专业地理信息系统

1、地理信息系统2012年11月4日22:19 超绪论GIS定义以、管理、分析和描述整个或部分地球表面（大气层在内）与空间分布有关的数据的计算机空间信息系统组成人以某种方法，通过硬件和来处理数据， 从而解决某个，达到人的需 求。基本功能(IPO)解决地理问题的应用功能历史意义 GIS空间思维信息数据指对某一、事务、现象进行 定性、定量描述的原始资料， 文字、数字、符号、语言、图形、图象及能转换成的形式。信息是数据的涵义，数据是信息的载体；数据：符号化地理信息有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征现象之间 的地理数据的解释。与其他学科区别地理数据各种地理特征和现

2、象之间的符号化表示空间数据基本特征分区 地理信息系统 的第 1 页空间特征相对位置VS绝对位置对空间实体的分布位置、几何特征和空间 的定义属性特征对空间实体的属性说明信息。如类别、等级特性空间分布性数据量大结构时序特征用文字、数字、符号、语言、图形、图象等介质或载体，表示、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。客观性适用性可传输性共享性定义一种在日常生活、工作场所和科学中，构建、寻找 、用空间特性表达解决方案的认知技能。位置What are there?条件Where is the object变化趋

3、势What will happen if.?模式Why they are there.?模拟What might happen if.?提出地理获取地理数据研究地理数据分析地理信息可视化地理结果解决地理数据输入和管理空间数据转换空间分析模型化显示系统：如XP WIN7 UNIX LINUX数据库：Oracle、 SQL Server平台：（专业）Mapinfo、Arcinfo、Supermap、MAPGIS、ArcGIS应用：GIS二次开发*填空*数据硬件空间数据模型数据数据密度估计表示面积上离散对象的数量，为离散要素和连续要素建立了接。细节决定表达的粒度空间分辨率一个阈值距离，小于这个阈值的

4、以认为是不必要的或者不相关的比例尺矢量地图中用于表示地图上的距离和现实世界中真是距离的比值空间NIISDIDE数字地球分区 地理信息系统 的第 2 页定义一个以地理坐标（经纬网）为依据的，具有多分辨率的、海量数据的和显示的虚拟系统与SDI关系SDI是数字地球的重要基础和建设内容；SDI提供了统一的空间载体和定位框架，使得用户能够按照地理坐标检索和展示各类信息； SDI可以分析各类信息的空间分布特征、运行状态、变化态势等。技术技术要求关键技术红色为关键黑色为实现蓝底为1） 高分辨率遥感数据快速获取与处理 快速获取：小2） 地球空间海量数据的管理技术1，超大型计算机计算机处理遥感数据+人机交互分类

5、2，分布式数据库及分布式建设3） 超分布式空间信息系统技术关键：互操作；GIS Open GIS4） 地理信息的分布式计算技术地信特征：（确定不同的分布式平台上需要建立的 1，空间分布性通用服务，以及不同平台信息的互操作） 2，基础性和综合性5） 无级比例尺的信息综合关键：实现GIS制图综合自动化无级比例尺GIS：以一个大比例尺数据库为基础数据源，在一定区域内-从而使得GIS空间信息的压缩和复现-空间对象的信息量随比例尺变化自动增减- （-为连接符） 与比例尺自适应的一信息处理技术6） 空间数据仓库技术无级矢量空间数据随比例尺变换而产生支持管理和决策过程的面向的集成的具有空间坐标的随时间变换的

6、持久的的信息量增减空间化数字化化智能化可视化定位精确量化处理信息共享人工智能信息可视化定义技术层次GSDI（全球）RSDI（地区）NSDI（）-省-市-县LSDI（当地）遥感技术地理信息系统计算机与数据库技术通讯技术指为描述地球上地理要素或现象的分布及其属性的所有地理信息组合以及对这些地理信息的获取、处理、分发、使用、集成、融合以及互操作等目的建立一个共享的空间信息框架的建设计划所需的、技术、政策、标准、体系结构和人力等内容。定义目的建设高速信息通信：光纤、微波、程控、无线移动一个能够给用户随时提供大容量信息的，由通信、计算机、数据库以及日用电子组成的完备的系统NII能使所有美国人享用信息，并

7、在任何时间和地点，通过声音、数据、图形和图像相互传递信息。拓扑指拓扑变换下的拓扑不变量，经过弯曲、拉伸后不不粘连的弹性变换方向指源目标相对于参考目标的顺序（方位） 分为绝对参考与相对参考绝对+相对距离利用距离来量算目标间的空间定量+定性定义空间数据中一类特殊的数据形式，用于定义数据结构中数据结构组成要素结点+边数学基础图论代表性交通管道属性数据描述空间要素特性的数据矢量数据离散要素用坐标对、坐标串和封闭的坐标串表示实体点、线、面的位置和空间的一种数据格式栅格数据连续要素用格网来表示要素的空间变化时间特征空间实体的时间尺度。地理实体随时间变化的特征第二部分地图投影和坐分区 地理信息系统 的第 3

