空间信息技术基础（韦娟）课件 第4-6章 空间分析原理与方法-空间信息技术的应用

空间信息技术基础第一节空间分析过程及其模型第二节空间查询第三节数字地面模型及其应用第四节空间数据的叠加分析第五节空间数据的缓冲区分析第六节空间网络分析第七节空间统计类分析第四章空间分析原理与方法

空间分析是GIS系统的重要功能之一，是GIS系统与计算机辅助绘图系统的主要区别。空间分析的对象是一系列跟空间位置有关的数据，包括空间坐标和专业属性两部分。

空间坐标用于实体的空间位置和几何形态，专业属性则是实体某一方面的性质。第四章空间分析原理与方法空间分析需解决的问题描述与认知空间数据分布特征如：植被，建筑物，人口的空间分异状况解释空间现象与空间模式的形成机理如：城市土地利用变化研究调控在地理空间上发生的事件如：医院的合理配置预测预报如：洪水的预测预报如：城市边缘区分布特征分析城市边缘区，是指位于城市和乡村之间，以土地混合利用方式为典型特征，人口和社会特征具有城乡过渡性质的一独特地域。空间分析方法的分类基于地图的空间图形分析空间动力学分析根据数据或统计方法建立的模型，如空间聚类，空间自相关，回归模型等实际上，同一种空间分析方法和模型可归属于不同的类型；如，中心地的确定属于空间信息分析模型，但中心地的形成可归属于空间动力学模型如：GIS中的缓冲区分析、叠加分析、三维地形分析城市扩张模型（驱动力分析等），空间价格竞争模型（区位优势分析），空间择位模型（中心地分析等）空间信息分析空间分析的主要内容空间位置借助于空间坐标系传递空间对象的定位信息，是空间对象表述的研究基础，即投影与转换理论空间分布同类空间对象的群体定位信息，包括分布、趋势、对比等内容空间形态空间对象的几何形态空间距离空间物体的接近程度空间关系空间对象的相关关系，包括拓扑、方位、相似、相关等第一节空间分析过程及其模型

GIS不仅要完成管理大量复杂地理数据的任务，更为重要的是要完成地理分析、评价、预测和辅助决策的任务

发展广泛的适用于GIS的地理分析模型，是GIS走向实用的关键模型：将系统的各个要素，通过适当筛选，用一定的表现规则描写出来的简明映象。通常表达某个系统的发展过程或发展结果一空间分析建模—专业应用模型1定义

空间分析模型是指用于GIS空间分析的数学模型，是在GIS空间数据基础上建立起来的模型，是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间决策过程进行的模拟。

2空间分析与应用模型的关系

空间分析应用模型

空间分析是基本的，解决一般问题的理论和方法，而一般应用模型是不可枚举的，是复合、复杂的，解决专门问题的理论和方法，它的解决应以空间分析的基本方法和算法模型为基础。（局部与整体的关系）

第一节空间分析过程及其模型（1）空间分析模型是联系GIS应用系统与专业领域的纽带，以广泛、深入的专业研究为基础

3

空间分析模型的意义一空间分析建模—专业应用模型（2）空间分析模型是综合利用GIS中大量数据的工具，数据的综合分析和应用主要通过模型来实现（3）空间分析模型是分析型和辅助决策型GIS区别于管理型GIS的一个重要特征，是解决空间分析和辅助决策问题的核心

第一节空间分析过程及其模型一空间分析建模—专业应用模型4地理信息建模系统（GIMS）

研究如何根据给定条件（如已知数据和约束条件）自动生成解决问题（如确定候选地址）的整个操作过程。它能支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于GIS的分析、建模和决策。

GIMS是目前GIS研究的热点问题之一第一节空间分析过程及其模型5空间建模现状

3)混合型空间模型法

前两种方法的结合，尽可能利用GIS提供的功能保持外部空间模型法的灵活性2)嵌入式（内部空间模型法）1)松散耦合式（外部空间模型法）

高级语言建立专业模型

GIS空间数据库数据通讯二次开发语言专业模型空间数据库一空间分析建模—专业应用模型第一节空间分析过程及其模型6常用空间分析模型1)相关分析模型

用来分析研究各种地理要素数据之间相互关系的一种有效手段一空间分析建模—专业应用模型2)趋势面分析模型

用来将现象的空间分布特征及其区域变化趋势模拟出来

如：土地利用变化的驱动力分析：解释空间现象与空间模式的形成机理精确揭示土地结构空间集聚差异与时间序列的关联关系及其驱动力土地利用时空结构分异分析方法土地利用空间测算分析模型

3)预测模型

反映地理要素的动态发展规律，并用于预测分析---常用回归模型

4）聚类模型

描述各种地理要素数据之间的近似程度，相似的可合并第一节空间分析过程及其模型二空间决策支持1空间决策支持定义

是应用空间分析的各种手段对空间数据进行处理变换，以提取隐含于空间数据中的某些事实和关系，并以图形和文字的形式直观地加以表示，为现实世界中的各种应用提供科学、合理的支持

2解决空间问题的一般步骤1）明确目的、要求2）收集（准备）数据并建库3）确定空间分析步骤4）输出结果

第一节空间分析过程及其模型例1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算1）明确分析的目的和标准目的：计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的面积和房产价值三空间决策支持的实例

2）准备进行分析的数据

涉及两类信息：

A、现状道路图

B、分析区域内建筑物分布图及相关的信息第一节空间分析过程及其模型3）进行空间操作a)选择拟拓宽的道路，建立道路的缓冲区。b)将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图三空间决策支持的实例

例1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算4）进行统计分析对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算5）将分析结果以地图或表格的形式打印输出

第一节空间分析过程及其模型例2：辅助建筑项目选址1）建立分析的目的和标准目的：确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂的可能建设位置三空间决策支持的实例

2）从数据库中提取用于选址的数据A、全市所有地块信息的数据层B、全市公共设施的分布图第一节空间分析过程及其模型3）进行特征提取和空间拓扑叠加从地块图中提取满足条件的地块，并与公共设施层数据进行叠加。三空间决策支持的实例

例2：辅助建筑项目选址4）进行邻域分析对叠加结果进行邻域分析和特征提取，去掉周围有幼儿园、学校等公共设施的地块，选择满足要求的地块。5）将选择的地块及相关信息以地图和表格的形式打印输出

