地理信息系统全书重点

1、地理信息系统全书重点数据的定义：某一目标定性、定量性描述的原始材料。包括：数字、文字、符号、图形、图像以及他们能够转换成的数字形式。地理信息系统定义：以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。系统的定义：广义：具有特定功能的，相互间有机联系的许多要素所构成的整体。计算机的定义：为实现特定功能，由必要的人、机器、方法或程序按一定的相关关系联系起来进行工作的集合体。信息系统的定义：具有处理、管理、分析数据能力的系统，能够为决策提供具有价值的

2、信息。地理信息的定义：与空间有关的信息。包括地理实体和地理现象，时空特征和关联特征。地理信息系统的特征：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、多种要素综合分析和动态预测的能力，并能够产生有侧次的地理信息。3.计算机系统的支持。80年代GIS发展特点：1.把GIS全面推向应用  2.由发达国家推向发展中国家。 3.GIS进入多学科领域，发展成为多功能共享的综合性信息系统，并向智能化发展。GIS的组成部分：1.计算机硬件设备  2.计算机软件设备  

3、 3.地理空间数据  4.系统操作管理人员  5.例程  6.网络GIS硬件配置：1.计算机主机   2.数据输入设备     3.数据存储设备4.数据输出设备GIS软件组成：1.用户接口 2.数据输入与校检 3.空间分析函数转换  4.数据存储与管理 5.数据输出与表示GIS功能组成：1.数据输入子系统2.数据存储管理和分析子系统3.数据输入子系统类型：.专题信息系统：具有有限目标和专业特点的地

4、理信息系统，为特定的专门目的服务。.区域信息系统：主要以区域综合研究和全面的信息服务为目的。.工具或外壳应用：.区域信息管理；：mapping制图  measurement测量  monitoring监测  modeling：建模  management管理.区域信息的表示和管理、区域空间指标和空间关系的定连测量、区域综合分析、空间查询、空间分析、预测和模拟GIS的主要应用、典型应用领域：政府和公共服务、商业和服务规划、物流和交通、环境。GIS的发展趋势：面向人的应用。区域空间指标：1.几何指标:位置、长度、面积、

5、体积、形状、方位。2.自然地理参数：坡度、坡向、河网密度、切割程度。3.经济地理参数:集中化指标、区位商、地理相关系数。4.人文指标：人口密度、人均收入。政府和公共服务应用GIS：被国家到社区政府用于资源和基础设施的财产清单、交通路线的规划、公共服务的改进，土地开发的管理以及计算经济活动的增长而产生的税收。GIS发展的趋势：1.system：强调系统的内部结构.2.Science：强调原理和理论。3.Study：强调数据和数据挖掘。4.Service：强调对社会经济服务。数据结构的定义：1.数据库中数据组织的方式。2.它应有效的表达个数据项之间的关系。3.决定了数据采集、存储、查询、检索和应用

6、分析中数据操作处理的基本方式。空间数据的基本特征：1.位置特征，分为坐标位置（绝对位置）和相关位置（相对位置）。2.属性特征。Ø 1.命名属性：用来标示一个实体或与其他实体区分开来，包括数字、字母、颜色、ID等。（注意：算术运算无意义。）Ø 2.顺序属性：属性值有自然的顺序，相加和相除求平均值均无意义，中位值可作为排序数列的平均值。Ø 3.间隔属性：不同值之间的差异具有意义，如温度。Ø 4.比率属性：不同值之间的比具有意义，如重量。Ø 5.周期属性：具有方向性和周期性，如方位角、经度。3.时间特征。空间数据编码定义：把地理数据转换成适合计算机处

7、理的数字或字符，并可以还原成原来的形式，这个转换过程是空间数据编码。空间数据编码的类型：1.矢量:在计算机图形中只一个有向线段，每个有向线段由有序的特征点来表示，其集合构成了图形。2.网格：将图像或地图分成若干行和列组成网络，按每个网格作为一个点进行全面采样，得到每个点的属性。矢量数据的空间要素：点实体、线实体、面实体。基本数据要素：点、结点、矢量、线段、多边形。（结点：两条线段或两条以上线段的交点）XY坐标编码方式;由一组有序的（x，y）坐标确定线段的平面位置，再由构成多边形的一台哦或若干条线段确定整个多边形的边界位置。XY坐标编码的问题（缺陷）：1.数据冗余：相邻多边形的公共边必须数字化和

