新編地圖學(xué)教程 電子教案

第 9章 地 理 信 息 系 統(tǒng) 與 地 圖 1 地 理 信 息 系 統(tǒng) 概 述 2 地 理 信 息 系 統(tǒng) 的 功 能 與 軟 件 產(chǎn) 品 3 GIS的 空 間 分 析 4 GIS應(yīng) 用 與 地 圖 分 析 地 理 信 息 系 統(tǒng) （ Geographic Information System,簡 稱GIS） ， 是 一 種 專 業(yè) 的 信 息 系 統(tǒng) ， 它 的 對 象 是 那 些 具 有 空 間 屬 性 特 征的 地 理 信 息 。 地 理 信 息 系 統(tǒng) 與 地 圖 學(xué) 有 密 切 聯(lián) 系 ： 地 理 信 息 系 統(tǒng) 脫胎 于 地 圖 ， 并 在 機(jī) 助 制 圖 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來 ； 圖 形 處 理 是 地 理 信 息 系統(tǒng) 的 重 要 內(nèi) 容 ； 地 圖 是 地 理 信 息 系 統(tǒng) 中 主 要 的 空 間 數(shù) 據(jù) 來 源 ， 也 是它 最 終 輸 出 的 一 種 主 要 形 式 。 地 圖 是 地 理 信 息 系 統(tǒng) 的 主 要 支 撐 。1.1 地 理 信 息 系 統(tǒng) 的 定 義 與 組 成1.地 理 信 息 系 統(tǒng) 的 定 義 (1)硬 件(2)軟 件(3)數(shù) 據(jù)(4)操 作 者2.地 理 信 息 系 統(tǒng) 的 組 成 計(jì) 算 機(jī) 主 機(jī)數(shù) 據(jù) 輸 入 設(shè) 備數(shù) 據(jù) 存 儲 設(shè) 備數(shù) 據(jù) 輸 出 設(shè) 備 數(shù) 據(jù) 輸 入 子 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 的 預(yù) 處 理 子 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 的 存 貯 與 管 理 子 系 統(tǒng) 空 間 分 析 子 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 輸 出 子 系 統(tǒng)空 間 特 征屬 性 特 征時(shí) 間 特 征 系 統(tǒng) 開 發(fā) 人 員GIS 最 終 用 戶 1.2 地 理 信 息 系 統(tǒng) 類 型1. 綜 合 性 地 理 信 息 系 統(tǒng)2. 區(qū) 域 性 地 理 信 息 系 統(tǒng)3. 專 題 性 地 理 信 息 系 統(tǒng)1.3 數(shù) 字 地 圖 制 圖 與 GIS的 關(guān) 系 的 目 的 是快 速 、 精 確 地 編 制 高 質(zhì) 量 的 地 圖 。 的 目的 是 為 地 理 研 究 和 地 理 決 策 提 供 服 務(wù) 。 2.1 地 理 信 息 系 統(tǒng) 的 基 本 功 能1.數(shù) 據(jù) 的 采 集 與 輸 入 2 地 理 信 息 系 統(tǒng) 功 能 與 軟 件 產(chǎn) 品野 外 測 量 數(shù) 據(jù)和 屬 性 數(shù) 據(jù)現(xiàn) 有 地 圖像 片 遙 感 圖 像數(shù) 字 信 息鍵盤 電 子數(shù) 據(jù)記 錄數(shù) 字 化 儀掃 描 儀 攝像機(jī) 光 驅(qū)軟 驅(qū)磁 帶 機(jī)數(shù) 據(jù) 輸 入數(shù) 據(jù) 庫 GIS軟 件 系 統(tǒng) 的 主 要 功 能 ：2.