地理信息系统原理 Fundamental of Geographic Information System (GIS)

1. 武汉理工大学资源与环境工程学院 地理信息系统原理Fundamental of Geographic Information System (GIS) 授课教师：袁艳斌 教授 办公室：资环楼3层321本人工作室 电 话：63459039 e-mail: yybjm@126.com

2. 地理信息系统原理 ---前言 一、师生相互认识。 二、学习要求。

3. 地理信息系统原理 ---前言 • 为什么要学“地理信息系统”这门课？ • 怎样去学“地理信息系统”这门课？ • 在“地理信息系统”这门课中，我们将学到什么？

4. 一、为什么要学“地理信息系统门课？ • 1） 1）人类不断利用资源、改造自然，资源的开发必然导致环境的变化，人类已意识到人、地、生（生态环境－Entironment）协调发展的迫切性，树立人与自然和环境协调发展的可持续发展观，其自觉程度决定于人与自然环境冲突的激烈程度。为了减少冲突，又能最大限度利用资源，保护环境，只有进行资源开发和环境保护的合理规划。我们知道，这种了解地球、规划和决策行为，就是一个人类如何高效、合理和科学地进行资源环境评价、规划、管理和保护的决策问题，时代的发展（模拟时代－>信息时代－>数字时代），出现的以GIS为代表的时空一体化信息处理软件工具，如何应用并初步了解资源环境研究中这种空间信息技术，增强主动参与诸如生态环境等实施过程的积极性（也为自己提供了更多的机会）；

5. 一、为什么要学“地理信息系统”这门课？ • 2） 一个问题： • 设想在20世纪60年代，你作为一个大国自然资源和开发国家部门工作的一员，在你管理众多资源的范围内，职责之一是清查编目所有可利用的森林和土地、矿产资源、野生动物分布区需求、水体可利用程度及其数量。更重要的任务是怎样评价正在开发的资源，并预测这些资源在未来10年、20年乃至100年，其可利用性及其数量将如何变化？

6. 20世纪60、70年代，随着资源开发与利用、环境保护等问题的日益突出，人类社会迫切需要一种能够有效地分析、处理空间信息的技术、方法和系统。此阶段，计算机软硬件技术得到飞速发展，与此相关的计算机图形和数据库技术也开始走向成熟。这为地理信息系统理论和技术方法的创立提供了动力和技术支持。虽然计算机制图(Computer Cartography)、数据库管理（Database Management）、计算机辅助设计(Computer Aided Design)、管理信息系统（Management Information System，简称MIS）、遥感、应用数学和计量地理学等技术能够满足处理空间信息的部分需求，但都无法全面地完成对地理空间信息的有效管理和处理。 人类生活在地球上，对地球上资源的依赖是实时的、永久的。空间信息则是研究地球最直观的基础信息资源。空间信息，由于它具有区域性、时序性和多类型、多来源、多维数、多主题、多数据量等，是人类生存和社会活动中连接各种信息，形成在空间和时间上连续分布的综合信息的基础。 一、为什么要学“地理信息系统”这门课？ • 3） “地理信息系统（GIS）”产生的历史背景和原因

7. 一、为什么要学“地理信息系统”这门课？ 应用GIS进行资源空间信息管理和处理，建立专题地理信息系统的设计与实现不仅需要各类专业知识，还需要相当水平的计算机知识、需要信息系统的设计能力，需要应用GIS软件实现设计与组织实施的能力，此类人才的缺乏已成为资源信息研究领域GIS推广应用亟待解决的问题。 据统计，目前世界各国各级政府和商业数据库中，80%的信息与实体空间位置有关。因此，地理信息系统GIS（Geographic Information System, 缩写为GIS）就成为一门与人类生存、发展和进步密切关联的信息科学与技术，在资源研究和应用的领域越来越广泛。运用GIS解决的资源问题大到人类普遍关心的全球人口、资源和环境（矿产资源、土地资源、人口及相关资源的管理）和协调发展问题，小到一个工程的选址、一块耕地的利用。 • 3） “地理信息系统（GIS）”产生的历史背景和原因

