地理信息系统原理期末考试重点

精品文档 1欢迎下载 第 1 章 绪论 1 信息 是用文字 数字 符号 语言 图像等介质来表示事件 事物 现象等的内容 数量或特征 从而向人们 或系统 提供关于现实世界新的事实和知识 作为生产 建设 经营管理 分析和决策的依据 2 信息的特征 客观性 适用性 可传输性和共享性 3 数据 一种未经加工的原始资料 数字 文字 符号 图像都是数据 4 地理信息 是有关地理实体空间分布 性质 特征和运动状态的信息 它是对表达地理 特征与地理现象之间关系的地理数据的解释 从另一个角度来说 一切与空间位置有关的 信息都叫做地理信息 5 地理数据 各种地理特征和现象间关系的符号化表示 包括空间位置数据 属性 特征 数据和时域特征数据 6 地理信息特征 1 空间分布性 2 海量数据 3 信息载体的多样性 7 地理信息的特点 1 空间分布性 2 具有多维结构的特征 3 时序特征十分明显 4 具有丰富的信息 8 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 9 信息系统的组成 硬件 软件 数据 用户 10 信息系统的四大基本功能 数据采集 管理 分析和表达 11 信息系统的类型 事务处理系统 决策支持系统 12 Gis 与其他系统的区别 gis 有别于 dbms Mis 地图数据库和 cad 系统 Gis 有管理 分析功能 Dbms 和 mis 只有管理功能 地图数据库和 cad 只有分析功能 13 什么是 gis 地理信息系统 GIS Geographic Information System 是在计算机硬 软件系统支持下 对现实世界 资源与环境 的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空 间数据特性的属性进行采集 储存 管理 运算 分析 显示和描述的技术系统 它作为 集计算机科学 地理学 测绘遥感学 环境科学 城市科学 空间科学 信息科学和管理 科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来 14 地理信息系统按其内容分为三类 专题地理信息系统 是具有有限目标和专业特点的地 理信息系统 区域地理信息系统 主要以区域综合研究和全面信息服务为目标 地理信 息系统工具 是一组具有图形图像数字化 存储管理 查询检索 分析运算和多种输出等地 理信息系统基本功能的软件包 15 地理信息系统的构成 1 计算机硬件系统 2 计算机软件系统 3 地理空间数 据 4 系统开发 管理和使用人员 16 地理信息系统的应用模式 局域网模式 广域网模式和单机式 17 地理信息系统的主要功能 位置 条件 趋势 模式 模型和模拟 18 地理信息系统的基本功能 输入 查询 编辑 分析 输出 19 Gis 可以做什么 1 管理海量数据 2 浏览 查询 3 专业性分析 4 路径分析 5 地图整饰 6 动态分段 7 断面分析 8 个网分析 9 生成数字地面模型 10 三维地下体分析 20 Gis 软件类型 专业 gis 桌面 gis 手持 gis 组件 gis 网络 gis 其他 基于 cad 的 gis 21 Gis 的应用领域 测绘与地图制图 资源调查与管理 城乡规划 灾害监测 环境保 护 国防 宏观决策支持 22 地理信息系统发展简史 1 国际发展概况 GIS 开拓期 60 年代 GIS 巩固发展 期 70 年代 GIS 技术大发展时期 80 年代 地理信息系统的应用普及时代 90 年代 精品文档 2欢迎下载 60 年代起源于北美 加拿大 CGIS 70 年代是 GIS 发展的巩固阶段 美国 加拿大 英 国 西德 瑞典和日本等 80 年代为地理信息系统的大发展阶段 计算机的迅速发展和普 及 地理信息系统也逐 步走向成熟 并在全世界范围内全面地推向应用阶段 90 年代至 今为地理信息系统的应用普及时代 美国的 国家信息基础设施 行动计划 National Information Infrastructure 简称 NII 数字地球 数字中国 数字省区 数字城市 数字小区 直到 企业信息化 电子商务 数字通讯 虚拟现实 2 gis 在我国的发展 准备阶段 1978 年 1980 年 起步阶段 1981 年 1985 年 初步发展阶段 1986 年 90 年代 快速发展阶段 90 年代末 现在 23 现代科学方法 系统论 信息论 控制论 现代高新技术 计算机技术 空间技术和自 动化技术 现代科学方法和现代高新技术的形成与应用为 GIS 的产生提供了先决条件 也 预示信息时代的到来 24 地理信息系统研究的内容 25 主要的 gis 软件 26 Gis 课程特点 1 学科与技术的统一体 2 空间抽象性 3 发展与内容更新的快 速性 4 多学科集成 渗透性较强 第 2 章 地球空间与空间数据基础 1 地理信息科学 侧重于将地理信息视为一门科学 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 包括 1 分布式计算 2 地理信息的认知 3 地理信息的互操作 