GIS地理信息系统-GIS-地理信息系统-课件

地理信息系统GIS1教学大纲简介课程特点和根本要求教学内容和学时分配考核方式与参考书目2课程特点与根本要求课程特点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。即博大(共建共享)、智能(开发创新)、微笑(微笑效劳))。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等根底GIS软件的操作和使用。GIS是一门迅速开展中的学科 因此，要经常阅读有关的文献资料，掌握GIS学科的开展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自己的能力。3根本要求本课程旨在使学生掌握地理信息系统的根本原理、技术方法和实际应用，了解其主要应用领域和开展方向，并为从事GIS的地理学应用和应用型地理信息系统的开发奠定根底。具体要求如下：了解地理信息系统的根本原理，包括空间数据的语义学根底、GIS的科学定义、空间关系和空间对象的表达、空间数据结构和类型、空间分析原理和地学模型方法等；掌握地理信息系统的根本技术和方法，具有应用MapInfo或ArcInfo软件从事空间数据的采集、存储与管理、处理、分析和图形创造的根本技能；初步具有应用GIS技术开展地学研究的能力，包括地学应用模型的构建，应用型GIS的设计，主要GIS软件系统的使用和评价等。4教学内容与学时分配内容分八章，由课堂讲授和上机实习两大教学环节组成，总学时为80学时，具体安排如下：课堂教学(52学时)上机实习(28学时)5课堂教学〔52学时〕第1章导论(2学时) §1.1地理信息系统的根本概念 §1.2地理信息系统的根本构成 §1.3地理信息系统的功能简介 §1.4地理信息系统的开展透视第2章地理信息系统的数据结构(6学时) §2.1地理空间及其表达 §2.2地理空间数据及其特征 §2.3空间数据结构的类型 §2.4空间数据结构的建立6第3章

空间数据的处理(6学时)

§3.1空间数据的坐标变换

§3.2空间数据结构的转换

§3.3多源空间数据的融合

§3.4空间数据的压缩与综合

§3.5空间数据的内插方法

§3.6图幅数据边沿匹配处理第4章

地理信息系统空间数据库(8学时)

§4.1空间数据库概述

§4.2空间数据库概念模型设计：传统的数据模型

§4.3空间数据库概念模型设计：语义数据模型和 面向对象数据模型

§4.4空间数据库逻辑模型设计和物理设计

§4.5GIS空间时态数据库7第5章空间分析的原理与方法(10学时) §5.1数字地面模型分析 §5.2空间叠合分析 §5.3空间缓冲区分析 §5.4空间网络分析 §5.5空间统计分析 §5.6空间数据的集合分析和查询第6章地理信息系统的应用模型(8学时) §6.1GIS应用模型概述 §6.2适宜性分析模型 §6.3开展预测模型 §6.4位址选择模型8

§6.5交通规划模型

§6.6地学模拟模型

§6.7专家系统概述第7章地理信息系统的设计与评价(6学时)

§7.1GIS设计概述

§7.2地理信息系统的设计

§7.3地理信息的标准化

§7.4地理信息系统的评价第8章地理信息系统产品的输出设计(6学时)

