1、1地理信息系统原理与应用参考提纲同济大学城市规划与设计现代技术实验室 2005.8第一章 地理信息系统的产生与发展一、 传统地图在分析、表达空间信息上的局限性信息负荷量小(幅面限制、内容重叠限制)量算、统计精度低查找、分类、重新分类不方便复杂分析难以进行地图和地图、地图和其它信息之间建立联系不便。更新复杂，特别是局部更新工作量大二、 地理信息系统的发展过程1950 年代末-60 年代末萌发于若干相互独立的领域，早期的探索领域：1一 土地资源分析和成果表达 (Teryy Coppock, CGIS，澳大利亚)2一 交通问题研究 (Duance Marble)3一 计算机地图制图 (David B
2、ickmore & Ray Boyle)4一 景观规划、设计 (MacHarg)5一 人口统计 (DIME)6一 遥感信息的利用7一 地籍管理(奥地利)1970 年代侧重技术研究。研究空间数据的储存、 检索、 转换、分析、表达的技 术问题，实用系统的进展不显著。1980 年代开始实用。计算机(工作站)成本下降，GIS 软件通用化、商品化，各种 实用系统大量涌现。1990 年代推广、普及。软件进一步改进，二次开 发简 化，易学易用，便于集成， GIS 应用已渗透到和地理空间信息处理的各个领域，并和非 GIS 应用相结合(地籍、农业、水 资源、林业、地质、环 保、公用事业、基 础设施、城市规划、治
3、安、防灾、商务、社会研究、军事、)。221 世纪广泛应用，大众化、专业化两个方向发展。三、地理信息系统的发展动力（一）社会需要资源紧张、环境问题激化，环境意识增强城市化进程快，建设规模大(发展中国家)土地开发，工程建设难度越来越大基础设施维护费用上升交通方便，运输量增加，人、财、物空 间流动性提高社会、经济的空间特征变化军事用途关系密切一般公众使用一一一 技术可能计算机主机：运算速度提高、容量增大、成本下降，体积缩小，管理维护简便。计算机外设：显示器、打印机、绘图仪、扫描仪、外部存储器、多媒体输入、输出设备，性能提高、成本下降。网络通讯：局域网轻而易举，远程网、互 联网方兴未艾。计算机软件：图
4、形处理、图像处理、数据 库、人机界面、开发工具、应用集成、多民族语言。数据获取：航测、遥感、卫星定位系统，野外现场数字化采集。（三）政府推动基础数据的公益化美国：National Spatial Data Infrastructure欧洲：European Data Infrastructure人才培训与科学研究四、什么是地理信息系统(Geographic Information System，GIS)（一）以计算机为基础的综合性应用技术信息获取与输入、数据储存与管理、数据查询与分析、成果表达与输出。GIS 所处理的数据：空间、地图、几何数据：矢量图形、栅格图像3文字、非几何数据：表状属性、正
5、文、其他( 声音、 图片、动画、)GIS 与 CAD 的区别：CAD 空间查询、分析功能弱， GIS 不适合工程设计。一一一 以 GIS 技术为核心的实用信息系统GIS 技术本身的发展需要理论探索，但是 GIS 的发展动力是为了解决应用问题，不是解决理论问题。地理信息系统 与地理信息科学有差异。一一一 GIS 的数据构成空间事物类型 典型对象 典型属性 图形图象表达形式1）点 学校、环保监测站 规模、有关监测指标 点状符号2）线 道路、电缆、水系 交通量、电压、水质 线型3）面（多边形） 地块、行政区 土地使用、人口 填充符号、边界线4）网络 交通系统 交通量、交叉口延误 结点符号、线段线型5
6、）三维表面 地形、土壤 高程、土壤成分 彩色图像、立体网状图辅助地图注记 地名、高程 制图参数 文字、辅助线、点符号一一一 实用系统的常见类型数据供应与共享业务管理公众查询分析与决策支持一一一 推广应用的局限性和发展障碍数据收集、输入、更新工作量大，花 费人工多通用软件的功能有限人才缺乏，基层人员不熟悉，高层领导不了解，技 术 人员不全面软件硬件数据人员管理应 用 对 象4第二章 数据结构与数据管理研究数据储存的目的1便于检索、更新2节省储存空间3适应多种应用4易于软件开发一、属性数据储存与管理文件系统与数据库系统第一种方式的特点1.用户必须知道文件的内部结构2.改进处理，往往要改进文件结构3
