【正文】 中國地質(zhì)大學(xué)《地理信息系統(tǒng)原理》吳信才講義第一章 緒論 當(dāng)今信息技術(shù)突飛猛進(jìn)，信息產(chǎn)業(yè)獲得空前發(fā)展，信息資源得到爆炸式擴(kuò)張。多尺度、多類型、多時(shí)態(tài)的地理信息是人類研究和解決土地、環(huán)境、人口、災(zāi)害、規(guī)劃、建設(shè)等重大問題時(shí)所必需的重要信息資源，是信息高速公路上的重要列車。信息時(shí)代人類對信息資源采集、管理、分析提出了很高的要求。系統(tǒng)論、信息論、控制論的形成，計(jì)算機(jī)技術(shù)、人造衛(wèi)星遙感等空間技術(shù)，自動化技術(shù)的應(yīng)用，為信息資源的科學(xué)管理展示出更加廣闊的前景。地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System)，簡稱GIS，是在上述學(xué)科不斷發(fā)展的歷史背景下產(chǎn)生的，它是一門集計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、現(xiàn)代地理學(xué)、測繪遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)為一體的新興邊緣學(xué)科。 信息與數(shù)據(jù) 信息 信息是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映，是向人們提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界各種事實(shí)的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體的物理形式的各種改變而改變。信息具有客觀性、適用性、傳輸性、共享性等特點(diǎn)。 客觀性 信息是客觀存在的，任何信息都是與客觀事物緊密聯(lián)系的，但同一信息對不同的部門來說會有完全不同的重要性。 適用性 信息對決策是十分重要的，它可作為生產(chǎn)、管理、經(jīng)營、分析和決策的依據(jù)，因而它具有廣泛實(shí)用性 傳輸性 信息可以在信息發(fā)送者和接受者之間傳輸，既包括系統(tǒng)把有用信息送至終端設(shè)備(包括遠(yuǎn)程終端)和以一定形式提供給有關(guān)用戶，也包括信息在系統(tǒng)同各子系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)輸和交換。信息在傳輸、使用、交換時(shí)其原始意義不改變。 共享性 現(xiàn)代信息社會中，信息共享是一最基本的特點(diǎn)，共享使信息被多用戶使用。 數(shù)據(jù) 對于計(jì)算機(jī)而言，數(shù)據(jù)是指輸入到計(jì)算機(jī)并能為計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的一切現(xiàn)象(數(shù)字、文字、符號、聲音、圖像等)，在計(jì)算機(jī)環(huán)境中數(shù)據(jù)是描述實(shí)體或?qū)ο蟮奈ㄒ还ぞ?。?shù)據(jù)是用以載荷信息的物理符號，沒有任何實(shí)際意義，只是一種數(shù)學(xué)符號的集合，只有在其上加上某種特定的含義，它才代表某一實(shí)體或現(xiàn)象，這時(shí)數(shù)據(jù)才變成信息。 空間數(shù)據(jù)與地圖 空間數(shù)據(jù) 空間數(shù)據(jù)是指單個(gè)地或群體地以空間位置為參照的數(shù)據(jù)，空間信息可以從位置信息、屬性信息、時(shí)間信息三個(gè)方面來描述. 位置信息 位置信息用定位數(shù)據(jù)(亦稱幾何數(shù)據(jù))來記錄，它是反映自然現(xiàn)象的地理分布，具有定位的性質(zhì) 屬性信息 非位置信息用屬性數(shù)據(jù)來記錄，它是描述自然現(xiàn)象、物體的質(zhì)量和數(shù)量特征 時(shí)間信息 時(shí)間信息反映空間物體的時(shí)序變化及發(fā)展過程與規(guī)律，無論是幾何數(shù)據(jù)還是屬性數(shù)據(jù)，都是在某一時(shí)刻采集的空間信息，時(shí)間信息也可隱含在屬性數(shù)據(jù)中 一個(gè)井泉，可以從地形圖上確定它的地理坐標(biāo)(幾何數(shù)據(jù))，而井泉的涌水量等參數(shù)則是該井泉的屬性信息。 不同的時(shí)間消水量不同，時(shí)間信息隱含在屬于性數(shù)據(jù)中， 地圖 地圖是根據(jù)一定數(shù)學(xué)法則，使用形象符號，使用形象符號 ，通過選擇 和概括將地球表面縮放到平面上， 用以表示各種自然和社會性現(xiàn)象分布、聯(lián)系、變化和發(fā)展的圖件。 地理信息與地學(xué)信息 地理信息 地理信息是表征地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。 地學(xué)信息 地學(xué)信息所表示的信息范圍更廣，它不僅來自地表，還包括地下、大氣層，甚至宇宙空間。凡是與人類居住的地球有關(guān)的信息都是地學(xué)信息。 