地理信息系统.docx
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地理信息系统
地理信息系统
科技名词定义
中文名称:
地理信息系统
英文名称:
geographicinformationsystem;GIS;geographicalinformationsystem
定义1:
在计算机软硬件支持下,把各种地理信息按照空间分布及属性,以一定的格式输入、存储、检索、更新、显示、制图、综合分析和应用的技术系统。
应用学科:
测绘学(一级学科);测绘学总类(二级学科)
定义2:
在计算机软硬件支持下,把各种地理信息按照空间分布及属性以一定的格式输入、存储、检索、更新、显示、制图、综合分析和应用的技术系统。
应用学科:
大气科学(一级学科);应用气象学(二级学科)
定义3:
在计算机软件、硬件及网络支持下,对有关空间数据进行预处理、输入、存储、查询检索、处理、分析、显示、更新和提供应用以及在不同用户、不同系统、不同地点之间传输地理数据的计算机信息系统。
应用学科:
地理学(一级学科);地理信息系统(二级学科)
定义4:
能集成、存储、检索、操作和分析地理数据,生成并输出各种地理信息的系统。
应用学科:
资源科技(一级学科);资源信息学(二级学科)
本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
百科名片
地理信息系统(GeographicInformationSystem或Geo-Informationsystem,GIS)有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。
它是一种特定的十分重要的空间信息系统。
它是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统
目录
基本概念
地理信息系统分类
延伸资料
我国发展情况
国内外专家的不同定义
高考报名GIS注意事项
发展背景
使用技术
1.信息来源
2.资料展现
3.资料撷取
4.资料操作
5.GIS空间分析
6.地理信息系统工程
GIS的发展趋势
1.趋于综合性发展
2.开放式GIS
3.产业化发展
4.向组件式发展
地理信息系统软件的生产者及其主要产品
地理信息系统空间分析的基本方法
1.空间基本分析
2.空间模拟分析
地理信息系统空间分析的发展趋势
1.由空间分析向时空分析领域拓展
2.时空分析的有效模型
3.与时空分析模型高度融合
地理信息系统的特点
1.GIS的操作对象是空间数据
2.GIS的技术优势在于它的空间分析能力
3.GIS与地理学、测绘学联系紧密
地理信息系统的基本功能
1.数据的采集、检验与编辑
2.
(2)数据转换与处理
地理信息系统的组成
1.空间数据
2.系统硬件
3.系统软件
主要地理信息系统软件
地理信息系统的应用
1.用于全球环境变化动态监测
2.用于自然资源调查与管理
3.用于监测、预测
4.用于城市、区域规划和地籍管理
5.军事应用
6.用于辅助决策
7.其他
地理信息系统的发展
地理信息系统的作用
地理信息系统与相关学科
GIS与CAD、CAM
地理信息系统与智慧地球
基本概念
地理信息系统分类
延伸资料
我国发展情况
国内外专家的不同定义
高考报名GIS注意事项
发展背景
使用技术
1.信息来源
2.资料展现
3.资料撷取
4.资料操作
5.GIS空间分析
6.地理信息系统工程
∙GIS的发展趋势
1.趋于综合性发展
2.开放式GIS
3.产业化发展
4.向组件式发展
∙地理信息系统软件的生产者及其主要产品
∙地理信息系统空间分析的基本方法
5.空间基本分析
6.空间模拟分析
∙地理信息系统空间分析的发展趋势
7.由空间分析向时空分析领域拓展
8.时空分析的有效模型
9.与时空分析模型高度融合
∙地理信息系统的特点
10.GIS的操作对象是空间数据
11.GIS的技术优势在于它的空间分析能力
12.GIS与地理学、测绘学联系紧密
∙地理信息系统的基本功能
13.数据的采集、检验与编辑
14.
