GIS的概念：GIS是由硬件、軟件和不同方法組成的系統，該系統設計用來支持信息采集，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。GIS組成：空間數據、系統硬件、系統軟件。系統硬件配置模式：【單機模式】：由基本外設，處理設備與輸出設備構成，適用于小型GIS建設，數據傳輸與資源共享不方便?！揪钟蚓W模式】：部門或單位內部GIS建設，專線連接，資源共享較方便?！緩V域網模式】：用戶分布地域廣泛，不適合專線連接，采用通訊連接的方式，資源共享方便，局部范圍采用局域網連接，并通過若干通道和廣域網連接。軟件組成：系統軟件：操作系統：系統調用，設備運行，網絡等系統庫：編程語言，數學庫等基礎軟件：標準軟件：圖形，數據庫等GIS軟件：GIS基本功能軟件，GIS應用軟件，用戶界面等。空間數據：空間數據特征：屬性、幾何、關系數據空間數據組織：矢量數據，柵格數據空間數據管理：幾何數據：文件屬性數據：關系數據庫GIS基本功能:位置、條件、趨勢、模式、模型GIS應用：公眾生活生產建設城市管理區域規劃防災減災重大節事GIS軟件類型：專業GIS（ArcGIS）、桌面GIS(ArcView)、手持GIS(ArcPad)、組件GIS(MapObjects)、網絡GIS(ArcIMS)、GISViewer(ArcExplorer),其他。GIS和CAD比較：共同點：都有空間坐標系統，都能把目標和參考系聯系起來，都能表示圖形數據的拓撲關系，都能處理屬性和空間數據。不同點：CAD主要處理人造對象，而GIS主要處理現實世界實體；CAD三維圖形功能強大，屬性庫功能相對弱，而GIS屬性庫結構復雜，功能強大；CAD拓撲關系較為簡單，而GIS強調對空間數據的分析，圖形屬性交互使用頻繁；CAD一般采用幾何坐標系，GIS采用地理坐標系。根本區別：GIS圖形與屬性聯系緊密，CAD圖形與屬性聯系松散。GIS與MIS比較：共同點：兩者均以計算機為核心，數據量大而復雜；不同點：GIS中有圖形，而MIS中沒有圖形。地理空間：物質、能量、信息在形態、結構、功能上的格局以及其在時間上的延續，具體包括地球上大氣圈、土壤圈、水圈、生物圈、巖石圈交互作用的區域。上至大氣電離層，下至地幔莫霍面。大地測量控制：地理空間定位框架，有平面控制網和高程控制網，為所有地理數據的坐標位置提供了一個通用坐標系。GIS中的所有地理數據都必須統一在一個參照系下，以實現不同來源數據的融合，連接與統一。空間參考：大地水準面：一個當海水處于完全靜止的平衡狀態時，從海平面延伸到所有大陸下部，并且與重力方向處處正交的閉合，連續的水準面。大地測量參考系統：坐標參考系統：以旋轉橢球為參照體建立的坐標系統，分為大地坐標系和空間直角坐標系兩種形式：大地坐標系：以橢球體面為參考面，以法線為依據，大地經度和大地緯度表示地面點在橢球體上位置的坐標系統，按經過調整和定位后參考橢球的中心是在地球質心還是接近地球質心分為地心大地坐標系和參心大地坐標系。空間直角坐標系：原點在地球質心的為地心直角坐標系，原點在參考橢球中心的為參心直角坐標系。Z軸為橢球旋轉軸，x軸指向本初子午面與赤道的交點，y軸與x、z軸構成右手坐標系。高程參考系統：以大地水準面為參照面的高程系統稱為正高，以似大地水準面為參照面的高程系統稱為正常高，以旋轉橢球面為參照面的高程系統稱為大地高。重力參考系統：由重力觀測值所建立的系統地圖投影概念：為解決將不可展的橢球面描繪到平面上的矛盾，運用幾何透視的方法或數學分析的方法，將地球上的點和線投影到可展的曲面上（圓柱面，圓錐面，或平面），將此可展曲面展開成平面，建立該平面上點、線與地球橢球面上的點、線的對應關系。實質：建立地球橢球面上經緯線網和平面上經緯線網之間的數學基礎，也就是建立地球橢球面上點的地理坐標和平面上對應點的平面坐標之間的函數關系。