地理信息系統(tǒng)原理復習整理

1、地理信息系統(tǒng)是一種特定的、十分重要的空間型信息系統(tǒng)，是在計算機硬件、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數(shù)據進行采集、處理、存儲、管理、分析(計算)、顯示和描述的技術系統(tǒng)。(李建松, 2006)地理信息系統(tǒng)處理的對象是多種類型的地理空間實體數(shù)據及其關系地理信息系統(tǒng)的四個特征：1）GIS的外殼是計算機化的技術系統(tǒng)，它由若干相互關聯(lián)的子系統(tǒng)構成；（2）地理信息系統(tǒng)操作的對象是空間數(shù)據；（3）地理信息系統(tǒng)的技術優(yōu)勢在于它的數(shù)據綜合、模擬和空間分析評價能力；4）地理信息系統(tǒng)的成功應用強調組織體系和人的因素的作用。地理信息系統(tǒng)主要由五個部分組成： 1） 硬件系統(tǒng)；2）軟

2、件系統(tǒng)；3）地理空間數(shù)據庫；4）空間分析模型；5）人員(系統(tǒng)管理人員、系統(tǒng)開發(fā)人員和數(shù)據處理及分析人員)。 理信息系統(tǒng)五大功能：1、 位置問題：解決在特定的位置有什么或是什么的問題。2、 條件問題：解決符合某些條件的地理實體在哪里的問題。3、 變化趨勢問題：利用綜合數(shù)據分析，識別已發(fā)生或正在發(fā)生的地理事件或現(xiàn)象，或某個地方發(fā)生的某個事件隨時間變化的過程。4、 模式問題：分析已發(fā)生或正在發(fā)生事件的相關原因。5、 模擬問題：某個地區(qū)如果具備某種條件，會發(fā)生什么的問題。元數(shù)據：關于數(shù)據的數(shù)據，提供關于空間數(shù)據、空間數(shù)據庫等的內容、格式、質量指標、說明信息等引導使用的信息。元數(shù)據的主要作用：幫助數(shù)據生

3、產者有效管理和維護空間數(shù)據，建立數(shù)據文檔；提供數(shù)據生產者對數(shù)據產品的說明信息，便于用戶查詢利用空間數(shù)據；提供通過計算機網絡查詢數(shù)據的方法和途徑，便于數(shù)據交換和傳輸；幫助用戶了解數(shù)據的質量信息，對數(shù)據的使用作出正確判斷；提供空間數(shù)據互操作的基礎。元數(shù)據的內容：對數(shù)據庫的描述；對數(shù)據質量的描述；對數(shù)據處理信息的說明；對數(shù)據轉換方法的說明；對數(shù)據庫的更新、集成方法等的說明。工作區(qū)：在GIS的數(shù)據組織中，通常將若干幅地圖形成的區(qū)域當成一個工作單元，稱之為工作區(qū)(workspace)?？臻g數(shù)據互操作：空間數(shù)據互操作是在不同計算機系統(tǒng)、網絡、操作系統(tǒng)和應用程序一起共同作用并共享空間數(shù)據的能力。分布式地理信

4、息系統(tǒng)：在計算機網絡環(huán)境下，以分布式計算的理論技術和計算機網絡技術為應用指導，用來設計地理信息系統(tǒng)中的時空數(shù)據采集、存儲、管理、分析、表現(xiàn)等運算的理論計算模型云計算：是基于互聯(lián)網的超級計算模式即把存儲于個人電腦、移動電話和其他設備上的大量信息和處理器資源集中在一起，協(xié)同工作。在極大規(guī)模上可擴展的信息技術能力向外部客戶作為服務來提供的一種計算方式。空間數(shù)據基礎設施(Spatial Data Infrastructures , SDI)是指為描述地球上地理要素或現(xiàn)象的分布及其屬性的所有地理信息組合，以及對這些地理信息的獲取、處理、存儲、分發(fā)、使用、集成、融合以及互操作等目的，建立一個共享的空間信息

5、框架的建設計劃，包括所需的設備、技術、政策、標準、體系結構和人力資源等。數(shù)字地球是一個多分辨率、多空間尺度的、虛擬表達的三維星球，具有海量的地理空間編碼數(shù)據，可以使用無級放大率進行放大，在空間內的活動是不受限制的，而且在時間空間也是如此“數(shù)字城市”是通過寬帶多媒體信息網絡、地理信息系統(tǒng)等基礎設施平臺，整合城市信息資源，建立電子政務、電子商務、勞動社會保障等信息系統(tǒng)和信息化社區(qū)，實現(xiàn)全市國民經濟和社會信息化，是綜合運用GIS、RS、GPS、寬帶多媒體網絡及虛擬仿真技術，對城市基礎設施功能機制進行動態(tài)監(jiān)測管理以及輔助決策的技術體系。智慧地球、城市：形成所謂“物聯(lián)網”，然后將“物聯(lián)網”與現(xiàn)有的互聯(lián)網

