地理信息科学GIS复习

1、地理信息科学导论知识梳理与总结 姓名：学号：第一章 绪论绪论破题导论目的特点地理科学正文前概要论述全文或全书中心思想以指导帮助读者阅读的部分信息有关事物的地理位置和空间关系及其属性的标识别事物现象及其属性标识一种逼近真理的，尽可能不包含自相矛盾的知识体系对后续课程有指导性综合性、交叉性、边缘学科体系不完善GIS常用软件GIS解决问题的思维能力GIS重点学什么GIS在社会上的应用GIS涉及的内容MISMapinfoArcinfoArcviewGIS的发展和趋势Arcgis第二章 地理信息科学形成的基础地理信息科学形成的技术基础遥感技术(RS)地理信息系统(GIS)全球定位技术(GPS)3S技术地

2、理信息系统(GIS)的概念指具有一定结构和功能能够处理地理信息的计算机软件系统计算机技术网络技术通讯技术地理信息科学形成的基础地理信息科学形成的科学基础信息科学系统科学测绘学地图学地理学操作对象：空间数据技术优势：空间分析能力GIS全新技术手段基础理论依托信息系统非空间信息系统空间信息系统试用版水印试用版水印试用版水印试用版水印试用版水印试用版水印试用版水印试用版水印试用版水印学科地位：地图数据获取制作地图解释地图测量学地图学地理学测绘学GIS理科工科GIS学科定位：地理信息科学相关科学知识系统论与系统科学信息论与信息科学地理认知与地理思维（详见下图）新三论老三论控制论信息论系统论突变论协同论

3、耗散结构论第三章 GIS相关学科知识一、概述二、系统论与系统科学（一）系统的基本概念1、定义：系统是又相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。2、与环境的关系：1）系统不能脱离环境存在。2）环境对系统由塑造作用。3）系统对环境有反作用。（二）系统的分类1、按系统与环境的关系：孤立系统、开放系统、封闭系统2、按系统规模及复杂程度：1）渺观系统、微观系统、宏观系统、宇宙观系统、胀观系统2）小系统、大系统、巨系统3）简单系统、复杂系统3、按系统运动状态：1）静态系统和动态系统2）稳态系统和非稳态系统3）线形系统和非线性系统4）连续系统和离散系统5）确定系统和非确定系统4、其他

4、（略）（三）系统科学概述1、概念系统科学是一系统思想为中心的一类新型科学群，包括系统论、信息论、控制论（老三论）耗散结构论、系统论、突变论（新三论）以及运筹学、系统工程、信息传播技术、管理控制技术等许多学科在内的一大类综合性科学。二、信息论与信息科学（一）信息1、定义两次不确定性之差。2、传递模型信源编码器信道译码器信宿（二）信息论概述1、概念信息论也称通信数学理论，是一门应用数理统计方法研究信息的传输、存储与处理的科学。2、研究方面1）狭义信息论。主要研究信息的测度、信道容量、信源和信道编码理论等问题。2）一般信息论。主要研究通信的一般理论，即主要研究信息传输和处理问题，包括信号与噪音理论、

5、信号过滤等。3）广义信息论。研究内容不仅包括一般信息论和狭义信息论，而且还包括与信息有关的心理学、遗传学、神经生理学等的信息问题。三、地理认知与地理思维（一）知觉概述1、错觉的理论2、知觉特性3、社会知觉4、地理信息认知过程感知过程表象过程 记忆过程 思维过程（二）记忆（三）面向地图认知的地图表达与分析1、空间认知2、心象地图*定义：是关于驻留在记忆中实体世界与空间的特征的表达。（关于认知环境的空间概念）*从认知角度，对心想空间现象的表达要考虑：（1）数据本身的特性本体论。（2）认识主体的特性认识论。3、空间认知结果的可视化表达1）Schematic Map（路网构架图）适宜于空间网络的认知表