地圖投影的原因：地球為不可展曲面，表面不能進行距離，方位，面積等參數的量算，而將其投影為平面，可以方便量算這些參數并進行空間分析，且符合視覺心理。變形：等角、等積、任意、等距。圓錐投影：等角圓錐投影：lambert投影正軸等積割圓錐投影：albers投影圓柱投影：等角圓柱投影：mercator投影；正軸等角切圓柱投影：高斯-克呂格投影正軸等角割圓柱投影：通用墨卡托投影前前者用于海圖和中小比例尺地圖，后和后后者用于大比例尺地圖的繪制。高斯克呂格投影特點：1.投影為等角變形2.同一經線上緯度越低，變形越大；同一緯線上，距離中央經線越遠，變形越大；3.中央經線長度變形比為1，其余經線長度變形比大于1，且離中央經線越遠，變形比越大。UTM投影比高斯克呂格投影的誤差更小，因為其將失真比較均勻地分布在帶區內。空間實體：指自然界現象和社會經濟事件中不能再分割的單元，它是一個具體有概括性，復雜性，相對意義的概念?？臻g實體的特征：【空間特征：描述空間實體的地理位置和相互關系，又稱幾何特征和拓撲特征；【屬性特征：描述空間對象的特性，即是什么，如對象的類別，等級，名稱，數量等；【時間特征：指空間對象隨時間的變化?？臻g實體的表達：空間維數：0,1,2,3,2維之分，點線面體點、線、面、曲面、場、體狀實體?？臻g實體的描述：編碼：用于區分不同空間對象，有分類碼和識別碼之分，分類碼用于標識空間對象所屬的類別，識別碼用于對每個空間對象進行標識，是唯一的。位置：坐標形式給出空間實體的空間位置。屬性：空間對象所對應的非幾何信息。行為：空間對象具有的行為和功能。關系：與其他實體之間的關系。類型：空間對象所屬的實體類型，或由哪些實體組成。說明：空間對象數據的來源和精度等。空間關系：順序與度量：順序關系：方向空間關系度量關系：主要指實體之間的距離關系。拓撲關系：圖形保持連續狀態下變形，但圖形關系不變的性質，反映空間目標的邏輯結構，對空間目標查詢，分析和重建有重要意義。2D空間拓撲關系：拓撲相鄰：指同維或不同維目標之間相互鄰近但不相互接觸的關系。拓撲鄰接：指同維目標之間的相互鄰接關系。拓撲關聯：指不同維目標之間的相互關聯關系。拓撲包含：一般指同維不同級目標之間的包含關系，將包含關系拓展，還可以指高維目標對低維目標的包含關系?？臻g數據的計算機表達：空間分幅，圖像分層，時間分段。矢量數據結構之拓撲數據結構全顯式表達：面-線：面、弧段；線-點：弧段，起點，終點；點—線：點，弧段；線—面：弧段，左面，右面。部分顯式表達：上述部分表格表達。簡單數據結構：只記錄空間對象位置坐標和屬性信息，不記錄空間關系，不宜于作分析，重復存儲冗余，嵌套麻煩?！惊毩⒋鎯Γ嚎臻g坐標直接跟隨空間對象位置，點位字典的方式存儲：點坐標獨立存儲，線、面由點號構成?！渴噶繑祿Y構：不僅表達幾何位置和屬性，還表達空間關系。優點：描述點、線、面的空間關系并不完全依賴于具體的坐標位置；數據豐富簡潔，冗余度小；方便多邊形和多邊形的疊合；便于檢查數據輸入過程中的錯誤。缺點：拓撲關系建立過程和數據結構本身比較復雜。故：制圖或一般查詢，可不要拓撲關系；空間分析，則應建立拓撲關系。柵格結構用規則的正方形將地理區域劃分為網格陣列。點：由單個柵格表達；線：沿線走向有相同屬性值的一列柵格表達；面：沿線走向有相同屬性值的一片柵格表達。矢量數據與柵格數據的對比：矢量數據優點：便于面向現象，結構緊湊，冗余度低，便于進行網絡，檢索分析，對需要拓撲信息的操作更有效，圖像顯示質量好，精度高。缺點：數據結構復雜，難以規范化數據交換困難；不易于進行疊置分析和表現空間變化性；不能像數字圖像那樣做增強處理，顯示與繪圖成本高，對軟硬件要求高。柵格數據優點：結構簡單，易數據交換；便于進行疊置分析表達空間變化性；便于與遙感數據結合；輸出快速，成本低廉。