6、整合起來，感知變換，云計算中心處理，智能服務空間信息網格（Spatial Information Grid, SIG）：空間數(shù)據基礎設施提出的交換站點在SIG中被看作網絡結點，由這些分布在全球各地的各類結點形成的網絡稱之為網格。它是以空間信息傳輸、服務和計算為內容的特點的，因此也稱為空間信息網格。掌握概念：DEM、三維GIS空間分析 基于地理對象的位置和形態(tài)的空間數(shù)據的分析技術，其目的在于提取和傳輸空間信息。緩沖區(qū)分析、工作區(qū)、聚合分析疊置分析：同一地區(qū)的不同組地理要素進行疊置，產生新的特征分析方法空間關系是指地理實體之間存在的與空間特性有關的關系，是刻畫數(shù)據組織、查詢、分析和推理的基礎?？臻g

7、關系的描述和表達，是GIS區(qū)別于CAD等計算機圖形處理系統(tǒng)的主要標志?？臻g關系的研究，直接影響GIS的設計、開發(fā)與應用。 要點：矢量數(shù)據和柵格數(shù)據的特點（區(qū)別）（優(yōu)缺點）地理信息系統(tǒng)的構成和五大基本功能最短路徑搜索算法（Dijkstra算法）的基本思想、方法流程空間數(shù)據質量問題的來源、解決方法GIS 的發(fā)展趨勢空間數(shù)據的基本特征（空間特征、屬性特征、時間特征）空間分析的基本流程：分析目的和標準、準備空間操作的數(shù)據、進行空間分析操作、準備表格分析的數(shù)據、進行表格分析、結果的評價和解釋、如需要則改進分析、產生分析結果的最終地圖和報告緩沖區(qū)分析和緩沖區(qū)查詢的區(qū)別第二部分地理空間參照系是表示地理實體的

8、空間參照系統(tǒng)，在GIS中，所有的空間數(shù)據都必須納入統(tǒng)一的地理空間參照系。否則，不同圖層的地圖要素無法在空間上相互配準。主要的地理參照系類型： 地理坐標系、投影坐標系。用平面坐標系表示地面上的任何一點的位置，首先要把曲面展開為平面，但地球表面是不可展開的曲面，因此必須應用投影的方法，建立地球表面與平面上點的函數(shù)關系。投影坐標系統(tǒng)（平面坐標系），將橢球面上的點，通過投影的方法投影到平面上時，通常使用平面坐標系統(tǒng)。GIS的地理空間：通常是指經過投影變換后在笛卡兒坐標系中的地球表層特征空間。地理坐標系轉換 地理坐標之間的直接轉換 經由大地坐標之間的間接轉換坐標轉換的方法可分為三參數(shù)和七參數(shù)兩種方法表達

9、地理信息的地理數(shù)據的幾何空間數(shù)據主要有三種數(shù)據類型：矢量數(shù)據 用坐標對、坐標串和封閉的坐標串表示實體點、線、面的位置及其空間關系的一種數(shù)據格式 一維矢量表示空間中的線狀要素，或者空間實體對象的邊界，包括線段、弦列、拓撲連線、弧段、鏈、環(huán)等。 拓撲連線是兩個結點或節(jié)點的連線，其方向可由結點或節(jié)點的順序確定 。 二維矢量表示地理空間的面狀要素，又稱為多邊形 三維矢量定義三維空間的體元素，是一組或多組閉合曲面包圍的空間對象。柵格數(shù)據 數(shù)字高程模型數(shù)據 數(shù)字高程模型是GIS表示2.5維地形數(shù)據的重要格式 平面坐標和高程數(shù)據包括規(guī)則網格和不規(guī)則三角網（TIN）兩種類型。三種數(shù)據的比較參加書本76地理數(shù)據

10、模型是人們在對地理空間的充分認識與完整的地理空間認知模型（或概念模型）的基礎上，并用計算機能夠識別和處理的形式化語言來定義和描述現(xiàn)實世界地理實體、地理現(xiàn)象及其相互關系的邏輯模型。空間數(shù)據的三個基本特征：空間位置特征、空間屬性特征、空間時間特征空間數(shù)據描述的內容：編碼、位置、行為、屬性、說明、關系空間數(shù)據的分類、分層和空間索引是GIS空間數(shù)據組織的重要方式和內容。分類編碼 數(shù)據分層 物理無縫圖層是直接將圖幅先進行接邊處理，然后將分幅的地圖文件進行合并，得到一個在空間上連續(xù)的圖層。邏輯無縫圖層不改變分幅圖層的物理存儲位置，而是建立跨圖幅地物的索引，實現(xiàn)對地物的跨圖幅操作。三種傳統(tǒng)數(shù)據模型：層次數(shù)據

