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1、第一讲第一讲GIS原理与应用(专升本)主要内容主要内容第1章 地理信息系统的科学基础第2章 地理信息系统的基础理论第3章 地理信息系统概论第4章 地理信息系统的技术基础第5章 地理空间信息基础地球系统科学地球系统科学地球系统科学地球系统科学（Earth System ScienceEarth System Science）是研究地球系统的科学。地球）是研究地球系统的科学。地球系统，是指由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈（包括人类自身）等系统，是指由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈（包括人类自身）等四大圈层组成的作为整体的地球。它包括了自地心到地球的外层空四大圈层组成的作为整体的地球。它包括了自地心到地
2、球的外层空间十分广阔的范围，是一个复杂的非线性系统。间十分广阔的范围，是一个复杂的非线性系统。研究内容：研究内容：研究内容：研究内容：研究组成地球系统的各个圈层之间的相互关系、相互作研究组成地球系统的各个圈层之间的相互关系、相互作用机制、地球系统变化规律和控制变化的机理。用机制、地球系统变化规律和控制变化的机理。研究方法：研究方法：研究方法：研究方法：系统方法，是地球系统科学的主要科学思维方法；分析系统方法，是地球系统科学的主要科学思维方法；分析与综合统一的方法，从地球系统科学的概念和所要解决的问题来看，与综合统一的方法，从地球系统科学的概念和所要解决的问题来看，这也是地球系统科学的科学思维方
3、法；模型方法，针对地球系统科这也是地球系统科学的科学思维方法；模型方法，针对地球系统科学所要解决的问题及其特点，建立正确的数学模型，或地球的虚拟学所要解决的问题及其特点，建立正确的数学模型，或地球的虚拟模型、数字模型，是地球系统科学的主要科学思维方法之一。模型、数字模型，是地球系统科学的主要科学思维方法之一。第第1章章 GIS的科学基础的科学基础地球信息科学地球信息科学地球信息科学地球信息科学（Geo-Informatics,Geo-Informatics,或或 Geo Information Science,Geo Information Science,简称简称 GISciGISci）是地
4、球系统科学的组成部分，是研究地球表层信息流）是地球系统科学的组成部分，是研究地球表层信息流的科学，或研究地球表层资源与环境、经济与社会的综合信的科学，或研究地球表层资源与环境、经济与社会的综合信息流的科学。就地球信息科学的技术特征而言，它是记录、息流的科学。就地球信息科学的技术特征而言，它是记录、测量、处理、分析和表达地球参考数据或地球空间数据学科测量、处理、分析和表达地球参考数据或地球空间数据学科领域的科学。领域的科学。研究问题研究问题研究问题研究问题：研究地球表层的资源、环境和社会经济等一切现象：研究地球表层的资源、环境和社会经济等一切现象的信息流过程，或以信息作为纽带的物质流、能量流，包
5、括的信息流过程，或以信息作为纽带的物质流、能量流，包括人流、物流、资金流等等的过程。人流、物流、资金流等等的过程。研究方法研究方法研究方法研究方法：遥感（：遥感（RSRS）、地理信息系统（）、地理信息系统（GISGIS）、和全球定位系）、和全球定位系统（统（GPSGPS）等高新技术的综合集成，即）等高新技术的综合集成，即“3S”“3S”技术。技术。GIS的科学基础的科学基础地理信息科学地理信息科学地理信息科学地理信息科学（Geographic Information ScienceGeographic Information Science）是信息时代的地理）是信息时代的地理学，是地理学信息革
6、命和范式演变的结果。它是关于地理信息的学，是地理学信息革命和范式演变的结果。它是关于地理信息的本质特征与运动规律的一门科学，研究对象是地理信息，是地球本质特征与运动规律的一门科学，研究对象是地理信息，是地球信息科学的重要组成成分。主要研究在应用计算机技术对地理信信息科学的重要组成成分。主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存贮、提取以及管理和分析过程中所提出的一系列息进行处理、存贮、提取以及管理和分析过程中所提出的一系列基本理论和技术问题。基本理论和技术问题。地球空间信息科学地球空间信息科学地球空间信息科学地球空间信息科学(Geo Spatial Information Science(