(2)数据转换与处理
∙地理信息系统的组成
15.空间数据
16.系统硬件
17.系统软件
∙主要地理信息系统软件
∙地理信息系统的应用
18.用于全球环境变化动态监测
19.用于自然资源调查与管理
20.用于监测、预测
21.用于城市、区域规划和地籍管理
22.军事应用
23.用于辅助决策
24.其他
∙地理信息系统的发展
∙地理信息系统的作用
∙地理信息系统与相关学科
∙GIS与CAD、CAM
∙地理信息系统与智慧地球
展开
基本概念
地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术,又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。
其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成,用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示,以便解决复杂的规划和管理问题。
地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系,包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等,用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程,解决复杂的规划、决策和管理问题。
通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念:
地理信息系统示意图
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和属性数据,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。
三维地理信息系统
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。
典型的GIS功能框图
地理信息系统分类
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,以减小重复浪费,提高数据共享程度和实用性。
延伸资料
在配电自动化系统中地理信息系统(GIS)是一个重要内容:
由于配电网节点多,设备分散,其运行管理工作常于地理位置有关,引入配电地理信息系统,可以更加直观的进行运行管理;其内容主要包括:
设备管理(FM),是将变电站、馈线、变压器、开关、电杆等设备的技术数据反映在地理背景图上;用户信息系统(CIS),指借助GIS对大量用户信息,如用户名称、地址、帐号、电话、用电量和负荷、供电优先级、停电记录等进行处理,便于迅速判断故障的影响范围,而用电量和负荷的统计信息还可作为网络分析的依据;停电管理系统(OMS),是指接到停电投诉后,GIS通过调用CIS和SCADA功能,迅速查明故障地点和影响范围,选择合理的操作顺序和路径,显示处理过程中的进展,并自动将有关信息转给用户投诉电话应答系统;另外GIS还可具有辅助配电网发展规划设计功能等。
我国发展情况
我国地理信息系统的起步稍晚,但发展势头相当迅猛,大致可分为以下三个阶段。
第一是起步阶段。
20世纪70年代初期,我国开始推广电子计算机在测量、制图和遥感领域中的应用。
随着国际遥感技术的发展,我国在1974年开始引进美国地球资源卫星图像,开展了遥感图像处理和解译工作。
1976年召开了第一次遥感技术规划会议,形成了遥感技术试验和应用蓬勃发展的新局面,先后开展了京津唐地区红外遥感试验。
新疆哈密地区航空遥感试验、天津渤海湾地区的环境遥感研究、天津地区的农业土地资源遥感清查工作。
长期以来,国家测绘局系统开展了一系列航空摄影测量和地形测图,为建立地理信息系统数据库打下了坚实的基础。
解析和数字测图、机助制图、数字高程模型的研究和使用也同步进行。
1977年诞生了第一张由计算机输出的全要素地图。
1978年,国家计委在黄山召开了全国第一届数据库学术讨论会。
所有这些为GIS的研制和应用作了技术上的准备。
新疆准噶尔盆地三维地理信息系统
第二是试验阶段。
进入80年代之后,我国执行“六五”、“七五”计划,国民经济全面发展,很快对“信息革命”作出热烈响应。
在大力开展遥感应用的同时,GIS也全面进入试验阶段。
在典型试验中主要研究数据规范和标准、空间数据库建设、数据处理和分析算法及应用软件的开发等。
以农业为对象,研究有关质量评价和动态分析预报的模式与软件,并用于水库淹没损失、水资源估算、土地资源清查、环境质量评价与人口趋势分析等多项专题的试验研究。
在专题试验和应用方面,在全国大地测量和数字地面模型建立的基础上,建成了全国1:
100万地留数据库系统和全国土地信息系统、1:
4见万全国资源和环境信息系统及1:
250万水土保持信息系统,并开展了黄土高原信息系统以及洪水灾情预报与分析系统等专题研究试验。
用于辅助城市规划的各种小型信息系统在城市建设和规划部门也获得了认可。
在学术交流和人才培养方面得到很大发展。
在国内召开了多次关于GIS的国际学术讨论会。
1985年,中国科学院建立了“资源与环境信息系统国家级重点开放实验室”,1988年和1990年武汉测绘科技大学先后建立了“信息工程专业”和“测绘遥感信息工程国家级重点开放实验室”。
我国许多大学中开设了rs方面的课程和不同层次的讲习班,已培养出了一大批从事GIS研究与应用的博士和硕土。
某三维地理信息系统界面
第三是GIS全面发展阶段。
80年代末到90年代以来,我国的GIS随着社会主义市场经济的发展走上了全面发展阶段。
国家测绘局正在全国范围内建立数字化测绘信息产业。
1:
100万地图数据库已公开发售,卫:
25万地图数据库也已完成建库,并开始了全国1:
10万地图数据库生产与建库工作,各省测绘局正在抓紧建立省级1:
1万基础地理信息系统。
数字摄影测量和遥感应用从典型试验逐步走向运行系统,这样就可保证向GIS源源不断地提供地形和专题信息。
进入90年代以来,沿海、沿江经济开发区的发展,土地的有偿使用和外资的引进,急需GIS为之服务,有力地促进了城市地理信息系统的发展。
用于城市规划、土地管理、交通、电力及各种基础设施管理的城市信息系统在我国许多城市相继建立。
在基础研究和软件开发方面,科技部在“九五”科技攻关计划中,将“遥感、地理信息系统和全球定位系统的综合应用”列入国家“九五”重中之重科技攻关项目,在该项目中投入相当大的研究经费支持武汉测绘科技大学、北京大学、中国地质大学、中国林业科学研究院和中国科学院地理研究所等单位开发我国自主版权的地理信息系统基础软件。
经过几年的努力,中国GIS基础软件与国外的差距迅速缩小,涌现出若干能参与市场竞争的地理信息系统软件,如GeoStar,MapGIS,OityStar,ViewGIS等。
在遥感方面,在该项目的支持下,已建立全国基于IK4遥感影像土地分类结果的土地动态监测信息系统。
国家这一重大项目的实施,有力地促进了中国遥感和地理信息系统的发展.
