地理信息系统应用技术课程内容整理

1、地理信息系统应用技术理论课程内容整理授课教师：刘小军（南京农业大学农学院） 张小虎（南京农业大学农学院）第一章 地理信息系统概述数据（Data)：用以载荷信息的物理符号数据只有对实体行为产生影响时才成为信息信息：构成一定含义的一组数据就称为信息地理信息的特点：1.空间分布性：其位置的识别是与数据联系在一起；地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志2.具有多维结构的特征：在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构3.具有丰富的信息：包含丰富的地理信息与地理信息有关的其它信息4.时序特征十分明显：按照时间尺度可将地理信息划分为超短期的、短期的、中期的、长期的、超长期的地理信息系统（GIS , Geo

2、graphic Information System）：以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。简言之，地理信息系统是综合处理和分析空间数据的一种技术系统。地理信息系统的特征GIS是一个空间型的信息系统, 其处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系。GIS具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力。 GIS以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信

3、息。GIS是由管理空间数据的软、硬件组成的计算机系统。计算机系统的支持是GIS的重要的特征，使GIS可以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和动态分析。GIS是一种多学科交叉的边缘学科，涉及计算机科学、地理学、地图制图学、测绘和遥感学、环境科学、地球科学、信息科学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科。地理信息系统发展的四个阶段：60年代起源于北美70年代是GIS发展的巩固阶段80年代为地理信息系统的大力发展阶段（计算机的迅速发展和普及）90年代至今为地理信息系统的应用普及时代地理信息系统在我国的发展：准备阶段：1978年到1980年，进行舆论准备，正式提出倡议，开始组建队伍

4、、组织个别实验研究。起步阶段：1981年到1985年，理论探索和区域性实验研究。并在此基础上制定国家地理信息系统规范。初步发展阶段：1986年到20世纪90年代。地理信息系统的研究被列入我国“七五”攻关课题，并且作为一个全国性的研究领域，已逐步和国民经济建设相结合，并取得了重要进 展和实际应用效益。快速发展阶段：20世纪90年代末到现在。理论日趋成熟，应用日益广泛，三维GIS、WebGIS走向应用，GIS市场开始形成。GIS的构成地图数据库来源：地图、遥感图像（陆地卫星、气象卫星及海洋卫星数据等）、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据等。 是联系GIS应用系统与常规专业研究

5、的纽带 应用模型 是综合利用GIS应用系统中大量数据的工具 是GIS应用系统解决各种实际问题的武器是GIS应用系统向更高技术水平发展的基础如:土地利用适应性模型、选址模型、洪水预测模型、水土流失模型等。GIS的基本功能：数据输入功能 数据编辑功能 数据存储与管理功能数据查询检索功能 数据分析功能 数据显示输出功能实现过程：数据输出制图、表格存储检索空间查询空间分析交互展示数据获取数据编辑投影变换空间数据库文件图表原始数据结构化数据数据编辑：主要包括属性编辑和图形编辑。1.属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成。2.图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整理、图幅拼接、图形变换、投影变换、

6、误差校正等功能。数据存储与管理：数据储存：将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存贮介质上其存储方式与数据文件的结构相关，关键在于建立记录的逻辑顺序 GIS既能采用普通文件结构构造数据，又能通过大型数据库系统进行有效严格的组织管理在关系型数据库中，不同表格间通过主码与外码相互连接，提供GIS高度的可扩展性和灵活的配置能力数据查询与检索：从数据文件、数据库或存储装置中，查找和选取所需数据。查询是指根据用户提出的问题确定查找方向和步骤，从而得到需要的信息检索是指从数据文件中，提取所需要的数据数据分析GIS能分析所定区域内的各种现象和过程这一分析功能可在系统操作运算功能的支持下或建立专门的分析软件来

7、实现，包括信息采集与分析、统计分析、多要素综合分析等数据显示与结果输出数据显示：中间处理过程和最终结果的屏幕显示，包括图形数据的数字化与编辑以及操作分析过程的显示。结果输出有专题地图、图表、数据、表格、报告等多种类型。屏幕显示也是结果输出的一个方面。输出设备有显示器、彩色绘图仪、打印机等。地理信息系统的发展，明显地体现出多学科交叉的特点交叉的学科包括：地理学、测量学、地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科地理信息系统的应用：应用GIS对地球表层人文经济、自然资源及环境等多种信息进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境和经济地理要素的空间分