6、达，贴切地体现了心象地图。2）面域拓扑图基于面积大小的属性信息表达，将语义数值通过面积大小表达。（note：认知的可视化、语义地理信息）*三种面域拓扑：（1）非连续的（2）连续的（3）Dorling（基于简单几何形状）3）Cyber Map（赛伯地图）对虚拟空间的认知表达，对赛博空间里存在的事物、发生的现象与过程进行可视化表达，服务于虚拟空间的导航与分析，强调虚拟空间的拓扑信息的认知与导航。关注链接、在线离线、节点关联等拓扑信息、拓扑表达图。在综合概括方面，三种图形可视化技术实施了高度的综合化见，保持拓扑正确的情况下，高度抽象化简。地图符号可视化地图综合数学法则直观性一览性可量算性注意：在谈到

7、可量算性时，我们用“数学法则”而不是地图投影4、面向空间认知的地图分析多元统计聚类分析相关分析主成分分析智能计算神经元网络Agent遗传算法粗集优化技术模拟退火爬山技术通用的数学模型与计算方法空间数据挖掘计量地理地图分析面向空间位置的数据加工处理地学各分支专业化的分析、计算（地质统计、Krig插值计算）地学现象与过程的专业化规律探求1）地图分析、空间分析与地理分析地图分析空间分析地理分析 基于图形的符号化思维分析。强调感性思维，关注“形状”、“横式”、“结构”。 人的主观因素有一定的影响，收认知心理学原则控制。 面向空间认知。 基于空间位置的分析，与几何学结合紧密，依赖于几何操作（多边形拓扑关

8、系、缓冲区、多边形布尔运算）。 是地理分析的基础构件。 不关注图形符号化的感性思维。 与地理学原理、规则结合紧密，面向地学机理、现象、特征、分布规律的解释、挖掘。 经“空间分析”构件组合定量化处理后，要引入定型化分析。 缺乏感性思维2）面向空间认知的地图分析过程概念模型认知过程分析、识别因子、相互作用分析数学模型的选择、几何模型的设计、参量量化、数据综合处理逻辑模型数据加工处理实现、结果分析、认知实验物理模型5、总结1）、空间认知是定型的、非确定性的过程、关注拓扑结构、需要特殊的图形形式来表达或模拟。2）、三种可视化技术、具有高度抽象化、定性表达、不确定性的特征，是一空间认知心象地图的模拟。3

9、）、面向空间认知的地图分析需要考虑认知主体在感知、辨析、识别、推理不同思维过程中的认知心理原则。是一股具有挑战性的课题。四、拓展知识语义GIS：为了实现真正意义上的GIS数据共享，需要从语义学的角度深刻理解地理信息的传输机机理。从本质上讲GIS共享的数据不是数据本身，而是其所传达的空间地理信息。新三论与老三论：老三论：系统论、信息论、控制论新三论：耗散结构论、系统论、突变论五、总结感悟“交叉才能出成果”，学科交叉在学习的过程中至关重要，要不断拓宽自己的知识面，不要“闭门造车”。要培养自己的空间思维、地理思维、学会从地理空间的角度思考问题。“不要把自己的发现不当发现”抓住灵感，争取做到基础知识的

10、学习和创新点的思考同时进行。1感影像gan ying xiang16161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616161616第四章 地理信息技术体系一、 全球定位系统（一） 概述1、概念：具有“海陆空”进行全方位，实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。2、基本原理：用户同时向已知其位置的三个导航卫星分别进行距离测量。（三个卫星数据就可以定位，

11、实时观测至少四颗卫星）3、组成：1）空间部分：GPS星座、GPS星座参数、GPS卫星信号2）监控部分：主控站、注入站、监控站3）用户部分：即GPS接收机4、现有的GPS系统：中国的“北斗”、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧洲的“伽利略”、美国的GPS。（二） 作用、功能及特点1、作用：快速定位。2、功能：定位、导航、跟踪、绘图、定时。3、特点：1）全天候、不受天气影响。2）全球覆盖。3）二维测速达厘米，精度高。4）快速省时高效。5）应用广泛多功能。6）可移动定位。（三） 应用领域军事、旅游考察、精准农业、交通、监控等。二、 遥感技术（一） 概述1、 概念利用各种运载装备，通过传感器收集目标物电磁波信息