數(shù) 據(jù) 管 理 、 分 析 和 處 理 數(shù) 據(jù) 輸 出 顯 示 器繪 圖 儀打 印 機(jī) 圖 像各 種 地 圖 、 專 題 圖報(bào) 表3.數(shù) 據(jù) 輸 出 1.ARC/INFO 易 于 派 生 新 圖 和 更 新 地 圖 便 于 快 速 、 多 樣 地 確 定 地 圖 的 表 現(xiàn) 形 式幾 何 數(shù) 據(jù) 與屬 性 數(shù) 據(jù) 輸 入 編 輯 修 改 建 立 空 間 信 息 的圖 形 描 述 （ 符 號 ） 輸 出地 圖 沒 有 交 互 式 圖 面 配 置 設(shè) 計(jì) 功 能 編 輯 狀 態(tài) 與 制 圖 狀 態(tài) 的 分 離 (美 國 環(huán) 境 系 統(tǒng) 研 究 所 公 司 ESRI Inc. 產(chǎn) 品 )2.2 專 業(yè) 型 GIS軟 件 MGE(Modular GIS Environment)模 塊 化 GIS環(huán) 境 ，是 Intergraph典 型 的 GIS一 體 化 應(yīng) 用 產(chǎn) 品 。 (1)MGE軟 件 的 基 本 結(jié) 構(gòu) (2)MGE的 擴(kuò) 展 結(jié) 構(gòu)2. Intergraph (Intergraph Inc.產(chǎn) 品 )GENAMAP 是 基 于 UNIX、 WINDOWS的 GIS軟 件 產(chǎn) 品 。 它具 有 較 強(qiáng) 的 功 能 ， 較 好 的 一 致 性 、 開 放 性 和 易 操 作 性 。Australia Genasys Inc. 產(chǎn) 品2.3 大 眾 化 桌 面 GIS軟 件1.ARCVIEW（ 美 國 環(huán) 境 系 統(tǒng) 研 究 所 公 司 ESRI Inc.產(chǎn) 品 ） (1)軟 件 結(jié) 構(gòu)(2)基 本 功 能 圖 形 顯 示 和 信 息 查 詢 功 能 投 影 變 換 功 能 地 圖 概 括 功 能 熱 連 接 數(shù) 據(jù) 建 立 、 增 刪 、 修 改 、 派 生 、 電 子 表 格 形 顯 示 、字 段 選 擇 ， 支 持 假 名 等 功 能 。 直 觀 、 動(dòng) 態(tài) 的 統(tǒng) 計(jì) 圖 表 示 功 能 。2.MAPGIS 是 集 圖 形 、 圖 像 、 地 質(zhì) 、 地 理 、 遙 感 、 人 工 智 能 、 計(jì) 算 機(jī) 科學(xué) 等 于 一 體 的 全 漢 字 GIS軟 件 系 統(tǒng) 。 MAPGIS由 三 部 分 組 成 ： (1) MAPGIS微 機(jī) 彩 色 地 圖 編 輯 出 版 系 統(tǒng) ， (2) MAP庫 管 理 系 統(tǒng) ， (3) 空 間 分 析 系 統(tǒng) 。 武 漢 中 地 信 息 工 程 有 限 公 司 3.Geostar吉 奧 之 星 （ 武 漢 吉 奧 信 息 工 程 技 術(shù) 有 限 公 司 ） 吉 奧 之 星 GIS 軟 件 系 統(tǒng) 采 用 基 于 矢 量 柵 格 一 體 化 的 數(shù)據(jù) 結(jié) 構(gòu) 和 面 向 對 象 技 術(shù) ， 以 網(wǎng) 絡(luò) 化 和 集 成 化 為 手 段 ， 將 矢量 數(shù) 據(jù) 、 屬 性 數(shù) 據(jù) 、 影 像 數(shù) 據(jù) 、 DEM數(shù) 據(jù) 高 度 集 成 為 一體 。 使 四 種 數(shù) 據(jù) 既 可 單 獨(dú) 建 庫 ， 又 可 進(jìn) 行 分 布 式 管 理 。 圖 形 數(shù) 據(jù) 與 屬 性 數(shù) 據(jù) 結(jié) 合 緊 密 ， GIS與 遙 感 圖 像 處 理 系 統(tǒng)一 體 化 ， 體 現(xiàn) 了 整 體 空 間 信 息 系 統(tǒng) 的 特 征 。