北京大学遥感与 GIS研究所
程承旗
地理信息系统概论
课程大纲
?地理信息系统的概念与原理
?地理信息系统的构成
?地理信息系统的作用
?地理信息系统的数据结构
?地理信息系统的效益评估方法
?地理信息系统的历史与发展趋势
?地理信息系统的基本概念与原理
地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。
GIS的定义
1。历史定义:地理信息系统是以地理空间数据为基础,在计算机软
硬件的支持下,对空间相关数据进行采集、管理、操作、模拟、分
析和显示,并采用地理模型分析方法,适时提供多种空间和动态的
地理信息,为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系
统。地理信息系统从外部看,它表现为计算机软硬件系统,其内涵
是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型,是一个
逻辑缩小的高度信息化的地理系统。信息的流动及信息流动的结果,
完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真,地理学家可以在 GIS
的支持下,提取地理系统的不同侧面、不同层次的空间和时间特征
信息,也可以快速模拟自然过程的演变和思维过程,取得地理预测
和实验的结果,选择优化方案,避免错误的决策。
2。现代定义:地理信息系统是空间数据的管理系统。
地理信息系统之
要义
… 一切信息都可
图形化
地理信息系统( GIS)是什么?
空间数据 属性数据
空间数据和属性数据的综合体
能让你轻易找到工业园 5英里内
和 20年以上年轮属性的所有桥梁
Name Address Town St,Zip
GIS

G IS
GIS的数据采集功能
用于大型 GIS工程 应用领域:
测绘 勘测 规划 土地
交通 管线 农林 水利
环保 油田 地质
军事 ……
GIS可以做什么 —— 数据管理
GIS可以做什么
? 管理海量数据
GIS可以做什么
? 浏览
查询
GIS可以做什么?
? 专业性分析
GIS可以做什么?
? 路径分析
GIS可以做什么
? 地图整饰
GIS可以做什么?
? 动态分段
GIS可以做什么
? 断面分析
GIS可以做什么
? 格网分析
GIS可以做什么
? 生成数字地面模型
? 三维地下体分析
GIS可以做什么





GIS
技术 学科
1,项目 GIS
2,部门 GIS
3,企业 GIS
4,社会 GIS
?GIS的组成与发展阶段
逻辑维
知识维
时间维
GIS 三维结构
明确目标 系统分析
资料收集 系统优化
指标设计 决策制定
系统综合 计划实施
逻辑维
计算机科学 城市科学
地理学 信息论
测绘遥感学 应用数学
环境科学 管理科学
知识维
时间维
意向阶段 系统开发设计
研究阶段
规划阶段 调查阶段
调查研究阶段 安装阶段
总体方案研究阶段 运行阶段
GIS的相关学科
地理学
GIS
遥感技术
摄影测量学
数学和统计学
制图技术
计算机科学
专家系统计算机图形学计算机辅助设计数据库技术软件工程
GIS应用的构成
空间数据
管理
视窗
生产力
因特网