12、，经过处理以识别目标物的技术。2、 基本原理地物在不断1感影像gan ying xiang18181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818吸收、发射和反射电磁波，不同的电磁波不同，遥感就是利用一定的设备和装置，探测地标物体对电磁波的发射、提取信息、识别物体。3、 组成遥感平台、传感器、遥感信息接收和处理系统、遥感应用系统等。遥感平台传感器传输

13、与接受图像处理运用4、 遥感类型1） 按遥感平台分：航天遥感、航空遥感、近地遥感2） 按探测的电磁波段分：可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感3） 其它分类（二） 作用及特点1、 作用利用一定的技术设备和系统，远距离获取目标物的电磁波信息，并根据电磁波的特征进行分析和应用的技术。2、 特点1） 获取信息的范围大。2） 获取信息的速度快。3） 获取信息内容丰富。4） 获取信息是不受自然和政治因素影响。（三）遥感影像1、遥感影像分类2、遥感影像的像元遥感影像上能够详细区分的最小单元。一个像元所表示的地面实际尺寸，就是空间分辨率。像元越小，遥感影像分辨率越高。（四）遥感应用资源普查、精准农业、

14、环境与灾害监测等。1感影像gan ying xiang202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020201感影像gan ying xiang2020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202

15、02020202020202020202020202020202020202020202020201感影像gan ying xiang20202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020三、 地理信息技术（一） 地理信息（Geographic Information，GI）：1、概念关于空间地理位置和分布有关的所有信息。2、基本特征1）空间特征：

16、通过地理坐标系统识别，是地理信息区别于其他类型信息的最显著标志。2）多维结构：通过属性码，在二维空间基础上建立空间位置与地理专题之间的联系，实现多维结构反映多专题信息。3）时序特征：通过实践参照限时间序列划分地理信息，反映地理事物或现象的发展和变化。（二） 地理信息系统（Geographic Information System，GIS）1、概念：地理信息系统是指具有一定结构和功能，能够处理地理信息的计算机软件系统。物理外壳：计算机硬件操作对象：空间数据技术优势：空间分析能力系统软件 系 统 硬 件空间数据2、组成：1）GIS组成概述：2）GIS组成：*GIS软件组成：空间数据输入与转换空间数

17、据库管理系统空间查询与分析制图与输出图形与属性数据编辑3、GIS工作流程：客观世界信息输入数据编辑数据质量元数据基础构架数据结构数据存储数据库管理（维护）空间分析（查询）可视化表达（地图、三维视图、多媒体等）GIS成果4、GIS功能实现：文件图表数据获取空间数据库数据编辑投影变换原始数据空间查询空间分析存储检索交互展示数据输出结构化数据5、GIS应用领域：区域和城乡规划、资源管理、灾害监测、环境评估、作战指挥、交通运输、宏观决策、商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域。6、GIS发展趋势：1）应用层面：由高端到低端。2）信息传输层面：由有线（单机、网络）到无线。3）技术层面：“3S”技术融合、时

18、空GIS、智能GIS。4）综合层面：数字地球（Google Earth、E都市）。7、GIS发展的新需求：1）LBS（Location Based Service）基于位置的服务。LBS+GIS2）影像图形影像场景3）视角：俯视侧视，室内室外，地表地下，外部形态内部结构4）表达：模型表达虚拟表达5）认知：抽象现实6）发展语义GIS（物联网时代实时动态监控要求）8、地理信息的再认识：（1）大数据时代的“4V”特征：数量（Volume）：数据量规模大。种类（Variety）：多维异构。速度（Velocity）：静、动、流数据。创建和移动速度快。价值（Value）：价值密度低，在特定时间和空间才有意

19、义。（2） 现行界定地理信息的内涵：语义描述、空间定位、几何形态、演化过程、要素关系、属性特征（物理、化学、生物、人文、社会、经济、心里等属性特征）（3） 关于“GIS”的几个概念阐述：1）地理信息科学：研究地理信息采集、加工、处理、存储、分析、表达、传输、分发的各类技术。2）地理信息技术：用于地理信息采集、加工、处理、存储、分析、表达、传输、分发的各类技术。3）地理信息产业：采用地理信息技术对地理信息资源进行生产、加工、开发、应用、服务、经营的全部活动以及设计这些活动的各种设备、技术、服务产品的实体的集合体（它是以地理信息技术为基础发展起来的综合性高技术产业，是生产性服务业，是战略性新兴产业

