gis學(xué)科基礎(chǔ)講座

1、GIS 的學(xué)科基礎(chǔ),GIS定義,地理信息系統(tǒng)(簡稱GIS) 是本世紀60 年代發(fā)展起來的一門融計算機技術(shù)、測繪科學(xué)、遙感、應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息科學(xué)、地球科學(xué)于一身的綜合和集成的信息技術(shù), 為采集、量測、存儲、分析、管理、顯示、傳播和應(yīng)用與地理和空間有關(guān)的數(shù)據(jù)提供了有效的手段。,GIS 學(xué)科特點,工具學(xué)科特征是指GIS 作為一種信息技術(shù)為人們提供了解決空間問題的工具與思路。GIS 工具可應(yīng)用于與空間問題相關(guān)的諸多領(lǐng)域。這就要求GIS 專業(yè)人才

2、有意識并且有能力利用GIS工具解決問題。工程學(xué)科特征是指在GIS應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)/ 二次開發(fā)的過程中,需要考慮軟件開發(fā)方法、軟件質(zhì)量管理、軟件工程項目管理等諸多問題,而GIS 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)/ 二次開發(fā)是當前GIS 社會需求的重要組成部分橫斷學(xué)科特征是指GIS 融合了計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)、測繪學(xué)與遙感學(xué)等學(xué)科知識,已逐漸發(fā)展為地理信息科學(xué)(Geoinformatics) 。,,,學(xué)科體系,

3、地理信息系統(tǒng)與其它相關(guān)學(xué)科系統(tǒng)間的關(guān)系,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) 最終產(chǎn)品之一也是地圖 GIS是地圖學(xué)理論、方法與功能的延伸 地圖學(xué)強調(diào)圖形信息傳輸 GIS則強調(diào)空間數(shù)據(jù)處理與分析,GIS與一般事務(wù)數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫技術(shù)具有很好的管理,分析和處理數(shù)據(jù)的功能數(shù)據(jù)庫技術(shù)是GIS的主要支撐技術(shù)之一GIS屬性數(shù)據(jù)庫部分相當于一般數(shù)據(jù)庫GIS數(shù)據(jù)庫比一般數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多GIS與計算機地圖制圖

4、計算機地圖制圖系統(tǒng)強調(diào)的是圖形表示 GIS既注重實體的空間分布又強調(diào)它們的顯示方法,可綜合圖形和屬性的數(shù)據(jù)進行深層次的空間分析數(shù)字地圖是GIS的數(shù)據(jù)源，也是GIS表達形式,GIS與計算機輔助設(shè)計(CAD)共同點:都有空間坐標都能把目標和參考系統(tǒng)聯(lián)系起來都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系都能處理非圖形屬性數(shù)據(jù) 區(qū)別:CAD處理的多為規(guī)則幾何圖形及其組合;它的圖形功能尤其是三維圖形功能極強;屬性庫功能相對要弱;采用的一般是幾何坐

5、標系 GIS處理的多為自然目標，因而圖形處理的難度大;GIS的屬性庫內(nèi)容結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強大;圖形屬性的相互作用十分頻繁，且多具有專業(yè)化特征;GIS采用的多是大地坐標，必須有較強的多層次空間疊置分析功能;GIS的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)輸入方式多樣化;所用的數(shù)據(jù)分析方法具有專業(yè)化特征 目前,GIS與CAD仍有不同的側(cè)重和特長,但它們主流技術(shù)之間的融合仍在不斷擴展之中,GIS學(xué)科基礎(chǔ),計算機科學(xué)（計算機基礎(chǔ)及其應(yīng)用）測繪科學(xué)（測量、地圖制圖、遙

6、感、航測）地理學(xué)信息科學(xué)（信息管理、加工、應(yīng)用）。。。。。。,龔健雅.地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，2001陳述彭等. 地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論.北京：科學(xué)出版社，2000郭達志等.地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)與應(yīng)用.北京：煤炭工業(yè)出版社，1997張超等.地理信息系統(tǒng)實習(xí)教程.北京：高等教育出版社，2000吳信才等.地理信息系統(tǒng)原理與方法.北京：電子工業(yè)出版社，2002,參考書目,主要網(wǎng)站,http://www.gischina.co