4 比例尺 5 空间信息基础设施的未来 6 地理数据的不确定性和基于 GIS 的分析 7 GIS 和社会 8 地 理信息系统在环境中的空间分析 9 空间数据的获取和集成等等 2 Geomatics 地球测量 地球信息学 地球空间信息学 为利用各种手段 通过一切 精品文档 3欢迎下载 途径获取和管理在空间基础信息生产管理过程中的空间参考数据部分的科学与技术 主要 包括大地测量 地籍测量 摄影测量与测深等传统测绘领域以及遥感和空间信息系统等新 领域 可以认为是测绘学应现代社会对空间信息有极大需求这一特点提出的一个更全面 更综合的学科体系 主要内容 1 定义空间参考基础 2 建立和使用对空间参照物体和现 象进行定位和量测的方法 技术和工具 3 整合不同参考系统中的数据 4 提供合格数据 5 运用计算机技术改善数据的处理 存储和发行 3 地球信息科学 Geo information Science 1 3S 系统为解决区域范围更广 复杂性 更高的现代地学问题提供了新的分析方法和技术保证 2 全球变化 Global Change 可 持续发展 Sustanable Development 等方面的研究需要 主要内容 1 地球信息的结构 性质 分类和表达 2 地球圈层间信息传输机制 物理过程及其增益和衰减以及信息流的 形成机理 3 地球信息的空间认识及其不确定性与可预见性 4 地球信息模拟物质流 能量流和人流相互作用关系的时空转换特征 5 地球信息的获取和处理的应用基础理论等 4 地球信息技术包括 1 地球数据获取技术 2 地球信息模拟技术 3 地球信息传播技术 5 数字地球的基本概念 1 数字地球是指数字化的三维显示的虚拟地球 或指信息化的地 球 包括数字化 网络化 智能化和可视化的地球技术系统 2 实施数字地球计划 需要 有政府 企业和学术界的共同协力参加 实施数字地球计划是社会的行为 需要全社会的 关心和支持 3 数字地球是一次新的技术革命 将改变人类的生产和生活方式 进一步促 进科学技术的发展和推动社会经济的进步 6 创建数字地球需要的技术 计算科学 海量存储 卫星图像 宽带网络 互操作 metadata 元数据 7 数字地球技术系统的框架的 4 个组成部分 基础科学 关键技术 实现层 应用层 8 国家空间数据基础设施 NSDI 是国家信息基础设施之后的又一个国家级信息基础设 施 其目的是为了协调基础地理空间数据集的收集 管理 分发和共享的基础设施 空间 数据基础设施主要由四个部分组成 数据交互网络体系 基础数据集 法规与标准 机构 体系 9 我国 NSDI 建设 1 空间信息的收集 管理 协调和分发的体系和机构 2 空间数据收 集系统 3 地理空间数据集 Metadata 和空间信息交换网络 4 基础空间框架数据 5 地理 空间数据标准 10 数字城市 指在城市规划 建设与运营管理以及城市生产和生活中 充分利用及数字化 信息处理技术和网络通讯技术 将城市的各种资料和环境信息加以整合和充分 为调控 监管 预测城市提供现代化手段 为城市规划 建设 管理及生活娱乐服务 11 数字城市的内容包括数字化 网络化 智能化与可视化 12 地理基础 是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分 它主要包括统一的地图投 影系统 统一的地理网格坐标系统以及统一的地理编码系统 统一的地图投影系统就是要 为地理信息系统选择和设计一种或几种适用的地图投影系统和网格坐标系统 13 地理坐标 直接建立在球体上的地理坐标 用经度和纬度表达地理对象位置 建立在 平面上的直角坐标系统 用 x y 表达地理对象位置 14 地标的垂直和水平基准面 地表以最近似平均海平面的地球重力等势面作为高度为零的 大地水准面 Geoid 以大地水准面为参考测量得到的高度 H 被用于地形制图 它是一种 正射 视 高度 如果将大地水准面换成一个椭球面 人们也可以计算一个几何高度 h 或 以椭球面为参考的高度 H h 即是大地水准面和椭球面在基点的高度差 15 地球的形状 地球体 大地体 椭球体 16 椭球的大小 扁率 a b a 第一偏心率 e2 a2 b2 a2 第二偏心率 精品文档 4欢迎下载 e 2 a2 b2 b2 17 我国的椭球 海福特椭球体 克拉索夫斯基椭球体 GRS 椭球体 18 地面点的坐标系统 大地坐标系 地理坐标系 高程系 19 我国的大地坐标系和高程系 1954 年北京坐标系 1980 年国家大地坐标系 1956 年黄 海高程系 1985 年国家高程基准 20 地图坐标系统 平面直角坐标系 用于绘制地图 平面极坐标系 用于地图投影计算 21 地图坐标系统的建立 由投影几何特征建立平面直角坐标系 自行规定坐标系 原点 横 纵轴 22 大中比例尺地形图坐标系 高斯 克吕格投影 中央经线和赤道投影后互为垂直的直线 作为直角坐标轴 两种坐标网格 经纬网和公里网 23 地图投影的基本分类 1 根据投影面及其与球面相关位置的分类 2 根据投影变形性质 的分类 3 根据投影探求的方法的分类 透视 几何投影 这类投影完全依据透视的原理 根据视点 