7、Geo Spatial Information Science 简称简称 Geomatics)Geomatics)是以全球定位系统（是以全球定位系统（GPSGPS）、地理信息系统）、地理信息系统(GIS)(GIS)、遥感、遥感(RS)(RS)为主为主要内容，并以计算机和通信技术为主要技术支撑，用于采集、量要内容，并以计算机和通信技术为主要技术支撑，用于采集、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。GIS的科学基础的科学基础地理信息系统地理信息
8、系统地理信息系统地理信息系统（Geographic Information Systems Geographic Information Systems）是地球空间信）是地球空间信息科学的重要内容之一。它更多地强调在技术层面对地球空息科学的重要内容之一。它更多地强调在技术层面对地球空间信息的存储、处理和空间分析利用。因而人们认为将地理间信息的存储、处理和空间分析利用。因而人们认为将地理信息系统称之为一门空间信息管理和分析的技术更为合适。信息系统称之为一门空间信息管理和分析的技术更为合适。GIS的科学基础的科学基础GIS GIS 以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面以采集、存贮、管理
9、、分析和描述整个或部分地球表面(含大含大气层在内气层在内)与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。GISGIS作为集计算机、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、作为集计算机、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。GIS GIS 研究计算机技术与空间地理分布数据的结合，通过一系列空研究计算机技术与空间地理分布数据的结合，通过一系列空间操作和分析方法，为地球科学、环境科学和工程设计乃至企间操作和分析方法，为地球科学、环境科学和工程设计乃至企业经营提供对规划、管理和空间决
10、策有用的信息。业经营提供对规划、管理和空间决策有用的信息。第第2章章 GIS的基础理论的基础理论2.1 2.1 地理系统理论地理系统理论地理系统理论地理系统理论 地理系统地理系统地理系统地理系统是指某一个特定是指某一个特定时间时间时间时间和特定和特定空间空间空间空间的，由两个以上相互区别又相互的，由两个以上相互区别又相互联系、相互制约的地理要素或过程所组成的，并具有特定的功能和行联系、相互制约的地理要素或过程所组成的，并具有特定的功能和行为，与外界环境相互作用，并能自动调节和具有自组织功能的整体。为，与外界环境相互作用，并能自动调节和具有自组织功能的整体。地理系统是一种宏观范围的时空有序结构，
11、具有地理系统是一种宏观范围的时空有序结构，具有自组织功能自组织功能自组织功能自组织功能。地理系统的。地理系统的自组织，是指系统在无外界的强迫（制）条件下，系统自发形成的有自组织，是指系统在无外界的强迫（制）条件下，系统自发形成的有序行为，能自身调节功能的行为。序行为，能自身调节功能的行为。地理系统发展经历了从地理系统发展经历了从混沌混沌混沌混沌到到平衡状态。混沌平衡状态。混沌平衡状态。混沌平衡状态。混沌可用混沌理论研究；平衡状可用混沌理论研究；平衡状态可用协同论、人与自然相互作用理论态可用协同论、人与自然相互作用理论/人地系统论、整体性与分异性人地系统论、整体性与分异性理论理论/地带性规律、地
12、理空间结构与空间功能地带性规律、地理空间结构与空间功能/区位理论等来描述。区位理论等来描述。地理信息理论地理信息理论地理信息理论地理信息理论地理信息理论地理信息理论：地理科学理论与信息科学理论相结合的产物。研究地理信：地理科学理论与信息科学理论相结合的产物。研究地理信息熵、地理信息流、地理空间场、地理实体电磁波、地理信息关联等。息熵、地理信息流、地理空间场、地理实体电磁波、地理信息关联等。地理信息熵地理信息熵地理信息熵地理信息熵：用来度量地理信息载体的信息能量，即地理信息载体的信息：用来度量地理信息载体的信息能量，即地理信息载体的信息与燥声之比，简称与燥声之比，简称“信燥比信燥比”，是评价地理
