1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。FreeKaoYan地理信息系統概論+讀書筆記+黃杏元+-第一章導論第一章導論1地理信息系統基本概念11數據與信息數據（data）是信息(information)的表達，而信息是數據的內容。數據是未經加工的原始材料，地理信息系統的設計和建立，首先是收集數據和處理數據。數據是通過數字化或記錄下來可以可以被鑒別的符號，不僅數字是數據，而且文字、符號、圖象也是數據，數據本身沒有意義；信息是對數據的解釋、運用與解算，數據即使是經過處理以后的數據，只有經過解釋才有意義，才成為信息。就本質而言數據是客觀對象的表示，

2、而信息則是數據內涵的意義，只有數據對實體行為產生影響時才成為信息。信息是用數字、文字、符號、語言等介質來表示事件、事物、現象等的內容、數量或特征，以便向人們（或系統）提供關于現實世界新的事實的知識，作為生產、管理和決策的依據。信息的特點：客觀性、適用性、傳輸性、共享性。12地理信息與地理信息系統地理信息是指表征地理圈或地理環境固有要素或物質的數量、質量、分布特征、聯系和規律等的數字、文字、圖象和圖形的總稱。地理信息屬于空間信息，其位置的識別是與數據聯系在一起的，這是地理信息區別于其他類型信息的一個最顯著的標志。地理信息系統（GeographicalInformationSystem）是由計算機

3、硬件、軟件和不同的方法組成的系統，該系統設計支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問題。（美國聯邦數字地圖協調委員會（FICCDC）關于GIS的定義）2GIS的基本組成GIS一般包括以下5個主要部分：系統硬件、系統軟件、空間數據、應用人員和應用模型。21系統硬件1、GIS主機：包括大型、中型、小型機，工作站/服務器和微型計算機，其中各種類型的工作站/服務器成為GIS的主流。2、GIS外部設備：包括各種輸入（如圖形數字化儀、圖形掃描儀、解析和數字攝影測量設備等）和輸出設備（如各種繪圖儀、圖形顯示終端和打印機）。3、GIS網絡設備：包括布線系統、網橋、路由器和交

4、換機等。22系統軟件：按功能分為GIS專業軟件、數據庫軟件和系統管理軟件。23空間數據24應用人員：包括系統開發人員和GIS技術的最終用戶。25應用模型3GIS的功能簡介基本功能是數據的采集、管理、處理、分析和輸出。31基本功能：包括數據采集與編輯、數據存儲與管理、數據處理與變換、空間分析和統計、產品制作與顯示、二次開發和編程32應用功能：包括資源管理、區域規劃、國土監測、輔助決策4GIS的發展透視41發展概況當前，GIS正向著集成化、產業化和社會化發展方向邁進，呈現以下主要發展態勢：1、GIS已成為一門綜合性技術2、GIS產業化的發展勢頭強勁3、GIS網絡化已構成當今社會的熱點4、地理信息科

5、學的產生和發展42基礎理論第二章地理信息系統的數據結構1地理空間及其表達11地理空間（geo-spatial）的概念地理空間一般包括地理空間定位框架及其聯結的特征實體。地理空間定位框架即大地測量控制，有平面控制網和高程控制網組成。目前，我國采用的大地坐標系為1980年中國國家大地坐標系，該坐標系選用1975年國際大地測量協會推薦的國際橢球，其具體參數為：赤道半徑（a）=6378140.0000000000m，極半徑（b）=6356755.2881575287m，地球扁率（f）=(a-b)/a=1/298.257。1980年中國國家大地坐標系的大地原點，設在我過中部的陜西省涇陽縣永樂鎮，簡稱西安

6、原點。高程指空間參考的高于或低于某基準平面的垂直位置，主要用來提供地形信息。我國現在規定的高程起算基準面為“1985國家高程基準”，該基準比原國務院批準啟用的“黃海平均海平面”高29mm。12空間實體的表達如果采用一個沒有大小的點（坐標）來表達基本點元素時，稱為矢量表示法；如果采用一個有固定大小的點（面元）來表達基本點元素時，稱為刪格表示法。2地理空間數據及其特征21GIS的空間數據GIS的數據來源和數據類型繁多，主要有：地圖數據；影像數據；地形數據；屬性數據；元數據。空間數據根據表示對象的不同分為：類型數據；面域數據；網絡數據；樣本數據；曲面數據；文本數據；符號數據。22空間數據的基本特征一

