地理信息系统.docx
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地理信息系统
物流信息技术与应用
第七章地理信息系统（GIS）技术与应用
第七章地理信息系统技术与应用
第三节
第二节
第四节
第一节
GIS概述（GeographicalInformationSystem）
GIS的运行机理
GIS在物流信息系统中的作用
GIS的组成和功能
第四节
GIS工具软件
第五节
江西省万安县脐橙种植区划
包头市大气二氧化硫分布图
第一节GIS概述
GIS的定义
GIS的分类
GIS的特征
3
1
2
第三种观点强调地理信息系统的社会作用，认为GIS从根本上改变了一个组织或部门（如政府规划部门）运作的方式。
第二种观点认为地理信息系统是信息系统的特例。
第一种观点把地理信息系统描述为一个工具箱，其中包含有一套用于采集、存储、管理、处理、分析和显示地理数据的计算机软件工具。
一、GIS的定义
一、GIS的定义
地理信息系统区别于其他信息系统和信息技术的四大特点：
首先，GIS具备处理地理数据的能力。
其二，GIS是在统一的地表定位坐标系统下，以特定的数据模型输入、组织、存储和管理（包括更新）地理数据，并允许用户根据地理空间位置访问数据，或根据专题属性访问数据，以地图的形式表示地理数据。
其三，GIS拥有一套特殊的用于处理和分析地理数据的基本工具。
最后，GIS具有很强的地理数据的输出功能。
二、GIS的分类
地理信息系统按照范围大小可分为全球的、区域的和局部的三种。
按照表达空间数据维数，可分为2维、2.5维、布满整个三维空间的真三维地理信息系统、考虑时间维的时态地理信息系统和4维地理信息系统。
按照地理空间数据模型或数据结构，可分为地理相关模型、地理关系模型和面向对象模型的地理信息系统。
按照内容来分，可以分为专题地理信息系统、综合地理信息系统和地理信息系统工具。
1）专题地理信息系统（ThematicGIS），是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定的专门目的服务。
——森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、矿业资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统等。
2）区域信息系统（RegionalGIS），主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模，如国家级的、地区或省级的、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统；也可以按自然分区或流域为单位的区域信息系统。
——区域信息系统如加拿大国家信息系统、中国黄河流域信息系统等。
许多实际的地理信息系统是介于上述二者之间的区域性专题信息系统，如北京市水土流失信息系统、海南岛土地评价信息系统、河南省冬小麦估产信息系统等。
三、GIS的特征
地理信息系统具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性。
地理信息系统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、作用与空间数据，产生有用信息。
地理信息系统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、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息。
地理信息系统在分析处理问题中使用了空间数据与属性数据，并通过数据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应用，从而提供了认识地理现象的一种新的思维方法。
地理信息系统强调空间分析，通过利用空间解析式模型来分析空间数据，地理信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。
三、GIS的特征
第二节GIS的组成和功能
计算机硬件系统
计算机软件系统
地理空间数据（数据库）
GIS应用模型
GIS用户
一个典型的、完整的GIS，其基本组成一般包括以下5个主要部分：
（1）硬件系统
（2）计算机软件系统
地理信息系统软件和其他支持软件
包括通用的GIS软件包，也可以包括数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机图像处理系统、CAD等，用于支持对空间数据输入、存储、转换、输出和与用户接口。
应用分析程序
是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。
（3）系统开发、管理和使用人员
GIS不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型。
需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。
对于合格的系统设计、运行和使用来说，地理信息系统专业人员是地理信息系统应用的关键，而强有力的组织是系统运行的保障。
一个周密规划的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师以及最终运行系统的用户。
（4）空间数据
是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。
它是由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他系统通讯输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。
在GIS中，空间数据主要包括：
某个已知坐标系中的位置、实体间的空间关系等。
GIS的功能
数据处理与编辑
2
数据输入
1
数据存储与管理
3
空间查询与分析
4
数据显示与输出
5
（1）数据采集、监测与编辑
主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。
一般而论，地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的70%或更多，并且这种比例在近期内不会有明显的改变。
