GIS原理复习资料01

1、第一章:GIS:是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析 和描述空间物体的定位分布与与之相关的属性数据，并答复用户问题 为主要任务的计算机系统。GIS的组成：用户GIS效劳的对象，分为一般用户和从事建立、维 护、管理和更新的高级用户；软件支持数据采集、存储、加工、 答复用户问题的计算机程序系统；硬件各种设备-物质根底；数 据系统分析与处理的对象、构成系统的应用根底硬件配置：输入数字化、解析测图仪、扫描仪 遥感处理设备等存贮处理 计算机硬盘 光盘 等存储设备输出打印机绘图仪显示终端等网络效劳器、网络适配器、传输介质、调制解调器等网络设备功能硬件配置软件配置：GIS用户界面、GIS数

2、据库、操作系统、GIS硬件、GIS专业平台软件、GIS用软件系统的根本功能：数据采集、管理、分析和表达，所以每个GIS系统 都是由假设干具有一定功能的模块组成。第二章：1、地理空间的数学根底： 主要包括地球空间参考解决地球的空间定位与数学描述问题，空间数据投影与坐标转换解决如何把地球曲面信息展布到二维平面，空间尺度规定在多大的详尽程度研究空间信息 与地理格网建 立组织空间信息空间区域框架方法。地图投影概念：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法， 称为地图 投影地图投影的实质：建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网 的数学根底，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标入，0丨与平面上对应点的平

3、面坐标 x, y之间的函数关系：x=f1入，y=f2入，当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。2、空间数据溶：位置、形状、尺寸、识别码名称实体的角色、 功能、行为、实体的衍生信息时间测量方法、编码方法、空间参考系等根本特征：空间特征：地理位置和空间关系；属性特征 一名称、 等级、类别等；时间特征 数据类型：几何数据空间数据、图形 数据；关系数据一实体间的邻接、关联包含等相互关系 ；属性数 据一各种属性特征和时间元数据数据结构：矢量、栅格、TIN专 用于地表或特殊造型 RDBMS属性表-采用MIS较成熟 依据数据来源的不同分为：地图数据、地形数据、属性数据、元数据、 影象数据3、实体

4、的空间特征：空间维数：有0, 1, 2, 3维之分，点、线、 面、体空间特征类型点状实体、线状实体、面状实体、体状实体 点状实体：有特定位置，维数为0的物体，用来代表一个实体 线状实体：具有一样属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序 坐标表示，特性：实体长度：从起点到终点的总长；弯曲度：用 于表示像道路拐弯时弯曲的程度；方向性：水流方向，上游一下游, 公路，单、双向之分面状实体是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由一封闭曲线加点来表示；面状实体的如下特征：1面积围 2周长3独立性或与其它地物相邻如中国与其周边国家4岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5重叠性与非重叠

5、性：如学校的分区，菜市场的效劳围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠体、立体状实体：立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它 具有长度、宽度与高度等属性，立体状实体一般具有以下一些空间特 征：体积，如工程开控和填充的土方量。每个二维平面的面积。周长岛含有弧立块或相邻块断面图与剖面图。4、实体间空间关系：拓扑空间关系、 顺序空间关系、度量空间关系5、拓扑关系的种类：关联性、邻接性、连通性、方向性、包含性、层次关系6、主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含7、矢量数据的获取方式：由外业测量获得、由栅格数据转换获得、跟踪数字化8栅格数据结构：又称为网格结构，

6、它是将地表划分成为严密相邻 的网格阵列。每个网格的位置由行列号定义。它包含一个代码，以表 示该网格的属性或指向属性记录的指针点：由单个栅格表达。线：由沿线走向有一样属性取值的一组相邻栅格表达。面：由沿线走向有一样属性取值的一片栅格表达栅格结构的建立：手工获取、扫描仪扫描、由矢量数据转换而来、遥感影像数据、格网DEM数据栅格数据结构的组织方法：方法a：以象元为记录序列，不同层上同 一象元位置上的各属性值表示为一个列数组；方法 b:每层每个象元 的位置、属性一一记录，结构最简单，但浪费存储；方法c：以层为根底，每层以多边形为序记录多边形的属性值和多边形各象元的坐 标。栅格数据编码方法：直接栅格编码

7、、行程编码变长编码、块码 游程编码向二维扩展、链式编码、四叉树编码、栅格数据结构：十进制的Morton码-MDAA01AB23AA89AA1011AA45BB67BB1213BB14151、一种按位操作的方法：如行为2、列为3的栅格的MD步骤：(1) 行、列号为二进制Ib= 1 0 Jb= 1 1(2) 1行J列交叉1 1 0 1= 13(3) 再化为十进制.实质上是按左上、右上、左下、右下的顺序，从零开始对每个栅格进展自然编码。起始行列号从0计把一幅2nX2n的图像压缩成线性四叉树的过程AAAA0145ABBB2367AABB891213AABB101114151、按Morton码把图象读入