§8.1地理信息系统产品的输出形式

§8.2地理信息系统图形输出系统设计

§8.3地理信息系统的可视化与虚拟现实9上机实习〔28学时〕

实习1初识MapInfo2学时实习2屏幕数字化2学时实习3数字化图形的编辑2学时实习4MapInfo与数据库:空间库与属性库的建立2学时实习5无缝图层的建立2学时实习6地理编码2学时实习7地理分析功能2学时实习8数据库应用:空间数据与属性数据的双向查询2学时实习9数据信息统计2学时实习10专题地图的绘制2学时实习11用户界面设计2学时实习12模块设计2学时实习13MapBasic文件操作2学时实习14MapInfo与其他程序的集成方法(OLE)2学时10考核方式与参考书目考核方式本课程的教学应坚持理论与实践相统一的原那么，考核方式包括平时提问、期中检查、期末考试和上机实习成果考评等；本课程采用的结构化考核和评分方法为：学生的总成绩〔100分〕=平时提问和课堂讨论成绩〔20分〕+上机实习和课程设计成绩〔40分〕+期末考试成绩〔40分〕。11参考书目龚健雅.地理信息系统根底.北京：科学出版社，2001郭达志等.地理信息系统根底与应用.北京：煤炭工业出版社，1997张超等.地理信息系统实习教程.北京：高等教育出版社，2000吴信才等.地理信息系统原理与方法.北京：电子工业出版社，2002考核方式与参考书目12第一章导论第一节地理信息系统根本概念第二节地理信息系统的根本构成第三节地理信息系统的功能简介第四节地理信息系统的开展透视13第一节地理信息系统根本概念数据与信息两者在词义上的差异：数据是信息的表达，信息那么是数据的内容；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；信息是当代社会开展的一项重要任务。14地理信息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、图像和图形等的总称；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。第一节地理信息系统根本概念15地理信息系统(简称GIS)GIS是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用根底学科，它研究关于地理空间信息处理和分析过程中提出一系列根本问题，如空间对象表达与建模、空间关系及推理机制、空间信息的控制基准、空间信息的认知与分析、GIS系统设计与评价GIS应用模型与可视化、空间信息的政策与标准等；GIS的操作对象是空间数据,空间数据的主要特点是按统一的地理坐标编码，并实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述,由此而形成GIS的技术优势是有效的地理实体表达、独特的时空分析能力、强大的图形创造手段和可靠的科学预测与辅助决策功能等；16GIS是管理和分析空间数据的应用工程技术，该工程技术系统由六个子系统组成；GIS为地理学解决复杂的规划与管理问题提供了有效的手段，而地理学那么为GIS提供了重要的根底理论依托；GIS的科学定义：地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用根底学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以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。17第二节GIS的根本构成系统硬件

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。系统软件

由系统管理软件、数据库软件和根底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。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。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。18用户界面

由菜单式、命令式或表格式的图形用户界面所组成，是用以实现人机对话的工具。GIS根本构成的结构图硬件系统软件系统应用模型GIS用户GUI空间数据DBMS19第三节GIS的功能简介根本功能数据采集与编辑；数据存储与管理；数据处理和变换；空间分析和统计；产品制作与显示；二次开发和编程。20应用功能资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策；定位效劳。第三节GIS的功能简介21第四节GIS的开展透视开展概况开展简史；开展态势：GIS已成为一门综合性技术；GIS产业化的开展势头强劲；GIS网络化已构成当今社会的热点；地理信息科学(geoinformatics)的产生和开展。根底理论地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生的边缘学科，因此它明显的表达出多学科交叉的特征，这些交叉学科的根底理论同样构成地理信息系统的根底理论体系；22各国政府设立相应的组织机构来引导GIS理论研究，如美国国家自然科学基金委员会〔NSF〕支持成立了国家地理信息与分析中心〔NCGIA〕等，研究重点包括空间关系、空间数据模型、空间认知、空间推理、地理信息机理和地理信息不确定性等；李德仁院士在?空间信息系统的集成与实现?一书中，扼要表达了地球空间信息学的七大理论问题：地球空间信息学的基准；地球空间信息标准；地球空间信息的时空变化理论；地球空间信息的认知；地球空间信息的不确定性；地球空间信息的解译与反响；地球空间信息的表达与可视化。23第二章地理信息系统的

数据结构第一节地理空间及其表达第二节地理空间数据及其特征第三节空间数据结构的类型第四节空间数据结构的建立24第一节地理空间及其表达1.1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。251.2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〕,如以下图。湖泊河道居民地流路262.1GIS的空间数据空间数据可以按照数据项、空间对象和图形特征的不同分为各种不同的类型；地图数据、影像数据、地形数据、属性数据、元数据等。这些数据都可以分为点、线、面三种不同的图形，并可以分别采用X、Y平面坐标，地理坐标或者网格法表示。2.2空间数据的根本特征空间、属性和时间特征——空间对象的三大根本特征。第二节地理空间数据及其特征27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；28属性特征是指空间对象的专题属性；描述现象的特征，如空间实体的类别、属性等29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。第二节地理空间数据及其特征30空间数据的拓扑关系包括拓扑邻接、拓扑关联和拓扑包含，它们在GIS的数据处理、空间分析以及数据库的查询与检索中，具有重要的意义。几何形状不同，它们的拓扑关系可能相同。拓扑关系反映了空间实体之间的逻辑关系，它不需要坐标、距离信息，不受比例尺限制，也不随投影关系变化。第二节地理空间数据及其特征31aabebecdcd