物点与像点之间的几何关系来建立投影的方程 几何 解析投影 这类投影 的特点是首先根据经纬线形状确定投影方程的基本形式 再根据给定的某种条件解析地推 求出特定投影的具体方程 解析投影 解析投影事先并不人为确定经纬线的形状 其投 影后的经纬线形状与投影方程的形式完全依据人们给出的条件逐步推求得到 24 地图投影 所谓地图投影就是建立地图平面上的点 x y 和地球表面上的点 之间 的函数关系 一般通式为 25 26 地图投影的变形主要体现在 长度变形 面积变形 角度变形 27 统一的坐标系统是地理信息系统建立的基础 28 地理信息系统中地图投影配置的一般原则为 1 所配置的投影系统应与相应比例尺的 国家基本图投影系统一致 2 系统一般地只考虑至多采用两种投影系统 一种服务于大比 例尺的数据处理与输入输出 另一种服务于中小比例尺 3 所用投影以等角投影为宜 4 所用投影应能与网格坐标系统相适应 即所采用的网格系统在投影带中应保持完整 29 1 我国基本比例尺地形图除 1 100 万外均采用高斯 克吕格投影为地理基础 2 我国 1 100 万地形图采用了 Lambert 正轴等角割圆锥 投影 其分幅原则与国际地理学会规 定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致 30 高斯 克吕格投影 高斯投影是一种横轴等角切椭圆柱投影 其条件为 1 中央经线 和地球赤道投影成为直线且为投影的对称轴 2 等角投影 3 中央经线上没有长度变形 高斯投影变形具有以下特点 1 中央经线上无变形 2 同一条纬线上 离中央经线越远 变形越大 3 同一条经线上 纬度越低 变形越大 4 等变形线为平行于中央经线的直 2 1 fy fx 精品文档 5欢迎下载 线 31 实体的空间特征可以有四种不同类型的表示 即点 有位置 无宽度和长度 抽象的点 属性 符号 线 有长度 但无宽度和高度 用来描述线状实体 通常在网络分析中使用 较多 度量实体距离 属性 符号 形状 颜色 尺寸 面 具有长和宽的目标 通常用来 表示自然或人工的封闭多边形 一般分为连续面和不连续面 属性 符号变化 等值线 体 有长 宽 高的目标 通常用来表示人工或自然的三维目标 如建筑 矿体等三维目 标 它们的整数维数分别为 0 维 1 维 2 维 3 维 空间对象的位数和比例尺是相关的 32 地理实体 地球空间上不能继续分割的单元 是一种空间实体 33 对空间实体的描述有 5 种内容 即识别码 位置 空间特征 实体的角色 行为或功能 以及实体的空间特性 识别码 用于区别同类而又不同的实体 位置 可用坐标描述也可 用其它形式 空间特征 也是位置信息的一种 如维数 类型及实体的组合等 实体的行 为和功能 是指在数据采集过程中不仅要重视实体的静态描述 还要收集那些动态的变化 如岛屿的侵蚀 水体污染的扩散 建筑的变形等 实体的衍生信息 如一个实体有许多个 名称 34 地理实体的描述 空间特征 空间数据 非空间特征 属性数据 35 栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式 36 空间对象的描述要素 编码 区别不同的实体 包括分类码和识别码 分类 码表识空 间对象的类别 而识别码对每个空间对象进行表识 是唯一的 位置 坐标形式给出空间 对象的空间位置 类型 空间对象所属的实体类型 或有那些实体组成 行为 空间对象 所具备的行为和功能 属性 空间对象所对应的非几何信息 说明 实体数据来源 精度 等 关系 与其他实体之间的关系 37 编码对象 属性数据 38 编码方法 层次分类编码 分类对象的从属和层次关系 有明确的分类对象类别和严格 的隶属关系 多源分类编码 按空间对象不同特性进行分类并进编码 代码之间没有隶属 关系 反映对象特性 具有较大的信息量 有利于空间分析 39 空间对象的空间关系表达 1 描述空间对象之间的空间相互作用关系 2 方法 绝 对关系 坐标 角度 方位 距离等 相对关系 相邻 包含 关联等 3 相对关系类型 拓扑空间关系 描述空间对象的相邻 包含等 顺序空间关系 描述空间对象在空间上的 排列次序 如前后 左右 东 西 南 北等 度量空间关系 描述空间对象之间的距离 等 4 地图 遥感影象上的空间关系是通过图形识别的 在 GIS 中的空间关系则必须显式的 进行定义和表达 40 空间对象的拓扑空间关系 1 拓扑元素 点 孤立点 线的端点 面的首尾点 链 的连接点 线 两结点之间的有序弧段 包括链 弧段和线段 面 若干弧段组成的多边 形 2 基本拓扑关系 关联 不同拓扑元素之间的关系 邻接 相同拓扑元素之间的关系 包含 面与其他元素之间的关系 层次 相同拓扑元素之间的层次关系 拓扑元素量之间 的关系 欧拉公式 精品文档 6欢迎下载 41 空间拓扑关系表达 关系表 拓扑邻接 P1 和 P2 L2L3L5 拓扑关联 V9 和 L3 L5 L6 拓扑包含 P1 包含 P4 42 地理数据的特征 属性特征 空间特征 时间特征 43 地理数据的类型 属性数据 几何数据 关系数据 44 空间数据描述的是现实世界各种现象的三大基本特征 1 