8、 页本质球面->平面二维->二维投影将数字地图从经纬度转成二维坐标；重新投影从一种投影坐标系转成另一种投影坐标系纬度经度进行地图投影的：经纬度不具有标准长度我国投影大、中比例尺地形图：-投影 （横轴等角切圆柱投影）特点：常采用分带投影；和地球赤道投影成为直线且为投影的对称轴等角投影；上没有长度变形：同一纬线，离越远，变形越大；同一，纬度越低，变形越大定义过P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正负东半球为正；西半球为负定义过P点做椭球面的垂线，该线与赤道面的夹角正负赤道以北为正；赤道以南为负地球数据的集合是数据仓库的一种特殊形式7）空间数据的重组、融合、挖掘技术重

9、组：数据叠加，没有产生根本的变化融合：无原特征 产生一种新的综合数据数据挖掘：在空间数据库或空间数据仓库的基础上， 综合汇集利用多门学科的理论技术，从海量空间数据中挖掘事先未知、潜在有用、最终可理解的新知识，揭示出蕴含在空间数据中的客观世界的本质规律、内在和发展趋势，实现知识的自动获取，提供技术决策与经营决策的依据。8）与虚拟现实技术虚拟现实技术：指运用计算机技术生成一个逼真的、具有视觉、听觉、触觉的感观世界，人可以直接对这个虚拟世界进行 和模拟。9）元数据库技术（描述数据的数据）指对空间数据仓库中的数据进行描述的数据10）高速计算机信息技术有线+无线第三部分数据模型及结构分区 地理信息系统

10、的第 4 页认识地理现象的抽象过程 *简答*简答*空间数据数字表示流程层点对象定义：只有特定位置，没有长度的实体。特点：维度为零，只有位置实体点：用于表示一个实体； 注记点：用于定位注记内点：用于负载相应的多边形的属性； 结点：线的起点和终点；节点：线或弧线的内部点。线对象定义：有长度而没有面积的实体特性：长度：从起点到终点的总长 曲率：线状实体的弯曲程度 方向：有向线实体的方向面对象定义：有界连续的二维对象空间特征：面积；周长；或相邻；岛或洞；重叠简单多边形没有岛或洞 复杂多边形有岛或洞拓扑定义研究几何对象在弯曲或者拉伸等变换下仍保持不变的性质表示模型有向图：点+有向线（弧段）拓扑拓扑规则空

11、间目标间约定的拓扑特征 多边形：不重叠无间隙线：不重叠不相交无悬挂弧段 点：位于多边形内构建拓扑的优点（）1）能确保数据质量和完整性1、检查未闭合的多边形 2、消除数据裂隙2）可以强化GIS分析交通和设施分析关联不同拓扑元间的结点与链；链与多边形邻接相同拓扑元间的结点与结点；链与链；面与面重合基本集合体与比较几何体完全重合条件：相同维度（a=b）包含基本集合体是比较几何体的一部分条件：不能包含比维度高的几何体（a>=b）+位于内部（a<b）+相交(线线+线面)相离（所有的）+重叠（a=b）+相切（除点点外）线段弧段链两点间的直线相互连接无分支的线段有方向的线段或弧段定义描述某一地理

12、区域的某一属性特征或多个属性特征的数据集合分层依据1）按专题 2）按时间序列 3）按几何类型 4）按实体属性结构分区 地理信息系统 的第 5 页栅格模型要素类型影像 数字高程模型 数字正射影像 二值扫描文件 数字栅格图 图像文件数据结构压缩？分类无损压缩(TIFF，GIF) 有损压缩(JPEG)多分辨率无缝图像数据库（MrSID） 以不同的分辨率恢复图像数据在压缩大图像过程中可消除人为区域边界直接栅格编码基本思想：将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行 (或逐列)代码，可以每行都从左到右， 也可奇数行从左到右，偶数行从右到左。特点：处理方便，但没有压缩。游程长度(行程)编码基本思想：按行扫描，将相邻

13、等值的合并， 并代码的重复个数。特点：这种区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大；压缩效率较高，叠加、合并等运算简单，编码和运算快。四编码基本思路：将2n × 2n组成的图像(不足的用背景补上)所的二维平面按四个象限进行递归分割，起到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒，该树最高为n级。优点：压缩效率高， 压缩和解压缩较方便，阵列各部分的分辨率可不同，既可精确地表示图形结构，又可减少存贮量， 易于进行大部分图形操作和运算。缺点：具有图形编码的不定性，同一形状和大小的多边形可得出完全不同的四结构。因此，不利于形状分析和模式识别。1像：像元位置的属性取值。2像元大小：决定了数据的

14、分辨率。3栅格数据的波段4空间参考： 行对应Y坐标列对应X坐标矢量数据的数据结构例子属于哪种方 法？矢量数据压缩目的1）删除冗余数据，减少数据的存贮量 2）加快后继处理的速度算法-法+垂距法+光栏法比较法的压缩算法较好，但须对整条曲线数字化后才能进行，计算量较大光栏法的压缩算法也很好，并可在数字化时实时处理，计算量较小；垂距法算法最简单，速度快，但有时会失真。1）无拓扑矢量数据模型只位置属性不拓扑2）拓扑矢量数据模型3）基于对象的 矢量数据结构将地理空间目标看作为不同的对象。特点：将空间和属性数据在一个系统中；一个空间要素拥有一系列属性和属性：对象的性质或特征；：特定的操作。接口：类或对象的一