11、模型、網絡數(shù)據模型和關系數(shù)據模型層次模型是一種樹結構模型，它把數(shù)據按自然的層次關系組織起來，以反映數(shù)據之間的隸屬關系。網絡模型將數(shù)據組織成有向圖結構，圖中的結點代表數(shù)據記錄，連線描述不同結點數(shù)據間的聯(lián)系。（結點數(shù)據之間沒有明確的從屬關系，可表示多對多的關系。）面向對象的地理數(shù)據庫模型 面向對象的地理數(shù)據模型的核心是對復雜對象的模擬和操縱。面向對象地理數(shù)據模型的特點: 可充分利用現(xiàn)有數(shù)據模型的優(yōu)點、具有可擴充性、可以模擬和操縱復雜對象4.3 GIS空間數(shù)據結構空間數(shù)據結構是空間數(shù)據模型在特定的空間數(shù)據庫中，經空間數(shù)據庫的定義語言和數(shù)據描述語言精確描述的存儲模型。1、 無拓撲關系的矢量數(shù)據結構 僅

12、記錄空間對象的位置坐標和屬性數(shù)據，不記錄空間關系。2、 拓撲數(shù)據結構 只有點是相互獨立存儲的，點成線，線成面拓撲關系可以有兩種表達方式，全顯式和半隱含表達。 3、 柵格數(shù)據結構分層的柵格數(shù)據的存儲結構有三種基本方式：基于像元、基于層、基于多邊形4、數(shù)字高程模型數(shù)據結構 兩種存儲形式 規(guī)則格網 TIN兩種數(shù)據結構的比較格網點數(shù)據結構簡單，但表達地形的精度較差，與影像的疊加吻合不好，對地形變化較大的地區(qū)精度更差。另外，關于地性線等線性不容易添加，湖泊等水平區(qū)域的不容易表達。不規(guī)則三角網則可避免上述情況，表達地形的質量總體好于格網點，但數(shù)據結構較復雜，表達地形的面積較大時，效率不高。4.4 GIS空

13、間數(shù)據庫GIS空間數(shù)據具有以下特點：數(shù)據量特別大、具有地理空間數(shù)據和屬性數(shù)據、數(shù)據結構復雜、數(shù)據應用面相當廣、數(shù)據應用層次多等。GIS時空數(shù)據表達方法：基于位置、基于實體、基于時間GIS互操作 第三部分由于數(shù)據在獲取過程都不同程度的存在錯誤或誤差，以及空間數(shù)據庫對數(shù)據組織管理的需要，都需要對數(shù)據進行編輯和處理。GIS數(shù)據源 遙感圖像 大面積的、動態(tài)的、近實時、有利GIS數(shù)據更新） 地圖 手扶跟蹤數(shù)字化 掃描數(shù)字化獲取 可微觀可宏觀 注意變形 投影變換 文本資料 有關法律文檔、行業(yè)規(guī)范、技術標準、條文條例等 統(tǒng)計資料 實測數(shù)據 野外試驗、實地測量、GPS 多媒體數(shù)據 城市視頻數(shù)據 已有系統(tǒng)的數(shù)據

14、 拓展了數(shù)據的可用性，增加了數(shù)據的潛在價值 可歸納為原始采集數(shù)據、再生數(shù)據和交換數(shù)據三種來源。 數(shù)據數(shù)字化的四種形式 數(shù)字線劃圖， DLG, Digital Line Graph 數(shù)字柵格地圖，DRG, Digital Raster Graph 數(shù)字正射影像，DOM, Digital Orthophoto Map 數(shù)字高程模型，DEM, Digital Elevation Model 數(shù)據集是一個結構化的相關數(shù)據的集合體，包括數(shù)據本身和數(shù)據間的關系。 GIS的主要數(shù)據集包括：DLG, DRG, DOM, DEM和屬性數(shù)據（包括社會經濟數(shù)據）、 專業(yè)領數(shù)據等。GIS數(shù)據采集方法 對于矢量地圖數(shù)據

15、，可用平板數(shù)字化儀，采用手扶跟蹤的方法輸入，也可用掃描儀掃描成圖像后，用柵格數(shù)據矢量化的方法自動追蹤輸入。GIS數(shù)據獲取的高級技術 電子平面測量系統(tǒng)、移動測圖系統(tǒng)、激光掃描系統(tǒng)（直接獲取高程點，可以生成DEM）、 干涉雷達系統(tǒng)、機載光學航空相機系統(tǒng)、機載雷達系統(tǒng)、機載數(shù)字傳感器系統(tǒng)、LiDAR (Light Detection And Ranging, LiDAR) LiDAR的特點：（1）高密度，充分獲取目標表面特征，能夠提供密集的點陣（或點云）數(shù)據(點間距可以小于1米)；（2）能夠穿透植被的葉冠；（3）實時、動態(tài)系統(tǒng)，主動發(fā)射測量信號，不需要外部光源；（4）不需要或很少需要進入測量現(xiàn)場；（

