地理信息系统原理与方法.ppt

1、GIS原理和方法，中国地质高等院校(武汉)信息工程学院，GIS原理和方法，1引言2空间数据结构3地理信息系统地理数学基础4地理信息系统数据录入5地理信息系统数据处理6空间数据管理9空间分析10数字高程模型14地理信息系统的发展趋势， 1引言1.1地理信息系统基本概念1.2地理信息系统的发展过程1.3地理信息系统与其他有关学科系统的关系1.4地理信息系统构成1.5地理信息系统功能和应用1.6地理信息系统和数字地球，1.1地理信息系统的基本概念，地理信息系统(GIS )在修订机硬件和软件的支持下，收集、存储、管理、搜索、1.2地理信息系统的发展历程、()发展壮大阶段(70年代) ()普及应用阶段(

2、80年代) ()繁荣阶段(90年代以后)、1.3地理信息系统与其他相关学科系统之间GIS和地图学GIS是以地理图数据库(主要来自地理图)为基础的最终产品之一， 地理图GIS强调地图学理论、方法和功能的扩展地图学强调图形信息传输GIS强调空间数据处理和分析，GIS和一般事务数据库技术管理得很好。 分析和处理数据的功能数据库技术是GIS的主要支撑技术之一GIS属性数据库部分是一般数据库GIS数据库比一般数据库结构复杂得多的GIS和计算机地理图制图计算机地理图制图系统强调的是图形表示GIS是实体的空间分布及其图形和所属可以将性能数据聚合以进行深层次的空间分析的数字化地图是GIS数据源，并且GIS和计

3、算机鼎力相助设置修订(CAD )的共同点：都是空间坐标， 可以连接目标和参考系统来描述图形数据的拓扑分析关系的非图形属性数据的区别： CAD处理大多是规则几何图形及其组合即格拉夫功能， 特别是3d格拉夫功能非常强大属性库的功能由于相对较弱的几何坐标系GIS处理大多采用自然的目标，因此格拉夫快速处理难度大的GIS属性库的内容结构复杂且强大，格拉夫快速属性的相互作用非常频繁， 大多数具有专业化特征的GIS往往采用大地坐标，需要较强的多层次空间栈内存分析功能的GIS数据量大，数据录入方式多样化使用的数据分析方法具有专业化特征，目前GIS和CAD仍有不同的重点和特点，但它们的主流技术1.4地理信息系统

4、构成，()数据输入和验证()数据存储和管理()数据转换()数据输出和显示()交互界面，数据1.5地理信息系统的功能和应用，()数据收集和输入()数据编辑和更新()数据存储和管理()空间查询和分析()数据显示和输出， 1.6地理信息系统和数字地球、数字地球的概念和提出的背景数字地球是真实地球及其相关现象的统一性的数字再现和认识其核心思想是用数字化手段统一处理地球问题，最大限度利用信息资源的数字地球特征多源、多比例尺， 多分辨率数据无缝集成的网络情报系统面向全社会公众开放的网络情报系统虚拟仿真技术，是多维网络情报系统数字地球所需的支撑技术和数字地球信息帧网络修正科学大容量记忆卫星照片宽带网络互操作

5、元数据数字地球的应用和意义、2空间数据结构、2.1网格数据结构2.2矢量数据结构2.3地理数据的明示与隐式表现2.4矢量与网格数据结构的比较， 2.1网格数据结构2.1.1网格数据基本概念2.1.2网格数据层的概念2.1.3网格数据取值方法2.1.4网格数据存储查询密码2.1.1网格数据基本概念是将工作区域的平面表示按一定的分解行和列规则区分，形成多个网格如果像素规定了n个二进制位，则将灰度值的范围可为0到2N1之间的黑白连续变化量化为8个二进制位，并且如果灰度值范围在0到255之间仅规定了对256个灰度可允许的每个像素的一个二进制位，则灰度值仅为0和1，这是所谓的二值图像网格数据结构实际上是

