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地理信息系统是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。 数据指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图像等符号。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。 信息信息是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数据、符号、声音、图像等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。 信息特性：1）客观性2）适用性3）传输性4）共享性数据与信息的关系：数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵，是形与质的关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。 地理信息地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它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。 地理信息的特性：1）地域性2）多维结构3）时序特征 地学信息指与人类居住的地球有关的信息都是地学信息，具有无限性、多样性、灵活性等特点。地学信息是人们深入认识地球系统、合理开发资源、净化能源、保护环境的前提和保证。 地理信息与地学信息的区别主要在于信息源的范围不同，地理信息的信息源是地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等；地学信息所表示的信息范围更广泛，不仅来自地表，还包括地下、大气层甚至宇宙空间。 信息系统为了有效对信息流进行控制、组织管理，实现双向传递，需要通过某种信息系统。它能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统，具有采集、管理、分析和表达数据的能力。由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成。 地理信息系统与其它系统的区别和联系：从操作、管理的信息种类的不同，信息系统又可分为企业、事业管理信息系统、财务管理信息系统等一般管理信息系统(Management Information System,MIS)和空间信息系统(Spatial Information System,SIS)。空间信息系统采集、管理和分析的对象是空间信息，而地理信息系统就是一种十分重要的空间信息系统。 地理信息系统的组成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。 空间数据是地理信息的载体，是地理信息系统的操作对象，它具体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。 空间特征是指地理实体的空间位置及其相互关系。 属性特征表示地理实体的名称、类型和数量等。 时间特征指实体随时间而发生的相关变化。 空间数据的分类：根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素，它们的数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为矢量数据结构和栅格数据结构。 地理信息系统的功能：数据采集与编辑，数据存储与管理，数据处理和变换,空间查询和分析和数据显示、输出功能。 地理信息系统的主要应用领域：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策。 GIS发展动态： 1、面向对象技术与GIS的结合 2、真三维GIS和时空GIS 3、GIS应用模型的发展 4、Internet与GIS的结合 5、GIS与专家系统、神经网络的结合 6、GIS与虚拟现实技术的结合 地图投影将地球椭球面上的点映射到平面上的 方法 地理格网地球表面空间要素的定位参照系统。地理格网由经线和纬线组成。 地图投影实质：建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（，）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系。 投影选择因素：制图区域的地理位置、形状和范围；制图比例尺；地图内容；出版方式。 空间对象类型：点，线，面，体。时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。 什么是数据模型？