缺點：對現象的描述困難，難以表現空間對象的相互關系；數據量大，冗余度高，需要通過壓縮來處理；投影轉換困難，降低圖像的質量。第五章：空間數據獲取矢量數據獲?。簻y量全球定位系統：依據用戶和四顆衛星之間的偽距測量，根據衛星在適當參考框架中的已知坐標，確定用戶機天線的位置。地圖數字化：手工交互或批處理方式完成：柵格捕捉，柵格追蹤。柵格轉換柵格數據獲?。盒l星遙感、航空攝影測量、柵格轉換、柵格格式產品DEM等。**空間數據獲取新技術：LiDAR：激光雷達技術，可獲得三維位置空間信息，激光掃描儀放在不同平臺上有著不同的作用，飛機一邊飛一邊掃描可以獲得所測地點三維信息。另外，對高層次有大的起伏的物體獲取數據有很大優勢。具體應用：1.地理三維空間數據采集2.地質勘測，地質編錄3.考古現場還原4.工程建設規劃，逆向工程中常用。InSAR/GDEM：合成孔徑干涉雷達技術。應用：航天飛機測圖：用于航天飛機，飛機上相距60米有兩個雷達發射器在一個桿的兩端，通過發射和接收信號，利用兩者的視角差，可以計算分析確定目標高程，雷達干涉可以獲得三維信息。GDEM/ASTER/Terra：Terra全球衛星的名字，搭載了ASTER，與GDEM相關。ASTER用于：provideshigh-resolutionimagesoftheEarthin15differentbandsoftheelectromagneticspectrum,rangingfromvisibletothermalinfraredlight.Theresolutionofimagesrangesbetween15to90meters.ASTERdataareusedtocreatedetailedmapsofsurfacetemperatureofland,emissivity,reflectance,andelevation.獲取GDEM（全球DEM）信息，在天上飛兩周可以獲得北緯80°到南緯80°的所有地形，分辨率全球90*90，北美30*30m.OSTM/Jason-2（TheOceanSurfaceTopographyMission）用于獲取誤差在厘米范圍內的海平面高程數據，也叫做海洋地形，提供全球海平面數據、洋流的速度和方向。運載雷達高度計（Spaceborneradaraltimeters）是獲取海表地形的重要手段，它利用微波的來回，通過各種參數校正，校正大氣水氣可能引起的各種誤差，把所獲得的數據和平臺的精確位置結合可以非常精確地確定海表高度，返回信號的強度和形狀也可以提供風速和海波的信息。PlanetExplorationOrbitPlanetExploratoinRover第六講：空間數據處理之數據變換與數據集成。坐標變換方法：等積變換：可旋轉，保持形狀和面積不變；相似變換：可旋轉，形狀不變但面積可變；仿射變換：形狀可變，但并行線性質不變；投影變換：角度，長度，面積均可變形。多源空間數據集成：遙感數據與GIS數據的集成：遙感圖像與圖形的集成：經過正射糾正后的遙感圖像與數字地圖相融合，可產生影象地圖，這種影象地圖有一定的數學基礎，有豐富的光譜信息和幾何信息，又有行政界線和屬性信息，直接提高了用戶的可視化效果。遙感數據與DEM的集成：DEM中有精確的地形信息，它與遙感數據的結合，有助于遙感圖像進行幾何校正和配準，消除像點位移，提高定位精度，另外，還可以輔助遙感圖像分類，提高分類精度。遙感圖像與地圖掃描圖像的集成：將遙感圖像與地圖掃描圖像集成，可以快速地從遙感影像中發現發生變化的區域，實現GIS數據庫的自動/半自動快速更新。不同格式數據的集成：基于轉換器的數據集成：通過交換格式進行，這是目前GIS系統數據融合的主要辦法。特點：交換過程復雜，交換頻繁，系統內部的數據格式需要公開，但轉換采用的技術不公開?；跀祿藴实臄祿桑夯谝环N空間數據的轉換標準進行的多源GIS數據的融合。