地理信息系統(tǒng)功能：1數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測(cè)與編輯2數(shù)據(jù)處理3，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與組織

4，空間查詢與分析，5

圖形交互與顯示

組成：計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)軟件，地理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)管理操作人員

GIS特點(diǎn)：1，邊緣性與交叉性

2，實(shí)用性

3，空間抽象性，4發(fā)展迅速

交叉學(xué)科：地理學(xué)，地圖學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)遙感技術(shù)，管理科學(xué)

場(chǎng)模型：用于描述空間中連續(xù)分布的現(xiàn)象

場(chǎng)模型特征：1，空間結(jié)構(gòu)特征和屬性域，

2，連續(xù)的，可微的，離散的

3，（各向同性與各向異性）

4.空間自相關(guān)（空間自相關(guān)是空間場(chǎng)中的數(shù)值聚集程度的一種量度）

正空間自相關(guān)：一個(gè)空間場(chǎng)中的類似的數(shù)值有聚集的傾向，則說(shuō)正空間自相關(guān)

負(fù)空間則是相互排斥

柵格數(shù)據(jù)模型是基于連續(xù)覆蓋的，它是將連續(xù)空間離散化，即用二維覆蓋或劃分覆蓋整個(gè)連續(xù)空間。

要素模型：用于描述各種空間地物

將地理要素嵌入到歐式空間中，形成了三類地物要素對(duì)象

-點(diǎn)對(duì)象，線對(duì)象，面對(duì)象

基于要素的空間信息模型把信息空間分解為對(duì)象（Object）或?qū)嶓w（Entity）。

一個(gè)實(shí)體必須符合三個(gè)條件：

可被識(shí)別，，重要（與問(wèn)題相關(guān)）

。可被描述（有特征）

矢量數(shù)據(jù)模型強(qiáng)調(diào)了離散現(xiàn)象的存在，由邊界線（點(diǎn)，線，面）來(lái)確定邊界，因此可以看成是基于要素的

空間關(guān)系包含三種基本類型：拓?fù)潢P(guān)系，方向關(guān)系，度量關(guān)系

拓?fù)鋵傩裕涸谕負(fù)渥儞Q下能保持不變的集合屬性

九交模型：設(shè)有現(xiàn)實(shí)世界中的兩個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)體A、B，B(A)、B(B)表示A、B的邊界，I(A)、I(B)表示A、B的內(nèi)部，E(A)、E(B)表示A、B余。Egenhofer[1993]構(gòu)造出一個(gè)由邊界、內(nèi)部、余的點(diǎn)集組成的9-交空間關(guān)系模型

面面

6，

面線

19，面點(diǎn)

3；

線線

16，線點(diǎn)3，點(diǎn)點(diǎn)

2

總共49；

MBR：指的是空間目標(biāo)的外切矩形。由于MBR的簡(jiǎn)單、實(shí)用性，MBR廣泛應(yīng)用于空間目標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示以及空間數(shù)據(jù)查詢中。

(二)方向關(guān)系識(shí)別確定目標(biāo)之間某種方向關(guān)系的步驟：

①判斷目標(biāo)之間的MBR是否具有該關(guān)系

②再利用點(diǎn)/點(diǎn)關(guān)系進(jìn)一步進(jìn)行關(guān)系判斷，確定具體的關(guān)系。

基本空間對(duì)象度量關(guān)系包括

點(diǎn)點(diǎn)，點(diǎn)線，點(diǎn)面，線線，線面，面面之間的距離

已知點(diǎn)線面度量關(guān)系，進(jìn)行距離量算，鄰近分析，聚類分析，緩沖區(qū)分析，泰森多邊形分析

空間指標(biāo)量算：幾何指標(biāo)，自然地理參數(shù)，人文地理指標(biāo)

地理空間的距離度量：大地測(cè)量距離：該距離即沿著地球大院經(jīng)過(guò)兩個(gè)城市中心的距離

曼哈頓距離：緯度差加上經(jīng)差

旅行時(shí)間距離：從一個(gè)城市到另一個(gè)城市的最短的時(shí)間可以用一系列制定的航線來(lái)

表示

詞典距離：在一個(gè)固定的地名冊(cè)中一系列城市中他們位置之間的絕對(duì)差值

時(shí)空數(shù)據(jù)模型

時(shí)空數(shù)據(jù)模型的核心問(wèn)題是研究如何有效地表達(dá)、記錄和管理現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體及其相互關(guān)系隨時(shí)間不斷發(fā)生的變化