8、存储两次。2.没有邻域信息。3.不能解决岛或洞的问题。4.不能检查错误。DIME双重独立地图编码的双重性;1.连接性2.多边形区域定义3.邻接性。多边形区域定义：多个弧段首尾相接构成了多边形的内部域。多边形区域的表现:多边形与弧段的拓扑关系。连接性定义：弧段在结点处的相互连接关系。连接性表现：弧段与结点的拓扑关系。邻接性的判断方法:通过定义弧段的左右边及其方向性来判断弧段左右多边形的邻接性。邻接性的表现:弧段和左右多边形的拓扑关系。即一个具有方向性的弧段，沿弧段方向有左右之分，根据左边和右边的关系来判断位置。拓扑编辑最重要的技术特征和贡献：保证数字化原始数据的自动查错编辑，自动形成封闭的多边形

9、边界。网络数据的取值方法:中心法、长度占优法、面积占优法、重要性法。网格数据的记录方法：1.当网格数据只表示一种属性时，一行一行记录。2.当网格数据表示多种属性时运用：独立文件方式、联合矩阵方式（联合重叠法、综合重叠法。）多通讯方式（波段顺序格式、波段按行交叉格式）网格数据压缩：1、行程编码：把原图只表示属性的数据阵列变成数据对行程：具有连续相同值的同行元素的数目1）行程长度编码 2）行程按列编码2、链式编码：当网络数据表示的图是等值线图成元素的值呈梯度分布类似于等值线时。3、四叉树编码：将区域化成大小相同的象限，四个象限根据一定的规则判断是否继续划分为一层的四个象限。终止原则：划分

10、到代表一种第五或符合要求的几种网格数据特点：1.记录方式与遥感数据相通，使遥感数据成为GIS数据源，实现多数据的综合分析。2.用计算机进行处理方便。图形间的运算容易，并可以应用遥感图像处理中的方法和程序。3.网格大小表示精度4.数据冗余24.矢量数据与网格数据的比较 数据量图形精度图形运算遥感图像格式输出表示数据共享拓扑和网络分析矢量小高复杂，高效不一致抽象，昂贵不易容易网格大低简单，低效一致直观，便宜容易不易 网格数据转换成矢量数据的目的：1） 网格数据分析的结果通过矢量绘画装置输出  2）数据压缩  3）空间分析网格数据

11、转换矢量数据的步骤：1）多边形边界提取（二值化）  2）边界线追踪  3)拓扑关系生成  4）去除多余点及曲线圆滑二值化：阀值法细化：消除横断面栅格数的差异，使得每一条线只保持代表其轴线或周围轮廓线单位的单个栅格的边界跟踪：将导入数据文件的细化处理后的栅格数据，处理为从伟点出发的线段或闭合的线条，并以矢量方式储存于特征栅格中心的坐标。去除多余点：在边界弧段上的连续三个点，如果在一定程度上以人为在一条直线上，则三点的中间一点可以被认识多余点去除。空间数据的输入数据源（输入范围）1） 数据资源（原始数据，次生数据） 2

12、）地图 3）遥感数据（卫星遥感器扫描数据） 4）统计数据 5）实测数据（绝对位置）6）数字数据 7）文字报告野外数据采集：1) 平板测量，非电子数据 2）全站仪：电子经纬仪和激光测距仪的集成，可同时测得空间目标的距离和为止数据，并可进一步得到大地坐标 3）GPS：原理已知卫星位置 4）地图数字化：数字化，扫描仪 5)摄影测量 ：解释摄影测量 6）遥感图像处理 输入方式（图形数据）：1） 手工输入矢量数据 2）手工输入网格数据 3）数字化仪输入&#

13、160;4）扫描仪输入输入方式（属性数据）：1）包括名称，类型，数量，代码  2）记录方式：直接，简接  3）编码原则：按科学分类方法进行  4）属性的科学分类方法：a_层次分类编码法：按照分类对象的从属和关系为排顺序b_多远分类编码法：指对一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。手扶跟踪数字化：1）初始化 2）输入控制点（建立数字化仪坐标系与大地坐标系的关系） 3）确定图形显示窗口（更清晰地显示数字化对象） 4）数字化（手扶跟踪数字化） 

