GIS地理信息系统资料

地理信息：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。具有区域性、多为结构特性和动态变化的特性。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，属性特征及时态。地理信息的特性：区域性、多维结构特性、动态变化特性。地理信息系统的概念：1、 一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科。2、 一个技术系统，一地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。GIS的特征：1、 具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性。2、 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的专门的地理分析法，作用于空间数据，产生有用的信息，完成人类难以完成的任务。3、 能够快速，精确，综合的对复杂的地理信息系统进行空间定位和过程动态分析。GIS的类型：1.根据研究范围：全球性信息系统和区域性信息系统。 2、根据研究范围：专题信息系统和综合信息系统。 3、根据使用的数据类型：矢量信息系统、栅格信息系统和混合信息系统。GIS工具或GIS外壳：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。GIS的基本组成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。GIS的基本功能：数据采集、数据存储、查询、分析、显示、输出。GIS应用的四个层次：事物处理系统、管理信息系统、决策支持系统、专家系统GIS与地理学的关系：1、 地理学的理论学习方法为GIS提供了有缘空间分析的理论与方法，成为地理信息系统的理论依据。2、 GIS的发展为地理问题的解决提供了全新的技术手段，并使地理学研究的数学得到充分发挥。GIS与地图学的关系：1、 从历史看，GIS是脱胎于地图，并成为地图信息的又一种新的载体模式。它具有分析、存储、显示和传输功能。2、 地图学理论与方法的GIS的发展有着重要影响。3、 地图是地理信息系统中主要的空间数据来源，也是他最终输出的一种主要形式。4、 计算机制图为地图特征的数字表示，操作和显示提供了成套方法，为GIS的图形设计提供了技术支持。5、 差别：地图强调数据的符号化与显示，而GIS则注重于分析。Roger Tomlinson从1963年开始创建世界上第一个地理信息系统即加拿大地理信息系统（CGIS）。Tomlinson被誉为地理信息系统之父。1964年哈弗实验室，GIS实现的摇篮。GIS与管理信息系统主要区别是它处理的数据没有或者不包括空间特征。第二章地理空间的特征实体包括点、线、面、曲面、和体的多种组成。GIS 的空间数据来源和类型有：地图数据、影响数据、地形数据、属性数据、元数据。元数据：描述数据的数据，说明数据的内容、质量、形状和其它有关特征的背景信息。空间数据=地理实体或地理现象的定位数据=拓扑数据。空间特征：指地理实体的空间位置及其相互关系。空间数据的基本特征:1、空间数据或者地理数据包括空间特征数据和属性特征数据。 2、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。 3、属性特征空间数据包括地理实体或现象的专题属性数据和时间数据。拓扑关系：对于凡是具有网状结构特征的地理要素都存在节点、弧段和多变性之间的拓扑关系。空间数据的拓扑关系：1、 拓扑领接：指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系2、 拓扑关联：指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系3、 拓扑包含：指存在于空间图形的同类，但不同级的元素之间的拓扑关系空间数据的拓扑关系中对GIS的数据处理和空间分析的重要意义：1、 根据拓扑关系不需要利用坐标线距离可以确定一种地理实体相对予另一种地理实体的空间位置，具有更大的稳定性，即它不随地图投影变化。2、 利用拓扑数据有利于空间要素的查询。3、 可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。空间数据结构：指适合于计算机系统存贮、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。