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汤国安《地理信息系统教程》（第二版）笔记（1）——概论

發(fā)布時(shí)間：2023/12/20 windows 79 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了汤国安《地理信息系统教程》（第二版）笔记（1）——概论小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

說明：
本文為湯國安《地理信息系統(tǒng)教程》（第二版）筆記，
適用于南京師范大學(xué)考研初試專業(yè)課地理信息系統(tǒng)842，
主要內(nèi)容為課本簡化，帶有些許個(gè)人理解。
作者水平有限，難免錯(cuò)漏，如有還請指出。

第1章概論

1.1 GIS基本概念

1.1.1 信息與地理信息

數(shù)據(jù)與信息

數(shù)據(jù)：人類在認(rèn)識世界和改造世界過程中，定性或定量描述食物和環(huán)境的直接或間接原始記錄。（未經(jīng)加工的對客觀對象的表示）

信息：用文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等介質(zhì)來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)和知識，作為生產(chǎn)、建設(shè)、經(jīng)營、管理、分析和決策的依據(jù)。

信息的特征：客觀性、適用性、可傳輸性、共享性

地理數(shù)據(jù)和地理信息

地理數(shù)據(jù)：表達(dá)地理特征和地理現(xiàn)象之間關(guān)系的數(shù)據(jù)。

地理信息：有關(guān)地理實(shí)體和地理現(xiàn)象的性質(zhì)、特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對表達(dá)地理特征和地理現(xiàn)象之間關(guān)系的地理數(shù)據(jù)的解釋。

地理數(shù)據(jù)的特征

空間上的分布性：地理信息具有空間定位的特點(diǎn)，先定位后定性，并在區(qū)域上表現(xiàn)出分布式特點(diǎn)，其屬性表現(xiàn)為多層次，因此地理數(shù)據(jù)庫的分布或更新也應(yīng)是分布式。
時(shí)間上的序列性：地理信息隨著時(shí)間呈現(xiàn)變或不變的特性。
數(shù)量上的海量性：反映地理數(shù)據(jù)的巨大性，地理數(shù)據(jù)既有空間特征，又有屬性特征，還具有時(shí)間特征，因此數(shù)據(jù)量巨大。
載體的多樣性：地理信息的載體有地理實(shí)體和地理現(xiàn)象的文字、數(shù)字、地圖和影像等符號信息載體（主要），以及紙質(zhì)、光盤、硬盤等物理介質(zhì)載體。

地理實(shí)體或地理對象的數(shù)據(jù)描述：空間位置、屬性數(shù)據(jù)、時(shí)域數(shù)據(jù)

地理信息的特征

空間相關(guān)性：任何地理事物都是相關(guān)的，并且在空間上相距越近則空間相關(guān)性越大，反之越小，同時(shí)地理事物的空間相關(guān)性具有區(qū)域性特點(diǎn)。
空間區(qū)域性：空間區(qū)域性是地理信息的天然特性，不僅體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上的分區(qū)組織，而且在應(yīng)用方面也是面向區(qū)域的，即一個(gè)部門或?qū)ｎ}必然也是面向所管理的服務(wù)或區(qū)域的。
空間多樣性：在不同區(qū)域和地方，地理數(shù)據(jù)的變化趨勢是不同的，所以地理信息的分析結(jié)果需要依賴于其位置；不同區(qū)域?qū)Φ乩硇畔⒌男枨蟛灰粯?#xff0c;特別對于地理信息服務(wù)，信息的生產(chǎn)、存儲(chǔ)和使用安排需要考慮不同地方對信息的需求不同。
空間層次性：同一區(qū)域上的地理對象具有多重屬性；不同空間尺度數(shù)據(jù)具有不同的空間信息特征。

1.1.2 信息系統(tǒng)

信息系統(tǒng)：具有采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素（+知識）組成。

信息系統(tǒng)的類型

按處理對象的不同類型分：

空間信息系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)）
非空間信息系統(tǒng)

按應(yīng)用層次分

事務(wù)處理系統(tǒng)
管理信息系統(tǒng)
決策支持系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)）

1.1.3 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)定義

地理信息系統(tǒng)：既是跨越地球科學(xué)、空間科學(xué)和信息科學(xué)的一門應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，有是一項(xiàng)工程應(yīng)用技術(shù)，是以地學(xué)原理為依托，在計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)支持下，研究空間數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)、管理、分析、建模、顯示和傳播的相關(guān)理論方法和應(yīng)用技術(shù)，以解決復(fù)雜的管理、規(guī)劃和決策等問題。