4.方 正 智 繪 （ 北 大 方 正 技 術(shù) 研 究 所 ） 方 正 智 繪 (Founder Mirage Map Information System)是 北 大 方 正 集團(tuán) 開 發(fā) 的 集 地 圖 制 作 、 出 版 、 地 理 數(shù) 據(jù) 采 集 、 管 理 、 查 詢 于 一 身 的 專 業(yè) 化信 息 處 理 軟 件 。 其 穩(wěn) 定 而 精 確 的 地 圖 打 印 與 出 版功 能 優(yōu) 于 國 外 軟 件 ， 可 滿 足 對 輸 出 的高 質(zhì) 量 要 求 。 3 GIS的 空 間 分 析是 基 于 地 理 對 象 的 位 置 和 形 態(tài) 特 征 的 一 種 空 間數(shù) 據(jù) 分 析 技 術(shù) ， 其 目 的 在 于 提 取 和 傳 輸 空 間 信 息 ， 并 且 這 種技 術(shù) 也 提 供 了 提 取 和 傳 輸 信 息 的 能 力 。是 地 理 信 息 系 統(tǒng) 的 核 心 。 它 包 括 ： 幾 何 形 態(tài) 分析 、 包 含 分 析 、 網(wǎng) 絡(luò) 分 析 、 地 形 分 析 。 3.1 GIS二 維 分 析 二 維 分 析 ， 是 指 在 二 維 空 間 中 幾 何 特 征 的 分 析 ， 如 空 間度 量 ， 以 及 基 于 空 間 度 量 分 析 的 緩 沖 區(qū) 分 析 、 包 含 分 析 、 空間 距 離 結(jié) 合 空 間 連 通 性 的 網(wǎng) 絡(luò) 分 析 等 。 1.空 間 量 度 二 維 地 圖 中 ， 地 理 基 本 要 素 (點(diǎn) 、 線 、 面 )本 身 具 有 的空 間 特 征 ： 點(diǎn) 的 大 小 、 線 的 長 度 、 多 邊 形 的 周 長 、 多 邊 形的 面 積 。 空 間 量 度 在 二 維 地 圖 中 地 理 基 本 要 素 之 間 的 關(guān) 系 ： 點(diǎn) 到 點(diǎn) 的 距 離 點(diǎn) 到 線 的 最 短 距 離 點(diǎn) 到 多 邊 形 邊 的 最 短 距 離 線 與 線 的 最 短 距 離 緩 沖 區(qū) 分 析 ： 根 據(jù) 地 理 要 素 中 的 點(diǎn) 、 線 、 多 邊 形 等 實(shí) 體 ，在 實(shí) 體 周 圍 或 內(nèi) 部 建 立 一 定 寬 度 范 圍 的 緩 沖 多 邊 形 ， 這 是 GIS 空 間 分 析 的 基 本 功 能 之 一 。 結(jié) 點(diǎn) nn = ( xi , yi ), i = 1,2, n ; nn = n1多 邊 形 F = ( n1 , n2 , nn )點(diǎn) 狀 要 素 pt = ( xt , yt ), 判 斷 pt 是 否 在 多 邊 形 F 內(nèi) 部4.網(wǎng) 絡(luò) 分 析 網(wǎng) 絡(luò) 是 一 系 列 相 互 連 接 且 具 有 方向 性 的 弧 段 ， 形 成 物 質(zhì) 、 信 息 流 通 的通 道 。 網(wǎng) 絡(luò) 基 本 要 素 組 成 ：(1) 節(jié) 點(diǎn)(2) 連 通 路 線 或 鏈(3) 中 心(4) 障 礙三 個(gè) 重 要 概 念 ：開 銷 ： 指 在 網(wǎng) 絡(luò) 中 為 完 成 從 一 個(gè) 結(jié) 點(diǎn) 到 達(dá) 另 一 個(gè) 結(jié) 點(diǎn) 所 需要 付 出 的 花 費(fèi) 。資 源 需 求 ： 指 網(wǎng) 絡(luò) 中 與 連 通 路 線 或 鏈 、 中 心 等 相 聯(lián) 系 的 資源 數(shù) 量 。