空间数据结构包括矢量数据结构和栅格数据结构。矢量数据结构：利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。矢量数据结构包括实体数据结构、拓扑数据结构和曲面数据结构三种。简单数据结构（实体数据结构）：空间数据以基本的空间对象为单元进行单独组织，不含有拓扑关系的数据。简单数据结构的主要特点：1、 数据按点、线或多边形为单元进行组织，数据编排直观，数字化操作简单。2、 每个多边形都已闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，容易造成数据冗余和产生不一致性。3、 点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，彼此不关联。4、 岛只作为一个单个图形。地理信息系统的功能：数据采集，数据存储，查询，分析，显示，输出拓扑数据结构的特点：1、 数据诶有冗余，存储效率高2、 所有领域关系都能实现3、 岛与多边形的层次关系不受限制。4、 后续的查询检索和处理效率高矢量数据的特点：1、 用离散的线或点描述地理现象及特征，定位明显，属性隐含2、 用拓扑关系描述矢量数据之间的关系3、 面向目标的操作，精度高，数据冗余度小，运算量少，4、 与遥感数据结合难矢量数据的获取方式：1、 利用各种定位仪器设备2、 通过纸质地图数字化得到，常用的数字方式有手扶跟踪数字化和扫描矢量化。3、 间接获取：通过栅格数据转化而来和利用已有数据通过模型运算得到。栅格数据结构：将空间分割成有规则的格网，在各个栅格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种组织形式。栅格数据的取值分析：中心归属法、长度占优法、面积占优法、重要性法。栅格数据结构压缩类型：1、游程压缩编码 2、块式编码 3、四叉树编码四叉树编码：将空间区域以二的K次乘二的K次的象元阵列按照四个象限进行逐步分割，直到子象限的属性值单调为止。属性值为单调的象元，不论其大小，均作为最后存贮单元，形成四叉树图。四叉树编码法的优点：1、 容易而有效地计算多边形的数量特征。2、 阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高，即分级多，分辨率也高，不需要表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，所以既可以精确表示图示结构又可减少存储量。3、 栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转化较其他压缩方法容易。4、 多边形中嵌套一类的多边形的表示较方便。栅格数据的特点：1、 用离散的量化栅格值表示空间实体：栅格数据表示某一地区实体时，实际上是用栅格象元逼近表示，这种描述方法往往不精确。2、 描述的属性信息明显，定位隐含。数据直接记录属性，而定位是根据数据在数据集中的位置得到。位置则根据行列号转换为相应的坐标。3、 数据结构简单，易于与遥感结合，但数据量大。4、 难于建立地物间拓扑关系。栅格数据结构的获取方法：1、遥感图像解译 2、规则点采样、不规则点采样及插值。3、从扫描仪、摄像机等设备获取。4、从矢量转栅格运算得到。矢量数据结构域栅格数据结构的比较1、矢量数据结构：数据存储量小、空间位置精确度高、用网络连接法能完整描述拓扑关系、输出简单容易，绘图细腻，精确美观、可对图形及其属性进行检索，更新和综合、数据结构复杂、获取数据慢、数学模拟困难、多种地图叠置分析困难、不能直接处理数字图像信息。2、栅格数据结构：数据存储量大、空间位置精确度低、难于建立网络连接关系、输出速度快，但绘图粗糙，不美观、便于面妆数据处理、数据结构简单、课快速获取大量数据、数学模拟容易、多种地图叠置分析方便、能直接处理数字图像信息。矢量数据结构与栅格数据结构的选择：1、 矢量数据结构的选择 1、矢量数据结构式人们最熟悉的图形表达方法，对于线画地图来说，用矢量数据来记录往往比用栅格数据节省存储空间。 2、矢量数据结构有利于网络分析 3、矢量数据结构表示的数据精度高，并易于附加上对制图物体的图形。 4、矢量数据只能在矢量式绘图机上输出 5、矢量数据便于产生各个独立的制图物体。2、 栅格数据结构的选择 1、栅格数据结构是一种影像数据结构，适用于遥感图像的处理 2、栅格数据结构与制图物体的空间分布特征有着简单，直观而严格的对应关系，为应机器视觉提供了可能性。 