20、）。（4）GIS技术的新发展1）地理时空的几何代数统一表达空间定位几何结构要素关系演化过程属性特征语义表达多重向量几何代数运算与分析地理对象现象表达几何代数统一表达传统时空表达将时间嵌入四维时空，将运动表达成Versor方法离散时空表达，连续时空表达连续与离散的整合2）几何代数空间可视化，基本几何空间表达 多源数据数据解析器解析结果几何点几何线几何面点表空间转换点MV线表面表几何体体表空间转换线MV空间转换面MV空间转换体MVCAV数据时空分异数据结构数学的描述机器的求解地理的描述作用机制：地理要素之间的相互作用演化过程：地理现象随时间的变化及变化特征空间分异：地理现象在空间上的分布及分布规律

21、距离：度量距离（区域距离）、非度量距离（斜方差距离）、拓扑距离空间模式测度：异常值检测、G函数、F函数距离的作用：反距离权函数、半变异函数、核函数机器学习：神经网络、粒子群（5）时空分异数据结构（6）全球矢量、影像、地形实时绘制与网络地图绘制*问题： 1） 矢量CIS运行效率低下。2） 现有空间关系算法的完备性和可实现性上明显不足。3） 不同维度算法统一性差 ，结构发杂，运行效率低。4） 总体上对分布式并行计算和云计算的支撑能力不够。*要求：需要直接支撑并行，多为统一和高效数据处理、传输与显示的新方法。*瓦片方法：瓦片方法提升了地理信息共享的效率和范围，也称为目前共享应用的主流支撑技术。*瓦片

22、方法存在的问题：1）由瓦片带来的GIS专业分析的局限。2）由瓦片带来的专题制图的局限。3）功能共享和开发高端GIS应用的局限。*GIS加速器：1）客户端和屏幕参数的获取。 2）屏幕信息量计算（屏幕容量，对象遮挡）。 3）视觉无损的要素化简（空间关系保持）。 4）增量计算（无控制信息）。 5）增量传输。 6）增量插入。*缺乏有效的时空表达与人机交互方法：1）实时动态目标与三位静态地理场景缺少有效的融合技术。2）现有的GIS还很少有像虚拟现实技术那样的真三维显示和人机交换。3）现有的GIS还很少采用虚拟现实融合技术进行场景展示和实时交互。需要虚拟现实、增强现实、人机交互技术的引入构建虚拟现实化的G

23、IS。未来媒体的新载体（7）GIS与新媒体GIS与新媒体空间场景多维度、多尺度、属性化、虚拟化传统GIS可交互、可感知、网络化、虚拟化 未来GIS四、 数字地球技术1、 基本定义把地球上每一个确定点（点的范围因需求可大可小）的相关信息和数据组织起来，然后进一步组合地球上所有这样的点，构造一个能包容自然和人类大多数数据和信息的虚拟地球。2、 核心思想一是用数字化手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题；二是最大限度地利用资源。3、 技术基础*数字地球的基础全球网络与分布式存储*数字地球最大的特征与依据虚拟现实技术*数字地球重要信息源高分辨率卫星影像五、 拓展知识分辨率与比例尺对应的关系：成

24、图比例尺愈大，所需的影像分辨率愈高，但两者并不是成线性正比关系，而是非线性的。六、 总结感悟GIS自出现以来发展极快，但存在体系不完整、定义不明确等问题。进入大数据云计算时代以后，GIS的发展面领着新的挑战。如何实现人机交互，如何实现虚拟现实，如何实现GIS网络化等都是GIS亟待研究的问题。作为GIS专业的学生，我们应该关注学科热点问题，关注学术领军人物，从而对专业的前景及研究热点有一定的了解。第五章 地理数据输入与处理地图地面测量数据航空、遥感统计资料文字数据多媒体坐标几何扫描仪数字化仪摄影测量系统数据交换键盘编辑处理空间数据库七、 数字采集方式1、 手工方式通过手工在计算机终端上输入数据，