TGIS：空間立方體模型

序列快照模型，基圖修正模型，空間時(shí)間組合體模型TGIS研究思路兩種思路平行探索：

綜合模型

分解模型

先用分解模型思路針對(duì)典型應(yīng)用領(lǐng)域（如土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作）進(jìn)行全面研究，同時(shí)不斷豐富、充實(shí)綜合模型，最后得到一個(gè)比較完善的綜合模型。

TGIS中時(shí)間類型：有效時(shí)間，事務(wù)時(shí)間

TGIS的設(shè)計(jì)思想一個(gè)合理的時(shí)空數(shù)據(jù)模型必須考慮以下幾方面的因素：

節(jié)省存儲(chǔ)空間

加快存取速度；

表現(xiàn)時(shí)空語(yǔ)義。

時(shí)空語(yǔ)義包括地理實(shí)體的空間結(jié)構(gòu)、有效時(shí)間結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系、時(shí)態(tài)關(guān)系、地理事件、時(shí)空關(guān)系。

八叉樹的遞歸方法來(lái)定義：八叉樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)與C的一個(gè)子立方體對(duì)應(yīng)，樹根與C本身相對(duì)應(yīng)，如果V=C，那么V的八叉樹僅有樹根，如果V不等于C，則C等分為八個(gè)子立方體，每個(gè)子立方體與樹根的一個(gè)子節(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。只要某個(gè)子立方體不是完全空白或完全為V所占據(jù)，就要被八等分，從而對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)也就有了八個(gè)子節(jié)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)類型：空間特征數(shù)據(jù)，時(shí)間屬性數(shù)據(jù)，專題屬性數(shù)據(jù)

空間數(shù)據(jù)三個(gè)特征：屬性特征，空間特征，時(shí)間特征；

空間特征：表示現(xiàn)象的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置。空間特征又稱為幾何特征或定位特征，一般以坐標(biāo)數(shù)據(jù)表示，例如笛卡爾坐標(biāo)等。

屬性特征：表示實(shí)際現(xiàn)象或特征，例如變量、級(jí)別、數(shù)量特征和名稱等等。

時(shí)間特征：指現(xiàn)象或物體隨時(shí)間的變化，其變化的周期有超短期的、短期的、中期的、長(zhǎng)期的等等。

空間數(shù)據(jù)可以細(xì)分為：類型數(shù)據(jù)，面域數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，樣本數(shù)據(jù)，曲面數(shù)據(jù)，文本數(shù)據(jù)，符號(hào)數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)的測(cè)量尺度；

命名或類型，次序，間隔以及比例

命名或類型屬性：定性而非定量，不能進(jìn)行任何算術(shù)運(yùn)算，如一個(gè)城市的名字

次序?qū)傩裕壕€性坐標(biāo)上不按值的大小，而是按順序排列的數(shù)，例如，事故發(fā)生危險(xiǎn)程度的級(jí)別由大到小被標(biāo)為1，2，3，?

間隔屬性：不參照某個(gè)固定點(diǎn)，而是按間隔表示相對(duì)位置的數(shù)。按間隔量測(cè)的值相互之間可以比較大小，并且它們之間的差值大小是有意義的。如溫度

比例屬性：比率測(cè)量尺度的測(cè)量值指那些有真零值而且測(cè)量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)。如海撥高度

周期屬性：如角度值

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量：是對(duì)空間數(shù)據(jù)在表達(dá)空間位置，空間關(guān)系，專題特征以及時(shí)間等要素時(shí)，能達(dá)到的準(zhǔn)確性，一致性，完整性，以及他們之間統(tǒng)一性的度量，一般描述為空間數(shù)據(jù)的可靠性和精度，用誤差來(lái)表示；

研究空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的意義：GIS中數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣，決定著系統(tǒng)分析質(zhì)量以及整個(gè)應(yīng)用的成敗。

.研究空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的在于加強(qiáng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量：準(zhǔn)確性：記錄值和它的真實(shí)值之間的接近程度

精度：對(duì)現(xiàn)象描述的詳細(xì)程度

空間分辨率：記錄變化的最小距離

比例尺：地圖上一個(gè)記錄的距離和它所表現(xiàn)的真實(shí)世界的距離之間的比例，

誤差：位置誤差和屬性誤差

不確定性：空間位置不確定性，屬性不確定性，時(shí)域不確定性，邏輯不一致性，數(shù)據(jù)的不完整性

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題來(lái)源：

空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性，空間現(xiàn)象的表達(dá)，空間數(shù)據(jù)處理中的誤差，空間數(shù)據(jù)處理中的誤差