3、多边形数据结构的计算方法中常常采用栅格方案 4、栅格坐标是规则的，删除和提取数据则按位置确定窗口来实现，因而比矢量数据结构方便的多。大范围小比例尺用栅格数据结构比较合适；小范围大比例尺用矢量数据结构比较合适。“四库合一”：能够统一管理图形数据、属性数据、影像数据和数字高程模型数据。空间数据结构的建立过程：1、根据用户需求，确定数据项目 2、根据数据项目，确定数据源 3、数据分类和编码 4、确定数据模型和数据结构类型 5、数据输入和编辑操作。第三章矢量化电子地图定义：当纸质地图经过计算机图形图像系统光电转换量化为点阵数字图像，经图像处理和曲线矢量化，或者直接进行手扶跟踪数字化后，生成可以为地理信息系统显示，修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件，这种与纸地图相对应的计算机数据文件称为矢量化电子地图。地理信息系统的地理基础：主要包括统一的地图投影系统、统一的地理格网坐标系统和统一的地理编码系统。GIS地图投影的配置与设计1. 各个国家GIS所采用的投影系统与该国的基本比例尺地图系列所用的投影系统一致。2. GIS中各种比例尺的投影系统与其相应比例尺的主要信息源地图所用的投影一致。3. 各个地区的GIS中的投影系统与其在区域适用的投影系统一致。4. 各种GIS一般只采用一种或两种投影系统，以保证地理定位框架一致。我国比例尺1:50万的地图使用高斯克吕格投影；1:100万地图使用兰勃特投影。GIS的数据源：地图数据、遥感图像、数字资料、文字报告GIS数据质量问题:1、 微观方面：定位精度，属性精度，逻辑一致性，分辨率2、 宏观方面：完整性，时间性，地域性，数据档案数据的主要误差来源：数据搜集过程、数据输入过程、数据存储过程、数据处理过程、数据输出过程、数据使用过程空间数据的质量控制：1、 传统的手工方法：主要是将数字化数据域数据来源进行比较，图形部分的检查常采用目视法，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其他比较方法。2、 元数据方法：元数据中包含了数据质量的信息和处理过程中质量的变化，通过它可以检查数据质量和了解数据质量的状况和变化。3、 地理相关法：用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。数据输入，从目前来看，手工输入仍然是主要的数据输入手段。属性数据的编码原则：1、 系统性和科学性：编码系统在逻辑上必须满足所涉及学科的科学分类方法以体现该类属性本身的自然系统性2、 一致性：同一专业名称同术语必须是唯一的3、 便准话和通用性：拟定同一的代码内容，代码长度，码位分配和码位格式。4、 简捷性：在满足国家标准的前提下，每一种编码应该是以最小数据量负载最大的信息量5、 可扩展性：编码的设置应留有可扩展的余地。属性数据的编码方法：1、 列出全部制图对象的清单2、 制定分类对象、分类原则和指标，将制图对象进行分类分级3、 拟定分类代码系统4、 设定代码及其格式，设定代码使用字符和数字，包括码位长度，码位分配等。5、 建立代码和编码对象的对照表，只是编码最终成果档案，是数据输入计算机进行编码的依据。地图数字化的过程：纸地图扫描转换拼接子图块裁剪地图图像处理矢量化矢量图合成矢量图件拼接。野外数据采集的方法：1、全站仪（电子平板）测量 2、GPS测量 3、摄影测量 4、遥感图像处理第四章空间分析：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、空间演变等信息。空间分析的类型：1、基于空间图形数据的分析运算 2、基于非控件属性的数据运算 3、空间和非空间数据的联合运算。空间分析的一般步骤：1、建立分析的目的和标准 2、准备空间操作的数据 3、进行空间分析操作 4、准备表格分析的数据 5、进行表格分析 6、结果的评价和解释 7、如有必要，改进分析 8、产生最终的结果图和表格报告 空间定位查询：指给定一个点或几何图形，检查出该图形的空间对像以及相应的属性。缓冲区查询：只是根据用户的需求给定一个点缓冲、线缓冲或者面缓冲的距离，从而形成一个缓冲多边形，再根据多边形的检索原理，检索出该缓冲区多边形内的空间地物。包含运算：包括点面包含分析、线面包含分析和多变性之间等包含分析。转角算法基本思想：待判别的点M与多边形F边界上一点P连接，当点P沿边界移动式，PM与某条给定的直线(如x轴）的夹角就发生变化，如P沿边界移动一周，夹角的变化值为0，则M必在多边形外；若夹角的变化值为2，则M点在多边形内；若夹角在02之间，则M点在多边形上。