地理信息系統(tǒng)講義

1、第一章 地理信息系統(tǒng)基本概念第一節(jié) 幾個(gè)基本概念1.數(shù)據(jù)（Data）數(shù)據(jù)是記錄信息的符號(hào)，是信息的重要載體，是未加工的原始資料。內(nèi)涵：數(shù)據(jù)的表達(dá)方式有數(shù)字、文字、符號(hào)、聲音、圖形、圖像、光、電、磁信號(hào)等。數(shù)據(jù)一般不等同于信息，人或機(jī)器只有理解數(shù)據(jù)方可獲取信息。數(shù)據(jù)只有經(jīng)過觀察、測(cè)量、整理與加工可獲取2.數(shù)據(jù)源：能提供某種所需數(shù)據(jù)的原始媒體稱為數(shù)據(jù)源，目前常用的有：觀測(cè)數(shù)據(jù)：從現(xiàn)場(chǎng)獲取的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（野外勘測(cè)、臺(tái)站記錄、遙測(cè)量算）分析測(cè)定數(shù)據(jù)：利用物理、化學(xué)分析方法測(cè)定的數(shù)據(jù)圖形數(shù)據(jù)：各種地形圖、專題地圖等統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)：各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表、社會(huì)調(diào)查表遙感數(shù)據(jù)：由地面航空或航天遙感獲得的數(shù)據(jù)3.信息（Inf

2、ormation）有狹義與廣義定義：狹義信息：信息論中將信息定為“兩次不定性程度之差”，即用熵增加值度量事物的認(rèn)知程度。廣義信息：是宏觀世界中主體與外部客體之間相互聯(lián)系的一種方式，是主客體之間一切有用的消息或知識(shí)，是事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種普通反映形式。內(nèi)涵：信息要求有載體支撐信息需靠介質(zhì)傳遞信息量是可度量的信息量多少與人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)有關(guān)信息是可相互轉(zhuǎn)換的4.數(shù)據(jù)處理由人或機(jī)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、排序、分類、運(yùn)算、壓縮、增漲、變換等過程通稱為數(shù)據(jù)處理。5.系統(tǒng)具有特定功能的相互關(guān)聯(lián)的諸多要素構(gòu)成的整體稱為系統(tǒng)。內(nèi)涵：系統(tǒng)的基本特征：結(jié)構(gòu)性、關(guān)聯(lián)性。系統(tǒng)的要素可以是子系統(tǒng)、子集合。凡涉及到數(shù)據(jù)處理功能的系統(tǒng)

3、，一般都離不開計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持。系統(tǒng)舉例：社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)軍事系統(tǒng)地球系統(tǒng)及十三個(gè)子系統(tǒng)資源環(huán)境信息系統(tǒng)生物系統(tǒng)生命循環(huán)系統(tǒng)6.信息系統(tǒng)是指具有數(shù)據(jù)信息管理、檢索、分析、運(yùn)算、咨詢決策功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。內(nèi)涵：組成：硬件、軟件、數(shù)據(jù)、操作員自動(dòng)化、可視化、智能化是基本特征1 / 827.地理信息地理數(shù)據(jù)：各種地理要素特征與現(xiàn)象間關(guān)系的符號(hào)化表示：A.空間位置；B.屬性特征（簡(jiǎn)稱屬性）；C.時(shí)域特征具體定義：A.描述地物所在的大地經(jīng)緯度或相對(duì)位置關(guān)系（相鄰、相包）；B.屬性特征又稱非空間數(shù)據(jù)，描述地物特征的定性或定量指標(biāo)；C.時(shí)域特征指地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)刻或時(shí)段。地理信息與所研究的地理實(shí)體

4、的空間地理分布有關(guān)的信息，包括數(shù)量、質(zhì)量、空間分布特征、相互關(guān)系及規(guī)律等。是表達(dá)地理特征與地理現(xiàn)象之間關(guān)系的地理數(shù)據(jù)的解釋。地理信息三大要素空間位置 屬性特征 時(shí)間地理信息特征A.空間分布性。首先空間定位同一信息可在多個(gè)空間位置上出現(xiàn)，具有分布式特點(diǎn)，因而其屬性也具有層次性。B.海量數(shù)據(jù)。由于地理信息三大要素決定地理信息是海量的、巨大的。C.信息載體的多樣性。(1) 地理實(shí)體、物質(zhì)能量；(2)符號(hào)載體；(3) 物理介質(zhì)。8.地理信息系統(tǒng)GIS (Geographical information system)是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采集、儲(chǔ)存、管理、分析地球表面與地理分布的數(shù)據(jù)。為地理研究與

5、地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。內(nèi)涵：A.GIS的管理對(duì)象是多種地理實(shí)體數(shù)據(jù)及關(guān)系，定位坐標(biāo)、圖形、遙感、屬性等。B.GIS工作內(nèi)容是區(qū)域地理現(xiàn)象與過程。C.GIS工作目標(biāo)是復(fù)雜地理規(guī)劃、決策及管理問題第二節(jié) GIS的基本特征與分類地理信息系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如下：空間數(shù)據(jù)處理與分析地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)與管理系統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)錄入空間數(shù)據(jù)與結(jié)果的顯示和輸出問 答用戶界面其具體組成如圖：關(guān)于GIS的基本特征：具有采集管理、分析與輸出多種地理空間信息的能力，具有空間性與動(dòng)態(tài)性；以地理模型方法為手段，以地理研究與地理決策為目的，具有區(qū)域空間分析，多要素與多目標(biāo)綜合分析及動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)能力，產(chǎn)生高層次的地理信息；由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持

6、進(jìn)行地理數(shù)據(jù)管理、地理過程與現(xiàn)象模擬，產(chǎn)生有用信息為人類社會(huì)服務(wù)。第三節(jié) GIS的基本分類分類原則不同，則分類亦不同。1.按用途與目的劃分基礎(chǔ)信息系統(tǒng)（國(guó)家高級(jí)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)）資源環(huán)境信息系統(tǒng)城市地理信息系統(tǒng)（勘察、規(guī)劃、管線、環(huán)境、土地、交通）土地信息系統(tǒng)2.按研究?jī)?nèi)容分：綜合性GIS 專題性GIS3.按研究范圍大小劃分全球性GIS 區(qū)域性GIS 局部性GIS4.按空間分布特點(diǎn)劃分二維GIS，布滿二維坐標(biāo)系真三維GIS，布滿整個(gè)三維空間（21）維GIS，三維加高程模型（DEM）（一維）結(jié)合四維GIS，三維加時(shí)間坐標(biāo)動(dòng)態(tài)GIS第四節(jié) GIS的發(fā)展簡(jiǎn)史GIS是上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的新學(xué)科與技術(shù)

7、，現(xiàn)今已成為一門涉及到測(cè)繪科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等跨學(xué)科研究的交叉學(xué)科。起步：1.1963年加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlinson首先提出GIS術(shù)語(yǔ)，并花三年建成世界上第一個(gè)GIS15000的加拿大地理信息系統(tǒng)（GIS），用于加拿大土地資源規(guī)劃與管理。2.稍后美國(guó)哈佛大學(xué)拿出較完整的Symap，由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不高，存儲(chǔ)量小、速度慢、誤差大，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)GIS極為簡(jiǎn)單。早期：3.GIS一經(jīng)產(chǎn)生，顯著特點(diǎn)是成立眾多GIS機(jī)構(gòu)，如：1966年美國(guó)成立城市與區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會(huì)（URISA），1969年又成立州信息系統(tǒng)全國(guó)協(xié)會(huì)（NASIS）。1965年國(guó)際地理聯(lián)合會(huì)IGU設(shè)立地理數(shù)據(jù)處理委員會(huì)（