国内外专家的不同定义
(国外一些地理信息系统的定义摘自DavidJ.Maguire,1991)。
1、DoE(1987:
132)
asystemforcapturingstoringchecking,manipulatinganalysinganddisplayingdatawhicharespatiallyreferencedtheEarth.
2、Aronoff(1989:
39)
anymanualorcomputerbasedsetofproceduresusedtostoreandmanipulategeographicallyreferenceddata.
3、Carter(1989:
3)
aninstitutionalentiry,reflectinganorganizationalstructurethatintegratestechnologywithadatabase,expertiseandcontinuing,financialsupportovertime.
4、Parker(1988:
1547)
aninformationtechnologywhichstores,analyses,anddisplaysbothspatioalandnon-spatialdata.
5、Dueker(1979:
106)
aspecialcaseofinformationsystemswherethedatabaseconsistsofobservationsonspatioallydistributedfeatures,activities,orevents,whicharedefinableinspaceaspoints,lines,orareas.AGISmanipulatesdataaboutthesepoints,lines,andareastoretrievedataforadhocqueriesandanalysis.
6、Smithetal.(1987:
13)
adatabasesysteminwhichmostofthedataarespatiallyindexed,anduponwhichasetofproceduresoperatedinordertoanswerqueriesaboutspatiolentitiesinthedatabase.
7、Ozemoy,SmithandSicherman(1981:
92)
anautomatedsetoffunctionsthatprovidesprofessionalswithadvancedcapabilitiesforthestorge,retrieval,manipulation,anddisplayofgeographicallylocateddata.
8、Burrough(1986:
6)
apowerfulsetoftoolsforcollecting,storing,retrievingatwill,transforminganddisplayingspatialdatafromtherealworld.
9、Cowen(1988:
1544)
adecisionsupportsysteminvolvingtheintegrationofspatiallyreferenceddatainaproblem-solingenvironment.
10、Koshkariov,TikunovandTrofimov(1989:
256)
asystemwithadvancedgeo-modellingcapabilites.
11、DevineandField(1986:
18)
aformofMIS[ManagementInformaionSystem]thatallowsmapdisplayofthegeneralinformation.
12、陈述彭等(1999,《地理信息系统导论》):
由计算机系统、地理数据和用户组成的,通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析,生成并输出各种地理信息,从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识,为工程设计和规划、管理决策服务。
高考报名GIS注意事项
目前开设地理信息系统专业的院校很多,但是高考报名时注意,分为理科的地图学与地理信息系统,属于地理学,侧重于地理学应用理论研究;工科为地图制图学与地理信息工程,属于测绘学,侧重于测量。
两者并无本质区别,报考的时根据自身喜好,工科一般开设于理工科院校,理科则一般为综合性大学或师范大学内。
理科的话武汉大学资源与环境科学学院的地理信息系统比较厉害,特别是制图方向。
工科的话同济大学的测绘类的地理信息系统方向比较强,注重于数据的采集和处理,同时兼有测绘类、GIS类和土地类的相关知识的学习。
不同学校的地理信息系统专业偏向不同,武汉大学遥感学院的GIS专业偏重摄影测量遥感,资源环境学院的偏重制图与GIS工程,重点实验室的侧重于3S结合;同济大学的GIS侧重于测绘;北京大学的GIS侧重于工程项目;北京师范大学的GIS侧重于遥感应用与定量遥感;中山大学地理科学与规划学院注重城市规划方面的应用。
发展背景
