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第一节地理信息系统基本概念一、数据和信息1、数据（Data）：通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号。不仅数字是数据，而且文字、声音和图像也是数据。2、信息（Information）：用数据来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理、经营、分析和决策依据。3.信息与数据的关系（1）信息来源于数据，是数据的内容和解释。（2）信息与数据是不可分离的；数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。（3）不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。4.信息的特征：客观性、适用性、可传输性、共享性二、地理数据与地理信息1.地理数据：表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。2.地理信息：与研究对象的地理分布有关的信息，是地理数据所有蕴含和表达的地理含义。3.地理信息的特征地理信息除了具有信息的一般特性，还具有以下独特特性：空间特征：是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志。位置、形状、空间关系、空间分布数据量大：地理信息既有空间数据，也有属性数据、时间数据。数据的分析、处理对系统带来很大压力。多维属性特征：属性数据有时又称非空间数据，是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标指在同一位置上可有多种专题的信息结构时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。因此，一实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。三、信息系统1、信息系统：具有采集、处理、管理和分析数据能力的系统，它能为单一的或有组织的决策过程提供各种有用信息。2.分类从系统结构及处理方法看，信息系统主要分为：管理信息系统、决策支持系统、智能决策支持系统、空间信息系统四.地理信息系统1..地理信息系统：是对空间数据进行采集、编辑、分析和输出的计算机信息系统。2.基本特征：数据的空间定位特征，空间关系处理的复杂性，海量数据管理能力五、gis的基本功能1、数据采集功能2、数据编辑处理3、数据存储、组织与管理功能5、数据输出功能六、gis的组成：包括计算机硬件系统，软件系统，网络，空间数据和管理与应用人员。1、硬件系统：2、软件系统3、网络Gis中网络的主要作用是信息传输。4、空间数据指表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据，可以是图形、文字、图像、表格、和数字等，有系统的建立者通过数字化仪，扫描仪，键盘、磁带机哦其他通信系统输入gis，是系统程序的作用对象，是gis所表达的现实世界经过模型抽象的实质内容。5、人员认识gis中的重要构成因素。七、与其他系统的区别与联系Cad处理的多为规则几何图形及其组合，图形功能极强，属性功能极弱。而gis多为地理空间的自然目标和人工目标，图形关系复杂，需要丰富的符号库和属性库，gis需要有较强的空间分析功能，图形与属性的相互操作十分频繁，且多具有专业化的特征。此外，cad一般尽在一张图上操作，海量数据的图库管理能力比gis弱。八、gis的应用范九、地理信息系统的发展历程该时期所呈现特点：第二章、地理空间数学基础一、地球表面的几何模型第一类是地球的自然表面。第四类是数学模型，是解决其他一些大地测量学问题时提出来的，如大地水准面等。二、球面坐标系统的建立三、投影高斯-克吕格投影：等角横切圆柱投影兰勃特等角投影：正轴等角割圆锥投影横轴墨卡投影四、地理网格：是指按一定的数学规则对地球表面进行划分行程单格网。第3章空间数据模1．地理空间实体就是对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的结果，简称空间实体。它们的一个典型特征是与一定的地理空间位置有关。空间实体的基本特征：空间位置特征属性特征时间特征空间关系特征2．数据概念模型：对象模型,也称要素模型场模型，也称域模型网络模型3．空间数据类型：几何图形数据影像数据属性数据地形数据元数据4．空间数据的表示：点线面5．空间关系：拓扑空间关系：描述实体间的相邻、联通、包含和相交等关系。顺序空间关系：描述实体在地理空间上的排列顺序。度量空间关系：描述空间实体间的距离远近等关系。6．空间拓扑关系：地图上的拓扑关系是指图形在保持连续状态下的变形但图形关系不变的性质。7．空间数据的拓扑关系包括：邻接关系关联关系包含关系联通关系8．点、线、面关系：点--点：相离、重合点--线：相邻、相离、包含（相交）点--面：相邻（相交）、相离、包含线--线：相邻、相交、相离、包含、重合线--面：相邻、相交、相离、包含面--面：相邻、相交、相离、包含、重合9．空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析的意义：a．拓扑关系能清楚地反映实体间的逻辑结构关系，比几何坐标关系有更大的稳定性，不随投影变化而变化。b．利用拓扑关系有利于空间要素的查询。c．可以根据拓扑关系重建地理实体。10．镶嵌数据模型分为规则和不规则镶嵌数据模型。不规则镶嵌数据结构是指用来进行镶嵌的小面块具有不规则的形状或边界。最典型的不规则镶嵌数据模型有泰森多边形和不规则三角网（TIN）。11．面向对象数据模型：应用面向对象方法描述空间实体及其相互关系，特别适合于采用对象模型抽象和建模的空间实体的表达。核心：对象和类。第4章空间数据结构1．矢量数据结构是对矢量数据模型进行数据的组织。分为实体数据结构和拓扑数据结构。2．矢量数据结构特点：数据精度高储存卡空间小3．栅格数据结构是指以规则栅格阵列表示空间对象的数据结构。4．栅格单元的确定：a.栅格数据的参数：栅格形状栅格单元大小栅格原点栅格的倾角b.栅格单元制的选取：中心点法面积占优法重要性法百分比法5．完全栅格的组织的基本方式：基于像元、基于层和基于面域。6．压缩栅格数据结构：a.游程长度编码结构：也称行程编码，不仅是一种栅格数据无损压缩的重要方法，也是一种栅格数据结构。