7、般地，空間特征數據包括地理實體或現象的定位數據和拓撲數據，屬性特征數據包括地理實體或現象的專題屬性（名稱、分類、數量等）數據和時間數據，而空間特征數據和屬性特征數據統稱為空間數據或地理數據。空間數據的拓撲關系包括：拓撲鄰接；拓撲關聯；拓撲包含。23空間數據的計算機表示3空間數據結構的類型31矢量數據結構基于矢量模型的數據結構簡稱為矢量數據結構。矢量數據結構上利用歐幾里得（Euclid）幾何學中的點、線、面及其組合體來表示地理實體空間分布的一種數據組織方式。矢量數據結構分為以下幾種主要類型：1、簡單數據結構特點：數據按點、線或多邊形為單元組織，數據排版直觀，數字化操作簡單；每個多邊形都以閉合線段

8、存儲，多邊形的公共邊界被數字化兩次和存儲兩次，造成數據冗余和不一致；點、線和多邊形有各自的坐標數據，但沒有拓撲數據，互相之間不關聯；島只作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形的聯系。2、拓撲數據結構：包括DIME(對偶獨立地圖編碼法)、POLYVRT（多邊形轉換器）、TIGER（地理編碼和參照系統的拓撲集成）。特點：點是相互獨立的，點連成線，線構成面。3、曲面數據結構32刪格數據結構基于刪格模型的數據結構簡稱為刪格數據結構，指將空間分割成有規則的網格，在各個網格上給出相應的屬性值來表示地理實體的一種數據組織形式。刪格數據結構與矢量數據結構相比較，用刪格數據結構表達地理要素比較直觀，容易實現多元數據

9、的疊合操作，便于與遙感圖象及掃描輸入數據相匹配建庫和使用等。刪格數據結構的類型：1、刪格矩陣結構：是一種全刪格陣列的空間數據組織形式。2、游程編碼結構：（游程指相鄰同值網格的數量）是逐行將相鄰同值的網格合并，并記錄合并后網格的值及合并網格的長度，其目的是壓縮刪格數據量，消除數據間的冗余。3、四叉樹數據結構：將空間區域按照四個象限進行遞歸分割（2n*2n，且n=1），知道子象限的數值單調為止。凡值（特征碼或類型值）呈單調的單元，不論單元大小，均作為最后的存儲單元。4、八叉樹和十六叉樹結構33適量與刪格一體化數據結構1、適量與刪格一體化的基本概念2、適量與刪格一體化數據結構設計：點狀目標和結點只有

10、位置，沒有形狀和面積；線狀目標只要將其通過的刪格地址全部記錄下來即可；面狀目標應包含邊界和邊界所保衛的整個區域。34矢量與刪格數據結構的比較3空間數據結構的建立空間數據結構的建立是指根據確定的數據結構類型，形成與該數據結構相適應的GIS空間數據，為空間數據庫的建立提供物質基礎。41系統功能與數據間的關系42空間數據的分類和編碼1、空間數據的分類：首先根據圖形原則，將空間數據分為點、線、面三種類型；其次是對象原則。2、空間數據的編碼：指將數據分類的結果用一種易于被計算機和人識別的符號系統表示出來的過程。編碼的結果是形成代碼。3、矢量數據的輸入與編輯：輸入過程實際上是產生和矢量數據結構相適應GIS

11、空間數據的過程。編輯的目的是為了消除數字化過程中引入的錯誤，以及將數字化數據重新組織以便得到便于進一步處理和使用的格式。4、刪格數據的輸入與編輯第三章空間數據的處理數據處理涉及的內容很廣泛，主要取決與原始數據的特點和用戶的具體要求，一般包括數據變換、數據重構、數據提取等內容。數據變換指數據從一種數學狀態到另一種數學狀態的變換，包括幾何糾正、投影轉換和輻射糾正等，以解決空間數據的幾何配準。數據重構指數據從一種格式到另一種格式的轉換，包括結構轉換、格式變換、類型替換等，以解決空間數據在結構、格式和類型上的統一，實現多源和異構數據的聯接與融合。數據提取指對數據進行某種有條件的提取，包括類型提取、窗口