空间特征 2 时间特征 3 专 题属性 45 数据的测量尺度 命名式的测量尺度 次序测量尺度 比例测量尺度 46 数据来源可以大致分为原始数据或处理加工后的数据 又可将数据源分为非电子数据和 电子数据两类 47 数据种类 1 基础制图数据 基础制图数据包括地形数据和人文景观数据 2 自然 资源数据 3 调查统计数据 4 数字高程数据 获取和存贮高程数据的方法有 4 种基本方法 规则格网法 离散等高线法 断面量测法和不规则三角网法 5 法律文档数据 6 已有 系统数据 48 GPS 系统 美国 GPS 俄国 GLONASS 欧空局 GEOSTAR 49 立体象对上测量高度并建立地面坐标系 1 航空象片相对定向 建立航空象片坐标系 2 测量象点视差计算象点高度 3 建立地面坐标系 50 航测数字影像目前可以有两种方式获得 一是用高精度扫描仪对航空象片扫描得到数字 影象 二是用数字摄影机直接得到数字影象 51 遥感数据有下列优点 1 增大了观测范围 2 能够提供大范围的瞬间静态图象 3 能够进行大面积重复性观测 即使是人类难以到达的偏远地区也能够做到这一点 4 大大 加宽了人眼所能观察的光谱范围 5 空间详细程度高 52 雷达图象有两种分辨率 距离分辨率 方位分辨率 53 名义分辨率 图象某行对应于地面的实际距离 该行的象元素 54 地图一般分为普通地图和专题地图 普通地图是一般性的参考图 它主要用来表达 6 方 面内容 居民地 道路 行政边界 地形 及地表覆盖 水系和典型目标物 常见的专题 地图 天气预测图 旅游图 交通图 地铁线路图 地势图 自然专题地图 经济专题图 55 地图的制作与 GIS 开发过程有许多相似之处 大致可分下列步骤 1 调查分析地图用 户的要求 2 确定制图目标 确定比例尺 投影 内容 设计符号 编制地图规范 3 收集数据 野外测量 象片判读 问卷调查等 4 对数据进行鉴别 分析处理 5 转绘 数据到基础底图上 6 进行地图综合 先选样区试验再对整个制图区域进行综合 7 进 行地图清绘 8 检查质量 检验精度等 9 修改后制版印刷 56 地图制图工作要点 取舍 分类 简化 符号化 地图综合 分为图形综合和制图内容 综合 57 数据采集 空间图形数据的采集 非空间属性数据的采集 空间数据和非空间数据的连接 58 空间图形数据的采集 1 手扶跟踪数字化输入 1 数字化过程 2 数字化方式 数字 化有两种基本方式 流方式和点方式 3 数字化仪的其它输入功能 4 矢量到栅格数据的 精品文档 7欢迎下载 转换 5 数字化的精度 6 数据共享 2 扫描数字化 1 栅格扫描仪扫描 2 栅格扫描数据到 矢量的转换 3 矢量扫描仪扫描 4 其它类型的自动数字化仪器 视频数字化仪 解析测图 仪 5 已是数字形式的空间数据的输入 6 其它数字形式的空间数据源 内插数据 其它数 据 59 数字化仪 又称图数转换器 是一种通过一定量测手段将图形或图像转换成数字信息的 装置 常用的数字化设备有 手扶跟踪数字化仪 数字化仪 扫描数字化仪 扫描仪 60 扫描数据处理 二值化 细化 矢量化 断线修复 要素提取 符号识别 属性赋值 61 数据质量 准确度 Accuracy 2 精度 Precision 3 不确定性 Uncertainty 4 相容性 Compatibility 5 一致性 Consistency 6 完整性 Completeness 7 可得性 Accessibility 8 现势性 Timeliness 62 空间数据质量的内容 1 微观部分 1 定位精度 2 属性精度 3 逻辑一致性 4 分 解力 2 宏观部分 1 完整性 2 时间性 3 数据档案 4 适用性 63 数据的误差类型 地形图的位置误差 地形图的属性误差 时域误差 逻辑不一致性 误差 不完整性误差 64 数据转换和处理的误差 数字化误差 格式转换误差 不同 GIS 系统间数据转换误差 65 应用分析时的误差 数据层叠加时的冗余多边形 数据应用时 由应用模型引进的误差 66 常见的误差原因 1 空间数据不完整主要因为数字化不完整 2 空间位置误差可能是 较小的位移 也可能是较大的粗差 3 空间数据的比例尺错误和误差大多是在数字化时用 了错误的比例因子引起的 4 空间数据的变形误差来源有原数字化材料上的各种变形误差 5 空间与非空间数据的连接错误通常是在数字化时给空间实体输入了错误的识别符 6 在非空间数据本来完整无缺的情况下 数据库中发生数据不全的现象主要是键盘输入错误 和漏输数据 数字化前的准备工作中编码不完全或编码错误等 67 元数据的主要作用 a 帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据 建立数据文 档 b 提供有关数据生产单位数据存储 数据分类 数据内容 数据质量 数据交换网 络 clearing house 及数据销售等方面的信息 便于用户查询检索地理空间数据 c 提 供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径 以及与数据交换和传输有关的辅助信息 d 帮助用户了解数据 