结点之间拓扑关系

abcd

面块之间拓扑关系dabc32

a3N1a1

P3a5N4P1

a4a6N3P4a7N2P2a2

图形的拓扑关联性

多边形邻接矩阵多边形邻接表

多边形之间邻接性332.3空间数据的计算机表示(p35)指通过利用确定的数据结构和数据模型来表达空间对象的空间位置、拓扑关系和属性信息。〔图2-9〕p36将空间抽象为不同的专题或层点、线、面〔定位数据、属性数据和拓扑数据〕对目标进行数字表示。〔每个弧段或目标分配一个标识码，弧段位置由一系列X，Y坐标定义，弧段的拓扑关系由始结点、终结点、左多边形和右多边形四个数据项组成，弧段属性数据存储在相应的属性表中。第二节地理空间数据及其特征34第三节空间数据结构的类型

矢量结构

栅格结构35第三节空间数据结构的类型3.1矢量数据结构矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、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；其特点有：〔1〕用离散的线或点来描述地理现象或特征点：空间的一个坐标点〔x,y〕；线：多个点组成的矢量弧段〔x1,y2〕〔x2,y2〕…...〔xn,yn〕面：曲线组成的多边形。36(2)用拓扑关系来描述矢量数据之间的关系矢量数据结构能以最小的存储空间精确的表达地物的几何位置。在实际应用中往往采用拓扑结构编码，不在象栅格数据那样用诸如游程编码等方案。在矢量数据系统中，常用几何信息描述空间地物的几何位置，用拓扑信息来描述空间的“相连〞、“相邻〞、“包含〞关系，从而清楚的表达空间地物之间的结构。37〔3〕面向目标的操作对矢量数据的操作，更多的面向目标，从而使精度高，数据冗余度小，运算量少。如对区域面积的计算和道路长度的量算，分别用计算区域多边形面积和道路长度而获得。使得精度大大提高。另外，由于矢量数据是以点坐标为根底记录数据，不仅便于对图形放大、缩小，而且还便于将数据从一个投影系统转换到另一个投影系统。是一种面向地物的结构，即对于每一个具体的目标都直接赋有位置和属性信息以及目标之间的拓扑关系说明。