局域网
数据
集成
开放的
标准
GIS的构成
硬件:计算机、外设、网络设备
软件,计算机系统软件
地理信息系统软件
应用分析软件
GIS的主要应用程序及与硬件的关系
? 输入、数据采集 ( 数字化仪、扫描仪 )
? 建库、数据管理 ( 服务器、工作站 )
? 查询、空间分析( 服务器、工作站 )
? 决策支持、上网 ( 服务器、工作站,)
? 制作专题图 ( 服务器、工作站)
? 输出 ( 绘图仪 )
Zip Code
Centroid
94102
94103
?空间数据结构
? 点
? 线
? 面
? 集合
? 构造适用坐标
? 对坐标量无 限制
?矢量数据
?栅格数据
南川市
李渡区
长寿县
垫江县
渝中区
丰都县
彭水苗族土家族自治县
南岸区
沙坪坝区 江北区
九龙坡区
大渡口区
巴南区
江津市
隆昌县
安岳县
潼南县
大足县
荣昌县
永川市
武胜县
合川市
渝北区
邻水县
石柱土家族自治县
忠县
武隆县
华蓥市
铜梁县
璧山县
北碚区
双桥区
0, 0 7, 5 1 5, 0 2 2, 5 3 0, 0 3 7, 5 k m
区县区划图
河流
机场
区县界线
主要公路
县区政府驻地
西苑
颐和园
西北望
玉泉山
卧佛寺
香山
八大处
西郊机场
黄庄五里坨
B E IJ IN G 1, B M P
北京街区
铁路
水域
城区边界
L a b e ls o f 主要地名
主要地名
矢量图
栅格图
空间数据
<layer>_SDOINDEX
SDO_GID SDO_CODE SDO_MAXCODE
1013 T2 T2FFFF匜
1013
1013
T320
T302
T320FF匜
T302FF匜
贴片
? 每个特征都由贴片索引
? 基于树型结构
– 存储在 B+ 树型索引
? 索引点、线、面
? 支持通过 SQL大数据量的
读取及存储
?GIS的应用领域
地理逻辑
绘图
绘图机构
地质测绘
环保机构
地方政府
人口局
税务部门
旅游
服务业
公用事业
公司
企业 教育
交通运输
部门
GIS的现状(应用领域)
1、基础空间数据建设部门
传统的建设和应用 GIS的部门,有近 15年的数据建设历史
基于计算机和网络的应用,相互间无共享机制,数据不对公
众公开。数据格式多样化。空间与属性相关的数据分离存储。
2、市政设施部门
均为工程应用部门。设备数据库、空间数据库。
3、公众服务部门,近 5年开始进行信息化建设。
4、金融服务部门,部分数据库具有空间特征。
5、社会经济部门,多数数据库不具备空间属性。
GIS用户主要分布的行业
空间基础数据建设部门:勘测测绘、遥感等
城市市政管理部门:规划、土地、房地产、市政水电气
能源部门:石油、天然气、地质
自然利用:农林、水利、环保
公众服务部门:公安、消防、紧急救援
金融服务部门:银行、保险
社会经济部门:统计局、信息中心
?GIS的效益评估方法
1、直接效益:
软件效益、工程效益、服务效益
2、间接效益:
科学决策效益、快速决策效益
成本
时间
手工操作
计算机管理
GIS的实践效益
GIS项目的投资情况分析
GI S 应用产业的利润的主要来源存在于整个工程项目的过程中,一个工程项目对开发商来说
大体的利润来源可以从下列项目过程获取:
占整个项目的百分比 30 % 20% 2 0% 15% 15%
开发商可获取的利润比 10 % 5% 3 0% 100 % 3 5%
根据一份调查资料表明,199 0 年我国软件销售额只有 2, 2 亿元,19 98 年提高到约 150
亿元。近几年系统集成商获得的利润当中将有 50 % 来自于应用软件的销售。
数 据 采 集
与建库
硬件集成 G IS 软件
销售
培 训 咨
询服务
应 用 系
统开发
地理信息系统是 IT的支柱性产业
大规模
交易
处理
分布式计算
多用户数据接口
Row Locking
地理信息系统( GIS)的传统
挑战
? 孤立的、各自为政 的部门
? 专有的 数据,程式化的编程语言
? 昂贵的 软硬件平台
? 工具使用的 艰难
地理信息系统( GIS)的发展
趋势
? 向非 GIS用户发送空间数据
? 方便地在你更大的信息系统中集成空间信息
? 维护 准确的、无缝连接的实时数据
? 提供 快速的数据接入
? GIS走向网络化
? GIS,GPS,RS一体化
? GIS工程化
? Tools (工具 )
? Centralized (集中式 )
? Standalone (孤立的 )
? GIS Data (GIS数据 )
? Mapping System
? Legacy data migration
? Isolated spatial analysis
? Integrated technology
? Distributed (分布式 )
? Embedded (嵌入式的 )
? Spatially enabled data
? Database System
? Legacy data access
? Enterprise spatial analysis
GIS的发展趋势,从专业应用 融入 IT 潮流
(制图系统 )
(现有数据的转换 ) (现有数据的访问 )
(数据库系统 )
(空间相关的数据 )
(基于集成技术)
(独立的空间分析 ) (企业级的空间分析 )
GIS的发展趋势,OPEN GIS
15
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G I S μ? ·¢ ?? ·? ?ò - ?a ·? μ? G I S
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G I S êy ?Y ·? ê? ?? D á? ?ó 1í ?à o¤ ?ˉ 3é
GIS的发展趋势,超图空间数据仓库
Geo 应用
OGIS API
RDBMS
无中间件
任何应用
CHINA_ID Geometry 市名 面积 总人数 GeoMetry_S
K6 5 0 1 0 1 长二进制数据 乌鲁木齐

