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地理信息系统概论（修订版）（黄杏元等编著）读书笔记第一章 导论第一章 导论1 地理信息系统基本概念11数据与信息数据（data）是信息(information)的表达，而信息是数据的内容。数据是未经加工的原始材料，地理信息系统的设计和建立，首先是收集数据和处理数据。数据是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号、图象也是数据，数据本身没有意义；信息是对数据的解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。就本质而言数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、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、管理和决策的依据。信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性。12地理信息与地理信息系统 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、联系和规律等的数字、文字、图象和图形的总称。地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的一个最显著的标志。 地理信息系统（Geographical Information System）是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。（美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）关于GIS的定义）2 GIS的基本组成 GIS一般包括以下5个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。 21系统硬件 1、GIS主机：包括大型、中型、小型机，工作站/服务器和微型计算机，其中各种类型的工作站/服务器成为GIS的主流。 2、GIS外部设备：包括各种输入（如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等）和输出设备（如各种绘图仪、图形显示终端和打印机）。3、GIS网络设备：包括布线系统、网桥、路由器和交换机等。22系统软件：按功能分为GIS专业软件、数据库软件和系统管理软件。23空间数据24应用人员：包括系统开发人员和GIS技术的最终用户。25应用模型3 GIS的功能简介基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。31基本功能：包括数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编程32应用功能：包括资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策4 GIS的发展透视41发展概况当前，GIS正向着集成化、产业化和社会化发展方向迈进，呈现以下主要发展态势：1、 GIS已成为一门综合性技术2、 GIS产业化的发展势头强劲3、 GIS网络化已构成当今社会的热点4、 地理信息科学的产生和发展42基础理论 第二章 地理信息系统的数据结构1 地理空间及其表达11地理空间（geo-spatial）的概念地理空间一般包括地理空间定位框架及其联结的特征实体。地理空间定位框架即大地测量控制，有平面控制网和高程控制网组成。目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，该坐标系选用1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球，其具体参数为：赤道半径（a）=6378140.0000000000m，极半径（b）=6356755.2881575287m，地球扁率（f）=(a-b)/a=1/298.257。1980年中国国家大地坐标系的大地原点，设在我过中部的陕西省泾阳县永乐镇，简称西安原点。高程指空间参考的高于或低于某基准平面的垂直位置，主要用来提供地形信息。我国现在规定的高程起算基准面为“1985国家高程基准”，该基准比原国务院批准启用的“黄海平均海平面”高29mm。12空间实体的表达如果采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素时，称为矢量表示法；如果采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素时，称为删格表示法。2 地理空间数据及其特征21GIS的空间数据GIS的数据来源和数据类型繁多，主要有：地图数据；影像数据；地形数据；属性数据；元数据。空间数据根据表示对象的不同分为：类型数据；面域数据；网络数据；样本数据；曲面数据；文本数据；符号数据。22空间数据的基本特征一般地，空间特征数据包括地理实体或现象的定位数据和拓扑数据，属性特征数据包括地理实体或现象的专题属性（名称、分类、数量等）数据和时间数据，而空间特征数据和属性特征数据统称为空间数据或地理数据。