38〔4〕数据结构复杂且难以同遥感数据结合矢量数据系统，不仅难以和DEM模型数据结合，而且也难以同遥感数据相结合。从而限制了矢量数据系统的功能和效率。在目前的矢量数据结构的地理信息系统中，为了解决同遥感数据的结合，往往是将矢量数据转换成栅格数据，再进行分析。39〔5〕难以处理位置关系〔如求交，包含等〕在矢量数据结构中，给出的是地物的取样点坐标，判断地物的空间关系时，往往需要进行大量的求交运算。例如当某一土壤类型图和某一积温图，要叠置获取新分类图时，需进行多边形求交运算，组成新多边形，建立新的拓扑关系。因此，用矢量数据结构解决这类问题相当复杂。第三节空间数据结构的类型40第三节空间数据结构的类型简单数据结构主要特点：空间数据以根本对象〔点、线或多边形〕为单元进行单独组织，不含有拓扑关系数据。数据编排直观，数字化操作简单。每个多边形都以封闭线段存储，多边形的公共边界数字化两次，造成数据冗余和不一致。岛只作为一个简单图形，没有与外界多边形的联系41第三节空间数据结构的类型拓扑数据结构〔P38〕根本概念：结点、弧段或链段、岛、简单多边形、复合多边形；拓扑数据文件：弧段文件由弧段记录组成，每个弧段记录包括标识码、起结点〔FN〕、终结点〔TN〕、左多边形〔LP〕和右多边形〔RP〕；结点文件由结点记录所组成，包括结点号、结点坐标及与该结点连接的弧段标识码；多边形文件由多边形记录组成，包括多边形标识码、组成多边形的弧段标识码以及相关属性等。42第三节空间数据结构的类型C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7拓扑数据举例43第三节空间数据结构的类型弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4Ø拓扑数据结构的弧段文件构成44第三节空间数据结构的类型拓扑〔矢量〕数据编码(p37)拓扑数据结构最重要的技术特征和奉献是具有拓扑编辑功能，包括多边形连接编辑和结点连接编辑。前者指顺序连接组成多边形的一组线段的编辑；后者指顺序连接环绕某个结点所有多边形的编辑。45DIME编码又称双重独立编码〔DualIndependentMapEncoding〕是美国人口统计局研制的用于人口分析制图的数据结构。特点：1、以线段为主的记录方式线段有起始点和终止点及相临的左右多边形作为根本代码形成拓扑关系。在这种记录方式中，可以根据需要参加选择要素；线段本身的空间位置数据，常置于另一层数据结构中。2、它是一种具有拓扑功能的编码方法把研究对象看成由点、线、面组成的几何图形。46基于上述优点，尤其是它的拓扑编码方法和拓扑编辑功能，使它在GIS中应用很广。DIME编码结构1、根本要素线段名、线段的起止结点、线段的左右街区号码；2、专题要素地址范围、地区码、人口统计、地段码3、其它要素邮政分区代码，选择分区代码等；DIME的拓扑编辑可以半自动和自动编辑，分为多边形编辑和结点编辑，前者用来检验封闭多边形的封闭情况，后者用来形成围绕某一结的所有多边形。在编辑过程中不断检查线段代码的各项特性是否正确。47803171980521232527293133353739414345807808161820222426283032343638404244825821822823N181stSTN192stSTN20aST48

地块图N1P1P2P3P4a5a1a2a3a4a6a7a8N3N2N4N549

多边形编辑

1、由地块图中找出含有多边形P4的全部线段，组成下表

2、逐一检查上表中各线段，使线段走向确保其左多边形为P4，得下表

3、调整线段序号，以确保连接的多边形各结点顺序相连，如本例中将线段a7,a8互换，得下表50

结点编辑

1、从图中找出线段纪录中含有结点N3的全部线段，如下表：

2、逐一检查上表中各线段走向，使终点均为N3，得下表：

3、调整线段序号，确保该接点周围多边形顺序连接，如下表：51

多边形编码及拓扑关系生成(p39)图多边形编码系统数据文件结构多边形数据文件

图幅目录文件

图形数据属性数据多边形文件弧文件

结点文件

属性文件

52多边形编码系统建立如以下图数字化输入图形数据获取数据编辑结点拟合去除多余点自动形成拓扑关系建立多边形数据文件533.2栅格数据结构栅格数据结构指将空间分割成各个规那么的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式；其特点有：〔1〕用离散的量化栅格值表示空间实体点：用一个栅格元素来表示线：用一组相邻的栅格元素来表示面〔区域〕：用相邻栅格元素的集合来表示第三节空间数据结构的类型54abc

图1矢量结构图2栅格结构描述实体的栅格元素单元的尺寸越小，系统的精度越高，但相应的数据量就越大。这就需要合理确定栅格单元尺寸，使建立的栅格数据能有效的反映实体的不规那么轮廓。例如可根据多边形精度来确定栅格尺寸，这时每个栅格元素所表示的比例尺为：栅格大小/地表单元大小55〔2〕描述区域位置明显，属性明确栅格元素的位置一般用坐标〔行列数〕确定，栅格值可以用单位栅格交点归属法、面积占优法、长度占优法来确定。〔3〕数据结构简单，易于遥感数据结合〔4〕难以建立地物间的拓扑关系是一种面向位置的数据结构。在平面空间上的任意一点都可以直接同某个或某类地物相联系，很难完整建立地物间的拓扑关系。一类地物或一个目标可能在区域的很多处出现，这时只能通过遍历整个栅格矩阵才能得到，不便对于单目标操作。〔5〕图形质量低且数据量大56栅格数据的几种主要类型：栅格矩阵结构栅格数据压缩是栅格数据结构要解决的重要任务之一。其形式是栅格数据编码。栅格数据编码结构为了减少栅格数据存储空间，要对栅格数据进行压缩编码，方法有费尔曼链码、游程编码、块码、四叉树编码，最简单的是游程编码游程编码结构〔游程终止编码、游程长度编码结构〕57