第一节空间分析过程及其模型空间数据库西安电子科技大学在哪里？空间查询属性查询608路公交经过哪些站？火车站-西安软件园第二节空间查询第二节空间查询空间数据库查询条件属性限制空间拓扑限制二者结合GIS软件查询结果统计结果：图、表、文字新图层新的属性域添加到属性数据库查询方式

图形--属性空间查询语言闪烁、颜色等明显表示第二节空间查询一空间查询的方式1

给出图形信息：如鼠标点取，拉框等方式。1）检索其相应属性；2）检索其空间拓扑关系

2给出属性特征条件1）检索对应的空间实体2）查询属性单纯查询：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系3联合查询：将空间数据与属性数据联合查询。第二节空间查询二空间数据查询种类1几何参数查询

包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标的周长或面积等。

实现：查询属性库或空间计算

第二节空间查询二空间数据查询种类2空间定位查询

给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性1）按点查询

给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性---点的捕捉

2）开窗查询----按矩形、圆、多边形查询

分为该窗口包含和穿过的区别实现：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在查询开窗内的判别计算，检索到目标。--空间运算方法

第二节空间查询1）相邻分析检索---通过检索拓扑关系

面—面：与某个多边形相邻的多边形是哪些？A、

从多边形与弧段关联表中，检索该多边形关联的所有弧段B、从弧段关联的左右多边形表中，检索出这些弧段关联的多边形线—线：与某条河流相连的支流有哪些？A、从线状地物表中，查找组成A的所有弧段及关联的结点B、从结点表中，查询与这些结点关联的弧段A12BC第二节空间查询二空间数据查询种类3空间关系查询面-面检索例：与某个多边形相邻的多边形是哪些？请点击“河南省”第二节空间查询二空间数据查询种类3空间关系查询2）相关分析检索（不同要素类型之间的关系）--通过检索拓扑关系

线—面（某弧段的左右区域分别是什么？我国边境线总长度）面--线：如，某个多边形的边界是哪些线（弧段）？点—线（某个结点由哪些线（弧段）相交而成？

如：自来水GIS中，与某阀门相关的水管线--点：例如，某条道路上有哪些桥梁？第二节空间查询二空间数据查询种类3空间关系查询3）包含关系查询查询某个面状地物所包含的空间对象。同层包含：

可直接查询拓扑关系表来实现。不同层包含：实质是叠加分析检索，通过多边形叠加分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。第二节空间查询二空间数据查询种类3空间关系查询4）边沿匹配检索空间查询在多幅地图的数据文件之间进行，这时需应用边沿匹配处理技术。5）穿越查询采用空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算哪些面或线与之相交。6）落入查询一个空间对象落入哪个空间对象之内--空间运算

7）缓冲区查询

根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。二空间数据查询种类3空间关系查询第二节空间查询4属性查询

1）

查找仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应的属性记录或图形。在屏幕上已有一个属性表，用户任意点取记录，对应的图形以高亮显示。实现：执行数据库查询语言，找到满足要求的记录，得到它的目标标识，再通过目标标识在图形数据文件中找到对应的空间对象，并显示出来。

二空间数据查询种类第二节空间查询属性数据的条件检索用逻辑运算组合条件例：在地下管网信息系统中，设A为埋深小于3米的煤气管；B为长度小于300米的煤气管。

4属性查询

1）查找

第二节空间查询AANDB：检索出埋深小于3米且长度小于300米的所有煤气管

AORNOTB：检索出埋深小于3米及长度大于或等于300米的所有煤气管属性数据的条件检索4属性查询

1）查找

第二节空间查询AXORB：检索出埋深小于3米而长度大于或等于300米的煤气管道和长度小于300米而埋深大于或等于3米的煤气管道4属性查询

实现：交互式选择各项，输入后，系统再转换为标准的SQL，由数据库系统执行或ODBCC语言执行，得到结果，提取目标标识，在图形文件中找到空间对象，并显示。2）SQL查询二空间数据查询种类3）扩展SQL

空间数据查询语言在数据库查询语言上加入空间关系查询。

空间数据类型

增加

空间操作算子

空间概念主要优点：保留了SQL的风格，便于熟悉SQL的用户的掌握，通用性较好，易于与关系数据库连接。第二节空间查询5其他查询方法1）可视化空间查询用直观的图形或符号表示。查询主要使用图形、图像、图标、符号来表达概念。具有简单、直观、易于使用的特点。缺点：

1）当空间约束条件复杂时，很难用图符描述；2）用二维图符表示图形之间的关系时，可能会出现歧义；3）难以表示“非”关系；4）不易进行范围（圆、矩形、多边形等）约束；5）无法进行屏幕定位查询等。二空间数据查询种类第二节空间查询2）超文本查询图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些“热点”（HotSpot），“热点”可以是文本、键等。用鼠标点击“热点”后，可以弹出说明信息、播放声音、完成某项工作等。但超文本查询只能预先设置好，用户不能实时构建自己要求的各种查询。二空间数据查询种类5其他查询方法第二节空间查询3）自然语言空间查询

在SQL查询中引入一些自然语言，如温度高的城市

SELECTname FROMCities WHEREtemperatureishigh

SELECTname FROMCities WHEREtemperature>=33.75

只适用于某个专业领域的地理信息系统，而不能作为地理信息系统中的通用数据库查询语言。作定量转换二空间数据查询种类5其他查询方法第二节空间查询三查询结果查询结果的显示环境参数1

显示方式（thedisplaymode）2

图形表示（thegraphicalpresentation）3

绘图比例尺（thescaleofthedrawing）4

显示窗口（thewindowtobeshown）5

相关的空间要素（thespatialcontext）6

查询内容的检查（theexaminationofthecontent）空间数据查询不仅能给出查询到的数据，还应以最有效的方式将空间数据显示给用户第二节空间查询空间数据库航道淤积,挖槽方案比较?地形信息空间检索第三节数字地面模型及其应用一、DEM概述第三节数字地面模型及其应用DEM的核心是地形表面特征点的三维坐标数据和一套对地表提供连续描述的算法，最基本的DEM是由一系列地面点x，y位置及其相联系的高程Z所组成，用数学函数式的表达是：Z=f(x，y)，(x，y)∈DEM所在的区域。1、概念数字高程模型（DigitalElevationModel），简称DEM，是以数字的形式按一定结构组织在一起，表示实际地形特征空间分布的数字模型，也是地形形状大小和起伏的数字描述。一、DEM概述第三节数字地面模型及其应用1、概念尽管DEM是为了模拟地面起伏而发展起来的，但也可以用来模拟其他二维表面上连续变化的特征，比如：表示地面景观的属性，地面温度、降水、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其它地面特性信息，此时的DEM也称为数字地形模型(DigitalTerrainModels)，简称DTM。DTM地价降水量高程绿化率人口密度气温数字高程模型DEM2、表示法一、DEM概述第三节数字地面模型及其应用1）