空间数据的拓扑关系包括：拓扑邻接；拓扑关联；拓扑包含。23空间数据的计算机表示3 空间数据结构的类型31矢量数据结构基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。矢量数据结构上利用欧几里得（Euclid）几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。矢量数据结构分为以下几种主要类型：1、 简单数据结构特点：数据按点、线或多边形为单元组织，数据排版直观，数字化操作简单；每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余和不一致；点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，互相之间不关联；岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系。2、 拓扑数据结构：包括DIME(对偶独立地图编码法)、POLYVRT（多边形转换器）、TIGER（地理编码和参照系统的拓扑集成）。特点：点是相互独立的，点连成线，线构成面。3、 曲面数据结构32删格数据结构基于删格模型的数据结构简称为删格数据结构，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。删格数据结构与矢量数据结构相比较，用删格数据结构表达地理要素比较直观，容易实现多元数据的叠合操作，便于与遥感图象及扫描输入数据相匹配建库和使用等。删格数据结构的类型：1、 删格矩阵结构：是一种全删格阵列的空间数据组织形式。2、 游程编码结构：（游程指相邻同值网格的数量）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，其目的是压缩删格数据量，消除数据间的冗余。3、 四叉树数据结构：将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n*2n，且n=1），知道子象限的数值单调为止。凡值（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。4、 八叉树和十六叉树结构33适量与删格一体化数据结构1、适量与删格一体化的基本概念2、适量与删格一体化数据结构设计：点状目标和结点只有位置，没有形状和面积；线状目标只要将其通过的删格地址全部记录下来即可；面状目标应包含边界和边界所保卫的整个区域。34矢量与删格数据结构的比较3 空间数据结构的建立空间数据结构的建立是指根据确定的数据结构类型，形成与该数据结构相适应的GIS空间数据，为空间数据库的建立提供物质基础。41系统功能与数据间的关系42空间数据的分类和编码1、空间数据的分类：首先根据图形原则，将空间数据分为点、线、面三种类型；其次是对象原则。2、空间数据的编码：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。编码的结果是形成代码。3、矢量数据的输入与编辑：输入过程实际上是产生和矢量数据结构相适应GIS空间数据的过程。编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的错误，以及将数字化数据重新组织以便得到便于进一步处理和使用的格式。4、删格数据的输入与编辑 第三章 空间数据的处理数据处理涉及的内容很广泛，主要取决与原始数据的特点和用户的具体要求，一般包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。数据变换指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括几何纠正、投影转换和辐射纠正等，以解决空间数据的几何配准。数据重构指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括结构转换、格式变换、类型替换等，以解决空间数据在结构、格式和类型上的统一，实现多源和异构数据的联接与融合。数据提取指对数据进行某种有条件的提取，包括类型提取、窗口提取、空间内插等，以解决不同用户对数据的特定需求。1 空间数据的坐标变换空间数据坐标变换的实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括集合纠正和投影转换，它是空间数据处理的基本内容之一。11几何纠正几何纠正是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的改正。现有的商业GIS软件一般都具有仿射变换、相似变换、二次变换等几何纠正功能。仿射变换是GIS数据处理中使用最多的一种几何纠正方法，其主要特性为：同时考虑到x和y方向上的变形，因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化。12投影转换 当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。投影转换的方法可采用：正解变换、反解变换、数值变换。