7、m/http://www.gisky.com/http://www.gisempire.com/http://www.digitalearth.net.cn/http://www.digitalearth.gov/http://www.othermap.com/http://www.honox.com/,城市土地利用信息系統(tǒng),電信資源管理,鐵路地理信息系統(tǒng),公安警用地理信息系統(tǒng),屬性查詢,查詢,專題圖,作戰(zhàn)指揮,地圖切換,醫(yī)

8、療機構(gòu)信息查詢,地理是一門充滿詩意的學(xué)科,“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”（毛澤東-送瘟神）“人間四月芳菲盡，山寺桃花始盛開?！保ò拙右?大林寺桃花） “早穿皮襖午穿紗，圍著火爐吃西瓜” “一場春雨一場暖，一場秋雨一場寒。” “天無三日晴，地?zé)o三尺平?！?“落紅不是無情物，化作春泥更護花。”（龔自珍-己亥雜詩）,,,,,水 圈,巖 石

9、 圈,地理學(xué)：是一門研究地球表層由巖石圈、大氣圈、生物圈、水圈、土壤圈相互作用組成的巨系統(tǒng)的科學(xué)。,NO.1：什么是地理？,錢學(xué)森：地理科學(xué)獨立于自然科學(xué)與社會科學(xué)之外。,地理學(xué)的特點：區(qū)域性,、綜合性（宏觀性）,NO.2：地理，生活中無處不在！,衣,圖片所示是我國哪個民族的服飾？與紹興有何不同，為什么？,六月暑天猶著棉 終年多半是寒天,白天束帶為衣 夜間解帶當被,,阿拉法特,伊朗女足,衣,

10、衣著特征明顯的阿拉伯人,食,湖南人不怕辣、貴州人辣不怕、四川人怕不辣。,住,行,處處樓前飄管吹 家家門外泊舟航,南船北馬,坐飛機去紐約需要越過太平洋嗎？？？,行,●觀測技術(shù)：傳統(tǒng)野外調(diào)查+3S技術(shù)（RS、GIS、GPS）●分析與解釋技術(shù)：分類、空間統(tǒng)計分析、對比分析等●表達技術(shù)：描述、地圖、地理信息系統(tǒng)、地理可視化等,NO.3地理學(xué)怎么做？,臺風(fēng)圣帕,去年第9號臺風(fēng)“圣帕”19日2時在惠安崇武鎮(zhèn)登陸，登陸時近中心最大風(fēng)速3

11、3米/秒，風(fēng)力12級。截至8月21日18時統(tǒng)計，9號臺風(fēng)“圣帕”已造成福建、浙江、江西、湖南4省36人死亡，9人失蹤，緊急轉(zhuǎn)移安置137.3人。,RS衛(wèi)星云圖,車載GPS,地震能預(yù)報嗎？？？,,地理學(xué)的發(fā)展階段,地理學(xué)在中國戰(zhàn)國前后的古希臘、古羅馬時代開始萌芽，至今已有2000多年的發(fā)展歷史。地理學(xué)的發(fā)展可劃分為三個基本階段： 古代地理學(xué)，以記載地理知識為主體； 近代地理學(xué)，對各種地理現(xiàn)象進行條理化歸納，并對它

12、們之間的關(guān)系進行解釋性描述； 現(xiàn)代地理學(xué)，采用定性與定量相結(jié)合的方法，規(guī)范研究與實證研究并舉，解釋各種地理現(xiàn)象的內(nèi)在機制并預(yù)測其未來演變。,地理學(xué)與數(shù)學(xué)的不解之緣,古代地理學(xué)和 近代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法限于定量地描述、記載和解釋。 現(xiàn)代地理學(xué)中運用數(shù)學(xué)方法，是為了深入地進行定量化研究，揭示地理現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展的內(nèi)在機制及運動規(guī)律，從而為地理系統(tǒng)的預(yù)測及優(yōu)化調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。,一、現(xiàn)代地理學(xué)發(fā)展史上的計量