13、信息载体的质量标准。，是评价地理信息载体的质量标准。地理信息流地理信息流地理信息流地理信息流：由于物质和能量在空间分布上存在着不均衡现象所产生的，：由于物质和能量在空间分布上存在着不均衡现象所产生的，它依附于物质流和能量流而存在，也是物质流、能量流的性质、特征和它依附于物质流和能量流而存在，也是物质流、能量流的性质、特征和状态的表征和知识。状态的表征和知识。地理空间场理论地理空间场理论地理空间场理论地理空间场理论：地理能量场信息理论，不同的地理实体可形成不同的地：地理能量场信息理论，不同的地理实体可形成不同的地理空间或地理空间场；不同地理实体的地理空间可以形成某些特殊的地理空间或地理空间场；不
14、同地理实体的地理空间可以形成某些特殊的地理空间或地理空间场；不同的地理空间或地理空间场具有不同的能量信理空间或地理空间场；不同的地理空间或地理空间场具有不同的能量信息的空间分布特征。息的空间分布特征。地理信息理论地理信息理论地理信息关联性理论地理信息关联性理论地理信息关联性理论地理信息关联性理论，是从事物间的联系、依存和制约的普遍性原则，是从事物间的联系、依存和制约的普遍性原则出发，研究地理信息间的内在联系和机理，把握庞杂和瞬间变化的出发，研究地理信息间的内在联系和机理，把握庞杂和瞬间变化的信息之间的相互关系，发挥地理信息综合集成的优势，更全面、客信息之间的相互关系，发挥地理信息综合集成的优势
15、，更全面、客观、及时地认识世界，以次作为指导可持续发展研究种进行模拟、观、及时地认识世界，以次作为指导可持续发展研究种进行模拟、评估和预测，以及指导高水平的地理信息共相的基础理论。评估和预测，以及指导高水平的地理信息共相的基础理论。GISGIS相关理论问题相关理论问题相关理论问题相关理论问题：空间数据的计算机中表示，地理空间数据的采集，：空间数据的计算机中表示，地理空间数据的采集，空间数据的精度和质量，海量数据的存储和网络传输，数据分析，空间数据的精度和质量，海量数据的存储和网络传输，数据分析，空间数据的表达与显示，变化的检测与空间数据的更新，数据的共空间数据的表达与显示，变化的检测与空间数据
16、的更新，数据的共享与交换、数据的安全性，享与交换、数据的安全性，GISGIS的应用与管理。的应用与管理。地理地理(地球地球)空间认知理论空间认知理论地理（地球）空间认知地理（地球）空间认知地理（地球）空间认知地理（地球）空间认知是研究人们怎样认识自己赖以生存的环境，是研究人们怎样认识自己赖以生存的环境，包括其中的诸事物、现象的相互位置、空间分布、依存关系，包括其中的诸事物、现象的相互位置、空间分布、依存关系，以及它们的变化规律。这里之所以强调以及它们的变化规律。这里之所以强调“空间空间”这一概念，这一概念，是因为认知的对象是多维的、多时相的，它们存在于地球空是因为认知的对象是多维的、多时相的，
17、它们存在于地球空间之中。间之中。地理（地球）空间认知包括感知过程、表象过程、记忆过程和地理（地球）空间认知包括感知过程、表象过程、记忆过程和思维过程等基本过程。思维过程等基本过程。地理（地球）空间认知通常是通过描述地理环境的地图或地理（地球）空间认知通常是通过描述地理环境的地图或图象来进行的。地图空间认知中有图象来进行的。地图空间认知中有认知制图认知制图认知制图认知制图和和心象地图心象地图心象地图心象地图概念。概念。认知制图认知制图认知制图认知制图可发生在地图的空间行为过程中，也可发生在地图使可发生在地图的空间行为过程中，也可发生在地图使用过程中。空间行为是指人们把原先已知的长期记忆和新近获用
18、过程中。空间行为是指人们把原先已知的长期记忆和新近获取的信息结合起来后决策过程的结果，其能力可用计算机模拟，取的信息结合起来后决策过程的结果，其能力可用计算机模拟，模拟结果的正确程度完全取决于模拟模型和输入数据是否客观模拟结果的正确程度完全取决于模拟模型和输入数据是否客观地、正确地反映现实系统。地、正确地反映现实系统。心象地图心象地图心象地图心象地图是不呈现在眼前的地理空是不呈现在眼前的地理空间环境的一种心理表征，在过去对同一地理环境多次感知的基间环境的一种心理表征，在过去对同一地理环境多次感知的基础上形成，它是简介和概括的，具有不完整性、变形性、差异础上形成，它是简介和概括的，具有不完整性、
19、变形性、差异性和动态交互性。可通过实地考察、阅读文字资料、使用地图性和动态交互性。可通过实地考察、阅读文字资料、使用地图等方式建立。等方式建立。地理地理(地球地球)空间认知理论空间认知理论第第3章章 GIS概论概论3.1 3.1 基本概念基本概念基本概念基本概念 信息信息信息信息：用文字、数字、符号、语言、图形、图象等介质或载体，：用文字、数字、符号、语言、图形、图象等介质或载体，表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经