25、主要是键盘输入。主要用于属性数据的输入。 2、 手扶跟踪数字化（矢量数据）手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备，是目前常用的地图数字化方式，生成矢量数据。3、 扫描方式（栅格数据）扫描仪是一种图形、图象输入设备，可以快速地将图形、图象输入计算机系统，是目前发展最快的数字化设备。4、 影像处理和信息提取方式从遥感影像上直接提取专题信息。5、 数据通讯方式联网方式下，信息系统内部各子系统之间以及与其它信息系统之间实现信息交流和信息共享的主要方式。八、 数据采集系统功能1、 图形数字化驱动数字化仪、扫描仪等数字化设备。对影像、图形、数字等多种形式、多方来源的信息实现自动、半自动或人工的数字化，建立空

26、间数据库。2、 数据的编辑数据查询、修改、更新、图形分割与拼接、图形缩放、比例尺转换。3、 拓扑关系的生成大多数GIS系统都采用 基于拓扑结构模型的GIS数据库，一些系统具有拓扑关系的自动生成功能，由矢量数据自动生成多边形，并根据相应的多边形内部点文件，生成多边形边界的左右多边形信息并识别岛状多边形，大大减少了编辑工作量。4、 基本量算*质心量算：对地理分布变化的跟踪;计算目标物对周围地区的经济辐射范围。例如，应用质心量测分析人口变迁、经济增长级等。*几何量算：自动快速的计算三维目标的表面积、体积、各类多边形的的周长、面积，各类线段的曲率、方向，以及点状物体的坐标等。如公路、铁路线的长度，各种

27、土地类型的面积量算，道路设计中的土石方量算等。5、 数据结构转换6、 地理数据库建立地理数据库四种方式: *全部采用文件管理 *文件结合关系数据库管理 *全部采用关系数据库管理 *重新设计具有空间数据和属性数据管理和分析功能的数据库系统(OO-DBMS)九、 地图数字化1、 手扶跟踪数字化*工作方式：点方式、开关流方式、连续流方式、增量方式等。*输出格式：ASC码、二进制等。2、 扫描仪数字化方法*工作原理：自然界的每一种物体都会吸收特定的光波，而没被吸收的光波就会反射出去。*流程：二值化细化矢量化冗余去除断线去除断线修复要素提取符号识别属性赋值十、 地图数据处理1、 概念：对采集的各种数据按

28、不同方法对数据进行编辑运算、清除数据冗余、弥补数据缺失、形成符合用户要求的数据文件格式。2、 内容：数据编辑、数据压缩、数据格式转换、空间数据内插、边沿匹配、数据提取。3、 意义：空间数据有序化、检验数据质量、实现数据共享、提高资源利用效果十一、 数据处理方法1、 数据编辑：图形数据编辑、属性数据编辑2、 拓扑关系建立：点与线、多边形3、 平面坐标变换：平移变换、旋转变换、比例变换、投影变换4、 压缩处理：压缩软件、数据消冗处理、用数据子集代替数据全集（常见方法：曲线数据压缩、面域栅格数据压缩、面域邻接线段删除等）5、 空间数据类型的转换：栅格与矢量数据之间的互相转换6、 误差分析与校正十二、

29、 总结感悟数据的输入和处理是研究地理信息的重要环节。准确实时的数据输入时间里地理信息系统的前提条件，除了特殊情况，输入数据应力求准确，否则将会影响最终成果的分析和正确评价。在数据处理阶段，一方面可以进行数据质量的检查与纠正，另一方面可以对输入的数据进行处理以使其满足应用要求。总之，地理数据的输入和处理是必不可缺的环节，将直接影响到最终的结果分析，应该认真对待。第六章 空间数据一、 概述1、定义空间数据(Spatial Data)是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据。2、来源地图数据、遥感数据、统计数据和各种文字报告等。3、类型1）类型数据:居民点、交通线、土地类

