地理信息系统复习.docx
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地理信息系统复习
第一章：
概述
第一节；信息
一、信息的定义：
信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、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、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
二、信息的分类
1）按照信息的发生领域，分为
•物理信息－无生命世界的信息,
•生物信息－生命世界的信息，
•社会信息－社会上人与人之间交流的信息。
2）按照信息的表现形式，分为消息－关于客观事物发展变化情况的最新报道；资料－客观事物的静态描述与社会现象的原始记录；知识－人类社会实践经验的总结
3）按照主体的认识层次，分为语法信息、语义信息、语境和语用信息
4）按照信息的意义分类：
真实信息、虚假信息、伪装信息、不定信息。
5）按照信息的应用方向分类：
工业信息、农业信息、军事信息、政治信息、科技信息、文化信息、市场信息等
6）按照信息的载体分类：
电子信息、光学信息、生物信息
7）按照信息可能起的作用分类：
有用信息、无用信息、冗余信息、垃圾信息、干扰信息
3、信息的性质
1）普遍性2）客观性3）无限性4）相对性5）传递性6）变换性7）有序性8）动态性9）共享性10）异步性11）物质依附性12）残缺性
4、信息的特点
•1）信息的客观性，与客观事物紧密相联系的；
•2）信息的适用性，信息对决策是十分重要；
•3）信息的传输性，信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备（包括远程终端），和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。
•4）信息的共享性，信息与实物不同，它可以传输给多个户，为多个用户共享，而其本身并无损失。
信息的这些特点，使信息成为当代社会发展的一项重要资源。
5、信息的作用
•1）从根本上讲，信息是人类社会生存的条件和发展的资源
•2）从发挥认识能力的角度看，信息是主客观的中介，是思维的材料
•3）从人类的社会性角度看，信息是组织的保证，是管理的基础
•4）从人的社会行为与目的之间的关系来看，信息是决策的依据，是控制的灵魂
6、信息与数据
•数据（Data）是一组可识别的符号，包括字母、数字、图像、声音或其他符号。
相对来说，信息是加工过的数据。
•1）数据是信息的载体，信息是数据的内涵。
•2）数据加工后成为信息，不同加工方法产生不同信息。
•3）数据与信息通常并不严格区分
7、信息管理
•信息管理的意义：
•1、开发信息资源，提供信息服务。
•2、合理配置信息资源，满足社会信息需要。
•3、推动信息产业的发展，促进社会信息化水平的提高。
第二节系统
1、系统的定义：
系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分按一定规律结合成的具有特定功能的有机整体，并能执行特定功能的综合体
2、系统的特性
•1）目的性：
系统在与环境的相互作用中，在一定的范围内，其发展变化表现出坚持趋向某种预先确定的状态。
•2）整体性：
是指系统是由若干要素组成的具有一定功能的有机整体。
•3）层次性：
是由于组成系统的种种差异，使系统组织在地位、作用、结构和功能上表现出等级秩序性，形成具有质的差异的系统等级。
•4）稳定性：
指在外界作用下的开放系统有一定的自我稳定能力，能够在一定范围内自我调节，从而保持和恢复原有的有序状态、原有的结构和功能。
•5）突变性：
是指系统通过失稳从一种状态进入另一种状态的一种剧烈变化过程。
•6）相似性：
指系统具有同构和同态的特性，体现在系统结构、存在方式和演化过程具有共同性。
•7）自组织：
是指开放系统在内外因素的作用下，自发组织起来，使系统从无序到有序，从低级有序到高级有序。
3、系统的分类
1）.按系统的综合复杂程度--三类九等（物理，生物，人类社会及宇宙）
2）.按系统的起源分类分为自然系统和人工系统