12、提取、空間內插等，以解決不同用戶對數據的特定需求。1空間數據的坐標變換空間數據坐標變換的實質是建立兩個平面點之間的一一對應關系，包括集合糾正和投影轉換，它是空間數據處理的基本內容之一。11幾何糾正幾何糾正是為了實現對數字化數據的坐標系轉換和圖紙變形誤差的改正。現有的商業GIS軟件一般都具有仿射變換、相似變換、二次變換等幾何糾正功能。仿射變換是GIS數據處理中使用最多的一種幾何糾正方法，其主要特性為：同時考慮到x和y方向上的變形，因此糾正后的坐標數據在不同方向上的長度比將發生變化。12投影轉換當系統使用的數據取自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數字化數據轉換為所需要投影的坐標數據。投影轉換

13、的方法可采用：正解變換、反解變換、數值變換。2空間數據結構的轉換矢量數據結構和刪格數據結構應用原則：數據采集采用矢量數據結構，有利于保證空間實體的幾何精度和拓撲特性的描述；而空間分析則主要采用刪格數據結構，有利于加快系統數據的運行速度和分析應用的進程。21由矢量向刪格的轉換由矢量向刪格的轉換的根本任務是通過一個有限的工作存儲區，使得矢量和刪格數據之間不可避免的讀寫操作，限制在最短的時間范圍內。根據轉換處理時，基于弧段數據文件和多邊形數據文件的不同，分別采用不同的算法。1、基于弧段數據的刪格化方法：其算法可分解為數據管理和轉換計算兩步。2、基于多邊形數據的刪格化方法22由刪格向矢量的轉換由刪格向

14、矢量的轉換的目的，是為了將刪格數據分析的結果，通過矢量繪圖裝置輸出，或者為了數據壓縮的需要，將大量的面狀刪格數據轉換為由少量數據表示的多邊形邊界，但是主要目的是為了能將自動掃描儀獲取的刪格數據加入矢量形式的數據庫。轉換處理時，基于圖象數據文件和再生刪格數據文件的不同分別采用不同的算法。1、基于圖象數據的矢量化方法：二值化；細化；跟蹤2、基于再生刪格數據的矢量化方法3多源空間數據的融合31遙感與GIS數據的融合常用方法具體表現為：遙感圖象與圖形的融合；遙感數據與DEM的融合；遙感圖象與地圖掃描圖象的融合32不同格式數據的融合主要有以下幾種方法：基于轉換器的數據融合；基于標準的數據融合；基于公共接

15、口的數據融合；基于直接訪問的數據融合4空間數據的壓縮與綜合41空間數據的壓縮1、數據壓縮的意義所謂數據壓縮，即從所取得的數據集合S中抽出一個子集A，這個子集作為一個新的信息源，在規定的精度范圍內最好地逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。2、曲線上點的壓縮3、面域刪格數據的壓縮43空間數據的綜合5空間數據的內插方法通過已知點或分區的數據，推求任意點或分區數據的方法就稱為空間數據的內插。51點的內插點的內插是研究具有連續變化特征現象（例如地面高程等）的數值內插方法。根據內插精度不同分為精確和概略的兩類。一般需要經過數據取樣、數據處理和數據記錄三個過程。1、數據取樣：數據點的選取和坐標的確定2、數

16、據處理：以數據點作為控制基礎，用某一數學模型來模擬地表面，進行內插加密計算，確定三角網或格網節點處的特征值。3、數據記錄：將建立的節點特征值記錄于存儲器內，以供分析應用。52區域的內插區域的內插是研究根據一組分區的已知數據來推求同一地區另一組分區未知數據的內插方法。1、疊置法2、比重法：根據平滑密度函數的原理，將源區的統計數據從同質性改變為非同質性，而非同質性代表著一般社會經濟現象的普遍特點。6圖幅數據邊沿匹配處理61識別和檢索相鄰圖幅的數據62相鄰圖幅邊界點坐標數據的匹配63相同屬性多邊形公共界線的刪除第四章地理信息系統空間數據庫1空間數據庫概述11空間數據庫的概念完整的空間數據庫系統包括空

17、間數據庫、空間數據庫管理系統和空間數據庫應用系統等三個部分組成。12空間數據庫的設計空間數據庫的設計問題，其實質是將地理空間客體以一定的組織形式在數據庫系統中加以表達的過程，也就是地理信息系統中空間客體數據的模型化問題。1、空間數據庫設計過程2、空間數據庫的數據模型設計3、空間數據庫設計的原則、步驟和技術方法13空間數據庫的實現和維護1、空間數據庫的實現：根據空間數據庫邏輯設計和物理設計的結果，在計算機上創建實際的空間數據庫結構，裝入空間數據，并測試和運行。2、相關的其他設計：包括加強空間數據庫的安全性、完整性控制，以及保證一致性、可恢復性等。3、空間數據庫的運行與維護2空間數據庫概念模型設計

