• 1. 1GIS基础提纲1. GIS概述 1.1 GIS基本概念 1.2 空间数据结构和管理 1.3 空间分析 1.4 地图概述 2. ArcGIS简介 2.1 ArcGIS结构 2.2 ArcGIS相关软件介绍
  • 2. 21.1 GIS基本概念信息与数据 地理信息与地学信息 信息系统和地理信息系统 地理信息系统定义
  • 3. 3如何为一小区选择合理位置?离商业中心近; 交通方便; 附近有医院和学校……要求方案2条件2方案1条件1处理、分析空间分析 算法现实世界获取医院分布信息商业分布信息道路信息学校信息等+++空间 数据库存储
  • 4. 4Geographical Information System 定义:不同领域、不同专业对GIS的理解不同,目前没有完全统一的被普遍接受的: A、GIS是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科,它将地理环境的各种要素,包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析,并在管理、规划与决策中应用。 B、 GIS是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。 ---美国国家地理信息与分析中心 C、 GIS是是在计算机软硬件支持下,以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据,并回答用户问题为主要任务的计算机系统。 D、GIS是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。 --英国教育部
  • 5. 5数据输入数据存储信息输入系统操作系统支持地理分析硬件系统地理空间数据软件系统输入设备存储设备输出设备计算机系统软件GIS软件应用分析程序地 理 数 据 库用户1.1.1 GIS的组成
  • 6. 6GIS 的硬件系统输入设备数字化仪扫描仪键 盘数字像机输出设备 显 示 器绘 图 机打 印 机校片纪录仪计算机主机存储设备光盘读写器磁带机硬盘软盘
  • 7. 7GIS的软件系统数据输入和校验数据存储和管理数据变换分析数据显示和输出用户接口模块GIS软件应用分析软件计算机系统软件操作系统汇编程序编译程序服务程序
  • 8. 8地理空间数据地理空间数据分类几何数据 关系数据 属性数据度量关系 延伸关系 拓扑关系几何坐标定性 定量用 户系统组织、管理、维护和数据更新、应用程序开发、信息提取、地理决策
  • 9. 9GIS能作什么?缓冲区分析叠加分析空间查询网络分析地形分析。。。数据采集与输入数据编辑与更新数据存储与管理空间查询与分析数据显示与输出1.1.3 GIS功能
  • 10. 10数据采集与输入现实世界文字报告、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘 等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库
  • 11. 11空间查询空间数据库哈尔滨在哪里?空间查询属性查询78路公交经过哪些站?
  • 12. 12叠加分析空间数据库 为某工厂选址,首先找出地价<1万元m; 且地形起伏较小的区域?地价<1万元m坡度小于3度的地形信息空间检索满足两条件的区域+
  • 13. 13缓冲区分析空间数据库道路的噪音影响范围?街道中心线空间检索城市环境评价
  • 14. 14空间数据库哪条路最近,如何乘车?道路信息空间检索网络分析
  • 15. 15地形分析空间数据库航道淤积, 挖槽方案比较?地形信息空间检索
  • 16. 16数据显示与输出空间数据库各种需求?各种信息空间检索
  • 17. 171.1.4 GIS主要应用领域 资源管理区域和城乡规划灾害监测 环境评估 作战指挥 交通运输 宏观决策 商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域
  • 18. 18资源管理 GIS最初起源于资源清查,是GIS的最基本的职能,目前趋于成熟的主要应用领域。资源清查包括土地资源,森林资源和矿产资源的清查、管理、土地利用规划,野生动物的保护等。GIS的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地汇集在一起,并通过统计,叠量分析等功能,按多种边界和属性条件,提供区域多种条件组合形式的资源统计和资源现状分析,从而为资源的合理开发、利用提供依据。 GIS在国际上典范中有: A、加拿大应用GIS完成全国土地资源潜力和估算 B、利用GIS进行世界小麦大面积估产的高准确率---这些说明GIS在资源清查方面的应用趋于成熟。
