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第一章绪论l地理信息系统(GIS)：GIS作为信息技术的一种，以计算机技术为依托，以具有空间内涵的地理数据为处理对象，运用系统工程和信息科学的理论，采集、存储、显示、处理、分析、输出地理信息的计算机系统，为规划、管理和决策提供信息来源和技术支持。简单地说，GIS就是研究如何利用计算机技术来管理和应用地球表面的空间信息，它是由计算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体，用于高效地采集、存储、更新、处理、分析和显示各种类型的地理信息。l地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。l地理信息科学：与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。l地理数据：是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像、表格等。l地理信息流：即地理信息从现实世界到概念世界，再到数字世界（GIS），最后到应用领域。l数据：是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。l信息系统：是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息，包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。第二章地理信息系统的数据结构l四叉树数据结构：是将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n≥1），直到子象限的数值单调为止。凡数值（特征码或类型值）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。这样对同一种空间要素，其区域网格的大小，随该要素分布特征而不同。l不规则三角网模型（TIN）：它根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）。l拓扑关系：是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的位置关系，拓扑数据也有利于空间要素的查询。l拓扑结构：为在点、线和多边形之间建立管理，以及彻底解决邻域和岛状信息处理问题必须建立的数据结构。这种结构应包括以下内容：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界邻接，范围（最大和最小x、y坐标值）。l游程编码：是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。l空间数据结构：是指适合于计算机系统存储、管理和处理的地学图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。l矢量数据结构：是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分步的一种数据组织方式。这种数据组织方式能最好地逼近地理实体的空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低，便于进行地理实体的网络分析，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。l栅格数据结构：基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。l空间索引：是指依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，其中包含空间对象的概要信息，如对象的标识、外接矩形及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。l空间数据编码：是指将数据分类的结果，用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程。编码的目的，是用来提供空间数据的地理分类和特征描述，同时为了便于地理要素的输入、存储、管理，以及系统之间数据交换和共享的需要。lDelaunay三角网：即由狄洛尼三角形组成的三角网，它是在地形拟合方面表现最为出色，因此常被用于TIN的生成。狄洛尼三角形由三个最邻近的点连接而成，这三个相邻点对应的Voronoi多边形有一个公共的顶点，此顶点同时也是狄洛尼三角形外接圆的圆心。lVoronoi多边形：即泰森多边形，它采用了一种极端的边界内插方法，只用最近的单个点进行区域差值。泰森多边形按数据点位置将区域分割成子区域，每个子区域包含一个数据点，各子区域到其内数据点的距离小于任何到其它数据点的距离，并用其内数据点进行赋值。l栅格数据压缩编码：有键码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。其目的就是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，其类型又有无损编码和信息有损编码之分。l边界代数算法：边界代数多边形填充法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适用于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。它不是逐点判断与边界的关系完成转换，而是根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，而不需要考虑边界与搜索轨迹之间的关系，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。lDIME文件：美国人口普查局在1980年的人口普查中提出了双重独立地图编码文件。它含有调查获得的地理统计数据代码及大城市地区的界线的坐标值，提供了关于城市街道，住址范围以及与人口普查局的列表统计数据相关的地理统计代码大纲要图。在1990年的人口普查中，TIGER取代了DIME文件。第三章空间数据的处理l空间数据内插：即通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法。l空间数据压缩：即从所取得的数据集合S中抽出一个子集A，这个子集作为一个新的信息源。