计算机中的现实世界模型 GIS数据模型：CAD 、遥感影像模型，栅格数据模型(Raster Data Model)，矢量数据模型(Vector Data Model)，对象数据模型（Object Data Model) 影像数据模型和栅格数据模型区别：Image 没有属性数据表，仅一个属性项。栅格数据具有属性表，并且可和其他的属性表进行联合运算。应用：影像数据仅作影像处理，而栅格 模型可进行空间分析和空间建模。 矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。几何对象：点：空间的一个坐标点，线：多个点组成的弧段，面：多个弧段组成的封闭多边形。 矢量数据结构的获取方法：定位设备（全站仪、GPS、常规测量等）地图数字化，间接获取：栅格数据转换，空间分析技术（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据） 拓扑研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变（什么情况下运用） 矢量数据表达拓扑数据结构不仅表达几何位置和属性，还表示空间关系表达对象：关联关系表达方式全显式表达部分显式表达拓扑关系物理实现直接存储串行指针拓扑关系与数据共享采用拓扑关系的原则应用目的 制图或一般查询，可不要拓扑结构 空间分析，则应建立拓扑关系 矢量数据结构：特点用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含用拓扑关系描述空间对象之间的关系面向目标操作，精度高，数据冗余度小与遥感等图象数据难以结合输出图形质量好，精度高 空间数据索引：根据空间对象位置和形状或空间对象的某种空间关系，按一定顺序排列的数据结构，包含空间对象的概要信息，以提高空间操作的效率 GIS数据的内容：数字线化数据 地形测图思想：点、线、面影象数据数据源丰富生产效率高直观详细记录地表自然现象数字高程模型属性数据是什么，判读和考察详细描述信息 GIS数据的特征：3点空间特征GIS独有的数据类型刻画空间对象的位置、形状和大小等几何特征表示：绝对描述坐标（直角坐标、经纬度） 相对描述空间关系专题特征除空间特征、时间特征外的其它特征时间特征 空间数据库定义：空间数据库是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合特点：数据量特别大属性数据和空间数据联合管理数据应用范围广泛GIS数据：精度和尺度空间对象描述表示：定性和定量定性：空间对象的鉴别、分类和命名属性数据分类代码数值类型：仅作为一种标识，不代表对象量化程度不同应用领域的空间对象描述详细程度不同定量：图形几何坐标、属性量化指标属性量化指标：统计调查数据，可信度与完整性图形几何坐标：采样点密度、比例尺、特征点选取原则：计算机输出的地图满足同等比例尺地图精度要求 GIS的数据来源分类表第一手数据第二手数据非电子数据电子数据全站仪、GPS数据地球物理、地球化学遥感数据地图专题地图统计图表平板测量数据工程测量数据笔记航空、遥感相片人口普查社会经济调查各种统计资料已建各种数据库GIS数据GIS的数据来源特点（图）幻灯片第133张 元数据：元数据（空间元数据）也叫（空间）数据的数据，它提供空间数据的信息，它对于需要把公共数据用于自己项目中的GIS用户来说尤为重要。 主要包括：标示信息质量信息空间数据组织信息空间参照信息实体和属性信息发行信息元数据参考信息 数据质量信息：数据采集日期(现势性)位置精度(几何精度)分类精度(属性精度)完整性数据采集与编码方法 数据质量特征：准确度：与真值的接近程度；精度：对象表达的详细程度不确定性：不能精确描述的对象相容性：两个来源数据在同一应用中的难易程度一致性：同类现象表达的一致性完整性：数据的完整性可得性：数据获取的容易程度现势性：数据反映对象目前的程度 数据编辑内容与方法：空间数据编辑的必要性修正数据输入错误维护数据的完整性和一致性更新地理信息空间数据编辑内容数据不完整、重复空间数据位置不正确空间数据比例尺不准确空间数据变形几何和属性连接有误属性数据不完整主要方法叠合比较法目视检查法逻辑检查法 栅格数据结构：定义 以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数据表示空间对象的属性特征。或者说，栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存在一个值。 对于栅格数据结构点：为一个像元线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。面：聚集在一起的相邻像元集合。