13、運動,近代地理學(xué)有3種主要學(xué)派: ①區(qū)域?qū)W派,代表人物是赫特納（A.Hettner）、哈特向（R.Hartshorne)。 ②人地關(guān)系學(xué)派，代表人物是洪堡（Alexander Von Humboldt）、李特爾（Karl Ritter）、李希霍芬（F. Richthofen）等。 ③景觀學(xué)派，代表人物是施呂特爾（O. Schlüter）等。,計量運動的萌芽,德籍

14、旅美地理學(xué)家舍弗爾（F.K. Schaefer），1953年發(fā)表了一篇題為《地理學(xué)中的例外論》的文章，抨擊了哈特向的地域獨特主義觀點，即“例外主義”觀點。 他認為，地理學(xué)應(yīng)該是解釋現(xiàn)象，而不應(yīng)該是羅列現(xiàn)象。解釋現(xiàn)象必須有法則，應(yīng)該把地理現(xiàn)象看成是法則的實例。地理學(xué)的目的應(yīng)該與其他科學(xué)有相似之處：都是追求、探索法則的。 舍弗爾等人對區(qū)域?qū)W派的批評與否定，拉開了現(xiàn)代地理學(xué)發(fā)展史上的計量運動的帷幕。,早期計量運動的三

15、種學(xué)派,計量運動主要是由美國地理學(xué)家發(fā)起的，形成了3大學(xué)派： ①艾奧瓦的經(jīng)濟派。代表人物是舍弗爾、麥卡爾蒂。受杜能、廖什、克里斯塔勒等區(qū)位論學(xué)者影響很深，極力倡導(dǎo)建立地理學(xué)法則，著重探討經(jīng)濟區(qū)位現(xiàn)象間相互內(nèi)在聯(lián)系及其組合類型。 ②威斯康星的統(tǒng)計派。代表人物是威弗爾、羅賓遜、東坎和仇佐里，以經(jīng)典著作《統(tǒng)計地理學(xué)》為代表作，主要特征是發(fā)展和應(yīng)用統(tǒng)計分析方法。 ③普林斯頓的社會物理學(xué)派。代表人物是司徒瓦

16、特(J.Q. Stewart)。該派把物理學(xué)原理應(yīng)用于社會現(xiàn)象的研究之中，發(fā)展了理論地理學(xué)中的引力模型、位勢模型、空間相互作用模式。,計量運動的飛速發(fā)展,加里森(W. L. Garrison) 及其領(lǐng)導(dǎo)的華盛頓小組首次把地理學(xué)的理論和方法建立在定量的基礎(chǔ)上，編寫了第一本《計量地理學(xué)》教材，率先在華盛頓大學(xué)舉辦了地理計量方法研討班，培養(yǎng)了大批現(xiàn)代地理學(xué)名家。 美國區(qū)域科學(xué)協(xié)會組織了大量的學(xué)術(shù)活動，編輯出版了《區(qū)域

17、科學(xué)年鑒》，成為美國計量運動的源地之一。瑞典學(xué)者哈格斯特朗積極組織瑞典和美國的地理學(xué)家交流學(xué)術(shù)思想，大大促進了計量運動向全世界的擴散。,計量運動中涌現(xiàn)的著名學(xué)派、組織和學(xué)術(shù)刊物,英國以喬萊（R.J. Chorley）、哈格特(P. Haggett)和哈威(D. Harvey)等為代表的劍橋?qū)W派； 1964年國際地理學(xué)聯(lián)合會(IGU)設(shè)立的地理計量學(xué)方法委員會； 1967年英國地理學(xué)會設(shè)立

