地理信息系統(tǒng)應(yīng)用探索空間數(shù)據(jù)的收集、分析與可視化技術(shù)課程概述1基礎(chǔ)理論GIS核心概念和原理2技術(shù)方法數(shù)據(jù)處理與空間分析3軟件應(yīng)用主流GIS軟件實操行業(yè)實踐什么是地理信息系統(tǒng)（GIS）？空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)收集、存儲和管理地理信息的計算機系統(tǒng)分析工具處理空間數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)空間關(guān)系的工具集決策支持幫助規(guī)劃者和管理者進(jìn)行空間決策GIS的基本組成硬件計算機、輸入輸出設(shè)備1軟件GIS程序與應(yīng)用工具2數(shù)據(jù)空間與屬性數(shù)據(jù)3人員專業(yè)技術(shù)人員4方法操作規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)5GIS的主要功能數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)的采集、存儲與維護(hù)空間查詢按位置和屬性檢索地理要素空間分析揭示數(shù)據(jù)間的空間關(guān)系可視化通過地圖展示空間信息GIS在現(xiàn)代社會中的重要性1優(yōu)化決策基于空間分析的科學(xué)決策2提高效率自動化空間信息處理3促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展資源合理規(guī)劃與利用4支持智慧城市建設(shè)實現(xiàn)城市精細(xì)化管理5推動產(chǎn)業(yè)融合創(chuàng)新與各行業(yè)深度結(jié)合GIS的歷史發(fā)展11960年代加拿大地理信息系統(tǒng)誕生21970年代GIS軟件商業(yè)化開始31980年代桌面GIS興起41990年代開放GIS標(biāo)準(zhǔn)建立52000年代網(wǎng)絡(luò)GIS普及62010年代移動GIS與云GIS發(fā)展GIS的數(shù)據(jù)模型：矢量數(shù)據(jù)點實體表示離散位置，如建筑物、監(jiān)測站線實體表示線性要素，如道路、河流面實體表示區(qū)域，如行政區(qū)、土地利用復(fù)合實體組合多種幾何類型，如交通網(wǎng)絡(luò)GIS的數(shù)據(jù)模型：柵格數(shù)據(jù)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)將空間劃分為規(guī)則單元格連續(xù)現(xiàn)象適合表示地形、氣溫等連續(xù)變化現(xiàn)象數(shù)據(jù)源遙感影像、掃描地圖、DEM空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述要素間空間關(guān)系2四叉樹柵格數(shù)據(jù)的高效存儲3TIN不規(guī)則三角網(wǎng)表示地形4網(wǎng)格索引加速空間查詢地理坐標(biāo)系統(tǒng)經(jīng)緯度系統(tǒng)基于地球橢球體的角度測量基準(zhǔn)面定義坐標(biāo)原點和方向，如WGS84橢球體近似地球形狀的數(shù)學(xué)模型大地測量單位度、分、秒或十進(jìn)制度投影坐標(biāo)系統(tǒng)UTM投影通用橫軸墨卡托投影高斯-克呂格投影中國常用投影系統(tǒng)蘭伯特投影等角圓錐投影地圖投影方法1234等角投影保持角度，適合導(dǎo)航等面積投影保持面積，適合資源統(tǒng)計等距投影保持特定方向距離compromise投影綜合考慮變形數(shù)據(jù)輸入方法：數(shù)字化準(zhǔn)備工作地圖校準(zhǔn)與參照系設(shè)置手動數(shù)字化使用數(shù)字化儀描繪要素屏幕數(shù)字化在計算機屏幕上勾繪要素拓?fù)錁?gòu)建建立要素間空間關(guān)系數(shù)據(jù)輸入方法：掃描紙質(zhì)地圖掃描轉(zhuǎn)換為數(shù)字柵格圖像圖像校正消除變形和偏差矢量化將柵格轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)屬性關(guān)聯(lián)添加屬性信息數(shù)據(jù)輸入方法：GPSGPS設(shè)備和手機應(yīng)用可直接采集地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)RTK技術(shù)可提高定位精度至厘米級數(shù)據(jù)輸入方法：遙感0.5米高分辨率商業(yè)衛(wèi)星影像分辨率16天重訪周期Landsat衛(wèi)星重訪周期7+多光譜常規(guī)遙感波段數(shù)100+高光譜高光譜傳感器波段數(shù)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制位置精度坐標(biāo)準(zhǔn)確度屬性精度屬性值真實性完整性數(shù)據(jù)覆蓋范圍時效性反映現(xiàn)實時間一致性邏輯關(guān)系協(xié)調(diào)屬性數(shù)據(jù)管理字段類型用途示例文本