18、傳統的數據模型傳統的數據模型主要指層次、網狀和關系三種模型。21層次數據模型：描述了各類客體及客體類之間的聯系。1、層次數據結構2、層次數據結構的數據存取：樹遍歷法；通用選擇法22網狀數據模型：以系結構為基礎1、網狀數據結構2、網狀數據模型的實現3、網狀數據模型數據庫的記錄存取23關系數據模型1、關系數據模型的基本概念：關系；關鍵字；關系模式；關系數據庫；關系完整性2、空間數據庫關系數據模型的概念設計和邏輯設計24三種傳統數據模型的比較傳統數據庫的不足之處：以記錄為基礎的結構不能很好地面向用戶和應用；不能以自然的方式表示客體之間的聯系；語義貧乏；數據類型太少難以滿足應用需要。3空間數據庫概念模

19、型設計語義模型和面向對象數據模型31語義數據模型語義數據模型的模型結構是由若干種抽象所組成，用這些抽象來描述客體的基本語義特性，在根據語義模型結構規則把這些抽象有機地組織起來。最常用的語義模型之一是實體聯系模型（entity-relationshipmodel,E-R模型）。E-R模型具有一些明顯的優點，即接近人的思想，易于理解，同時又與計算機具體的實現無關，是一種很好的數據庫概念設計的方法。32面向對象數據模型。1、面向對象數據模型的基本概念：對象；消息；類2、繼承及類之間的層次關系3、功能重載和多態性4、概括和聚集5、空間數據庫對象模型4空間數據庫邏輯模型設計和物理設計邏輯設計的目的是從概

20、念模型導出特定的數據庫管理系統可以處理的數據庫的邏輯結構（數據庫的模式和外模式），這些模式在功能、性能、完整性和一致性約束及數據庫可擴充性等方面均應滿足用戶提出的要求。41空間數據庫邏輯設計的步驟和內容：初始模式形成；子模式設計；模式評價；優化模式42E-R模型向關系模型的轉換43關系數據庫的邏輯設計：導出初始關系模式；規范化處理；模式評價；優化模式；形成數據庫的邏輯設計說明書：存儲記錄的格式設計；存儲方法設計；訪問方法設計；完整性和安全性考慮；應用設計；形成物理設計說明書44空間數據庫的物理設計5GIS空間時態數據庫51空間時態數據庫概述時空數據庫系統或數據處理技術，其內容表現為以下三個主要

21、方面：空間時態數據的表達；空間時態數據的更新；空間時態數據的查詢。52時空一體化數據模型1、時間片快照（time-slicesnapshots）模型：用一系列狀態對應的地理數據來反映地理想象的時空演化過程。2、底圖疊加(basemapwithoverly)模型：類似于地理底圖的修訂方式。3、時空合成(space-timecomposites)模型：在底圖疊加模型的基礎上提出的，其設計思想是將每一次獨立的疊加操作轉換為一次性的合成疊加。4、全信息對象模型：運用面向對象的設計方法，將地理現象和過程的空間與屬性信息隨時間的變化封裝成由時態版本組成的對象。來源：HYPERLINK考研論壇第五章空間分析

22、的原理與方法空間分析是地理信息系統科學內容的重要組成部分，也是評價一個地理信息系統功能的主要指標之一。空間分析的根本目的，在于通過對空間數據的深加工或分析，獲取新的信息。空間分析的定義：是基于空間數據的分析技術，它以地學原理為依托，通過分析算法，從空間數據中獲取有關地理對象的空間位置、空間分布、空間形態、空間形成、空間演變等信息。1數字地面模型分析數字地面模型（DigitalTerrainModel，簡稱DTM）是定義于二維區域上的一個有限項的向量序列，它以離散分布的平面點來模擬連續分布的地形。11地形因子的自動提取1、坡度計算2、坡向分析3、曲面面積計算4、地表粗糙度計算5、高程及變異分析6、谷脊特征分析7、日照強度分析8、淹沒邊界的計算12地表形態的自動分類13地學剖面的繪制和分析2空間疊合分析21空間疊合分析的概念空間疊合分析（spatialoverlayanalysis）是指在統一空間參照系統條件下，每次將同一地區兩個地理對象的圖層進行疊合，以產生空間區域的多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應關系。1、點與