數(shù)據(jù)誤差類型：幾何誤差，屬性誤差，時(shí)間誤差，邏輯誤差；

地圖數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題：地圖固有誤差，材料變形產(chǎn)生的誤差，圖像數(shù)字化誤差

遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題，測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制常用方法

傳統(tǒng)的手工方法，元數(shù)據(jù)方法，地理相關(guān)法

元數(shù)據(jù)：描述空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，它描述空間數(shù)據(jù)集的內(nèi)容，質(zhì)量，狀況和其他有關(guān)特征的信息。是關(guān)于數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，用于描述數(shù)據(jù)的內(nèi)容（what）、覆蓋范圍（where,

when）、質(zhì)量、管理方式、數(shù)據(jù)的所有者（who）、數(shù)據(jù)的提供方式（how）等信息的數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)用戶之間的橋梁

類型

按內(nèi)容：科研型元數(shù)據(jù)，評(píng)估性元數(shù)據(jù)，模型元數(shù)據(jù)

按描述對(duì)象：數(shù)據(jù)層元數(shù)據(jù)，屬性元數(shù)據(jù)，實(shí)體元數(shù)據(jù)

按在系統(tǒng)中作用：系統(tǒng)級(jí)別元數(shù)據(jù)，應(yīng)用層元數(shù)據(jù)

按作用：說(shuō)明元數(shù)據(jù)，控制元數(shù)據(jù)

元數(shù)據(jù)的主要作用：

幫助用戶獲取數(shù)據(jù)，空間質(zhì)量控制，在數(shù)據(jù)集成中的應(yīng)用

1．幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)、建立數(shù)據(jù)文檔，并保證即使其主要工作人員離退時(shí)，也不會(huì)失去對(duì)數(shù)據(jù)情況的了解；

2.提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)銷售等方面的信息，便于用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)；

3.幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能滿足其需求做出正確的判斷；

4.提供有關(guān)信息，以便用戶處理和轉(zhuǎn)換有用的數(shù)據(jù)。

元數(shù)據(jù)的內(nèi)容

1）對(duì)數(shù)據(jù)集的描述；對(duì)數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)序代（數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史）等的說(shuō)明；

2）對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述，如數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率、元數(shù)據(jù)的比例尺等；

3）對(duì)數(shù)據(jù)處理信息的說(shuō)明，如量綱的轉(zhuǎn)換等；

4）對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述；

5）對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新、集成等的說(shuō)明。

地圖數(shù)字化：手扶跟蹤數(shù)字化、掃描數(shù)字化

手扶跟蹤數(shù)字化：點(diǎn)方式，流方式（距離流方式，時(shí)間流方式）

地物要素必須使用點(diǎn)輸入方式，先與多邊形地物錄入可以使用點(diǎn)方式，在輸入時(shí)輸入者可以采取曲線上的采樣點(diǎn)而采用點(diǎn)必須能夠反映曲線特點(diǎn)

，等高線錄如數(shù)據(jù)量大，用流方式可以加快錄入速度

距離流方式是當(dāng)前接受的點(diǎn)與上一點(diǎn)距離超過(guò)一定閾值才記錄該點(diǎn)

時(shí)間流是按照一定的時(shí)間間隔對(duì)接收的點(diǎn)進(jìn)行采樣；，

采用時(shí)間流方式錄入時(shí)，一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)錄入曲線比較光滑的時(shí)候，錄入人員往往移動(dòng)游標(biāo)比較快，這樣記錄點(diǎn)的數(shù)目少，而曲線彎曲時(shí)，游標(biāo)移動(dòng)較慢，記錄點(diǎn)的數(shù)目就多。而采用距離劉時(shí)，容易遺漏曲線拐點(diǎn)，從而使曲線形狀失真，所以在保證曲線的形狀方面，時(shí)間流方式要優(yōu)于距離流方式

線壓縮應(yīng)滿足的條件保持曲線的形狀特征

保持曲線特征轉(zhuǎn)折點(diǎn)的精度

保持曲線空間關(guān)系的正確

一)道格拉斯——普克法

曲線的首末點(diǎn)連一直線，計(jì)算偏離該直線最遠(yuǎn)的點(diǎn)，用該點(diǎn)到直線的最大距離dmax與限差L進(jìn)行比較:

dmax<L,

則首末點(diǎn)之間的所有點(diǎn)將被刪除;

dmax≧L,則保留對(duì)應(yīng)點(diǎn)，以該點(diǎn)為界將曲線分為兩段，對(duì)每一段重復(fù)使用該方法.