等高线法

等高线是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。需要用插值方法来计算落在等高线以外的其他点的高程。

一、DEM概述2、表示法矢量等高线

栅格等高线

第三节数字地面模型及其应用2）TIN法

TIN（TriangulatedIrregularNetwork)利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点连接成相互连续的三角面。一、DEM概述2、表示法连接原则：尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等-Delaunay

第三节数字地面模型及其应用2）TIN法一、DEM概述2、表示法第三节数字地面模型及其应用3）规则格网法(Grid)规则格网法是把DEM表示成高程矩阵，DEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便，成为DEM最通用的形式。一、DEM概述2、表示法缺点：a)地形简单的地区存在大量冗余数据；b)如不改变格网大小,则无法适用于起伏程度不同的地区；

c)对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方向被夸大；d)由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征,如山峰、洼坑、山脊等。第三节数字地面模型及其应用3、DEM特点

1）容易以多种形式显示地形信息。

2）精度不会损失。

3）容易实现自动化、实时化。一、DEM概述第三节数字地面模型及其应用二、DEM建立1、数据采集与处理

沿断面采集选点采集1）数据采集地形图数字化采集（屏幕扫描；数字化仪）航空相片采集地面测量采集机载测高仪采集选点采集随机采集沿等高线采集沿断面采集第三节数字地面模型及其应用2)数据处理二、DEM建立1、数据采集与处理

格式转换坐标系变换数据编辑数据分块数据内插第三节数字地面模型及其应用插值的思想：使用已知的采样值来推测出未知的值空间插值根据与周围采样点值和距离的关系进行预测曲面拟合法

二、DEM建立2、DEM生成第三节数字地面模型及其应用等值线插值法人工网格法整体拟合：根据研究区域内所有采样点的观测值建立趋势面模型（趋势面分析，傅立叶级数）。局部拟合：利用邻近的数据点估计未知点的值，能反映局部特征。在地形图上蒙上格网，逐格读取中心点或交点的高程值三角网法立体像对法对有限个离散点，每三个邻近点联结成三角形，每个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程，可计算各格网点高程，生成DEM。通过遥感立体像对，根据视差模型，自动选配左右影像的同名点，建立数字高程模型。1）曲面拟合法整体拟合：根据研究区域内所有采样点的观测值建立趋势面模型（趋势面分析，傅立叶级数）。局部拟合：利用邻近的数据点估计未知点的值，能反映局部特征。二、DEM建立2、DEM生成第三节数字地面模型及其应用趋势面分析：多项式回归分析是描述长距离渐变特征的最简单方法。多项式回归的基本思想是用多项式表示的线或面按最小二乘法原理对数据点进行拟合，线或面多项式的选择取决于数据是一维还是二维（1）当数据为一维

线性回归二次或高次多项式1）曲面拟合法二、DEM建立2、DEM生成第三节数字地面模型及其应用趋势面分析（2）数据是二维二元二次或高次多项式1）曲面拟合法二、DEM建立2、DEM生成第三节数字地面模型及其应用整体拟合傅里叶级数：用正弦和余弦的线性组合来模拟观测值的变化，亦即描述一维或二维变化情况。一般情况下，除溪流、沙丘等明显的周期性特征外，地球表面的其它特征都很复杂，且难以用周期函数来严格地表示它们的变化。一维傅里叶级数已广泛用于时间级数分析和气象变化的应用研究。二维傅里叶级数在研究沉积岩的地质构造中用得较多。1）曲面拟合法二、DEM建立2、DEM生成第三节数字地面模型及其应用2）等值线插值法二、DEM建立2、DEM生成距离加权法移动拟合法双线性多项式内插法样条函数内插法最小二乘匹配法有限元法分形插值法空间自相关指空间上接近的事物的相关程度空间自相关主要应用指：近的采样点比远的点重要深红色是主要影响的采样点第三节数字地面模型及其应用采样值限制采样点数来计算可加快插值过程采样数目可以通过限制数量或搜索半径局部内插第三节数字地面模型及其应用二、DEM建立2、DEM生成利用局部范围内的已知采样点的数据内插出未知点的数据。2）等值线插值法(1)移动拟和法-移动平均法在局部范围（或称窗口）内计算若干个数据点的平均值.

二维平面的移动平均法也可用相同的公式，但位置Xi应被坐标矢量Xi代替。

小窗口将增强近距离数据的影响；

大窗口将增强远距离数据的影响，减小近距离数据的影响。

当观测点的相互位置越近，其数据的相似性越强；当观测点的相互位置越远，其数据的相似性越低。yxOR加权移动平均法：λi是采样点i对应的权值

加权平均内插的结果随使用的函数及其参数、采样点的分布、窗口的大小等的不同而变化。通常使用的采样点数为6—8点。

对于不规则分布的采样点需要不断地改变窗口的大小、形状和方向，以获取一定数量的采样点。

第三节数字地面模型及其应用二、DEM建立2、DEM生成2）等值线插值法(1)加权移动平均法：反距离权重（IDW）用周边相邻的采样点的值去求得未知点的值假设离测量点越远的采样点对测量点影响越小第三节数字地面模型及其应用二、DEM建立2、DEM生成2）等值线插值法(2)线性内插

将内插点周围的3个数据点的数据值代入多项式，即可解算出系数a0、a1、a2第三节数字地面模型及其应用二、DEM建立2、DEM生成(3)双线性多项式内插将内插点周围的4个数据点的数据值代入多项式，即可解算出系数a0，a1，a2，a32）等值线插值法(4)双三次多项式（样条函数）内插将内插点周围的16个点的数据带入多项式，可计算出所有的系数16个点内插速度很快

可用于精确的内插

可用于平滑处理特点(5)样条函数计算机用于曲线与数据点拟合以前，制图员用曲线规逐段地拟合出平滑的曲线。这种灵活的曲线规绘成的分段曲线称为样条。与样条匹配的那些数据点称为桩点