3）按系统的抽象程度分为实体系统、概念系统，逻辑系统
•实体系统又称为物理系统，是最具体的系统。
它是最确定的系统，其组成部分是完全确定的存在物。
实体系统是已经存在或完全实现的系统，所以又称为实在系统。
•概念系统是最抽象的系统。
它是人们根据系统目标和以往的知识构思出来的系统雏形，它是将要实现的系统的高度概括和艺术化的抽象，表述了系统的主要特征，描绘了系统的大致轮廓。
•逻辑系统是介于实体系统与概念系统之间的系统，它描述系统是什么的问题。
4）.按系统的形式分为闭系统与开放系统
•开放系统是指其与环境之间有物质、能量或信息交换的系统，如生命系统、社会系统都是开放系统。
•封闭系统是与环境之间没有任何物质、能量或信息交换的系统。
•系统的开放与封闭是相对的，严格意义上的封闭是不存在的，因而对系统的开放性与封闭性不能绝对。
5）.按系统的性质分为确定系统与不确定系统
•确定型系统：
已知系统某一时刻状态，运用一定的条件方法，可准确推断出系统下一个时刻的状态。
--如计算机程序系统
•不确定型系统：
如果一个系统不能由当前状态准确推断出下一个时刻的状态，就称为不确定系统（概率系统）。
--如超市货存系统
4、系统方法与模型
系统方法：
按照事物本身的系统性把对象放在系统的形式中加以考察的一种方法，是一种立足整体，统筹全局，使整体与部分辩证的统一起来的科学方法。
模型：
是指对于某个实际问题或客观事物、规律进行抽象化后的一种形式化表达方式。
•分类：
（1）数学模型；
（2）程序模型（3）逻辑模型；（4）结构模型（5）方法模型；（6）分析模型（7）管理模型；（8）数据模型（9）系统模型
第三节信息系统
信息系统是一个人造系统。
它由人、硬件、软件和数据资源组成，目的是及时、正确地收集、加工、存储、传递和提供信息，实现组织中各项活动的管理、调节和控制
在本课程中指：
以计算机作为信息处理工具的人机系统。
信息系统在技术上有4个特点：
•1）涉及的数据量大。
数据一般需存放在辅助存储器中，内存中只暂存当前要处理的一小部分数据；
2）绝大部分数据是持久的，即不随程序运行的结束而消失，而需长期保留在计算机系统中；
3）这些持久数据为多个应用程序所共享，甚至在一个单位或更大范围内共享；
4）除具有数据采集、传输、存储和管理等基本功能外，还可向用户提供信息检索、统计报表、事务处理、规划、设计、指挥、控制、决策、报警、提示、咨询等信息服务。
信息系统一般可分为4个层次
1）硬件、操作系统和网络层，是开发信息系统的支撑环境；
2）数据管理层，是信息系统的基础，包括数据的采集、传输、存取和管理，一般以数据库管理系统（DBMS）作为其核心软件；
3）应用层，是与应用直接有关的一层，它包括各种应用程序，例如分析、统计、报表、规划、决策等；
4）用户接口层，这是信息系统提供给用户的界面。
它的用户包括各级人员，其影响也遍及整个单位或部门。
第四节环境信息的概念、特征、作用和分类
1、环境信息的概念
环境信息：
是通过加工的、能够用于环境保护工作的数据和符号，它反映了环境系统各个环节的时间、空间和状态特征。
1）环境信息是环境系统客观存在的标志，也是相关因素彼此作用的表征。
2）环境信息是认识环境问题和现象的识别信号。
2、环境信息的特征
•
（1）环境信息是对环境现象的反馈
（2）环境信息的综合多样性3）环境信息的区域性和整体性（4）环境信息的连续性和动态性（5）环境信息的随机性（6）环境信息的相关性和综合性
3、环境信息的作用
•1、环境管理的依据
–排污收费
–城市定量考核
•2、环境决策的依据
–环境功能区划与规划
–重大环境政策的制定等等
•3、环境工程设计、验收的依据4、环境科学研究的基础
4、环境信息的分类
•从计算机管理角度分类：
1．数值型信息2．空间信息3．多媒体信息
第五节环境信息的数据源及获取
1）获取环境信息的目的与对象
（1）目的;环境管理环境规划环境评价其它环境科研项目
（2）对象:
环境管理决策者环境科研工作者公众（公众参与及信息公开化）
2）环境信息的主要来源：
环境监测
环境监测:
是指运用物理、化学、生物等现代科学技术方法，间断地或连续地对环境化学污染物及物理和生物污染等因素进行现场的监测和测定，作出正确的环境质量评价.