8、一维数组。Mort onMort on12132、相邻的四个象元比较，一致的合并，只记录第一个象元的码。循环比较所形成的大块，一样的再合并，直到不能合并为止。3、进一步用游程长度编码压缩。压缩时只记录第一个象元的码。右图的压缩处理过程为：1、按Morton码读入一维数组。乍.Morton 码：012345678910111415象元值：AAABAABBAAA AB B2、四相邻象元合并，只记录第一个象元的 Morton码。01234567812AAABAABBA B3、由于不能进一步合并，那么用游程长度编码压缩0 3 4 6 8 12A B A B A B9、矢、栅优缺点：优点缺点矢量1、便于

9、面向现象土壤类，1、数据结构复杂，各自定土地利用单兀等义，不便于数据标准化和规化，2、结构紧凑，冗余度低，便数据父换困难。于描述线或边界。2、多边形叠置分析困难，3、利于网络、检索分析，提没有栅格有效，表达空间变化供有效的拓扑编码，对需要拓性能力差。扑信息的操作更有效。3、不能像数字图像那样4、图形显示质量好，精度高。做增强处理 4、软硬件技术 要求咼，显示与绘图本钱较咼。栅1、结构简单，易数据父1、现象识别效果不如矢量方格换。法，难以表达拓扑。2、叠置分析和地理能2、图形数据量大，数据结有效表达空可变性现象模拟构不严密不紧凑，需用压缩技较易。术解决该问题。3、利于与感遥数据的匹3、投影转换困

10、难。配应用和分析，便于图像处4、图形质量转低，图形输理。出不美观，线条有锯齿，需用4、输出快速，本钱低廉。增加栅格数量来克制，但会增加数据文件。矢量数据结构：点：XY单点；线：X1Y 1,X1 Y2,X3Y3 .XnYn 闭合串；面: X1Y 1,X1 Y2,X3Y3 .XnYn 闭合环；X1Y 1,X1 Y2,X3Y3 .XnYn 闭合环。矢量数据的获取方式：由外业测量获得、由栅格数据转换获得、跟踪数字化。矢量数据的组织：点：坐标对x,y线：坐标对系列(x1,y1).(xn,yn)面：首尾一样的坐标串矢量数据组织:矢量数据编码方式： 实体式：spaghetti-面条模型：以实体为单位记录其坐

11、标多边形坐标串P1 P2 索引式树状：对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与边线、 线与多边形的索引文件。点线面图如上：面号弧段号P1A,B,C点文件:点号坐标1x1,y1线文件:面文件:弧段号起点终占八、点号A527,8,9,10双重独立式编码：是一种拓扑编码结构 点文件:点号坐标1x1,y1线文件：线文件是以线段为记录单位线号左多边形右多边形起点终占八、L210P1P2210面文件:面号线号P1L210丄109 在DIME中做如下改进：将以线段为记录单位改为以弧段为单位链状双重独立式码链状双重独立式编码-拓扑数据结构：弧段坐标文件:弧段号坐标系列串Ax2,y2,X10,y10 弧段文件：

12、链一面，链一结点关系:弧段号左多边形右多边形起点终占 八、AP1P225面文件:面号弧段号P1A,B,-C点拓扑文件：结点一链关系：点号弧段号2A,B,D注：在拓扑结构中，多边形面的边界被分割成一系列的线弧、链、边和点结点等拓扑要素，点、线、面之间的拓扑关系在属 性表中定义，多边形边界不重复。道格拉斯一普克法，又称分裂法。该算法实现的根本思路是：对每一条曲线的首末点虚连一条直线， 求 其它所有点与该直线的距离，并找出其中的最大距离值dmax，用dmax与限差相比：假设dmaxe，保存dmax对应的坐标点，并以该点为界，把曲 线分为两局部，对这两局部曲线重复上述操作，直至整条曲线处理完【特点】：

13、压缩效果好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进展，且计算量较大。垂距法的根本思路是：每次顺序取曲线上的三个点，计算中间点与其 它两点连线的垂线距离di,并与限差比较。假设di,那么中间点保存。然后顺序取下三个点继续处 理，直到这条线完毕。间隔取点法的根本思路是：每隔n个点取一点，或每隔一规定的距离 取一点，但首末点一定要保存。例如对一曲线每隔一个点 n=1取 一点进展压缩，其过程和结果如以下图所示。空间插值：通过点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法称为 空间数据的插。边界插：使用边界插法时，首先要假定任何重要的变化都发生在区 域的边界上，边界的变化那么是均匀的、同质的。边界插的方法之一

14、 是泰森多边形法。泰森多边形法的根本原理是 ：未知点的最正确值由 最邻近的观测值产生。这种插值方法主要应用于地质、土壤、植被 或土地利用现状等领域的等值区域图或专题地图的处理局部插法：在GIS中，实际的连续空间外表很难用一种数学多项式 来描述，因此，往往使用局部插技术，即利用局部围的采样点的数据 插出未知点的数据。常用的有线性插、双线性多项式插、双三次多 项式样条函数插。 空间数据库的概念：地理信息系统的数据库：简称空间数据库或地理数据库，是某一区域 关于一定地理要素特征的数据集合；是地理信息系统在计算机物理存 储介质存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织