铅垂线算法的基本思想：待判别的点P引铅垂线L，若L与多边形F的边界的交点个数为奇数，点P在多边形的内部；若交点的个数为偶数，点P在多边形的外部。缓冲区：地理空间目标的一种影响范围或服务范围。缓冲区分析：用来确定不同地理要素的空间临近性和接近程度的一类重要的空间操作。点、线、面及多重缓冲区的算法原理1、 线的缓冲区生成：分别对每一个顶点和每条边生成缓冲区，然后对这些缓冲区多边形进行叠置操作。2、 点的缓冲区生成：以点为圆心，以一定的距离为半径画圆。3、 面的缓冲区生成：首先生成多边形同长的缓冲区（先缓冲区），然后与原始的多边形进行叠置操作，多边形缓冲区有内外侧之分。4、 多重缓冲区生成：以不同的半径首先生成一定宽度的缓冲区，然后对不同半径的缓冲区进行叠置操作。空间叠置分析：在统一空间参照条件下，把同一地区的两幅或两幅以上的图层重叠在一起进行图形和属性运算，产生新的空间图形和属性的过程。包括几种：1、并：保留两个输入图形的所有多边形 2、叠和：以输入图层为界，保留边界内两个多边形的所有多边形 3、交：只保留两个输入图层的公共区域路径分析1. 静态求最佳路径：在给每条链上的属性值后，求最佳路径。2. N条最佳路径分析：确定起点或终点，求代价最小的N条路径，因为在实践中最佳路径或最小路径的选择只是理想的情况。3. 最短路径或者最低耗费路径：确定起点、终点和要经过的中间点，中间连线，求最短路径或最小耗费路径。4. 动态最佳路径分析：实际网络中权值是随权值关系变化的，可能还会临时出现一些障碍点，需要动态的计算最佳路径。数字地形模型（DTM)：通过地表点集的空间坐标（x.y.z)及其属性数据表示地形表面特征的地学模型。数字高程模型（DEM)：表示区域地形的三维向量有限序列，有平面坐标和相应高程。DEM是DTM的基础DLG:数据线划图 DRG:数字栅格图 DOM:数字正射影像图DEM的主要三种类型：规则格网模型、等高线模型、不规则三角形模型（TIN）构建DEM的主要技术手段：地面测量、数字模型测量、基于数字线画地图的内插、雷达、激光等。GIS应用模型的分类：1、根据所表达的空间对象的不同：分为数字模型、经验模型和混合模型。2、根据研究对象瞬时状态和发展过程：分为静态模型、半静态模型和动态模型应用模型建模的过程（空间分析过程）：明确分析的目的和评价原则准备分析数据进行空间分析操作进行结果分析解释、评价结果输出结果第七章空间数据的可视化表现包括：颜色、线性、符号、文字注记、统计图表、图像、录像、声音等。典型的输出产品有：普通地图、专题地图、电子地图。地图制图分为普通地图制图和专题地图制图，两种制图的关键是根据空间和非空的数据进行符号化的过程。通常空间数据提空符号化的位置，非空间数据影响到符号的形状、大小、颜色。图形符号是有形状、尺寸和颜色三个几基本要素组成。注记是地图符号的重要组成部分。符号的分类：1、根据符号的定位情况分类：定位符号和说明符号。 2、根据符号所代表的客观事物分布状况：面状符号、点状符号、线状符号。面状符号是依比例符号，线状符号是半依比例尺符号，点状符号是不依比例尺符号。地图符号的感受效果：整体感、差异感、立体感等不同效果。注记可分为名称注记、说明注记和数字注记。注记配置原则：不应该使注记压盖图上的主要部分。专题内容的表示方法：1、 等值线法：一种现象的数量指标，宜用于表示地面上连续分布而逐渐变化的现象。2、 质底法：又名底色发，用于将区域划分成质量不同的地段，用颜色，鲜明美观。3、 范围法:又名区域法，表示某种地理现象分布。4、 点值法：适用于表示分布不均匀的现象。图面设计：1、 主图2、 图名:要求简明图幅的比例，一般安防在图幅的上方中央，字体要与图幅大小相称。3、 比例尺:两种表示法，一是用文字或数字，二是用图解比例尺。比例尺一般放在图例的下方，也可放置在图廓外下方中央或图廓内上方图名下方。4、 图例：图例符号是主体内容的表现形式，图例中符号的内容、尺寸、色彩应与图内一致，多半放在图的下方。5、 附图：包括重点地区扩大图，内容补充图，主图位置示意图，图表等，放置的位置应灵活。6、 文字说明：专题地图的文字说明和统计数字，要求简明扼要，一般安排在图例中或图中空隙处，其他有关的附图也应包括在字说明里了。制图综合主要表现在内容选取、数量简化、质量的简化和形状简化。地图内容的选取顺序：1、 从整体到局部：选取时，要从整体着眼，再从局部入手。2、 从主要到次要：先主要后次要的选取顺序。3、 从高级到低级：保证较高级的能被选择，不至于遗漏。4、 从大到小：这样可以保证大的事物首先入选。总之，选取时要从整体出发，首先选