名稱描述地名數(shù)值測量值面積日期時間信息建成日期布爾是/否狀態(tài)是否開放代碼分類編碼用地類型空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計需求分析明確用戶需求和應(yīng)用場景概念設(shè)計建立實體關(guān)系模型邏輯設(shè)計設(shè)計表結(jié)構(gòu)和關(guān)系物理設(shè)計確定存儲方式和索引實現(xiàn)與測試數(shù)據(jù)庫建設(shè)和功能驗證SQL在GIS中的應(yīng)用基本查詢SELECT*FROMroadsWHEREtype='高速公路'空間查詢SELECT*FROMbuildingsWHEREST_Within(geom,buffer)空間關(guān)系Intersects,Contains,Within,Distance空間索引技術(shù)R樹基于最小邊界矩形的樹狀索引四叉樹遞歸劃分空間的樹狀索引網(wǎng)格索引將空間劃分為規(guī)則網(wǎng)格的索引空間分析：疊加分析交集提取兩圖層共有區(qū)域并集合并兩圖層全部區(qū)域差集提取一圖層不在另一圖層的區(qū)域?qū)ΨQ差提取兩圖層不重疊區(qū)域空間分析：緩沖區(qū)分析固定距離緩沖以相同半徑創(chuàng)建緩沖區(qū)1變量緩沖基于屬性值確定緩沖距離2內(nèi)緩沖向多邊形內(nèi)部縮小3外緩沖向多邊形外部擴展4空間分析：網(wǎng)絡(luò)分析1最短路徑兩點間最優(yōu)路線2服務(wù)區(qū)設(shè)施覆蓋范圍3最近設(shè)施尋找最近的服務(wù)點4位置-分配優(yōu)化設(shè)施位置布局空間分析：地形分析空間插值方法克里金法基于地統(tǒng)計學(xué)理論的最優(yōu)插值反距離權(quán)重法距離越近權(quán)重越大樣條函數(shù)法使用數(shù)學(xué)函數(shù)擬合曲面空間統(tǒng)計分析熱點分析識別高值聚集區(qū)空間聚類發(fā)現(xiàn)相似區(qū)域組空間自相關(guān)測量空間依賴性地理加權(quán)回歸分析空間變異關(guān)系三維GIS技術(shù)三維GIS支持全方位空間數(shù)據(jù)表達(dá)與分析城市規(guī)劃、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛WebGIS技術(shù)1客戶端瀏覽器、WebGL、JavaScript庫2服務(wù)端地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、分析服務(wù)3數(shù)據(jù)傳輸WMS、WFS、WCS等OGC標(biāo)準(zhǔn)4云端部署彈性擴展、按需服務(wù)移動GIS技術(shù)離線數(shù)據(jù)本地緩存地圖數(shù)據(jù)實時定位結(jié)合GPS和網(wǎng)絡(luò)定位數(shù)據(jù)采集外業(yè)調(diào)查與巡檢AR增強疊加虛擬空間信息GIS軟件介紹：ArcGISArcGISPro最新一代桌面GIS軟件ArcGISOnline云端GIS平臺ArcGISEnterprise企業(yè)級GIS解決方案GIS軟件介紹：QGIS開源免費完全開放源代碼，無授權(quán)費用跨平臺支持Windows、Mac、Linux等系統(tǒng)插件生態(tài)豐富的社區(qū)開發(fā)插件擴展功能Python支持內(nèi)置Python控制臺，支持自動化GIS軟件介紹：SuperMap1SuperMapiDesktop桌面GIS軟件2SuperMapiServerGIS服務(wù)器3SuperMapiPortal地理信息門戶4SuperMapiMobile移動GIS平臺5SuperMapiEdge邊緣計算GISGIS編程：Python在GIS中的應(yīng)用ArcPyArcGISPython模塊PyQGISQGISPython接口GeoPandas地理數(shù)據(jù)處理庫Folium交互式地圖可視化GIS二次開發(fā)技術(shù)組件開發(fā)基于GIS組件庫API開發(fā)調(diào)用平臺API接口插件開發(fā)擴展已有GIS軟件腳本開發(fā)自動化GIS工作流GIS與大數(shù)據(jù)PB級數(shù)據(jù)量遙感數(shù)據(jù)每年增長億級對象數(shù)地理實體數(shù)量級毫秒響應(yīng)時間實時GIS應(yīng)用要求5V特征大數(shù)據(jù)的典型特性GIS與人工智能遙感影像分類基于深度學(xué)習(xí)的土地覆蓋識別1目標(biāo)檢測自動識別建筑物、道路等要素2變化檢測自動發(fā)現(xiàn)地表變化3空間預(yù)測預(yù)測未來空間分布趨勢4GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用土地利用交通規(guī)劃基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境評估公共服務(wù)GIS在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用1大氣污染空氣質(zhì)量空間分布分析2水質(zhì)監(jiān)測流域水環(huán)境動態(tài