8、CGGDSP）1968年國(guó)際攝影測(cè)量與遙感學(xué)會(huì)組建了“DEM原理及應(yīng)用”專門工作組，協(xié)調(diào)全世界相關(guān)研究。中期：4.上世紀(jì)7080年代，因計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的突飛猛進(jìn)式發(fā)展，尤其是大容量硬盤的應(yīng)用，為GIS數(shù)據(jù)錄入、存儲(chǔ)與檢索提供了強(qiáng)有力支持。19701976年，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局建成50個(gè)信息系統(tǒng)，用于地理、地質(zhì)、水資源分析；加拿大、西德、瑞典、日本相繼發(fā)展自己的GIS；美國(guó)成立國(guó)家地理信息和分析中心（NCGIS）80年代中后期GIS全球性應(yīng)用研究。A.全球沙漠化 B.全球可居住區(qū)評(píng)價(jià) C.厄爾尼諾現(xiàn)象與酸雨 D.核擴(kuò)散及核廢料全球監(jiān)測(cè)E.全球氣候變化 F.美國(guó)軍方全球1100萬(wàn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)DCWG

9、.前蘇聯(lián)全球數(shù)字調(diào)和模型與數(shù)字正射影像現(xiàn)今：5.19902004，由于信息高速公路的開通，GIS已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)品化及個(gè)性化。主要特點(diǎn)是：GIS產(chǎn)品投放量，每23年增長(zhǎng)一倍；GIS國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議頻繁召開，內(nèi)容十分廣泛，涉及理論、關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)更新及應(yīng)用；國(guó)際學(xué)術(shù)刊物論文日漸采用GIS為標(biāo)題諸多學(xué)科將GIS作為發(fā)展方向：地理、工程、森林、城鄉(xiāng)規(guī)劃、計(jì)算機(jī)、測(cè)繪、航測(cè)與遙感、地圖學(xué)等許多大學(xué)設(shè)立GIS課程，培養(yǎng)GIS碩士、博士。國(guó)際區(qū)域研究中心相繼建立，美、加、英、澳。我國(guó)現(xiàn)狀：19701980 起步 19801985 準(zhǔn)備 19851995 發(fā)展1996 產(chǎn)業(yè)化 繼成立GIS協(xié)會(huì)，出現(xiàn)一批產(chǎn)品。第五

10、節(jié) GIS與其它系統(tǒng)的聯(lián)系和區(qū)別GIS與其它學(xué)科是相互補(bǔ)充、相互支持發(fā)展的關(guān)系，而不是相互替代關(guān)系，其定義仍屬地理空間信息系統(tǒng)范疇。1.數(shù)據(jù)庫(kù)及信息系統(tǒng)技術(shù)是GIS數(shù)據(jù)管理的基本理論與方法；2.系統(tǒng)工程方法使GIS設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化；3.決策科學(xué)，專家系統(tǒng)指導(dǎo)GIS建模及運(yùn)算，解決復(fù)雜管理與規(guī)劃問題；4.地圖學(xué)是GIS空間數(shù)據(jù)組與空間數(shù)據(jù)操作的基本框架；5.圖像處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是GIS算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。地理學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)遙感技術(shù)遙測(cè)技術(shù)衛(wèi)星技術(shù)運(yùn) 籌 學(xué)決策科學(xué)專家系統(tǒng)GIS遙感系統(tǒng)系統(tǒng)工程圖式：第六節(jié) GIS的應(yīng)用領(lǐng)域1.測(cè)繪與地圖制圖GIS與RS、GPS通稱3S系統(tǒng)，為測(cè)繪制圖帶來了

11、革命性的變化：地圖數(shù)據(jù)獲取與成圖流程周期大大縮短；制圖精度大大提高；數(shù)字地圖、網(wǎng)絡(luò)地圖、電子地圖形式出現(xiàn)。2.資源管理土地現(xiàn)狀分析與管理 土地類型劃分與治理方案 土地開發(fā)監(jiān)測(cè)3.城鄉(xiāng)規(guī)劃城市總體規(guī)劃城建用地適應(yīng)性評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)道路交通規(guī)劃城市地下管網(wǎng)管理4.災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)森林火險(xiǎn)早期預(yù)警地震預(yù)警與決策指導(dǎo)農(nóng)作物蟲災(zāi)監(jiān)測(cè)5.環(huán)境保護(hù)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)動(dòng)植物保護(hù)河流、水質(zhì)污染海洋污染、赤潮等6.國(guó)防3S系統(tǒng)C4I系統(tǒng)（海灣戰(zhàn)爭(zhēng)）巡航導(dǎo)彈地形匹配系統(tǒng)戰(zhàn)場(chǎng)指揮7.宏觀經(jīng)濟(jì)決策三峽筑壩區(qū)域經(jīng)濟(jì)宏觀調(diào)控人口及資源消費(fèi)第二章 GIS的數(shù)據(jù)源與地圖投影第一節(jié) 數(shù)據(jù)源首先回顧上章基本問題：GIS的數(shù)據(jù)源圖形數(shù)據(jù)

12、源屬性數(shù)據(jù)源地 圖測(cè) 繪遙 感統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)文字報(bào)告文 件聲 音圖 片1.地圖（Map）地圖最早起源于元古時(shí)代人類戰(zhàn)爭(zhēng)劃分疆土的需要，如成吉思汗征服的版圖橫跨歐亞兩洲。社會(huì)發(fā)展需要，地圖不僅反映自然地理概況，而且表征區(qū)域經(jīng)濟(jì)、文化、資源與軍事等信息，超過純地理范疇。由于現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)發(fā)展，出現(xiàn)電子地圖。由電子地圖最終過渡到GIS。地圖數(shù)字化：將地圖上的圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能識(shí)別的矢量數(shù)據(jù)的過程稱為地圖數(shù)字化。方式手扶數(shù)字化儀跟蹤數(shù)字化掃描數(shù)字化數(shù)字化過程注意事項(xiàng)：(1) 地圖的制圖介質(zhì)一般為紙質(zhì)或聚脂薄膜，存放中易變形，有可能造成誤差；(2) 地圖數(shù)據(jù)隨時(shí)間可能不斷更新；(3) 不同比例尺、不同

13、類型的地圖投影方式可能不同，在地圖數(shù)字化時(shí)應(yīng)正確設(shè)定投影或進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換。2.測(cè)繪現(xiàn)代測(cè)繪由航天航空、現(xiàn)場(chǎng)綜合進(jìn)行，測(cè)繪數(shù)據(jù)直接成為GIS數(shù)據(jù)。3.遙感影像RS可快速、準(zhǔn)確獲得大面積綜合性地學(xué)信息，這類信息具有綜合性、宏觀性、動(dòng)態(tài)性及多源性等特點(diǎn)，分有：航天遙感廣泛應(yīng)用的是地球軌道衛(wèi)星，同步軌道衛(wèi)星，如氣象、海洋與陸地衛(wèi)星主要用于全球性、區(qū)域自然環(huán)境研究（百慕大三角洲）小比例尺。航空遙感用飛機(jī)載雷達(dá)或航空測(cè)量?jī)x器獲得的圖像數(shù)據(jù)比例尺大，分辨率高，適合于小區(qū)域，如城市設(shè)計(jì)等。地面遙感地面遙感通常進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)、波譜測(cè)試、實(shí)況調(diào)查、機(jī)制分析，儀器標(biāo)定與近景攝影測(cè)量等。各類遙感影像都有其自身成像規(guī)律、變