样条函数是分段函数，一次拟合只有少数数据点配准，同时保证曲线段的连接处为平滑连续曲线。这就意味着样条函数可以修改曲线中的某一段而不必重新计算整条曲线第三节数字地面模型及其应用二、DEM建立2、DEM生成局部内插区域变量理论将复杂的空间变化分为三个部分(i)地形的平均特性；(ii)空间相关的不规则变化；(iii)随机的、局部的变化(6)空间自协方差最佳插值方法：克里金（Kriging）插值克里金插值方法的区域性变量理论假设任何变量的空间变化都可以表示为三个主要成分的和：1）与恒定均值或趋势有关的结构性成分2）与空间变化有关的随机变量，即区域性变量3）与空间无关的随机噪声项或剩余误差项第三节数字地面模型及其应用2）等值线插值法二、DEM建立2、DEM生成3）人工网格法

在地形图上蒙上格网，逐格读取中心点或交点的高程值第三节数字地面模型及其应用对有限个离散点，每三个邻近点联结成三角形，每个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程，可计算各格网点高程，生成DEM

4）三角网法二、DEM建立2、DEM生成第三节数字地面模型及其应用5）立体像对法二、DEM建立2、DEM生成通过遥感立体像对，根据视差模型，自动选配左右影像的同名点，建立数字高程模型第三节数字地面模型及其应用三、DEM精度评价1）原始数据精度(采样密度、测量误差、地形类别、控制点等)2）内插精度(内插方法、地形类型、原始数据的密度等)1：5万DEM生产规定：DEM等高线回放图与原底图按公里格网叠加检查，等高线偏离不大于1/2等高距。

原始数据DEM叠加评价等高线原始等高线再生等高线第三节数字地面模型及其应用四、DEM的应用（一）

基于DEM的信息提取1、坡度定义为地表单元的法向与Z轴的夹角，即切平面与水平面的夹角2、坡向坡向是地表单元的法向量在水平面上的投影与X轴之间的夹角，

（GridDEM上制作坡度、坡向图）3、地表粗造度（破碎度）

定义为地表单元的曲面面积与其水平面上的投影面积之比第三节数字地面模型及其应用GridDEM上制作坡度、坡向图通常用3*3的格网窗口在DEM数据矩阵中连续移动计算完成。四、DEM的应用第三节数字地面模型及其应用4、高程变异分析包括平均高程、相对高程、高程标准差，高程变异高程变异：为格网顶点的高程标准差与平均高程的比值四、

DEM的应用（一）

基于DEM的信息提取

平地岗丘丘陵低山高山绝对h…

…

<400<600…

…

相对h…

<100100-200…

…

坡向<3…

…

…

…

DEM计算地表形态要素H,H’,坡度、坡向等地形分类标准表地形自动分类5、地貌形态的自动分类

第三节数字地面模型及其应用（二）基于DEM的可视化分析1、剖面分析假想用一个剖切平面将物体剖开，移去介于观察者和剖切平面之间的部分，对于剩余的部分向投影面做正投影图四、DEM的应用第三节数字地面模型及其应用1）意义

以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等如果在地形剖面上叠加其它地理变量，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据（二）基于DEM的可视化分析

2）绘制

可在

格网DEM

三角网DEM

上进行。四、DEM的应用1、剖面分析

第三节数字地面模型及其应用2、通视分析：指以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形分析

1）方法

a、以O为观察点，对格网DEM或三角网DEM上的每个点判断通视与否，通视赋值为1，不通视赋值为0

b、以观察点O为轴，以一定的方位角间隔算出0°～360°的所有方位线上的通视情况。四、DEM的应用（二）基于DEM的可视化分析第三节数字地面模型及其应用Aa、倾角法：观察点与各交点的倾角为βi(i＝A,B,C)，若tgα＞max(tgβi,i＝A、B、C)，则OP通视，否则不通视b、

剖面图：两点连线是否与剖面相交2）关键算法：判断格网或三角网上的某一点是否通视AB3、地形三维图绘制

DEM高程点建立几何模型透视变换隐藏线、面的消除光照模型计算贴纹理图形输出四、DEM的应用（二）基于DEM的可视化分析第三节数字地面模型及其应用4、地貌晕渲图绘制即阴影立体法，可增加丘陵和山区地区描述高差起伏的视觉效果（三）数字流域分析1、流向计算2、流线追踪四、DEM的应用第三节数字地面模型及其应用3、累积流水量：流入每个栅格的所有的栅格的数目4、水系自动生成：累积流水量达到某值形成水系5、地形结构线自动提取（三）数字流域分析四、DEM的应用第三节数字地面模型及其应用6、汇流区分割与汇水量计算

与地表植被、土壤渗透、降雨等数据结合分析，可以进行区域洪水预报四、DEM的应用（三）数字流域分析第三节数字地面模型及其应用四、DEM的应用（四）应用领域1）土木工程：各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制

2）测绘：用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图以及地图的修测3）遥感：作为分类的辅助数据。它还是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划等

4）军事：可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等

5）数字水文分析：水系自动提取、流域划分、洪水险情预报等第三节数字地面模型及其应用空间数据库

为某工厂选址，首先找出地价<1万元/平米;且地形起伏较小的区域?地价<1万元/平米坡度小于3度的地形信息空间检索满足两条件的区域+第四节空间数据的叠加分析空间叠加分析是指在统一空间参照系统条件下，每次将同一地区的两个地理对象的图层进行叠加，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。

合成叠加统计叠加空间合成叠加：空间区域的多重属性特征，用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域，或对叠加后产生的多重属性进行新的分类。空间统计叠加：地理对象之间的空间对应关系，用于提取某个区域范围内某些专题内容的数量特征。

一基于矢量数据的叠加分析第四节空间数据的叠加分析

参加叠加分析的两个图层应都是矢量数据结构。若需进行多层叠加，也是两两叠加后再与第三层叠加，依次类推。

被叠加的多边形为本底多边形，用来叠加的多边形为上覆多边形，叠加后产生具有多重属性的新多边形。

一基于矢量数据的叠加分析1、内容

1）点与多边形的叠加

点层与面层的叠加核心算法为判断点是否在多边形内。2）线与多边形的叠加线与多边形的叠加是把一幅图(或一个数据层)中的多边形的特征加到另一幅图(或另一个数据层)的线上。线与多边形叠加的算法就是线的多边形裁剪。第四节空间数据的叠加分析2多边形与多边形的叠加