16、5）可同時測量地面和非地面層；（6）數(shù)據的絕對精度在0.30米以內；（7）24小時全天候工作；（8）具有迅速獲取數(shù)據的能力。空間數(shù)據編輯（完成GIS的空間數(shù)據在裝入GIS的地理數(shù)據庫前的各種工作） 圖形數(shù)據的編輯 結點、線、多邊形 圖形數(shù)據的幾何糾正 仿射變形（仿射變換解決 六個參數(shù)）、相似變形（相似變換解決 四個參數(shù)）、 透視變形（透視變換 九個參數(shù)） 圖幅的拼接 幾何裂縫（必須消除）或邏輯裂縫 為建立無縫圖層 合并 網絡特征元素的編輯 由幾何網絡和邏輯網絡兩部分組成 邏輯網絡沒有坐標，沒有幾何特征，但有元素。1.簡單邊界的連接2.復雜邊界連接（子、主）3.復雜的連接點4.流向定義5.網絡其

17、它屬性定義 文本數(shù)據的編輯主要是對屬性表數(shù)據和注記數(shù)據。GIS空間數(shù)據處理3.3.1 空間數(shù)據的拓撲關系生成 歐拉定理的用途是用于拓撲檢驗。 點、線拓撲關系的建立實質是建立結點弧段、弧段結點的關系表格3.3.2 空間數(shù)據的壓縮編碼 分為矢量數(shù)據壓縮（有損）和柵格數(shù)據壓縮方法。矢量數(shù)據壓縮（有損） 1) 道格拉斯普克法(DouglasPeucker) 算法思想：對每一條曲線的首末點虛連一條直線，求所有點與直線的距離，并找出最大距離值d-max，用d-max與限差D相比： 若d-maxD，這條曲線上的中間點全部舍去； 若d-maxD，保留d-max對應的坐標點，并以該點為界，把曲線分為兩部分，對這

18、兩部分重復使用該方法。2) 垂距法：算法思想：每次順序取曲線上的三個點，計算中間點與其它兩點連線的垂線距離d，并與限差D比較。若dD，則中間點去掉；若dD，則中間點保留。然后順序取下三個點繼續(xù)處理，直到這條線結束。3)光欄法: 定義一個扇形區(qū)域，通過判斷曲線上的點在扇形外還是在扇形內，確定保留還是舍去。柵格數(shù)據壓縮1、 直接柵格編碼2、 游程長度(行程)編碼 利用相鄰像元的值的相關性 基本思想：按行掃描，將相鄰等值的像元合并，并記錄代碼的重復個數(shù)。 特點：壓縮效率較高，疊加、合并等運算簡單，編碼和解碼運算快。3、 四叉樹編碼 最有效的柵格數(shù)據壓縮編碼方法之一 基本思路：將2n2n像元組成的圖像

19、(不足的用背景補上)所構成的二維平面，按四個象限進行遞歸分割，直到子象限的數(shù)值單調為止，最后得到一顆四分叉的倒向樹，該樹最高為n級。 又分為 常規(guī)四叉樹（多記錄中間結點）、線性四叉樹（僅記錄葉結點、使用地址碼）線性四叉樹編碼的優(yōu)點：壓縮效率高，壓縮和解壓縮比較方便，陣列各部分的分辯率可不同，既可精確地表示圖形結構，又可減少存貯量，易于進行大部分圖形操作和運算。缺點：不利于形狀分析和模式識別，即具有圖形編碼的不定性，如同一形狀和大小的多邊形可得出完全不同的四叉樹結構。3.3.3 空間數(shù)據的格式轉換三個方面的內容：空間定位信息、空間關系信息、屬性信息數(shù)據格式轉換的方式1、 通過外部數(shù)據交換文件進行

20、 三次轉換 數(shù)據分類、定義的不一致易造成信息丟失2、 通過標準空間數(shù)據文件轉換 需要定義定義標準的空間數(shù)據交換文件標準 兩次轉換3、 通過標準的API函數(shù)進行轉換 OpenGIS協(xié)會要求每個GIS軟件應該提供一套標準的API函數(shù)3.3.4 矢量柵格數(shù)據的轉換（1）矢量柵格轉換1）點的柵格化 簡單的坐標變換2）線的柵格化 線是由多個直線段組成的，因此，線的柵格化的核心就是直線段如何由矢量數(shù)據轉換為柵格數(shù)據。DDA法(數(shù)字微分分析法)和Bresenham法。 3）面(多邊形)的柵格化 內部點擴散法 種子點 可能造成阻塞而造成擴散不能完成，或可能擴散出去。 掃描法 計算量較大 邊填充算法 算法簡單