  • 19. 19区域和城乡规划 在进行区域和城镇规划的过程中,要处理许多不同性质和不同特点的问题,涉及多方面要素,如资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等,GIS将这些数据信息归算到城市的统一系统之中,最后进行城市和区域多目标的开发和规划,包括城镇总体规划,城市建设用地适宜性评价,城市环境选质量评价,道路交通规划,公共设施配置及城市环境动态监测等,这些功能的实现是以GIS的一些数据处理和分析算法加以保证的,如GIS的空间搜索方法,多信息叠加处理和一系列的分析软件,回归分析,投入产出计算,模糊加权评价等。
  • 20. 20环境评估
  • 21. 21灾害监测GIS方法和多时相的遥感数据,可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损失估算,确定泄洪区内人员撤退、财产转移和救灾物资供应的最佳路线,为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息。
  • 22. 22作战指挥
  • 23. 23交通运输
  • 24. 24宏观决策 GIS利用地理数据库,通过一系列决策模型的构建和比较分析,可为国家宏观决策提供依据。例如我国在三峡地区的研究中通过利用GIS和机助制图的方法,建立环境监测系统,为三峡工程的宏观决策提供了建库前后环境变化的数量,速度和演变趋势等可靠数据。
  • 25. 25GIS应用实例地点:月亮城 人物:王小虎 职位:月亮城公安局犯罪分析科科长 任务:找出犯罪形式和规律
  • 26. 26需要的信息根据地区划分的犯罪案件列表 根据地理范围的各种形式案件统计图 指定时间段、犯罪类型的案件发生图 案件发生密度 犯罪趋势
  • 27. 27提取相关数据案件发生的位置、时间、类型 详细的街道数据 地块数据 建筑物数据 社区边界 娱乐场所数据
  • 28. 28GIS功能需求地址编码 空间查询和属性查询 密度计算 图表生成 报告生成
  • 29. 291.2 空间数据结构和管理1.2.1 空间数据相关概念 1.2.2 空间数据结构和管理 1.2.3 Geodatabase
  • 30. 301.2.1 空间数据相关概念 空间数据的基本特征 空间数据的类型 空间数据的表示方法
  • 31. 31
  • 32. 32空间数据的基本特征 空间特征 表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征,一般用坐标数据表示。 属性特征 表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。 时间特征 描述实体随时间的变化,其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。
  • 33. 33空间数据类型和表示方法1. 分类数据:居民点、交通线、土地类型分布等。 2. 面域数据:多边形中心点、行政区域界限和行政单元 3. 网络数据:道路交叉点、街道和街区等。 4. 样本数据:气象站、航线和野外样方的分布区等。 5. 曲面数据 :高程点、等高线和等值区域。 6. 文本数据:如地名、河流名和区域名称。 7. 符号数据:点状符号、线状符号和面状符号等。
  • 34. 341.2.2 空间数据结构和管理空间数据的关系 空间数据的结构 空间数据的管理
  • 35. 35地理空间数据的关系拓扑空间关系(Topological Spatial Relationship) 顺序空间关系(Order Spatial Relationship) 度量空间关系(Metric Spatial Relationship)
  • 36. 36弧段名e1 N2 N1 P1 P0 e6 e2 s1e2 N3 N2 e5 P2 P0 e4 e3 s2e3 N1 N3 e6 e4 P3 P0 s3 e4 N4 N3 e5 e3 P2 P3 e2 e6 s4 始结点 终结点离开始结点的下一条弧段到达终结点的下一条弧段右多边形左多边形右多边形顺时针下一条弧段左多边形逆时针下一条弧段坐标串е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2
  • 37. 37空间数据结构空间数据结构是对空间数据进行合理的组织,以便于计算机的处理。数据结构是数据模型和文件格式之间的中间媒介,是数据模型的具体实现。 矢量数据结构 栅格数据结构 栅格结构与矢量结构的比较
  • 38. 38
  • 39. 39