8、布、空间结构、空间联系和空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的依据，从而为区域经济发展服务。地理信息系统的发展趋势：3D和4D GIS系统 空间数据结构与数据管理 数据自动输入技术3S技术的进一步融合GIS的智能化 GIS应用模型开发 共相式GIS的发展共相式GIS的发展(Universal GIS)-本质思想：在GIS融入IT主流的当今，把GIS的核心技术与价值同IT通用技术相分离，以便在较小代价下快速适应IT的发展与变化。-5A：任何计算设备 (Any device) 任何操作系统(Any operation system) 任何开发语言 (Any programmin

9、g language) 任何数据库 (Any database) 任何数据格式 (Any data format)-技术与优势： 技术特点 多源数据无缝集成 通用图形引擎 跨平台统一核心 多语言开发优势 统一接口访问多种数据源 支持所有主流操作系统 统一的数据模型 不同产品的功能一致，同步更新 使用最熟悉的开发语言，提高开发效率 运行效率高 使用最优秀的开发环境，开发难度小，系统集成好地理信息系统的发展趋势GIS标准化 GIS网络化 GIS全球化 GIS大众化 GIS数据商业化-GIS标准化：主要时期：21世纪初的510年 内容：GIS的各个组成部分、各个操作过程、各种数据类型、软硬件系统关键

10、：数据的标准化。使GIS从单纯的系统驱动转向数据驱动，包括数据结构及数据交换格式的标准化- GIS网络化：优点：开放性；访问范围更广泛；降低使用成本；更易操作- GIS全球化典型例子：数字地球- GIS数据商业化空间数据已经被作为一种商品地理信息系统平台1.ARC/INFO（美）美国ESRI公司研制，世界上装机量最大的软件。由WorkstationArcInfo和DesktopArcInfo两部分组成。2.MapInfo（美）核心软件产品:MapInfo ProfessionalMapInfo具有对象链接与嵌入(OLE)功能，允许VisuaI Basic、C+ +、PowerBuilder把M

11、apInfo地图作为一个对象加以调用，MapInfo地图也可以方便地嵌入到Word、Excel等环境中MapInfo采用层的概念来组织和管理数据，对地图进行分层处理采用内置关系型数据库管理系统，支持SQL查询，具有关系型数据库管理功能3.GeoMedia（美）GeoMedia没有数据转换的概念，支持多种数据源4. SuperMap（国产）连续三年被评为“国产GIS软件测评推荐软件”5. MAPGIS中国地质大学以Windows为平台，采用C+语言开发，用户友好，使用方便；具有扫描仪输入和手扶数字化仪输入等主要输人手段，可接受DBASE、Foxbase等数据库的数据，具有完备的错误、误差校正方法

12、第二章 地学基础地球模型：水准面：当海洋静止时，它的自由水面必定与该面上各点的重力方向（铅垂线方向）成正交，我们把这个面叫做。大地水准面：水准面有无数多个，其中有一个与静止的平均海水面相重合。可以设想这个静止的平均海水面穿过大陆和岛屿形成一个闭合的曲面，这就是大地水准面。大地球体：大地水准面所包围的形体，叫大地球体。由于地球体内部质量分布的不均匀，引起重力方向的变化，导致处处和重力方向成正交的大地水准面成为一个不规则的，仍然是不能用数学表达的曲面。地球椭球体：大地水准面形状虽然十分复杂，但从整体来看，起伏是微小的。它是一个很接近于绕自转轴（短轴）旋转的椭球体。所以在测量和制图中就用旋转椭球来代

13、替大地球体，这个旋转球体通常称地球椭球体，简称椭球体-椭球体的参数：通常用两个半径：长半径a和短半径b由一个半径（a或b）和扁率（）来决定。扁率表示椭球的扁平程度。扁率的计算公式为：=（a-b）/a-由于采用不同的资料推算，椭球体的元素值是不同的-中国：1952年以前采用海福特（Hayford）椭球体；1953-1980年采用克拉索夫斯基椭球体；1975年第16届国际大地测量及地球物理联合会上通过国际大地测量协会第一号决议中公布的地球椭球体，称为GRS（1975），中国自1980年开始采用GRS（1975）新参考椭球体系。17届国际大地测量协会，WGS-84椭球(GPS全球定位系统椭球)WGS