18、的地理教學(xué)采用模型和計量技術(shù)委員會； 1968年日本成立的計量地理學(xué)研究委員會，1973年又改稱理論、計量地理學(xué)委員會； 1963年英國出版的《地理學(xué)計量資料雜志》和1969年美國出版的《地理分析——國際理論地理學(xué)》雜志。,二、計量地理學(xué)的發(fā)展階段,第一階段（20世紀50年代末期到60年代末期） 把統(tǒng)計學(xué)方法引入地理學(xué)研究領(lǐng)域，構(gòu)造一系列統(tǒng)計量來定量地描述地理要素的

19、分布特征，應(yīng)用各種概率分布函數(shù)、方差等簡單的統(tǒng)計特征回歸分析方法。 分布中心、區(qū)域形狀、地理要素分布的集中和離散程度等都有了定量指標，許多地理要素間的相關(guān)關(guān)系，也可以進行定量地表示。,第二階段（20世紀60年代末期到70年代末期） 多元統(tǒng)計分析方法和電子計算機技術(shù)在地理學(xué)研究中廣泛應(yīng)用。以電子計算機技術(shù)為手段，許多地理學(xué)家熟練地掌握了多元統(tǒng)計方法，具備了分析多因素、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和動態(tài)特征等復(fù)雜地理問題的能

20、力。,第三階段（20世紀70年代末期開始到80年代末期） 系統(tǒng)理論、系統(tǒng)分析方法、系統(tǒng)優(yōu)化方法、系統(tǒng)調(diào)控方法等被引進地理學(xué)研究領(lǐng)域，促進了運籌學(xué)中的規(guī)劃方法、決策方法、網(wǎng)絡(luò)分析方法，以及數(shù)學(xué)物理方法、模糊數(shù)學(xué)方法、分形幾何學(xué)方法、非線性分析方法等一系列現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法的形成。同時GIS技術(shù)的發(fā)展為其提供了先進的技術(shù)手段支持。,第四階段（20世紀90年代初至今） 按照英國著名地理學(xué)家、里茲大學(xué)S.奧彭肖(S. Open

21、shaw)教授的提法，90年代初進入計算地理學(xué)(Geocomputational Geography)時代。 得益于計算機技術(shù)與計算理論和方法的巨大發(fā)展和3S技術(shù)在獲取大容量、整體性地理數(shù)據(jù)信息中的成功應(yīng)用，以向量或并行處理器為基礎(chǔ)的超級計算機為工具，對“整體”、“大容量”資料所表征的地理問題實施高性能計算，探索構(gòu)筑新的地理學(xué)理論和應(yīng)用模型。,除繼續(xù)應(yīng)用20世紀80年代中葉以來在地理學(xué)模型研究中成功引入的突變

22、、自組織、混沌、分支、分形等模型外，地理計算學(xué)又成功地引入了：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（neural network)遺傳算法模型（genetic programming）細胞自動模型（cellar automata）模式參數(shù)隨機取樣模型（random sampling of model parameter）模糊邏輯模型(fuzzy logic)改進了的地理加權(quán)回歸（geographically weighted regression）,三

23、、計量地理學(xué)在中國的發(fā)展,20世紀50年代末，一些大學(xué)開設(shè)運籌學(xué)課程，《地理學(xué)報》等刊物上開始出現(xiàn)運用有關(guān)數(shù)學(xué)方法研究地理問題的論文。 70年代末80年代初，計量地理學(xué)正式起步。1980年5月，《計量地理學(xué)》被部分綜合大學(xué)和師范院校地理系列為專業(yè)課；中國地理學(xué)會于1983年召開數(shù)量地理研討會；1984年和1985年，正式出版了教材《計量地理學(xué)概論》（林炳耀）和《計量地理學(xué)基礎(chǔ)》（張超、楊秉庚）。

24、 20世紀80年代后期以來，地理數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用與系統(tǒng)科學(xué)、系統(tǒng)分析方法以及GIS技術(shù)有機地結(jié)合起來。,測繪科學(xué),測量學(xué),一、測量學(xué)定義 測量科學(xué)是以地球的形狀、大小、地球重力場、地球表面的地形、地貌及地物的幾何形狀和其空間位置為研究對象，并將地球表面的地形及其它信息測繪于圖紙上，以便各行各業(yè)的使用的理論與技術(shù)的學(xué)科。二、測量學(xué)的任務(wù)： 1、測定：把地面上的地物地貌測繪到地形圖上。 2、測設(shè)