優(yōu)點(diǎn)：可以有效保留曲線上的特征點(diǎn)，精度高

缺點(diǎn)：計(jì)算量較大

二）垂距法：依次計(jì)算曲線的中間點(diǎn)（首末點(diǎn)以外的其它

點(diǎn)）到其兩相鄰點(diǎn)連線的距離（偏差d），如

該距離大于限差(L)，相應(yīng)點(diǎn)保留，否則刪除

優(yōu)點(diǎn)：

只考慮刪除共線和近似共線的點(diǎn)，算法簡(jiǎn)單，速度快

缺點(diǎn)：

有時(shí)會(huì)將曲線的夾角去掉，抽樣或壓縮精度不高，有可能刪除偏差大于限差的點(diǎn)

三）光欄法：根據(jù)給定的光欄口徑L,定義一個(gè)扇形區(qū)域，通過(guò)判斷曲線上的點(diǎn)在扇形外還是在扇形內(nèi)，確定保留還是舍去

優(yōu)點(diǎn)：以曲線上相鄰三點(diǎn)為處理范圍，速度快，能夠根據(jù)前點(diǎn)刪除與否動(dòng)態(tài)調(diào)整光欄口徑，精度較高。

缺點(diǎn)：算法復(fù)雜

幾種方法的比較

.

大多數(shù)情況下道格拉斯——普克法的壓縮算法較好，但必須在對(duì)整條曲線數(shù)字化完成后才能進(jìn)行，且計(jì)算量較大；

.光欄法的壓縮算法也很好，并且可在數(shù)字化時(shí)實(shí)時(shí)處理，每次判斷下一個(gè)數(shù)字化的點(diǎn)，且計(jì)算量較小；

.垂距法算法簡(jiǎn)單，速度快，但有時(shí)會(huì)將曲線的彎曲極值點(diǎn)p值去掉而失真。

掃描矢量化：

將柵格圖像轉(zhuǎn)換為矢量地圖的步驟：圖像二值化：圖像二值化用于從原始掃描圖像計(jì)算得到黑白二值圖像，通常將圖像上的白色區(qū)域的柵格點(diǎn)賦值0，黑色區(qū)域?yàn)?，黑色區(qū)域?qū)?yīng)了要矢量化提取的地物，又稱前景

平滑：用于去除圖像中的隨機(jī)噪聲，通常表現(xiàn)為斑點(diǎn)

細(xì)化：細(xì)化將一條先細(xì)化為只有一個(gè)像素寬，細(xì)化是矢量化過(guò)程中的重要步驟，也是矢量化的基礎(chǔ)

鏈?zhǔn)骄幋a：鏈?zhǔn)骄幋a將細(xì)化后的圖像轉(zhuǎn)換為點(diǎn)鏈的集合，其中每個(gè)點(diǎn)鏈對(duì)應(yīng)一個(gè)弧段

矢量線提取：將每個(gè)點(diǎn)鏈轉(zhuǎn)化成一條矢量線

除了上面的五個(gè)步驟外，還需圖像拼接和剪裁

去毛刺模板

0

0

0

0

1

0

X

X

X

去孔洞

模板：

X

1

X

1

0

1

Ｘ

Ｘ

Ｘ

造成數(shù)字化錯(cuò)誤原因：

遺漏某些實(shí)體

，某些實(shí)體重復(fù)輸入

，定位不準(zhǔn)確

圖像細(xì)化對(duì)細(xì)化的一般要求是：

.保證細(xì)化后曲線的連通性.

２

細(xì)化結(jié)果是原曲線的中心線

３保留細(xì)線端點(diǎn)

常用細(xì)化算法有：內(nèi)接圓法、異步算法、快速并行算法、并行八邊算法等

細(xì)化算法：

①

對(duì)于柵格圖像中的每個(gè)點(diǎn)p，進(jìn)行如下操作：如果2.小于等于N(p).

小于等于6并且T(p)=1并且pNpSpE=0并且pWpEpS=0則標(biāo)志p點(diǎn)；

②將所有被標(biāo)志的柵格點(diǎn)賦值為0，如果沒(méi)有被標(biāo)志的點(diǎn)，則算法結(jié)束；

③對(duì)于柵格圖像中的每個(gè)點(diǎn)p，進(jìn)行如下操作：如果2.