特點：能處理多個數據集，交換次數少，轉換的技術需要公開，系統內部的數據格式不需公開。基于公共接口的數據集成：又稱作數據互操作技術，接口相當于一種規程，是大家都遵守并達成統一的標準。特點：獨立于具體平臺，轉換技術高度抽象，數據格式不需公開，代表了數據共享技術的未來發展方向?；谥苯釉L問的數據集成：是利用軟件進行融合的方式。特點：避免了繁瑣的數據交換，用戶不需要擁有宿主軟件，更不需要該軟件的運行，為多源數據的融合提供了更為實用便捷的支持。應用：災害評估，動態監測，海上鉆井平臺提取。第七講空間數據處理之矢柵轉換矢量的柵格化：點、線、面（基于弧段、多邊形）柵格的矢量化：目的：掃描數據的自動矢量化，為了壓縮數據進行的矢量化，如果用筆式繪圖儀繪圖必須進行矢量化，進行某些數據的分析計算時要采用。線的矢量化：手工跟蹤屏幕矢量化，自動跟蹤矢量化自動跟蹤矢量化：1.二值化2.細化3.跟蹤線段細化：剝皮法、數學形態學法。第八講空間數據處理之數據壓縮與編輯矢量數據壓縮：壓縮范圍：點線面操作對象：線壓縮方法：垂距法、光欄法、Douglas-Peucker法。垂距法：每次按順序取曲線上的三個點，判斷中間點到兩端點連線垂直距離是否大于閾值D，如果大于則保留，否則去掉這個點。優點：可以實時進行，在與數字化同時進行。缺點：可能刪去特殊點。光欄法：定義一個扇形區域，通過判斷曲線上的點是在扇形外還是在扇形內，來判斷保留還是舍棄。優點：算法簡單，速度快。缺點：但可能將曲線極值點p點刪去而失真。Douglas-Peucker法：將一條曲線首末點連成直線，找出曲線上與這條直線垂直距離最大的點，判斷如果距離小于閾值D，則刪去所有內點，如果距離大于閾值，則將曲線分成兩段，分別重復上述過程。優點：減少刪去特殊點的可能性。缺點：計算量大，且只能在所有圖像完成數字化之后才能進行。壓縮柵格編碼：信息有損編碼、和信息無損編碼?？紤]因素：無損、有損；壓縮比；壓縮、解壓縮算法復雜程度。常用壓縮編碼方法：游程編碼結構、四叉樹編碼。游程長度方法：游程指相鄰同值柵格的數量，游程柵格編碼是將同值的相鄰柵格合并，并記錄合并柵格的值以及合并柵格長度的一種壓縮編碼方法。四叉樹編碼：將整個圖像區逐步分解為一系列被單一數值區域內含的方形區域，最小的分割區域為一個柵格像元，分解的原則是將圖像區域等分為大小相等的四個象限，對每個象限可根據一定規則確定是否等分為次一層上的四個象限，其終止依據是：不管哪一層上的象限，只要劃分到僅一種地物或符合要求的少數幾種地物時，就不再劃分，否則一直劃分到僅有一個柵格像元為止。分割結果如何記錄：分割深度、子區代碼、到達子區的路徑。數據結構：根結點、父結點、子結點，每個結點保存一個父結點指針，四個子結點指針，一個結點值。為什么要進行空間數據編輯：圖紙移動，圖紙變形，制圖誤差，數字化誤差，各種誤差將影響到GIS的各個環節。空間數據編輯的必要性：修正數據輸入錯誤，維護數據的正確性和完整性，更新地理信息。空間數據編輯內容：數據不完整，重復；數據位置不正確；比例尺不正確；變形，幾何和屬性連接有誤，屬性數據不完整。方法：目視檢查法，疊合比較法，邏輯檢查法。圖形編輯又叫數據編輯、數字化編輯，是指對地圖資料數據化之后的數據進行編輯加工，其目的是修正圖形和數據的差錯。如：結點捕捉，結點與線的捕捉，刪除假結點，接邊，數據檢查與清理，刪除一段弧段等。第九章空間數據庫空間數據庫的概念：數據庫：是指按一定的結構組織在一起的相關數據的集合。數據庫管理系統：是指提供數據庫建立，使用和管理工具的一套軟件系統。數據庫系統：是為了滿足特定用戶數據處理需求而建立的，具有數據庫訪問功能的應用軟件，它提供給用戶一個訪問和操作特定數據庫的用戶界面。空間數據庫：是指地理信息系統在計算機物理存儲介質上存儲的與應用有關的地理空間數據的集合。