地理信息系統(tǒng)ppt課件

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地理信息系統(tǒng),地理信息系統(tǒng)背景知識 地理信息系統(tǒng)原理 常用地理信息系統(tǒng)軟件操作 地理信息系統(tǒng)應用實例,,,,,,1,第一章 緒論,2,什么是地理信息系統(tǒng)?,Geographic Information Systems GIS 20世紀60年代開始迅速發(fā)展起來的一門新技術， 以采集、存儲、管理、描述、分析地球表面及空間和地理分布有關的數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng) 分析和處理地理數(shù)據(jù)的通用技術 地理學、測量學、地圖學 計算機科學,3,§1 我們所處的時代:信息時代,關聯(lián)名詞 計算機、網絡 數(shù)據(jù)、信息、信息的DNA 知識經濟 Internet、全球信息高速公路 .com、伊妹兒、QQ “數(shù)字地球” ….,4,1.1 人類社會的發(fā)展階段,人類文明始于100萬年前 經歷 采集-漁獵社會,1,000,000 B.C.~8,000 B.C.,98% 農業(yè)社會,8,000 B.C.~1780,1% 工業(yè)社會,1781~1945,瓦特發(fā)明蒸汽機,0.22% 信息社會,1946~,第一臺電子計算機誕生 我們處在信息社會(或邊緣) 數(shù)據(jù)、信息、知識,5,1.2 信息社會的特征,美國MIT多媒體實驗室主任Nicholas Nagropnte 出版 “Being Digital”,《數(shù)字化生存》： 兩個術語 數(shù)據(jù)（Data） 信息（Information） 信息時代人類社會的基本要素：原子?比特 比特：信息的DNA 具體工具：計算機 “計算機不再只和計算機有關,它決定我們的生存”,6,1.2.1 什么是比特?,比特(Bit),信息的基本單位 開/關;真/假;出/入;黑/白;大/小;上/下;高/低;… 0/1 計算機運行的基礎——二進制 數(shù)字化 .,7,1.2.2 信息的測度,信息量與它的不確定性成正比 出現(xiàn)一個信號i所取得的信息量與出現(xiàn)該信號的概率成反比 公式 單位:比特(bit) Ii:某一信息系統(tǒng)中出現(xiàn)i信號所取得的信息量 pi: i信號出現(xiàn)的概率,8,例:,投一次骰子,問是什么數(shù)字?,答:=6. 概率為1/6,則信息量:,答:3.概率為1/2,則信息量:,買彩票,每組1,000,000,設1個特等獎,9,1.2.3 數(shù)據(jù),數(shù)據(jù) 是指客觀實體的屬性值，是一組描述客觀現(xiàn)實世界（如數(shù)量、行動、目標等）的非隨機的可鑒別的符號。 信息是經過加工后的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)、信息和知識,,10,數(shù)據(jù)量與信息量的關系,數(shù)據(jù)量單位 Bit, (數(shù)據(jù)——位/信息——比特) Byte(字節(jié)):8個二進制位 數(shù)據(jù)量為1字節(jié),信息量為8比特 KB/MB/GB/TB：1024 /1000,海量數(shù)據(jù) 公式:I=D-du I-信息量,D-數(shù)據(jù)量,du-冗余量 如口頭禪 千年問題 數(shù)據(jù)壓縮技術,11,1.2.4 技術與知識的作用,硅 原始石英料?成品電路硅 價值: 1?10 000 000 知識貢獻率 采集-漁獵社會,3~5% 農業(yè)社會,10~15% 工業(yè)社會,20~30% 信息社會,60~80%,12,1.3 信息高速公路/數(shù)字地球,國家信息基礎設施(NII) www:World Wide Web GGG:Great Global Grid 數(shù)字地球(Digital Earth) 國家空間信息基礎設施 空間概念的凸現(xiàn) 地球觀測系統(tǒng) 空間數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘 地球信息圈(Infosphere),13,§2 計算機中的信息表示,ASCII字符的表示 漢字的表示 聲音的表示 圖像的表示,14,2.1 ASCII字符的表示,西文計算機內碼 1字節(jié) 7位二進制編碼+最高位為0 27=128個字符 1:0 011 0001 A :0 100 0001 回車符: 0 000 1101 chr$(13) 制表符：chr$(9),15,2.2 漢字(國標碼GB2312-80)的表示,連續(xù)的2字節(jié) 最高位為1 128*128=16384個漢字 我 1 1001110 1 1000010 啊 1 0110000 1 0100001 為什么出現(xiàn)亂碼?,16,2.3 聲音(32KBps)的表示,采樣頻率: 記錄每次采樣數(shù)據(jù)所用的位數(shù),每次采樣用16位保存(2字節(jié)) 一分鐘立體聲（兩條音波曲線）音樂的存貯空間為： 2*32*60*2=7860(KB)=7864320(B),17,2.4 圖像(200dpi彩圖)的表示,4in*8in的照片，每inch有200個點，每個點用3個字節(jié)(RGB)表示顏色，則存貯空間為(1in=25.3995mm,): 4*200*8*200*3=3,840,000(B),,18,§3 地球空間信息科學,地球空間位置表示 (經度/緯度/高程),(x,y,z) 地球空間信息采集 如何獲取空間坐標及其目標屬性 地球空間信息表達 與人溝通 地球空間信息處理 空間數(shù)據(jù)管理、知識發(fā)現(xiàn),19,3.1 地球空間位置表示,地球表面模型 空間信息分布在不規(guī)則的類橢球體的表面（或地下/上空） 地理坐標/地圖投影 三維位置的二維表示 地面點高程（加以補充）,20,3.1.1 地球表面模型,地球自然面 包括平原表面、高山輪廓、海洋底部的固體地球表面。 