七章GIS系统及其应用.ppt

1,第七章 GIS系统及其应用,2,7.1 GIS产品的应用模式 7.2 GIS的主要应用市场 7.3 GIS 应用模型 7.4 国内外GIS产品简介 7.5 Mapinfo Professional简介,3,7.1 GIS产品的应用模式,一、GIS的应用模式 目前GIS应用已成为多层次，不同尺度的应用格局。 主要表现在下面几方面： 1）GIS应用专业化 2）GIS应用社会化 3）GIS技术与其它技术的集成和渗透。,4,目前GIS的应用领域不断扩大,但基本上向大型和小型两个方向发展。 1、 GIS应用专业化 这是传统意义上的GIS，其特点是： 强有力的数据输入与输出功能 多种空间分析功能 应用面宽,有矢栅数据结构 如ARCINFO 、MGE,5,2、 GIS应用社会化,面向社会公众的桌面GIS，以它的简单通用占领市场，随着WEBGIS的发展其网络化趋向十分明显。 特点： 1）无拓朴数据结构，空间非空间数据趋向统一； 2）内置关系数据库并支持各种商用数据库； 3）完备的地图制作功能； 4）初步的分析功能； 5）嵌入开放的标准开发工具； 6）向Internet 接轨 主流产品包括:Mapinfo公司的 Mapinfo Professional ESRI公司的 Arcview Intergraph公司的 GeoMedia,6,随着网络技术的发展，许多国家级GIS 要求各部门之间异地共享资源，其特点是： 分布式网络GIS 系统开放, 以融入其它功能软件 连续的空间数据库,以适应连续的地理空间.,3、 GIS应用网络化,7,二、GIS和应用系统的集成,基于数据交换的简单集成； 基于相同数据结构的整体集成； 基于组件方式的无缝集成；,GIS技术与其它技术的集成和渗透，形成各种集成系统。其集成程度各异。可以是：,8,1、基于数据交换的简单集成 这是一种简单通用的方法。 这种方法中，GIS和应用模型是分开的两个系统，两者之间的联系只是数据交换，即共享空间数据。 整个系统的输入、输出和预处理由GIS完成。,共享数据库和数据文件,用户界面,用户界面,GIS,应用模型,9,2、基于相同数据结构的整体集成,这种系统中，GIS和模型之间具有公共的界面和透明的文件，信息可共享和转换 。 实现集成的方法同所选GIS 产品提供的二次开发功能有关。可用GIS产品提供的二次开发语言如ArcInfo的AML语言实现应用模型和GIS之间的集成；也可用系统提供的模型接口实现集成。,共享数据库和数据文件,公共用户界面,GIS,应用模型,10,3、基于组件方式的无缝集成,这是真正意义上的系统集成，由于将GIS 和应用模型嵌套在一起，使整个系统具有很高的灵活性和可操作性。 集成后可以使模型系统成为GIS功能的一部分；也可以将GIS整合到模型应用系统中成为应用系统的一部分。,多数据源,GIS系统 应用系统,用户界面,11,7.2 GIS的主要应用市场,GIS是一门以应用为目的的信息产业，它的应用已深入到各行各业。总的来说，相当一段时间内，我国GIS应用的三大主体市场是： 政府部门 企业应用 公众信息服务,政府部门是GIS的重要用户，是GIS应用的主体。它们既是GIS的主要用户，也是城市空间数据的主要生产、使用和管理者。,12,1、政府GIS（GGIS Government GIS）,据统计，政府机关管理、分析和决策所用的政务信息中，有85%以上的信息与空间有关。这意味GIS在政府信息化中具有巨大潜力。 目前，在我国各中央部委如水利、交通、农林、地矿、环保部门纷纷建立了为领导提供信息咨询和辅助决策的综合信息系统。许多城市中，在城市建设规划、城市管理、土地管理、房产管理部门建立了GIS应用系统。部分城市的城市规划、土地管理等部门，已将GIS应用系统作为日常办公的业务系统。,13,2、军事GIS （MGIS Military GIS),军事GIS属于政府GIS范畴，但为满足军事需求，它具有很多特殊性。军事GIS的应用主要包括： 用数字式地图代替了笨重的模拟地图，并利用各种数字地图，实现地理查询； 以地形分析为代表的空间分析的广泛应用，包括距离量测、面积量测、武器打击轨迹分析、战场模拟、行军路线、应急线路分析、越野机动、涉水分析、通视点分析等； GIS同其他系统集成的应用，如军事GIS和RS、GPS、通讯情报等紧密地联系在一起，形成一个多功能的统一军事指挥系统。