2 空间数据结构的转换矢量数据结构和删格数据结构应用原则：数据采集采用矢量数据结构，有利于保证空间实体的几何精度和拓扑特性的描述；而空间分析则主要采用删格数据结构，有利于加快系统数据的运行速度和分析应用的进程。21由矢量向删格的转换由矢量向删格的转换的根本任务是通过一个有限的工作存储区，使得矢量和删格数据之间不可避免的读写操作，限制在最短的时间范围内。根据转换处理时，基于弧段数据文件和多边形数据文件的不同，分别采用不同的算法。1、基于弧段数据的删格化方法：其算法可分解为数据管理和转换计算两步。2、基于多边形数据的删格化方法22由删格向矢量的转换由删格向矢量的转换的目的，是为了将删格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出，或者为了数据压缩的需要，将大量的面状删格数据转换为由少量数据表示的多边形边界，但是主要目的是为了能将自动扫描仪获取的删格数据加入矢量形式的数据库。转换处理时，基于图象数据文件和再生删格数据文件的不同分别采用不同的算法。1、 基于图象数据的矢量化方法：二值化；细化；跟踪2、 基于再生删格数据的矢量化方法3 多源空间数据的融合31遥感与GIS数据的融合常用方法具体表现为：遥感图象与图形的融合；遥感数据与DEM的融合；遥感图象与地图扫描图象的融合32不同格式数据的融合 主要有以下几种方法：基于转换器的数据融合；基于标准的数据融合；基于公共接口的数据融合；基于直接访问的数据融合4 空间数据的压缩与综合41空间数据的压缩1、数据压缩的意义所谓数据压缩，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，在规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。2、 曲线上点的压缩3、 面域删格数据的压缩43空间数据的综合5 空间数据的内插方法 通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法就称为空间数据的内插。51点的内插点的内插是研究具有连续变化特征现象（例如地面高程等）的数值内插方法。根据内插精度不同分为精确和概略的两类。一般需要经过数据取样、数据处理和数据记录三个过程。1、数据取样：数据点的选取和坐标的确定2、数据处理：以数据点作为控制基础，用某一数学模型来模拟地表面，进行内插加密计算，确定三角网或格网节点处的特征值。3、数据记录：将建立的节点特征值记录于存储器内，以供分析应用。52区域的内插 区域的内插是研究根据一组分区的已知数据来推求同一地区另一组分区未知数据的内插方法。1、叠置法2、比重法：根据平滑密度函数的原理，将源区的统计数据从同质性改变为非同质性，而非同质性代表着一般社会经济现象的普遍特点。6 图幅数据边沿匹配处理61识别和检索相邻图幅的数据62相邻图幅边界点坐标数据的匹配63相同属性多边形公共界线的删除 第四章 地理信息系统空间数据库1空间数据库概述11空间数据库的概念完整的空间数据库系统包括空间数据库、空间数据库管理系统和空间数据库应用系统等三个部分组成。12空间数据库的设计空间数据库的设计问题，其实质是将地理空间客体以一定的组织形式在数据库系统中加以表达的过程，也就是地理信息系统中空间客体数据的模型化问题。1、空间数据库设计过程2、空间数据库的数据模型设计3、空间数据库设计的原则、步骤和技术方法13空间数据库的实现和维护1、空间数据库的实现：根据空间数据库逻辑设计和物理设计的结果，在计算机上创建实际的空间数据库结构，装入空间数据，并测试和运行。2、相关的其他设计：包括加强空间数据库的安全性、完整性控制，以及保证一致性、可恢复性等。3、空间数据库的运行与维护2 空间数据库概念模型设计传统的数据模型传统的数据模型主要指层次、网状和关系三种模型。21层次数据模型：描述了各类客体及客体类之间的联系。1、层次数据结构2、层次数据结构的数据存取：树遍历法；通用选择法22网状数据模型：以系结构为基础1、网状数据结构2、网状数据模型的实现3、网状数据模型数据库的记录存取23关系数据模型1、关系数据模型的基本概念：关系；关键字；关系模式；关系数据库；关系完整性2、空间数据库关系数据模型的概念设计和逻辑设计24三种传统数据模型的比较传统数据库的不足之处：以记录为基础的结构不能很好地面向用户和应用；不能以自然的方式表示客体之间的联系；语义贫乏；数据类型太少难以满足应用需要。3 空间数据库概念模型设计语义模型和面向对象数据模型31语义数据模型语义数据模型的模型结构是由若干种抽象所组成，用这些抽象来描述客体的基本语义特性，在根据语义模型结构规则把这些抽象有机地组织起来。最常用的语义模型之一是实体联系模型（entity-relationship model,E-R模型）。E-R模型具有一些明显的优点，即接近人的思想，易于理解，同时又与计算机具体的实现无关，是一种很好的数据库概念设计的方法。32面向对象数据模型。1、面向对象数据模型的基本概念：对象；消息；类2、继承及类之间的层次关系3、功能重载和多态性4、概括和聚集5、空间数据库对象模型4 空间数据库逻辑模型设计和物理设计 逻辑设计的目的是从概念模型导出特定的数据库管理系统可以处理的数据库的逻辑结构（数据库的模式和外模式），这些模式在功能、性能、完整性和一致性约束及数据库可扩充性等方面均应满足用户提出的要求。