在一定的精度范围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。l坐标变换：实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换，他们是空间数据处理的基本内容之一。l仿射变换：是GIS数据处理中使用最多的一种几何纠正方法。它的主要特性为：同时考虑到因地图变形而引起的实际比例尺在x和y方向上的变形都不相同，因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度的比将发生变化。l数据精度：是考察数据质量的一个方面，即对现象描述的详细程度。精度低的数据并不一定准确度也低。第四章地理信息系统空间数据库l空间数据引擎(SDE)：是一种空间数据库管理系统的实现方法，即在常规数据库管理系统上添加一层空间数据引擎，以获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和管理的能力。代表性的是ESRI的SDE。空间数据引擎在用户和异种空间数据库的数据之间提供了一个开放的接口，它是一种处于应用程序和数据库管理系统之间的中间技术。使用不同厂商GIS的客户可以通过空间数据引擎将自身的数据提供给大型关系型DBMS，由DBMS统一管理；同样，客户也可以通过空间数据引擎从关系型DBMS中获取其他类型GIS的数据，并转换成客户可以使用的方式。l数据库：为解决特定的任务，按照一定的结构，有组织统一管理的相关数据的集合，通常是一系列相互关联的数据文件，是长期存储在计算机内有组织的数据集合，可供用户共享，具有较小冗余度和较高的数据独立性，并具有完善的自我保护能力和数据恢复能力。l数据库管理系统(DBMS)：是操作和管理数据库的软件系统，提供可被多个应用程序和用户调用的软件系统，支持可被多个应用程序和用户调用的数据库的建立、更新、查询和维护功能。l数据库系统(DBS)：由硬件系统数据库、数据库管理系统及相关软件、数据库管理员和各级用户组成，它能够动态存储大规模数据，并提供数据处理手段和信息资源的共享。l数据模型：对现实世界事物特征的模拟和抽象就是事物的模型，数据库模型是模型的一种，是现实世界数据特征的抽象。数据库的数据结构、操作集合和完整性约束规则集合等组成了数据库的数据模型。l空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质上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在存储介质之上的。l空间数据模型：是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据库模式提供了基本的方法。一般而言，GIS空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个有机联系的层次所组成。l关系数据库：是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据。l分布式数据库：是一组数据的集合，这些数据在物理上分布于计算机网络的不同结点上；而逻辑上属于同一个系，它具有分布性，同时在逻辑上互相关联。l对象—关系管理模式：是指在关系型数据库中扩展，通过定义一系列操作空间对象（如点、线、面）的API函数来直接存储和管理非结构化的空间数据库管理模式。第五章空间分析的原理与方法l缓冲区分析：是根据分析对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或主体对邻近对象的辐射范围或影响度，以便为某项分析或决策提供依据。l叠合分析：是指在同一空间参照系统条件下，每次将同一地区两个地理对象的图层进行叠合，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。l空间分析：是基于空间数据的分析技术，它以地学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成、空间演变等信息。l网络分析：是运筹学模型中的一个基本模型，即对地理网络和城市基础设施网络进行地理分析和模型化。它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好。l透视图：从数字高程模型绘制透视立体图是DEM的一个极其重要的应用。透视立体图能更好地反映地形的立体形态，非常直观。与采用等高线表示地形形态相比有其自身独特的优点，更接近人们的直观视觉。调整试点、视角等各个参数，就可以从不同方位、不同距离绘制形态各不相同的透视图制作动画。l网络：是一个由点、线的二元关系构成的系统，通常用来描述某种资源或物质在空间上的运动。l变量筛选分析：是通过寻找一组相互独立的变量，是相互关系的复杂的多变量数据得到简化的空间统计分析方法，常用的有主成分分析法、主因子分析法、关键变量分析法等。l变量聚类分析：是将一组数据点或变量，按照其在性质上亲疏远近的程度进行分类的空间统计分析方法。两个数据在m为空间的相似性可以用这些点在变量空间的距离来度量。第六章地理信息系统的应用模型l数字地面模型(DTM)：是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。l数字高程模型(DEM)：当数字地面模型的地面属性为海拔高程时，则该模型即为数字高程模型。l数字地形分析(DTA)：是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。DTA技术是各种与地形因素相关空间模拟技术的基础。lGIS应用模型：是根据具体的应用目标和问题，借助于GIS自身的技术优势，使观念世界中形成的概念模型，具体化为信息世界中可操作的机理和过程。第七章地理信息系统的设计与评价lOGC：即OpenGIS协会（OpenGISConsortium）其目的是使用户可以开放地操纵异质的地理数据，促进采用新的技术和商业方式来提高地理信息处理的互操作性（Interoperability），OGC会员主要包括GIS相关的计算机硬件和软件制造商，数据生产商以及一些高等院校，政府部门等，其技术委员会负责具体标准的制定工作。l数据结构：是地理实体的数据组织形式及其相互关系的抽象描述。l空间数据质量：是对空间数据在表达空间位置、空间关系、专题特征以及时间等要素时，所能达到的准确性、一致性、完整性以及它们之间统一性的度量，一般描述为空间数据的可靠性和精度，用误差来表示。第八章地理信息系统产品的输出设计l数字地球：是把浩瀚复杂