15、系列外部可视化操作；可以通过接口对象4）高级对象（TIN为矢量DEM为栅格）不规则三角网把地表抽象为互不重叠的三角面：高程点+边界线地图制图和分析区域具有相似特征的地域范围（TIN变精度）定义不仅位置，还目标的拓扑分类优点1有利于数据文件的组织2减少数据冗余3为空间分析操作提供基础式表达四张表：结点-弧段；弧段-面；面-弧段；弧段-结点半隐含表达三张表：选三张多边形环路法每个实体的坐标都，不顾及相邻多边形、线、点等要素产生数据冗余，且易产生裂缝和重叠点位子典法建立公共边点位字典，消除编码的局限性，实体要素由点序组成虽然消除了环路法的缺陷，但仍没有建立多边形之间的拓扑优点：显示速度更快更好的通用

16、性第四部分 空间数据的输入与编辑第五部分空间数据组织及空间数据库分区 地理信息系统 的第 6 页物理分级比特、字节、字、块、桶、卷数据源矢量数据栅格数据重要概念和术语数据源数据质量图幅拼接过程输入方式？ 现有的地理信息系统数据 元数据 现有数据的转换 创建新的数据 数据的几何变换转换方式创建 新数据空间数据质量编辑不好考定义GIS中空间数据在表达空间位置、属性和特征时所能达到的准确性、一致性、完整性以及三者统一的程度。内容1）准确度2）精度3）逻辑一致性4）完备性5）现势性数据源遥感数据->提取线划数据，用作矢量数据输入的数据源->用作数字化的背景或更新现有的数字地图GPS数据-&

17、gt;地面点的水平定位->地面点的海拔高度地图->主要用来生成DLG、DRGO数据或DEM数据,是GIS的主要数据源1）通过外部文件进行2）通过标准控件数据文件转换3）通过标准的API函数进行转换种类（填空）实例地图、遥感数据、实测数据、统计数据、现有的数字数据、文字报告1）原始数据2）次生数据分区 地理信息系统 的第 7 页数据组织分级空间数据组织（选择、填空、简答）空间索引空间 数据库（组 成？）基本概念组成1） 数据库2） 数据库管理系统3） 数据库应用系统管理模式混合结构管理模式扩展结构管理模式定义应用于地理空间数据处理与信息领域的具有工程性质的数据库管理对象主要是地理空间

18、数据定义为便于空间目标的定位及各种空间数据操作，按要素或目标的位置和形状或空间对象之间的某种空间来组织和数据的结构。无缝图层工作区索引目标索引基本思想建立地物与鼠标屏幕坐标间的索引分类见书窗坐标索引当每个空间对象的坐标时，同时其最大、最小窗坐标。格网索引将工作区按一定的规则划分为格网， 每一格网内的空间对象。建立空间索引的线性表，将格网按Morton码进行编码，建立Morton 与空间对象的 。BSP索引KDB树索引R树和R+树索引CELL树索引基本思想 将图层范围分成若干个工作区； 建立一个工程和它包含的工作区之间的空间索引文件。定义将一个地区或城市看做一个整体（工程），用户可以在这个工程内

19、任意开窗、放大、漫游、分析和制图。处理方式物理无缝图层逻辑无缝图层1）工作区通常将一幅图或几幅图的范围当作一个工作单元或工作区。 工作区包含了所有各层的空间数据。工作区通常按范围定义。2）工作层工作层是空间数据处理的一个工作。可包含若干逻辑层。3）逻辑层具有多个地物类组成4）地物类即专题层:具有相同属性和意义的地物组合逻辑分级数据项 可以定义数据的最小，也叫基本项、字段等。 域：数据项与实体的属性相对应，有一定的取值范围。域外的任何值视为无意义的取值。 由若干相关联的数据项组成。 应用程序输入/输出的逻辑。 是数据库系统中信息处理和的基本，是对一个实体信息描述的数据总和。 关键字：为了唯一标识

20、每个，必须有标识符，也称关键字。有主关键字、次关键字文件 是一给定类型的（逻辑）的全部具体值的集合。 根据的组织方式分为：顺序文件、索引文件、直接文件、倒排文件数据库 具有特定的数据集合。也可以看成是多类型的集合。 其内部构造是文件的集合。 文件之间某种，不能孤立。第六部分空间及分析三维不多从属性数据到空间数据的（特征数不考）分析：概念+算法（用于分析）缓冲区分析+叠置（六种类型的区别，很活 更新叠置VS识别叠置）算法要知道名字分析，算法要懂栅格分析：距离+叠置（计算）栅格矢量化（简单）距离分析法应用题一定要把过程写清楚 选择合适的源数据与分析数据三维算法不考第七部分概念+简答可视化概念，分类，第八部分GIS发展8.1，8.2,8.4数字城市分区 地理信息系统 的第 8 页定义综合运用GIS、GPS、RS、宽带多及虚拟技术，对城市