环境信息的采集与处理
1、环境监测数据的采集:
数据收集系统：
手工监测-自动监测-智能化监测监测范围：
大气，水，噪声，以及生物要素等。
2、污染源的采集
污染信息是环境信息的主体，污染源数据的记录、收集和整理是支撑环境信息管理体系的重要组成。
1）采集方法:
1原始记录收集法2台帐收集法3快报收集法4年报收集法
2）污染源数据收集中存在的主要问题有：
1数出多门，收效低。
2投入大，收效低，信息冗余度大3信息开发能力弱。
4信息准确度得不到监控5功能单一，综合处理能力差
3、环境信息处理
•1）原始记录表格的审核2）数据归类时的检验3）数据整编4）数据分析和归纳
1、定义
环境信息系统（EIS）是以环境管理和环境科学研究为对象的计算机系统。
从功能上，EIS是指一个获得、存取、编辑、处理、分析和显示环境数据的系统。
从内容上，EIS被定义为一个包含了计算机软件、计算机硬件、环境数据和专业人员的系统。
分为两类：
（1）环境管理信息系统：
环境管理信息系统EMIS是应用于环境保护机构或部门管理环境的一种管理信息系统。
（2）环境地理信息系统：
环境地理信息系统是利用GIS技术对环境进行管理与研究的计算机系统。
环境地理信息系统又称EGIS系统，是《国家环境监理信息系统》和污染源监控智能报警系统的有机结合，主要是向各级环保部门提供辖区内包括大气、水文、噪声等项目在内的环境质量的综合状况，以及发生的重大异常事件。
2、功能简介
1、环境质量监测
1）流域水质监测2）空气质量监测3）噪声污染监测
2、污染源控制
1）污染区域控制2）关注程度3）污染区域主管单位查询4）排放去向控制 5）污染源统计分析
3、系统管理
1）污染源统计2）监测点信息查询3）监测仪器设置查询
4、网络信息发布5、网络数据共享
3、主要研究内容
（一）基本理论：
包括EIS相关概念、定义、内涵、特点、任务、结构组成及其功能、基础理论体系及其发展历史、方向
（二）技术体系：
主要是EIS软硬件的设计与配置，相关软件研制与开发，EIS数据结构与算法，环境数据管理，EIS输入输出
（三）应用体系：
包括EIS应用系统设计的几个主要方面：
数据采集与效验，应用模型研究，遥感RS、环境模型相结合。
4、特点：
（一）内容上的跨学科、方法上的高新技术集成。
（二）数据量大，数据种类复杂，且具有严格的时空意义。
（三）数据精度要求高。
（四）用户界面要求高。
第七节环境信息系统与相关学科的关系（自己画图就很明了）
第八节环境信息系统的应用及发展方向
•1、环境信息系统的应用
•1）环境管理2）环境监测3）环境影响评价4）环境预测与环境规划5）面源污染分析6）给排水管网设计和管理7）近海水域管理和分析8）减灾、防灾及紧急事故处理9）生物多样性保护与可持续发展研究10）水资源管理和分析11）全球变化与灾害分析12）数字城市
2、环境信息系统的发展方向
一、EIS数据多源化和多维化二、EIS数据动态性三、EIS应用模型四、internet与EIS的结合五、EIS与专家系统、神经网络的结合六、EIS与虚拟现实技术的结合七、环境信息标准化
国外的环境信息系统：
特点：
1、规模大，数据库覆盖面大；2、系统开放性好；3、用户接口较好；4、服务功能强。
第三讲：
地理信息系统
第一节地理信息系统的基本概念和特征（数据、地理信息、地理信息的特征、地理信息系统、地理信息系统的特征）
（一）数据：
（Data）：
通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，是用以载荷信息的物理符号，在计算机化的地理信息系统中，数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。
（二）地理信息：
一切与空间位置有关的信息都叫做地理信息。
地理信息的特点:
空间分布性
属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。
具有多维结构的特征
即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构，而各个专题型实体型之间的联系是通过属性码进行的，这就为地理系统各圈层之间的综合研究提供了可能。
时序特征十分明显
可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河洪水、秋季低温）、中期的（如土地利用、作物估产）、长期的（如城市化、水土流失）、超长期的（如地壳变动、气候变化）等。
这对地理事物的预测、预报，从而为科学决策提供依据很重要。
具有丰富的信息
GIS数据库中不仅包含丰富的地理信息，还包含与地理信息有关的其它信息，如人口分布、环境污染、区域经济情况、交通情况等等。
纽约市曾经对其数据库进行了调查，发现有80%以上的信息为地理信息或与地理信息有关。
（三）地理信息系统（GIS,GeographicInformationSystem）是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的计算机系统。
地理信息系统的特点
1、具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；
2、以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生高层次的地理信息。
3、具有公共的地理定位基础，所有的地理要素，要按经纬度或者特有的坐标系统进行严格的空间定位，才能使具有时序性、多维性、区域性特征的空间要素进行复合和分解，将隐含其中的信息变为显示表达，形成空间和时间上连续分布的综合信息基础，支持空间问题的处理与决策。
4、由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。
