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地理信息系统是一种特定的、十分重要的空间型信息系统，是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、处理、存储、管理、分析(计算)、显示和描述的技术系统。(李建松,2006)地理信息系统处理的对象是多种类型的地理空间实体数据及其关系地理信息系统的四个特征：1）GIS的外壳是计算机化的技术系统，它由若干相互关联的子系统构成；（2）地理信息系统操作的对象是空间数据；（3）地理信息系统的技术优势在于它的数据综合、模拟和空间分析评价能力；4）地理信息系统的成功应用强调组织体系和人的因素的作用。地理信息系统主要由五个部分组成：1）硬件系统；2）软件系统；3）地理空间数据库；4）空间分析模型；5）人员(系统管理人员、系统开发人员和数据处理及分析人员)。理信息系统五大功能：1、位置问题：解决在特定的位置有什么或是什么的问题。2、条件问题：解决符合某些条件的地理实体在哪里的问题。3、变化趋势问题：利用综合数据分析，识别已发生或正在发生的地理事件或现象，或某个地方发生的某个事件随时间变化的过程。4、模式问题：分析已发生或正在发生事件的相关原因。5、模拟问题：某个地区如果具备某种条件，会发生什么的问题。元数据：关于数据的数据，提供关于空间数据、空间数据库等的内容、格式、质量指标、说明信息等引导使用的信息。元数据的主要作用：帮助数据生产者有效管理和维护空间数据，建立数据文档；提供数据生产者对数据产品的说明信息，便于用户查询利用空间数据；提供通过计算机网络查询数据的方法和途径，便于数据交换和传输；帮助用户了解数据的质量信息，对数据的使用作出正确判断；提供空间数据互操作的基础。元数据的内容：对数据库的描述；对数据质量的描述；对数据处理信息的说明；对数据转换方法的说明；对数据库的更新、集成方法等的说明。工作区：在GIS的数据组织中，通常将若干幅地图形成的区域当成一个工作单元，称之为工作区(workspace)。空间数据互操作：空间数据互操作是在不同计算机系统、网络、操作系统和应用程序一起共同作用并共享空间数据的能力。分布式地理信息系统：在计算机网络环境下，以分布式计算的理论技术和计算机网络技术为应用指导，用来设计地理信息系统中的时空数据采集、存储、管理、分析、表现等运算的理论计算模型云计算：是基于互联网的超级计算模式——即把存储于个人电脑、移动电话和其他设备上的大量信息和处理器资源集中在一起，协同工作。在极大规模上可扩展的信息技术能力向外部客户作为服务来提供的一种计算方式。空间数据基础设施(SpatialDataInfrastructures,SDI)是指为描述地球上地理要素或现象的分布及其属性的所有地理信息组合，以及对这些地理信息的获取、处理、存储、分发、使用、集成、融合以及互操作等目的，建立一个共享的空间信息框架的建设计划，包括所需的设备、技术、政策、标准、体系结构和人力资源等。数字地球是一个多分辨率、多空间尺度的、虚拟表达的三维星球，具有海量的地理空间编码数据，可以使用无级放大率进行放大，在空间内的活动是不受限制的，而且在时间空间1也是如此“数字城市”是通过宽带多媒体信息网络、地理信息系统等基础设施平台，整合城市信息资源，建立电子政务、电子商务、劳动社会保障等信息系统和信息化社区，实现全市国民经济和社会信息化，是综合运用GIS、RS、GPS、宽带多媒体网络及虚拟仿真技术，对城市基础设施功能机制进行动态监测管理以及辅助决策的技术体系。智慧地球、城市：形成所谓“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，感知变换，云计算中心处理，智能服务空间信息网格（SpatialInformationGrid,SIG）：空间数据基础设施提出的交换站点在SIG中被看作网络结点，由这些分布在全球各地的各类结点形成的网络称之为网格。它是以空间信息传输、服务和计算为内容的特点的，因此也称为空间信息网格。