信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng) 信息系統(tǒng) 能對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、存貯、加工和再現(xiàn)，并能回答用戶一系列問題的系統(tǒng)稱為信息系統(tǒng)。信息系統(tǒng)的四大功能為數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達(dá)。信息系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)庫的問答。 地理信息系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)(GIS)是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，以采集、存貯、管理、檢索、分析和描述空間物體的地理分布數(shù)據(jù)及與之相關(guān)的屬性，并回答用戶問題等為主要任務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)。 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展過程 GIS發(fā)展階段起始發(fā)展階段（60年代）我國GIS發(fā)展階段準(zhǔn)備階段（7080年代）鞏固發(fā)展階段（70年代）推廣應(yīng)用階段（80年代）起步階段（8185年）蓬勃發(fā)展階段（90年代以后）發(fā)展階段（86年） 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展階段 (CGIS)。 1963年美國哈佛大學(xué)城市建筑和規(guī)劃師Howard 。 1966年美國成立了城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會(URISA)，1968年國際地理聯(lián)合會(IGU)設(shè)立了地理數(shù)據(jù)收集委員會(CGDSP)。 1969年，又建立起州信息系統(tǒng) 國協(xié)會(NASIS)。 70年代，GIS朝實(shí)用方向發(fā)展。各國對GIS的研究均投入了大量人力、物力、財(cái)力。不同規(guī)模、不同專題的信息系統(tǒng)得到很大發(fā)展。從1970年到1976年美國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展了50多個(gè)地理信息系統(tǒng)。GIS受到政府、商業(yè)和學(xué)校的普遍重視。 80年代，GIS在全世界范圍內(nèi)全面推廣應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，開始用于全球性的問題。開展GIS工作的國家更為廣泛，國際合作日益加強(qiáng)。GIS軟件開發(fā)具有突破性的進(jìn)展，僅1989年市場上有報(bào)價(jià)的軟件達(dá)70多個(gè)。 90年代，隨著地理信息產(chǎn)生的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，GIA已成為確定性的產(chǎn)業(yè)，投入使用的GIS系統(tǒng)，每2～3年就翻一番，GIS市場的年增長率為35%以上，從事GIS的廠家已超過300家。GIS已滲透到各行各業(yè)，涉及千家萬戶，成為人們生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)和工作中不可缺少的工具和助手。 地理信息系統(tǒng)在我國的發(fā)展 地理信息系統(tǒng)的研制與應(yīng)用在我國起步較晚，雖然歷史較短，但發(fā)展勢頭迅猛。GIS在中國的發(fā)展可分為三個(gè)階段。第一階段從1970年到1980年，為準(zhǔn)備階段，主要進(jìn)行輿論準(zhǔn)備，正式提出倡儀，開始組建隊(duì)伍，培訓(xùn)人才，組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究。第二階段從1981年到1985年，為起步階段，完成了技術(shù)引進(jìn)，研究數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，空間數(shù)據(jù)庫建立，數(shù)據(jù)處理和分析算法及應(yīng)用軟件的開發(fā)等，對GIS進(jìn)行理論探索和區(qū)域性實(shí)驗(yàn)研究。第三個(gè)階段從1986年到現(xiàn)在，為初步發(fā)展階段，我國GIS的研究和應(yīng)用進(jìn)入有組織、有計(jì)劃、有目標(biāo)的階段，逐步建立了不同層次、不同規(guī)模的組織機(jī)構(gòu)、研究中心和實(shí)驗(yàn)室，目前國內(nèi)較流行的GIS軟件有MAPGIS、CITYSTAR、GEOSTAR、VIEWGIS等。 GIS與地圖學(xué) GIS是以地圖數(shù)據(jù)庫（主要來自地圖）為基礎(chǔ)，其最終產(chǎn)品之一也是地圖，因此它與地圖有著極密切的關(guān)系，兩者都是地理學(xué)的信息載體，同樣具有存儲分析和顯示（表示）的功能。