21、增加了運算量。為減少訪問象素的次數(shù)，可引入柵欄。（2）柵格矢量轉換 柵格數(shù)據到矢量數(shù)據轉換的一般過程可描述為：1） 二值化 選取一個閾值2） 二值圖像的預處理 飛白、污點、線劃邊緣凹凸不平 人機交互處理外，算法自動處理3） 細化 剝除輪廓邊緣的點，使之成為線劃寬度只有一個象元的骨架圖形。既保留了原圖形的絕大部分特征，又便于下一步的跟蹤處理。4） 追蹤 把骨架圖轉換為矢量圖形的坐標序列 朝該點的8個方向追蹤點 5） 拓撲化 找出線的端點和結點，以及孤立點 形成結點和孤段再自動拓撲化GIS空間數(shù)據的質量 GIS的數(shù)據質量是指GIS中空間數(shù)據(幾何數(shù)據和屬性數(shù)據)在表達空間位置、屬性和時間特征時所能

22、達到的準確性、一致性、完整性以及三者統(tǒng)一性的程度。 GIS數(shù)據質量研究的目的是建立一套空間數(shù)據的分析和處理的體系，包括誤差源的確定、誤差的鑒別和度量方法、誤差傳播的模型、控制和削弱誤差的方法等，使未來的GIS在提供產品的同時，附帶提供產品的質量指標，即建立GIS產品的合格證制度。 研究GIS數(shù)據質量的意義：評定GIS的算法、減少GIS設計與開發(fā)的盲目性都具有重要意義，如果不考慮GIS的數(shù)據質量，那么當用戶發(fā)現(xiàn)GIS的結論與實際的地理狀況相差較大時，GIS會失去信譽。GIS數(shù)據質量的基本內容：（1）準確度：用來定義地理實體位置、時間和屬性的量測值與真值之間的接近程度。（2）精度：定義為空間數(shù)據表

23、達的精確程度或精細程度。 位置精度：又稱空間精度，是指在空間特征的精度，如數(shù)學基礎、平面精度、高程精度等，用以描述幾何數(shù)據的質量。 屬性精度：如要素分類的正確性、屬性編碼的正確性、注記的正確性等，用以反映屬性數(shù)據的質量。 時間精度：事件能被識別的最小持續(xù)時間。（3）邏輯一致性：如多邊形的閉合精度、結點匹配精度、拓撲關系的正確性等。（4）完備性：如數(shù)據分類的完備性、實體類型的完備性、屬性數(shù)據的完備性、注記的完整性等。（5）現(xiàn)勢性：如數(shù)據的采集時間、數(shù)據的更新時間等。空間數(shù)據的誤差類型 分為源誤差和處理誤差（1） 源誤差源誤差是指數(shù)據采集和錄入中產生的誤差，包括：1遙感數(shù)據：攝影平臺、傳感器的結構

24、及穩(wěn)定性、分辯率等。2測量數(shù)據：人差(對中誤差、讀數(shù)誤差等)、儀差(儀器不完善、缺乏校驗、未作改正等)、環(huán)境(氣候、信號干擾等)。3屬性數(shù)據：數(shù)據的錄入、數(shù)據庫的操作等。4GPS數(shù)據：信號的精度、接收機精度、定位方法、處理算法等。5地圖：控制點精度，編繪、清繪、制圖綜合等的精度。6地圖數(shù)字化精度：紙張變形、數(shù)字化儀精度、操作員的技能等。（2） 處理誤差處理誤差是指GIS對空間數(shù)據進行處理時產生的誤差1幾何糾正：幾何糾正所用控制點的精度、糾正的數(shù)學模型精度是產生這類誤差的主要原因。2坐標變換：控制點的布局、精度、轉換的數(shù)學模型是產生這類誤差的主要原因。3幾何數(shù)據的編輯：在編輯過程中，結點、線的移

25、動，交點的增加、刪除、移動等都會產生編輯誤差。4屬性數(shù)據的編輯：屬性取值的合理性是主要誤差產生原因。5空間分析(如多邊形疊置等)：疊加算法的自動取舍、誤差容限的給定是主要原因。6圖形化簡(如數(shù)據壓縮)：壓縮算法是主要原因。7數(shù)據格式轉換：數(shù)據格式轉換會丟失數(shù)據信息，如拓撲關系信息、屬性信息等。8計算機截斷誤差：與算法規(guī)則有關。9空間內插：與內插的算法有關，與數(shù)據點的分布有關。10矢量柵格數(shù)據的相互轉換：與算法有關，與二值化和細線化有關。二值化和細線化會影響線的中心位置的確定。柵格分辨率也是影響因素。（3） GIS中的誤差傳播 （代數(shù)關系、邏輯關系、推理關系）GIS中對數(shù)據質量檢查的方法： 直接