14、0;5）编辑（增加，删除，更改） 6)存盘输入设备：扫描仪，数字化仪，磁带机，软盘驱动器，光盘驱动器数字化方式和精度影响：1)点方式：误差主要来源于人工误差 2）流方式：等时间，等距离空间位置与多边形属性链接1）全多边形模式 多个多边形封闭，每个分别给属性值2）手工拓扑关系建立模式每输入一段边界，输入左右多边形代码3）自动拓扑关系建立模式多边形弧段按弧段输入自动形成拓扑扫描仪输入：1类型：按数据，器件，宽度等 、 2扫描过程  、3扫描模式设计4分辨率设计、 5调节高度及对比度设计、 6扫描范围扫描数据处

15、理1二值化2细化3矢量化 4断线修复 5要素提取 6符号识别 7属性赋值主要功能：1） 空间数据的编辑  2）图像纠正  3) 数据格式转换  4）投影转换  5）图像判读  6）图幅拼接空间数据的不完整或重复1）细碎多边形  2）线的断点不达结点 3）线的断点越过结点4）不正确多边形空间数据的编辑：1)空间数据的不完整或重复 2）位置的不准确 3)比例尺不准确 4）空间数据的

16、变形 5）属性与空间数据的链接有误 6）属性数据不完整 主要编辑功能：1）合并 2）移动 3）捕获图像纠正畸变的原因：1）节制及存放条件 2）扫描操作 3）要干图像本身的集合变形 4）投影不同投影转换：1）几何畸变：等角投影：经纬线相互垂直等积投影：纬线平行直线，经线为对称于央经线等距投影：任意投影的一种2）投影面：平面投影：地理坐标平面投影圆锥投影：1)等角投影：1=25º, 2=45 º       &

17、#160;     2)等积投影：1=25º, 2=47 º   圆柱投影：横轴墨卡托投影2） 空间坐标的转换：平面坐标-地理坐标-平面坐标图像判读：1）目视判读：色调，大小，形状，纹理，模式，阴影2）图像处理-信息提取分类图像拼接：由于空间数据的采集误差和人工操作的误差，在相邻图幅的空间数据在结合处可能出现逻辑裂隙与几何裂隙逻辑裂隙：属性不一致逻辑接边几何裂隙：位置不一致几何接边图幅拼接步骤：1）逻辑一致性处理 2）识别和检索相邻图幅 3）相邻

18、图幅边界点坐标数据匹配（4）相同实行多边形公共边界的删除相邻屠夫边界点坐标数据匹配的条件1）边缘选择一定范围2）根据弧段的结点坐标查找相邻图幅对应弧段3）地物编码相同4）结点坐标一定的容差范围内空间数据质量及误差（1）,误差：反映数据与其真值或公认真值之间的关系（2）准确度：结果，计算值，估计值与真值的接近程度（3）精密度：在数量上能够辨别的程度，指数据的有效位数，表示测量本身的离散程度（4）不确定性：关于空间过程和特征不能被准确确定的程度空间数据的误差来源（1）明显误差：年代，比例尺，故事=格式，代价，区域。（2）原始测量误差（3）数据处理过程中引起的误差空间数据管理与分析数据库：具有较高的

19、数据独立性，较少的数据冗余，相互间有联系的文件集合。数据库管理系统：管理数据库的系统软件系统。计算机对数据库的发展阶段：1. 数据和程序放在一起。2. 单独文件管理数据3. 数据库管理数据  数据库特征：数据集中控制、冗余度小、数据独立性、复杂的数据模型、数据的保护特征空间数据库特点：数据量特别大、属性和空间数据并且二者不可分割、数据应用相当广数据文件简单文件：简单地列出全部数据项目的文件顺序文件：将数据按某种顺序排列的文件索引文件：按照关键属性检索的文件数据模型1）表示实体之间联系的模型传统的数据模型：1）层次模型：将数据组织成1-m关系的结