14、-84 GPS 基准椭球地理空间坐标系：（右图）地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。通过A点作椭球面的垂线，称之为过A点的法线。法线与赤道面的交角，叫做A点的纬度。过A点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做A点的经度。坐标参考系统平面系统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 投射 建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置坐标参考系统大地坐标系大地坐标：在地面上建立一系列相连接的三角形，量取一段精确的距离作为起算边，在这个边的两端点，采用天文观测的方法确定其点位（经度、纬度和方位角），用精密测角仪器测定各三角形的角值，根据起算边的边

15、长和点位，就可以推算出其他各点的坐标。这样推算出的坐标，称为大地坐标中国：1954年北京坐标系。 1980年大地坐标系坐标参考系统高程系统绝对高程：地面点到大地水准面的高程，称为绝对高程相对高程：地面点到任一水准面的高程，称为相对高程中国：1956年黄海高程系（青岛）（1959年国务院批准使用）1985国家高程基准（1987年投入使用）1985国家高程基准比黄海平均海水面上升29毫米地图投影地图投影：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影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：

16、u x=f1（，）u y =f2（，）GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换转换成指定投影的平面坐标。投影变形：将不可展的椭球体展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故产生投影变形。如长度变形、面积变形、角度变形。变形分类 投影面位置等角投影：投影前后角度不变 1正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合等面积投影：投影前后面积不变 2斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交 任意投影：角度、面积、长度均变形 3横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直4相切投

17、影：投影面与椭球体相切投影面 5相割投影：投影面与椭球体相割横圆柱投影：投影面为横圆柱圆锥投影：投影面为圆锥方位投影：投影面为平面地图投影的选择选择制图投影时，主要要考虑以下因素：制图区域的范围 主要因素 形状和地理位置地图的用途出版方式及其他特殊要求等对于世界地图，常用的主要是正圆柱、伪圆柱和多圆锥投影。在世界地图中常用墨卡托投影绘制世界航线图、世界交通图与世界时区图我国出版的世界地图多采用等差分纬线多圆锥投影，选用这个投影，对于表现中国形状以及与四邻的对比关系较好，但投影的边缘地区变形较大对于半球地图，东、西半球图常选用横轴方位投影；南、北半球图常选用正轴方位投影；水、陆半球图一般选用斜轴

18、方位投影对于其他的中、小范围的投影选择，须考虑到它的轮廓形状和地理位置，最好是使等变形线与制图区域的轮廓形状基本一致，以便减少图上变形我国的基本比例尺地形图(1:5千，1:1万，1:2.5万，1:5万，1:10万，1:25万，1:50万，1:100万)中：大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)，又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator)；小于50万的地形图采用正轴等角割圆锥投影，又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic)；海上小于50万的地形图多用正轴等角圆柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)我国的GIS系统中应该采用与

19、我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。地图比例尺：地图上距离与地面上相应距离之比。表示方法如下：1.数字比例尺 表示为1：1000000或1/10000002.文字比例尺 “图1毫米等于实地1公里”3.图解比例尺或直线比例尺 在地图上绘出的直线段4.面积比例尺 图上面积与实地面积之比国家基本比例尺地形图有七种：(附类别分界)序 号1234567类 别大比例尺地图中比例尺地图小比例尺地图比例尺1：1万1：2.5万1：5万1：10万1：20万1：50万1：100万更小第三章 空间数据结构空间对象（实体）类型空间对象一般按地形维数进行归类划分点：零维 线：一维 面：二维 体：三维时间：通常以第

20、四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。空间对象的维数与比例尺是相关的点实体：有位置，无宽度和长度；抽象的点线实体：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面实体：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空间对象：面不连续变化曲面，如森林、油田、农作物等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。连续变化曲面，如地形起伏、土壤，整个曲面在空间上曲率变化连续空间对象：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、矿体等三维目标地理数据特征属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等。

21、空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如农业大学与理工大学相邻等。时间特征：描述空间对象随时间的变化。地理（空间）数据类型属性数据：描述空间数据属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达。几何数据：描述空间对象空间特征的数据，也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达。关系数据：描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达空间对象的空间关系表达（描述空间对象之间的空间相互作用关系）-描述方法：绝对关系：坐标、角度、方位、距离等相对关系：相邻、包含、层次、关联等-相对关系类

22、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。空间数据结构空间数据结构是指地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述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1.栅格数据结构(显式表示)2.矢量数据结构(隐式表示)栅格数据:栅格数据结构实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置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和登记等特征每个栅格单元只能存在一个值栅格数据的获取途径目读法 数字化仪或自动跟踪数字化地图