游程终止编码表(p45)(0,1),(4,3),(7,8)(4,5),(7,8)(4,4),(8,6),(7,8)(0,2),(4,3),(8,6),(7,8)(0,2),(8,6),(7,7),(8,8)(0,3),(8,8)(0,4),(8,8)(0,5),(8,8)

容易算出每个属性值所占的栅格数数据压缩越多，解码时间就长；反之，解码时间短的方案，数据压缩率就低。58游程长度编码〔0，1〕，〔4，2〕，〔7，5〕〔4，5〕，〔7，3〕〔4，4〕，〔8，2〕，〔7，2〕〔0，2〕，〔4，1〕，〔8，3〕，〔7，2〕〔0，2〕，〔8，4〕，〔7，1〕，〔8，1〕〔0，3〕，〔8，5〕〔0，4〕，〔8，4〕〔0，5〕，〔8，3〕以上两种都是一维游程编码方案，只考虑每一行的数据结构，没有考虑行与行之间的结构。块码、四叉树码、八叉树、十六叉树码等。593.3矢量与栅格一体化数据结构矢量与栅格一体化的根本概念；〔P57〕新一代集成化GIS，要求统一管理图形数据、属性数据、影像数据、数字高程模型〔DEM〕数据，四库合一。矢量与栅格一体化数据结构的设计。60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。61第四节空间数据结构的建立根据用户需求，确定数据工程根据数据项，确定数据源数据分类和编码确定数据模型和数据结构类型数据输入与编辑操作矢量数据输入与编辑栅格数据输入与编辑跟踪数字化扫描矢量化解析测图仪数据结构转换数据结构转换透明格网采集扫描数字化矢量数据库栅格数据库数据结构建立的根本过程62第四节空间数据结构的建立4.1系统功能与数据间的关系〔P62〕现代地理信息系统数据模式的一个重要特征是数据与功能之间具有密切的联系(见下表)，因此，在确定数据内容时，首先必须明确系统的功能；对开发的GIS系统的功能，是通过用户需求调查来确定的，因此，在开发GIS系统之前，首先要进行系统分析。63系统功能与数据间的关系