26、評價 計算機自動檢測 隨機抽樣間接評價（通過外部知識或信息進行推理來確定）非定量描述 對數(shù)據質量的各組成部分的評價結果進行的綜合分析來確定數(shù)據的總體質量3.4.3 空間數(shù)據的不確定性空間數(shù)據不確定性的概念：GIS中處理自然和人為環(huán)境數(shù)據時，會產生空間數(shù)據多種形式的不確定性。不確定性（Uncertainty）是指在空間、時間和屬性方面，所表現(xiàn)的某種特性不能被數(shù)據收集者或使用者準確確定的特性。如圖形的邊界位置、時間發(fā)生的準確時刻、空間數(shù)據的分類以及屬性值的準確度量等問題。不確定性最本質的問題在于如何定義被檢驗的對象類和單個對象能完整定義 為概率問題未能完整定義 模糊集合理論處理多義性情況 解決不一

27、致的分類系統(tǒng)第四部分空間分析模型的作用1、空間分析模型是聯(lián)系GIS應用系統(tǒng)與專業(yè)領域的紐帶，必須以廣泛、深入的專業(yè)研究為基礎；2、空間分析模型是綜合利用GIS中大量數(shù)據的工具，數(shù)據的綜合分析和應用主要通過模型來實現(xiàn)；3、空間分析模型是分析型和輔助決策型GIS區(qū)別于管理型GIS的一個重要特征，是解決空間分析和輔助決策問題的核心。空間分析模型的類型1、 空間分布分析模型 研究地理對象的空間分布特征2、 空間關系分析模型 研究基于地理對象的位置和屬性特征的空間物體之間的關系3、 空間相關分析模型 研究物體位置和屬性集成下的關系，物體群(類)之間的關系4、 預測、評價與決策模型 研究地理對象的動態(tài)發(fā)展

28、，估計地理對象的未來發(fā)展趨勢，并作出判斷與評價，形成決策方案空間分析的基本流程空間分析操作：緩沖區(qū)分析、拓撲疊加分析、特征抽取、特征合并等空間查詢可以劃分為：屬性查詢和圖形查詢。 具體方式包括：擴展關系數(shù)據庫的查詢語言SQL、可視化空間查詢、超文本查詢、自然語言查詢空間統(tǒng)計分析模型：1、 相關分析模型 研究各種地理要素數(shù)據之間相互關系2、 趨勢面分析模型 研究某種現(xiàn)象的空間分布特征與變化規(guī)律（用一個多項式分析）3、 預測模型 根據地理要素的動態(tài)發(fā)展規(guī)律，預測分析地理現(xiàn)象4、 聚類模型 聚類分析是根據多種地學要素對地理實體進行劃分類別的方 法，對不同的要素劃分類別往往反映不同目標的等級序列。聚類

29、分析的步驟一般是根據實體間的相似程度，逐步合并若干類別，其相似程度由距離或相似系數(shù)定義。進行類別合并的準則是使得類間差異最大，而類內差異最小。5、 屬性數(shù)據的查詢統(tǒng)計 頻數(shù)、頻率、平均數(shù)、數(shù)學期望、中數(shù)、眾數(shù)等柵格數(shù)據的基本分析模式 聚類分析、聚合分析、復合分析、追蹤分析和窗口分析等聚類分析 設定的聚類條件 選擇 建立新的柵格數(shù)據系統(tǒng)聚合分析 根據空間分辨率和分類表，進行數(shù)據類型的合并或轉換，以實現(xiàn)空間地域的兼并。小 到 鄰近較大的類別 具有數(shù)據綜合的作用復合分析 視覺信息復合、疊加分類； 疊置分析 指將不同圖幅或不同數(shù)據層的柵格數(shù)據疊置在一起，在疊置地圖的相應位置上產生新的屬性的分析方法。追

30、蹤分析 一個或多個起點 一定的追蹤線索 追蹤目標 水系窗口分析 一個固定分析窗口，對數(shù)據進行的極值、均值等計算矢量數(shù)據分析的基本模式 包含分析、緩沖區(qū)分析、多邊形疊置分析、網絡分析 與柵格數(shù)據分析相比， 矢量數(shù)據分析一般不存在模式化的分析處理方法， 表現(xiàn)為處理方法的多樣性和復雜性。包含分析緩沖區(qū)分析（建立緩沖區(qū)，緩沖區(qū)分析兩步） 緩沖區(qū)是指在點、線、面實體的周圍，自動建立的一定寬度的多邊形。 多邊形疊置分析 同一地區(qū)的不同組地理要素進行疊置，產生新的特征 疊置 將兩幅或多幅地圖重疊在一起，產生新多邊形及其屬性。(點與多邊形、線與多邊形和多邊形與多邊形 三種) 網絡分析 許多自然、人工的線狀地物