  • 40. 40比较内容矢 量 结 构栅 格 结 构数据结构复杂简单数据量小大图形精度高低图形运算、搜索复杂、高效简单、低效软件与硬件技术不一致一致或接近遥感影像格式要求比较高不高图形输出显示质量好、精度高, 但 成本比较高输出方法快速,质量低,成本比较低廉数据共享不易实现容易实现拓扑和网络分析容易实现不易实现矢量结构与栅格结构的比较
  • 41. 41空间数据库的管理数据 存储数 据 库数据 管理程序库 (数据库软件)原始信息 数据库
  • 42. 42空间数据库的管理空间数据管理就是根据应用要求建立实体的数据结构和实体之间的关系,并合理组织 。 DBMS不支持空间信息的管理 ArcGIS中使用数据模型Geodatabase (geographic database),它是一种在专题图层和空间表达中组织GIS数据的核心地理信息模型,是一套获取和管理GIS数据的全面的应用逻辑和工具。
  • 43. 431.2.3 Geodatabase什么是Geodatabase Geodatabase分类 Geodatabase的结构组成
  • 44. 44什么是Geodatabase一个基于GIS和DBMS标准的物理数据存储库。 ArcGIS的核心数据模型 ●面向对象 ●表达和管理GIS数据
  • 45. 45Geodatabase的优势具有面向对象的特点 空间数据与属性数据的统一存储 可创建“智能化”的要素 支持不同数据格式间的转换 可移植 数据输入和编辑更加准确
  • 46. 46Geodatabase分类个人地理数据库(.mdb) 文件地理数据库(.gdb) ArcSDE地理数据库
  • 47. 47
  • 48. 48Geodatabase结构Geodatabase 含有四种地理数据的描述方式: 描述要素(Feature)的矢量数据 描述影像(Image)、专题格网数据和表面的栅格数据 描述表面的不规则三角网络(TIN) 地理寻址的addresses(地址)和locator(定位器)
  • 49. 49
  • 50. 50几何网络
  • 51. 51
  • 52. 52网络数据集
  • 53. 53拓扑
  • 54. 54逻辑示意图数据集
  • 55. 55
  • 56. 56
  • 57. 57
  • 58. 581.3 空间分析空间分析是基于空间数据的分析技术,它以地学原理为依托,通过分析算法,从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成和空间演变等信息。
  • 59. 59空间分析的分类分类(按照空间数据的形式) 矢量数据空间分析:矢量叠合分析、矢量临近性分析、网络分析等 栅格数据空间分析:数字地形模型分析、栅格叠合分析、栅格临近性分析、栅格统计分析等
  • 60. 60空间分析的分类分类 产生式分析(product mode):数字地面模型分析、空间叠加分析、缓冲区分析、空间网络分析、空间统计分析 查询式分析(query mode) :空间集合分析、空间数据查询
  • 61. 61空间查询与量测空间量测 空间分析首先始于空间量测,空间量测是空间分析的技术基础。 1.质心量测 2.几何量测 3.形状量测 4.距离量测 湖泊
  • 62. 62空间查询 图形与属性互查是最常用的查询,主要有两类: 第一类是按属性信息的要求来查询定位空间位置,称为“属性查图形”。 如在某地的行政区划图上查询土地利用代码为322(湖泊)的土地现状有哪些。
  • 63. 63 第二类是根据对象的空间位置查询有关属性信息,称为“图形查属性”。 该查询通常分为两步,首先借助空间索引,在地理信息系统数据库中快速检索出被选空间实体,然后根据空间实体与属性的连接即可得到所查询空间实体的属性列表。
  • 64. 64缓冲区分析 所谓缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。 从数学的角度看,缓冲区分析的基本思想是给定一个空间对象或集合,确定它们的邻域,邻域的大小由邻域半径R决定。 邻近度(Proximity)描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。
  • 65. 65 缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析 工具之一 。 点的缓冲区生成:以点为中心,以一定距离为半径画圆。 点对象的缓冲区示例: 点污染源扩散范围
  • 66. 66 线的缓冲区生成:分别对每一个顶点和每条边生成缓冲区,然后对这些缓冲区进行叠置操作。 线对象的缓冲区示例: 汽车噪音区