20、营、管理、分析和决策的依据。建设、经营、管理、分析和决策的依据。其特点：客观性、其特点：客观性、适用性、可传输性、共享性适用性、可传输性、共享性 。数据：数据：数据：数据：对某事件、事务、现象进行定性、定量描述的原始资料，对某事件、事务、现象进行定性、定量描述的原始资料，含文字、数字、符号、语言、图形图象及其转换形式。含文字、数字、符号、语言、图形图象及其转换形式。信息和数据密不可分。信息来源于数据，数据是信息的载体，信息和数据密不可分。信息来源于数据，数据是信息的载体，但并不就是信息。信息处理的实质是对数据进行处理，在这但并不就是信息。信息处理的实质是对数据进行处理，在这个意义上，信息处理和
21、数据处理是可以不加区分的。个意义上，信息处理和数据处理是可以不加区分的。基本概念基本概念地理信息：地理信息：地理信息：地理信息：是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征和地理现象之间关系一切有用的知识，它是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理数据的解释。的地理数据的解释。地理信息的特性：空间分布性、数据量地理信息的特性：空间分布性、数据量大、多维结构和时序特征。大、多维结构和时序特征。地理数据：地理数据：地理数据：地理数据：是各种地理特征和现象之间关系的符号化表示。包是各种地理特征和现象之间关系的符号化表示。包
22、括空间位置特征、属性特征及时态特征三个基本特征部分，括空间位置特征、属性特征及时态特征三个基本特征部分，它们是它们是GISGIS技术发展的根本点，也是支持地理空间分析的三大技术发展的根本点，也是支持地理空间分析的三大基本要素。基本要素。信息系统：信息系统：信息系统：信息系统：是具有采集、管理、分析和表达数据能力，并能回是具有采集、管理、分析和表达数据能力，并能回答用户一系列问题的系统。答用户一系列问题的系统。信息系统部分或全部由计算机系信息系统部分或全部由计算机系统支持，并由硬件、软件、数据和用户四大要素组成。统支持，并由硬件、软件、数据和用户四大要素组成。空间位置数据空间位置数据空间位置数据
23、空间位置数据描述地理实体所在的空间绝对位置以及实体间存在的空描述地理实体所在的空间绝对位置以及实体间存在的空间关系的相对位置。空间位置可由定义的坐标参照系统描述，空间间关系的相对位置。空间位置可由定义的坐标参照系统描述，空间关系可由拓扑关系，如邻接、关联、连通、包含、重叠等来描述。关系可由拓扑关系，如邻接、关联、连通、包含、重叠等来描述。属性特征属性特征属性特征属性特征有时又称为非空间特征，是属于一定地理实体的定性、定量有时又称为非空间特征，是属于一定地理实体的定性、定量指标，即描述了地理信息的非空间组成成分，包括语义数据和统计指标，即描述了地理信息的非空间组成成分，包括语义数据和统计数据等。
24、数据等。时态特征时态特征时态特征时态特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。时态数据是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。时态数据对环境模拟分析非常重要，正受到对环境模拟分析非常重要，正受到GISGIS学界的重视。学界的重视。地理信息的空间位置、属性特征和时态特征是地理信息的空间位置、属性特征和时态特征是GISGIS技术发展的根本点，技术发展的根本点，也是支持地理空间分析的三大基本要素。也是支持地理空间分析的三大基本要素。空间位置数据及其特征空间位置数据及其特征GIS概念与特点概念与特点GISGIS是一种特定的、十分重要的空间型信息系统。可定义为，在是一种特定的、十分重要的空间型
25、信息系统。可定义为，在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、计算、分析、显示和描述的技术系统。理、计算、分析、显示和描述的技术系统。GISGIS特点特点特点特点：外壳是计算机化的技术系统，由若干相互关联的子系统构成外壳是计算机化的技术系统，由若干相互关联的子系统构成操作的对象是空间数据，即由点、线、面这三类基本要素组成操作的对象是空间数据，即由点、线、面这三类基本要素组成的地理实体的地理实体技术优势在于它的数据综合、模拟和