31、相互之間構成網絡 路徑分析 最短路徑分析 兩點之間的路徑距離 實際距離、時間、運費、流量等，可定義為使用這條邊所需付出的代價 最短路徑搜索算法（狄克斯特拉（Dijkstra）算法、標號法） 基本思想： 圖的頂點分為S,T兩類, 若起始點u到某頂點x的最短通路己求出，則將x歸入S，其余歸入T，開始時S中只有u， 隨著程序運行，T的元素逐個轉入S， 直到目標頂點v轉入后結束。最短路徑搜索的基本依據：若從點S到點T有一條最短路徑，則該路徑上的任何點到S的距離都是最短的。 步驟：1、計算距離矩陣；令d(X,Y)表示點X到Y的距離，D(X)表示X到起始點S的最短距離；對起始點S作標記，且對所有頂點令D(

32、X)，YS。 2、對所有未作標記的點按以下公式計算距離， D(X)minD(X),d(Y,X)D(Y) 其中Y是己確定作標記的點。取具有最小值的D(X)，并對X作標記，令YX。若最小值的D(X)為，則說明S到所有未標記的點都沒有路，算法終止；否則繼續(xù)。 3、如果Y等于T，則已找到S到T的最短路徑，算法終止；否則轉2)。 4、回溯法求出最短路徑三維空間分析的基本模式 基于地形的三維空間分析： DEM分析、地形分析方法（坡度坡向,可基于格網和不規(guī)則三角網計算；表明曲率、視域分析、垂直剖面算法、土方計算）真三維空間分析 真三維是指在一個空間里面，能自由的進行x、y、z三個軸的位移和旋轉。 假三維通常

33、都是只有x、y兩個軸，只能在一個平面上面移動，但它的畫面卻做 得有立體感，讓你產生在一個立體空間里面的錯覺。 三維GIS的主要特點：(1) 空間目標通過X、Y、Z三個坐標軸定義，空間關系基于體進行劃分，復雜性明顯； (2) 可更真實地表達客觀世界；(3) 可進行三維空間分析和操作。 三維GIS的功能：除了具備二維GIS的傳統(tǒng)功能外，至少還應該具有如下功能： (1) 包容一維、二維對象； (2) 可視化2.5維、三維對象； (3) 三維空間DBMS管理； (4) 三維空間分析； (5) 海量數(shù)據獲取與處理； (6) 易于擴展的接口。真正的三維GIS必須支持真三維的矢量和柵格數(shù)據模型及以此為基礎的

34、三維空間數(shù)據庫，解決真三維空間操作和分析問題。第五部分GIS產品輸出與可視化產品輸出系統(tǒng)由硬件設備和軟件系統(tǒng)組成產品的類型主要有普通地圖、丏題地圖、影像地圖、統(tǒng)計報表、三維數(shù)字模型、三維虛擬地圖、決策方案等6.2 空間信息可視化技術地理空間數(shù)據可視化技術是GIS輸出成果形式表達的重要技術，是現(xiàn)代計算機圖形、圖像顯示技術、數(shù)字建模技術與GIS技術結合發(fā)展的結果?？茖W計算可視化是指運用計算機圖形學和圖像處理技術，將科學計算過程中產生的數(shù)據及計算結果轉換為圖形和圖像顯示出來，幵迚行交互處理的理論、方法和技術?？臻g信息可視化是指運用地圖學、計算機圖形學和圖像處理技術，將地學信息輸入、處理、查詢、分析以

35、及預測的數(shù)據及結果采用圖形符號、圖形、圖像，幵結合圖表、文字、表格、視頻等可視化形式顯示幵迚行交互處理的理論、方法和技術?？臻g信息可視化的三個重要作用：（1）可視化可用來表達空間信息（2）可視化能用于空間分析（3）可視化可用于數(shù)據的仿真模擬空間信息可視化的主要形式：1、 數(shù)字地圖 2、多媒體地圖（超地圖） 3、三維仿真地圖 4、虛擬現(xiàn)實可視化的技術方法：多媒體技術和虛擬現(xiàn)實技術是實現(xiàn)地圖可視化的主要技術方法三維GIS的關鍵技術：（1） 三維GIS的數(shù)據模型和數(shù)據結構（2） 三維空間關系描述和表達（3） 三維空間分析（4） 三維可視化第六部分GIS工程設計 7.1 GIS工程的設計模式與程序評價

