教学目的和要求
课程性质：
专业基础课
教学内容：
地理信息系统的基本原理及其在地学领域中的应用
重点难点：
空间数据结构、空间数据转换、空间信息的查询与分析
学习要求：
掌握常用GIS软件的操作，能够运用地理信息系统技术进行空间数据的基本分析，解决地理学应用中的实际问题
理论教学内容
第1章 绪论 (4学时)
§ 地理信息系统的基本概念
§ 地理信息系统的基本构成
§ 地理信息系统的功能简介
§ 地理信息系统的发展透视
第2章 地理信息系统的空间数据结构 (12学时)
§ 地理空间及其特征
§ 空间数据结构的类型
§ 地理数据的编码方法
第3章 空间数据采集与处理 (8学时)
§ 空间数据采集
§ 空间数据编辑处理
§ 空间数据质量
§ 空间数据的元数据
第4章 空间数据的查询与分析 (12学时)
§ 查询与量算
§ 空间分析方法
§ 执行空间分析的步骤
§ 数字地形模型
第5章 地理信息系统的设计与评价 (4学时)
§ 地理信息系统的设计
§ 地理信息的标准化
§ 地理信息系统的评价
第6章 地理信息系统的产品输出 (3学时)
§ 地理信息系统产品的输出
§ 地理信息的可视化
第7章 地理信息系统产品的应用 (5学时)
§ 地籍管理信息系统
§ 数字地球概述
第一章
绪
论
教学内容：
地理信息系统的基本概念、组成、基本功能、产生与发展。
重点难点：
数据、信息、地理信息的有关概念。
学习要求：
1、掌握数据、信息、地理信息的概念；
2、掌握信息的特点，地理信息与一般信息的区别；
3、理解地理信息系统的组成；
4、理解信息系统的基本功能；
5、了解地理信息系统产生和发展的历史背景，发展过程。
第一节 地理信息系统的基本概念
第二节 地理信息系统的基本构成
第三节 地理信息系统的功能简介
第四节 地理信息系统的发展透视
第一节 地理信息系统的基本概念
数据和信息
地图和地理信息
信息系统与地理信息系统
一、数据和信息
1、数据（Data）
数据（Data）是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号和图像也是数据。
GPS全球卫星定位仪
东经：102 °57〞35ˊ
北纬：28 °21〞43ˊ
海拔：1516m
【文字、数字、符号是数据】
2、信息（Information）
信息（Information）是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实知识，作为生产、管理、经营、分析和决策的依据。
西昌学院 . 2号教学楼：
东经：102 °57〞35ˊ
北纬：28 °21〞43ˊ
海拔：1516m
信息的特征：
客观性
适用性
可传输性
共享性
信息借助数据中心、交换中心、信息网络传输、交换与共享
信息与数据的关系：
（1）信息来源于数据，是数据的内容和解释。
例如：从测量数据中可以得到地面物体的位置、形状和大小等信息；从遥感图像数据中可以得到各种地物的图形大小和专题信息。
（2）数据是客观对象的性状的表示；而信息则是数据内涵的意义。数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。
二、 地图和地理信息
地理信息系统脱胎于地图，它们都是地理信息的载体，具有存储、分析与显示地理信息的功能。
地理信息是指与空间地理分布有关的信息，它表示地表物体和环境固有的数据、质量、分布特征，联系和规律的数字、文字、图形、图像等总称。
地理信息除了具有信息的一般特性，还具有以下独特特性：
（1）空间分布性。
地理信息具有空间定位、空间分布的特点，先定位后定性，并在区域上表现出分布式特点，其属性为区域性、多维性。
先定位：经纬度
后定性：村庄或城镇
区域性：公共地理基础
多维性：面积、人口、交通、产业构成等
（2）数据量大。
地理信息既有空间数据，也有属性数据、时间数据。 数据的分析、处理对系统带来很大压力。
每天处理上万亿兆的地球环境数据！
（3）信息载体的多样性
地理信息的第一载体是地理实体的本身；除此之外，还有描述地理实体的文字、数字、地图和影像等符号信息载体；以及纸质、磁带、光盘等物理介质载体。
长白山：地理实体
长白山遥感影象
磁带：信息物理载体
三、信息系统与地理信息系统
1、信息系统
信息系统（Information System）是具有采集、处理、管理和分析数据能力的系统，它能为单一的或有组织的决策过程提供各种有用信息。
从系统结构及处理方法看，信息系统主要分为下列几种：
（1）管理信息系统
是一种基于数据库的回答系统，它主要停留在数据库上支持管理者。如人事管理信息系统、财务管理信息系统、产品销售信息系统等。
（2）决策支持系统
是在管理信息系统基础上发展起来的 。它不仅为管理者提供数据支持，还提供方法和模型的支持，可对问题进行模拟，从而辅助决策者对问题的解决选择最佳方案。
（3）智能决策支持系统
是在决策支持系统中进一步引入人工智能技术。如专家决策系统，可提高系统决策的智能化程度。
（4）空间信息系统
空间信息系统是对空间数据进行采集、处理、管理和分析的信息系统。
由于空间数据的特殊性，使空间信息系统的组织结构及处理方法有别于一般信息系统。
2、地理信息系统
