能设备的进一步发展，学界从地理信息系统向地理信息科学，更加注重学科建设与学科创新
      • 一系列新技术与应用出现
      • 新技术
        • 物联网与智慧城市
          • 为城市空间物联信息的应用提供基础
          • GIS促进物联网的发展
        • 云平台与数据中心
          • 云计算数据中心改变了计算机为用户提供服务的模式
          • 空间数据来源的广泛性，数据的多元性和应用分析的复杂性，需要云计算和云数据中心的支持
        • 大数据与并行计算
          • 时空大数据处理与分析是大数据gis的核心内容
          • 并行计算能够在数据处理和分析环节发挥重要作用
        • 机器学习与人工智能
          • 机器学习的算法带有自调试参数，使挖掘和预测的结果更准确
      • 新应用
        • 以智慧城市为建设目标的海绵城市、智能管网、智能电网、智能物流和共享交通等一系列专业性和大众化服务
  • 标志性技术
    • 普及时代
      • 数字地球
      • 网格GIS（Grid GIS）
      • 虚拟现实GIS
      • 移动GIS
      • Web GIS
    • 大变革时代
      • 物联网与智慧城市
      • 云平台与数据中心
      • 大数据与并行计算
      • 机器学习与人工智能
  • 发展趋势（前景）
    • 地理信息系统已成为一门综合性技术
    • 地理信息系统产业化的发展势头强劲
    • 地理信息系统网络化已构成当今社会的热点
    • 地理信息科学的产生与发展