36、模式7.2 GIS工程設計的內容與過程7.3 GIS工程的系統(tǒng)分析7.4 GIS工程的系統(tǒng)設計7.5 GIS工程的實施設計7.6 GIS工程的運行維護設計地理信息系統(tǒng)工程是根據用戶的具體應用需求和應用目的，為解決一類或多類實際應用問題，面向GIS技術應用的數(shù)據建設和軟件設計開發(fā)的工程活動?；诮Y構化的設計模式設計模式由4部分組成:1）調查用戶的需求和數(shù)據源，確定系統(tǒng)的目的、要求和規(guī)定。2）描述和評價與系統(tǒng)設計過程有關的資源和限定因素。3）說明和評價所擬訂的不同系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠滿足所規(guī)定的要求。4）對擬訂的系統(tǒng)作最后的評價，從中選擇一個運行系統(tǒng)。該模式的重點是強調對用戶的調查和系統(tǒng)功能分析。G

37、IS工程設計的內容與過程：1、系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析主要包括需求分析和可行性研究。2、系統(tǒng)設計包括總體設計和詳細設計。3、系統(tǒng)的實施系統(tǒng)的實施主要是數(shù)據庫的建庫和軟件編程與系統(tǒng)調試。4、系統(tǒng)的運行維護系統(tǒng)的運行和維護主要是將系統(tǒng)交付用戶試運行，并對系統(tǒng)進行積極穩(wěn)妥維護的過程。第七部分分布式GIS由于GIS固有的特點，使得運行于網絡上的GIS比單機體系結構的GIS更適合構造較大規(guī)模的GIS工程應用。 分布式地理信息(DGI，Distributed Geographic Information)指在互聯(lián)網上以多種形式分布式發(fā)布地理信息，如地圖、圖像、數(shù)據集合、分析操作和報告等。分布式地理信息系統(tǒng)是指在計

38、算機網絡環(huán)境下，以分布式計算的理論技術和計算機網絡技術為應用指導，用來設計地理信息系統(tǒng)中的時空數(shù)據采集、存儲、管理、分析、表現(xiàn)等運算的理論計算模型。分布式主要表現(xiàn)在四個方面：數(shù)據分布、應用功能分布、外設的共享、并行計算地理信息的在線共享和交換需求，是選擇分布式GIS的最根本原因。滿足：1、政府投資需求；2、實現(xiàn)價值要求（信息共享增加價值）；3、免費服務要求；4、相關信息服務需求；5、企業(yè)內部網需求分布式系統(tǒng)與集中式系統(tǒng)的區(qū)別：1、信息交換方面，前者提供雙向交換，后者提供由中心系統(tǒng)到子系統(tǒng)的單向交換；2、任務處理方面，前者由中心系統(tǒng)和子系統(tǒng)共同分擔，后者主要由中心系統(tǒng)分擔；3、資源內容方面，前者

39、子系統(tǒng)可以擁有不同的信息資源和處理功能，后者所有子系統(tǒng)則享有相同內容的數(shù)據資源和處理功能。分布式系統(tǒng)的優(yōu)缺點：優(yōu)點：1) 分析 和輸出功能可在子系統(tǒng) ， 提供 GIS 用戶之間快速和清楚的通信渠道 2) 公共 資源安裝在中心系統(tǒng) ， 便于提供集中維護和提供綜合目的處理與分析任務 3) 專業(yè) 資源安裝在子系統(tǒng) ，便于對專業(yè)資源進行權威維護和提供專業(yè)應用處理和分析 4)管理與維護責任分明缺點：1)低專業(yè)技術水平人員會對數(shù)據的一致性、準確性、精度等質量產生影響 2)需要對用戶進行培訓，但會受到一些新技術的限制 3)領域專業(yè)技術人員需要情愿進行某些改變 4)由于數(shù)據庫的分布性，標準必須統(tǒng)一 5)用戶對數(shù)據庫的要求會超越系統(tǒng)兼容性 6)系統(tǒng)之間的數(shù)據庫的參照系統(tǒng)顯得更重要 7)硬件設備投資會增加 8)系統(tǒng)結構會隨功能部門變化而變化 集中式系統(tǒng)的優(yōu)缺點：優(yōu)點：1) 由高水平的專業(yè)技術人員對數(shù)據的一致性、準確性、精度等進行維護 2)不需要培訓領域技術人員 3)數(shù)據的所有權和維護責任清楚 4) 從外部機構獲取數(shù)據，數(shù)據的坐標系統(tǒng)的使用是清楚的。缺點：1) 分析 和輸出由遠離領域應用部門的中心系統(tǒng)完成 2) 領域 部門的分析與數(shù)據處理的任務需預先向中心系統(tǒng)預約 分布式地理信息系統(tǒng)的體系結構一個分層的結構體系。它包括數(shù)據服務