地理信息系统（GIS-Geographic Information System）是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。
地理信息系统具有以下三个方面的特征：
（1）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；
（2）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、多要素分析和动态预测的能力；并能产生高层的地理信息；
（3）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，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。
地理信息系统是一门多技术交叉的空间信息科学，它依赖于地理学、测绘学、统计学等基础性学科，又取决于计算机硬件与软件技术、航天技术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进步与成就，如下图：
遥感和全球定位系统数据源
地理学
输入输出地图信息
摄影测量学
获取信息
计算机科学
硬件软件基础
GIS
人工智能专家系统提供逻辑思维模型
数学
基础工具及数学模型
统计学、运筹学、
统计模型、优化决策
地学、空间科学
空间分析方法
地理信息系统按其内容可以分为三大类：
（1）专题地理信息系统：
是具有有限目标和专业特点的地理信息系统。
（2）区域地理信息系统：
主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。
（3）地理信息系统工具：
它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。如：ARC/INFO、Mapinfo、 CityStar、Geostar、MAPGIS等。
第二节 地理信息系统的基本构成
一个完整的地理信息系统主要由四个部分组成：
计算机硬件系统
计算机软件系统
地理空间数据
系统开发、管理和使用人员
1、计算机硬件系统
GIS硬件配置一般包括四个部分
1、GIS主机
2、数据采集与输入设备
数字化仪、图像扫描仪、解析和数字摄影测量设备、电子速测仪、GPS接收机、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等；
3、数据存贮设备
光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等；
4、数据输出设备
笔式绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。
2、计算机软件系统
操作系统
（系统调用、设备运行、网络等）
系统库
（编程语言、数学库等）
标准软件
（图形、数据库等）
GIS基本功能软件
GIS应用软件
用户界面
GIS软件
基础软件
系统软件
GIS
GIS软件按功能可分为以下几类：
（1）数据输入
将系统外部的原始数据(多种来源、多种形式的信息)传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为便于系统处理的内部格式的过程。
（2）数据存贮与管理
数据存储和数据库管理涉及地理元素（表示地表物体的点、线、面）的位置、连接关系及属性数据如何构造和组织等。
（3）数据分析与处理
指对单幅或多幅图件及其属性数据进行分析运算和指标量测。
（4）数据输出与表示模块
输出与表示是指将地理信息系统内的原始数据或经过系统分析、转换、重新组织的数据以某种用户可以理解的方式提交给用户。
（5）用户接口模块
该模块用于接收用户的指令、程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。
3、地理空间数据
地理信息系统中的数据包括两大类型：
1. 空间数据
用来确定图形和制图特征的位置，这是以地球表面空间位置为参照的 。
2. 非空间的属性数据
用来反映与几何位置无关的属性，即通常所说的非几何属性，它是与地理实体相联系的地理变量或地理意义，一般是经过抽象的概念，通过分类、命名、量算、统计等方法得到。
地理空间数据
栅格结构
矢量结构
定位
拓扑关系
属性
系统开发、管理和使用人员
咨询
管理
信息管理
数据整理
第三节 地理信息系统的功能简介
数据采集与编辑
数据存储与管理
数据处理和变换
查询与空间分析
产品制作与显示
二次开发和编程
基本功能
应用功能
一、基本功能
1、数据采集与编辑
地理信息系统的数据通常抽象为不同的专题或层，如图。数据采集与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。
GIS的数据采集功能
2、数据存储与管理
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
矢量图
栅格图
3、数据处理和变换
数据处理的任务和操作内容有：
(1)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、误差改正和处理等；