20、构优点：1. 存取方便且速度快2. 结构清晰3. 数据修改和数据扩展容易4. 检索关键属性方便缺点：1. 结构单板，缺乏灵活性2. 要保留大量引索文件2）网络模型：将数据组织成m-m的结构优点：1. 能够明确而且方便地表示数据间的复杂关系2. 数据冗余小缺点：1. 数据间的联系通过指针表示2. 修改数据时指针也要变化3）关系模型：以记录或数据表的形式组织数据地图与多边形、多边形与边、边与结点、结点与坐标DBMS主要功能：a) 数据库的定义功能数据库定义语言（DDL）来定义数据库的三级结构：外模式

21、，概念模式，内模式及其相互间的映象。定义数据的完整性约束，保密限制等约束。b) 数据库的操作功能：最基本的数据操作有：检索，插入，删除，修改c) 数据库的保护功能:数据库的并发控制、数据库的恢复、数据库的完整性控制、数据库的安全性控制d) 数据库的维护功能: 初始时数据库的载入，转换，转存，数据库的性能监测；e)数据字典:管理数据库三级结构的定义DBMS组成：由许多系统程序组成的一个整体。语言处理程序、系统运行程序、建立和维护程序传统DBMS管理空间数据的局限性：空间特征、非结构化特征、空间关系特征、分类编码特征、海量数据特征综合数据模型A 混合结构模型  -文件

22、与关系数据库混合管理1文件管理和几何图形数据，2商用关系数据管理属性数据3通过目标标识或内部链接码链接“位置+属性”，效率低，查询速度快B 扩展结构模型对象关系数据库管理带有对象处理扩展框架的RDBMS引擎直接管理和存储非结构的空间数据。 没有拓扑解决变长记录空间数据管理的专用模块C.统一数据模型全关系型空间数据库管理由一系列关系表组成，将图形数据的变长部分处理成二进制制块字段面向对象的数据库管理。面向对象数据库系统的实现形式： A扩充面向对象的设计语言(OOPL)，在其中增加DBMS的特性B扩充RDBMS，在其中增加面向对象的特性C建立全新的支持面向对象模型的O

23、ODBMS对象：由描述该对象的状态的一组数据和表达它的行为的一组操作组成的。方法：对一类所定义的所有操作消息：对象与对象间相互联系、请求和协作的途径。数据抽象技术：1. 分类2. 超类与概括3. 继承4. 联合5. 聚集与复合对象6. 传播拓扑结构：用来表示要素之间的连通性或相邻性的关系，是存储地理要素的最高级概括，通过存储某一要素相对于其他要素的位置信息来定义。拓扑结构提供了许多种地理分析的基础，而不是检索存储在坐标文件中的精确位置。ArcGIS中的拓扑结构：1. 多边形拓扑： 一个多边形是由组成它的边界的弧来定

24、义2. 邻接关系： 一个地图层中的面状要素之间的邻接性用弧的拓扑关系来表达。3. 连通关系：由弧的起点和终点建立弧段之间的连通关系。空间分析的主要功能和方法（1）地理数据的分层。1矢量数据：先按属性，再按专题。2网格数据：直接按专题分类（2）窗口操作（3）布尔运算（关系代数）A.AND.B      A.OR.B     A.XOR.B   A.NOT.B（4）多边形操作：多边形的编辑丶运算和派生丶测量（5）网络分析（6）GI

25、S特殊功能：Ø 缓冲区buffer：对点、线或多边形，在其相邻的范围内，按照指定的条件建立一个空间范围。确定buffer的方法：任意的、给定的值；成因的方法确定；测量的方法得到；借助其它的要素计算Ø 2）数字高程模型DEM：  网格结构的高程数据称为数字高程模型模型：将系统的各个要素通过适当的筛选，用一定的表现规则所描写出来的简单的映像  模型通常表达了某个系统的发展过程或结果改错过程：建立一个模糊域值（fuzzy tolerance）、连接结点、重新定义多边形地学模型：用来描述地理信息系统各地学要素间的相互关系和客观规律信