（2）数据处理
初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。
（3）数据存储与组织
涉及到空间数据和属性数据的组织。
栅格模型、矢量模型或栅格/矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。
（4）空间查询与分析
（5）图形与交互显示
地理信息系统为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。
第三节GIS的运行机理
地理空间概述
地理空间数据模型
地理空间的数据结构
地理空间数据库
地理数据的分类与编码
一
二
三
四
五
地理空间数据的获取和处理
六
一、地理空间概述
GIS中的地理空间是指经过投影变换后，在笛卡儿坐标系中的地球表层特征空间。
它是定义在地球表层目标集上的关系，即地理世界以实体为单位进行组织，将客观世界作为一个整体看待，每一个实体不仅具有空间位置属性和空间上的联系，更重要的是它与其他实体还具有逻辑上的语义联系，它还具有时间属性。
一、地理空间概述
地理空间定性框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成。
地理空间特征实体表示地理空间信息的几何形态、时空分布规律及其相互之间的关系，指具有形状、属性和时序性的空间对象或地理实体，包括点、线、面、体。
GIS中的地理空间一般包括地理空间定位框架及其所联结的地理空间特征实体。
二、地理空间数据模型
GIS空间数据模型由三个有机联系的层次所组成：
广为采用的数据模型是基于平面图的矢量数据模型和基于连续铺盖的栅格数据模型。
可将空间逻辑数据模型分为采用结构化模型和面向操作的模型两大类。
逻辑数据模型并不涉及员底层的物理实现细节，但计算机处理的是二进制数据，必须将逻辑数据模型转换为物理数据模型，即要设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库总体存储结构等。
概念数据模型
逻辑数据模型
物理数据模型
三、地理空间的数据结构
基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。
矢量数据结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体空间分布的一种数据组织方式。
矢量数据结构的获取方法主要有：
手工数字化法、手扶跟踪数字化法、数据结构转换法。
矢量数据结构
三、地理空间的数据结构
栅格结构又称为网格结构（raster或gridcell）或象元结构（pixel），是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素，由行、列号定义，并包含一个代码，表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。
栅格数据结构
三、地理空间的数据结构
矢量栅格一体化数据结构
四、地理空间数据库
GIS数据库是指以特定的信息结构和数据模型（关系模型、面向对象模型等）来表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足Internet和Intranet上的不同用户对空间信息需求的数据库。
四、地理空间数据库
GIS数据库除了一般数据特征外，还具有一些区别于其他一般数据库的特征，表现在以下七个方面：
空间特征
抽象特征
空间关系特征
多尺度与多态性
非结构化特征
分类编码特征
海量数据特征
五、地理数据的分类与编码
类型名称可以根据地理实体的形态（form）或功能（function）而定。
分类体系的描述部分描述各类地理实体的基本功能和性质。
地理数据的分类体系由两部分组成：
类型名称和描述。
五、地理数据的分类与编码
地理数据编码是在数据分类的基础上，以易于计算机和人识别的代码（code）唯一地标识地理实体的类型。
六、地理空间数据的获取和处理
数据源是指建立GIS地理数据库所需的各种数据的来源，主要包括地图、遥感图像、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据等，可归纳为原始采集数据、再生数据和交换数据三种来源。
六、地理空间数据的获取和处理
空间数据采集的任务是将现有的地图、外界观测成果、航空像片、遥感图像、文本资料等转换成GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。
六、地理空间数据的获取和处理
第四节GIS在物流信息系统中的作用
二、GIS物流管理系统的特点与结构
一、GIS和企业物流的联系
三、GIS技术与数字物流
四、面向物流分析的GIS系统
一、GIS和企业物流的联系
由于物流对地理空间有较大的依赖性，采用GIS技术建立企业的物流管理系统可以实现企业物流的可视化、实时动态管理。
二、GIS物流管理系统的特点与结构
1.图形显示输出上的优势
2.分析功能上的优势
3.模型模拟上的优势
在物流管理领域，与单纯的数据库及CAD技术相比，GIS具有独特的技术优势。
GIS物流管理系统的特点
采用GIS建立的物流管理系统主要的特点是在GIS的可视化环境中对企业的物流进行可视化、实时动态管理。
这种动态包含时间动态和空间动态。
时间动态和传统方式相比，所有的数据都可以更新。
空间动态是指GIS的地图或空间图形的显示和分析能力。
GIS物流管理系统的结构
整个GIS物流管理系统一般由终端、物流控制中心和物流管理台组成。
终端包括各种通信器材和处于局域网中的终端计算机。
物流控制中心主要是高性能的服务器或大型机，运行大型数据库系统，负责各种数据、调度信息的存储和调用任务。
物流管理台是监控和调度目标运行的终端，其实质是一个能接收并显示动态信息的GIS平台。
三、GIS技术与数字物流
物流行业的GIS系统一般都包括公路、铁路、水路、海域、航空等交通信息、储运资源信息（汽车、轮船、仓库等）、服务资源信息（营运网点、生产工厂等）以及后勤资源信息（加油站、修理厂等）等。
由于整套系统全部是数字化的，这就使得用户有多种方式进行查询和统计，系统输出也可以人工控制，屏蔽不需要的信息，显示需要的，并且可以图表与数据结合，在数字地图上直接表示出来。
四、面向物流分析的GIS系统