  • 67. 67 面的缓冲区生成:?? 若要求翠湖公园周围500米之内不允许建造高层建筑,怎样进行类似的操作呢? 通过GIS软件提供的缓冲区功能即可完成这些任务。 缓冲区的设定方法为:将作为缓冲区基础的对象选中并设为对象,通过 “缓冲区对象”对话框,对缓冲区的半径、单位、平滑度等指标进行设置后即可生成缓冲区。 公园影响范围
  • 68. 68面的缓冲区生成: 先生成多边形周长的缓冲区(线缓冲区),然后与原始多边形进行叠置操作,多边形缓冲区有内外侧之分。 面对象的缓冲区示例: 区域影响范围
  • 69. 69叠加分析 大部分GIS软件是以分层的方式组织地理景观,将地理景观按主题分层提取,同一地区的整个数据层集表达了该地区地理景观的内容。 叠加分析是地理信息系统最常用的提取空间隐含信息的手段之一。
  • 70. 70 叠加分析不仅包含空间关系的比较,还包含属性关系的比较。 GIS叠加分析可以分为以下几类:视觉信息叠加、点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形叠加、栅格图层叠加。
  • 71. 71一、视觉信息叠加 视觉信息叠加是将不同侧面的信息 内容叠加显示在结果图件或屏幕上,以便研究者判断其相互空间关系。 GIS中视觉信息叠加包括以下几类:  点状图,线状图和面状图之间的叠加显示   遥感影象与专题地图的叠加。  专题地图与数字高程模型(DEM)叠加显示立体专题图。
  • 72. 72++= ?乡镇区划图层乡镇农作物图层水系图层
  • 73. 73 视觉信息叠加不产生新的数据层面,只是将多层信息复合显示,便于分析。
  • 74. 74二、点与多边形叠加 点与多边形叠加,实际上是计算多边形对点的包含关系。
  • 75. 75++=乡镇区划图层乡镇农作物图层?
  • 76. 76 通常不直接产生新数据层面,只是把属性信息叠加到原图层中,然后通过属性查询间接获得点与多边形叠加的需要信息。
  • 77. 77三、线与多边形叠加 线与多边形的叠加,是比较线上坐标与多边形坐标的关系,判断线是否落在多边形内。 叠加的结果产生了一个新的数据层面,同时产生一个相应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息。
  • 78. 78++乡镇区划图层=?水系图层
  • 79. 79 叠加的结果是多边形将穿过它的所有河流打断成弧段,可以查询任意多边形内的河流长度,进而计算它的河流密度等。
  • 80. 80四、多边形叠加 多边形叠加是GIS最常用的功能之一。 多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作,其结果将原来多边形要素分割成新要素,新要素综合了原来两层或多层的属性。 叠加过程可分为几何求交过程和属性分配过程两步。
  • 81. 81 根据叠加结果最后欲保留空间特征的不同要求,一般的GIS软件都提供了三种类型的多边形叠加操作:
  • 82. 82多边形叠合方式: 并操作(Union) 交操作(Intersect) 擦除操作(Erase) 裁剪操作(Clip)
  • 83. 83并操作(A∪B) 保留两个图层的所有图形要素和属性数据。 A∪BAB
  • 84. 84交操作(A∩B) 保留两个图层共同的部分,其余部分将被消除。A∩BAB
  • 85. 85擦除操作(A-A∩B) 输出层保留以第二个图层为控制边界之外的所有多边形。A-A∩BAB
  • 86. 86裁剪操作 输出层保留以第二个图层为边界,对输入图层的内容要素进行截取的结果。和擦除操作相反。A-A∩BAB
  • 87. 87如何为一小区选择合理位置?离商业中心近; 交通方便; 附近有医院和学校……要求方案2条件2方案1条件1处理、分析空间分析 算法现实世界获取医院分布信息商业分布信息道路信息学校信息等+++空间 数据库存储
  • 88. 88 空间分析实例----为某小区建设项目选址目的:找出适宜小区建设的地址 标准: 在道路沿线1000米以内; 在商业中心1000米以内; 在医院1500米以内; 在名牌高中800米以内;
  • 89. 89 准备进行分析的数据: network.shp:城市市区交通网络图; Marketplace.shp:商业中心分布图; school.shp:名牌高中分布图; hospital.shp:医院分布图;
  • 90. 90
  • 91. 91道路道路缓冲区1000米buffer商业中心商业中心缓冲区1000米buffer名牌高中名牌高中缓冲区800米buffer医院医院缓冲区1500米buffer叠合分析适 宜 区 域 分析过程:
  • 92. 92道路适宜区域1000米buffer
  • 93. 93商业中心适宜区域1000米buffer