14、形規(guī)律，應(yīng)用中應(yīng)進(jìn)行校正、糾偏、分辨率及解譯方面的調(diào)整工作。4.其它數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換通過數(shù)據(jù)格式，可把其它類型的圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成空間數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式：.dxf等。5.統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)國(guó)民社會(huì)生活中，各種統(tǒng)計(jì)性數(shù)據(jù)諸如：GDP指數(shù)、人口數(shù)量、人均住房面積、人均耕地面積、日照時(shí)間、溫度、平均文化水平、失學(xué)兒童比例等屬性數(shù)據(jù)均為GIS的數(shù)據(jù)源。6.文字報(bào)告與立法文件在某些專題性GIS中，文字報(bào)告及政府立法文件也是重要的屬性數(shù)據(jù)源，尤其在各種規(guī)劃型GIS中，此類屬性數(shù)據(jù)地位相當(dāng)重要。7.聲音與圖片聲音及圖片作為數(shù)據(jù)在多媒體形成的GIS中廣泛應(yīng)用，可使GIS更加豐富多彩。第二節(jié) 地圖分類地圖是非常重要的GIS數(shù)據(jù)源

15、，有必要對(duì)地圖的類型作重點(diǎn)介紹。地圖普通地圖專題地圖1.普通地圖以同等詳細(xì)程度，綜合表示地面基本要素，反映地面基本狀況，地面要素分布規(guī)律的地圖稱普通地圖，按比例尺分：普通地圖地形圖 比例尺大于或等于1100萬(wàn)地理圖 比例尺小于1100萬(wàn)地形圖可精確反映地物、地貌位置形態(tài)、國(guó)家基本比例尺地形圖為（7種）：11萬(wàn)，12.5萬(wàn)，15萬(wàn)，110萬(wàn)，125萬(wàn)，150萬(wàn)，1100萬(wàn)其具有統(tǒng)一內(nèi)容、式樣與規(guī)格國(guó)家建設(shè)部門又習(xí)慣上有三種劃分方法：中大比例尺 12.5萬(wàn)110萬(wàn)地形圖大比例尺 11萬(wàn)小比例尺 125萬(wàn)地理圖 1:100萬(wàn)的地圖，如：1200萬(wàn)，1250萬(wàn)，1400萬(wàn)，1800萬(wàn)，11000萬(wàn)高度

16、概括地面要素。2.專題地圖以普通地圖作為底圖，強(qiáng)調(diào)表示某種或幾種專門內(nèi)容的地圖為專題地圖。分有專題地圖自然地圖社會(huì)經(jīng)濟(jì)圖工程技術(shù)圖自然地圖： 地質(zhì)圖反映制圖地區(qū)的地質(zhì)組成及構(gòu)造特征的地圖； 地貌圖反映各種地貌的外部形態(tài)特征、數(shù)據(jù)指標(biāo)、成因、年代、發(fā)展過程、發(fā)育程序以及相互關(guān)系與組合的地圖； 水文圖反映水文要素特征的地圖； 植物圖反映各種植物分布特征、生態(tài)、用途、變遷及其他現(xiàn)象關(guān)系的地圖； 土壤圖反映地表土壤的外部特征、類型及其地理分布的地圖； 地勢(shì)圖以地貌、水系為主要要素，表示區(qū)域的地形起伏特征的地圖； 地球物理圖顯示各種地球物理現(xiàn)象，如磁差、磁力異常、火山、地震等分布及其規(guī)律的地圖； 氣象氣

17、候圖反映地表氣象、氣候情況，包括太陽(yáng)輻射、地面熱力平衡、氣團(tuán)、氣旋、峰面、氣溫、降水、氣壓、風(fēng)、云霧、日照、霜、雪、溫度、蒸發(fā)以及氣候區(qū)劃的地圖； 動(dòng)物地理圖反映各種動(dòng)物分布情況的地圖，以及其他等等。 社會(huì)經(jīng)濟(jì)圖常見的有： 人口圖反映人口分布、密度、分類、民族分布、人口變遷的地圖； 經(jīng)濟(jì)圖反映一定時(shí)期的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的地圖； 政區(qū)圖反映國(guó)家領(lǐng)域范圍、行政區(qū)劃狀況、行政中心、交通狀況的地圖； 歷史圖反映歷史時(shí)期的政治、軍事、文化、經(jīng)濟(jì)、自然狀況及其聯(lián)系的地圖。以及其他等等。 工程技術(shù)圖常見的有： 工程勘測(cè)設(shè)計(jì)圖是設(shè)計(jì)人員依據(jù)實(shí)測(cè)大比例尺地形圖作底圖，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，按工程施工性質(zhì)在圖上設(shè)計(jì)布置的圖件；

18、土地利用圖應(yīng)用大比例尺地形圖，通過土地資源當(dāng)前利用和生產(chǎn)現(xiàn)狀調(diào)查，將各類土地的界線填繪在圖上，并用面積百分比表示的土地利用結(jié)構(gòu)圖； 竣工圖又稱竣工總平面圖，是工業(yè)廠區(qū)在建廠工程竣工后，移交生產(chǎn)前提交的大比例尺專用圖，主要反映建、構(gòu)筑物建設(shè)竣工的成果，作為工程驗(yàn)收、生產(chǎn)管理、維修、改建、擴(kuò)建的依據(jù)。 廠區(qū)現(xiàn)狀圖工業(yè)廠區(qū)的大比例尺地形圖。它反映新老建、構(gòu)筑物的關(guān)系和場(chǎng)地地物地貌的情況，既包括了階段性的竣工圖，還包括未完成或施工中的原有現(xiàn)狀，是工業(yè)廠區(qū)生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)資料；以及其他等等。 第三節(jié) 地圖投影1.投影機(jī)理地圖是在平面圖紙或介質(zhì)上用符號(hào)表示地球表面自然狀況，由于地球是橢球體，則地表面是曲面，

19、那么制圖時(shí)要把曲面展為平面，但實(shí)際上這個(gè)球面不可展開，因?yàn)橐唤?jīng)展開就要產(chǎn)生破裂或皺紋，顯然不可利用，于是尋求特殊展開方法地圖投影理論?；驹恚旱厍虮砻嫒我稽c(diǎn)的位置，地理坐標(biāo)決定經(jīng)緯度，將若干經(jīng)緯線交點(diǎn)繪在平面上，再將相同經(jīng)度的點(diǎn)連線經(jīng)線，相同緯度的點(diǎn)連成緯線，構(gòu)成經(jīng)緯網(wǎng)，將球面上的點(diǎn)按經(jīng)緯度畫到相應(yīng)的位置處，作圖。因此，地圖投影就是利用特定的數(shù)學(xué)方程式將經(jīng)緯坐標(biāo)（，）轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)（x,y），即把地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)；地圖投影可減少因三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)為二維坐標(biāo)所產(chǎn)生的扭曲變形。這種地球球面與平面間點(diǎn)與點(diǎn)間函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)方法，稱為地圖投影。2.投影有關(guān)概念坐標(biāo)系統(tǒng)投影坐標(biāo)系統(tǒng)隨投影方式不同可有不同