25、：把圖紙上的設(shè)計放樣到地面。三、測量學(xué)的分類,,大地測量學(xué)：主要是研究地球的形狀及大小、地球重力場、地球板塊的運動，地球表面點的幾何位置及其變化的科學(xué)。 工程測量學(xué)：主要是研究在工程施工和資源開發(fā)利用中的勘測設(shè)計、建設(shè)施工、竣工驗收、生產(chǎn)運營、變形監(jiān)測及災(zāi)害預(yù)報等方面測繪理論與技術(shù)。 攝影測量學(xué)：是研究影象及遙感信息與被測物體之間內(nèi)在的幾何和物理關(guān)系，并進行分析、處理和解譯，以確定被測物體的形狀、大小、性質(zhì)及空間位置的一門學(xué)科。

26、地形測量學(xué)：主要研究地球表面局部區(qū)域的測繪理論、技術(shù)、方法及應(yīng)用，它是將局部區(qū)域地球球面近似的當作平面，無需顧及地球曲率的影響，對地球表面的地物及地貌進行測繪，因此，又稱為普通測量學(xué)。 海洋測繪學(xué)：是以海洋水體及海底地形為對象，它是研究海洋定位,測定海洋大地水準面及平均海平面、海面及海底地形，海洋重力及磁力等自然及社會信息的地理分布，并編制成各種海圖的理論與技術(shù)的學(xué)科。 地圖制圖學(xué)：研究地圖制圖的理論和方法。,,,一、測量學(xué)的目的

27、 掌握測量學(xué)的基礎(chǔ)知識及理論，具有使用常規(guī)測量儀器的基本技能；在學(xué)習(xí)大比例尺測圖的基本原理、方法及技能的基礎(chǔ)上，掌握利用GPS測量技術(shù)及全站儀進行數(shù)字測圖的整個過程，并能利用測量的基本理論、方法及技能對測量數(shù)據(jù)進行正確處理；掌握基本的施工測量方法及過程，不但能在一般工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計和施工中正確使用測繪成果，并能使用測量儀器進行一般工程的施工放樣工作。二、學(xué)習(xí)測量學(xué)要求 要求學(xué)生在掌握基本理論及方法的基

28、礎(chǔ)上，應(yīng)具備動手操作測量儀器的技能。通過實習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，并為利用所學(xué)理論與技能解決相關(guān)問題打下堅實的基礎(chǔ)。,測量學(xué)目的及要求,,測量學(xué)發(fā)展及現(xiàn)狀,科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展是由生產(chǎn)決定的，測繪科學(xué)技術(shù)也不例外。隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，測量技術(shù)也得到了很大的發(fā)展。一、國內(nèi)測量學(xué)發(fā)展 我國是世界四大文明古國之一，測繪科學(xué)技術(shù)有著悠久的歷史。從夏禹治水的簡單測量儀器到現(xiàn)代的GPS技術(shù)、伽利略計劃都顯示了我國測

29、量技術(shù)的的迅速發(fā)展過程。二、國外測量學(xué)發(fā)展 國外測量技術(shù)同樣在其它相關(guān)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展過程中得到了迅速的發(fā)展。 測繪工作十分精細嚴謹，其測繪成果、成圖質(zhì)量的優(yōu)劣將直接對國民經(jīng)濟建設(shè)有著重大的影響。為了使測繪成果更好的服務(wù)于國民經(jīng)濟建設(shè)的各行業(yè)，必須努力學(xué)習(xí)，勇于實踐，在學(xué)好傳統(tǒng)測繪理論與技術(shù)的基礎(chǔ)上，掌握現(xiàn)代測繪理論與技術(shù)。,GIS專業(yè)學(xué)科探討,遙感_地圖_地理信息系統(tǒng)_體化應(yīng)用1996.pdf關(guān)于