,14,3、企业GIS（ EGIS Enterprise GIS),目前，企业GIS在国内刚起步，在国外已有较多的应用，并形成了商业地理分析这门技术。目前，企业GIS应用主要指企业设施管理、商业管理与决策问题等。 GIS在商业管理与决策中，主要用在商业网点布设、物流管理、客户关系管理（CRM）、电子商务处理中。以便企业了解客户、合作伙伴、资源、商业竞争对手的空间分布及规律。,15,4、公众GIS,信息服务业是21世纪最具有发展潜力的产业之一。通常将直接为公众提供信息服务，辅助公众进行行为决策的GIS称公众GIS。 随着网络GIS、计算机技术和通信技术的发展，尤其是无线通信的广泛应用，在公众信息服务中开始出现为公众提供空间信息服务的公众GIS、移动GIS系统。,16,1）公众GIS的主要特点是： 数据采集要有全面性和现势性； 数据传输以无线通信为主； 数据表现除了使用电子地图外，大量采用多媒体形式，以减少操作难度，增加友好性。,17,2）公众GIS的主要应用 城市公共信息服务公众GIS的主要应用。 如汽车导航服务、智能交通、城市紧急呼叫、城市交通管理、公安部门及个性化服务等等。 GIS在面向公众的公众信息服务中应用，小到改变个人生活质量，大到提高社会国家安全等方面，具有寛广的前景。 GIS公众信息服务体系的建立需要有公众GIS平台的支持。其中无线接入方式是信息服务的主要方式；无线移动定位是其定位的主要方式；手机、PDA（Personal Data Assistant数字助理）、手提式电脑是空间信息服务终端。,18,5、GIS在地学领域中的应用,GIS起源于地学领域中的应用，目前在地学及其相关领域中，GIS已得到广泛应用，并出现了许多以GIS为主要支撑技术的信息系统如： 自然资源信息系统（Natural Resources Information System）： 资源与环境信息系统（Resources and Environment Information System）： 土地资源信息系统（Land Resources Information System）： 地学信息系统（georelational Information System）： 地球科学或地质信息系统（Geoscience or geological Information System）； 空间信息系统（Spatial Information System）； 空间数据分析系统（Spatial Data Analysis System）； 空间数据处理系统（Spatial Data Processing System）等等。,19,GIS在地学领域中的应用面很广泛，涉及到经济、社会、资源、环境、管理等因素。 从区域范围来讲 大到全球、全国，小到乡村； 从专业领域来讲 涉及农业、林业、水利水土保持、环境、生态、土地、城市、园林等众多与地学相关的领域； 从解决的问题来讲 涉及到管理、评价、规划决策、监测等各个环节； 从GIS功能来讲 涉及空间数据的可视化、空间数据管理、空间分析； 从技术方法上讲 涉及到GIS技术、GIS和其它技术集成，尤其是GIS和专业模型的集成。,20,7.3 GIS 应用模型,GIS的应用模型是GIS技术应用向深层次发展的主要内容。,21,一、GIS的应用模型类型,1、模型结构分类 1）数学模型（理论模型）如DEM模型 2）统计模型（经验模型）如回归方程 3）概念模型（逻辑模型）如专家系统 2、按数据类型看模型分类 1）非空间数据结构模型 模型的建立直接使用属性数据，而后同空间数据匹配； 2）空间数据结构模型 模型的建立直接使用空间数据；,22,3、从系统角度看模型分类 1）GIS系统提供的模型 2）用户的二次开发模型 4、从研究对象的状态分类 1）静态模型 研究地理要素相互作用的格局； 2）半静态模型 研究应用目标的变化影响； 3）动态模型 研究目标的时空动态演变及趋向。,23,二、GIS应用模型的构建,1、 GIS应用模型的构建途经 1）在GIS环境内构建模型 这种模型的构建能充分利用GIS本身具备的各种资源，开发效率高 2）在GIS外部构建模型 这种模型的构建基于GIS的空间数据管理及输出功能，而模型的分析功能利用其他应用软件或脱离GIS开发的软件实现。 3）混合型的模型构建 这种模型的构建既要充分利用GIS本身具备的各种功能，又要最大限度减少自行开发的工作量。