資 源 容 量 ： 指 網(wǎng) 絡(luò) 中 的 各 連 通 路 線 或 弧 段 為 滿 足 各 中 心 的需 求 ， 能 夠 容 納 或 允 許 通 過 的 資 源 量 。3.2 GIS三 維 分 析 1. 自 動(dòng) 補(bǔ) 償 的 穩(wěn) 定 過 程 分 析2. 城 市 規(guī) 模 發(fā) 展 趨 勢 分 析 地 理 現(xiàn) 象 的 時(shí) 間 序 列 變 量 可 分 為 三 種 類 型 ： 長期 趨 勢 、 周 期 波 動(dòng) 、 隨 機(jī) 波 動(dòng) 。 在 GIS 分 析 中 以 前兩 種 為 主 ， 體 現(xiàn) 在 四 維 分 析 中 即 是 趨 勢 分 析 ： 4.1 GIS應(yīng) 用 對 地 圖 的 作 用 地 理 信 息 系 統(tǒng) 技 術(shù) 的 應(yīng) 用 ， 使 地 圖 學(xué) 正 面 臨 著從 概 念 設(shè) 計(jì) 、 工 藝 程 序 到 實(shí) 際 應(yīng) 用 的 根 本 性 變 革 ，表 現(xiàn) 在 以 下 幾 個(gè) 方 面 ： 4 GIS應(yīng) 用 與 地 圖 分 析(1) 解 決 了 地 圖 數(shù) 據(jù) 的 存 貯 和 可 視 化 的 矛 盾(2) 解 決 了 大 容 量 數(shù) 據(jù) 與 高 速 查 詢 之 間 的 矛 盾(3) 大 大 提 高 了 地 圖 分 析 的 靈 活 性 ， 縮 短 了 地 圖 更 新 的 周 期(4) 擴(kuò) 大 了 地 圖 的 應(yīng) 用 范 圍 及 研 究 領(lǐng) 域4.2 GIS數(shù) 學(xué) 模 型 與 地 圖 表 示 GIS地 學(xué) 模 型 是 在 對 系 統(tǒng) 所 描 述 的 具 體 對 象 與 過 程 進(jìn) 行大 量 研 究 的 基 礎(chǔ) 上 ， 總 結(jié) 出 描 述 地 學(xué) 要 素 間 相 互 關(guān) 系 和 客 觀規(guī) 律 信 息 的 、 語 言 的 或 數(shù) 學(xué) 及 其 他 的 表 達(dá) 方 式 。 地 圖 表 示 和 地 圖 概 括 相 關(guān) 的 模 型 中 幾 種 分 析 方 法 ：4.3 GIS中 的 產(chǎn) 品 輸 出 系 統(tǒng)1.地 圖 符 號 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì)地 圖 符 號 庫 的 設(shè) 計(jì) ， 需 遵 循 下 列 原 則 ：(1)盡 可 能 地 符 合 國 家 規(guī) 定 的 各 種 專 題 地 圖 圖 式 。(2)遵 循 圖 案 化 、 精 確 性 、 邏 輯 性 、 對 比 性 、 統(tǒng) 一 性 、 色 彩 象征 性 、 制 圖 和 印 刷 可 能 性 等 一 般 原 則 。(3)符 號 庫 的 可 擴(kuò) 充 性 。2.地 圖 空 間 數(shù) 據(jù) 輸 出 在 GIS系 統(tǒng) 分 析 處 理 后 ， 地 圖 空 間 數(shù) 據(jù) 一 般 有 以 下 幾 種 輸 出 形 式 ： (1) 短 暫 顯 示 輸 出 (2) 永 久 保 存 輸 出 3.地 圖 非 空 間 數(shù) 據(jù) 輸 出 對 于 非 空 間 數(shù) 據(jù) 特 別 是 屬 性 數(shù) 據(jù) ， 可 用 統(tǒng) 計(jì) 圖形 式 將 這 些 信 息 很 好 地 傳 遞 給 用 戶 。 其 主 要 形 式 有柱 狀 圖 、 扇 形 圖 、 直 方 圖 、 折 線 圖 、 散 點(diǎn) 圖 以 及 統(tǒng)計(jì) 表 格 。 第 九 章 結(jié) 束