1）定义多边形叠加分析也称为Polygon-on-polygon叠加，是指不同图幅或不同图层多边形要素之间的叠加，根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形（合成叠加）或进行多边形范围内的属性特性的统计分析（统计叠加）。2）应用：寻求和确定同时具有几种属性的分布区域。一基于矢量数据的叠加分析3）实施步骤对原始数据（多边形）形成拓扑关系。多层多边形数据的空间叠加，形成新层。对新层中的多边形重建拓扑。删除多余多边形（或处理意义多边形）提取感兴趣的部分。第四节空间数据的叠加分析4)难点a）会产生大量对用户无关的多边形，需建拓扑，工作量大。b）会产生多边形叠加的位置误差，需要进行处理。c）建新多边形拓扑和多边形与新属性的连接，工作量大。2多边形与多边形的叠加

一基于矢量数据的叠加分析第四节空间数据的叠加分析二基于栅格数据的叠加分析（一）单层栅格数据的分析1布尔逻辑运算

用布尔逻辑运算组合更多的属性作为检索条件，以进行更复杂的逻辑选择运算。2重分类

重分类是将属性数据的类别合并或转换成新类。第四节空间数据的叠加分析3滤波运算滤波运算可将破碎的地物合并和光滑化，通过边缘增强和提取，获取区域的边界4特征参数计算

对栅格数据计算区域的周长、面积、重心等，以及线的长度、点的坐标等。二基于栅格数据的叠加分析（一）单层栅格数据的分析

5相似运算-----匹配识别相似运算是指按某种相似性度量来搜索与给定物体相似的其它物体的运算。第四节空间数据的叠加分析（二）多层栅格数据的叠加分析A，B，C等表示各层上的属性值，f函数取决于叠加的要求。U＝f(A,B,C,……)二基于栅格数据的叠加分析第四节空间数据的叠加分析（二）多层栅格数据的叠加分析1点变换方法

只将对应栅格单元的属性作某种运算得到新图层属性，而不受其邻近点的属性值的影响。二基于栅格数据的叠加分析2区域变换新属性的值不仅与对应的原属性值相关，而且与原属性值所在区域的长度、面积、形状等特性相关。如：可计算每个污染区的平均人口密度；可计算同一高程处植被类型的种类。3邻域变换

计算新图层属性时，不仅考虑原始图上对应栅格本身的值，还需考虑该图元邻域关联的其他图元值的影响。

第四节空间数据的叠加分析1）类型叠加：获取新的类型2）数量统计：即计算某一区域内的类型和面积3）动态分析：对同一地区、相同属性、不同时间的栅格数据的叠置，分析由时间引起的变化4）益本分析：通过对属性和空间的分析，计算成本、价值

5）几何提取：通过与所需提取的范围的叠置运算，快速地进行范围内信息的提取二基于栅格数据的叠加分析（二）叠加分析的作用第四节空间数据的叠加分析空间数据库道路的噪音影响范围?街道中心线空间检索城市环境评价第五节空间数据的缓冲区分析

一缓冲区及其作用

缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。数学表达为：

第五节空间数据的缓冲区分析

一缓冲区及其作用空间缓冲区分析：指根据分析对象的点、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。作用：

缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一，一般应用于求地理实体的影响范围，即邻近度问题。

第五节空间数据的缓冲区分析

在进行空间缓冲区分析时，通常将研究的问题抽象为三类因素进行分析主体：分析的主要目标，分为点源、线源和面源邻近对象：受主体影响的客体作用条件：主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度

二基于矢量数据的缓冲区的建立点的缓冲区线的缓冲区面的缓冲多个实体的缓冲区，各实体缓冲区的并，半径可以不同

第五节空间数据的缓冲区分析

三基于栅格的缓冲区建立算法比较简单，核心问题是距离变换。

栅格数据距离变换提取一定宽度的多边形缓冲区第五节空间数据的缓冲区分析

空间数据库哪条路最近,如何乘车?道路信息空间检索第六节空间网络分析一、概念

GIS的网络分析是依据网络的拓扑关系，通过考察网络元素的空间数据及属性数据，以数学理论模型为基础，研究网络的状态及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结构及其资源等的优化问题进行研究的一种空间分析方法第六节空间网络分析网络：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（是一系列联结的弧段，形式物质，信息流通的通道）二、网络分析的基础图论和运筹学

第六节空间网络分析运筹学基础：数学的一个分支学科。是利用现代数学特别是统计数学的成就，来研究人力物力的运用和筹划，使能发挥最大效率的科学。应用于工程设计、交通运输、国民经济综合平衡、军事作战指挥及社会科学中。图论基础：图论中的“图”并不是通常意义下的几何图形或物体的形状图，而是一个以抽象的形式来表达的确定事物，以及事物之间具备或不具备某种特定关系的数学系统。A12BC三、网络的组成结点站点1、网络基本要素

1）结点：网络中任意两条线段的交点障碍：资源不能通过的结点拐角：从一条链上经结点转向另一条链中心：收发资源的结点处的设施停靠点（站点）：网络中资源的上、下结点2）链：连通路线，连结两点的段要素2、属性

1）阻碍：资源在网络中运行的阻力2）资源需求量：网络中与弧段和停靠点相联系资源的数量3）资源容量：网络中心为弧段的需求能容纳或提供的资源总数量

第六节空间网络分析1）停靠点、中心的属性停靠点：直接在相应的结点上附上需求量属性，负为下卸，正值为装载

中心：资源最大容量、服务范围和服务延迟数结点号需求量453546-20结点号资源最大容量服务范围服务延迟数2410002000…

…

…

…

学校三、网络的组成3、网络要素的表示第六节空间网络分析3、网络要素的表示

2）链弧425535链弧号起结点终结点长度(km)正方向阻强(km/h)反方向阻强(km/h)资源需求量2024145.33555（-1:表示不通，单行道）…

三、网络的组成第六节空间网络分析3、网络要素的表示

3)转弯

结点号从弧段至弧段角度时间阻强(s)34L2L1906034L1L11803034L2L3-90-1(不允许拐弯）34L1L300(无阻强)三、网络的组成第六节空间网络分析二、网络分析（一）路径分析1、最短路径分析