26、空间分析评价能力技术优势在于它的数据综合、模拟和空间分析评价能力的成功应用更强调组织体系和人的因素的作用的成功应用更强调组织体系和人的因素的作用1 1、GISGIS按照范围大小可分为全球的、区域的和局部的三种，分别按照范围大小可分为全球的、区域的和局部的三种，分别适用于所研究对象的特征、内容以及所要解决的问题的性质。适用于所研究对象的特征、内容以及所要解决的问题的性质。2 2、按照表达空间数据维数，可分为、按照表达空间数据维数，可分为 2 2 维、维、2.5 2.5 维和布满整个三维空维和布满整个三维空间的真三维间的真三维GISGIS，以及考虑时间维的时态，以及考虑时间维的时态GISGIS，或
27、，或 4 4维维GISGIS。3 3、按照地理空间数据模型或数据结构，可分为地理相关模型、地、按照地理空间数据模型或数据结构，可分为地理相关模型、地理关系模型、面向对象的模型的理关系模型、面向对象的模型的GISGIS。4 4、按照内容来分，可以分为专题、按照内容来分，可以分为专题GISGIS、综合、综合GISGIS和和GISGIS工具。工具。GIS的分类的分类GIS的构成的构成 完整的完整的GISGIS主要有五个部分组成，即硬件系统、软件系统（基本软主要有五个部分组成，即硬件系统、软件系统（基本软件、应用软件、用户界面、通讯界面）、地理空间数据库、空间件、应用软件、用户界面、通讯界面）、地理空
28、间数据库、空间分析模型和系统管理人员、系统开发人员和数据处理及分析人员。分析模型和系统管理人员、系统开发人员和数据处理及分析人员。GIS的功能的功能GISGIS作为空间信息的处理、管理和分析系统，其功能遍作为空间信息的处理、管理和分析系统，其功能遍历数据采集、分析、决策应用的全部过程，并能回答历数据采集、分析、决策应用的全部过程，并能回答和解决以下五类问题：和解决以下五类问题：位置问题位置问题条件问题条件问题变化趋势问题变化趋势问题模式问题模式问题模拟问题模拟问题GIS与相关学科的关系与相关学科的关系GIS发展简史发展简史 GIS GIS在技术发展导引和应用驱动两大动力因素作用下，得在技术发展
29、导引和应用驱动两大动力因素作用下，得到了快速的发展。这主要归因于三个因素，一是到了快速的发展。这主要归因于三个因素，一是计算机技术的计算机技术的计算机技术的计算机技术的发展发展发展发展，二是，二是空间技术空间技术空间技术空间技术（特别是遥感技术）的发展，牵引着（特别是遥感技术）的发展，牵引着 GIS GIS 的发展，三是对的发展，三是对海量空间数据处理海量空间数据处理海量空间数据处理海量空间数据处理、管理和综合空间决策分析、管理和综合空间决策分析应用的推动，驱使着应用的推动，驱使着 GIS GIS 向前发展。向前发展。1 1、195060 195060 年代为年代为 GIS GIS 的开拓期，
30、注重于空间数据的地学处理。的开拓期，注重于空间数据的地学处理。2 2、19701970年代为年代为 GIS GIS 的巩固发展时期，注重空间地理信息的管理。的巩固发展时期，注重空间地理信息的管理。3 3、19801980年代为年代为 GIS GIS 大发展时期，注重于空间决策支持分析。大发展时期，注重于空间决策支持分析。4 4、1990 1990 年代为年代为 GIS GIS的用户时代。的用户时代。5 5、21 21 世纪初期为世纪初期为 GIS GIS 的空间信息网格时代。的空间信息网格时代。第第4章章 GIS的技术基础的技术基础4.1 4.1 数据采集技术数据采集技术数据采集技术数据采集技
31、术4.1.1 4.1.1 遥感数据采集技术遥感数据采集技术遥感数据采集技术遥感数据采集技术 卫星遥感卫星遥感 航空和低空遥感航空和低空遥感地面车载遥感地面车载遥感4.1.2 4.1.2 数字测图技术数字测图技术数字测图技术数字测图技术 全站仪、三维激光扫描仪或其它联机测角仪器和数字测图记全站仪、三维激光扫描仪或其它联机测角仪器和数字测图记录、处理软件组成。录、处理软件组成。4.1.3 GPS4.1.3 GPS技术采集技术采集技术采集技术采集GISGIS数据数据数据数据计算机网络工程技术计算机网络工程技术 计算机网络工程技术是计算机网络工程技术是GISGIS网络化的基础。现代网络网络化的基础。现