小于等于N(p)

小于等于.6并且T(p)=1并且pNpSpW=0并且pWpEpN=0則標(biāo)志p點(diǎn)；

④將所有被標(biāo)志的柵格點(diǎn)賦值為0，如果沒(méi)有被標(biāo)志的點(diǎn)，則算法結(jié)束；

⑤轉(zhuǎn)到第一步

建立拓樸關(guān)系

建立拓?fù)潢P(guān)系，主要是關(guān)注實(shí)體之間的連接、相鄰關(guān)系，而節(jié)點(diǎn)的位置、弧段的具體形狀等非拓?fù)鋵傩詣t不影響拓?fù)涞慕⑦^(guò)程。

算法步驟：

（1）得到第一條弧段A，并設(shè)置為當(dāng)前弧段；

（2）判斷PL(A)和PR(A)是否為空。如果都非空，轉(zhuǎn)到第一步，當(dāng)所有弧段處理完畢后，算法結(jié)束；

（3）如果左多邊形為空，則創(chuàng)建一個(gè)新的多邊形P，多邊形的第一條弧段為當(dāng)前弧段，并設(shè)置PL(A)=P，設(shè)置搜尋起始節(jié)點(diǎn)為N0=Ns(A)，搜尋當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為NC=NE(A)。如果右多邊形為空，則創(chuàng)建一個(gè)新的多邊形P，多邊形的第一條弧段為當(dāng)前弧段，并設(shè)置PR(A)=P，設(shè)置搜尋起始節(jié)點(diǎn)N0=NE(A)，搜尋當(dāng)前節(jié)點(diǎn)NC=NS(A)。

（4）判斷N0和NC是否相等，如果是，則多邊形所有弧段都已經(jīng)找到，轉(zhuǎn)到第一步。

（5）檢查與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)相連接的、已經(jīng)排列好的弧段序列，將當(dāng)前弧段的下一條弧段A'作為多邊形的第二條弧段。

（6）如果NC=NS(A

')，設(shè)置PL(A

')=P，令NC=NE(A')；如果NC=

NE(A')，設(shè)置PR(A

')=P，令NC=NS(A')，轉(zhuǎn)到第四步。

GIS中引入拓?fù)潢P(guān)系的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：描述點(diǎn)、線、面的空間關(guān)系不完全依賴于具體的坐標(biāo)位置。空間關(guān)系信息豐富、簡(jiǎn)潔，數(shù)據(jù)冗余小。方便多邊形和多邊形的疊合。便于檢查數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中的錯(cuò)誤。

缺點(diǎn)：拓?fù)潢P(guān)系建立過(guò)程比較復(fù)雜

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身復(fù)雜

六）建立

拓?fù)潢P(guān)系的意義

空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系對(duì)GIS的數(shù)據(jù)處理和空間分析具有重要意義

１

拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實(shí)體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系

不需要利用坐標(biāo)或距離就可以確定一個(gè)地理實(shí)體相對(duì)于另一個(gè)地理實(shí)體的空間位置關(guān)系并且這種拓?fù)鋽?shù)據(jù)較之幾何數(shù)據(jù)具有更大的穩(wěn)定性，即它不隨地圖投影而變化.

２

有助于空間要素的查詢，利用拓?fù)潢P(guān)系可以解決許多實(shí)際問(wèn)題

３

根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實(shí)體。

拓?fù)潢P(guān)系：是指網(wǎng)結(jié)構(gòu)元素結(jié)點(diǎn)，弧段，面域之間的空間關(guān)系；主要表現(xiàn)為拓?fù)溧徑樱負(fù)潢P(guān)聯(lián)，拓?fù)浒?/p>

空間數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn)：1數(shù)據(jù)量特別大

2，不僅有地理要素的屬性數(shù)據(jù)，還有大量的空間數(shù)據(jù)

3，

數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛

地理信息系統(tǒng)和一般管理系統(tǒng)區(qū)別：

在硬件上：為了處理圖形和圖像數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要配置專門的輸入和輸出設(shè)備。如數(shù)字化儀、繪圖機(jī)、圖形圖像的顯示設(shè)備等

在軟件上：要求研制專門的圖形和圖像數(shù)據(jù)的分析算法和處理軟件，這些算法和軟件又直接和數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫(kù)的管理方法有關(guān)

在信息處理的內(nèi)容和采用目的方面

：一般的管理信息系統(tǒng)，主要是查詢檢索和統(tǒng)計(jì)分析，處理的結(jié)果，大多是制成某種規(guī)定格式的表格數(shù)據(jù)，而地理信息系統(tǒng)，除了基本的信息檢索和統(tǒng)計(jì)分析外，主要用于分析研究資源基于空間的合理開(kāi)發(fā)利用，輸出形式除表外，還有大量的各種專題圖