以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断 e 提供有关信 息 以便用户处理和转换有用的数据 68 元数据的内容 对数据集中各数据项 数据来源 数据所有者及数据生产历史等的说明 对数据质量的描述 如数据精度 数据的逻辑一致性 数据完整性 分辨率 源数据的 比例尺等 对数据处理信息的说明 如量纲的转换等 数据转换方法的描述 对数据库 的更新 集成方法等的说明 第 3 章 空间数据结构和数据库 1 数据结构即指数据组织的形式 是适合于计算机存储 管理和处理的数据逻辑结构 对 空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述 2 描述地理要素和地理现象的空间数据 主要包括空间位置 拓扑关系和属性三个方面的 内容 3 数据库结构 关系模型 满足一定条件的二维表格 层次模型 以记录类型为节点的有 向树 tree 其主要特征是 1 除根节点外 任何节点都有且只有一个 父亲 2 父 节点表示的实体与 子 节点表示的实体是一对多的联系 网状模型 特点 1 可以有一个以上的结点没有 父 结点 2 至少有一个结点有多于一个 父 结点 3 结点之间可以有多种联系 4 可以存在回路 4 空间数据结构 网格数据结构 显式表示 矢量数据结构 隐式表示 精品文档 8欢迎下载 5 栅格结构是最简单最直观的空间数据结构 又称为网格结构 raster 或 grid cell 或象 元结构 pixel 是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列 每个网格作为一个 象元或象素 由行 列号定义 并包含一个代码 表示该象素的属性类型或量值 或仅仅包 含指向其属性记录的指针 因此 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物或现象的非几何属性特征 三角形 正方形 菱 形 六边形 6 栅格数据的编码方法 直接栅格编码 以行为记录单位按行存储地理数据 缺点 存在 大量冗余 精度提高有限制 游程压缩编码 将原始栅格矩阵中属性值相同的连续若干 个单元映射为一个游程 每个游程的数据结构为 A P A 表示属性值或属性值的指针 P 代表该游程最右端的列号或个数 链式数据编码 链式编码主要是记录线状地物和面 状地物的边界 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 2n 2 n 且 n 1 直到子象限的数值单调为止 最后得到一棵四 分叉的倒向树 分块压缩编码 采用方形区域作为记录单元 数据编码由初始位置行列 号加上半径 再加上记录单元的代码组成 八叉树编码 八叉树结构就是将空间区域不 断地分解为八个同样大小的子区域 即将一个六面的立方体再分解为八个相同大小的小立方 体 同 区域的属性相同 八叉树主要用来解决地理信息系统中的三维问题 7 矢量数据结构 实体型数据结构 索引编码 双重独立式 链式双重独立式 8 9 栅格数据结构特点 离散的量化 位置隐含 属性明显 数据结构简单 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 10 矢量数据模型与栅格数据模型比较 精品文档 9欢迎下载 11 矢量格式和栅格格式的相互转换 矢量格式向栅格格式的转换 内部点扩散法 复数积 分算法 射线算法 扫描算法 边界代数算法 栅格格式向矢量格式的转换 多边形边界 提取 边界线追踪 拓扑关系生成 去除多余点及曲线圆滑 12 数据库中的数据组织一般可以分为四级 数据项 记录 文件和数据库 13 数据间的逻辑联系主要是指记录与记录之间的联系 一对一的联系 1 1 一对多的联 系 1 N 多对多的联系 M N 14 数据模型是数据库系统中关于数据和联系的逻辑组织的形式表示 15 数据库领域采用的数据模型有层次模型 网状模型和关系模型 其中应用最广泛的是关 系模型 16 层次数据库模型的优缺点 优点 存取方便且速度快 结构清晰 容易理解 数据修 改和数据库扩展容易实现 检索关键属性十分方便 缺陷 结构呆板 缺乏灵活性 同一 属性数据要存储多次 数据冗余大 如公共边 不适合于拓扑空间数据的组织 网络数据模型的优缺点 优点 能明确而方便地表示数据间的复杂关系 数据冗余小 缺陷 网状结构的复杂 增加了用户查询和定位的困难 需要存储数据间联系的指针 使得数据 量增大 数据的修改不方便 指针必须修改 关系数据模型的优缺点 优点 结构特别灵活 满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形 成的查询要求 能搜索 组合和比较不同类型的数据 增加和删除数据非常方便 缺陷 数据库大时 查找满足特定关系的数据耗费时间较多 对空间关系无法满足 17 标准 DBMS 存储空间数据的局限性 空间数据记录是变长的 如点数的可变性 而一般 的数据库都只允许把记录的长度设定为固定 在存储和维护空间数据拓扑关系方面存在着 严重缺陷 一般都难以实现对空间数据的关联 