由地圖學(xué)到地圖學(xué)與GIS結(jié)合，這是科學(xué)發(fā)展的規(guī)律，GIS是地圖學(xué)在信息時(shí)代的發(fā)展。關(guān)于GIS與地圖學(xué)的關(guān)系問題，存在不少專門的論述，其作者有地圖專家，也有以遙感、攝影測量或其它專業(yè)為背景的GIS專家。一種觀點(diǎn)認(rèn)為：“GIS脫胎于地圖”，“GIS 是地圖學(xué)的繼續(xù)”，“GIS是地圖學(xué)的一部分”，“GIS是數(shù)字的或基于可視化地圖的地理信息系統(tǒng)”等；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為：“地圖學(xué)是GIS的回歸母體”，“地圖是模擬的GIS”，“地圖是GIS的一部分”等?！癎IS是一種把各系統(tǒng)發(fā)展中的一些學(xué)科原理綜合起來的獨(dú)特技術(shù)，作為其中一部分的地圖學(xué)，不僅提供一體化的框架和數(shù)據(jù)，而且提供了目標(biāo)、知識、原理和方法”。把地圖學(xué)和GIS加以比較可以看出，GIS是地圖學(xué)理論、方法與功能的延伸，地圖學(xué)與GIS是一脈相承的，它們都是空間信息處理的科學(xué)，只不過地圖學(xué)強(qiáng)調(diào)圖形信息傳輸，而GIS則強(qiáng)調(diào)空間數(shù)據(jù)處理與分析，在地圖學(xué)與GIS之間一個(gè)最有力的連接是通過地圖可視化工具與它們的潛力來增加GIS的數(shù)據(jù)綜合和分析能力。 GIS與一般事務(wù)數(shù)據(jù) GIS離不開數(shù)據(jù)庫技術(shù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要是通過屬性來管理和檢索，其優(yōu)點(diǎn)是存儲和管理有效，查詢和檢索方便，但數(shù)據(jù)表示不直觀，不能描述圖形拓?fù)潢P(guān)系，一般沒有空間概念，即使存貯了圖形，也只是以文件形式管理，圖形要素不能分解查詢。GIS能處理空間數(shù)據(jù)，其工作過程主要是處理空間實(shí)體的位置、空間關(guān)系及空間實(shí)體的屬性。例如電話查號臺可看作一個(gè)事務(wù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它只能回答用戶所詢問的電話號碼，而通訊信息系統(tǒng)除了可查詢電話號碼外，還可提供電話用戶的地理分布、空間密度、最近的郵電局等信息 GIS與計(jì)算機(jī)地圖制圖 早在18世紀(jì)，歐州一些國家就開始系統(tǒng)地繪制本國地形圖。六七十年代期間，空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域是資源調(diào)查、土地評價(jià)和規(guī)劃等領(lǐng)域，各學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)家們認(rèn)識到地表各特征之間的相互聯(lián)系、相互影響這一事實(shí)后，開始尋找一種綜合的多學(xué)科、多目標(biāo)的調(diào)查分析方法來評價(jià)地表特征，因而產(chǎn)生了面向特殊目的的專題圖件。60年代，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的制圖方式被打破，對地球資源的量化分析和評價(jià)產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展，地圖要素被量化成簡單的數(shù)字，可以用計(jì)算機(jī)很方便地給予定性、定量及定位分析，進(jìn)而用顏色、符號和文字說明完整地表達(dá)實(shí)體，因此產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)地圖制圖技術(shù)。70年代后期，由于計(jì)算機(jī)硬件持續(xù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)地圖制圖的歷程向前邁進(jìn)了一大步。80年代，美國地質(zhì)調(diào)查研究所制定了旨在實(shí)現(xiàn)地圖制圖現(xiàn)代化的計(jì)劃，它的任務(wù)是大規(guī)模地?cái)U(kuò)充和改進(jìn)地圖數(shù)字化設(shè)備，制定數(shù)據(jù)庫信息交換標(biāo)準(zhǔn)，提高地圖修編能力，改革傳統(tǒng)的制圖工藝，形成現(xiàn)代化數(shù)字制圖流程，計(jì)算機(jī)地圖制圖技術(shù)的發(fā)展對GIS的產(chǎn)生起了有力的促進(jìn)作用，GIS出現(xiàn)進(jìn)一步為地圖制圖提供了現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)手段,它必將引起地圖制圖過程深刻變化,成為現(xiàn)代地圖制圖主要手段，GIS應(yīng)用于地圖制圖，可實(shí)現(xiàn)地圖圖形數(shù)字化，建立圖形和屬性兩類數(shù)