20、種類，一般GIS平臺(tái)性軟件都向用戶事先提交多種預(yù)定義的投影系統(tǒng)供選擇，客戶也可依需要使用自定義投影系統(tǒng)。投影坐標(biāo)系統(tǒng)由下列內(nèi)容組成：投影方式投影參數(shù)坐標(biāo)單位地理坐標(biāo)系 地理坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系描述地球表面地物位置 地物具體的位置由經(jīng)緯度刻劃經(jīng)緯度（度、分、秒）的定義是，從地心到地表相應(yīng)位置的角度大小球形系統(tǒng)中，水平方向表示東西方向緯線；垂直方向表示南北方向經(jīng)線由經(jīng)緯線包圍地球的網(wǎng)格稱地球經(jīng)緯網(wǎng)地球南北兩極之間的中間位置水平軸線稱赤道零度緯線；豎直軸零度經(jīng)線也稱本初子午線，一般規(guī)定為經(jīng)過英國(guó)格林威治的經(jīng)線。本初子午線與赤道相交點(diǎn)作為起點(diǎn)（0，0），分地球?yàn)?個(gè)象限，東半球、西半球、南半球、北半球。關(guān)

21、于球體與橢球體由于地球呈橢球體，而地表形狀又極不規(guī)則，不少國(guó)家在不同歷史時(shí)期對(duì)地球進(jìn)行過無(wú)數(shù)次測(cè)量，每次測(cè)量結(jié)果均不一致，結(jié)果出現(xiàn)了大量的橢球體，而沒有一個(gè)橢球體能準(zhǔn)確描述地球的整體形狀，所以世界各國(guó)與地區(qū)都在根據(jù)具體情況選擇合適的地球橢球體，橢球是以橢圓為基礎(chǔ)的，所以用長(zhǎng)軸（赤道半徑），短軸（極地半徑）兩個(gè)半軸表示地球橢球體大小，也習(xí)慣用扁率描述地球橢球體。一般情況下，當(dāng)?shù)貓D比例尺小于1:100萬(wàn)時(shí)，假設(shè)地球?yàn)榍蝮w，因?yàn)榇朔N比例尺下，球體與橢球體幾乎無(wú)法分辨，而當(dāng)?shù)貓D比例尺大小為1:100萬(wàn)時(shí)，須用橢球體逼近地球。常用的橢球體有A.克拉克1966橢球體（a=6378206.4m，b=6356

22、583.8m）B.中國(guó)常用的有：克拉索夫斯基1940橢球體（a=6378245.0m，e=0.003352330）大地參照系地球橢球體僅僅描述了地球的大小及形狀，還不能準(zhǔn)確描述地物具體位置，為使地物測(cè)量具有參照框架，確立地表經(jīng)緯網(wǎng)線的原點(diǎn)與方向，引入大地參照系概念，將地球橢球體的球心當(dāng)原點(diǎn)，地表上地物坐標(biāo)都是相對(duì)于該橢球體球心的。目前廣泛應(yīng)用的是WGS84，不同的大地參照系適合于不同的國(guó)家及地區(qū)。3.地圖投影的類型投影目的是盡可能減少變形誤差。地圖投影會(huì)影響兩種誤差：形狀（角度變化） 面積變化等角投影（Conformal Mapping）投影后保持形狀不變。特點(diǎn)：(1) 地物形狀不變(2) 圖

23、上兩地物之間角度與實(shí)地測(cè)量一致 (3) 高緯度地區(qū)地物面積會(huì)放大等面積投影（Equivalent Mapping）投影后保持面積不變。特點(diǎn)：(1) 面積保持不變 (2) 形狀發(fā)生變化任意投影依據(jù)投影面積不同圓錐投影圓柱投影方位投影依據(jù)投影位置不同正軸投影橫軸投影斜軸投影4.常用投影范圍等角投影：航海圖、風(fēng)向圖、洋流圖等面積投影：區(qū)域經(jīng)濟(jì)圖、數(shù)字地圖、小比例尺普通地圖任意投影：常用作數(shù)字地圖世界地圖投影 墨卡托投影 高爾投影 摩爾威特投影 等差分緯線多圓錐投影格靈頓投影 桑森投影 烏爾馬耶夫投影我國(guó)投影方案比例尺1:1萬(wàn)地形圖 3分帶的高斯-克里格投影其最大長(zhǎng)度變形為0.0345%，最大面積變形

24、為0.069%；1:2.5萬(wàn)1:50萬(wàn)地形圖6分帶的高斯-克里格投影最大長(zhǎng)度變形為0.138%；最大面積變形為0.276%；1:100萬(wàn)比例尺地形圖等角圓錐投影（邊緣緯線與中緯變形絕對(duì)值相等）。第三章 GIS的基本功能與數(shù)據(jù)組織方法第一節(jié) GIS的基本功能介紹GIS的五大功能模塊（子系統(tǒng)）數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換（Input/transform）GIS的輸入轉(zhuǎn)換模塊是將現(xiàn)有的外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)兼容的便于GIS處理的內(nèi)部格式的過程；執(zhí)行此項(xiàng)功能的方式：?jiǎn)为?dú)性軟件（外掛式） 主操作系統(tǒng)中包含的常用錄入方式：數(shù)字化儀手扶跟蹤數(shù)字化儀，主要用于輸入有關(guān)地圖的點(diǎn)、線、面的地理坐標(biāo)；掃描矢量化，用寬幅掃描儀進(jìn)行，

25、又分掃描后人工屏幕跟蹤數(shù)字化及軟件自動(dòng)矢量化兩種方式。軟件自動(dòng)矢量化，一般用自動(dòng)矢量化軟件中調(diào)出掃描后經(jīng)過誤差校正的圖形，再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成矢量化。有專門性掃描自動(dòng)矢量化軟件（武漢Geoscan）這類軟件一般提供標(biāo)準(zhǔn)DXF矢量文件輸出格式。圖形及文本編輯功能（子系統(tǒng)）GIS的圖形編輯功能是最常用的功能圖形編輯文本編輯在本項(xiàng)功能中直接實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)相連接。與CAD比較，GIS的圖形編輯功能一直較弱，北京的Supermap顯著提高了此項(xiàng)功能?？臻g數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理功能（子系統(tǒng)）本項(xiàng)功能實(shí)際上是數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)的操作（DBMS）：管理對(duì)象地理元素位置空間關(guān)系屬性數(shù)據(jù)空間操作內(nèi)容數(shù)據(jù)格式的選擇與轉(zhuǎn)換數(shù)

26、據(jù)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)連接空間查詢與分析功能（子系統(tǒng)）空間查詢：一定空間距離或空間范圍內(nèi)要素查詢問題是GIS獨(dú)有的功能。GIS的空間查詢分析對(duì)象：地理要素屬性地理要素空間關(guān)系GIS的空間查詢方式對(duì)一幅或多幅圖件及屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)量測(cè)及分析運(yùn)算，用一幅或多幅新生圖件作為分析結(jié)果。空間查詢語(yǔ)言SQL語(yǔ)言的補(bǔ)充與發(fā)展數(shù)據(jù)輸出與表達(dá)功能（子系統(tǒng)）將GIS原始數(shù)據(jù)或經(jīng)重新組織（轉(zhuǎn)換、查詢、分析）的數(shù)據(jù)以多種形式向系統(tǒng)外展示稱輸出。輸出內(nèi)容：地圖、屬性表格、統(tǒng)計(jì)圖、文字輸出形式：計(jì)算機(jī)屏幕、繪圖儀、網(wǎng)絡(luò)傳輸、硬盤、光盤等第二節(jié) GIS的空間數(shù)據(jù)組織方法由于GIS的數(shù)據(jù)涉及到圖形、屬性方方面面，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有其他普通數(shù)