连通 包含 叠加等基本操作 不能支持 复杂的图形功能 单个地理实体的表达需要多个文件 多条记录 一般的 DBMS 也难以支持 难以保证具有高度内部联系的 GIS 数据记录需要的复杂的安全维护 18 面向对象数据库系统基本概念 对象 是对客观世界实体的抽象描述 由信息 数据 和对数据的操作组合而成 类 是对多个相似对象共同特性的描述 消息 是对象之间通 信的手段 用来指示对象的操作 分公有消息和私有消息 方法 是对象接收到消息后应 采取的动作序列的描述 实例 是由一特定类描述的具体对象 元类 是相似的类的共同 属性的抽象 元类的实例是类 类的实例是对象 对象具有封装性和继承性 涉及到分类 classification 概括 generalization 聚集 aggregation 联合 association 继承 inheritance 和传播 propagation 等概念 协议 是一个 对象对外服务的说明 它告知一个对象可以为外界 封装 是将某件实物包围起来 使外 界不必知道其实际内容 继承 从某类对象得到另一类对象的特征和能力 如饭店子类从 建筑物类继承地址 建筑日期等属性 引入类的继承 就出现了类的层次结构 也就有了 精品文档 10欢迎下载 超类 基类 子类 派生类 的概念概括 是把一组具有相同特征和操作的对象归纳在一 个更一般的超类中 联合 是相似对象的抽象组合 可看作是更高层次的集合对象 如西 安市是新城区 雁塔区 碑林区等区的联合 又联合关系的对象叫成员 聚集 是类似于 联合的抽象化概念 不强调整个对象的具体细节 例如建筑物是墙 窗 门 房顶和楼板 几部分的聚集 传播 作为联合和聚集的一种工具 通过一种强制性的手段将子对象的属 性信息传递给复杂对象 例如西安市大学生数量可以由各个大学的学生数求和派生得到 19 采用面向对象数据模型 建立面向对象数据库系统 主要有三种实现方式 扩充面向 对象程序设计语言 OOPL 在 OOPL 中增加 DBMS 的特性 扩充 RDBMS 在 RDBMS 中增加面 向对象的特性 建立全新的支持面向对象数据模型的 OODBMS 第 4 章 空间数据采集和处理 1 数据采集任务 1 将现有的地图 外业观测成果 航空像片 遥感图片数据 文本资 料等转换成 GIS 可以接受的数字形式 2 数据库入库之前进行验证 修改 编辑等处理 保证数据在内容和逻辑上的一致性 3 不同的数据来源要用到不同的设备和方法 4 数据的转换装载 5 数据处理 几何纠正 图幅拼接 拓扑生成等 2 数据源种类 图形图像数据 地图 工程图 规划图 照片 航空与遥感影像等 文字 数据 调查报告 文件 统计数据 实验数据 野外调查的原世界纪录等 3 空间数据采集 属性数据的采集 1 包括各类调查报告 文件 统计数据 实验数 据与野外调查的原始记录等 如人口数据 经济数据 土壤成份 环境数据 2 对于要输 入属性库的属性数据 通过键盘直接键入或文件 表格 数据库导入 3 对于要直接记录 到栅格或矢量数据文件中的属性数据 则必须进行编码输入 4 属性数据的编码 编码原则 系统性和科学性 一致性 标准化和通用性 简捷性 可扩展性 5 属性数据的编码 编码内容 登记部分 分类部分 控制部分 6 属性数据的编码 编码方法 层次分类编码法 是按照分类对象的从属和层次关系为 排列顺序的一种代码 它的优点是能明确表示出分类对象的类别 代码结构有严格的隶属 关系 7 空间数据采集 图形数据的采集基本模式有两种 将地理信息实体以 x y 坐标的形 式 以顺时针或逆时针方法依次输入 用点 线 多边形和格网邻接的方法表示地理实 体 8 空间数据采集 图形数据的采集 空间数据采集方法 手扶跟踪数字化仪采集 摄影 测量数字化采集 扫描跟踪数字化采集 外业实地数字化采集 9 空间数据采集 方案 随机采样 系统采样 随机系统采样 可变系统采样 簇聚采 样 断面采样 等高线采样 10 空间数据采集 流程 计划调查 手机准备 数字化 编辑处理 评价 11 空间数据编辑的必要性 1 修正数据输入错误 2 维护数据的完整性和一致性 3 更新地 理信息 12 空间数据一般性错误 1 数据不完整 重复 2 空间数据位置不正确 3 空间数据比例尺 不准确 4 空间数据变形 5 几何和属性连接有误 6 属性数据不完整 13 错误检查主要方法 1 叠合比较法 2 目视检查法 3 逻辑检查法 14 曲线离散化 在曲线上取有限个点 将其变为折线 并且能够在一定程度上保持原有的 形状 Douglas Peucker 算法 1 在曲线首尾两点 A B 之间连接一条直线段 AB 该 直线称为曲线的弦 2 得到曲线上离该直线段距离最大的点 C 并计算其与 AB 的距离 d 3 比较该距离与预先给定阈值 的大小 如果小于 则将该直线段作为曲线的近 似 该段曲线处理完毕 4 如果距离大于阈值 则用 C 将曲线分为两段 AC 和 BC 并分别 精品文档 11欢迎下载 对两段曲线进行 1 3 步的处理 5 当所有曲线都处理完毕后 依次连接各个分割点形成的 折线 即可以作为曲线的近似 15 图像拼接 以两相邻地图图像的部分重叠区为基础 