6、像素排列，即像素集合成矩阵状，网格中的各像素是网格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置能通过行号和列数字来决定。2.1.2网格数据层的概念、网格数据结构中，物体的空间位置用笛卡尔平面网格的行号和列数字坐标表示，物体的属性用像素的可能值表示，每个像素在一个网格中只能取一次，相同的像素表示多个笛卡尔平面网格， 各笛卡尔平面网格表示一个属性，2.1.3取网格数据的值的方法、中心归属法：各网格单元的值由与网格中心点对应的区域属性值决定。 长度优先：每个网格单元格的值由与网格中心线(水平或垂直)的大部分长度相对应的区域属性值决定。 面积占优法：各网格尤针织面料的值在该网格尤针织面料中占最大面积的属性值

7、重要法：根据网格内不同掩蔽物的重要性水平，选择特别重要的空间实体来决定对应的网格尤针织面料的值，例如稀有金属矿物区，尽管该区域面积小或不在中心， 应采取保留原则(1)直接查询密码(2)链查询密码(3)运行长度查询密码(4)子摇滾乐查询密码(5)四叉树查询密码、直接网格查询密码是最简单直观且非常重要的网格结构查询密码方法，通常该编码器直接编码是指将栅格结构看作一个数据矩阵并逐行(或逐列)记录查询密码，为了可对每一行从左向右对每个像素记录，或可对奇数行从左向右对双位数行从右向左记录的特定目的， 其他特殊程序3344444444444444444441342321121212121212121211

8、111111111111111112121212122122212222222 (2)拉对每一行(或列)记录与同一查询密码的起始元素的列数字(或行号)对应的查询密码，其中左图可在行方向进行行程长度查询密码： 1行： (1，3，3 )、(4，8，4 )；2行： (3，4，3 )、(5，8，4 )； 三行： (一，一，一)、(二，四，三)、(五，七，四)、(八，八，二)； 四行： (一，二，一)，(三，五，三)，(六，八，二)； 五行： (一，四，一)，(五，五，三)，(六，八，二)； 六行： (一，四，一)，(五，八，二)； 七行： (一，五，一)，(六，八，二)； 八行： (一，五，一)，(六

9、，八，二)。 (3)方块编码将多边形的范围分割为由像素构成的正方形，对各个正方形进行编码。 在方块编码数据结构中，包含由块摇滾乐的初始位置(行，列数字)、块摇滾乐的大小(块摇滾乐中包含的像素数)和记录单位的符号构成的3个数字。 是(1，1，2，3 )、(1，3，1，3 )、(1，4，1，4 )、(1)、(4，6，1，2 )、(4，7，2，2 )、(5，1，4，1 )、(5，5，1，3 )。2.2矢量数据结构、2.2.1矢量数据概念2.2.2拓扑分析关系2.2.3多边形矢量编码2.2.4结构、2.2.1矢量数据概念、矢量数据是代表地理图图案的各离散点平面坐标(x，2.2.2拓扑分析关系、拓扑分析

10、关系圆弧段、区域间的空间关系，主要表现为拓扑分析相邻关系、拓扑分析关联关系、拓扑分析包含关系三个关系。 (1)拓扑邻接、拓扑邻接是指存在于空间图形的同种要素间的拓扑关系。 结点的相邻关系有N1/N4、N1/N2等。 多边形的相邻关系有P1/P3、P2/P3等。 (2)表示存在于空间图形不同类要素间的拓扑分析关系的拓扑分析关联。 结点与圆弧段的关系有N1/C1、C3、C6、N2/C1、C2、C5等。 多边形和线段的关联关系有P1/C1、C5、C6、P2/C2、C4、C5、C7等。(3)布局包括存在于相同类型的空间图形和不同级别上的元件之间的布局关系，其中P1包括P2和P3。 另外，2.2.3多边

11、形向量编码、一个区域或地理图可以划分成许多多边形，其中每个多边形由一个或多个弧段组成，每个弧段由一系列规律的x、y坐标对构成，其中每个弧段的两端都是节点，并且每个节点都是节点多边形向量编码主要由空间图形为多边形、特征值为4的多边形为条4圆弧段构成，其文件查询密码坐标为： x18、y18；x19、y19； x9、y9； x8、y8； x7、y7； x20、y20； x21、y21； x22、y22； x23、y23； x24、y24； 简称为x18、y18、2.2.4 DIME构造、双重独立地理图查询密码、DIME构造(双从属映射编码)。 这是美国人口调查局为了人口调查目的而制定的拓扑分析编码方