27、據(jù)不具備的特點(diǎn)，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效組織。1.圖形數(shù)據(jù)分層(1) 圖形數(shù)據(jù)分層的作用對(duì)于一張圖，可按對(duì)象的屬性、類型劃分為不同的集合，當(dāng)這些集合在空間疊置在一起時(shí)，便顯示一張圖影像，這就是圖形數(shù)據(jù)分層；圖形數(shù)據(jù)分層是進(jìn)行地學(xué)圖譜分析的最基本方法。圖形分層的作用：使圖形數(shù)據(jù)信息按某種規(guī)則進(jìn)行劃分，從而使數(shù)據(jù)含義明晰，易于識(shí)別；圖形分層可在一定程度上減少內(nèi)外存數(shù)據(jù)交換量，提高系統(tǒng)效率；在某些情況下，圖形分層顯示效果較好，尤其在圖像重疊覆蓋時(shí)表現(xiàn)明顯。圖形數(shù)據(jù)分層有利于明確空間關(guān)系，對(duì)于識(shí)別空間數(shù)據(jù)的信息機(jī)理有幫助。(2) 圖形數(shù)據(jù)分層方法分層依據(jù)：圖形具體特點(diǎn)，介紹4種方法：A.按邏輯特征分層以屬性

28、分層：屬性往往反映數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，按屬性劃分便于檢索與管理。以圖形對(duì)象類型分層，一般將點(diǎn)狀對(duì)象、線狀對(duì)象、面狀對(duì)象分層存放，使圖形顯示易于控制。B.按存儲(chǔ)特征分層獨(dú)立存儲(chǔ)：各層數(shù)據(jù)各自存放在獨(dú)立的文件中，文件內(nèi)只包含相同的屬性數(shù)據(jù)，便于管理，如：Mapinfo中，一個(gè)Map可由多個(gè)Layer組成，而每個(gè)Layer存為一個(gè)文件。混合存儲(chǔ)：一個(gè)文件存放多層數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供分層、管理的內(nèi)部機(jī)制。(3) 圖形數(shù)據(jù)分層的缺點(diǎn)分層過多，增加用戶操作步驟，使用戶無(wú)法一次獲取全部信息；分層使一些程序處理過程變得復(fù)雜； 對(duì)于某些GIS分層可能產(chǎn)生操作不便。2.圖形數(shù)據(jù)分幅定義：按空間位置不同，將圖形對(duì)象劃分為不同的集

29、合，這一過程稱圖形分幅，GIS均支持一幅地圖劃分為多幅分幅地圖的功能。(1) 圖形分幅方法等間隔分幅法為適應(yīng)紙質(zhì)地圖的特點(diǎn)，對(duì)地理要素，圖形對(duì)象的具體特點(diǎn)不加考慮，僅以地理位置范圍對(duì)圖形進(jìn)行劃分。小比例尺圖：按國(guó)家規(guī)定的圖幅編號(hào)規(guī)則分幅大比例尺圖：按相關(guān)管理部門自行確立的規(guī)則分幅區(qū)域分幅法按行政區(qū)劃或用戶自定義的空間區(qū)域?qū)D形進(jìn)行分幅，其圖幅編號(hào)一般考慮區(qū)域特征。(2) 圖形數(shù)據(jù)分幅優(yōu)點(diǎn)當(dāng)?shù)貙W(xué)海量圖形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，通過分幅，將數(shù)據(jù)分放于適當(dāng)數(shù)量的文件中，可平衡數(shù)據(jù)文件大小，便于數(shù)據(jù)的IO與信息共享。適當(dāng)?shù)姆址商岣哂脩魧?duì)幅內(nèi)信息的識(shí)別能力，從而提高應(yīng)用效率。(3) 圖形數(shù)據(jù)分幅的缺點(diǎn)等間隔分幅法

30、人為分割地理要素的完整性，會(huì)造成拼幅、空間拓?fù)潢P(guān)系維護(hù)與分析方面的困難；區(qū)域分幅使數(shù)據(jù)在各個(gè)文件中分布不均勻；分幅過多雖然有利于IO，但操作過程往往因文件過多而繁雜。第四章 GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)管理第一節(jié) GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義由于地理信息數(shù)據(jù)包括了空間地理坐標(biāo)屬性描述，時(shí)間以及復(fù)雜的拓?fù)潢P(guān)系，使得地理信息數(shù)據(jù)關(guān)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理與處理方面有別于其它類型非地理信息數(shù)據(jù)或非空間數(shù)據(jù)，引出空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念。地理信息數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理和處理過程中的邏輯關(guān)系或組織形式，稱為空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2數(shù)據(jù)模型由于地理信息數(shù)據(jù)的空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在描述處理空間數(shù)據(jù)過程發(fā)展出一整套計(jì)算方法：有關(guān)描述空間

31、數(shù)據(jù)特征及處理過程的算法稱為空間數(shù)據(jù)模型。3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型GIS中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有三種類型：基于圖形表達(dá)的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；基于圖像表達(dá)的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；矢量柵格混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其中前兩種是主要類型。說明：矢量與柵格是兩類完全不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：矢量是面向地物的結(jié)構(gòu)，即對(duì)每一個(gè)具體的目標(biāo)都直接賦有位置、屬性信息及目標(biāo)之間的拓?fù)潢P(guān)系說明。但是，矢量數(shù)據(jù)當(dāng)中也存在一些離散點(diǎn)，在空間表達(dá)時(shí)沒有直接建立位置與地物的關(guān)系。如多邊形中間區(qū)域形成的“洞”或“島”，其間任一點(diǎn)并沒有與某地物發(fā)生聯(lián)系。柵格數(shù)據(jù)是面向位置的結(jié)構(gòu)，即平面空間上任何一點(diǎn)都與某地物相聯(lián)系。但對(duì)于某一具體的目標(biāo)，并不能直接表達(dá)其全部信息，只能遍歷柵格點(diǎn)陣

32、逐一查找，也不能建立完整的拓?fù)潢P(guān)系。兩種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分別用于不同目的，有時(shí)為使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不同時(shí)用于多種目的，將矢量與柵格兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，于是出現(xiàn)矢量柵格混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量與柵格數(shù)據(jù)表示方法如下圖所示：第二節(jié) 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1矢量數(shù)據(jù)的相關(guān)概念矢量：數(shù)據(jù)上稱具有大小和方向的量為向量（矢量）；弧段：在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，相鄰兩結(jié)點(diǎn)間的弧段長(zhǎng)度表示大小，弧段兩端點(diǎn)的順序表示方向，因此，弧段是矢量；矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是利用歐氏幾何學(xué)（Euclid）中的點(diǎn)、線、面及組合體來表示地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式，以記錄取樣點(diǎn)的坐標(biāo)為基礎(chǔ)，通過記錄點(diǎn)的位置、線的長(zhǎng)度、面的面積將點(diǎn)、線、面按一定關(guān)系