23、 扫描数字化 分类影像输入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,易与遥感数据结合,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结构矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误矢量数据结构编码的基本内容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属性数据表达-属性特征类型：类别特征：是什么说明信息：同类目标的不同特征-属性特征表达：类别特征：类型编码说明信息：属性数据结构和表格-属性表

24、的内容取决于用户-图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记录号实现矢量数据结构的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，精度高两种数据的比较栅格数据矢量数据优点：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：图形数据量大用大像元减少数据量时，精度和信息

25、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，特别是软硬件第四章 空间数据采集与处理数据源种类：-图形图像类数据：地图，规划图，工程图，照片-文字类数据：调查报告，文件，统计数据，实验数据，野外调查的原始记录主要用来描述空间对象的属性-遥感影像：1.能取得大面积、综合的信息；2.速度快；3.降低数据储存冗余度和不连续性；4.能提供各类专题所需要的信息属性数据的采集对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键入或通过文件、表格、数据库导入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属性数据的编码原则系统性和

26、科学性：满足所涉学科的科学分类方法，能反映出同一类型中不同的级别特点一致性：对代码所定的同一专业名词、术语必须是唯一的标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化简捷性：在满足国家标准的前提下，每一种编码应是以最小的数据量载负最大的信息量可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象属性数据的编码内容登记部分：用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码分类部分：用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多种特征控制部分：用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错

27、误，在属性数据量较大情况下具有重要意义属性数据的编码方法1.层次分类编码法（严格的隶属关系）2.多源分类编码法（独立分类编码法）（无隶属关系）空间数据采集基本模式有两种：1.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2.用点、线、多边形和格网邻接的方法表示地理实体空间数据采集方法全站仪测量 GPS测量（SPS测量技术） 摄影测量 遥感图像处理地图数字化（手扶跟踪、屏幕跟踪）空间数据采集流程计划调查准备收集数字化编辑处理评价空间数据的编辑与处理u 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u 空间数据一般性错误数据不完整、重复 空间数据位置

28、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u 错误检查主要方法 叠合比较法 目视检查法 逻辑检查法空间数据的编辑与处理方式误差修正一般过程：设定容许值连接接点重建拓扑关系边界匹配（图幅接边）法1：小心地修改空间数据库中点和矢量的坐标，以维护数据库的连续性法2：先对准两幅图的一条边缘线，然后再小心地调整其它线段使其取得连续数据格式的转换：1.数据结构转换相同数据结构的不同组织形式转换不同数据结构转换矢量拓扑结构变换栅格数据转换矢量到栅格栅格到矢量2.不同介质转换投影变换 坐标变换 空间数据变换图像纠正-纠正原因：地图变形(均匀变形、非均匀变形） 数字化中的位置

29、移动 遥感影像本身存在几何变形 投影方式不同 分幅扫描-实质：建立纠正图象与标准地图的一一对应关系-变换方法精确方法：仿射变换、双线性变换、平方变换、立方变换等近似方法：橡皮板变换-纠正步骤纠正点数据采集函数建立逐点或网格纠正图像解释：从图像中提取有用的信息的过程-图像解释需要的能力：研究地理区域的一般知识 具有一定的图像处理能力掌握影像分析的经验和技能 对影像特征的深入理解遥感图象的解译有目视判读和计算机自动解译两种方法其中，自动解译又可分为监督分类和非监督分类两种空间数据质量及精度分析-数据质量：空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间这三个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，

30、以及它们三者之间统一性的程度-要素：比例尺 误差(Error) 数据的准确度(Accuracy)数据的精密度(Resolution) 不确定性（Uncertainty) 空间分辨率空间数据质量评价-误差 包括源误差和操作误差误差类型误差来源误差特征源误差数据年代；数据的空间覆盖范围；地图比例尺；观测密度数据的可访问性，数据格式；数据与用途的一致性；数据的采集处理费用明显易探测由自然变化或原始测量引起的误差位置误差；属性误差（质量和数量方面的误差）；数据偏差（输入输出错误，观测者偏差，自然变化）不明显难测定GIS处理过程中引起的误差计算机字长引起的误差；拓扑分析引起的误差；逻辑错误、地图叠置操作