集成的模型：
车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型等。
主要功能：
（1）车辆和货物跟踪
（2）提供运输路线规划和导航
规划出运输线路，使显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。
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四、面向物流分析的GIS系统
（3）信息查询
对配送范围内的主要建筑、运输车辆、客户等进行查询，查询资料可以文字、语言及图象的形式显示，并在电子地图上显示其位置。
（4）模拟与决策
可利用长期客户、车辆、订单和地理数据等建立模型来进行物流网络的布局模拟，并以此来建立DSS。
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第五节GIS工具软件
1）ESRI产品系列
（EnvironmentalSystemsResearchInstituteInc.）于1969年成立于美国加利福尼亚州的Redlands市，公司主要从事GIS工具软件的开发和GIS数据生产。
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ArcViewGIS用户界面
GIS工具软件
2）Mapinfo产品系列
MapInfo公司于1986年成立于美国特洛伊（Troy）市，成立以来，该公司一直致力于提供先进的数据可视化、信息地图化技术，其软件代表是桌面地图信息系统软件——MapInfo。
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GIS工具软件
3）Intergraph产品系列
Intergraph公司成立于1969年，总部位于美国阿拉巴马州的汉斯维尔市，公司致力于计算机辅助设计、制造以及专业制图领域的硬件软件以及服务支持。
Intergraph提供的GIS产品包括专业GIS系统（MGE），桌面GIS系统（GeoMedia），以及因特网GIS系统（GeoMediaWebMap）。
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MapInfoProfessional用户界面
GeoMedia用户界面
GIS工具软件
4）MapGIS
中国地质大学开发的地理信息系统软件。
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5）GeoStar（吉奥之星）武汉测绘科技大学开发。
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meet
Rahul
地理信息系统
Mr.MultipleProfiles!
第一章绪论
a.k.a
1.1地理信息系统的概念
GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来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。
GIS的物理外壳是计算机化的技术系统
GIS的对象是地理实体
GIS的技术优势在于它的混合数据结构和有效地数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等
GIS与地理学和测绘学有着密切的联系
GIS的基本概念
Rahullivesinaglobalvillage..
1.2地理信息系统的组成
系统硬件
系统软件
空间数据
应用人员
应用模型
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1.3地理信息系统的功能
1.3.1基本功能
一、数据采集和编辑
二、数据存储和管理
三、数据处理和变换
四、空间分析和统计
五、产品制作与显示
六、二次开发和编辑
andisa
greatsport..
数据采集编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为X、Y坐标及对应的代码输入到计算机中。
一、数据采集和编辑
andisa
greatsport..
对空间数据的管理技术主要包括：
空间数据库的定义，数据访问和提取，从空间位置检索空间物体及其属性，从属性条件检索空间物体及其位置，开窗和接边操作，数据更新和维护等
二、数据存储和管理
andisa
greatsport..
数据变换：
指对数据从一种数学状态转换为另一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、比例尺缩放、误差纠正和处理等。
三、数据处理和变换
数据重构：
指对数据从全集合到子集的条件提取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间内插等。
数据重构：
指对数据从一种几何状态转换为另一种几何状态，包括数据拼接、数据截取、数据压缩、结构转换等。
andisa
greatsport..
四、空间分析和统计
拓扑叠加
缓冲区建立
数字地形分析
空间集合分析
andisa
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产品制作与显示功能包括：
设置显示环境、定义制图环境、显示地图要素、定义字形符号、设置字符大小和颜色、标注图名和图例以及绘图文件的编辑等
五、产品制作与显示
andisa
greatsport..
提供专用语言的开发环境，用户可在自己的编程环境中调用GIS的命令和函数；
系统将某些功能做成专门的控件供用户的开发语言（
C,C++/VB,VC++,Delphi）
六、二次开发和编辑
Rahulmakestimefor..
1.3.2应用功能
一、资源管理
二、区域规划
三、国土监测
四、辅助决策
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一、资源管理
主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源（如土地、森林、草场）分布、分级、统计、制图等问题。
主要回答“定位”和“模式”两类问题。
Rahulmakestimefor..