33、組合在一起，加上名稱注記及符號(hào)修飾，即可獲得地圖。2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：A：優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，數(shù)據(jù)量小；數(shù)據(jù)精度高，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余度低；可最好逼近地理實(shí)體空間分布特征，因而能夠完整描述拓?fù)潢P(guān)系；可實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新與綜合；圖形輸出美觀。B：缺點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；多層數(shù)據(jù)的空間疊置分析較困難；數(shù)學(xué)模擬較困難；空間分析技術(shù)上較復(fù)雜。3幾個(gè)地理實(shí)體定義點(diǎn)實(shí)體點(diǎn)實(shí)體要素是一對(duì)單獨(dú)的（x,y）坐標(biāo)；點(diǎn)是在空間上不可再分的地理實(shí)體，可以是具體的也可是抽象的；表示點(diǎn)實(shí)體除（x,y）外，還應(yīng)存儲(chǔ)有關(guān)描述點(diǎn)實(shí)體的類型、符號(hào)及其它相關(guān)信息。線實(shí)體線實(shí)體是由線段元素組成的各線性要素，由兩對(duì)以上坐標(biāo)定義（xl, yl）

34、即：(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，(xn,yn)最簡(jiǎn)單的線實(shí)體只存儲(chǔ)起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)、屬性、顯示符號(hào)等有關(guān)數(shù)據(jù)；復(fù)雜線實(shí)體由n對(duì)坐標(biāo)構(gòu)成，可描述連續(xù)而復(fù)雜曲線，線段元越短，則(xn,yn)坐標(biāo)對(duì)越多。面實(shí)體面實(shí)體也稱多邊形或區(qū)域，用坐標(biāo)對(duì)表示：(x1,y1)，(x2,y2)，(xn,yn)但(x1,y1)(xn,yn)面實(shí)體不僅要表達(dá)位置，而且應(yīng)表達(dá)區(qū)域的拓?fù)潢P(guān)系，鄰域及層次結(jié)構(gòu)，較點(diǎn)、線實(shí)體遠(yuǎn)為復(fù)雜。4矢量數(shù)據(jù)編碼有關(guān)問題數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元中存放時(shí)，須按結(jié)構(gòu)及位長(zhǎng)逐一進(jìn)行符號(hào)分配，這一過程稱為編碼。矢量數(shù)據(jù)的編碼相對(duì)簡(jiǎn)單。主要通過記錄坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)，須注意問題如下：參照

35、系在GIS中，由于地球是個(gè)橢球體，用二維平面直角坐標(biāo)系表達(dá)地理實(shí)體，需要進(jìn)行投影變換，而目前世界上有上百種投影方式，各種方式所使用的地球橢球體參數(shù)不一樣，為使各種矢量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)具有可比性，必須將不同的參照系進(jìn)行坐標(biāo)變換。目前的做法：以經(jīng)緯度坐標(biāo)作為記錄坐標(biāo)；當(dāng)比例尺大于或等于（1:100萬(wàn)時(shí)，采用高斯克里格投影地形圖中的公里網(wǎng)坐標(biāo)）非空間數(shù)據(jù)編碼非空間屬性數(shù)據(jù)一般通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，而空間屬性數(shù)據(jù)采用文件進(jìn)行管理，兩者連接通過編碼來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)庫(kù)理論傾向于將空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行一體化管理。面實(shí)體記錄編碼面實(shí)體的邊界是封閉環(huán)形，直接記錄環(huán)上點(diǎn)的坐標(biāo)即可進(jìn)行編碼存儲(chǔ)；有時(shí)，面

36、實(shí)體上常常會(huì)有“洞”及“飛地”情形，此時(shí)編碼要記錄多個(gè)環(huán)。5矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要類型（1）簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)接基本的空間對(duì)象（點(diǎn)、線、多邊形）為單元進(jìn)行單獨(dú)組織，不包含拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)，依圖：特點(diǎn)：數(shù)據(jù)按點(diǎn)、線或多邊形為單元進(jìn)行組織，數(shù)據(jù)編排直觀，數(shù)字化操作簡(jiǎn)單。每個(gè)多邊形都以閉合線段存儲(chǔ)，多邊形的公共邊界被數(shù)字化兩次和存儲(chǔ)兩次，造成數(shù)據(jù)冗余甚至不一致。點(diǎn)、線和多邊形有各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但沒有拓?fù)鋽?shù)據(jù)，互相之間不關(guān)聯(lián)。島只作為一個(gè)單獨(dú)圖形，沒有與外界多邊形的聯(lián)系。（2）拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的定義：在地理信息數(shù)據(jù)中，凡具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特征的地理要素圖形，都存在結(jié)點(diǎn)、弧段及多邊形之間的拓?fù)潢P(guān)系，包括：拓

37、撲鄰接 指空間圖形同類元素的關(guān)系。依圖結(jié)點(diǎn)鄰接：N1/N4，N1N2，；多邊形鄰接：P1P3，P2P3，拓?fù)潢P(guān)聯(lián)拓?fù)潢P(guān)系：空間圖形不同元素之間的依上圖，結(jié)點(diǎn)與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系：N1C1、C3、C6；N2C1、C2、C5；N4C6、C5、C4；多邊形與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系：P1C1、C5、C6；P2C2、C5、C4、C7；P3C3、C6、C4拓?fù)浒臻g圖形中同類，但不同級(jí)元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。又分簡(jiǎn)單包含、多層包含及等價(jià)包含三種形式，依圖所示：設(shè)ID表示當(dāng)前多邊形IW表示等價(jià)包含IP表示ID為島（IP0）或非島（IP0）現(xiàn)將前圖中的結(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)全部表達(dá)出來，形成四個(gè)關(guān)系如下：拓?fù)鋽?shù)據(jù)

38、結(jié)構(gòu)分有：對(duì)偶獨(dú)立地圖編碼法（DIME）多邊形轉(zhuǎn)換器（POLYVRT）地理編碼與參照系統(tǒng)拓?fù)浼桑═IGER）相關(guān)概念：弧段（鏈段）構(gòu)成多邊形的線。結(jié)點(diǎn)：兩條以上弧段相交的點(diǎn)，起始（FN）、終（TN）島：由一條弧段組成的多邊形簡(jiǎn)單多邊形：內(nèi)部不含島的多邊形單連通區(qū)域。復(fù)多邊形：內(nèi)部含島的多邊形復(fù)連通區(qū)域（外界、內(nèi)界島區(qū)多邊形）左多邊形LP，右多邊形RP整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本元素如下圖及表：（3）曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在GIS中，曲面數(shù)據(jù)指連續(xù)分布自然表面的地理要素。由于連續(xù)曲面非常復(fù)雜，為表達(dá)和存儲(chǔ)需要，常用不規(guī)則三角網(wǎng)來擬合具有連續(xù)分布的自然表面，稱為TIN（Triangulated Irregular

39、Network）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而常用狄洛尼（Delaunay）三角網(wǎng)。這里不作重點(diǎn)介紹。6矢量數(shù)據(jù)的獲取方式（1）利用各種定位儀器采取空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)（GPS，平板測(cè)圖儀），依此來描述點(diǎn)、線、面地理實(shí)體的空間位置。（2）通過柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來，此法是利用遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新GIS數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)常用。（3）通過紙質(zhì)地圖數(shù)字化得到。（4）通過已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型運(yùn)算得到。第三節(jié) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1柵格數(shù)據(jù)相關(guān)概念將空間按一定規(guī)則分割成若干網(wǎng)格（正方形或矩形），在各個(gè)網(wǎng)格上給出相應(yīng)的屬性值表達(dá)地理實(shí)體特征，而網(wǎng)格的位置由網(wǎng)格所在的行列號(hào)定義，這種“屬性明顯，位置隱含”的數(shù)據(jù)組織形式稱為柵格數(shù)據(jù)。依圖所示：柵格單元的大小通常叫