获取方式：遥感数据图片扫描数据矢量数据转换手工方式栅格数据结构：特点离散的量化栅格值表示空间对象位置隐含,属性明显数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大几何和属性偏差面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系矢量数据与栅格数据比较：矢量数据优点：表示地理数据的精度较高严密的数据结构，数据量小完整的描述空间关系图形输出精确美观图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息缺点：数据结构复杂矢量叠置较为复杂数学模拟比较困难技术复杂，特别是软硬件栅格数据的优点：数据结构简单空间数据的叠置和组合方便各类空间分析很易于进行数学模拟方便缺点：图形数据量大用大像元减少数据量时，精度和信息量受损地图输出不美观难以建立网络连接关系投影变换比较费时栅格数据结构的压缩编码方案（3种）链式编码游程长度编码块状编码 数据结构选择原则：7点要素还是位置？可获取的数据定位要素的必要精度需要什么类型的要素需要什么类型的拓扑关联所需空间分析类型生产地图类型单元值确定的四种方法（理解） 地图类型：功能 普通地图 专题地图符号地图（专题地图） 点描法地图 分级色彩地图 分级符号地图 统计图表地图 流量地图地图分级的概念：空间查询方式、内容与结果方 式内 容结 果几何查询属性查询临近空间对象与属性高亮度显示拓扑查询SQL查询空间对象分布空间关系空间对象与属性属性列表统计地图空间查询是空间分析基础，任何空间分析都开始于空间查询空间查询特性回答用户的简单问题不改变空间数据库数据不产生新的空间实体和数据空间查询技术由简单到复杂地理数据可视化：数据分类可视化的数据分类方法 等间距 等面积 标准离差 自然分割点 用户定义 分位数矢量数据分析是基于对象的，即点、线、面，其准确性也取决于这些对象的位置和形状的精确性。主要方法：缓冲区分析 地图叠加 距离量测 地图处理工具缓冲把地图分为两个区域，一个区域在所选地图要素制定距离之内，另一个在制定距离之外。在指定距离之内的区域称为缓冲区 缓冲区用途：查询空间分析中立区 地图叠加：把两幅或多幅地图进行叠加以生成新的地图的操作掩模格网：把栅格数据分析局限于不含无数据单元（No Data）的一种格网范围 地形分析：坡度、坡向与曲率坡度：法线与垂直方向之夹角坡向：法线在水以平面投影与正北方向之夹角剖面曲率：与等高线垂直的曲线曲率等高线曲率：等高线水平曲线曲率切曲率：与法线方向垂直的曲线曲率 空间插值：将离散的数据点转化为连续的数据曲面用已知点来估算其他未知点的过程需要插值的原因现有离散曲面的分辨率、像元大小、方向与要求不符；现有连续曲面的数据模型与要求不一致；现有数据不能完全覆盖所要求的区域内插方法：全局方法：趋势面 回归模型 局部方法 密度估算 反距离权内插 样条函数内插技术 克里金内插方法局部内插：密度估算密度估算（基于点的分布及其已知值来量测格网的密度） 计算在局部范围内的点的数量 简单密度估算 核密度估算局部插值：反距离权插值IDW基本思想：空间自相关程度：距离的n次幂倒数 空间建模模型是一种现象或系统的简化表示二值模型：用逻辑表达式从组合地图中选择感兴趣的地图要素与分布范围【输出结果也为二值模型（1为真，0为假）】指数模型：由组和地图和多个格网计算的指数值产生的等级地图回归模型：建立因变量和多个变量之间的关系，可用于预测和评估过程模型：把现有知识综合成一组关系式或方程用于自然过程的定量化 为什么要使用网络分析（6点）从甲地道乙地的最短 路径是什么？如何设定一个服务中心？特定位置的服务中心是的服务范围？从一个位置到另一个位置的通行程度如何？从出发地到目的地，有多少条可行路线？如何在街道图上定位一个发生的事件？ 网络分析定义数学定义 以图论和运筹学为基础，通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结构及资源等的优化问题进行研究GIS定义 依据网络拓扑关系，通过考察网络元素的空间与属性数据，以数学理论模型为基础，对网络的性能特征进行多方面的分析计算技术最短路径问题：Dijkstra算法步骤 寻找从1点到其他点的最短路径Dijkstra算法例解 寻找从0点到其他点的最短路径01234501234501030100050500102006004301521006020301050510第一步：初始化相关数组 X = 0 Y = 1,2,3,4,5 D = 0, , 10, , 30, 100 P = 0, 0, 0, 0, 0, 0第二步：在Y中寻找到0的最佳路径 X = X + 2 = 0, 2 Y = Y 2 = 1, 3, 4, 5 D =0, , 10, 60, 30, 100 P = 0, 0, 0, 2, 0, 0第三步：在Y中寻找从0到其余点的最佳路径 X = X + 4 = 0, 2, 4 Y = Y 4 = 1, 3, 5 D =0, , 10, 50, 30, 90 P = 0, 0, 4, 0, 0, 4第四步：在Y中寻找从0经由4到其余点的最佳路径 X = X + 3 = 0, 2, 4, 3 Y = Y 3 = 1, 5 D =0, ,