26、息的语言、数字或其他表达形式。地学模型的形式（1）逻辑模型：由地理名词和逻辑运算符组成的逻辑表达式表示（2）物理模型：由物理模拟过程表达（3）数字模型：由常数，参数，变量，函数关系组成的数学表达式（4）图像模型：由某种头像成图像运算的几何表达按照建立方法的三种类型1概念模型：通过观察，总结，提炼而得出的字描述或逻辑表达式2数字模型：应用数学分析方法建立的数学表达式，反映地理过程本质的规律3统计模型：通过数理统计方法和大量观察实验得到的定量模型 1空间数据输出：按用户能理解的形式或能传送到其他计算机并能立即使用的形式表示数据处理结果的操作过程2GIS的服务内容1）查询检索： 

27、根据用户提出的要求，系统提供给用户存储在系统中的数据2）分析： 从存储在数据库中的数据获得分析结果回答用户回答3）统计：根据用户的要求计算出各种统计量并以表格或者图形的形式较给用户4）评价、预测、规划： 通过模型分析提出结果输出方式（1）栅格格式1屏幕显示：由扫描或液晶屏幕显示图形和图像2打印输出：网格输出方式（2）矢量格式1矢量绘图：通过矢量绘图仪的坐标方式绘制矢量地图§6空间数据分析1数字地形模型DTM：空间数据库中的存储和管理空间地形数据的集合统称为是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述，类型有：高程：高程点，等高线，平均高程，相对高程等。坡度：坡度，坡

28、向，坡度变化率等地形结构：形态，地形剖面，糙度，流域，沟谷密度其他：太阳辐射，三维立体图2基础数据DEM在DTM中属性为高程的要素，一般为网格组织在某一区域的地面高程数据（网格大小对应地面距离为地面分辨率）3，DEM的应用3.作为国家地理信息的基础数据   4D数据 数字线化图DLG           数字高程模型DEM          

29、60;数字高正射影像DOQ           数字栅格图DRG4.土木工程，景观建筑，矿山工程的规划与设计5.交通线路的规划与大坝的选址6.为军事目的而进行地表三维显示7.景观设计与城市规划8.流水线分析，可视性分析9.生成坡度图，坡向图，剖面图，辅助地貌分析估计侵蚀和径流等10.不同地表的统计分析与比较11.作为背景叠加各种专题信息以显示和分析4，派生数据：DEM中由DEM产生的数据5，DEM数据的获取4.人工量取，以网格法读取并键入5.半自动法：数字化仪的手扶跟踪 &#

30、160;           扫描输入             数字圈图派生数据的产生2、平均高程图像处理中求灰度的方法 （一种公式，不会打）3、坡度（网格模型） 为一3X3的窗口，中心点为（i,j），有八个临域设各高程点为hm ，对于每个方向上的坡度（有两个公式，不会打）取8个方向上的坡度的最大坡度为中心点的坡度4、坡向（方向

31、位角）TINDEM数据的不规则表示不规则三角网（专为产生DEM数据设计的一种采样表示系统）对有限个离散点，每三个最临近点连结成三角形，每个三角形代表一个局部平面，有根据每个平面方程计算各网格点高程生成DEM1）优点 ：消除数据冗余，能随地形起伏变化的复杂性而改变采样的密度和决定采样点的位置2）存储方式：总体上是拓扑结构由记录每个三角形相邻的三角形编号表每个三角形节点编号表节点坐标值DTM应用地形分析，可视性分析，基于TIN的三维显示，工程中土方测量基于dtm的可视性分析又称通视分析属于对地形进行优化处理的范畴。 网格数据的空间分析局部功能（点功能）对每个网格所有属性的操作其

32、操作不受周围网格属性的影响结果是：一个新的网格文件        一或多个输入网格的函数局部功能操作通式u=f(X1,X2.)简单叠加1算术平均 、2最大化、3合并区域功能对于给定单元所属区域特性的操作（面积长度形状等）区域功能的特性     不改变区域的边界     根据用户指令或统计图改变区域的属性应用形状的定量量测空间联系分析或统计只改变区域的属性重分类区域功能中最常用的功能通过重分类找出隐藏信息是G