41空间数据库逻辑设计的步骤和内容：初始模式形成；子模式设计；模式评价；优化模式42E-R模型向关系模型的转换43关系数据库的逻辑设计：导出初始关系模式；规范化处理；模式评价；优化模式；形成数据库的逻辑设计说明书：存储记录的格式设计；存储方法设计；访问方法设计；完整性和安全性考虑；应用设计；形成物理设计说明书44空间数据库的物理设计5 GIS空间时态数据库51空间时态数据库概述时空数据库系统或数据处理技术，其内容表现为以下三个主要方面：空间时态数据的表达；空间时态数据的更新；空间时态数据的查询。52时空一体化数据模型1、时间片快照（time-slice snapshots）模型：用一系列状态对应的地理数据来反映地理想象的时空演化过程。2、底图叠加(base map with overly)模型：类似于地理底图的修订方式。3、时空合成(space-time composites)模型：在底图叠加模型的基础上提出的，其设计思想是将每一次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。4、全信息对象模型：运用面向对象的设计方法，将地理现象和过程的空间与属性信息随时间的变化封装成由时态版本组成的对象。第五章 空间分析的原理与方法空间分析是地理信息系统科学内容的重要组成部分，也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一。空间分析的根本目的，在于通过对空间数据的深加工或分析，获取新的信息。空间分析的定义：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。1 数字地面模型分析数字地面模型（Digital Terrain Model，简称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。11地形因子的自动提取1、坡度计算2、坡向分析3、曲面面积计算4、地表粗糙度计算5、高程及变异分析6、谷脊特征分析7、日照强度分析8、淹没边界的计算12地表形态的自动分类13地学剖面的绘制和分析2 空间叠合分析21空间叠合分析的概念空间叠合分析（spatial overlay analysis）是指在统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。1、点与多边形叠合（point-in-polygon overlay）：实质是点与面之间的包含分析2、线与多边形叠合(line-in-polygon overlay)3、多边形与多边形叠合(polygon-on-polygon overlay)22基于矢量数据的叠合分析23基于删格数据的叠合分析1、点变换方法2、区域变换方法3、邻域变换方法3 空间缓冲区分析31空间缓冲区分析的模型空间缓冲区分析（spatial buffer analysis）是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读，以便为某项分析或决策提供依据。32空间缓冲区分析的方法4 空间网络分析（spatial network analysis）41网络图论的基本概念42空间网络的类型和构成类型：平面网络（道路型、树型、环网型和细胞型）和非平面网络（交错型）43空间网络分析方法1、路径分析(path analysis)2、定位配置分析（location-allocation analysis）5 空间统计分析空间统计分析主要用于数据分类，而数据分类方法是任何地理信息系统重要的组成部分。51变量筛选分析常用方法：主成分分析法、主因子分析法和关键变量分析法52变量聚类分析6 空间数据的集合分析和查询61空间集合分析空间集合分析是按照两个逻辑子集给定的条件进行逻辑运算，其基本原理是布尔代数，他的运算符号或算子包括AND、OR、XOR、NOT及其组合等，逻辑运算的结果为“真”或“假”。62空间数据的查询空间数据查询定义为从数据库中找出所有满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象。查询方法：基于关系查询语言扩充的空间查询方法、可视化空间查询方法、基于自然语言的查询方法、超文本查询方法地理信息系统概论笔记.-黄杏元 自己看吧 第一章 导论 第一节 地理信息系统基本概念1 学科特点GIS是一门典型的交叉性学科 因此，学生要学好GIS，首先必须要做好“GIS” Gentlemanlike, Intelligence, Smile。GIS是一门实践性很强的学科 因此，要重视技能训练，重点掌握ArcInfo等基础GIS软件的操作和使用。GIS是一门迅速发展中的学科 因此，要经常阅读有关的文献资料，掌握GIS学科的发展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自己的能力。2 数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。数据是客观对象的表示，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息；数据是信息的表达，信息则是数据的内容。3 地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。