12855 2 1 3 3 2 9 2 1`vp
数字地球与 GIS
数字地球就是对真实地球及其相关现象的统一性的数字
化重现和认识。数字城市是数字地球的具体实现。
巨大的数字地球由下列体系组成:
? 数据采集与更新体系
? 数据处理与储存体系
? 信息提取与分析体系
? 数据与信息传播体系
? 数据库体系
? 网络体系
? 应用模型体系
? 专用软件体系
? 标准与互操作体系
数字地球与 GIS
数字地球需要的新理论和技术:
数据获取与更新(数据源、空间数据的采集与数据库)
网络、计算机硬件、数据与信息传播
数据处理、储存、数据库、信息提取与分析
GIS互操作技术、虚拟现实技术,WEB GIS技术等
主要的 GIS产品供应商
E S R I
19%
I n te r g r a p h
20%
L a n d m a r k
G r a p h i cs
11%
S i e m e n s N i x d o r f
I n f o syst e m e
9%
S m a l l w o r l d
S yst e m s
4%
A u t o d e sk
6%
B e n t l e y S yst e m s
4%
M a p I n f o
4%
O t h e r
23%
D a ta Q u e s t 1 9 9 7 G I S M a r k e t Sh a r e W o r l d w i d e,
S/ W O n l y,A l l O p e r a ti n g Sy s te m s
S o u r ce, D a t a Q u e st,D e c,1 9 9 8
?INTERGAPH
?ESRI
?AutoDesk
?BSI
?Smallworld
?MapInfo
?Seimens
?Landmark
?Other
DeLorme,Maptitude,Precision Mapping,etc.
GIS的现状(软件领域)
?÷???? G I S ?ú ?·??????
? I N T ER G R AP H
? ES R I
? Au t o D e sk
? Ma p I n f o
? Si me n s
? Ma p G I S
? G e o St a r
RDBMS
(NT or UNIX)
数据服务器
GIS Office
(Client 1)
GeoMedia
Professional
(Client n)
Internet
Internet Explorer Netscapeor
GeoMedia
Web Map
+
RDBMS
(NT Server)
Web 服务器
Intranet
GeoMedia
GeoMedia
Professional
GeoMedia
GeoMedia
Network
客户端的浏览查询( 规划,管线,交通,社会经济信息等查询 … )








GIS的标准应用流程图
数据更新,编辑及制图
GeoVec
Office
(Client n)
GeoVec
Office
(Client 1)
数据采集,建库
(地形管网及规划图纸扫描矢量化)
市区规划管理系统
地下管线管理系统
道路交通管理系统
(Client 1)
(Client 2)
(Client n)
(Client n+1)
GeoVec
Office
Client n)
GIS数据库的管理
MTA
三维地形分析
? 超过 70%的 GIS项目资金用于数据采集和
数据管理
? 数据库是 GIS最主要的资产
从上可知:
地理信息系统首先是一个 数据库解决方案,其次
才是 一个地理化应用
– 来自, Harlow 报告,
真正的数据库问题
实现
空间数据仓库的目标
GIS桌面
客户机
Web
浏览器
MIS
应用
专用空间
数据
Records Spatial
集中式空间信息管理
为他人传送数据的需要
? 制造和维护数据
? GIS 部门
? 专业用户
? GIS的近 30年历史 开发者
用户
浏览者
10
100
1000
如何与 GIS的用户沟通
1、了解他们的真正需求(需求软件的功能、解决方案的成效、
其它)
2、了解用户的 GIS应用背景(客户现有的数据情况、对数据
库的要求,GIS的应用情况)
3、了解客户做项目的方式
4、了解客户的项目投资情况
5、了解客户的项目与技术决策人