,24,2、 空间统计分析和应用模型,空间统计分析主要用于空间数据的分类和综合评价。 包括: 空间数据的处理和统计计算; 非空间数据的处理和统计计算; 空间数据之间相关性和内在联系分析计算。,25,常用的统计分析模型: 模型类 模型例 目的 变量分类模型 聚类分析 将客观事物划分成几个性质相对一致的部分以简化 分析过程，易找到规律 变量筛选模型 因子分析 分析哪些因素对研究的事物起主导作用 评价模型 综合评价模型 根据决策者的评价标准，对客观事物评价 因素间关系模型 回归分析 研究因素之间关系并进行定量描述 预测规划模型 线性规划 确定客观事物的利用、调正和控制的方案 目标规划 动态规划 动态仿真模型 系统动力学模型 确定客观事物的运动规律作为调正和控制的依据,26,3、专家系统,专家系统（Expert System)是模拟人类专家思维过程，将领域专家的知识和经验以知识库的形式存入计算机，系统根据这些知识，对要求解的问题进行复杂推理，从而作出判断和决策，起到了领域专家的作用。 专家系统主要用于解决非结构化问题，地学领域存在大量非结构化数据。 专家系统中知识和推理是专家系统的核心。 知识是专家系统生存的基础，知识的表示有各种方法和规则； 推理是专家系统的灵魂，推理分正向和反向。,27,专家系统的基本结构,用户,用户接口,知识获取,知识库,数据库,推理机制,解释模块,将知识变为 计算机使用的形式,知识转换为一系列 描述实体的规则,将知识和用户信息 结合，经推理形成结论,将推理结论进行 解释说明,28,7.4 国内外GIS产品简介,一、国外GIS产品 1、 ESRI 公司和Arc/info系列 1）ESRI 公司 ESRI（Environment System Research Institute) 美国环境系统研究所，创建1982年， 1000人； 80年代进入中国，在国内最有影响的国外GIS开发商；产品已成为GIS主流。,29,Arc/info UNIX、Arc/info PC； Arcview GIS； ArcGIS 8.x (产品系列）2001年9月起推出8.1， 8.3 包括： ArcGIS Disktop（ 含Arc/info 8.1、 ArcEditor8.1、 Arcview 8.1及扩展模块如 ArcGIS Spatial Analyst, ArcGIS 3D Analyst, ArcGIS Geoststistical Analyst等）； ArcSDE空间数据管理引擎（数据管理的接口）； ArcIMS基于Internet的数据发布和应用产品。,2）Arc/info系列产品,30,二次开发语言 早期Arc/info的AML语言、 Arcview的AVENUE语言； 目前有Mapobject、Arcobject组件开发。 支持的数据库 Oracle , INFO 、Informix , Sybase , Foxbase 等 文件格式 Arc/info coverage ; Arcview shap; 外部交换格式 E00; ArcGIS 8.x Geodatabase,31,3）ArcSDE空间数据管理引擎,ArcSDE空间数据管理引擎是数据管理的接口，用于实现空间数据在关系数据库管理系统中的存储、管理和分析。（它把空间数据存储到关系数据库如SQL server，Oracle等中）,32,4）Arc/info的数据模型,Coverage矢量数据的主要形式 Grid栅格数据表示的主要形式 TIN 表示联续表面的主要形式 属性表示专题信息 影像 地理特性的描述 Geodatabase Arc/info8(Arcgis)中引入的全新的空间数据模型,33,（1） 数据模型Coverage,Arc/info 7.x前用Coverage作为矢量数据的基本存储单元。每个Coverage中存储指定区域的一个专题的地理要素、拓朴关系、专题属性。位置信息用X，Y坐标、关系信息用拓朴、专题属性用二维表表示。,34,Coverage的主要文件,结点 位置文件ARC；属性文件NAT； 弧段 位置文件ARC；属性文件AAT； 多边形 位置文件ARC、LAB；属性文件NAT； 标志点 位置文件LAB；属性文件PAT； 控制点 TIC文件 复盖范围 BND文件,35,Coverage的主要问题,文件形式保存空间数据不能适应信息技术发展的要求；局部的变化导之整个拓朴关系的重建 建立拓朴关系不灵活、不同Coverage间不能建立拓朴关系,36,（2） 数据模型Geodatabase,Goodatabase采用了标准的对象-关系数据库技术 。 