4 地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。第二节GIS的基本构成及功能 1系统硬件 由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。 2系统软件 由系统管理软件、数据库软件和基础GIS软件组成，用于执行GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。 3空间数据库 由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。 4应用模型 由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。基本功能： w 数据采集与编辑； 数据存储与管理；w 数据处理和变换；w 空间分析和统计；w 产品制作与显示；w w 二次开发和编程。第三节GIS的发展透视 发展趋势： GIS已成为一门综合性技术； GIS产业化的发展势头强劲；GIS网络化已构成当今社会的热点； 第二章 地理信息系统的数据结构第一节 地理空间的表达 地理空间的概念 GIS中的概念常用“地理空间”(geo-spatial)来表述，一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象； 地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成； GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一； 目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，现在规定的高程起算基准面为1985国家高程基准。 空间实体的表达 在计算机中，现实世界是以各种数字和字符形式来表达和记录的； 对现实世界的各类空间对象的表达有两种方法，分别称为矢量表示法（矢量数据模型）和栅格表示法（栅格数据模型）,如下图。第二节 空间数据 GIS的空间数据特征 空间特征是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系； 属性特征是指空间对象的专题属性； 时间特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。 地理空间数据的来源 地图数据 地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要得信息源 遥感数据 各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）包含着及其丰富的地理内容，尤其是先进的卫星遥感技术的广泛应用，能为地理信息系统提供源源不断的、现势性很强的数据 统计数据、实测数据及各种文字报告 各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等 地理空间数据的类型:1. 类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。2. 面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行政单元3. 网络数据：道路交叉点、街道和街区等。4. 样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区等。5. 曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。6. 文本数据：如地名、河流名和区域名称。7. 符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等。 地理空间数据的拓扑关系: 拓扑邻接：同类元素之间的拓扑关系。拓扑关联：不同类元素之间的拓扑关系。拓扑包含：同类不同级元素之间的拓扑关系。图：拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3 拓扑关联：N1/1、3 、6 ；P1/1、5 、6 拓扑包含：P3与P4 地理空间数据的拓扑关系的表示:弧段号 起结点 终结点 左多边形 右多边形 C1 N1 N2 P2 P1 C2 N3 N2 P1 P4 C3 N1 N3 P1 C4 N1 N4 P2 C5 N2 N5 P2 P4 C6 N4 N5 P3 P2 C7 N5 N6 P3 P4 C8 N4 N6 P3 C9 N7 N7 P4 P5 C10 N3 N6 P4 地理空间数据的拓扑关系的表示:（1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标和距离（2）利于空间要素查询（3）重建地理实体第三节 空间数据结构1矢量数据结构 矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。 特点：定位明显，属性隐含。 矢量数据的输入，是指将分类和编码的空间对象图形转换为一系列x、y坐标，然后按照确定的数据结构加入到线段或标示点的计算机数据文件中去； (1) 手工数字化法； (2) 数据结构转换法。