5、地理信息系统从外部来看，它表现为计算机软硬件系统；而其内涵确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。
地理信息系统按其内容分为三大类：
专题地理信息系统（SubjectGIS）：
是具有有限目标和专业特点的地理信息系统。
为特定的专门的目的服务，如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统、环境管理信息系统等。
区域地理信息系统（RegionalGIS）：
主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。
如国家级、地区级、市级或县级等。
地理信息系统工具（GIS—Tools）：
它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。
GIS与其它系统的区别：
GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。
GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。
管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。
GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。
GIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。
第二节GIS的发展概况
地理信息系统的产生
•现代科学方法
–系统论、信息论、控制论
• 现代高新技术
–计算机技术、空间技术和自动化技术
现代科学方法和现代高新技术的形成与应用为GIS的产生提供了先决条件，也预示信息时代的到来。
第三节地理信息系统的构成
GIS的基本功能：
输入查询编辑分析输出
思考
1、什么是GIS？
它具有什么特点？
2、GIS与其它信息系统有什么区别？
3、简述GIS的构成4、简述GIS的发展。
环境信息系统第四讲
第三章地理信息系统的主要信息来源
第一节遥感的概念
●遥感：
remotesensing－“遥远的感知”
从空中看地球－人类的“千里眼”、“顺风耳”
●定义：
通过遥感器“遥远”地采集目标对象的数据，并通过数据的分析来获取有关地物目标、地区或现象的信息的一门科学和技术。
遥感技术系统的组成
●遥感平台：
搭载遥感仪器的工具：
飞机、火箭、卫星等等
●传感器：
收集、记录和传送遥感数据的装置：
航空摄影机（航摄仪）、全景摄影机、多光谱摄影机、多光谱扫描仪、专题制图仪、反束光导摄像管（RBV）、合成孔径侧视雷达等。
●遥感数据接收处理系统：
地面接受站（包括辐射校正和几何校正）
●分析解译系统：
技术路线和方法
遥感的分类
●1）按遥感平台的高度分类大体上可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感。
●
（2）按所利用的电磁波的光谱段分类可分为可见反射红外遥感，热红外遥感、微波遥感、多光谱遥感和紫外遥感等类型。
●（3）按研究对象分类可分为资源遥感与环境遥感两大类。
●（4）按应用空间尺度分类可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感。
（5）按电磁辐射能源分为被动遥感和主动遥感
第二节遥感的发展
●一、常规航空摄影（二十世纪30年代以前）
1826年摄影技术的发明是遥感技术诞生的标志。
接着人们开始用气球、风筝和鸽子作为平台进行地面摄影。
1903年飞机的发明，为航空摄影创造了条件。
1924年彩色胶片的出现，人们开始进行航空摄影。
二、航空遥感阶段（1930-1960年）
●二战以来，航空像片应用广泛：
军事、地学、环境科学、农林等。
●同时：
培养专业人员和进行理论研究的工作也得到了相应的发展。
三、航天遥感阶段（1960-至今）
●1957年苏联发射第一颗人造卫星，遥感平台从飞机发展到卫星和飞船。
●目前正在太空中运行的各种资源卫星数量共有30多颗，在美国之后，俄罗斯、法国、印度、日本和加拿大等国的资源卫星先后进入太空。
●自1972年首颗民用遥感卫星发射以来，全世界有13个国家的21个政府机构和私营企业投资数十亿美元，用于发展和经营地球观测卫星。
我国遥感事业的发展
●20世纪30年代开始航空摄影
●20世纪70年代开始航天遥感
●星载对地观测体系
近30年来，我国已发射50多颗卫星和4艘无人宇宙飞船：
● “风云”系列气象卫星：
1988年、1990年，1999年及2002年分别发射了4颗风云一号系列极轨气象卫星－FY-1A，FY-1B，FY-1C，“风云二号”卫星是地球静止轨道气象卫星，1997年6月和2000年6月我国先后发射了FY-2A和FY2-B卫星。
1.2资源卫星系列
●1999年10月中巴地球资源遥感卫星（CBERS）成功发射。
●2003年，CBERS-2卫星发射上天，星上遥感器分辨率和图像质量在前基础上有较大提高。
1.3海洋卫星系列
●2002年5月我国成功地用“一箭双星”的方式把海洋水色卫星（HY-1）同FY-1D卫星一道送入太空。
●中国海洋二号卫星将于2009年升空。
1.4对地观测小卫星
●2000年6月，由清华大学和英国Surry大学联合研制的“航天清华一号”小卫星发射成功。
●“神舟”系列宇宙飞船：
已经发射了“神舟五号”、“神舟六号（2005年10月12日）”、“神舟七号（2008年9月25日21点10分04秒988毫秒）”。
遥感技术发展趋势
●1．保持对地观测数据的持续性和稳定性：
适中的地面分辨率和较宽的地面覆盖宽度，使卫星数据得到十分广泛的应用.