數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)組織：

數(shù)據(jù)項(xiàng)，記錄，文件，數(shù)據(jù)庫(kù)

常用的數(shù)據(jù)文件：順序文件，索引文件，直接文件，倒排文件

決定柵格單元代碼的方式：

中心點(diǎn)法，面積占優(yōu)法，重要性法，百分比法，

柵格數(shù)據(jù)編碼方法：直接編碼，壓縮編碼

壓縮編碼：鏈碼，游程長(zhǎng)度編碼，塊碼，四叉樹

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型是以記錄組或數(shù)據(jù)表的形式組織數(shù)據(jù)，以便于利用各種地理實(shí)體與屬性之間的關(guān)系進(jìn)行存儲(chǔ)和變換，不分層也無(wú)指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。

柵格結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是：屬性明顯；.定位隱含；.易于存儲(chǔ)；.算法簡(jiǎn)單；

.地表是不連續(xù)，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn)：1數(shù)據(jù)量特別大

2，不僅有地理要素的屬性數(shù)據(jù)，還有大量的空間數(shù)據(jù)

3，

數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛

地理信息系統(tǒng)和一般管理系統(tǒng)區(qū)別：

在硬件上：為了處理圖形和圖像數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要配置專門的輸入和輸出設(shè)備。如數(shù)字化儀、繪圖機(jī)、圖形圖像的顯示設(shè)備等

在軟件上：要求研制專門的圖形和圖像數(shù)據(jù)的分析算法和處理軟件，這些算法和軟件又直接和數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫(kù)的管理方法有關(guān)

在信息處理的內(nèi)容和采用目的方面

：一般的管理信息系統(tǒng)，主要是查詢檢索和統(tǒng)計(jì)分析，處理的結(jié)果，大多是制成某種規(guī)定格式的表格數(shù)據(jù)，而地理信息系統(tǒng)，除了基本的信息檢索和統(tǒng)計(jì)分析外，主要用于分析研究資源基于空間的合理開(kāi)發(fā)利用，輸出形式除表外，還有大量的各種專題圖

數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)組織：

數(shù)據(jù)項(xiàng)，記錄，文件，數(shù)據(jù)庫(kù)

常用的數(shù)據(jù)文件：順序文件，索引文件，直接文件，倒排文件

決定柵格單元代碼的方式：

中心點(diǎn)法，面積占優(yōu)法，重要性法，百分比法，

柵格數(shù)據(jù)編碼方法：直接編碼，壓縮編碼

壓縮編碼：鏈碼，游程長(zhǎng)度編碼，塊碼，四叉樹

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型是以記錄組或數(shù)據(jù)表的形式組織數(shù)據(jù)，以便于利用各種地理實(shí)體與屬性之間的關(guān)系進(jìn)行存儲(chǔ)和變換，不分層也無(wú)指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。

柵格結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是：屬性明顯；.定位隱含；.易于存儲(chǔ)；.算法簡(jiǎn)單；

.地表是不連續(xù)，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)

游程編碼基本思想是：按行或列掃描，將相鄰等值的像元合并，并記錄代碼的重復(fù)個(gè)數(shù)。

一種編碼方案是，只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同的代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)

另一種游程長(zhǎng)度編碼方案就是逐個(gè)記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼。

游程長(zhǎng)度編碼特點(diǎn)：

.優(yōu)點(diǎn).壓縮效率較高，且易于檢索

.疊加合并等操作，運(yùn)算簡(jiǎn)單，適用于機(jī)器存儲(chǔ)容量小，數(shù)據(jù)需大量壓縮，而又要避免復(fù)雜的編碼解碼運(yùn)算增加處理和操作時(shí)間的情況。

缺點(diǎn)：

對(duì)于圖斑破碎，屬性和邊界多變的數(shù)據(jù)壓縮效率較低，甚至壓縮后的數(shù)據(jù)量比原始數(shù)據(jù)大。

（四）四叉樹編碼

基本思想：

.將整個(gè)圖像區(qū)逐步分解為一系列被單一類型區(qū)域內(nèi)含的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)柵格象元

.分割的原則是將圖像區(qū)域劃分為四個(gè)大小相同的象限，而每個(gè)象限又可根據(jù)一定規(guī)則判斷是否繼續(xù)等分為次一層的四個(gè)象限

.其終止判據(jù)是，不管是哪一層上的象限，只要?jiǎng)澐值絻H代表一種地物或符合既定要求的少數(shù)幾種地物時(shí)，則不再繼續(xù)劃分，否則一直劃分到單個(gè)柵格象元為止。