32、代网络技术的发展为构建企业内部网技术的发展为构建企业内部网GISGIS、因特网、因特网GISGIS、移动、移动GISGIS和无线和无线GISGIS提供了多种网络互联方式。提供了多种网络互联方式。现代通信技术现代通信技术 通信技术是传递信息的技术。通信系统是传递信息所需通信技术是传递信息的技术。通信系统是传递信息所需的一切技术、设备的总称，泛指通过传输系统和交换系统将的一切技术、设备的总称，泛指通过传输系统和交换系统将大量用户终端（如电话、传真、电视机、计算机等）连接起大量用户终端（如电话、传真、电视机、计算机等）连接起来的数据传递网络。通信系统是建立网络来的数据传递网络。通信系统是建立网络 G
33、IS GIS必不可少的信必不可少的信息基础设施，宽带高速的通信网络俗称息基础设施，宽带高速的通信网络俗称“信息高速公路信息高速公路”。光纤通信光纤通信卫星通信卫星通信数字微波通信数字微波通信 一般来讲，一个大型网络，需要利用多种通信方式建立一般来讲，一个大型网络，需要利用多种通信方式建立GISGIS的通信网络。的通信网络。软件工程技术软件工程技术软件工程是一门指导计算机软件开发和维护的工程学科。软件工程是一门指导计算机软件开发和维护的工程学科。采用工程的概念、原理、技术和方法来开发和维护软件，采用工程的概念、原理、技术和方法来开发和维护软件，把经过时间考验，证明正确的管理技术和当前最好的开发把
34、经过时间考验，证明正确的管理技术和当前最好的开发技术结合起来，就是软件工程。技术结合起来，就是软件工程。把软件工程的概念、原理、技术和方法与把软件工程的概念、原理、技术和方法与 GIS GIS 软件设计开软件设计开发和维护的工程活动结合起来，便产生了发和维护的工程活动结合起来，便产生了 GIS GIS 软件工程。软件工程。与一般意义上的软件工程不同，与一般意义上的软件工程不同，GIS GIS 软件工程既是一项软软件工程既是一项软件工程，又是一项特别关乎数据组织与管理的信息工程双件工程，又是一项特别关乎数据组织与管理的信息工程双重工程活动交互的复杂特点。重工程活动交互的复杂特点。软件工程技术软件
35、工程技术一、软件开发的基本模型一、软件开发的基本模型一、软件开发的基本模型一、软件开发的基本模型 瀑布模型瀑布模型演化模型演化模型螺旋模型螺旋模型喷泉模型喷泉模型组件对象模型组件对象模型二、软件的开发方法二、软件的开发方法二、软件的开发方法二、软件的开发方法生命周期方法生命周期方法快速原型法快速原型法面向对象的方法面向对象的方法组件对象方法组件对象方法信息安全技术信息安全技术 地理信息是一种重要和特殊的信息资源，在网络信息时代，地理信息是一种重要和特殊的信息资源，在网络信息时代，地理信息的传输安全是地理信息的传输安全是 GIS GIS 工程设计和建设应当高度关注的问题。工程设计和建设应当高度关
36、注的问题。对地理信息（数据）的安全性要求，应当满足：信息的保密性、对地理信息（数据）的安全性要求，应当满足：信息的保密性、信息的认证、信息的不可否认性以及信息的完整性。信息的认证、信息的不可否认性以及信息的完整性。当前可利用的信息安全技术包括：公钥基础设施（当前可利用的信息安全技术包括：公钥基础设施（PKIPKI）（单）（单钥密码、数据加密标准、公开密钥数字签名、数字签名与数字信钥密码、数据加密标准、公开密钥数字签名、数字签名与数字信封、数字证书）、防火墙技术（包过滤防火墙、状态封、数字证书）、防火墙技术（包过滤防火墙、状态/动态检测动态检测防火墙、应用程序代理防火墙、网络地址转换、个人防火墙
37、）和防火墙、应用程序代理防火墙、网络地址转换、个人防火墙）和信息伪装技术（叠像技术、数字水印、替声技术）。信息伪装技术（叠像技术、数字水印、替声技术）。信息安全传输的保护方式有认证传输方式、加密传输方式、信息安全传输的保护方式有认证传输方式、加密传输方式、混合传输方式。混合传输方式。网络空间信息传输存在的问题网络空间信息传输存在的问题 在网络在网络 GIS GIS 环境，空间信息的传输模式主要是客户环境，空间信息的传输模式主要是客户/服务器、浏览器服务器、浏览器/服务器和客户服务器和客户/浏览器浏览器/服务器模式。信服务器模式。信息传输的模式有点对点、一点对多点、多点对一点和多点息传输的模式有
38、点对点、一点对多点、多点对一点和多点对多点等。对多点等。（1 1）大量结果数据的触发问题）大量结果数据的触发问题（2 2）大量用户的并发访问问题）大量用户的并发访问问题（3 3）网络传输的带宽问题）网络传输的带宽问题（4 4）网络传输的流量问题）网络传输的流量问题（5 5）网络传输的速率问题）网络传输的速率问题（6 6）网络传输的接入问题）网络传输的接入问题（7 7）网络传输的信息安全问题）网络传输的信息安全问题网络接入技术网络接入技术1 1、广域网连接，即提供因特网服务的大型主机和众多主机构、广域网连接，即提供因特网服务的大型主机和众多主机构成的网络，通过路由器和租用通信线路接入因特网。成的