31、分类与综合引起的误差（分类方法、分类间隔、内插方法）复杂难探测-源误差：-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数字化误差u-遥感误差数据获取误差 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u空间数据的控制传统的手工方法 元数据方法 地理相关法空间数据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uGPS三

32、个组成部分：空间部分 地面控制部分 用户设备部分一、空间部分-GPS卫星星座 设计星座：21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星保证在每天24小时的任何时刻，在高度角15以上，能够同时观测到4颗以上卫星当前星座：28颗-GPS卫星-作用：接收、存储导航电文生成用于导航定位的信号（测距码、载波）发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）接受地面指令，进行相应操作其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。-主要设备太阳能电池板原子钟（2台铯钟、2台铷钟）信号生成与发射装置二、地面监测部分-监测站：5个作用：接收卫星数据，采集气象信息，并将所收集到的数据传送给主控站地点：夏威夷、

33、主控站及三个注入站-主控站：1个作用：管理、协调地面监控系统各部分的工作，收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星，监控卫星状态，向卫星发送控制指令，卫星维护与异常情况的处理。地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地。-注入站：3个组成：无人值守的工作站作用：将导航电文注入GPS卫星。地点：阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）-通讯与辅助系统三、用户部分组成：1.用户 2.接收设备（2.1 GPS信号接收机 2.2其它仪器设备）GPS测量定位方法分类-定位模式绝对定位 相对定位 差分定位-定位时接收机天线的运动状态静态定位天线相对于地固坐标系静止动态定

34、位天线相对于地固坐标系运动-观测值类型伪距测量 载波相位测量遥感技术系统：一个从地面到空中直至空间，从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整完整技术系统。遥感技术组成遥感平台传感器遥感信息的传输与处理第五章 空间数据管理数据库简介：数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透信息数字化、存储数据库化、多媒体化、网络化及智能化是发展方向，数据库(DB)技术是数字时代信息管理的主要基础技术之一数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志第一代数

35、据库（层次及网状数据库）第二代数据库（关系型数据库）第三代数据库（面向对象数据库）数据（data）：用以载荷信息的物理符号。（数据库中储存的基本对象）种类：数字、文字、图形、图像、声音特点：数据只有对实体行为产生影响时才成为信息数据与其语义是不可分的数据库(Database,简称DB)：长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合特征：数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享 冗余度较小 数据独立性较高 易扩展数据库管理系统（Database ManagementSystem，简称DBMS）：位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。DBMS用途：科学地组织和存储数据、高效

36、地获取和维护数据DBMS主要功能：数据定义功能 数据操纵功能 数据库的运行管理 数据库的建立和维护功能数据库系统（Database System，简称DBS）：在计算机系统中引入数据库后的系统构成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。数据库系统的构成：数据库 数据库管理系统（及其开发工具）应用系统 数据库管理员（和用户）典型的数据库系统：ORACLESYBASESQL ServerIBM DB/2MS AccessPBASEMy SQLDM/2OpenBase数据库系统的组成：数据库 数据库管理系统（及其开发工具） 应用系统 数据库管理员 用户数据库系统对硬件资源的要求：1.足够

37、大的内存：用以存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓冲区和应用程序。2.足够大的外存（磁盘）：用以存放操作系统、DBMS、应用程序，还应有足够的光盘、磁带等作数据的备份。3.较高的通道能力，提高数据传送率数据库系统的组成软件DBMS 操作系统与数据库接口相适应的高级语言及其编译系统以DBMS为核心的应用开发工具为特定应用环境开发的数据库应用系统数据库系统的组成人员数据库管理员 系统分析员 数据库设计人员应用程序员 (最终用户)数据库技术的发展趋势：嵌入式数据库技术网格计算XML的支持数据仓库及数据挖掘技术数据库的自动化管理空间数据库：关于某一区域内一定地理要素特征的数据集合，是地理信息系统在

38、计算机物理存储介质存储的与应用相关的地理空间数据的总和。即地理信息系统中空间数据的存储场所。标准DBMS存储空间数据的局限性1.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2.在存储和维护空间数据拓扑关系方面存在着严重缺陷3.一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4.不能支持复杂的图形功能5.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6.难以保证具有高度内部联系的GIS数据记录需要更复杂的安全维护空间数据库管理的必要性地理数据的时空特性决定了利用目前流行的数据库系统直接管理地理空间数据，存在着明显的不足，GIS