在网络中从起点经一系列特定的结点至终点的资源运移的最佳路线，即阻力最小的路径。2、核心算法求两点间的权数最小路径，常用的算法是Dijkstra。第六节空间网络分析Dijkstra算法是由荷兰计算机科学家艾兹格·迪杰斯特拉发现的。算法解决的是有向图或无向图中最短路径问题。` 四、网络分析算法步骤3.找出所有暂时标号的最小值，用它作为相应结点的固定标号。如果存在几个同一最小标号值的结点，则可任取一个加以标定；4.重复进行2，3，直至指定的终点L被定标时为止。用此法可直接得到由起点K到其他结点的最短路径长度，那就是该结点的定标数值。回溯各结点的上一结点直到起始结点。就是最短路径。第六节空间网络分析V1V2V5V6V7V8V3V4设定K表示待确定最短路径的起点，L表示终点，则最短路径搜索的步骤：1.令起点K标号为零，其他结点标号为无穷大；2.对未被标定的结点全部给出暂时标号，其值为min[j的旧标号,(i的旧标号+wij)]，这里i是前一步刚被标定的结点，wij是边eij的权，如果结点i和j不相邻，wij=无穷大；第六节空间网络分析二、网络分析（一）路径分析3、路径分析包括

1）静态求最佳路径2）N条最佳路径3）最短路径或最低耗费路径4）动态最佳路径分析第六节空间网络分析旅行商问题

旅行商问题(TSP---TravellingSalesmanProblem)是一销售商从n个城市中的某一城市出发，不重复地走完其余n-1个城市并回到原出发点，在所有可能的路径中求出路径长度最短的一条。

组合优化中研究最多的问题之一，是一个经典的NP难题(NP就是Non-deterministicPolynomial的问题，也即是多项式复杂程度的非确定性问题)

。

吸引了许多不同领域的研究工作者，包括数学、运筹学、物理、生物和人工智能等领域，是目前优化领域里的研究热点。

目前解决旅行商问题有诸多算法，神经网络、遗传算法、最小生成树,免疫算法等。

第六节空间网络分析（二）连通分析---最小生成树1、含义

连通图：如果一个图中，任意两个节点之间都存在一条路。树：若一个连通图中不存在任何回路，则称为树。最小生成树：生成树是图的极小连通子图。生成树的权数：生成树中各边的权数之和。

二、网络分析第六节空间网络分析（二）连通分析---最小生成树2、应用

在n个城市间建立通信线路这样的连通分析问题。图的顶点表示城市，边表示两城市间的线路，边上所赋的权值

表示代价。126543161118656二、网络分析第六节空间网络分析3、构造最小生成树的依据有两条

1）在网中选择n－1条边连接网的n个顶点

2）尽可能选取权值为最小的边1265431619332111141865612654316111865612654316111856赋权图最小生成树之一最小生成树之二二、网络分析（二）连通分析---最小生成树第六节空间网络分析4、算法（Kruskal，克罗斯克尔算法，也叫“避圈”法）1）先把图G中的各边按权数从小到大重新排列，并取权数最小的一条边为T中的边。2）在剩下的边中，按顺序取下一条边。若该边与T中已有的边构成回路，则舍去该边，否则选进T中。3）重复2），直到有m-1条边被选进T中，这m-1条边就是G的最小生成树。二、网络分析（二）连通分析---最小生成树第六节空间网络分析（三）资源分配—定位与分配问题1、含义

在一些候选点中选择给定数量的供应点以使预定的目标方程达到最佳结果。---最佳分配中心，最优配置。定位问题：指已知需求源的分布，确定在哪里布设供应点最合适的问题分配问题：确定这些需求源分别受哪个供应点服务的问题。二、网络分析第六节空间网络分析2、算法在实际应用中常用一些启发式算法来逼近或求得最佳结果3、应用仅P中心模型不足以解决更多的实际问题，需要进行修改、扩充

在给定数量和位置的需求集合和一个候选设施位置的集合下，分别为p个设施找到合适的位置，并指派每个需求点到一个特定的设施，使之达到在工厂和需求点之间的运输费用最低。一般适用于工厂或仓库的选址问题，例如要求在它们和零售商或者顾客之间的费用最少。（四）流分析流：资源在结点间的传输。流分析按照某种优化标准（时间最少、费用最低、路程最短或运送量最大等）设计资源的运送方案。最小费用最大流量

要使网络上的流量最大，要使运送流的费用或代价最小。二、网络分析第六节空间网络分析最小费用最大流问题就是求极值问题一、统计图表分析

第七节空间统计类分析一、统计图表分析

统计表格是详尽地表示非空间数据的方法，不直观，但可提供详细数据，便于对数据进行再处理。

二、变量筛选分析第七节空间统计类分析主成分分析法主因子分析法关键变量分析法将众多要素的信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量，克服了变量选择时的冗余和相关，选择信息最丰富的少数因子进行各种聚类分析，构造应用模型。设有n个样本，p个变量。将原始数据转换成一组新的特征值——主成分，主成分是原变量的线性组合且具有正交特征。即将x1，x2，…，xp综合成m(m＜p)个指标zl，z2，…，zm，即

z1=l11*x1+l12*x2+...+l1p*xp

z2=l21*x1+l22*x2+...+l2p*xp

..................

zm=lm1*x1+lm2*x2+...+lmp*xp主成分分析主成分分析是把数据减少到易于管理的程度，也是将复杂数据变成简单类别便于存储和管理的有力工具。第七节空间统计类分析三、属性数据的集中特征数----找出数据分布的集中位置

3、数学期望：反映数据分布的集中趋势。4、中数：有序数据集中出现频率占半数的数据值。5、众数：众数是具有最大可能出现的数值。1、频数和频率频数：变量在各组出现或发生的次数；频率：各组频数与总频数之比；2、平均数：有简单算术平均数和加权算术平均数。

四、属性数据的离散特征数第七节空间统计类分析四、属性数据的离散特征数1、

极差：是一组数据中最大值与最小值之差2、

离差，平均离差与离差平方：1）离差：一组数据中的各数据值与平均数之差2）平均离差：将离差取绝对值，然后求和，再取平均数3）离差平方：离差求平方和第七节空间统计类分析四、属性数据的离散特征数3、

方差与标准差

1）

方差：

是以离差平方和除以变量个数求得的。

2）

标准差：标准差是方差的平方根。

统计分析4、变差系数：

用来衡量数据在时间和空间上的相对变化的程度，它是无量纲的量。

为标准差除以平均数取百分。五、统计数据的分类分级五、统计数据的分类分级1、系统聚类法：根据距离，将相似的样本归为一类，把差异大的样本区分开来。聚类分析的主要依据是把相似的样本归为一类，而把差异大的样本区分开来。在由m个变量组成为m维的空间中可以用多种方法定义样本之间的相似性和差异性统计量。距离：表示相似程度