39、网络，通过路由器和租用通信线路接入因特网。2 2、局域网连接，即众多个人计算机可以先连接成局域网，然、局域网连接，即众多个人计算机可以先连接成局域网，然后通过服务器与因特网连接。如果每个机器没有独立的后通过服务器与因特网连接。如果每个机器没有独立的IPIP，则在服务器上安装代理系统，通过代理系统接入因特网。则在服务器上安装代理系统，通过代理系统接入因特网。3 3、拨号连接（、拨号连接（PSTNPSTN）：仿真终端方式和）：仿真终端方式和 SLIP/PPP SLIP/PPP方式。方式。4 4、宽带连接：数字用户线方式、宽带连接：数字用户线方式(ADSL(ADSL、VDSLVDSL、HDSLHDS
40、L、SDSL SDSL 等等)；HFCHFC方式，即以有线电视网（方式，即以有线电视网（CATVCATV）为基础的接入方）为基础的接入方式；式；FTTxFTTx方式，使用光纤传输方式的接入方式。方式，使用光纤传输方式的接入方式。5 5、通过、通过 ISP ISP的接入方式的接入方式信息传输的技术信息传输的技术1 1、局域网：、局域网：（1 1）基于高速局域网的多媒体信息传输技术。典型的有：）基于高速局域网的多媒体信息传输技术。典型的有：100Base-100Base-VGanyLAN,VGanyLAN,成为需求优先局域网。成为需求优先局域网。（2 2）令牌环，是令牌环路网的简称，用令牌环的方式
41、控制访问，并）令牌环，是令牌环路网的简称，用令牌环的方式控制访问，并且可以分配优先权，实时数据优先权高，普通数且可以分配优先权，实时数据优先权高，普通数 据优先权低。其数据速率有据优先权低。其数据速率有 4Mb/s 4Mb/s 和和 16Mb/s 16Mb/s 两种。两种。（3 3）FDDIFDDI，光纤分布式数据接口，光纤分布式数据接口，FDDI FDDI 协议是标准令牌环协议的拓协议是标准令牌环协议的拓宽，其数据速率为宽，其数据速率为 100Mb/s 100Mb/s。2 2、基于广域网的多媒体信息传输技术、基于广域网的多媒体信息传输技术 IP IP 分组交换网，是世界上最大的计算机广域网，
42、由多种不同技术的分组交换网，是世界上最大的计算机广域网，由多种不同技术的子网构成，而子网构成，而 IP IP 协议提供这些网络工作站点之间的数据通信功能。协议提供这些网络工作站点之间的数据通信功能。主要有数据编码压缩技术和客户端缓存技术。主要有数据编码压缩技术和客户端缓存技术。网上信息的处理技术网上信息的处理技术虚拟现实与仿真技术虚拟现实与仿真技术虚拟现实虚拟现实(VR)(VR)是近年来出现的高新技术，它综合集成了计算机图形学、是近年来出现的高新技术，它综合集成了计算机图形学、人机交互技术、传感与测量技术、仿真、人工智能、微电子等科学技人机交互技术、传感与测量技术、仿真、人工智能、微电子等科学
43、技术。被认为是数字地球概念提出的依据和关键技术；通过系统生成虚术。被认为是数字地球概念提出的依据和关键技术；通过系统生成虚拟环境，用户通过计算机进入虚拟的三维环境，可以运用视、听、嗅、拟环境，用户通过计算机进入虚拟的三维环境，可以运用视、听、嗅、触等感官与人体的自然技能感受逼真的虚拟环境，身临其境地与虚拟触等感官与人体的自然技能感受逼真的虚拟环境，身临其境地与虚拟世界进行交互作用，乃至操纵虚拟环境中的对象，完成用户需要的各世界进行交互作用，乃至操纵虚拟环境中的对象，完成用户需要的各种虚拟过程。种虚拟过程。虚拟现实技术可应用于虚拟现实技术可应用于“数字工程数字工程”中的工程设计、数据可视化、飞中
44、的工程设计、数据可视化、飞行模拟、模拟实验等多个方面，提供地理环境的各种信息作全视角、行模拟、模拟实验等多个方面，提供地理环境的各种信息作全视角、多层次的查询、分析、决策、发布。虚拟现实技术的发展须有大容量多层次的查询、分析、决策、发布。虚拟现实技术的发展须有大容量数据存储，快速数据处理和宽带信息通道的技术支撑。数据存储，快速数据处理和宽带信息通道的技术支撑。第第5章章 地理空间信息基础地理空间信息基础 5.15.1地理空间信息的描述方法地理空间信息的描述方法地理空间信息的描述方法地理空间信息的描述方法“空间空间”的概念是的概念是GISGIS的重要概念。在地理学上，地理空间是指的重要概念。在地