(2)数据重构。指对数据从一种几何形态转换为另一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据压缩、结构转换等；
(3)数据抽取。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、布尔提取和空间内差等。
4、查询与空间分析
主要方法：
拓扑叠合
缓冲区建立
数字地形分析
空间集合分析
5、产品制作与显示
GIS产品的输出
GIS的多维可视化
6、二次开发和编程
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
……
二、应用功能
GIS的应用功能
管理海量数据
GIS的应用功能
浏览
查询
GIS的应用功能
专业性分析
GIS的应用功能
路径分析
GIS的应用功能
动态分段
GIS的应用功能
断面分析
GIS的应用功能
格网分析
GIS的应用功能
生成数字地面模型
三维地下体分析
GIS的应用功能
GIS的应用功能
地图整饰
一、发展阶段
地理信息系统发展的一个特点是先从应用开始，在应用中不断开展理论研究，以完善之。我们可以根据地理信息系统应用领域的不断拓展将其划分为三个阶段：
1.专业化GIS
2.行业化GIS
3.社会化GIS
第四节 地理信息系统的发展透视
第一阶段：专业化阶段
地理信息系统最早始于地理学领域，是地理学与计算机技术相结合的产物。即利用计算机技术处理与地理坐标相关的问题。它最早主要应用于环境资源管理规划。在这一阶段，GIS主要面向地学专业人员，具有明显的专业特点和研究色彩。如：
1956年，奥地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库，随后各国的土地测绘和管理部门都逐步发展土地信息系统（LIS）用于地籍管理。
1963年，加拿大测量学家R. F. Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建立了世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理和规划。
1966年美国成立城市与区域信息系统协会（URISA），1969年又建立州信息系统全国协会（NASIS）。
1968年国际地理联合会设立了地理数据收集和处理委员会。
1970至1976年间，美国地质调查局建成50多个信息系统，作为地理、地质和水资源等领域空间信息的工具。
第二阶段：行业化阶段
进入80年代，由于计算机、网络、空间技术等的发展，GIS不再局限于地学领域，而是在越来越多的行业，其中包括农业、工业、交通、邮电、气象、城市规划、人口、公安、卫生、文化教育、商业、军事等部门得到迅速普及和推广应用，为其管理和决策服务。在这一阶段，由于GIS技术的提高，用户界面的进一步友好，行业管理人员不必十分精通GIS技术的内核，往往只需掌握GIS的某些基本概念和使用方法就可以利用GIS为其行业服务了。如：
有线电视网络管理信息系统
铁路交通管理信息系统
环境监测信息系统
电话分布管理系统
计划生育管理信息系统
小城镇管理地理信息系统
政府决策支持系统
城市综合管线信息系统
农业资源管理信息系统
城市灾害管理信息系统
第三阶段：社会化阶段
进入90年代以后，计算机及计算机网络技术进一步加速发展，得到了前所未有的推广普及，并且开始直接面向公众，进入家庭。另外，随着硬件设备性能价格比的提高和GIS软件技术的进一步发展，GIS的应用逐步从专业、行业化走向社会化、公众化。
GIS在社会化阶段的一个重要应用是——信息服务。
城市公众查询地理信息系统
全国旅游交通信息系统
城市房地产信息查询系统
LBS服务
车辆监控系统
司机
接收机
GPS、GSM相结合
移动端手机
短消息
中心
短消息
车辆监控
中心
中心端手机
LBS服务之一——车辆监控服务
LBS服务之二——车辆导航服务
电子地图
遥控
车辆自导航信息系统
司机
接收机
Car-PC
GIS
LBS服务之三——PDA（personal digital assistant）导航服务
个人自导航信息系统
用户
接收机
PDA
嵌入式
操作系统
电子地图
GIS
GPS与掌上电脑的结合
LBS服务之四——WAP（Wireless Application Protocol）导航服务
个人网络导航信息系统
GPS、WAP手机、WebGIS及无线通讯技术相结合
接收机
用户
WAP手机
短消息
中心
网络服务
中心
WebGIS
短消息
无线应用协议
电子地图
二、发展趋势
1、GIS已经成为一门综合性技术
2、GIS产业化的发展势头强劲
3、GIS网络化已经构成当今社会的热点
4、地理信息科学的产生和发展
三、我国地理信息系统的发展概况
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：
起步阶段
试验阶段
GIS全面发展阶段
复习思考题
1、信息与数据的概念？信息有哪些基本属性？
2、什么是地理信息系统？与其他信息系统的主要区别是什么？
3、地理信息系统由哪几个部分组成？
4、地理信息系统有哪些基本功能？
5、目前地理信息系统可以应用在哪些领域？
6、简述地理信息系统的发展及其发展趋势。