2栅格数据结构 栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。 特点：属性明显，定位隐含。 栅格数据的输入方法包括透明格网采集输入、扫描数字化输入及其它数据传输或转换输入等； 栅格结构编码 直接栅格编码是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 游程长度编码只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数。 （1，3），（0，1），（1，2），（0，4），（1，3），（0，2），（1，1） 四叉树编码是根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n2 n，且n1），直到子象限的数值单调为止。 1 2 3 4 5 6 7 10 11 8 9 12 13 3矢量与栅格数据结构的比较 优点 缺点 矢量数据结构 1.便于面向现象(土壤类、土地利用单元等)；2.数据结构紧凑、冗余度低；3.有利于网络分析；4.图形显示质量好、精度高。 1.数据结构复杂；2.软件与硬件的技术要求比较高；3.多边形叠合等分析比较困难；4.显示与绘图成本比较高。 栅格数据结构 1.数据结构简单；2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；4.输出方法快速，成本比较低廉。 1.图形数据量大；2.投影转换比较困难；3.栅格地图的图形质量相对较低；4.现象识别的效果不如矢量方法。 第四节 空间数据结构的建立需求分析图层叠加空间数据的编码：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，编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成。例如，我国基础地理信息数据的分类代码由六位数字组成，其代码结构如下所示： 大类码 小类码 一级代码 二级代码 识别位 大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩充。矢量化错误检验拓扑生成第三章 空间数据的处理第一节 空间数据的坐标变换 几何纠正:几何纠正是指对数字化原图数据进行的坐标系转换和图纸变形误差的改正，以实现与理论值的一一对应关系；投影转换:投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据；第二节 空间数据结构的转换 1. 由矢量向栅格的转换 2. 由栅格向矢量的转换 第三节 多源空间数据的融合 1. 遥感与GIS数据的融合遥感图像与数字地图数据的融合；遥感图像与DEM数据的融合；遥感图像与地图扫描数据的融合。 2. 不同格式数据的融合基于转换器的数据融合；基于数据标准的数据融合；基于公共接口的数据融合；基于直接访问的数据融合。第四节 空间数据的压缩与综合 1 空间数据的压缩，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，在规定的程度范围内最好地逼近原集合。 数据压缩的目的:节省存贮空间,节省处理时间 2 常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩 特征点筛选法：筛选抽取曲线特征点，并删除全部多余点以达到节省存贮空间的目的。 面域栅格数据的压缩 通过压缩编码技术来消除冗余数据：链码、游程长度编码、块码、四叉树编码 面域邻接线段的删除 数据属性的重新分类和空间图形的化简需要对数据进行压缩，如相邻界线的删除、共同属性的合并。 第五节 空间数据的内插方法点的内插点的内插是研究具有连续变化特征现象（如地形、气温、气压等）的数值内插方法；点的内插方法可以采用：移动拟合法；局部函数法；克里格（Kriging）内插法。区域的内插区域的内插是研究根据一组分区的已知数据来推求同一地区另一组分区未知数据的内插方法；区域的内插方法可以采用：叠置法；比重法。 第六节 图幅数据边沿匹配处理图幅数据边沿匹配的概念图幅数据边沿匹配的任务识别和检索相邻图幅的数据；相邻图幅边界点坐标数据的匹配；相同属性多边形公共界线的删除；连续图幅数据文件的建立。第四章 地理信息系统空间数据库 第一节 空间数据库概述空间数据库的概念GIS存储空间和属性数据的数据库。空间数据库的设计设计过程；数据模型设计；原则、步骤和技术方法。空间数据库的实现和维护第二节空间数据库概念模型设计1 关系模型 将数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表。实体本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表，在数学上把这种二维表叫做“关系”。这些关系表的集合就构成了关系模型。 关系模型主要优点是：数据结构灵活、清晰，可以通过数学运算进行各种查询、计算和修改；数据描述具有较强的一致性和独立性。缺点时当关系很复杂时，计算机需要执行一系列的数据操作，比较费时。2 层次模型 层次层次模型所表达的基本联系是一对关系，它把数据按其自然的层次关系组织起来，以反应数据之间的隶属关系。 