7、.某个文件结构的变化，引起众多程序的修改第二种方式的特点1. 数据与应用相对独立2. 用户数据共享3. 中央化的控制处 理 1处 理 2处 理 3输 出 1输 出 2输 出 3文 件 1文 件 2文 件 3文 件 4.处 理 1处 理 2处 理 3输 出 1输 出 2输 出 3数据库管理文 件 1文 件 2文 件 3文 件 4.54. 使用方便5. 软件复杂、效率低第三种方式的特点1. 数据保密性好2. 软件更复杂3. 数据库管理软件要求高ArcView 3.x 的 Tables 是第二种方式，也可以访问第三种方式的数据库ArcInfo 除了有上述 2 种方式，还可通过 ArcCatalog
8、对第三种方式进行管理、 维护基于关系模型的数据库以表为基础：行(记录) ，列（属性、数据项、字段、关键 字段）查询：投影(列) ，选择(行)，连接(表与表)，查询的结果仍是表维护：行：删除、添加、改属性值列：更名、删除、增加、改类型、改 宽度表：增加、删除、更名ArcView ArcInfo 均有上述功能，后者在维护上更全面关系数据库的优缺点：容易理解、直观易懂、查询灵活维护方便查询效率慢（连接处理计算量大，要靠索引数据）处 理 1处 理 2处 理 3输 出 1输 出 2输 出 3数据库管理6没有计算机的数据库：卡片柜 数据库卡片盒 表卡片 记录、行卡片栏目字段、属性（关 键字查询用、连接用）
9、地块表地块编号 地块面积 用地性质 规划容积率 申请者表开发商名称 申请项目编号 项目表项目编号所在地块占地面积建筑面积项目名称开工日期竣工时间 查询一：用地性质是商业的土地有哪些?地 块编号、规划容积率怎样?选择： 用地性质 =“商业”投影： 地块编号、规划容积率查询二：1996 年正在建设的项目分布在哪些地块，土地使用如何？7选择：(开工时间0 and 开工时间1997) and (竣工时间1996 or 竣工时间=“0”)连接：项目表的所在地块 = 地块表的地 块编号。投影：地块编号、用地性质地块表地块编号 地块面积 用地性质 规划容积率 申请者表开发商名称 申请项目编号 项目表项目编号
10、所在地块占地面积建筑面积项目名称开工日期竣工时间 查询三：X X 地块已批项目的容积率如何？选择： 所在地块“ X X ”连接： 项目表的所在地块 地块表的地块编号投影： 建筑面积、占地面积、规划容积率计算： 项目建筑面积之和项目占地面积之和8查询四：X X X 发展商要开发的土地其规划用地性 质是什么？选择： 开发商名称“X X X”连接： 申报表的申请项目编号项目表的项目编号连接： 项目表的所在地块 地块表的地块编号投影： 用地性质91111111111111122222224444 44443333333333333ValueCount1234147138二、空间数据模型栅格型空间数据模
11、型栅格数据结构的特点：、用单元填满空间、数据结构简单，存储方便、有限的多重属性（栅格取值应整数）、分辨率的提高和数据量之间呈平方指数关系5、为了减少数据量，产生了多种压缩存储量的数据结构6、对大数据量栅格，金字塔索引可以平衡分辨率和显示、 查询速度之间的矛盾ArcView ArcInfo 具有通用的 图象显示功能、 Grid 数据分析功能1 111111111111111111111111111133333333333333333333333 22222222222222222222222222222222 222222222222 222222 222222 2222222222222222
12、222222222222222222 222222222222 22222 22222222222 22222222 222222222 2222210矢量型空间数据模型（点、线、面是 简单矢量，网 络 是复杂矢量）矢量型多边形一般采用环状数据结构，公共边界需重复输入传统线结点式拓扑结构的四原则：方向性（线必定从起结点开始到终结点结束）连接性（线和线的连接处必定是结点）围合性（面必定是由线围合而成）相邻性（线必定有左多边形、右多边形）Shape 文件为 非拓扑的点、线、面，Coverage 显性的符合上述原则的拓扑结构Geodatabase 具有隐含的、随时的、多种拓扑关系301 学 校 编 号 名 称 班 级 性 质301405279125城 中 小 学上 群 中 学中 心 小 学实 验 中 学 2414228普 通 小 学初 中重 点 小 学高 中405279 125102031877 785987463245 19219320179. . . .路 段 编 号 类 型 路 面 材 料 宽 度10203187. 主 干 道次 干 道支 路 沥 青水 泥沥 青 402416. . .地 块 编 号 土 地 使 用 建 筑 密 度 容 积 率7798746. 住 宅商 业办 公工 业. 0.40.80.70.3. 1.52.13.00.8.