数据更面向智能和应用,37,(3）Arcview数据模型,特点 空间数据采用无拓朴关系表示矢量数据； 属性数据采用关系数据库表示； 用project作为一个应用，组织、处理和展示信息； 用专题（Theme)表示空间实体的空间特性及其属性，即表示一种几何类型的空间目标（layer),38,Arcview矢量层数据文件,.shp 无拓朴关系几何数据 .shx 图形要素的几何数据索引 .dbf 属性数据 .sbn 空间索引 .sbx 空间索引 .ain 属性索引 .aib 属性索引,执行表格连接等操作后生成,执行空间连接等操作后生成,39,40,4） ESRI系列优缺点,优点 功能强大; 具有较开放的开发环境，易同其它系统集成; 构造系统灵活性大; 具有强大的空间数据管理手段ArcSDE。 缺点 ArcSDE的License要求严、价格高； 数据维护要求高； 适合起点高的系统。,41,2、Intergraph公司和系列产品,1） Intergraph公司 Intergraph公司是交互式图形技术的先驱。 创建于1969年，员工 10000人。,42,2）Intergraph 系列产品,（1）MGE MGE是模块化GIS产品的典范，具有强大的专业功能模块，直接调用数据等。许多功能模块化销售： MGE Basic Nucleus 为MGE产品的基础 MGE Basic Administrator 提供MGE 系统和数据管理 MGE Analyst 提供空间数据分析功能 MGE Network Analyst 提供网络分析功能 MGE Segment Manager 提供分段和符号化特征能力 支持的数据库类型多，如Oracle , Informix , Sybase , SQL Server 、Foxbase ,内部数据库等。 支持各种主流矢量和栅格文件格式 如Intergraph MGE Intergraph MGSM、FRAMME Mapinfo，AutoCAD，Arcinfo Coverage、Arcview Shape,43,（2）GeoMedia 以数据库为中心的新型桌面GIS 。 GeoMedia含一系列模块： GeoMedia Network 具有交通网络、逻辑网络的管理分析、规划等功能； GeoMedia Smart Sketch 提供强图形编辑功能； GeoMedia Relation Moduler提供管网分析功能如市政管网管理； GeoMedia MFworks 提供栅格数据的分析功能； GeoMedia Oracle GDO Server提供对Oracle 数据库读写。 GeoMedia Web Map 是Internet 信息发布工具，可基于图形形式传送数据。 GeoMedia Objects 组件，用户可用它进行二次开发。 GeoMedia使用GDO对象，可直接操作数据库中的空间数据。（Orcale Spatial 同）,44,3、Mapinfo系列产品,1）公司 Mapinfo 是一个生产桌面GIS的公司，90年代进入中国，其产品已成为GIS主流。 并与北大方正联合成为方正集团成员，称Mapinfo China,45,2）产品系列 主线产品 Professional 1986推出Mapinfo V1.0; 1990推出Mapinfo V3.0 ; 1995推出Mapinfo V4.0 、V5.0 、 V6.0 、 V6.5； Mapbasic二次开发语言； MapX 功能强大的OCX控件,可嵌入到实际应用中，集成到VB，VC+，Delphi等语言中； Mapxtreme 是基于Internet 的地图服务器; Mapinfo SpatialWare是一个基于SQL进行查询和分析的空间信息管理系统。,46,3）产品的优缺点,优点 用户界面友好， 很强的可视化功能、SQL空间查询功能、制图功能 具有空间数据管理软件Spatial 缺点 空间分析能力弱 实体的编辑能力不够灵活,47,二、 国内GIS产品简介,1、Mapgis中国地质大学 MapCAD 彩色地图出版系统 MapGIS 主线产品 MapWeb MapGIS的WEB解决方案,48,2、Geostar 武汉测绘科技大学桌面GIS 向高校送100套软件包括五个模块： GeoStar 主线产品 GeoImager RS处理模块 GeoTIN 三角网建模模块 GeoGrid 三维模块 GeoMap 二次开发控件 另有GeoScan 扫描矢量化、网络版等软件,49,3、中科院地理信息产业发展中心 SuperMap Deskpro SuperMap 组件 SuperMap IS网络,50,三、 GIS产品性能评价,1）GIS 的基本功能 制图能力、格式转换能力、遥感处理能力、数据库管理能力、数据采集能力、影像处理能力。 