8. 一、为什么要学“地理信息系统”这门课？ (4)遥感是关于从一定距离使用各种传感器获取特定目标的各种图象，并对这类图象进行处理和分析以提取信息的技术。 (1)计算机制图着重于数据分类和自动符号表达。归根到底是利用计算机技术代替传统的手工制图，实现工程图形的计算机处理。主要处理规则几何图形，同时数据库管理功能缺乏。 (2)数据库管理系统主要实现对非图形数据的管理。 (3)计算机辅助设计偏重于设计并对所设计的物体用图形符号进行表达。确切的说，计算机辅助设计是在人的参与下，以计算机为中心的一整套系统对设计对象的最佳设计，即辅助设计人员完成包括资料检索、计算、确定图形形状、自动绘图和打印等一系列设计过程。功能相对较为单一，无法同时处理图形、图象、数字等。 • 3） “地理信息系统（GIS）”产生的历史背景和原因

9. 一、为什么要学“地理信息系统”这门课？ (5)管理信息系统是一个由人 、计算机等组成的能对信息进行收集、传递、存储、加工、维护和使用的系统。归纳起来，管理信息系统的主要功能有如下几条： a)尽可能及时全面地提供信息和数据，以支持达到系统目标的决策； b)准备和提供统一格式的信息，使各种统计工作简化； c)利用指定的数学方法分析数据，可以根据过去的数据预测将来的情况； d)对不同的管理层次给出不同的要求和不同细度的报告，以期最快、及时作出决策； e)有效地利用管理信息系统的人和设备，使信息成本最低。 往往停留在数据级上支持管理者。 • 3） “地理信息系统（GIS）”产生的历史背景和原因

10. 一、为什么要学“地理信息系统”这门课？ (6) 在各种应用数学基础上发展起来的计量地理学强调的则只是空间研究，但它的研究对象主要与下列内容有关： a)空间与过程的研究：这是关于地域分布与地域过程的研究，主要查明地表事物的分布位置、成因及变化。 b)生态研究：主要对人地关系的研究。 c)区域研究：主要是地理区域的相似性和差异性研究。 • 3） “地理信息系统（GIS）”产生的历史背景和原因

11. 一、为什么要学“地理信息系统”这门课？ 综上所述，CAD等系统功能相对较为单一，无法同时处理图形、图象、数据库管理、空间分析等问题。在此情况下，地理信息系统理论和技术方法的出现就是历史的必然。事实上，地理信息系统理论和技术也可以看作是计算机图形学、CAD、MIS、数据库管理、遥感与计量地理学等学科综合发展的产物 。

12. 一、为什么要学“地理信息系统”这门课？ • 这是一门什么性质的课？ • 基础素质教育课 • 基础理论课 • 专业理论课 • 基本技能课

13. 二、怎样去学“地理信息系统”这门课？ 教 材： 地理信息系统原理讲义 袁艳斌 俞艳 编 武汉理工大学教材中心 G I S：A Visual Approach 地理信息系统：可视化方法 Bruce E. Davis 武汉理工大学教材中心

14. 二、怎样去学“地理信息系统”这门课？ 学习参考书： 【1】  陈述彭，鲁学军，周成虎，地理信息系统导论，科学出版社，1999 【2】 邬伦，地理信息系统原理、方法和应用，科学出版社，2001 【3】 龚健雅，地理信息系统基础，科学出版社，2001 【4】 龚建雅，当代GIS的若干理论与技术，武汉测绘科技大学出版社，1999 【5】 吴信才，地理信息系统设计与实现，电子工业出版社， 2001 【6】 边馥苓，地理信息系统原理和方法，测绘出版社，1997 【7】 李志林，朱庆，数字高程模型。 武汉测绘大学出版社，2000 【8】 李旭祥， GIS在环境科学与工程中的应用，电子工业出版社，2003