33、IS重要功能重分类：对原始数据重新分类组织常用方法新值代替，旧值合并，重新分类对数据用新的等级体系进行分类遥感数据分析遥感系列翻译图指经过遥感图像目视判读后编制的各种专图，经过数字化进入GIS遥感信息和非遥感信息的综合利用矢量数据分析方法1拓扑叠加2网格分析3缓冲区分析拓扑叠加（1）点和多边形的叠加确定图层上的落在另一个图层的哪个多边形多边形内，以便为每个点建立新属性。（2）线与多边形的叠加确定一图层的弧段落在另一图层的哪个多边形内，以便为图层的每条弧段建立新的属性。（3）多边形叠加分析定义：同一区域、同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠置。多边形与多边形的叠加是指将两个不同

34、图层的多边形要素相叠加，产生输出层的新多边形要素。应用：区域多重属性的模拟分析      地理特征的动态变化分析      图幅要素的更新      相邻图幅的拼接      区域信息提取分类：合成叠置：通过区域多重属性的模拟，寻找和确定同时具有几种地理属性的分布区域      统计叠置：准确地计算

35、一种要素在另一种要素的某个去与多边形范围内的分布状况和数量特征。17.网络分析Buffer缓冲区定义：对点、线或多边形在其相邻的范围内，按照指定条件建立一个空间范围。18.空间数据的量算（1）几何量算点状目标：坐标线状目标：长度、曲率等面状目标：面积、周长等体状目标：表面积、体积等（2）空间数据的内插  定义：通过已知点或分区数据推求任意点或分区数据的方法  应用：等值线自动制图          DTM的建立    

36、;      不同区域界线的相关分析  点内插：研究具有连续变化特征现象的数值内插方法方法：按距离加权内插法（反距离加权内插法）      多项式内插法      样条函数内插法      Kriging内插法过程：数据采样数据处理数据记录      i.数据取样：从现有地形图上

37、采样                 记录采样点的x y z数据                 对取样点的密度进行检查        ii.数据处理数据内插：

38、选择一个合理的数学模型，利用已知点的信息求出函数的待定系数。19.表面分析网格插值（1）反距离权重插值：通过计算未测量点附近区域各个点的测量值的加权平均来进行插值，                   其中，最近处的点权值最大。    权值：wi=1/di2  di:到各已知点的距离 （2）空间数据内插区域内插：研究一组分区的已知数据来推

39、求同一地区另一组未知数据的内插方法：重置法/比重法 §7 GIS应用1. 功能分类（三方面）数据特性：专题、精度、数据模型GIS功能：处理能力、数据结构产品：交互查询、一次性可视磁带、硬拷贝地图2. 决策支持工具 Decision Support Tool（1） 技术共享：调查测量、工程、制图、遥感（2） 管理和决策：资源、自动/设施管理（3） 科学和研究3. GIS应用领域Cartography 制图Surveying and engineer

40、ing 测量和工程Remote sensing 遥感Resource management 资源管理Urban and regional planning and managementFacilities management 设施管理Science and research 科学研究4. 城市GIS应用（1） 提高制图能力（2） 高效率检索信息（3） 快捷广泛地处理各种类型的地理信息（4） 提高

41、分析能力（5） 更好的交流（6） 提高服务质量数据供应的两大主要任务：（1） DIME files（双重独立地图编码）（2） TIGER files5. Urban GIS serves both as a database and as a toolbox:Database-oriented GIS面对数据库的GIS空间的文本的数据与来自其他数据库的数据结合6. 自然资源管理（1） 地点查询功能

42、（2） 满足一定位置或属性要求的空间对象位置确定（3） 信息定点、属性定性（4） 属性查询功能（5） 给定空间对象的属性特征（6） 所需信息可是静态或动态的（7） 过程查询功能（8） 根据当前情况和理论模型推判过去发展或预测未来趋势（9） 需要动态信息7. 自然资源管理数据（1） 主要限制数据可获得性（2） 空间数据主要来源专题图（3） 属性来源：地面采样（4） 动态信息唯一来源：遥感数据8. 数据限制（1） 数据可获得性（2） 空间数据的精度和分辨率（3） 属性和分类误差（4） 不适当的空间模型可能会产生错误结果（5） 持续变量表达（6） 时间：表现和模拟多时态信息困难9. GIS在农业中的应用（1） 为农民服务（2） 监测作物生长情况（3） 监测每年产量（4）&#