12、法，将几何测量信息(垂直角坐标)和拓扑分析逻辑信息结合在一起。 DIME文件的基本元素是连接两个端点(节点)的直线(街段)、直线的起点和终点的标识符、这些个带有两个节点的坐标、直线两侧的区域查询密码(左电话区号和右电话区号)。 从节点标识符和节点坐标创建节点坐标文件。 基于节点、线段和多边形之间的拓扑分析关系创建拓扑分析文件。 在这样的结构中，线通常被视为直线型，复杂曲线由接近曲线的一系列直线段表示。 节点与节点之间或区域与区域之间位于相邻关系，节点与区段之间或区域与区段之间位于关联关系。2.3地理数据的显式和隐式表示、2.4矢量与网格数据结构的比较、矢量数据的数据存储量小、空间位置精度高的网

13、络连接法可完全描述拓扑分析关系的输出，细节、精确、美观可检索图形及其属性， 更新和综合数据构造复杂，取得数据的数学模拟困难，多种地理图的重合分析困难，不能直接处理数字成像信息的空间分析，边界复杂，暧昧的难以记述数据输出，费用高， 网格数据存储量大空间位置精度低网络连接关系的输出速度快，但图纸粗糙，不美观的面状数据处理数据结构简单，快速取得大量数据的数学模拟方便，多种地理图的重合分析方便，能够直接处理数字成像信息的空间分析容易， 边界复杂模糊的事物技术开发费用低，3 .地理信息系统的地理基础3.1地图投影概念3.2地图投影基本要素3.3地图投影变形3.4地图投影分类3.5一些主要心理投射类型3.

14、6地理信息系统的地图投影修订和配置3.7地图投影在中国GIS的应用，3.1地图投影概念， 确立平面上的点和地球表面上的点的函数关系用数码方式来表现这个关系的是平面坐标、球面地理座标、3.2 .地图投影基本要素、3.2.1地球形状、大小3.2.2大地坐标系3.2.3心理投射坐标系3.2.4子午环曲率半径， 将海平面延伸至大陆下方，形成了包围整个地球的连续表面： (2)椭球体元素体扁平率：第一偏心率：第二偏心率：不同资料，a，b不同52年前使用了福特，53年前使用了克拉索夫斯牛鼻子。3.2.2大地坐标系，(1)54年北京牌坐标系在东北黑龙江国境与苏联的大地网络连测，通过大地坐标补正算推定北京牌点的

15、坐标，北京牌坐标系是苏联42年坐标系的延长，其原点在苏联的普尔科沃。 (2)80年西安坐标系78年4月召开“全国天文大地网平差会议”，80年建立西安坐标系，其原点位于西安西北永乐镇，简称西安原点。 椭球体残奥计是75年国际大地测量和地球物理联合会第16界大会的推荐值。(3)新的54年北京牌坐标系将全国大地网络整体平均化的结果整体换算成克拉科夫牛鼻子椭球体，形成新的坐标系，称为新的54年北京牌坐标系，其与80年国家大地坐标系的轴向基准相同，网络点精度相同。 (4)在WGS84坐标系GPS定位中，定位结果属于WGS84坐标系，坐标系原点位于重心，z轴指BIH1984.0协议地极(CTP )。 3.2.3心理投射坐标系、(1)相对于用户坐标系用户指定的二维坐标系，与实际的地上物的对位无关。 (2)地理坐标系的经度起点是英吉利的格林尼治，以东为正，纬度是赤道以北为正。 (3)心理投射平面正交坐标系是将地球球面与平面心理投射而设定的坐标系，例如高斯心理投射坐标系。 (4)地心坐标系三次元球心空间坐标系，原点位于球心，在垂直角坐标(x，y，z )或用角度和标高表示的(b，l，h )中，b，l分别是纬度和经度。3.2.4子午圈曲率半径、酉圈曲率半径、纬圈半径、