基本思想：对于一幅栅格数据或影像，常常有行或列方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。编码方案：只在各行或列数据值发生变化时依次记录该值以及相同值重复的个数，从而实现数据的压缩，并实现数据的组织。7．游程长度编码适用于机器储存容量小，数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况。8．四叉树数据结构分割方法：将一幅栅格数据层或图像等分为4部分，逐块检查其格网属性值或灰度；如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区分割成4个子区，；这样依次的分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。9．栅格矢量数据结构的对比。P10410．矢栅一体化数据结构的特点：同时具有矢量实体的概念，又具有栅格覆盖的思想。第5章空间数据组织与管理1．空间数据库是地理信息系统中用于储存和管理空间数据的场所。2．数据库4种数据模型：层次模型，网状模型，关系模型，面向对象模型3．空间数据路特点：a．数据量特别大。b．不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据。c．数据应用广泛。4．空间数据组织方式：图幅数据组织，空间数据的图库管理，属性数据组织。第六章1.数据源分类：据数据获取方式分为地图数据遥感影像数据实测数据④共享数据⑤其他数据据数据的表现形式分为：数字化数据，多媒体数据，文本资料数据2.数据源特征：地图数据，遥感影像数据，实测数据，统计数据，共享数据，多媒体数据，文本资料数据3.图形数据编辑常见错误伪节点：一条线没有一次录入完悬挂节点：一个节点只和一条线相连碎屑多边形：重复录入④不规正的多边形：输入线过程中，点的次序倒置或不准确4.图形数据编辑错误检查方式叠合比较法：把成果打印在透明材料上，和原图叠合观察比较目视检查法：在屏幕上目视检查逻辑检查法：根据数据拓扑一致性进行检查5.数据重构包括：数据结构的转换和数据格式转换6.栅格数据重采样概念：重采样是栅格数据空间分析中处理栅格分辨率匹配问题时常用的数据处理方法7.重采样方式：最邻近像元法，双线性插值法，双三次卷积法8.栅格数据向矢量数据的转换：通常有两种情况，一种本身为遥感影像或已栅格化的分类图在矢量化前首先要做边界提取，然后将它处理成近似线画图的二值图，最后才能将它转换成矢量数据；另一种通常是从原来的线画图扫描得到的栅格图，二值化后的线画宽度往往占据多个栅格，这时需要进行细化处理后才能矢量化9.矢量化过程：→→→→遥感影像或分类图边界提取二值化扫描图二值化细化矢量化10.空间数据质量控制方法：传统的手工方法元数据方法地理相关法11.元数据：它是关于数据的数据，在地理空间信息中用于描述地理数据集的内容，质量，表示方式，空间参考，管理方式以及数据集的其他特征，它是实现地理空间信息共享的核心标准之一。主要作用：帮助用户了解和分析数据空间数据质量控制在数据集成中的应用④数据存储和功能实现第七章1.缓冲区查询：缓冲区是根据数据库中的点，线，面地理实体，自动建立其周围一定宽度范围的多边形，来表征特定地理实体对邻域的影响范围。缓冲区查询是在不破坏原有空间目标的关系的情况下，只检索缓冲区范围内涉及的空间目标。2.分数维数：很据欧式几何理论，几何物体可以区分为零维，一维，二维，三维等，数学上的点线面体就是典型的维数为0123的几个物体，物体的维数是以整数表示的。3.拓扑关系在GIS中的意义：能清楚的反应实体之间的逻辑结构关系，具有更大的稳定性，不随地图投影而变化有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决很多实际问题，如某县的邻接县，面面相邻问题，又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就须查询该线与哪些点相连根据拓扑关系可重建地理实体④常用拓扑关系有，拓扑邻接，拓扑关联，拓扑包含4.空间数据查询的类型：属性查图形：主要是用SQL语句来进行简单或复杂的条件查询图形查属性：可以通过点，矩形，圆和多边形等图形来查询所选空间对象的属性，也可以查找空间对象的几何参数5.空间数据查询的内容：对象属性，空间位置，空间分布，空间关系，几何特征第八章1.叠置分析：是地理信息系统中常用的提取空间隐含信息的方法之一，是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生的一个新数据层面，其结果综合了原来多个层面要素的所有属性。同时不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生新的属性关系。2.叠置分析分类：根据操作形式不同，分为图层擦磨，交集操作，图层合并；根据操作要素不同，将矢量数据叠置分析分为点与多边形叠加，线与多边形叠加，多边形与多边形叠加，将栅格数据叠置分析分为单层与多层栅格数据叠置分析3.重分类：是指将属性数据的类别合并或转换成新类4.缓冲区分析：是地理信息系统中常用的一种空间分析方法，是对空间特征进行度量的一种重要手段。缓冲区分析是研究根据数据库的点，线，面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法。5.窗口分析：是指对于栅格数据系统中的一个，多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在窗口内进行诸如极值，均值等一系列统计计算，或与其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现神格数据有效水平方向的扩展分析。三要素：中心点，分析窗口大小与类型，运算方式。6.网络组成：网络是现实世界中，由链和节点组成的，带有环路并伴随着一系列支配网络中流动之约束条件的现网图形，它是现实世界中的网状系统地抽象表示，可模拟交通网，通信网，地下水管网，天然气网等网络系统。第九章1.DEM:数据地形模型中地形属性为高程时称为数据高程模型。DTM:特征数据地面模型，是地表特征的数字表达是带有空间位置（X,Y）和地表属性特征（Z）的数字描述。两者关系：数据地形模型中地形属性为高程时成为数据高程模型。DEM可以用于各种地形信息提取，如坡度、坡向、二维正射影响、剖析，可视域分析和填挖方分析等。DEM在土木工程设计、军事指挥等众多领域被广泛应用。2.数据地形分析方法：坡面地形因子提取（坡度、坡向、平面曲率、坡面曲率、地形起伏度、粗糙