地理信息系统概论
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广告 地理信息系统导论（原著第九版） 作者：（美）Kang-tsung Chang著 / 陈健飞等译
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一共十八章（第一章绪论、第二章坐标系统、第三章矢量数据模型、第四章栅格数据模型、第五章GIS数据获取、第六章几何变换、第七章空间数据准确度和质量、第八章属性数据管理、第九章数据显示与地图编制、第十章数据探查、第十一章矢量数据分析、第十二章栅格数据分析、第十三章地形制图与分析、第十四章视域和流域、第十五章空间插值、第十六章地理编码和动态分段、第十七章最小耗费路径分析和网络分析、第十八章GIS模型与建模。）第一章绪论地理信息系统（GIS）是一种用于获取、存储、查询、分析和显示地理空间数据的计算机系统。GIS的众多应用之一是灾害管理。地理信息系统（GIS）主要介绍GIS的组成、GIS的简史、GIS软件产品。地理空间数据是用于描述位置和空间要素属性的数据。
GIS的组成，分为四部分组成：硬件、软件、专业人员和组织。
GIS的简史，起源并快速发展于20世纪60年代和70年代的城市规划、土地管理和地理编码等个各种领域的计算机制图学，Tomlinson在20世纪60年代开发出了第一个可操作的GIS（用于为加拿大土地勘查局存储、操作和分析数据）；1964年，Fisher创立了哈佛计算机图形实验室，等一系列的地图叠置法（Ian McHarg）,二值独立地图编码（美国人口普查局DIME）;由于个人计算机的友好界面GIS在20世纪80年代日趋繁荣并于90年代进入主流应用。美国环境系统研究所（Esri）发布了ARC/INFO，将点、线和多边形空间要素结合到一个数据库管理系统，使要素的属性关联起来。
随着GIS研究的继续深入，近些年呈现出两个发展趋势：一是作为空间技术的核心，GIS逐渐同其他空间数据融合（如卫星图像和GPS数据）；二是GIS已同网络服务、移动技术、社会媒体和云计算连接。
GIS软件产品，20世纪80年代以来活跃在市场的GIS软件公司有：ArcGIS的Esri公司、Geomedia的Intergraph公司、MapInfo的MapInfo（现为Pitney Bowes）公司、Bentley Map的Bentley Systems 公司、SmallWorld的SmallWorld公司（现为General Electric）、Maptitude(随后的Trans CAD)的Caliper公司。现主要流行的为Esri公司的软件产品ArcGIS。
（可点击放大，查看）GIS的要素，GIS由以下要素组成：地理空间数据、数据获取、数据管理、数据显示、数据探查和数据分析。GIS要素及其与本书各章的对应
地理空间数据，地理空间数据涉及空间要素的位置。使用地理坐标或投影坐标系统来确定地球表面空间要素的位置，地理坐标系统以经度和纬度表示，而投影坐标系以x、y坐标表示。GIS的基本原则是，表示不同地理空间数据的图层必须在空间上相互匹配，换言之，它们必须基于相同的坐标系统。GIS将地理空间数据表示为矢量数据和栅格数据。矢量数据模型用点、线和多边形来表示具有清晰空间位置和边界的空间要素。每个要素被赋予一个ID（标识码），以便与其属性相关联。栅格数据模型使用格网和格网元胞代表空间要素：点要素由单个元胞表示，线要素由一序列相邻元胞表示，多边形要素由连续元胞的集合表示。元胞的值表示该元胞的空间要素属性。矢量数据模型可以是地理关系模型（georelational）或基于对象模型，可以是有拓扑结构或无拓扑结构，可以是简单要素或复合要素。拓扑结构清晰表达空间要素之间的关系。复合要素是建立在点、线和多边形等简单要素上的，包括：不规则三角网（TIN），它是用一组互不重叠的三角形近似表示地形；动态分段则是将一堆线性测量（比如里程）与二维投影坐标结合起来。数据采集，数据采集通常是GIS项目进行的第一步。要使用公共数据，重要的是要获取元数据，元数据提供关于数据的信息。如果无法获得公共数据，新的数据可以来自纸质地图或正射摄影的数字化，由卫星图像创建，或由GPS数据、调查数据、街道地址、具有x和y坐标的文本文件转化而来。数据采集包括编译现有的和新的数据。属性数据管理，GIS通常采用数据库管理系统（DBMS）处理属性数据。属性数据在关系数据库中存为表格的集合。“合并”操作通过使用共同的属性字段（如要素ID）把两个表格汇集在一起，而“关联”操作连接的两个表格再物理上是独立的。