2）支持的OS和DBMS 3）数据结构、地理坐标和数据集成的能力 数据结构：矢量、栅格 地理坐标：地图投影、坐标变换,51,4）数据的获取方式、数据编辑和显示功能 数据的获取方式数字化仪、扫描仪、GPS接受机；数据编辑 一般编辑、拓朴编辑、图幅拼合和分割；显示功能 图符库内容，注记功能、三维功能 5）支持的数据格式 SPOT、LANDSET、DXF、SHP、HPGL、MIF、DIGIST 6）系统的分析功能 量测功能、查询功能、缓冲区分析、地形分析、网络分析、叠置分析、网络分析,52,7.5 Mapinfo Professional简介,一、Mapinfo Professional的特点 1、很强的可视化功能、SQL空间查询功能、制图功能， .支持多种投影方式 .基本的空间分析功能 .内置关系数据库及ODBC支持大型数据库 .支持多种数据格式 2、融入WINDOWS环境 3、捆绑有全球定位系统 4、具有扩展功能可支持Internet, 3D分析功能,53,二、Mapinfo Professional的数据模型,1、Mapinfo中数据存储模式 属性数据存储在关系数据库的多个属性表中； 空间数据存储在自定义的文件中； 两者通过索引机制联系起来。,54,2、 Mapinfo的层 为提高查询和处理速度，对空间数据采用层次结构方式，即根据不同的专题进行分层，每层有若干文件组成,图层1 图层2 图层n,55,3、 Mapinfo中表,Mapinfo中用表的形式组织数据。 数据表有记录、字段；栅格表无有记录、字段。 对栅格数据只能在地图窗口中显示,56,文件头 字段数 字段1说明 字段2说明 . . 字段M说明 图元数据描述 图幅区域 图层说明 图上实体描述,文件头 点、记录号、坐标 线、记录号、坐标 线型 面、记录号、坐标 填充 . . 图例、颜色、大小 拐点数及坐标信息,索引1 索引2 . 索引n,属性数据,文件头 字段意义 记录1 记录2 . . 记录X .,.tab文件,.dat 文件,交叉索引,空间数据,.id 文件,.map 文件,4、Mapinfo 数据结构,57,5、数据文件,.TAB(表结构) .DAT表数据(或.DBF .XLS) .MAP图形对象文件 .ID 交叉引用文件(连接数据和对象) .IND索引文件(便于查询) .PCX、.GIF、 .JPEG、 .TIEF、 .BMP图象文件 .BIL(SPOT卫星图象格式) .MID表数据的转入转出格式; .MIF图形数据的转入转出格 其它文件(.TXT .WKS .PRJ .WOR) map),58,三、Mapinfo Professional几个有关概念,1） 图层 图层控制对话框 可见、可编辑、可选择（不能编辑）、自动标记 2) 运算符 数学运算符 + - * / 比较运算符 = = = 逻辑运算符 and or not 地理运算符 contains ; within ; Intersect,59,3)地理函数 Area(obj, 单位）;“sq km” “sq mi” centroid x (obj) ,centroid y (obj); distance(x1 , y1 , x2 , y2 , 单位）;“ km” “ mi” objectlen( obj ,单位）;“ km” “ mi” perimeter(obj ,单位）;“ km” “ mi”,60,四、 Mapinfo的输入与编辑功能, 通过移、加、删结点来完成编辑 通过区域和折线的相互转换进行辅助编辑 通过半自动跟踪解决公共边界的输入,61,五、 Mapinfo的查询功能,1）SQL简单查询 2） Mapinfo的地理函数与扩展SQL查询,62,六、 Mapinfo的专题图制作功能,1）专题图制作 2）专题图注记,63,七、 Mapinfo的地理分析功能,1）基于地理函数的空间查询 2）缓冲区分析,64,本章结束,