把它们合成为一幅整图的过程叫做 图像拼接 分上下拼接和左右拼接 以左右拼接为例 取左图右边缘一个矩形区域 A 取 右图左边缘一个矩形区域 B 如果 A 和 B 有一定的重叠区 可以利用计算机实现自动的匹 配 16 图像拼接的原因 1 扫描的图幅较大 2 使用了小型的数字化仪器 3 所扫描的地 图本身就是分幅的 17 图像拼接方法 1 2 种情况进行边缘匹配处理 3 种情况多先进行投影变换 再拼接 18 图像拼接步骤 1 逻辑一致性的处理 属性 2 相邻图幅编号 3 相邻图幅边界点坐标 数据匹配 4 相同属性多边形公共边界的删除 19 图像剪裁 把一幅图像裁成两两相邻的规则 不规则 图块的过程称为地图裁剪 即把大 区域的空间数据分割为小区域数据的过程 分割窗口为矩形 1 点要素层剪裁窗 口的坐标 Xmin Ymin 和 Xmax Ymax 待判定点坐标 P x y 窗口的坐标 Xmin Ymin 和 Xmax Ymax 待判定点坐标 P x y 2 线要素层剪裁 空间划分 9 个子 区 对线段的两个端点 AB 编码判断 1 如果 AB 的 4 位码都是 0 则接受 2 若 AB 端 点码对应位逻辑 与 不为 0 则舍 3 若不符合 1 2 则求线段与窗口的交点 根据 交点进行线段的取舍 3 多边形的剪裁 分割窗口为任意形状窗口 判断空间数据 库中的点是否位于窗口多边形的最小外接矩形内 不在则舍去 如果在 则使用铅垂线法 判断是否在窗口多边形内 弧段 判断组成弧段的各条线段是否与窗口多边形各边有交点 如有 计算交点 对点进行裁剪 20 图像细化预处理目的是去除 毛刺 和 孔洞 凹陷 噪声 21 图像细化 细化对二值图像进行处理 是处理包含线状地物二值图像的一种重要技术 在地图扫描处理中 由于地图上主要信息是不同粗细和不同形状的线 必须首先进行线细 化 以准确 有效地提取这些线信息 并进一步完成跟踪矢量化 22 细化要求 1 保证细化后曲线的连通性 2 细化结果是原曲线的中心线 3 保留细线端 点 23 图像细化算法步骤如下 1 对于栅格图像中的每个点 p 进行如下操作 如果 2 N p 6 并且 T p 1 并且 pNpSpE 0 并且 pWpEpS 0 则标志 p 点 2 将所有被标志的栅格点赋 值为 0 如果没有被标志的点 则算法结束 3 对于栅格图像中的每个点 p 进行如下操 作 如果 2N p 6 并且 T p 1 并且 pNpSpW 0 并且 pWpEpN 0 则标志 p 点 4 将所有被标 志的栅格点赋值为 0 如果没有被标志的点 则算法结束 5 转到第一步 精品文档 12欢迎下载 24 数字化错误的原因 1 遗漏某些实体 2 某些实体重复录入 3 定位不准确 4 人 的主观因素 25 数字化错误的具体表现 1 伪节点 Pseudo Node 2 悬挂节点 Dangling Node 3 碎屑 多边形或 条带 多边形 Sliver Polygon 4 不正规的多边形 Weird Polygon 26 误差修正一般过程 设定容许值 连接接点 重建拓扑关系 27 空间数据的处理 数据格式的转换 投影变换 坐标变换 图象纠正 图像解译 28 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 29 空间索引类型 1 实体范围索引 2 格网型空间索引 3 四叉树空间索引 4 BSP 树空间索引 5 R 树和 R 树 6 Cell 树 7 KDB 树空间索引 30 误差的类型 源误差 操作误差 源误差 与数据获取方法有关 测量数字数据的误差 地图数字化数据的误差 遥感 数据误差 测量数字数据的误差 控制测量误差 碎部测量误差 空中三角测量误差 测图误差 地图数字化数据的误差 1 制图误差 控制点展绘误差 编绘误差 绘图误差 综合误差 地图复制误差 分色板套合误差 绘图材料的变形误差 2 数字化误差 遥感数据误差 数据获取误差 数据处理误差 数据分析误差 数据转换误差 人工判断 误差 操作误差 由计算机字长引起的误差 由拓扑分析引起的误差 数据分类和内插引起的误 差 31 空间数据质量的控制 传统的手工方法 元数据方法 地理相关法 32 空间数据质量的控制环节 数据预处理工作 数字化设备的选用 数字化对点精度 准 确性 数字化限差 数据的精度检查 第 5 章 gis 空间分析原理与方法 1 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 这些数据包括空间坐标和专业属性两部分 其中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 2 GIS 空间分析模型 地学模型 通常包含逻辑模型 物理模型 数学模型和图象模型 3 地理信息系统模型类型 概念模型 逻辑模型 数学模型 理论模型 统计模型 经 验模型 4 运用综合方法建立地理信息系统模型的步骤 系统描述与数据分析 理论推导 简化表 达 参数确定 地理专题分析模型 5 栅格数据的聚类聚合分析 栅格数据的聚类 聚合分析均是指将一个单一层面的栅格数 