15、在存储介质之上的。空间数据的根本特征：空间性、多尺度与多态性、多时空性、抽象性、 非结构化特征、海量数据特征空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：1、数据量特别大2、数据容包括空间数据、属性数据以与二者之间的关系3、数据应用广泛矢量数据管理：空间数据管理方式与数据库开展是密不可分的，按 照开展的过程，对矢量数据的管理有：基于文件管理的方式、文件与 关系数据库混合管理系统、全关系型空间数据库管理系统、对象-关系数据库管理系统栅格数据的管理：栅格影像数据，不仅包含了属性信息，还包含了隐 藏的空间位置信息格网行，列信息，即隐含着属性数据与空间位 置数据之间的关联关系。对栅格数据的管理有：基于文件

16、管理的方式、文件结 合关系数据库管理、完全基于关系数据库管理。目前空间数据库引擎主要有两种方式： 中间件方式、数据库本身扩展 空间数据库引擎1Oracle Spatial：只是在原来的数据库模型上进展了空间数据模型的扩展，实现的是 点、线、面等简单要素的存储和检索，它 不能存储数据之间复杂的拓扑关系，也不能建立一个空间几何网络。2ArcSDE:是ArcGIS与关系数据库之间的GIS通道。它允许用 户在多种数据库管理系统中管理地理信息，并使所有的 ArcGIS应用 程序都能够使用这些数据。空间索引：指根据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包括空间

17、对象的概要信息，如对 象的标识，外接矩形与指向空间对象实体的指针。【作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和 空间对象之间，它通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对 象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。目前，常见空间索引方法有对象围索弓I,格网索引，四叉树空间索引，R树，R +树空间索引。】空间数据库查询语言扩展 SQL：空间数据查询语言是通过对标准SQL的扩展来形成的，即在数据库查询语言上参加空间关系查询。 为 此需要增加空间数据类型如点、线、面等和空间操作算子如求 长度、面积、叠加等。在给定查询条件时也需含有空间概念，如距 离、邻近、叠加等。空间定位查询：按点查询

18、、按规那么图形查询、按多边形查询；空间属性查询：查找、SQL查询、扩展SQL查询；空间关系查询：相邻分析检索-通过检索拓扑关系、相关分析检索、包含关系查询、缓冲区查询GIS的数据源：按照获取方式： 地图数据，遥感数据，实测数据，共享数据。 按照表现方式：数字化数据，多媒体数据，文本数据，统计数据。数据采集任务：a、将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成 GIS可以承受的数字形式。b、数据库入库之前进展验证、修改、编辑等处理，保证数据在容和 逻辑上的一致性。c、不同的数据来源要用到不同的设备和方法。 d、 数据的转换装载e、数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等

19、空间数据的采集一一野外采集平板测量、全野外数字测图、空间定 位测量一一室采集：数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量 设备特点：围大，速度快使用围：大面积GIS数据采集、资源普查等GIS数据质量的根本容：位置几何精度：如数学根底、平面精度、高程精度等，用以描述 几何数据的误差。2属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正 确性等，用以反映属性数据的质量。3逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的 正确性等，由几何或属性误差也会引起逻辑误差。4完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性，数据层完整性，检验完整性等。5现势性：如数据的

20、采集时间、数据的更新时间等。空间查询：在空间数据库中检索出满足给定条件或位置的空间对象或属性特征的一种操作。流程：查询容一数据库一连接与处理一结果 输出方式：定位查询、条件查询；容：空间位置、空间关系、空间分布、属性特征、几何特征；结果：高亮显示、列表输出、统计图表、数据集；空间分析：是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一， 它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是地理信息系统区 别于一般管理信息系统的主要功能特征空间分析：传统的叠置分析方法透图法叠置分析：是将同一地区的两组或两组以上的要素 地图进展叠置， 产生新的

21、特征新的空间图形或空间位置上的新属性的过程的分析 方法。点与多边形的叠置：点层与面层的叠置核心算法为判断点是否在多 边形线与多边形的叠置线与多边形的叠置是把一幅图或一个数据 层中的多边形的特征加到另一幅图或另一个数据层的线上，线与 多边形叠置的算法就是线的多边形裁剪多边形与多边形的叠置对 原始数据多边形形成拓扑关系；多层多边形数据的空间叠置，形 成新层；对新层中的多边形重建拓扑；删除多余多边形或处理意义 多边形提取感兴趣的局部栅格数据的叠置分析：空间逻辑运算、数学运算复合法矢量数据的叠置分析和栅格数据的叠置分析DEM，Digital Elevation Models，是国家根底空间数据的重要组成 局部，它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单兀上高程的集