30、型分布等。2）面域数据:多边形中心点、行政区域界限和行政单元 3）网络数据:道路交叉点、街道和街区等。4）样本数据:气象站、航线和野外样方的分布区等。 5）曲面数据 :高程点、等高线和等值区域。6）文本数据:如地名、河流名和区域名称。7）符号数据:点状符号、线状符号和面状符号等。二、 空间数据规范化和标准化1、内容1）统一的地理基础2）同意的分类编码原则3）数据交换格式标准4）标准的数据采集技术规程2、意义现代信息社会，数据共享是一个最基本的特点。GIS数据规范化和标准化直接影响到地理信息的共享，而地理信息共享又直接影响GIS的经济效益和社会效益。然而目前空间数据标准化还存在很多问题，缺乏统一

31、的规范和标准，信息得不到有效的共享和利用。数据规范化和标准化建设是一项十分紧迫的任务。三、 空间数据质量1、 定义指空间数据在表达实体空间位置、特征和时间所能达到的准确性、一致性、完整性和三者统一的程度，以及数据适用于不同应用的能力。2、 评价1） 误差：数据与真实值与大家公认的真值之间的差异。2） 准确度：记过、计算值、估计值与真实值之间的差异。3） 精度：数据表示的精密程度，以及数据表示的有效位数。4） 不确定性：关于空间过程和特征不能被准确确定的程度。3、 标准要素*数据情况说明：来源、内容、过程*空间数据的完整性:指数据是否覆盖到应该覆盖的范围。如:全国的数据就应该覆盖到全国范围，一个

32、省的居民地就应该包括全省的居民地数据。*空间数据的逻辑一致性:指数据定义的统一性，在同一个空间数据库中，数据的定义应该保持一致。*空间数据的位置精度:指数据的地理位置精度，空间数据属性精度主要是指数据所载负的地理信息的正确性。如:一条河流的名称是否正确、一个居民地的名称是否正确等等。*空间数据的属性精度：类型、长于位置精度有关、要素分类与标准的正确性）*空间数据的时间精度（现势性）:指数据本身所代表的时间信息的正确性。如:50年代的湖泊数据与90年代的湖泊数据就有很大的差别。*表达形式的合理性:主要指数据抽象、数据表达与真实地理世界的吻合性，包括空间特征、专题特征和时间特征表达的合理性等。4、

33、 空间数据质量问题的来源1） 空间现象自身存在的不确定性。2） 空间现象的表达。3） 空间数据处理中的误差。4） 空间数据使用中的误差。5、 质量控制1） 定义空间数据的质量控制就是通过采用科学的方法，制定出空间数据的生产技术规程，并采取一系列切实有效的方法在空间数据的生产过程中，针对空间数据质量的关键性问题予以精度 控制和错误改正，以保证空间数据的质量。2） 方法传统手工、元数据方法、地理相关法等。3） 数字化过程中的质量控制*数据预处理工作：主要包括对原始地图、表格等的整理、誊清或清绘。对于质量不高的数据源，如散乱的文档和图面不清晰的地图，通过预处理工作不但可减少数字化误差，还可提高数字化

34、工作的效率。对于扫描数字化的原始图形或图像，还可采用分版扫描的方法，来减少矢量化误差。*数字化设备的选用：主要根据手扶数字化仪、扫描仪等设备的分辨率和精度等有关参数进行挑选，这些参数应不低于设计的数据精度要求。*数字化对点的精度：是数字化时数据采集点与原始点重合的程度。*数字化限差：采点密度、接边误差、接合距离、悬挂距离、细化距离和纹理距离等。*接边误差控制：通常当相邻图幅对应要素间距离小于0.3mm时，可移动其中一个要素以使两者接合;当这一距离在0.3mm与0.6mm之间时，两要素各自移动一半距离;若距离大于0.6mm，则按一般制图原则接边，并作记录。*数据精度检查：主要检查输出图与原始图之