40、數(shù)據(jù)的分辨率（Resolution），很明顯，柵格單元的邊長(zhǎng)越大，則精度越低，反之越高，關(guān)于柵格點(diǎn)的屬性值定義由用戶自行確定，一般分兩種：實(shí)際測(cè)量值，如溫度，數(shù)字高程等代表某種類別的編碼關(guān)于柵格尺寸大小的確定：設(shè)區(qū)域最小圖斑面積為A，網(wǎng)格邊長(zhǎng)為H，區(qū)域多邊形數(shù)為i=1,2,n則：2柵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)A優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單空間數(shù)據(jù)的疊置和組合方便便于實(shí)現(xiàn)各種空間分析數(shù)學(xué)模擬方便技術(shù)開發(fā)費(fèi)用低B缺點(diǎn)數(shù)據(jù)量大降低分辨率時(shí)，信息缺失嚴(yán)重地圖輸出不夠精美難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系投影變換較為費(fèi)時(shí)3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要類型（1）柵格矩陣結(jié)構(gòu)柵格矩陣結(jié)構(gòu)指全柵格陣列組織形式，如圖所示說明，這是一個(gè)44階矩陣，若矩陣中每一個(gè)

41、元素如用一個(gè)雙字節(jié)表示，則一個(gè)圖層全柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間為m（行）n（列）2（字節(jié)），舉例：一個(gè)面積為100km2的區(qū)域，網(wǎng)格邊長(zhǎng)為1m，每網(wǎng)格屬性值用雙字節(jié)，則全部圖層要素所占空間為10000022200兆字節(jié)這是相當(dāng)大的存儲(chǔ)容量，所占空間極大，為節(jié)省存儲(chǔ)單元，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要解決數(shù)據(jù)壓縮問題。（2）游程編碼結(jié)構(gòu)游程：相鄰?fù)稻W(wǎng)格的數(shù)量。游程編碼：將相鄰?fù)档木W(wǎng)格合并，并記錄合并后網(wǎng)格的值及合并網(wǎng)格長(zhǎng)度，其目的是壓縮數(shù)據(jù)所占空間。游程編碼結(jié)構(gòu)的建立方法將柵格矩陣的數(shù)據(jù)序列x1,x2,xn映射為相應(yīng)的二元組序列（Ai，Pi），i=1,2,k，且kn，其中A為屬性值，P為游程，k為游程序號(hào)，將上圖的柵

42、格矩陣轉(zhuǎn)換為二元序列就是：游程編碼壓縮數(shù)據(jù)的質(zhì)量，可用Re來估算數(shù)據(jù)冗余度其中：Q圖層內(nèi)相鄰屬性值變化次數(shù)的累加和；m圖層網(wǎng)格行數(shù)；n圖層網(wǎng)格列數(shù)。當(dāng)時(shí)，壓縮效果明顯當(dāng)壓縮比值越大時(shí)，壓縮效果越顯著。柵格數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮處理，得到游程編碼數(shù)據(jù)序列，通常用索引順序文件方法來組織數(shù)據(jù)，這里從略。（3）四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原理：將空間區(qū)域按照四個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割（2n2n，且n1），直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止，凡數(shù)值單調(diào)的單元，均作為最后存儲(chǔ)單元。這里從略。4柵格數(shù)據(jù)的獲取方式地圖掃描：用大幅面掃描儀可快速掃描圖像。遙感圖像解譯：遙感與GIS集成后，遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)，可獲得大量的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)

43、。規(guī)則點(diǎn)采樣：在測(cè)區(qū)面積不大，分辨率不高情況下，將測(cè)區(qū)等分網(wǎng)格，記錄每個(gè)網(wǎng)格數(shù)值，即得該區(qū)柵格數(shù)據(jù)，如：1/20萬(wàn)化探掃面數(shù)據(jù)。不規(guī)則點(diǎn)采樣插值：由于規(guī)則采樣受條件限制，一般不容易實(shí)現(xiàn)，采樣點(diǎn)可以不均勻分布，柵格點(diǎn)中的缺空值可通過已有觀測(cè)值的內(nèi)插計(jì)算得到，采用方法有：1.三角網(wǎng)插值 2. 趨勢(shì)面擬合 3. 克里格插值矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)第四節(jié) 矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量與柵格一體化概念：一般情況下，人們認(rèn)為矢量與柵格是兩種完全不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，各自滿足不同用途，但有時(shí)為多種應(yīng)用目的，要求空間數(shù)據(jù)同時(shí)滿足兩種特性，既保持矢量特性，又具有柵格性質(zhì)，做到矢量與柵格一體化。為了建立矢量與柵格一體化數(shù)

44、據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)點(diǎn)、線、面目標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)作如下約定：對(duì)點(diǎn)實(shí)體，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部只需要表示該點(diǎn)的一個(gè)位置數(shù)據(jù)與結(jié)點(diǎn)有關(guān)聯(lián)的弧段信息。對(duì)線實(shí)體，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部只需用一組元子填滿整個(gè)路徑，表示該弧段相關(guān)拓?fù)湫畔?。?duì)面實(shí)體，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部需表示由一組邊界及其組成的緊湊空間。第五節(jié) 屬性數(shù)據(jù)的編碼屬性是對(duì)某一地理目標(biāo)的物質(zhì)、特征、變量數(shù)量及質(zhì)量的描述指標(biāo)，是空間實(shí)體的特征性數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)包括名稱、等級(jí)、數(shù)量代碼等多種形式；屬性數(shù)據(jù)可直接記錄在矢量或柵格數(shù)據(jù)文件中，有時(shí)也可單獨(dú)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中作為屬性文件，通過關(guān)鍵碼與圖形數(shù)據(jù)相聯(lián)系。（1）編碼原則編碼的系統(tǒng)性與科學(xué)性，在邏輯上應(yīng)滿足所涉及學(xué)科的科學(xué)分類方法及屬性本身的

45、自然系統(tǒng)性。編碼的一致性，指對(duì)象的專業(yè)名詞，術(shù)語(yǔ)定義必須嚴(yán)格一致，對(duì)代碼所定義的同一專業(yè)名詞、術(shù)詞必須是唯一的。編碼的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性：代碼標(biāo)準(zhǔn)化，如我國(guó)政區(qū)代碼標(biāo)準(zhǔn)為GB226080；所謂標(biāo)準(zhǔn)化是指擬定統(tǒng)一的代碼內(nèi)容、碼位長(zhǎng)度、碼位分配和碼位格式。編碼的簡(jiǎn)捷性：使每一種編碼以最小的數(shù)據(jù)量來負(fù)載最大的信息量。編碼的可擴(kuò)展性：對(duì)未來內(nèi)容更新應(yīng)留有余地。（2）編碼內(nèi)容登記部分：用來標(biāo)識(shí)屬性數(shù)據(jù)的序號(hào)。 分類部分：用來標(biāo)識(shí)屬性的地理特性?？刂撇糠郑河脕硗ㄟ^一定的查錯(cuò)算法，檢查編碼錄入及傳輸中的錯(cuò)誤。（3）編碼方法一般方法：列出全部對(duì)象清單。制定對(duì)象分類、分級(jí)原則。擬定分類代碼系統(tǒng)。設(shè)立代碼及其格式：字