(据JackDangermond等)64第四节空间数据结构的建立4.2空间数据的分类和编码〔P64〕空间数据的分类，是指根据系统功能及国家标准和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层(见以下图)；6566第四节空间数据结构的建立数据分类原那么：图形原那么〔点、线、面〕、对象原那么以我国根底地理信息数据分类为例，分为测量控制点、水系、居民地、交通、管线、境界、地形与土质和植被八大类，然后再依次细分为小类、一级类、二级类。如建立某风景区空间数据库可分为景点、景区、道路、居民点、河流、水库、管线、地形、植被、境界等类别，建立各自对应的图层。67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，我国根底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。68国土根底信息数据分类与代码举例1：测量控制点11：平面控制点12：高程控制点13：其他控制点1101：三角点1102：导线点11011：一等11012：二等11013：三等11014：四等69第四节空间数据结构的建立4.3矢量数据的输入与编辑(p65)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参加到线段或标示点的计算机数据文件中去；矢量数据的获取方式〔1〕数字化仪获取点方式和流方式〔2〕全球定位系统〔GPS〕获取〔3〕栅格数据矢量化70以数字化仪输入为例：〔1〕原图准备：图幅角点、控制点等；〔2〕输入初始化参数：数字化阈值、图幅四角点理论坐标、图幅长度、宽度，以及图名、图号、比例尺、地图投影等；〔3〕输入数字化图幅四角点的坐标和经标识的控制点坐标；〔4〕输入数字化图形，直致形成一个数字化信息存储层；〔5〕检查和修改数字化错误；〔6〕建立拓扑关系和属性输入；〔7〕检查与修改拓扑错误；〔8〕检查与修改属性表错误；71空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的各类错误和对数据进行拓扑关系检查等而进行的操作。〔P66〕如空间点位和线段的丧失或重复、线段过长或过短、区域中心点识别玛的遗漏等。编辑检查包括：目视检查、机器检查、图形检查空间数据编辑只能消除数字化过程中产生的错误和图形中一些明显的误差，对于因图纸变形而产生的误差和坐标变换等，要通过几何纠正和投影变换来处理。72第四节空间数据结构的建立4.4栅格数据的输入与编辑(p68)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、遥感数据、及其它数据传输或转换输入等；栅格数据的取值(p68)〔1〕面积占优法将栅格单元中占有最大面积的属性值定为本栅格元素的值。〔2〕中心点法将栅格单元中心点的值作为本栅格单元的值。73〔3〕长度占优法是将网格中心划一横线，然后用横线所占最长局部的属性值作为本栅格元素的值。(4)重要性法为突出某些属性，只要这种属性在栅格中出现，就把该属性定为本栅格单元的值。将一张透明的格网纸叠置于某图件上，根据以上单元格取值的方法，直接用人工的方法获取相应单元格的属性值。这种方法适用于区域范围较小，栅格单元尺寸较大的情况。当区域范围较大时，或要求栅格单元尺寸较小时，工作量大到使人无法忍受。例如1幅1010km2区域图要以10m的间隔取数，有约100万个数据读取。74思考题：1.地理空间的概念？2.我国三大坐标系？地图投影？3.举例说明地理空间数据的根本特征及其在计算机中的表示方法？4.空间数据的主要类源与类型？5.简述空间数据的拓扑关系及其对GIS数据处理和空间分析有何重要意义？6.矢量数据及其特点？7.节点、弧段、多边形文件构成？8.给定图形会进行多边形编辑和节点编辑。9.根据右转算法和左转算法的不同，写出由有限线段组成多边形区域的定义，并比较多边形边界和多边形区域的概念。7510.栅格数据及其特点？11.栅格数据编码的意义及主要类型？12.游程、游程编码？13.矢量数据与栅格数据结构的优点与缺点？14.空间数据结构建立的根本过程？15.空间数据分类和编码的意义？16.矢量数据和栅格数据的获取方式？17.以数字化仪为例说明矢量数据地输入过程？18.栅格数据的取值方法？19.表达从某一空间对象到数据库或数据文件的演绎过程，并说明各过程的作用。20.给定图形能写出栅格数据编码文件，并进行游程长度编码和游程终止编码。76第三章空间数据的处理第一节空间数据的坐标变换第二节空间数据结构的转换第三节多源空间数据的融合第四节空间数据的压缩与综合第五节空间数据的内插方法第六节图幅数据边沿匹配处理77数据处理和分析是很难分开的，处理是指GIS对空间数据本身所提供的操作手段，它不涉及内容的分析；数据处理的必要性：数据源的复杂性，如比例尺、投影坐标、矢量数据、栅格数据等。空间数据处理一般包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。〔P72〕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，如几何纠正、投影转换和辐射纠正等。第三章空间数据的处理78第三章空间数据的处理数据重构指从一种格式到另一种格式的转换，包括结构转换、格式变换、类型变换等。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。数据处理是针对数据本身完成的操作，不设计内容分析。79第一节空间数据的坐标转换