●2、全波段、高灵敏度、高光谱遥感：
适应和满足商业化的需求：
90年代的印度卫星、俄罗斯卫星地面分辨率达到5.8m和2m；1999～2003年美国发射了IKONOS卫星、QuickBird卫星和OrbView-3卫星，全色波段的地面分辨率已达1m以内，多光谱2～4m；法国、以色列也拥有类似的高分辨率卫星。
●3、图像处理系统技术大大提高
●4、遥感分析解译的定量与精确化
●5、3S一体：
RS、GIS、GPS
第三节遥感技术应用
●1、军事应用：
伪装识别、军事侦探
●2、地学应用：
全球变化与海洋调查、国土资源普查
A：
气候变化、温室气体效应、臭氧洞等诸多领域
B：
进行国土资源遥感综合调查，一般以卫星图像为主要信息源，进行1:
50万或1:
100万比例的专业目视解释和系列制图
C：
航空遥感与卫星影像应用已在地质区测制图与普查找矿遥感方法中列入作业规范，火山、黄土、冰川、岩溶等新生代地质作用和现象，均有新的发现。
●3、环境保护与灾害监测：
建立了海洋环境立体监测体系，包括近海环境自动监测、高频地波雷达海洋环境监测、海洋环境遥感监测、系统集成以及示范试验。
为近海海产养殖与远洋渔业资源调查，提供动态信息，
●4、测绘：
绘制地图等方面
●5、农林：
资源调查、监测、作物估产、病虫害监测和生产管理
目视解译的定义：
借助简单的工具，如放大镜、立体镜、投影观察器等，直接由肉眼来识别图像特征，从而提取有用信息，即人把物体与图像联系起来的过程。
目视解译是遥感图像光学处理和自动解译技术的基础。
是深入和提高解译水平的必不可少的技术。
遥感影像的解译标志
v遥感影像的解译标志是指那些能够用来区分目标物的影像特征，可分为直接解译标志和间接解译标志两类。
v直接解译标志：
根据地物或现象本身反映的信息特性可以解译目标物的影像特征，也即能够直接反映物体或现象所那些影像特征。
v间接解译标志：
通过与之有联系的其他地物在影像上反映出来的影像特征，也即与地物属性有内在联系、通过相关分析能推断出其性质的影像特征，间接推断某一事物或现象的存在和属性。
遥感图像的处理
（1）影像放大
v影像放大是最简单、最实用的影像处理方法，可以提高其分辩力，特别是几何分辨率。
（2）影像数字化
v影像数字化是影像预处理的重要方面，依靠数字化影像可以进行各种增强和信息特征提取的试验，提高目视解译的速度和精度。
（3）图像处理
v图像处理的方法很多，有光学处理、计算机处理和光学计算机混合处理。
原始图像经过图像复原，增强、特征提取等处理技术，使得识别地物的有用信息增加，特征突出，有助于目视解译的顺利进行。
1.目视解译的原则：
v
（1）目视解译要基于影像特征
v
（2）解译专业的分类要基于影像解译的可能性
v（3）充分利用影像的信息特征和处理技术
v（4）严格遵循目视解译程序。
2.目视解译的方法
（1）直判法
（2）邻比法（3）对比法（4）逻辑推理法（5）历史对比法
目视解译的程序
1.准备工作
v
（1）资料收集；
（2）资料分析处理
2.初步解译、建立解译标志
v
（1）路线踏勘；
（2）建立分类系统和解译标
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