  • 94. 94名牌高中适宜区域800米buffer
  • 95. 95医院适宜区域1500米buffer
  • 96. 96城市市区道路、商业中心、名牌高中、医院的缓冲区的叠加层
  • 97. 97红色区域为同时满足: 道路条件、 商业中心条件、名牌高中条件、医院条件。
  • 98. 98空间分析实例 空间叠加分析、缓冲区应用案例
  • 99. 99汶川大地震相关损失估算需解决的问题 确定汶川地震的 分级影响范围 计算汶川地震所 涉及人口数量 估算汶川地震中 道路的损失情况
  • 100. 100地震等级及分布等相关数据; 四川省的行政边界图、道路分布图。1 、准备空间数据 四川地震等级分布图(4.5级以上)
  • 101. 101空间操作流程2、 进行空间操作地震源buffer 分级地震缓冲区overlay叠置层行政边界损失估算属性数据道路数据
  • 102. 102四川地震等级分布图(4.5级以上)2、 进行空间操作 汶川北川青川建立地震源缓冲区
  • 103. 1032、进行空间操作 地震缓冲区和行政边界叠加
  • 104. 1042、 进行空间操作 地震缓冲区和道路叠加
  • 105. 105统计地震所涉及的具体县和乡镇 及它们的破坏程度。3、进行统计分析 统计地震所涉及的人口总数。结合一些经济指标可以进行地震 损失估算。统计受地震影响的道路及破坏程度。
  • 106. 1061.4 地图概述地图定义 图层(layer)理解
  • 107. 107地图定义数学法则 地图概括 符号系统 地理信息载体
  • 108. 108图层理解一个图层就是同一组类型要素的集合,按需要定义图层内容。
  • 109. 109
  • 110. 1102 ArcGIS介绍ArcGIS是一个全面的,可伸缩的GIS平台,为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案。
  • 111. 111
  • 112. 112ArcGIS Desktop――一个专业GIS应用的完整套件 ArcGIS Engine――为定制开发GIS应用的嵌入式开发组件 服务端GIS――ArcSDE,ArcIMS和ArcGIS Server 移动GIS――ArcPa以及为平板电脑使用的ArcGIS Desktop和Engine
  • 113. 113Desktop GIS Desktop GIS包含诸如ArcMap,ArcCatalog,ArcToobox以及ArcGlobe等在内的用户界面组件,其功能可分为三个级别:ArcView,ArcEditor和ArcInfo,而ArcReader则是一个免费地图浏览器组件。
  • 114. 114ArcGIS桌面
  • 115. 115
  • 116. 116
  • 117. 117
  • 118. 118ArcGlobe
  • 119. 119桌面共享GIS扩展
  • 120. 120Server GIS ArcSDE:GIS数据库服务器 ArcIMS:GIS互联网发布 ArcGIS Server:集中提供全面的GIS功能中心服务器
  • 121. 121ArcSDE管理Geodatabase 高性能 开放的DBMS支持 多用户并发 连续存储和可伸缩 维护数据一致性
  • 122. 122ArcIMS
  • 123. 123ArcGIS Server
  • 124. 124GIS Server:运行SOC和SOM的机器 Web Server:运行web 应用程序或web service的机器 Web browsers:诸如IE,Firefox等web浏览器软件。
  • 125. 125
  • 126. 126
  • 127. 127ArcGIS Server的功能在浏览器中分图层显示多个图层 在浏览器中缩放,漫游地图 在地图上点击要素查询信息 显示文本标注 使用缓冲区选择要素 使用SQL语句查询要素 显示实时的空间数据 通过Internet编辑空间要素的坐标位置信息和属性信息 网络分析
  • 128. 128Embedded GIS 在嵌入式GIS支持方面,ArcGIS9提供了ArcGIS Engine,是应用于ArcGIS Desktop应用框架之外的嵌入式ArcGIS组件。
  • 129. 129ArcGIS Engine
  • 130. 130 Mobile GIS 在移动GIS方面,ArcGIS9提供了实现简单GIS操作的ArcPad和实现高级GIS复杂操作的Mobile ArcGIS Desktop System。
  • 131. 131
  • 132. 132Thanks for your attention!