19. 参 阅 网 站： • http://www.gisempire.com/bbs/index.asp （GIS帝国论坛） • http://www.esrichina-bj.cn/ （ESRI中国（北京）有限公司） • http://www.gissky.net/ （GIS空间站） • http://china.gischina.com/gisforum/ • http://www.esri.com.cn(ArcInfo/Arcview) • http://www.mapinfo.com.cn(MapInfo) • http://www.autodesk.com (AutoCAD) • http://www.mapgis.com.cn(MAPGIS) • http://www.appollo.com（TITAN GIS/PCI） • http://www.supermap.com(北京超图） • http://www.rsgs.ac.cn（中国卫星地面站） • ....

20. 参 阅 期 刊： • 武汉大学学报 • 测绘学报 • 测绘通报 • 遥感学报 • 地理科学 • 空间科学学报 • 中国图象图形学报 • 解放军测绘学院学报 • 地理研究 • INT，J. Geographical Information Systems • Photogrammetric Engineering and Remote Sensing • Computer Vision, Graphics and Image Processing • Cartography and Geographic Information Systems • ....

21. 二、怎样去学“地理信息系统”这门课？ • 拟采取的教学方法： • 课堂讲授：教材十分丰富，各有侧重点，没有必要每本都去仔细阅读，这需要同学们自己开拓性的补充学习 • 课堂讨论：鼓励踊跃参与讨论，随时提出问题 • 专题调研：能针对具体问题，鼓励自己动手查资料和上机实验，最好能根据自己的心得写出科技小论文 • 网络资源：充分利用网络信息资源 • 实地考察：有条件，可以尝试对学校的空间布局环境等进行实地采集并在计算机上尝试处理 • 考试方式： • 百分制： • 期末考试70%+(平时按时上课＋课堂讨论＋实验作业）30%

22. 二、怎样去学“地理信息系统”这门课？ • 学习理念： • 1、树立良好的专业思想：信息时代对人才的需求，必须是掌握高新信息技术的复合型人才，而技术依托于专业知识而存在，任何人才都需要在有牢固专业思想的前提下，努力吸取现代高新信息技术，是决定我们自己能否积极主动学习，获取专业知识，取得事业成功的前提条件。 • 2、与资源环境专业知识结合：以GIS为核心的系列空间信息技术是以资源环境等空间信息为研究对象的边缘交叉学科，需要计算机技术基础学科的支持，同时，技术性学科需要与专业知识结合，才有其强大的生命力；当前技术与专业知识已趋于多学科交叉、渗透和融合的阶段，大学培养的人才不具有扎实而宽广的专业知识面，将直接影响到专业知识水平和今后的发展前途。开设地理信息系统的目的，也正在于此。

23. 二、怎样去学“地理信息系统”这门课？ • 学习理念： • 3、较强的数理基础及较高的计算机及外语水平：随着资源环境工作信息化时代的到来，计算机技术的普及使环境调查、监测、评价等工作的定量化成为可能。特别是作为处理环境空间信息的GIS核心技术的出现、发展和应用，这类复合型应用人才需要较强的数理基础，同时为了能及时地了解国外的学科研究和发展现状，开展国际学术交流，都需要较高的外语水平。 • 4、创新性学习的意识：科学是在不断开拓、不断创新基础上发展的，没有创新就不可能有发展。为了适应现代科学技术的发展和知识的更新，发挥我们大学高层次人才自已的主观能动作用，勇于开拓、善于创新，是现代高素质复合型人才的必备条件。只有这样也才能适应社会人才市场的选择。 • 5、良好的协作精神和较强的组织管理能力：社会各行业、领域正在向多学科、综合性方向发展，在你们学习或现在及将来参加的研究课题都需要组织不同学科、不同专业的人才联合攻关，这就要求复合型人才必须具备良好的协作精神和较强的组织管理能力，这样你们才能成为跨世纪的新一代知识技术复合型人才。现在学习时，更需要如此，可以起到事半功倍的作用。