四叉樹編碼特點(diǎn)：

.優(yōu)點(diǎn).對(duì)于團(tuán)塊圖像，四叉樹表示法占用空間比其他表示法要少得多，四叉樹表示法基本上是一種非冗余表示法。

.具有可變的分辨率，樹的深度隨數(shù)據(jù)的破碎程度而變化，并且有區(qū)域性質(zhì)，

.壓縮數(shù)據(jù)靈活，許多數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換運(yùn)算可以在編碼數(shù)據(jù)上直接實(shí)現(xiàn)，大大地提高了運(yùn)算效率

常見(jiàn)柵格壓縮編碼方法總結(jié)

.鏈碼的壓縮效率較高，已經(jīng)近矢量結(jié)構(gòu)，對(duì)邊界的運(yùn)算比較方便，但不具有區(qū)域的性質(zhì)，區(qū)域運(yùn)算困難；

.游程長(zhǎng)度編碼既可以在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度地保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易；

.塊碼和四叉樹碼具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，四叉樹編碼可以直接進(jìn)行大量圖形圖像運(yùn)算，效率較高，是很使用較廣泛的方法。

矢量格式想柵格格式的轉(zhuǎn)換：

內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法，復(fù)數(shù)積分算法，射線算法和掃描算法，邊界代數(shù)算法

射線算法：

由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引射線，判斷射線與多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，如為偶數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形內(nèi)部

復(fù)數(shù)積分算法：

對(duì)全部柵格陣列逐個(gè)柵格單元地判斷該柵格歸屬的多邊形編碼，判別方法是由待判點(diǎn)對(duì)每個(gè)多邊形的封閉邊界計(jì)算復(fù)數(shù)積分，對(duì)某個(gè)多邊形，如果積分值為2π.r，則該待判點(diǎn)屬于此多邊形，賦以多邊形編號(hào)，否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。

邊界代數(shù)算法；

(1)單多邊形轉(zhuǎn)換。

.多邊形編號(hào)為a，初始化的柵格陣列各柵格值為零

.由多邊形邊界上某點(diǎn)開(kāi)始順時(shí)針?biāo)阉鬟吔缇€，當(dāng)邊界上行時(shí)，位于該邊界左側(cè)的具有相同行坐標(biāo)的所有柵格被減去a；

.當(dāng)邊界下行時(shí)，該邊界左邊（前進(jìn)方向看為右側(cè)）所有柵格點(diǎn)加一個(gè)值a

.邊界搜索完畢則完成了多邊形的轉(zhuǎn)換

(二)柵格向矢量轉(zhuǎn)換四個(gè)基本步驟：

.多邊形邊界提取：采用高通濾波將柵格圖像二值化或以特殊值標(biāo)識(shí)邊界點(diǎn)；

.邊界線追蹤：對(duì)每個(gè)邊界弧段由一個(gè)結(jié)點(diǎn)向另一個(gè)結(jié)點(diǎn)搜索，通常對(duì)每個(gè)已知邊界點(diǎn)需沿除了進(jìn)入方向的其他7個(gè)方向搜索下一個(gè)邊界點(diǎn)，直到連成邊界弧段；

拓?fù)潢P(guān)系生成：對(duì)于矢量表示的邊界弧段數(shù)據(jù)，判斷其與原圖上各多邊形的空間關(guān)系，以形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系；

.去除多余點(diǎn)及曲線圓滑：搜索是逐個(gè)柵格進(jìn)行的，必須去除由此造成的多余點(diǎn)記錄，以減少數(shù)據(jù)冗余；搜索結(jié)果，曲線由于柵格精度的限制可能不夠圓滑，需采用一定的插補(bǔ)算法進(jìn)行光滑處理，常用的算法有：線形迭代法；分段三次多項(xiàng)式插值法；正軸拋物線平均加權(quán)法；斜軸拋物線平均加權(quán)法；樣條函數(shù)插值法

空間索引定義：

是依據(jù)空間對(duì)象的位置和形狀或空間對(duì)象之間的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含空間對(duì)象的概要信息，如對(duì)象的標(biāo)識(shí)、外接矩形及指向空間對(duì)象實(shí)體的指針。