35、间的点位误差。四、 空间数据拓扑关系的建立1、 定义：拓扑结构是明确定义空间结构关系的一种数学方法。在GIS中，它不但用于空间数据的组织，而且在空间分析和应用中都有非常重要的意义。2、地理空间数据的拓扑关系 拓扑邻接:同类元素之间的拓扑关系。拓扑关联:不同类元素之间的拓扑关系。拓扑包含:同类不同级元素之间的拓扑关系。3、拓扑关系的应用价值 1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标和距离。2）利于空间要素查询。3）重建地理实体。五、 空间数据的增值空间数据的增值云GIS功能服务通过接口向外提供对空间数据的操作和处理功能。数据服务接口向外提供空间数据。GIS功能服务GIS数据服务服务化测绘六、

36、元数据1、 定义：元数据（Metadata），是描述数据的数据。在地理空间数据中，元数据是说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息。2、 内容：1）对数据集的描述;对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据序代(数据生产历史)等的说明;2）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、元数据的比例尺等;3）对数据处理信息的说明，如量纲的转换等;4）对数据转换方法的描述;5）对数据库的更新、集成等的说明。3、 目的：促进数据的高效利用、为计算机辅助软件工程服务。4、 作用：1）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，并保证即使其主要工作人员离退时

37、，也不会失去对数据情况的了解; 2）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;3）帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求做出正确的判断;4）提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。5、 类型：七、 拓展知识关于空间数据标准化所面临的问题：随着地理系统的广泛应用，对于空间数据标准化的呼声越来越高，其目的在于使地理数据得以在更广大的范围内共享。但是数据标准化问题直接受到地理学研究成果的制约。由于地理学尊在许多概念上的争论，例如土壤分类、地貌分类、土地利用分类等。分类问题不解决，制定数据标准就失去了基础，企

38、图靠地理信息系统技术来统一认识显然是实现不了的。但是，每个地理信息系统必须设计自己的数据标准，这就造成了数据共享的极大困难。数据标准化面临的另一个重要问题是数据模型标准化。世界上最著名的几个地理信息系统软件，采用了完全不同的数据模型。例如，ARC/INFO使用了网络和关系混合模型，TIGER系统采用的拓扑结构有自己的特点。他们对数据模型化处理的方法截然不同。但是，从另一方面，数据模型的不同意并没有限制数据共享，因为在众多系统中都开发了数据格式转换软件；同时某些被公认的数据格式正在形成数据交换的国际标准。八、 总结感悟空间数据是GIS的操作对象，空间数据的处理是GIS研究的基础性问题。在“大数据

39、”当道的今天，空间数据的处理更是GIS发展必须要关注的问题。如何实现空间数据的标准化规范化、如何控制空间数据质量、如何实现空间数据的增值，是当前GIS面临的重要问题。解决了这些问题，GIS才能更好地为军事战略、政府决策、商业选址、科学研究等提供帮助。第七章 GIS空间分析与可视化表达一、 GIS空间分析1、 概述1） 定义是综合分析空间数据的技术的通称。空间分析有着十分丰富的内涵，它是构成地理信息系统的核心部分之一，在整个地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用，也是GIS区别与其它信息系统的一个显著标志。2） 内容拓扑分析、属性分析、拓扑与属性联合分析3） 步骤建立分析目的和标准准备空间操作数据

40、进行空间分析操作准备表格分析数据进行表格分析结果的评价和解释如有必要，改进分析产生最终的结果图和表格报告2、 空间查询1） 概述空间查询是空间分析的基础，可以回答用户的简单问题，不改变空间数据库数据，不产生新的空间实体和数据。2） 内容图形查询、属性查询、图形属性互查、地址匹配3） 技术图查文（几何查询）、文查图（属性查询）、逻辑查询（SQL查询）、空间关系查询（面与点、面与线、面与面、线与点、线与线）3、 空间量算1） 概述对空间事物的几何特征、结合位置、形状参数的简单计算。2） 内容几何量算：点：坐标；线：长度、曲率、方向；面：面积、周长、形状、曲率等。形状量算：面状地物形状量测的两个基本