欧氏距离绝对值距离相似系数距离第七节空间统计类分析

依次求出任何两个点的距离系数dij(i，j＝l，2，…，n)以后，则可形成一个距离矩阵

反映了地理单元的差异情况，在此基础上就可以根据最短距离法或最长距离法或中位线法等，进行逐步归类，最后形成一张聚类分析谱系图。第七节空间统计类分析2、最优分割分级法—针对有序样本或可变为有序(排序)的样本对于每种分级，可按定义为各级内数据的离差平方和之和的误差函数公式来计算分级误差的大小，选择级内离差平方和为最小而级间离差平方和为极大的一种分级方法为最优。离差：一组数据中的各数据值与平均数之差称为离差。五、统计数据的分类分级第七节空间统计类分析第一节导航系统第二节GPS定位原理第三节3S空间信息技术及GIS新技术第四节组合导航第五章全球定位系统1、什么是导航系统？早期的导航工作一般是由领航员完成的，随着科学技术的发展，现在越来越多地使用导航仪器，使其代替领航员的工作而自动地执行导航任务。自然，能实现导航功能的这种仪器、仪表系统也就叫做导航系统。导航系统：能够向航行体的操纵者或控制系统提供航行体的位置、速度、航向等即时运动状态的系统。一基本概念第一节导航系统2、导航系统的三个基本特征1）

导航系统首先应该是一套探测系统，我们必须要通过测量才能得到导航参数。当然许多我们感兴趣的导航参数是通过解算得到的，但是也必须先有观测值才能解算。2）导航系统必须是一套能执行测量功能的硬件设备。我们不可能凭空去测量导航参数，一定要有硬件形式的仪器、设备来执行测量功能。3）导航系统要有导航解算功能。原始观测值往往不能包含全部我们想要的导航参数，而且通常包含噪声。必须要由计算机按照一定的算法，消除噪声干扰，得到用户感兴趣的全部导航参数。一基本概念第一节导航系统3、导航系统的分类分类：自主式和非自主式导航系统。自主式：不依靠外界信息或不与外界发生联系，独立完成导航任务的导航系统。一基本概念特点：只用载体设备就能提供充分的导航信息，安全性很强，是导航技术发展的一个方向。种类：常用的有惯性导航系统（INS—InertialNavigationSystem）、天文导航（CNS—ChronometerNavigationSystem）、航位推算法（DR—DeadReckoning）等。

第一节导航系统自主式导航系统非自主导航就是指无线电导航，一般由导航台和装在运载体上的导航接收设备组成，二者用无线电波相联系。根据导航台设在陆上或是设在卫星上，相应的分别称为陆基导航系统和星基导航系统（卫星导航系统），总称为无线电导航系统。陆基系统有罗兰－C（Loran－C）、奥米伽（Omega）、塔康（Tacan）、夫尔（Vor）、测距仪（DME）等。星基系统有子午仪（Transit）、GPS、GLONASS、GALILEO及我国的“北斗”双星导航系统等。

分类：自主式和非自主式导航系统。非自主式：必须有地面设备或依靠其他外部信息才能完成导航任务的就是非自主式导航系统。第一节导航系统1、人类导航定位技术的发展

StoneAgeStarAgeRadioAgeSatelliteAgeStone定位第一节导航系统二导航系统概述人类导航定位技术的发展StoneAge：航标方法（目视方法），这是一种借助于信标或参照物把运动物体从一个地点引导到另外的地点。在飞机进场着陆时，这种方法仍在使用，经验性很强。StarAge：天文导航，通过对天体精确地定时观测来定位的一种方法，目前仍广泛用在航海和航天，特别是星际航行中。它的缺点是误差累积及受时间和气象条件的限制，定位时间长，操作计算比较复杂。RadioAge：通过测量无线电波从发射台到接收机的传输时间来定位的一种方法，也可以通过测量无线电信号的相位或相角来定位。第一节导航系统2、全球定位系统的发展

GlobalPositioningSystem

（全球定位系统）

1）GPS前远程导航和定位使用的方法

a.无线电导航系统（用无线电波作信号）Ground-based)罗兰(Loran)-c系统——工作频率100kHz，脉冲相位双曲线定位，三个地面导航台组成，工作区域2000km，定位精度200m-300m，精度与距离有关。Omega导航系统——工作频率十几千赫相位双曲线定位八个地面导航台可复盖全球精度几英里需庞大的发射天线和地网.多普勒(Doppler)导航系统利用多普勒效应引导飞行器飞行的自主式导航系统.(利用雷达回波的多普勒效应测量飞行器的地速和偏航角数据,并依据罗盘提供的航向数据,用专用计算装置解算即可确定飞行器运动参数和坐标).精度与航距有关。

第一节导航系统二导航系统概述Radio定位

b.天文导航系统以天空中星体作导航台,星光作导航信号的测角定位系统.设备要求高,误差较大,复盖区域非常广阔.便于宇宙飞行器定位.

c.惯性导航系统自主式,利用物体惯性确定飞行器或舰船的运动参数和坐标.

依靠惯性敏感元件感测飞行器运动加速度,将加速度一次积分得速度,二次积分得到运动距离即位置.存在累积误差,随工作时间增加误差增大.(实用上常是二者或三者的结合)

惯性导航设备第一节导航系统二导航系统概述2）最早的卫星定位系统

(Space-based)

1957年，美国两位科学家在跟踪苏联的第一颗卫星时无意中发现，他们收到的无线电信号有多普勒频移效应，即卫星在飞近地面接收机时收到的无线电频率逐渐增高，飞远时则逐渐降低。科学家对这种现象认真研究后产生灵感，卫星的轨道可由地面站测得的多普勒频移曲线确定，若知道卫星的精确轨道，不就能确定地面接收机的位置了吗？从此，一种先进的导航技术--卫星导航悄然兴起。第一节导航系统二导航系统概述美国的子午卫星定位系统(TRANSITSYSTEM)美国的子午卫星导航系统(NNSS)或称子午仪系统(Transit)（海军卫星导航系统），1958年开始研制,1964年正式投入使用.为美北极星核潜艇导航用.