数据显示，在GIS中，绘制地图有“非正式的”或“正式的”。“非正式的”是指查看地图上的地理空间数据，“正式的”是指为专业展示和报告而产出地图。专业地图将标题、地图主体、图例、比例尺条和其他元素组合在一起，向读者传达地理信息。可以转换成KML文件，导入到“谷歌地球（Google Earth）”，在网络服务器上公开和共享。数据探查，是指用地图、表格和图形进行可视化、操作和查询数据的活动。GIS中的数据探查可以基于地图，也可以基于要素。数据分析，GIS有大量工具用作数据分析。矢量数据的两个基本工具是：缓冲和叠置。缓冲可对选中的要素创建缓冲带；叠置是输入图层的几何数据和属性数据进行结合。栅格数据的4个基本工具是：local、neighborhood、zonal和global operations ,取决于对独立像元、像元组或整个栅格像元等的不同操作水平。表面分析包括视域和流域：视域分析取决于从一个或多个观察点可通视的区域，流域分析则追踪水流来勾绘水系和流域。空间插值是用有已知值的点去估算其他点的值。在GIS应用中，空间插值是由点数据创建面数据的方法。空间插值有多种方法：整体或局部，确定性或随机性。地理编码将地址转换为在x、y坐标系统上的点要素和动态分段线段。地理编码可看作通过线要素（如街道、高速公路）作为参照来创建新的GIS数据的工具。因此，对于一些GIS用户，地理编码可视为一种数据获取。最小成本路径分析能够发现在栅格上的最小成本路径，而网络分析则能求出一个拓扑路网上两站点之间的最短路径。GIS的应用，GIS是一种有用的工具，因为我们通常遇到的信息中有很高的比例具有空间组分。GIS应用清单：在谷歌学术（Google scholar）以“GIS应用”为关键字快速搜索结果得到以下领域：自然资源、自然灾害、地表和地下水水文、气象、环境分析和监控、洪水风险、土壤、生态系统管理、野生动物栖息地、农业、林业、景观分析和管理、土地利用管理、入侵物种、河口管理、考古学、城市规划、交通、医疗、商业和服务规划、房地产、旅游、社区规划、应急计划、污染评估、公共服务和军事行动。自然资源、农业和林业等是整个学科领域，还可以有虚多分支学科。美国各大局都在其门户网站提供GIS的元数据。GIS、Web2.0和移动技术的集成，包括网络制图、混搭绘制地图、协作网络制图、志愿者地理信息、地理社交数据探索。
网络制图，对于网络制图，服务器通过浏览器提供地图和图像（如基于地图的浏览器），它是由客户端访问，来作数据显示、数据查询和制图。1996年，MapQuest；2004年，WorldWind；2005年，“谷歌地图”和“谷歌地球”。网络制图的流行已经打破了公共使用地理空间数据和技术的障碍，这又导致了其他方面的发展，如混搭制图、协同网路制图、志愿者地理信息和地理社会数据探查。
混搭绘制地图，允许用户将他们自己的内容（如文字、照片和视频）与基于网络的地图组合，成为“即时新制图员”。
中国的混搭绘制地图官网：告别购买纸质地图——可以DIY的标准地图服务系统网站使用介绍。
对于GIS用户来说，混搭制图可以通过GIS软件包生成的图层和地图与谷歌地球上的图层和地图的集成来获得不同的形式。这是通过将图层和地图转换为KML（锁孔标记语言）格式即谷歌地球用来显示地理数据的文件格式。具体可用ArcGis进行操作：1、CGCS2000坐标系转KML及安装到手机奥维上的步骤；2、ArcGis中.shp和.kml数据导入导出Google Earth操作流程。
协作网络制图，最常提到的就是OpenStreetMap（OSM）；免费的维基世界地图提供免费的地理数据。Flighttradar24—在地图上显示实时的飞机飞行信息。
志愿者地理信息（VGI），是由Goodchild(2007)创造的术语以描述公众使用网络应用程序和服务而生成的地理信息。存在的问题：1、涉及地理位置及叙事时的准确性和可靠性；2、伦理使用，在灾难事件中共享个人信息可能存在被许多人访问的潜在风险（包括不道德的意图）。
地理社交数据探索，地理社交数据指的是在Facebook、Twitter、Instagram、Flicjr和YouTube等社交网络贴上地理标签。通过使用智能手机或其他类型的支持GPS的设备，人们可以很容易收集和分享他们的位置数据及与实时地点相关的最新信息。
其他，每章最后均有名词解释以及相应的练习题（原理理论回顾以及实际操作应用）。建议课后复习题、应用可以学习实操。
▼ 往期精彩回顾 ▼1、玩转ArcGis（专辑）2、ArcGis汇总（1安装篇、2基础篇、3技术篇、4ESRI视频分享篇）3、ArcGis中的地理坐标系和投影坐标系？
4、如何制作封面图？（鹰眼图制作）