45、理学上，地理空间是指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式、格局及其在时间上的延续。地理空间上至大气电离层，分布方式、格局及其在时间上的延续。地理空间上至大气电离层，下至地幔莫霍面。地球表层地基准是陆地表面和大样表面，是人下至地幔莫霍面。地球表层地基准是陆地表面和大样表面，是人类活动最频繁的区域，人地关系最复杂、最紧密。类活动最频繁的区域，人地关系最复杂、最紧密。在在 GIS GIS 中，地理空间被定义为绝对空间和相对空间两种形式。绝中，地理空间被定义为绝对空间和相对空间两种形式。绝对空间是具有属性描述的实体的空
46、间位置的集合，它由一系列不对空间是具有属性描述的实体的空间位置的集合，它由一系列不同位置上的实体的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特同位置上的实体的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，它由不同实体之间的空间关系构成。征的实体的集合，它由不同实体之间的空间关系构成。为了表达地理空间信息，就需要建立地理空间信息的描述模型和为了表达地理空间信息，就需要建立地理空间信息的描述模型和方法。方法。一、地球空间模型描述一、地球空间模型描述一、地球空间模型描述一、地球空间模型描述 地球表面的几何模型是定义合适的地理参照系统的依据。地球表面的几何模型是定义合适的地理参照系统的依据。根据
47、大地测量学的研究，球表面几何模型分为四类：地球根据大地测量学的研究，球表面几何模型分为四类：地球的自然表面模型、地球的相对抽象表面模型、地球的旋转的自然表面模型、地球的相对抽象表面模型、地球的旋转椭球体模型和地球的数学模型。椭球体模型和地球的数学模型。1 1、地球的自然表面模型、地球的自然表面模型、地球的自然表面模型、地球的自然表面模型 2 2、地球的相对抽象表面模型、地球的相对抽象表面模型、地球的相对抽象表面模型、地球的相对抽象表面模型 由大地水准面描述的模型。假设当海水面处于完全静止的由大地水准面描述的模型。假设当海水面处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，且与地球重平衡状
48、态时，从海平面延伸到所有大陆下部，且与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面构成的地表模力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面构成的地表模型。以大地水准面为基准，就可以利用水准测量对地球自型。以大地水准面为基准，就可以利用水准测量对地球自然表面任意一点进行高程测量。然表面任意一点进行高程测量。5.1 地理空间信息的描述方法地理空间信息的描述方法5.1地理空间信息的描述方法地理空间信息的描述方法3 3、地球的旋转椭球体模型、地球的旋转椭球体模型、地球的旋转椭球体模型、地球的旋转椭球体模型 地球的旋转椭球体模型，是为了测量成果计算的需要，选用一个同大地地球的旋转椭球体模型，是为了测量成果计算
49、的需要，选用一个同大地体相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球，且这个旋转体相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球，且这个旋转椭球是由一个椭圆绕其短轴旋转而成的。它是以大地水准面为基础的。椭球是由一个椭圆绕其短轴旋转而成的。它是以大地水准面为基础的。凡是与局部地区（一个或几个国家）的大地水准面符合得最好的旋转椭凡是与局部地区（一个或几个国家）的大地水准面符合得最好的旋转椭球，称为参考椭球。球，称为参考椭球。4 4、地球的数学模型、地球的数学模型、地球的数学模型、地球的数学模型 地球的数学模型，是在解决其它一些大地测量学问题时提出来的，如类地球的数学模型，是在解决其它一些大地
50、测量学问题时提出来的，如类地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。二、地理空间参照系的建立二、地理空间参照系的建立 地理空间参照系是表示地理实体的空间参照系统，在地理空间参照系是表示地理实体的空间参照系统，在 GIS GIS 中，所有中，所有的空间数据都必须纳入的空间数据都必须纳入统一的地理空间参照系统一的地理空间参照系统一的地理空间参照系统一的地理空间参照系。主要有。主要有地理坐标系地理坐标系地理坐标系地理坐标系和和投影坐标系投影坐标系投影坐标系投影坐标系。1 1、地理坐标系、地理坐标系、地理坐标系、地理坐标系 为确定地面点的位置而定义的空间参照系