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，包括几何纠正和投影变换。

设备坐标系：显示坐标系、数字化仪或绘图仪坐标系；用户坐标系：笛卡儿直角坐标系。不同坐标系之间的转换。不同地图地图投影与地图比例尺的差异等，要进行投影转换和比例尺变换。80第一节空间数据的坐标转换1.1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；几何纠正的方法包括仿射变换、相似变换、二次变换和高次变换等。81第一节空间数据的坐标转换仿射变换举例821.2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；等角投影、等距离投影和等面积投影投影转换的方法包括正解变换、反解变换和数值变换等。第一节空间数据的坐标转换83第一节空间数据的坐标转换地图投影转换等面积伪圆锥投影84第一节空间数据的坐标转换斜轴等面积方位投影85第二节空间数据结构的转换2.1由矢量向栅格的转换当数据采集采用矢量数据，而空间分析采用栅格数据时，需要将矢量数据转换为栅格数据；由矢量数据向栅格数据的转换方法，根据原数据文件的不同，可以分别应用：基于弧段数据的栅格化方法；基于多边形数据的栅格化方法。862.2由栅格向矢量的转换当由栅格数据分析的结果通过矢量绘图机输出，或者将栅格数据参加矢量数据库时，都需要将栅格数据转换为矢量数据；由栅格数据向矢量数据的转换，根据图像数据文件和再生栅格数据文件的不同，可以分别采用：基于图像数据的矢量化方法；基于再生栅格数据的矢量化方法。87基于图像数据的矢量化方法〔1〕二值化将256或128级不同的灰阶压缩到2个灰阶，即0和1两级。〔2〕细化是消除线化横断面栅格数差异，使得每一条线只保存代表其轴线或周围轮廓线〔对面状符号言〕位置的单个栅格的宽度。〔3〕跟踪目的是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据，整理为从节点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标。88栅格矢量化举例〔栅格数据〕89栅格矢量化得到的弧段数据90弧段数据自动生成多边形91第三节多源空间数据的融合3.1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。3.2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。92第四节空间数据的压缩与综合4.1空间数据的压缩空间数据的压缩，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，而且具有最大的压缩比a

式中：m为曲线的原点数；n为曲线经压缩后的点数。曲线上点的压缩方法：道格拉斯-普克法(Douglas-Peucker)；Li-openshaw的自然综合法那么法；垂距法。93面域栅格数据的压缩方法：游程编码法；〔前已述〕四叉树编码压缩法。4.2空间数据的综合〔也是一种压缩形式〕空间数据的综合是针对存贮在GIS数据库中的数据因属性数据的重新分类而进行的操作；空间数据的综合内容包括相同属性的删除和相同属性公共边界线的删除等。94第五节空间数据的内插方法设一组空间数据，可以是离散点的形式，也可以是分区数据的形式，现在要从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系式最好地逼近这些的空间数据，并能根据该函数关系式推导出任意点或任意区域的值。这种通过点或分区数据，推求任意点或区域数据的方法称为空间数据的内插。广泛用于等值线绘制、数字高程模型的建立、不同区域界线现象的相关分析和比较分析等。95第五节空间数据的内插方法5.1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；其过程有：数据取样指数据点的选取和坐标确定数据处理是以数据点作为控制根底，用某一数学模型来模拟地面，进行内插加密计算等数据记录将建立的节点特征值记录于存储器中，以供分析应用。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。96第五节空间数据的内插方法5.2区域的内插区域的内插是研究根据一组分区的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。数据的分区称为源区，需要内插的另一组分区称为目标区。97克里格〔Kriging〕内插法举例高程数据98设置参数99插值结果100三维显示101第六节图幅数据边沿匹配处理6.1图幅数据边沿匹配的概念6.2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。102思考题：1.为什么要进行数据处理？2.讨论在空间数据坐标变换中，选择控制点的数量及分布的判断标准。3.什么是坐标变换？它的目的及其主要类型？4.几何纠正、投影转换的概念？5.基于图像数据的矢量方法？6.多缘空间数据融合的意义？7.什么是空间数据内插？8.什么是图幅拼接〔匹配〕？103第四章GIS空间数据库第一节空间数据库概述第二节空间数据库概念模型设计:

传统的数据模型第三节空间数据库概念模型设计:语义

数据模型和面向对象数据模型第四节空间数据库逻辑模型设计和物

理设计第五节GIS空间时态数据库时态数据库104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。GIS数据库的建立是为了记录大量反映地理特征的空间数据和属性数据。在一个工程的工作过程中，空间数据库发挥着核心作用，表现在：用户在决策过程中，通过访问空间数据库获得空间数据，在决策过程完成后再将决策结果存储到空间数据库中。105一个完整的数据库系统包括数据库、数据库管理系统和数据库应用系统。数据库是按照一定的结构组织在一起的相关数据集合；数据库管理系统提供数据库建立、使用和管理工具的软件系统；数据库应用系统是满足用户数据处理需要而建立起来的，具有访问功能的应用软件，它提供用户一个访问和操作特定数据库的用户界面。106第一节空间数据库概述空间数据库的设计设计过程；地理现象和过程的抽象概念模型逻辑模型存储模型数据模型设计；层次模型、网络模型和关系模型原那么、步骤和技术方法。空间数据库的实现和维护107第二节