空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。
例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面（城市资源配置问题）等。
二、区域规划
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有效用于森林火灾的预报预测、洪水灾情监测和淹没损失估算、土地利用动态变化分析和环境质量的评估研究等
三、国土监测
Rahulmakestimefor..
商业设施的建立充分考虑其市场潜力。
例如大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。
有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构（年龄构成、性别构成、文化水平）、消费水平等结合起来考虑。
地理信息系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。
房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析。
四、辅助决策
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1.4地理信息系统的发展
1.4.1GIS发展简史
Rahulisgreatat..
一、国际发展状况
（1）20世纪60年代为GIS思想和技术方法的探索阶段
诞生了世界上第一个地理信息系统—加拿大地理信息系统（CGIS）
该系统的特征是存储能力小，磁带存取速度慢。
机助制图能力较强，地学分析功能较简单，实现了手扶跟踪数字化方法，可以完成地图数据的拓扑编辑，分幅数据的自动拼接，开创了格网单元的操作方法，发展了许多基于格网的系统。
Rahulisgreatat..
（2）70年代是GIS的发展时期。
计算机发展到第三代，内存容量增大、运算速度达到10-6秒级，特别是大容量直接存取设备—磁盘的使用，为地理数据的录入、储存、检索、输出提供了强有力的手段。
Rahulisgreatat..
（1）80年代是GIS在理论、方法和技术上取得突破与趋向成熟的阶段。
地理信息的传输效率得到极大的提高。
另外，软件开发工具的广泛应用和数据库技术的推广，推动了GIS的数据处理能力，空间分析能力，恩及交互对话，地图的输入、编辑和输出技术的进一步发展，并走向成熟。
80年代是国际GIS发展具有突破性的时期。
Rahulisgreatat..
一、国际发展状况
90年代以来，随着地理信息产业的建立和地球数字化产品的普及应用
空间信息分析的新模式和方法；空间信息应用模型；GIS的效益评价，三维、思维空间数据结构和数据模型；人工智能和专家系统的引入；网络GIS；虚拟实现技术与GIS的结合等
90年代，GIS开发和研究主要集中在下列一些方面：
..orchatwithhim
准备阶段
试验阶段
发展阶段
产业化阶段
国内发展状况
Wouldyouliketo
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1.4.2当代GIS发展动态
一、面向对象技术与GIS的结合
弱点：
（1）不利于空间数据的整体管理，以保证数据的一致性
（2）GIS的开放性和互操作性受限制
（3）数据共享和并行处理无保证
Rahulislousyat..
（1）大对象的操作仍受硬件条件的限制
（2）对象的独立性和颗粒度问题
（3）矢量和栅格数据统一的、支持动态拓扑结构和复杂对象表示的面向对象的数据结构问题
面向对象的GIS有待进一步研究的问题：
Rahullovesagoodconversation!
真三维GIS和时空GIS
真三维GIS的应用成为GIS发展的一个热点。
主要研究方向包括：
（1）三维数据结构的研究，包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化；
（2）三维数据的生成和管理
（3）地理数据的三维显示，包括三维数据的空间操作和分析，表面处理，栅格图像、全息图像显示，层次处理等。
..orjusthangoutwithhisgang?
时空GIS主要研究时空模型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。
地理信息系统具有：
（1）时空特性
（2）明显的时序特征，即动态变换特征。
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三、GIS应用模型的发展
GIS本身能支持建立专业应用模型，这种GIS又称为地理信息建模系统（GIMS）
为用户提供建立专业应用模型的二次开发工具和环境是目前大多数GIS软件解决GIS建模问题的一般方法。
Contact
Saurabh@Phonethics.in
实现通用GIS空间分析功能与各种领域专业模型的结合主要有三种途径：
（1）松散耦合式，也称为外部空间模型法。
（2）嵌入式，也称为内部空间模型法。
（3）混合空间模型法，是前两种方法的结合。
Allyouneedtodois..
四、Internet与GIS的结合
（1）组件式GIS，即将已有的巨型GIS分解为若干可互操作的自我管理、相互独立的组件，包括数据管理组件、空间查询组件、数据获取组件、专题制图组件和显示组件等。
（2）OpenGIS,即开放式地理信息系统，是为了使不同的GIS软件之间具有良好的互操作性，以及在异构数据库中实现信息的共享的途径。
..orchatwithhim
五、GIS与专家系统、神经网络的结合
六、GIS与虚拟现实技术的结合
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