索引類型：格網(wǎng)型空間索引，ＢＳＰ樹空間索引，ＫＤＢ樹空間索引，Ｒ樹Ｒ＋樹，ＣＥＬＬ樹。

R樹根據(jù)地物的最小外包矩形建立（圖7-20），可以直接對(duì)空間中占據(jù)一定范圍的空間對(duì)象進(jìn)行索引。R樹的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)N都對(duì)應(yīng)著磁盤頁(yè)D（N）和區(qū)域I（N），如果結(jié)點(diǎn)不是葉結(jié)點(diǎn)，則該結(jié)點(diǎn)的所有子結(jié)點(diǎn)的區(qū)域都在區(qū)域I（N）的范圍之內(nèi)，而且存儲(chǔ)在磁盤頁(yè)D（N）中；如果結(jié)點(diǎn)是葉結(jié)點(diǎn)，那么磁盤頁(yè)D（N）中存儲(chǔ)的將是區(qū)域I（N）范圍內(nèi)的一系列子區(qū)域，子區(qū)域緊緊圍繞空間對(duì)象，一般為空間對(duì)象的外接矩形。

空間分析是對(duì)分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱。根據(jù)作用的數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，可以分為：

.基于空間圖形數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算

.基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運(yùn)算；

.空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)算。

空間查詢定義:

在GIS中根據(jù)一定的圖形條件或?qū)傩詶l件或兩者的結(jié)合條件,檢索出對(duì)應(yīng)的空間對(duì)象的屬性或圖形的一種工具

空間查詢類型：

按屬性信息的要求來(lái)查詢定位空間位置，稱為“屬性查圖形”。

根據(jù)對(duì)象的空間位置查詢有關(guān)屬性信息，稱為“圖形查屬性”。

該查詢通常分為兩步：

①首先借助空間索引，在地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中快速檢索出被選空間實(shí)體

②根據(jù)空間實(shí)體與屬性的連接關(guān)系即可得到所查詢空間實(shí)體的屬性列表。

空間查詢方式有：

.基于空間關(guān)系查詢

.基于空間關(guān)系和屬性特征查詢

.地址匹配查詢

基于柵格的空間變換：?jiǎn)吸c(diǎn)變換，鄰域變換，

區(qū)域變換

疊加分析是將有關(guān)主題層組成的數(shù)據(jù)層面，進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新數(shù)據(jù)層面的操作，其結(jié)果綜合了原來(lái)兩層或多層要素所具有的屬性。

地理信息系統(tǒng)疊加分析可以分為以下幾類：

.視覺(jué)信息疊加

.點(diǎn)與多邊形疊加

.線與多邊形疊加

.多邊形疊加

.柵格圖層疊加。

(一)路徑分析

.靜態(tài)求最佳路徑：在給定每條鏈上的屬性后，求最佳路徑。

.N條最佳路徑分析：確定起點(diǎn)或終點(diǎn)，求代價(jià)最小的N條路徑，因?yàn)樵趯?shí)踐中最佳路徑的選擇只是理想情況，由于種種因素而要選擇近似最優(yōu)路徑。

.最短路徑或最低耗費(fèi)路徑：確定起點(diǎn)、終點(diǎn)和要經(jīng)過(guò)的中間點(diǎn)、中間連線，求最短路徑或最小耗費(fèi)路徑。

.動(dòng)態(tài)最佳路徑分析：實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中權(quán)值是隨權(quán)值關(guān)系式變化的，可能還會(huì)臨時(shí)出現(xiàn)一些障礙點(diǎn)，需要?jiǎng)討B(tài)的計(jì)算最佳路徑。

空間插值常用于將離散點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，以便與其它空間現(xiàn)象的分布模式進(jìn)行比較，它包括：

.空間內(nèi)插：空間內(nèi)插算法是一種通過(guò)已知點(diǎn)的數(shù)據(jù)推求同一區(qū)域其它未知點(diǎn)數(shù)據(jù)的計(jì)算方法；

.空間外推：空間外推算法則是通過(guò)已知區(qū)域的數(shù)據(jù)，推求其它區(qū)域數(shù)據(jù)的方法。

整體插值方法：邊界內(nèi)插方法，趨勢(shì)面分析，變換函數(shù)插值

局部插值方法：最近鄰點(diǎn)法——泰森多邊形

移動(dòng)平均插值法－距離倒數(shù)插值

樣條函數(shù)插值法；

1）最近鄰點(diǎn)法：泰森多邊形方法

泰森多邊形（Thiessen)

采用了一種極端的邊界內(nèi)插方法，只用最近的單個(gè)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域插值。

泰森多邊形按數(shù)據(jù)點(diǎn)位置將區(qū)域分割成子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域包含一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，各子區(qū)域到其內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離小于任何到其它數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離，并用其內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行賦值。

連接所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的連線形成Delaunay三角形，與不規(guī)則三角網(wǎng)TIN具有相同的