24. 二、怎样去学“地理信息系统”这门课？ • 学习方法： • 1、地理信息系统学科的很多基础知识，从技术角度，多取源于计算机软件和硬件知识，同时也构建于计算机编程语言及各类计算机操作平台、计算机图形学、计算机辅助制图、数据库、三维可视化技术等之上，因此，学好地理信息系统的前提是系列计算机软硬件技术，目前主要是程序设计、数据库、计算机地图制图等技术。 • 2、地理信息系统是一门以应用为主的技术学科，在学习时，一定要理论联系实际，在学习该课程时，注重在计算机上进行相应软件操作和进行实践。 • 3、在应用各种工具型GIS软件时，不要贪多，学好某一种功能较好、较全且易于上手和实用的软件，以及应用型专题GIS系统。在此基础上，再逐步扩充学习。 • 4、不要上手就想学习基于开发平台进行地理信息系统开发，特别不要在初期就想用高级语言从底层进行系统软件或模块开发，这样可能会适得其反。 • 5、在课堂学习之外，要从Internet、期刊和图书馆多查阅GIS在资源环境与城乡规划管理中的应用文献，，加深GIS对社会功能的认识，拓宽自己的知识面。

25. 二、怎样去学“地理信息系统”这门课？ • 学习方法： • 6、平常第二课堂的学习和观察时，更多接触的是地理空间实体，可多用你们所学的GIS系列知识，考虑这些实体的数字化采集、管理、分布和规划等。 • 7、课堂教学、实习课时间和内容是有限的，同学们之间要多交流，自己要多寻找上机的机会，对各类GIS软件的功能进行尝试，久而久之，就会对GIS数据管理、分析、图件制作功能有充分的认识，也会自然地运用到空间科学问题的研究中。 • 8、在学习该课程时，所需的实例和素材，从哪儿来？这直接影响到掌握技术的程度。首先各类GIS相应的软件都或多或少带有空间性问题实例，也有大量应用素材；第二，应主动参加老师们的科研项目；第三，结合日常对自己周围空间分布合理性现象的观察，动脑自己建立一些素材进行实验，这一点十分重要，是培养我们创造性和创新性能力的重要源泉。 • 9、一定要有耐心，不要急，地理信息系统是一个工程体系，它设计遥感、测绘、计算机、地图学、数学建模及环境科学专业知识，在学习各门知识时，要学会联想学习，知识渗透。 • 10、勇于求教，善于交流，不断拓宽自己的知识面，注意的是，在拓宽自己知识面时，要注意与社会对空间信息科学与技术人才需要的方向相结合。

26. 二、怎样去学“地理信息系统”这门课？ • 资源环境与城乡规划管理专业： • 总学时：48 • 其中：理论30学时，实验18学时 • 地理信息系统专业： • 总学时：56 • 其中：理论32学时 • 配套课程：《GIS软件应用》32学时

27. 三、在“地理信息系统”这门课中，我们将学到什么？三、在“地理信息系统”这门课中，我们将学到什么？ 教学大纲（仅供参考） 总学时：56；周学时：4； 其中：理论32学时，实验24学时 学习内容 教学日历 专业词汇 地理信息系统（GIS） 武汉理工大学资环学院区域城乡规划系 袁艳斌

28. 思考：作为当前区域规划专业人才，结合所学专业知识和社会需求思考学习地理信息系统的必要性！思考：作为当前区域规划专业人才，结合所学专业知识和社会需求思考学习地理信息系统的必要性！ 地理信息系统（GIS） 武汉理工大学资环学院区域城乡规划系 袁艳斌

29. 第一章：地理信息系统概述 地理信息系统（GIS） 武汉理工大学资环学院区域城乡规划系 袁艳斌

30. 武汉理工大学资源与环境工程学院 Thank You !