39、必须发展自己的数据库空间数据库空间数据库：一种应用于地理空间数据处理与信息分析领域的具有工程性质的数据库，它所管理的对象主要是地理空间数据，目的是为了使用户能够方便灵活地查询出所需的地理空间数据空间数据库的组织方式1.混合结构模式：混合结构模式的基本思想是用两个子系统分别存储和检索空间数据与属性数据，其中属性数据存储在常规的RDBMS中，几何数据存储在空间数据管理系统中，两个子系统之间使用一种标识符联系起来特点：存储和检索数据比较有效、可靠；查询操作难以优化；不同子系统间很难保证数据储存、操作的统一2.扩展结构模式：扩展结构模式采用同一DBMS存储空间数据和属性数据在标准的关系数据库上增加空间

40、数据管理层，利用该层将地理结构查询语言(Geo SQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。特点：优点是省去了空间数据库和属性数据库之间的繁琐联结，空间数据存取速度较快，但由于是间接存取，在效率上总是低于DBMS中所用的直接操作过程，且查询过程复杂3.统一数据模式这种综合数据模式不是基于标准的RDBMS，而是在开放型DBMS基础上扩充空间数据表达功能。空间扩展完全包含在DBMS中，用户可以使用自己的基本抽象数据类型(ADT)来扩充DBMS特点：操作方便、有效，并且用户还可以开发自己的空间存取算法；缺点是用户必须在DBMS环境中实施自己的数据类型，对有些应用将相当复杂

41、第六章 空间分析空间分析：基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。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，这些数据包括空间特征和属性特征两部分空间特征用于实体的空间位置和几何形态及拓扑关系，属性特征则是实体某一方面的性质狭义定义：空间数据的分析和数据的空间分析空间数据分析：描述空间对象的非空间特性方法：概率、数理统计等数学方法特点：分析结果依托于地理空间。数据处理与一般的数据统计分析基本一致。数据空间分析：描述空间对象的空间位置、关系，对空间对象进行定量描述方法：空间统计学、地图学、拓扑学、计算几何等。特点：非严

42、格意义的分析，是空间事物的描述和说明，特征提取和参数计算回答是什么、在那里、有多少和怎么样，并不回答为什么。空间分析的基本功能：空间查询与量算空间变换缓冲区分析叠加分析路径分析 空间插值统计分类分析空间分析和空间模型空间分析是基本的，解决一般问题的理论和方法；空间模型是复杂的，解决专门问题的理论和方法。例：工厂选址与水库选址，水土流失分析。应用模型无可枚举，而空间分析技术是有限的。空间分析和空间模型是零件和机器的关系GIS空间分析模型地理信息系统的任务：管理大量复杂的地理数据地理分析、评价、预测和辅助决策地学模型：也称为专题分析模型。用来描述地理系统各个要素之间的相互关系和客观规律，它用信息的

43、、语言的、数学的或其它表达形式表达，通常反映地学过程及其发展趋势或结果。空间分析的一般步骤1.建立分析目的和评价标准2.收集、输入空间和属性数据（包括地理底图数据、地籍数据、土壤数据等）3.做空间位置的处理和分析作空间位置的处理和分析（包括检索、提取，缓冲区分析、叠置分析等）作属性数据的处理和分析（加所需的属性项、属性值）4.获得简要的分析结果 （包括地图和表格） 5.解释和评价结果（解释和评价结果，若不满意，返回1、2、3任一处重做）6.以专题地图，文字报表形式作为正式结果，供决策用空间分析的内容数据的查询与量算 数据的统计分析 数据的分类与合并叠加分析 缓冲区分析 网络分析数据的查询（对象

44、）：属性数据的条件查询 空间定位查询 图元间关系查询属性数据的条件查询：用逻辑运算组合条件空间定位查询：用光标选择一个图元或多个图元，则系统查询出这些图元的属性数据。图元间关系查询：面-面查询、面-线查询、线-面查询、线-点查询等等数据的量算：空间数据的自动化量算是地理信息系统所具有的重要功能，也是进行空间分析的定量化基础主要量算有：质心量算 几何量算 形状量算 距离量算数据的统计分析1.单个图元：线长度、两点间距离、区域面积、区域重心等2.字段在某范围内的记录数，图元某属性项的总和、最大值、最小值及平均值，四则运算，函数运算等3.空间量算：填、挖土方体积等数据的分类与合并分类方式：属性按区间分类统计（城市人