不適合數(shù)字建模：長度、面積、體積等幾何測量困難。 大地水準面 水準面：海洋占地表的71%，假設海水處于靜止時，在地球引力影響下，一個處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面。即海平面延伸到所有大陸下部，構成連續(xù)、閉合曲面。 大地水準面：平均靜止的水準面 旋轉橢球體 大地水準面表面起伏,是一個復雜的曲面 以大地水準面為基礎建立旋轉橢球體,接近于大地水準面,容易數(shù)學表達,21,克拉索夫斯基橢球體模型,長半徑 a=6378140m 極地扁率 f=(a-b)/a=1/298.257 將地球視為球體時 地球半徑,22,3.1.2 地理坐標:經度/緯度,地理坐標系：用經度、緯度度量地面點平面位置的坐標系統(tǒng)，規(guī)定： 經度 首子午線（通過原英國格林尼治天文臺）的經度為0o，與首子午面的夾角稱為經度，向東0~180o為東經；向西0~180o為西經 緯度 赤道的緯度為0o，與赤道面的夾角稱為緯度，向北0~90o為北緯；向南0~90o為南緯 我國領土位于東半球/北半球，地理坐標表示為東經/北緯，例如： 北京地理坐標：東經116o28’/北緯39o54’,23,3.1.3 地圖投影,平面直角坐標系具有良好的空間視覺，而且易于進行距離、面積等空間參數(shù)量算 在GIS中，空間數(shù)據(jù)處理和分析多基于平面直角坐標系。 獨立平面直角坐標 當測量區(qū)域較小時,半徑R10km,曲面近似于平面,可以測區(qū)中心點的切平面代替曲面,地面點的投影位置可以用平面直角坐標來確定 高斯平面直角坐標 當測量區(qū)域較大時,如何將地球橢球體的點位展繪到平面上，必須有適當?shù)耐队胺椒? 如1:10,000采用3度帶,24,3.1.4 地面點高程,空間點的屬性信息之一 由高程基準面起算的地面點高度。,,地面點沿鉛垂線方向至大地水準面的距離，稱為正高 ，亦稱為海拔或稱為高程。,25,3.2 地球空間信息技術,傳統(tǒng) 采集 位置:經緯儀/測尺 高程:水準儀 表達 地形圖 處理 面積量算:方格網/求積儀,現(xiàn)代 采集 全站儀 GPS/RS 表達 基于GIS的專題地圖 處理 基于GIS的空間分析，數(shù)據(jù)發(fā)掘和知識發(fā)現(xiàn),兩者區(qū)別于兩個方面：精度與效率,26,信息系統(tǒng)分類,,27,GIS的組成,信息系統(tǒng)是指輸入的是數(shù)據(jù)，經過處理，輸出的是信息，并具有反饋和控制功能的系統(tǒng)。隨著計算機技術的發(fā)展，信息系統(tǒng)一般都以計算機系統(tǒng)為基礎。 現(xiàn)代意義上的信息系統(tǒng)四大要素組成: 計算機硬件（Hardware） 計算機軟件（Software） 系統(tǒng)操作人員（Lifeware） 數(shù)據(jù)（Data）,28,GIS基本組成圖示,29,GIS特色：實體與屬性,采用（普通地圖+數(shù)據(jù)卡）難以滿足工作效率與精度的要求。 圖形數(shù)據(jù)與地面上所代表的含義是相聯(lián)系的 實體(entity) 屬性(attribute) 加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS） 1962年提出，1972年投入使用，成為第一個GIS 任務：土地資源分類與繪制專題地圖 常用的GIS軟件 ARC/INFO MapInfo,30,為什么需要GIS?,如果你在國土資源部門工作： 如何清查可利用的耕地、森林、礦產資源，水體可利用程度以及數(shù)量，野生動物的棲息地需求？ 如果要開發(fā)這些資源，怎樣評價哪些資源是短缺的？ 如何預測這些資源在未來10年、20年乃至第七代以后，其可利用性的和數(shù)量的改變？,31,GIS的用途,一般來說，一個完整地理信息系統(tǒng)至少能回答或解決以下三類問題——位置、條件和模擬。 ①對于指定的空間位置，給出該位置的基本表述，如某一實體（點、線或多邊形）的地圖編碼、地理坐標、地類（或地類代碼）等； ②回答符合一定條件的實體在哪里的問題。例如查詢某個地區(qū)內面積不小于667m2的所有耕地圖斑； ③模擬某個地方如果具備一定條件會發(fā)生什么的問題。例如要修建一條從甲地到乙地寬50m的公路，在一定目標下如何修建：如果給出公路繞道付出的經濟效益、占用耕地失去的社會效益、占用林地失去的生態(tài)效益等函數(shù)關系，模擬如何修建是最優(yōu)化的。顯然，模擬必須是基于特定模型的分析。 實際上，隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，時間因素將會被越來越重視（時域地理信息系統(tǒng)，Temporary GIS),32,GIS應用領域,資源管理 如耕地數(shù)量及分布 區(qū)域規(guī)劃 如土地利用與人口分布相協(xié)調 國土監(jiān)測 如結合遙感數(shù)據(jù)實現(xiàn)災害預警和評估 輔助決策 消防部門提高路線選擇 移動電話公司發(fā)射塔的選址 .,33,幾個問題需注意和思考的問題,二維平面表示了三維橢球面 地圖比例尺的大小 如何拼接兩幅鄰接地圖 如何將土地利用圖與土壤地圖疊加 計算機軟件的綜合運用,34,作業(yè)1,在(0,0)-(100,100)區(qū)域內輸出一個距離為1的點陣文件 第1個點坐標（0.5,0.5） 點陣信息自下往上和自左往右依次賦于序號i 以制表符相隔 右圖為距離為10的點陣,35,參考界面,36,