空间数据库概念模型设计:传统的数据模型层次数据模型网状数据模型关系数据模型根本概念：关系；关键字；关系模式；关系数据库；关系完整性。108

在数据库中，数据内容的描述，以及数据之间的联系，主要是通过数据库的数据模型来实现的。传统数据模型：1、层次模型：从数据结构的观点看，层次模型采用的是树数据结构。具有树数据结构的一般特点，表达的数据关系是一对多的关系。模型的记录都处在一定的层次上。优点：结构清晰、易理解；缺点：数据冗余度大，不适于表达数据的拓扑关系。1092、网络模型：采用图数据结构，表达的数据关系是多对多，且数据之间具有显示的连接关系，但没有明显的层次关系。优点：大大的压缩了数据量，便于表达复杂的拓扑关系；缺点：数据之间的联系要通过指针表示，使数据量大大增加等等。3、关系模型：采用线性表数据结构，数据的逻辑结构为满足一定条件的二维表，这种表称为二维关系。一个实体用假设干个关系组成，而关系表的集合就构成了关系模型。优点：数据结构简单、清晰，能够直接处理多对多的关系，数据的独立性强等。缺点：涉及的目标很多时，操作时间长，效率低。110以上三种传统数据模型的缺点表现在：1、以记录作为数据模型的结构，不能很好的面向对象2、数据语义贫乏：数据语义是指数据本身具有的表达数据属性及其关系的能力。3、数据类型少，难以满足用户的需要111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根本概念：对象、类；继承；重载；概括与聚集。112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113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。114第五章空间分析的原理和方法第一节数字地面模型分析第二节空间叠合分析第三节空间缓冲区分析第四节空间网络分析第五节空间统计分析第六节空间数据的集合分析和查询115第五章空间分析的原理和方法空间分析的概念

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。空间分析的一般分类产生式分析(productmode)；咨询式分析(querymode)。116第一节数字地面模型分析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。117高程分带图对道路、造林等具有重要意义GIS118研究区域坡度分析：按0—6、6—25、25—30、30—45、45—60、60—80共六个等级分类

GIS119研究区域坡向分析：

——可按无坡、北、东北、东、东南、南、西南、西、西北共九个等级提供地形分析结果

坡度和坡向分析可用于造林规划的造林地块的选择，如退耕还林工程规划等具有参考意义

GIS120模拟山体阴影效果：——定制太阳方位角：西北315度，太阳高度角：45度

山体阴影图真实地表现了地表光线的照度，对苗圃等需要光照较好的山坡的选址具有一定的参考意义121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。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。122第二节空间叠合分析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。多边形与多边形的叠合分析多边形与多边形的叠合分析是指将两个不同图层的多边形要素相叠合，产生输出层的新多边形要素，用以解决地理变量的多准那么分析、区域多重图幅要素更新、相邻图幅拼接和区域信息提取等；123多边形与多边形叠合分析的功能：union；intersect；identity；erase；update；clip。空间叠合分析的方法基于矢量数据的叠合分析；基于栅格数据的叠合分析；124第三节空间缓冲区分析空间缓冲区分析的概念空间缓冲区分析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度，以便为某项分析或决策提供依据；空间缓冲区的三大要素，即主体、邻近对象和作用条件。空间缓冲区分析的模型线性模型；二次模型；指数模型。125空间缓冲区分析的方法方案一方案二计算模型参数f0和d0设定di计算ri和Fi缓冲区图形表达计算模型参数f0和d0设定Fi计算di缓冲区图形表达126第四节空间网络分析网络图论的根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。127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。128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