地理信息系統(tǒng)的內(nèi)涵

GIS的基本內(nèi)涵：

GIS的物理外殼是計(jì)算機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng)，它又由若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成，這些子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)劣程度直接影響著GIS的硬件平臺的功能和效率、數(shù)據(jù)處理的方式和產(chǎn)品輸出的類型。
GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù)，即點(diǎn)、線、面、體這類有空間位置和空間形態(tài)特征并且能夠很好地表達(dá)地理實(shí)體和地理現(xiàn)象的基本元素。每一個(gè)空間技術(shù)都按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)進(jìn)行編碼，這也是GIS區(qū)別于其它信息系統(tǒng)的根本標(biāo)志和技術(shù)難點(diǎn)。
GIS的技術(shù)優(yōu)勢在于它的數(shù)據(jù)綜合、模擬和分析評價(jià)能力，可以得到常規(guī)方法或普通信息系統(tǒng)難以得到的重要信息，實(shí)現(xiàn)地理空間過程演化的模擬和預(yù)測。
GIS與測繪學(xué)和地理學(xué)有著密切的關(guān)系
- 測繪學(xué)
  - 為空間實(shí)體提供不同比例尺和精度的定位數(shù)
  - 現(xiàn)代測繪技術(shù)獲得數(shù)字信息產(chǎn)品為GIS提供豐富和更為及時(shí)的信息源，并促使GIS向更高層發(fā)展
- 地理學(xué)
  - GIS的理論依托
  - 信息地理學(xué)
  - 地學(xué)的第三代語言——用數(shù)字形式來描述空間實(shí)體

3.地理信息系統(tǒng)基本特征

數(shù)據(jù)的空間定位特征：空間位置特征是地理數(shù)據(jù)獨(dú)有的
空間關(guān)系處理的復(fù)雜性
- 空間數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性：地理信息系統(tǒng)除了要完成一般信息系統(tǒng)的工作外，還要處理與之對應(yīng)的空間位置和空間關(guān)系，以及與屬性數(shù)據(jù)的一一對應(yīng)問題；
- 數(shù)據(jù)的管理：空間數(shù)據(jù)是不定長的，而且新的空間數(shù)據(jù)及其關(guān)系在空間分析過程中能不斷產(chǎn)生
海量數(shù)據(jù)特征
- 地理數(shù)據(jù)本身是海量數(shù)據(jù)
- 空間分析過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也是海量數(shù)據(jù)
- 海量數(shù)據(jù)帶來系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)組織、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)纫幌盗械募夹g(shù)難題

1.1.4 地理信息系統(tǒng)外延

地理信息系統(tǒng)術(shù)語

GIS定義的四種觀點(diǎn)：

面向數(shù)據(jù)處理過程的定義：從GIS的數(shù)據(jù)流程角度來定義，即把GIS定義為空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、管理和分析的技術(shù)系統(tǒng)
面向?qū)ｎ}應(yīng)用的定義：在面向過程定義的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)GIS處理的數(shù)據(jù)類型
面向工具箱的定義：基于軟件系統(tǒng)，認(rèn)為GIS是處理復(fù)雜地理空間數(shù)據(jù)工具的集合
面向數(shù)據(jù)庫的定義：在面向工具箱的定義的基礎(chǔ)上，更加強(qiáng)調(diào)分析工具和數(shù)據(jù)庫間的鏈接，GIS是空間分析方法和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的集合

GIS中“S”含義演變

地理信息系統(tǒng)Geographic Information System
地理信息科學(xué)Geographic Information Science
地理信息服務(wù)Geographic Information Service

1.2 GIS的組成

硬件系統(tǒng)
軟件系統(tǒng)
- GIS支撐軟件
  - 操作系統(tǒng)OS
  - 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS
- GIS平臺軟件
  - 基礎(chǔ)應(yīng)用程序ArcMap
  - 軟件開發(fā)包（Software Development Kit, SDK）
- GIS應(yīng)用軟件（支持具體領(lǐng)域需要）
空間數(shù)據(jù)（幾何坐標(biāo)、拓?fù)潢P(guān)系、非幾何屬性）
地學(xué)模型：根據(jù)具體的地學(xué)目標(biāo)和問題，根據(jù)GIS已有的操作和方法為基礎(chǔ)，構(gòu)建表達(dá)或模擬特定現(xiàn)象的地學(xué)模型ArcGIS的Model Buildings
應(yīng)用人員
- 科學(xué)研究人員
- 項(xiàng)目管理人員
- 軟件設(shè)計(jì)人員
- 系統(tǒng)開發(fā)人員
- 數(shù)據(jù)維護(hù)人員
- 普通用戶

1.3 GIS功能

1.3.1 基本功能需求

位置：某個(gè)地方有什么→空間查詢
條件：符合某些條件的地理對象在哪里→較為復(fù)雜的空間查詢SQL
趨勢：某個(gè)地方發(fā)生的某個(gè)時(shí)間及其隨事件變化的過程
模式：地理對象實(shí)體和現(xiàn)象的空間分布之間的空間關(guān)系問題
模擬：某個(gè)地方如果具備某種條件會(huì)發(fā)生什么的問題

1.3.2 GIS的基本功能

數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)編輯與處理
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、組織和管理
空間查詢與空間分析
數(shù)據(jù)輸出和可視化表達(dá)
應(yīng)用模型與系統(tǒng)開發(fā)