层次模型的优点是模型层次分明、结构清晰，较容易实现。尽管每个记录只有一个双亲，当从子女查找双亲，只有唯一的结果，但查找比较麻烦，需要大量的索引文件，而且某种属性值可能要重复多次，导致数据冗余度增加，当对层次模型进行修改时，只有当新记录有上属记录时才能插入。删除一个记录其所有下属记录也同时被删除。3 网状模型 基本特征是在记录之间没有明确的主从关系，任何一个记录可与任意其他多个记录建立联系，与层次模型相比较，大大压缩了数据的存贮量。可以表示实体的多种，关系更为灵活，对确定的数据表示效率高，冗余小，表示关系复杂的地理数据和具有网络特征的地理实体效果较好。但网状结构数据指针比较复杂，数据更新较为繁琐。第三节 空间数据库概念模型设计:语义模型与对象模型语义数据模型E-R模型。面向对象的数据模型面向对象的基本概念：对象、类；继承；重载；概括与聚集。第四节 空间数据库逻辑模型设计和物理设计逻辑设计步骤和内容；E-R模型向关系数据模型转换。物理设计第五节 GIS空间时态数据库空间时态数据库概述空间时态数据的表达；空间时态数据的更新；空间时态数据的查询；时空一体化数据模型时间片快照模型；底图叠加模型；时空合成模型；全信息对象模型。第五章 空间分析的原理和方法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、空间形成和空间演变等信息。第一节 数字地面模型分析 DTM（Digital Terrain Model）是通过地表点集的空间直角坐标（x，y，z）并使需要进一步伴随若干专题特征来表示地形表面的,它是构成地形、地理分析的基础。 DEM（ Digital Elevation Model）是地表单元上高程的集合，是地貌形态的离散表示。DEM是构成DTM的基础，DTM的其他元素均有DEM导出，显然，DEM的质量好坏直接决定着DTM的精确性。 1. 地形因子的自动提取 坡度计算；坡向分析；曲面面积计算；地表粗糙度计算；高程及变异分析；谷脊特征分析；日照强度的分析；淹没边界的计算。 2. 地表形态的自动分类 拟定地形分类决策表；建立地形类型分类系统；输出地形类型图。 3. 地学剖面的绘制和分析 建立数字高程模型； 确定地形剖面线的位置； 剖面线交点的内插计算； 地形剖面线及相关地理信息（地质、土壤、土地利用等）的叠加表示和输出。 第二节 空间叠合分析 1. 空间叠合分析的概念 空间叠合分析是指在统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； 空间叠合分析根据叠合对象图形特征的不同，分为点与多边形的叠合、线与多边形的叠合和多边形与多边形的叠合三种类型。 2. 基于矢量数据的叠合分析3. 基于栅格数据的叠合分析第三节 空间缓冲区分析 缓冲区是根据点、线、面地理实体，建立起周围一定宽度范围内的扩展距离图，缓冲区的作用是用来限定所需处理的专题数据的空间范围，一般认为缓冲区以内的信息均是与构成缓冲区的核心实体相关的，及邻接或关联关系，而缓冲区以外的数据与分析无关。空间缓冲区分析的模型线性模型；二次模型；指数模型。空间缓冲区分析的方法 第四节 空间网络分析网络图论的基本概念图及其构成元素；有向图和无向图；邻接矩阵和关联矩阵。空间网络的类型和构成空间网络的拓扑分类；空间网络的构成元素。空间网络分析方法路径分析；定位-配置分析。第五节 空间统计分析 变量筛选分析变量筛选分析的概念；变量筛选分析的方法。变量聚类分析变量聚类分析的概念；变量聚类分析的方法。第六节 空间数据的集合分析和查询空间数据的集合分析空间集合分析的概念；空间集合分析的方法。空间数据的查询基于关系查询语言扩充的空间查询方法；可视化空间查询方法；基于自然语言的查询方法；超文本查询方法。（6、7章为选学内容）第六章 地理信息系统的应用模型第一节 GIS应用模型概述1. GIS应用模型的分类理论模型；经验模型；混合模型。2. GIS应用模型的构建GIS环境内的模型构建；GIS外部的模型构建；混合型的模型构建。第二节 适宜性分析模型1. 一般形式2. 应用实例选择评价对象；确定评价方法；评价过程和操作；输出评价结果。第三节 发展预测模型1. 一般介绍2. 应用实例第四节 位址选择模型1. 数据准备阶段2. 综合影响评价阶段3. 位址选择分析阶段第五节 交通规划模型1. 交通发生量预测模型2. 出行分布预测模型3. 交通量最优分配规划第六节 地学模拟模型1. 确定土壤侵蚀的数值分析模型2. 设计土壤侵蚀数据处理流程第七章 地理信息系统的设计与评价第一节 GIS设计概述系统设计的目的这里的系统设计是指应用型或业务型地理信息系统的设计；应用型地理信息系统设计的目的是为了建立业务化的运行系统，以实现业务操作的手工模式向信息化模式的根本转变，实现管理和决策的高效率和科学化。系统设计的模式结构化的系统设计模式；软件工程理论的应用。系统设计的流程系统分析；系统设计；系统实施；系统运行与维护。第二节 地理信息系统的设计系统分析系统分析的任务是对系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出新系统的目标和结构方案；系统分析的内容包括：who谁使用该系统；what新系统需要具有哪些功能和条件；why为什么需要这些功能和条件；where新系统需要的资源和条件