据系统经某种变换而得到一个具有新含义的栅格数据系统的数据处理过程 6 聚类分析 栅格数据的聚类是根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提 取而建立新的栅格数据系统的方法 7 聚合分析 栅格数据的聚合分析是指根据空间分辨力和分类表 进行数据类型的合并或 转换以实现空间地域的兼并 8 栅格数据的信息复合分析能够极为便利地进行同地区多层面空间信息的自动复合叠置分 析 9 视觉信息复合 视觉信息复合是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上 以便系统使 用者判断不同专题地理实体的相互空间关系 获得更为丰富的信息 层面之间无实际逻辑 精品文档 13欢迎下载 关系 可以分为 1 面状图 线状图和点状图之间的复合 2 面状图区域边界之间或一 个面状图与其他专题区域边界之间的复合 3 遥感影像与专题地图的复合 4 专题地图 与数字高程模型复合显示立体专题图 5 遥感影像与 DEM 复合生成真三维地物景观 10 叠加分类模型 叠加分类模型则根据参加复合的数据平面各类别的空间关系重新划分空 间区域 使每个空间区域内各空间点的属性组合一致 11 复合运算方法 1 逻辑判断复合法 2 数学运算复合法 算术运算 函数运算 12 栅格数据的追踪分析 是指对于特定的栅格数据系统 由某一个或多个起点 按照一定 的追踪线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间分析方法 13 栅格数据的窗口分析 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 并在该窗口内进行诸如极值 均值等一系列统计计算 或 与其它层面的信息进行必要的复合分析 从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析 14 窗口类型 1 矩形窗口 2 圆形窗口 3 环形窗口 4 扇形窗口 15 矢量数据分析的基本方法 1 包含分析 2 缓冲区分析 3 多边形叠置分析 4 矢量数据的 网络分析 16 网络分析的主要用途是 选择最佳路径 选择最佳布局中心的位置 17 网络分析的基本方法 路径分析 地址匹配 资源分配 18 网络中的基本组成部分和属性 1 链 Link 网络中流动的管线 如街道 河流 水管等 其状态属性包括阻力和需求 2 障碍 禁止网络中链上流动的点 3 拐角点 出现在网络链中所有的分割结点上状态属性的阻力 如拐弯的时间和限制 如不允许左拐 4 中心 是接受或分配资源的位置 如水库 商业中心 电站等 其状态属性包括资源 容量 如总的资源量 阻力限额 如中心与链之间的最大距离或时间限制 5 站点 在 路径选择中资源增减的站点 如库房 汽车站等 其状态属性有要被运输的资源需求 如 产品数 19 空间数据量算 1 质心量算 目标的半径位置或保持均匀的平衡点 一般为多边形的几 何中心或重心 2 几何量算 3 形状量算 4 空间数据内插和推估 20 DTM Digital Terrain Model 数字地面模型 利用一个任意坐标场中大量选择的已知 x y z 的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示 或者说 DTM 就是地形表面简单的数 字表示 DEM Digital Elevation Model 数字地面模型中地形属性为高程时 即为数字高程模型 是 DTM 的子集 是 DTM 最基本的部分 是地球表面地形地貌的一种离散的数字表达 21 DTM 和 DEM 实际应用 国家地理信息的基础数据 4D 土木工程 景观建筑与矿山工 程的规划与设计 为军事目的 军事模拟等 而进行的地表三维显示 景观设计与城市规划 流水线分析 可视性分析 交通路线的规划与大坝的选址 不同地表的统计分析与比较 生成坡度图 坡向图 剖面图 辅助地貌分析 作为背景叠加各种专题信息 22 DTM 数据采集和表示 1 数据源 1 以航空或航天遥感图像为数据源 2 以地形图作 为数据源 3 以地面实测记录为数据源 全站仪 4 其它数据源 2 DTM 的表示 1 数 学分块曲面模型 2 规则格网表示法 grid 3 不规则三角网 Triangulated Irregular Network TIN 23 DTM 在地图制图与地学分析中的应用 利用 DEM 制作等高线图 利用 DEM 绘制地面晕渲 图 利用 DEM 绘制立体透视图 DTM 地形分析 24 主要网络分析功能 路径分析 服务分析 资源分析 第 6 章 地图学内容 1 地理信息系统产品是指经系统处理和分析 可以直接供专业规划人员或决策人员使用的 精品文档 14欢迎下载 各种地图 图表 图象 数据报表或文字说明 2 地理信息系统产品输出是指将 GIS 分析或查询检索的结果表示为某种用户需要的可以理 解的形式的过程 其中 地图图形输出是地理信息系统产品的主要表现形式 3 地理信息系统输出产品类型 地图 图像 统计表 三维多媒体虚拟现实 4 电