35,000年前,在Lascaux附近的洞穴墙壁上,法国的CroMagnon猎人画下了他们所捕猎动物的图案。
与这些动物图画相关的是一些描述迁移路线和轨迹线条和符木。
这些早期记录符合了现代地理信息系统的二元素结构:
一个图形文件对应一个属性数据库。
18世纪地形图绘制的现代勘测技术得以实现,同时还出现了专题绘图的早期版本,例如:
科学方面或户口普查资料。
20世纪初期世纪将图片分成层的“照片石印术”得以发展。
直至60年代早期,在核武器研究的推动下,计算机硬件的发展导致通用计算机“绘图”的应用。
1963年,加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出“地理信息系统”这一概念,并建立了世界上第一个地理信息系统——“加拿大地理信息系统",用于自然资源的管理与规划。
1965年,美国哈佛大学土地测量专业的一名学生J.Dangermond在其毕业论文中,设计了一个简单的GIS系统,并在毕业后于1969年成立了Esri公司,成为推动GIS发展的重要里程碑。
1967年世界第一个投入实际操作的GIS系统由联邦能量、矿产和资源部门在安大略省的渥太华开发出来。
这个系统是由RogerTomlinson开发的,被称为“CanadianGIS”(CGIS)。
它被用来存储,分析以及处理所收集来的有关加拿大土地存货清单(CLI)数据。
CLI通过在1:
250,000的比例尺下绘制关于土壤,农业,休闲、野生生物、水鸟、林业,和土地利用等各种信息为加拿大农村测定土地能力,并增设了了等级分类因素来进行分析。
CGIS是世界的第一个“系统”,并且在“绘图”应用上进行了改进,它具有覆盖,测量,资料数字化/扫描的功能,支持一个跨越大陆的国家坐标系统,将线编码为具有真实的嵌入拓扑结构的“弧”,并且将属性和位置的信息分别存储在单独的文件中。
它的开发者,地理学家RogerTomlinson,被称为“GIS之父”。
CGIS一直持续到20世纪70年代才完成,但这花费了太长的一段时间,因此在它最初发展期,不能与如Intergraph这样的销售各种商业地图应用软件的供应商竞争。
微型计算机硬件的发展使得象ESRI和CARIS那样的供应商成功地兼并了大多数的CGIS特征,并结合了对空间和属性信息的分离的第1种世代方法与对组织的属性数据的第2种世代方法入数据库结构。
20世纪80年代和90年代产业成长刺激了应用了GIS的UNIX工作站和个人计算机飞速增长。
至20世纪末,在各种系统中迅速增长使得其在在相关的少量平台已经得到了巩固和规范。
并且用户开始提出了在互联网上查看GIS数据的概念,这要求数据的格式和传输标准化。
使用技术
信息来源
如果能将你所在州的降雨和你所在县上空的照片联系起来,可以判断出哪块湿地在一年的某些时候会干涸。
一个GIS系统就能够进行这样的分析,它能够将不同来源的信息以不同的形式应用。
对于源数据的基本要求是确定变量的位置。
位置可能由经度,纬度和海拔的x,y,z坐标来标注,或是由其他地理编码系统比如ZIP码,又或是高速公路英里标志来表示。
任何可以定位存放的变量都能被反馈到GIS。
一些政府机构和非政府组织生产正在制作能够直接访问GIS的计算机数据库。
可以将地图中不同类型的数据格式输入GIS。
GIS系统同时能将不是地图形式的数字信息转换可识别利用的形式。
例如,通过分析由遥感生成的数字卫星图像,可以生成一个与地图类似的有关植被覆盖的数字信息层。
同样,人口调查或水文表格数据也可在GIS系统中被转换成作为主题信息层的地图形式。
资料展现
GIS数据以数字数据的形式表现了现实世界客观对象(公路,土地利用,海拔)。
现实世界客观对象可被划分为二个抽象概念:
离散对象(如房屋)和连续的对象领域(如降雨量或海拔)。
这二种抽象体在GIS系统中存储数据主要的二种方法为:
栅格(网格)和矢量。
栅格(网格)数据由存放唯一值存储单元的行和列组成。
它与栅格(网格)图像是类似的,除了使用合适的颜色之外,各个单元记录的数值也可能是一个分类组,例如土地使用状况,一个连续的值,或是降雨量,或是当数据不是可用时记录的一个空值。
栅格数据集的分辨率取决于地面单位的网格宽度。
通常存储单元代表地面的方形区域,但也可以用来代表其它形状。
栅格数据既可以用来代表一块区域,也可以用来表示一个实物,实物被存储为...矢量数据利用了几何图形例如点,线(一系列点坐标),或是面(形状决定于线)来表现客观对象。
例如,在住房细分中以多边形来代表物产边界,以点来精确表示位置。
矢量同样可以用来表示具有连续变化性的领域。
利用等高线和不规则三角网(TIN)来表示海拔或其他连续变化的值。
TIN的记录对于这些连接成一个由三角形构成的不规则网格的点进行评估。
三角形所在的面代表地形表面。
利用栅格或矢量数据模型来表达现实既有优点也有缺点。
栅格数据设置在面内所有的点上都记录同一个值,而矢量格式只在需要的地方存储数据,这就使得前者所需的存储的空间大于后者。
对于栅格数据可以很轻易地实现覆盖的操作,而对于矢量数据来说要困难得多。
矢量数据可以象在传统地图上的矢量图形一样被显示出来,而栅格数据在以图象显示时显示对象的边界将呈现模糊状。
除了以
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