掌握概念：DEM、三维GIS空间分析基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。缓冲区分析、工作区、聚合分析叠置分析：同一地区的不同组地理要素进行叠置，产生新的特征分析方法空间关系是指地理实体之间存在的与空间特性有关的关系，是刻画数据组织、查询、分析和推理的基础。空间关系的描述和表达，是GIS区别于CAD等计算机图形处理系统的主要标志。空间关系的研究，直接影响GIS的设计、开发与应用。要点：矢量数据和栅格数据的特点（区别）（优缺点）地理信息系统的构成和五大基本功能最短路径搜索算法（Dijkstra算法）的基本思想、方法流程空间数据质量问题的来源、解决方法GIS的发展趋势空间数据的基本特征（空间特征、属性特征、时间特征）空间分析的基本流程：分析目的和标准、准备空间操作的数据、进行空间分析操作、准备表格分析的数据、进行表格分析、结果的评价和解释、如需要则改进分析、产生分析结果的最终地图和报告缓冲区分析和缓冲区查询的区别第二部分地理空间参照系是表示地理实体的空间参照系统，在GIS中，所有的空间数据都必须纳入统一的地理空间参照系。否则，不同图层的地图要素无法在空间上相互配准。主要的地理参照系类型：地理坐标系、投影坐标系。用平面坐标系表示地面上的任何一点的位置，首先要把曲面展开为平面，但地球表面是不可展开的曲面，因此必须应用投影的方法，建立地球表面与平面上点的函数关系。投影坐标系统（平面坐标系），将椭球面上的点，通过投影的方法投影到平面上时，通常使用平面坐标系统。GIS的地理空间：通常是指经过投影变换后在笛卡儿坐标系中的地球表层特征空间。地理坐标系转换地理坐标之间的直接转换经由大地坐标之间的间接转换坐标转换的方法可分为三参数和七参数两种方法表达地理信息的地理数据的几何空间数据主要有三种数据类型：2矢量数据用坐标对、坐标串和封闭的坐标串表示实体点、线、面的位置及其空间关系的一种数据格式一维矢量表示空间中的线状要素，或者空间实体对象的边界，包括线段、弦列、拓扑连线、弧段、链、环等。拓扑连线是两个结点或节点的连线，其方向可由结点或节点的顺序确定。二维矢量表示地理空间的面状要素，又称为多边形三维矢量定义三维空间的体元素，是一组或多组闭合曲面包围的空间对象。栅格数据数字高程模型数据数字高程模型是GIS表示2.5维地形数据的重要格式平面坐标和高程数据包括规则网格和不规则三角网（TIN）两种类型。三种数据的比较参加书本76地理数据模型是人们在对地理空间的充分认识与完整的地理空间认知模型（或概念模型）的基础上，并用计算机能够识别和处理的形式化语言来定义和描述现实世界地理实体、地理现象及其相互关系的逻辑模型。空间数据的三个基本特征：空间位置特征、空间属性特征、空间时间特征空间数据描述的内容：编码、位置、行为、属性、说明、关系空间数据的分类、分层和空间索引是GIS空间数据组织的重要方式和内容。分类编码数据分层物理无缝图层是直接将图幅先进行接边处理，然后将分幅的地图文件进行合并，得到一个在空间上连续的图层。逻辑无缝图层不改变分幅图层的物理存储位置，而是建立跨图幅地物的索引，实现对地物的跨图幅操作。三种传统数据模型：层次数据模型、网络数据模型和关系数据模型层次模型是一种树结构模型，它把数据按自然的层次关系组织起来，以反映数据之间的隶属关系。网络模型将数据组织成有向图结构，图中的结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间的联系。（结点数据之间没有明确的从属关系，可表示多对多的关系。）面向对象的地理数据库模型面向对象的地理数据模型的核心是对复杂对象的模拟和操纵。面向对象地理数据模型的特点:可充分利用现有数据模型的优点、具有可扩充性、可以模拟和操纵复杂对象4.3GIS空间数据结构空间数据结构是空间数据模型在特定的空间数据库中，经空间数据库的定义语言和数据描述语言精确描述的存储模型。1、无拓扑关系的矢量数据结构仅记录空间对象的位置坐标和属性数据，不记录空间关系。