)評估3土壤監(jiān)測土壤污染范圍與程度分析4生態(tài)監(jiān)測生物多樣性空間格局研究GIS在資源管理中的應(yīng)用GIS支持資源空間分布調(diào)查與動態(tài)監(jiān)測輔助資源開發(fā)利用規(guī)劃決策GIS在交通運輸中的應(yīng)用交通監(jiān)控實時路況監(jiān)測與事件管理路徑規(guī)劃最優(yōu)出行路線計算公交規(guī)劃公共交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布局GIS在災(zāi)害管理中的應(yīng)用災(zāi)前預(yù)防災(zāi)害風(fēng)險評估與區(qū)劃災(zāi)中應(yīng)急災(zāi)情監(jiān)測與救援調(diào)度災(zāi)后恢復(fù)損失評估與重建規(guī)劃GIS在公共衛(wèi)生中的應(yīng)用1病例分析疾病空間分布特征2傳播模擬疫情擴散預(yù)測3資源調(diào)配醫(yī)療設(shè)施布局優(yōu)化4干預(yù)評估防控措施效果評價GIS在商業(yè)分析中的應(yīng)用選址分析最優(yōu)商業(yè)位置評估市場劃分商圈范圍界定顧客分析消費者空間分布研究競爭評估競爭格局空間分析GIS在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)方法效益精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)變量施肥減少浪費耕地監(jiān)測遙感分類動態(tài)管理產(chǎn)量預(yù)測空間建模調(diào)控生產(chǎn)病蟲害防治空間分析精準(zhǔn)防控農(nóng)田灌溉水資源規(guī)劃節(jié)水增效GIS在旅游業(yè)中的應(yīng)用景點分布景區(qū)空間布局與設(shè)施規(guī)劃線路規(guī)劃旅游路線設(shè)計與優(yōu)化客流分析游客流量和行為研究體驗增強AR/VR增強旅游體驗GIS在考古學(xué)中的應(yīng)用遺址探測利用遙感尋找潛在遺址空間記錄出土文物精確定位與編目環(huán)境重建歷史環(huán)境與聚落格局分析可視化展示三維重建古代場景GIS與遙感技術(shù)的集成應(yīng)用數(shù)據(jù)源多種傳感器提供空間信息處理分析圖像處理與信息提取監(jiān)測應(yīng)用動態(tài)變化監(jiān)測與分析GIS與BIM的集成應(yīng)用建筑設(shè)計精細(xì)三維建筑模型區(qū)域環(huán)境城市空間上下文數(shù)據(jù)互通室內(nèi)外空間數(shù)據(jù)集成全生命周期規(guī)劃、建設(shè)、運維一體化時空GIS技術(shù)1靜態(tài)GIS空間靜態(tài)快照2時空數(shù)據(jù)庫存儲歷史狀態(tài)變化3時空分析揭示時空變化規(guī)律4動態(tài)可視化動態(tài)展示時空過程虛擬現(xiàn)實與GIS空間數(shù)據(jù)GIS提供真實空間數(shù)據(jù)1三維建模構(gòu)建虛擬場景2交互體驗沉浸式空間探索3模擬分析虛擬環(huán)境中進(jìn)行空間分析4增強現(xiàn)實與GIS外業(yè)調(diào)查實景疊加專題信息規(guī)劃展示在實景中展示規(guī)劃方案設(shè)施管理可視化地下管線等隱藏設(shè)施智慧城市與GIS數(shù)據(jù)中樞城市空間數(shù)據(jù)匯聚平臺1分析引擎城市問題空間分析2可視平臺城市運行狀態(tài)監(jiān)測3決策支持城市精細(xì)化管理輔助4服務(wù)接口面向公眾的位置服務(wù)5GIS標(biāo)準(zhǔn)化OGC標(biāo)準(zhǔn)開放地理信息聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織地理信息標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)測繪地理信息行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件廠商數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)GIS數(shù)據(jù)共享與交換1元數(shù)據(jù)描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)格式開放交換格式支持3服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)化訪問服務(wù)4權(quán)限控制分級分類數(shù)據(jù)訪問GIS項目管理需求分析明確用戶需求系統(tǒng)設(shè)計總體架構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)建設(shè)數(shù)據(jù)采集與處理功能開發(fā)應(yīng)用功能實現(xiàn)系統(tǒng)集成組件整合測試GIS的未來發(fā)展趨勢1實時GIS物聯(lián)網(wǎng)感知與即時分析2智能GISAI深度融合的空間智能3全息GIS室內(nèi)外無縫三維表達(dá)4開放GIS共創(chuàng)共享的平