1.3.3 GIS應(yīng)用功能

可以從五個(gè)方面考慮：

社會(huì)經(jīng)濟(jì)/政府
- 地方管理
- 交通規(guī)劃
- 社會(huì)服務(wù)規(guī)劃
- 城市管理
- 援助與發(fā)展
國防警務(wù)
- 目標(biāo)位置識別
- 戰(zhàn)術(shù)支持決策
- 智能數(shù)據(jù)集成
- 國土安全與防恐
商業(yè)
- 市場份額分析
- 運(yùn)輸車輛管理
- 保險(xiǎn)
- 零售點(diǎn)位置
公共服務(wù)
- 網(wǎng)絡(luò)管理
- 服務(wù)提供
- 電力與通信
- 緊急維護(hù)
環(huán)境管理
- 垃圾填埋場選擇
- 礦物分布制圖
- 污染檢測
- 自然災(zāi)害評估
- 災(zāi)害管理與救濟(jì)
- 資源管理
- 環(huán)境影響評估

1.4 GIS與其它學(xué)科的關(guān)系

1.4.1 與相關(guān)學(xué)科關(guān)系

地理學(xué)（地理科學(xué)）
- GIS的理論基礎(chǔ)
- GIS幫助地學(xué)發(fā)展
測繪學(xué)和遙感
- 為GIS提供快速、可靠、多時(shí)相、可靠的信息源
- 理論和算法可直接用于空間數(shù)據(jù)的變換、處理
機(jī)助地圖制圖系統(tǒng)
- 早期的GIS受影響較大，但不應(yīng)局限于制圖
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）
- 提供數(shù)據(jù)輸入和圖形顯示的基礎(chǔ)軟件
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS
- GIS的核心
數(shù)學(xué)
- 應(yīng)用于GIS空間數(shù)據(jù)的分析

1.4.2 與其它信息系統(tǒng)區(qū)別與聯(lián)系

GIS與機(jī)助地圖制圖系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系

機(jī)助地圖制圖系統(tǒng)類似GIS中空間數(shù)據(jù)處理、顯示與表達(dá)部分的特化系統(tǒng)
GIS還需要有豐富的空間分析功能

GIS與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS的區(qū)別與聯(lián)系

GIS需要功能強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)的管理功能
GIS還需要圖形數(shù)據(jù)的采集、空間數(shù)據(jù)的可視化和空間分析等功能

GIS和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD的區(qū)別與聯(lián)系：

共同點(diǎn)是兩者都有坐標(biāo)參考系統(tǒng)，都能描述處理圖形數(shù)據(jù)機(jī)器空間管理，也都能處理非圖形數(shù)據(jù)
區(qū)別是CAD處理多為幾何圖形機(jī)器組合，屬性功能較弱，多為單幅操作；GIS處理多為地理空間的自然目標(biāo)和人工目標(biāo)，圖形復(fù)雜，有較強(qiáng)的空間分析功能，對海量數(shù)據(jù)管理能力更強(qiáng)
需要注意的是，CAD圖形處理能力尤為突出，可以作為機(jī)助地圖制圖系統(tǒng)使用

GIS與遙感圖像處理系統(tǒng)的去和聯(lián)系

遙感圖像處理系統(tǒng)目前還不可用作地理信息系統(tǒng)，但有兩者集成的趨勢。

1.5 GIS應(yīng)用范疇

略，但不代表不重要，參見書P18表1.3

1.6 地理信息系統(tǒng)發(fā)展歷程

地理信息系統(tǒng)的開拓期（1950s-1960s）

關(guān)注空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理，受硬件限制軟件技術(shù)發(fā)展緩慢，主要針對GIS應(yīng)用進(jìn)行研制

地理信息系統(tǒng)的鞏固發(fā)展期（1970s）

背景：硬件技術(shù)和軟件技術(shù)得到迅速發(fā)展。

特點(diǎn)：GIS充分利用了新的計(jì)算機(jī)技術(shù)，但系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能力仍然很弱；在地理信息系統(tǒng)技術(shù)方面為有新的突破；系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)多限于某個(gè)機(jī)構(gòu)；專家個(gè)人的影響削弱，政府的影響增強(qiáng)；人機(jī)圖形交互技術(shù)的發(fā)展成為這一時(shí)期軟件的最重要進(jìn)展

地理信息系統(tǒng)技術(shù)大發(fā)展時(shí)期（1980s）

背景：集成電路、第四代計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、DBMS、OS；地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，許多國家制定了GIS發(fā)展規(guī)劃，建立了GIS相關(guān)的政府、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，商業(yè)化發(fā)展

特點(diǎn)：

矢量-柵格轉(zhuǎn)換技術(shù)、自動(dòng)拓?fù)渚幋a以及多邊形中拓?fù)湔`差檢測等方法得以發(fā)展，開辟了處理圖形和屬性數(shù)據(jù)的途徑；
具有屬性數(shù)據(jù)的單張或部分圖幅可以與其它圖幅或部分在圖邊自動(dòng)拼接，從而構(gòu)成更大圖幅文件
采用命令語言建立空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理功能

地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用普及年代（1990s）