2、拓扑数据结构只有点是相互独立存储的，点成线，线成面拓扑关系可以有两种表达方式，全显式和半隐含表达。3、栅格数据结构分层的栅格数据的存储结构有三种基本方式：基于像元、基于层、基于多边形4、数字高程模型数据结构两种存储形式规则格网TIN两种数据结构的比较格网点数据结构简单，但表达地形的精度较差，与影像的叠加吻合不好，对地形变化较大的3地区精度更差。另外，关于地性线等线性不容易添加，湖泊等水平区域的不容易表达。不规则三角网则可避免上述情况，表达地形的质量总体好于格网点，但数据结构较复杂，表达地形的面积较大时，效率不高。4.4GIS空间数据库GIS空间数据具有以下特点：数据量特别大、具有地理空间数据和属性数据、数据结构复杂、数据应用面相当广、数据应用层次多等。GIS时空数据表达方法：基于位置、基于实体、基于时间GIS互操作第三部分由于数据在获取过程都不同程度的存在错误或误差，以及空间数据库对数据组织管理的需要，都需要对数据进行编辑和处理。GIS数据源遥感图像大面积的、动态的、近实时、有利GIS数据更新）地图手扶跟踪数字化扫描数字化获取可微观可宏观注意变形投影变换文本资料有关法律文档、行业规范、技术标准、条文条例等统计资料实测数据野外试验、实地测量、GPS多媒体数据城市视频数据已有系统的数据拓展了数据的可用性，增加了数据的潜在价值可归纳为原始采集数据、再生数据和交换数据三种来源。数据数字化的四种形式数字线划图，DLG,DigitalLineGraph数字栅格地图，DRG,DigitalRasterGraph数字正射影像，DOM,DigitalOrthophotoMap数字高程模型，DEM,DigitalElevationModel数据集是一个结构化的相关数据的集合体，包括数据本身和数据间的关系。GIS的主要数据集包括：DLG,DRG,DOM,DEM和属性数据（包括社会经济数据）、专业领数据等。GIS数据采集方法对于矢量地图数据，可用平板数字化仪，采用手扶跟踪的方法输入，也可用扫描仪扫描成图像后，用栅格数据矢量化的方法自动追踪输入。GIS数据获取的高级技术电子平面测量系统、移动测图系统、激光扫描系统（直接获取高程点，可以生成DEM）、干涉雷达系统、机载光学航空相机系统、机载雷达系统、机载数字传感器系统、LiDAR(LightDetectionAndRanging,LiDAR)LiDAR的特点：（1）高密度，充分获取目标表面特征，能够提供密集的点阵（或点云）数据(点间距可以小于1米)；（2）能够穿透植被的叶冠；4（3）实时、动态系统，主动发射测量信号，不需要外部光源；（4）不需要或很少需要进入测量现场；（5）可同时测量地面和非地面层；（6）数据的绝对精度在0.30米以内；（7）24小时全天候工作；（8）具有迅速获取数据的能力。空间数据编辑（完成GIS的空间数据在装入GIS的地理数据库前的各种工作）图形数据的编辑结点、线、多边形图形数据的几何纠正仿射变形（仿射变换解决六个参数）、相似变形（相似变换解决四个参数）、透视变形（透视变换九个参数）图幅的拼接几何裂缝（必须消除）或逻辑裂缝为建立无缝图层合并网络特征元素的编辑由几何网络和逻辑网络两部分组成逻辑网络没有坐标，没有几何特征，但有元素。4.5简单边界的连接4.6复杂边界连接（子、主）4.7复杂的连接点4.8流向定义4.9网络其它属性定义文本数据的编辑主要是对属性表数据和注记数据。GIS空间数据处理3.3.1空间数据的拓扑关系生成欧拉定理的用途是用于拓扑检验。点、线拓扑关系的建立实质是建立结点—弧段、弧段—结点的关系表格3.3.2空间数据的压缩编码分为矢量数据压缩（有损）和栅格数据压缩方法。矢量数据压缩（有损）1)道格拉斯——普克法(Douglas—Peucker)算法思想：对每一条曲线的首末点虚连一条直线，求所有点与直线的距离，并找出最大距离值d-max，用d-max与限差D相比：若d-max＜D，这条曲线上的中间点全部舍去；若d-max≥D，保留d-max对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分重复使