一般是以一系列特定結構的文件組織在存儲介質之上的。空間數據庫管理系統：能夠對物理存儲介質上存儲的地理空間數據進行語義上和邏輯上的定義，提供必需的空間數據查詢、檢索和存取功能，并且能夠對空間數據進行有效的維護和更新的一套軟件系統?？臻g數據庫的設計過程：需求分析：明確工作，任務，確定用戶需求，可行性分析，提交需求分析報告。結構設計（概念模型、邏輯模型、物理模型等）即數據結構的設計。數據層設計數據字典設計：數據字典用于描述數據的整體結構，數據內容和定義等。空間數據庫的數據模型設計概念模型：通過對現實世界的認識與抽象，得到適用于空間數據庫系統及其應用系統的模型。邏輯模型：將概念模型轉化為系統具體可處理的邏輯結構。物理模型：將空間數據庫的邏輯結構在物理存儲器上實現?？臻g數據庫設計的原則：盡量減小空間數據冗余度盡量使數據結構穩定，在用戶需要做出改變時，可以迅速做出調整對檢索和查詢能夠迅速得出結果盡量維持地理空間數據的復雜性支持多種多樣的決策需要，有一定的應用適應性?？臻g數據庫的實現：建立實際的空間數據庫結構，裝入實驗性的空間數據進行測試，裝入實際的空間數據進行運行。維護：安全性，完整性，更新，修正錯誤，監測改善數據庫性能。傳統數據模型層次模型：一個雙親，多個子女，記錄被表示為樹形結構中的一個節點，擁有多個雙親的子女在結構中多次出現，不適用于多對多的結構。優點：清楚表達關系，易于理解，易于更新，表達了現實世界中物體的層次關系。易于用關鍵字進行查詢，易于分類和檢索。缺點：不能表達數據間的拓撲關系，數據冗余量大，不能表示數據間多對多的關系，訪問不夠靈活。網狀數據模型：用有向線段連接首客體和屬客體，首屬客體相連構成一個系，不區分系類的個數和客體類的個數，也不區分客體類之間的從屬關系。優點：數據冗余量小，可以表達多對多關系缺點：復雜結構導致難于更新維護、影響其在數據庫中的應用。關系數據模型：關系模型是把數據的結構歸結為有一定關系的二維表格，每個二維表格表示一個關系，由相同類的實體構成，二維表格每一行表示一個實體，每一列表示相同的一種屬性。優點：結構簡單靈活，容易理解和維護便于布爾邏輯和數學運算表達的各種查詢需要；缺點：難以表達復雜目標難以表現數據間的拓撲關系不自然的分解空間開銷較大，運行效率不高傳統數據模型的不足：管理的是不連續，相關性較小的數據管理的實體個數較少，彼此之間只有簡單的關系記錄往往以等長形式表現處理的往往是文字或數字這些都不適用于空間數據庫。第十章空間分析空間分析概念：空間分析是分析具有空間坐標或相對位置的數據和過程的理論和方法，其目的是提取和傳輸空間數據中隱含的空間信息。空間分析的主要內容：位置、分布、形態、距離、關系?？臻g查詢的內容：幾何查詢（臨近空間的對象及其屬性:屬性列表、統計地圖）、屬性查詢（對象的分布：高亮度顯示）、拓撲查詢（空間關系：高亮度顯示）、SQL查詢（空間對象分布，空間對象的屬性：高亮度顯示）可視化：離散要素形式表達圖像或采樣格網形式表達表面的形式表達第十一章疊置分析概念：是指將統一地區，同一比例尺，同一坐標系統，不同信息表達的兩組或多組專題要素圖層進行疊加，得到新圖層的過程，其目的是有效地利用多種專題要素，從中提取隱含的數據信息。疊置分析的種類基于矢量：點、線、面基于柵格：地圖代數基于矢量數據的操作：圖層擦除、識別疊加、交集操作、對稱區別、圖層合并、修正更新。第十二章緩沖區分析緩沖區分析概念：緩沖區分析是指對分析對象的點線面實體，自動建立其周圍一定距離的帶狀區，用以識別實體或者主體對于鄰近對象的輻射范圍或者影響程度，是解決鄰近度問題的空間分析工具之一。前期處理流程：相同比例尺，經過配準的地圖進行預處理和數字化。網絡分析：通過研究網絡的狀態，以及模擬資源在網絡上的流動和分配情況，對網絡的結構和資源的優化問題進行研究的一種空間分析方法。基礎：運籌學和圖論。網絡分析方法：最佳路徑