41、考虑：空间一致性问题，即有孔多边形和破碎多边形的处理；多边形边界特征描述问题。质心量算：质心是描述地理对象空间分布的一个重要指标。距离量算：欧氏距离、曼哈顿距离、非欧氏距离、距离表面（同向性、异向性）等。4、 缓冲区分析1） 概述缓冲区是根据点、线、面地理实体，建立起周围一定宽度范围内的扩展距离图。2） 类型点缓冲区、线缓冲区、面缓冲区、多重缓冲区3） 边界相交处理自相交多边形、岛屿多边形、重叠多边形5、 叠加分析1） 概述将各数据层综合起来进行分析的方法。2） 栅格数据3） 矢量数据6、 网络分析1） 概述是对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等

42、)进行地理分析和模型化的一种方法，是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。2） 组成琏：网络中流动的管线。障碍：禁止网络中脸上流动的店，如刀闸。拐角点：出现在网络连中所有分割点上，如电阻。中心：接受或分配资源的位置，如电站。站点：在路径选择中资源增减的站点，如电厂。3） 路径分析静态求最佳路径、动态分段技术、N条最佳路径分析、最短路径、动态最佳路径分析7、 数字地形模型（DTM）及数字高程模型（DEM）1） 概念DTM（Digital Terrain Model）是通过地表点集的空间直角坐标（x，y，z）并使需要进一步伴随若干专题特征来表示地形表面的,它是构成地形、地理分析的基础。DEM（Di

43、gital Elevation Model）是地表单元上高程的集合，是地貌形态的离散表示。DEM是构成DTM的基础，DTM的其他元素均有DEM导出，DEM的质量好坏直接决定着DTM的精确性。2） 数字高程模型的生成方法等高线数字化法、地性线数字化法、三角网法、摄影测量法、人工网格法3） 数字地形模型分析地貌类型的自动划分、极值高程和最大高差、相对高程和平均高程、坡度和坡向、求地表面积、地表粗糙度、谷脊特征分析、地形剖面分析、淹没损失估算、地形的立体显示DEM的表示方法数学方法图像法局部整体高次多项式傅里叶级数不规则块规则块线数据点数据典型特征不规则规则密度不一致密度一致邻近网三角形网隘口、边界

44、山峰、洼地典型线垂直线水平线坡度变换线海岸线谷底线山地线4） DEM的表示方法8、 空间统计分析1） 概念认识与地理位置相关的数据间的空间依赖、空间关联或空间自相关，通过空间位置建立空间位置间的统计关系。2） 分类*常规统计分析：完成数据集合的均值、方差等计算。*空间自相关分析：认识空间分布特征，选择空间适宜尺度来完成空间分析的常用方法。*回归分析：分析两组或多组变量间的相关关系。*层次分析：把要素关系按隶属关系划分为不同层次，将其相对重要性作为综合分析基础。*趋势分析：空间分布与时间过程的分析。*主成分分析：把原来多个变量转化为少数几个综合指标的统计分析方法。*聚类分析：根据地理变量的特征或

45、属性相似性亲疏程度划型分类。*判别分析：根据某一对象的各种指标判断其类型归属。9、 空间插值1） 概念将离散的数据点转化为连续的数据曲面；用已知点来估算其他未知点的过程。2） 分类10、 空间建模与辅助决策（最终综合）1） 概念决策支持系统（DSS）是以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，利用各种数据、信息、知识、人工智能和模型技术，面对半结构化的决策问题，支持决策活动的人机交互信息系统。2） 特点主要解决半结构化的决策问题、面向决策者、强调支持的概念、模型和用户共同驱动、强调交互式的处理方式。3） 步骤确定评价目标和评价准则准备分析数据准备分析数据建立模型寻求手段结果评价4） 应用选址、定位分析、资源决策等。二、 可视化表达1、 普通地图制图2、 三维仿真地图可视化1） 原理场景描述（建模）、坐标变换和投影变换、消除隐藏面线、颜色与纹理的生成、明暗亮度处理、绘制和显示。2） 三维空间数据可视化3、 虚拟环境1） 概念利用虚拟现实技术在空间数据库的支持下构建虚拟环境。4、 电子地图1） 定义以地图数据库为基础，通过一定的硬件和软件在电子屏幕上显