不采用测距方法.而是利用卫星运行引起的多普勒频移作计算.5∽6颗卫星(高1000km),从地面站观测卫星的时间平均为1.5h,不能提供连续的实时三维导航,精度也不算高.

上世纪70年代部分导航电文解密交付民用.极限精度0.5∽1m.1965年,前苏联也开始建CICADA卫星导航系统,12颗卫星.第一节导航系统二导航系统概述3）全球定位系统的建立

a.1973年美国开始研制新的卫星导航系统NAVSTAR/GPS(卫星测时测距/全球定位系统NavigationSatelliteTimingAnd

Ranging/GlobalPositioningSystem)至1994年完成.

提供高精度.可连续.实时的导航定位,能同时提供用户的三维坐标,三维速度分量和精确定时.21+3颗卫星（平均高度20200km）,分布于6个轨道面上,轨道面倾角55º,卫星运行周期11小时58分,载波频率1575MHz、1227MHz,地表任何位置任何时间能平均观测到6颗卫星.第一节导航系统二导航系统概述b.前苏联1982-1996完成GLONASS

系统：24+1颗卫星，3个椭圆轨道面,高度19100km.c.其他系统:NAVSAT(欧空局)INMARSAT(国际移动卫星组织)GalileoGNSS(欧盟国际民航组织)3、GLONASS系统

中高轨道的24颗卫星星座

21颗工作星和3颗备份星均匀分布在3个圆形轨道平面上每轨道面有8颗轨道高度19000公里运行周期11小时15分倾角64.8度

位置定位精度约为30米与GPS的定位精度相当第一节导航系统二导航系统概述第二阶段：2007年4月14日，又一颗北斗导航卫星(COMPASS-M1)在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭发射成功，标志着我国已拥有了自主完善的第一代卫星导航这位系统，该系统就是一个有源导航定位与通讯系统。2009年4月15日零时16分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，成功将第2颗北斗导航卫星送入预定轨道。

我国为了满足国民经济和国防建设的需要，特别是为了克服对美国GPS导航定位系统的过度依赖。根据我国的国情，陈芳允院士于1983年提出了建设自己的双静止卫星导航定位系统的设想，经过十几年的论证与研制，于2000年10月和12月分别成功发射了两颗“北斗”导航定位卫星，2003年5月发射了第三颗“北斗”导航备份卫星。4、北斗导航系统第一节导航系统二导航系统概述第三颗，2010年1月17日0时12分

第四颗，2010年6月2日晚23时53分

第五颗，2010年8月1日5时30分

第六颗，2010年11月1日10时26分

第七颗，2010年12月18日凌晨4时20分

第八颗，2011年4月10日4时47分

第九颗，2011年7月27日5时44分2018年12月27日下午，中国宣布自主研发的北斗三号卫星系统开始提供全球定位服务，比之前的计划提早了两年。此前建成的北斗一号、北斗二号卫星系统，已先后应用于中国国内和亚太地区的定位服务。2020年7月31日上午，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。基本组成北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成。地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施。用户段包括北斗及兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端设备、应用系统与应用服务等。4、北斗导航系统第一节导航系统二导航系统概述4、北斗导航系统北斗系统的特点一是北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。二是北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。三是北斗系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。第一节导航系统二导航系统概述工程建设方面

（1）空间段实现全球组网。当前，北斗一号系统已退役；北斗二号系统15颗卫星连续稳定运行；北斗三号系统正式组网前，发射了5颗北斗三号试验卫星，开展在轨试验验证，研制了更高性能的星载铷原子钟（天稳定度达到10-14量级）和氢原子钟（天稳定度达到10-15量级），进一步提高了卫星性能与寿命；成功发射了19颗组网卫星（其中，18颗中圆地球轨道卫星已提供服务，1颗地球静止轨道卫星处于在轨测试状态），构建了稳定可靠的星间链路，基本系统星座部署圆满完成。

第一节导航系统二导航系统概述（2）地面段实施了升级改造。北斗三号系统建立了高精度时间和空间基准，增加了星间链路运行管理设施，实现了基于星地和星间链路联合观测的卫星轨道和钟差测定业务处理，具备定位、测速、授时等全球基本导航服务能力；同时，开展了短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等服务的地面设施建设。

系统运行方面（1）健全稳定运行责任体系。完善北斗系统空间段、地面段、用户段多方联动的常态化机制，完善卫星自主健康管理和故障处置能力，不断提高大型星座系统的运行管理保障能力，推动系统稳定运行工作向智能化发展。（2）实现系统服务平稳接续。北斗三号系统向前兼容北斗二号系统，能够向用户提供连续、稳定、可靠服务。（3）创新风险防控管理措施。采用卫星在轨、地面备份策略，避免和降低卫星突发在轨故障对系统服务性能的影响；采用地面设施的冗余设计，着力消除薄弱环节，增强系统可靠性。第一节导航系统二导航系统概述系统运行方面（4）保持高精度时空基准，推动与其他卫星导航系统时间坐标框架的互操作。北斗系统时间基准（北斗时），采用国际单位制秒为基本单位连续累计，不闰秒，起始历元为2006年1月1日协调世界时（UTC）00时00分00秒。北斗系统采用北斗坐标系（BDCS），采用2000中国大地坐标系（CGCS2000）的参考椭球参数，对准于最新的国际地球参考框架（ITRF），每年更新一次。（5）建设全球连续监测评估系统。统筹国内外资源，建成监测评估站网和各类中心，实时监测评估包括北斗系统在内的各大卫星导航系统星座状态、信号精度、信号质量和系统服务性能等，向用户提供原始数据、基础产品和监测评估信息服务，为用户应用提供参考。第一节导航系统二导航系统概述5、欧盟GALILEO系统◆中高地球轨道星座◆30颗MEO卫星◆3个轨道平面◆27颗工作，3颗热备份◆轨道倾角56度◆轨道高度23616公里◆可选方式MEO+GEO星座构型◆提供通讯能力第一节导航系统二导航系统概述1．定位方法分类

按参考点的不同绝对定位(单点定位)——在地球协议坐标系统中确定观测站点相对于地球质心的位置.

相对定位——在地球协议坐标系统中确定观测站点与某一地面参考点之间的相对位置.

按用户接收机天线在测量中的状态

静态定位——定位过程中天线位置固定,处于静止状态.

动态定位——天线处于运动状态.一、定位原理概述第二节定位原理3.定位原理

基本定位原理：卫