46、符、數(shù)字、碼位長(zhǎng)度、碼位分配等。建立代碼和編碼的對(duì)照表。常用編碼方法：A層次分類編碼法本法以分類對(duì)象的從屬和層次關(guān)系為排列順序的一種編碼方法。依圖：B多源分類編碼法又稱獨(dú)立分類編碼法，指對(duì)于一個(gè)特點(diǎn)的分類目標(biāo)，可根據(jù)諸多分類依據(jù)分別進(jìn)行編碼，各數(shù)字代碼間沒有隸屬關(guān)系。如：河流編碼“111114322”共9位數(shù)字組成，自左到右前5個(gè)“1”分別代表：常年河、平原河、可通航、河床形狀為樹形，主流長(zhǎng)7km，“4”表示河寬25m，“3”表河流彎曲，“2”表2.5km的彎曲平均數(shù)為40m，最后“2”表示彎曲的平均深度為50m。第五章 GIS的空間數(shù)據(jù)庫(kù)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念任何一個(gè)信息系統(tǒng)都離不開數(shù)據(jù)庫(kù)的

47、支持，地理信息系統(tǒng)的操作對(duì)像是空間數(shù)據(jù)，因此空間數(shù)據(jù)庫(kù)是地理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)場(chǎng)所，在地理信息系統(tǒng)中發(fā)揮支柱作用。1.空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念（1）數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包含三部分l 數(shù)據(jù)庫(kù)（Database）l 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（Database managemet system, DBMS）l 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)（Database Analysis system）分別定義如下：數(shù)據(jù)庫(kù)是按照一定的結(jié)構(gòu)組織在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合；數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是提供數(shù)據(jù)庫(kù)建立、使用和管理工具的軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)是為滿足用戶需求而建立的、具有數(shù)據(jù)庫(kù)訪問功能的應(yīng)用軟件，其標(biāo)志是提供用戶一種與數(shù)據(jù)

48、庫(kù)相聯(lián)的用戶界面。（2）空間數(shù)據(jù)庫(kù)（Spatial Database）是空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，同樣由三部分組成：l 空間數(shù)據(jù)庫(kù)指GIS中在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)總合；一般以特定結(jié)構(gòu)文件形式存儲(chǔ)。l 空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)指對(duì)存儲(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行語(yǔ)義及邏輯定義，提供空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、檢索、維護(hù)與更新的一套軟件系統(tǒng)。說明：A：空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（SDBMS）建立在常規(guī)DBMS之上。B：兩種方法：對(duì)DBMS進(jìn)行擴(kuò)展，加入空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理功能（如：oracle）；在常規(guī)DBMS上加空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，以獲取DBMS之外的空間數(shù)據(jù)庫(kù)的管理與存儲(chǔ)能力（如：美國(guó)ESRI的Spatial Database

49、Engine-SDE）l 空間數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)，指由GIS中的空間分析模型與應(yīng)用模型組成的軟件集合。（3）多元地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)（Spatial Database for Multiple geology）多元地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)較地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)雜，因?yàn)榈刭|(zhì)學(xué)科多樣性或多元化，而各學(xué)科間又相互支撐、相互滲透，則建立地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)除按地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)方法外，尚應(yīng)考慮各數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、機(jī)理解釋及綜合分析模型等。如：多元地學(xué)信息系統(tǒng)就遠(yuǎn)較GIS復(fù)雜，從某種程度上說，多元地學(xué)信息系統(tǒng)（MGIS）是一種信息融合與系統(tǒng)集成。第二節(jié) GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1.SDB設(shè)計(jì)的內(nèi)涵是將來自地理空間實(shí)體的數(shù)據(jù)按一定組織形式在

50、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中加以表達(dá)的系列過程。2.SDB的設(shè)計(jì)過程我們可以這樣理解GIS，GIS是向人類提供認(rèn)識(shí)自然、改造自然的信息化工具，也是處理人與自然關(guān)系的現(xiàn)代化媒介。也就是說，人利用GIS以信息轉(zhuǎn)化與相互影響的方式實(shí)現(xiàn)了從感知到理性的思維遞進(jìn)過程；GIS的開發(fā)與應(yīng)用大體經(jīng)歷了由現(xiàn)實(shí)世界到概念世界，再到計(jì)算機(jī)信息世界的轉(zhuǎn)化過程，引用下圖表示：對(duì)上圖作如下解釋：首先從計(jì)算機(jī)環(huán)境角度出發(fā)，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的地理現(xiàn)象，相互關(guān)系及發(fā)展過程進(jìn)行系統(tǒng)研究，最終形成空間數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用系統(tǒng)所需的概念化模型，然后對(duì)概念模型進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)、模型設(shè)計(jì)，即選用對(duì)概念模型支持力最強(qiáng)的數(shù)據(jù)模型及合適的DBMS，將概念模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能

51、支持的數(shù)據(jù)模型；最后反映到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)組織形式為存儲(chǔ)模型。 關(guān)于地理現(xiàn)象及地理過程的復(fù)雜空間關(guān)系包括三個(gè)方面：l 空間客體的空間聯(lián)系l 空間客體的時(shí)間聯(lián)系l 空間客體的屬性聯(lián)系具體解釋如下：客體之間的空間聯(lián)系形式有空間位置：描述空間客體中個(gè)體的定位信息；空間分布：描述空間客體中群體的定位信息；而描述空間分布的指標(biāo)有：空間概率、空間結(jié)構(gòu)、空間聚類、空間延展及離散度等；空間形態(tài)：描述空間客體的形狀與結(jié)構(gòu)；空間關(guān)系：根據(jù)位置與形態(tài)形成的實(shí)體關(guān)系；空間相關(guān)：描述空間客體之間屬性數(shù)據(jù)上的相關(guān)關(guān)系；空間統(tǒng)計(jì)：描述空間客體的質(zhì)量、數(shù)量信息；空間趨勢(shì)：描述空間分布的總體變化規(guī)律；空間對(duì)比：描述空間客

52、體間在數(shù)量、質(zhì)量及形態(tài)三方面的比較結(jié)果；空間運(yùn)動(dòng)：描述空間客體隨時(shí)間遷移或變化?？臻g客體之間的時(shí)間聯(lián)系反映客體變化過程，構(gòu)成時(shí)間動(dòng)態(tài)GIS數(shù)據(jù)全部?jī)?nèi)容?？臻g客體間的屬性聯(lián)系包括屬性多級(jí)分類中的：l 從屬關(guān)系：反映各客體之間上下級(jí)關(guān)系或包含關(guān)系；l 聚類關(guān)系：反映客體之間相似程度及并行關(guān)系；l 相關(guān)關(guān)系：反映客體之間的某種共存關(guān)系。3.空間數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)（1）空間數(shù)據(jù)模型：對(duì)于上述討論復(fù)雜空間客體相互聯(lián)系，需要進(jìn)行高度抽象，使它轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能接受及處理的數(shù)據(jù)形式，這就需應(yīng)用一定的數(shù)據(jù)方法對(duì)空間關(guān)系進(jìn)行描述，刻劃或表達(dá)，使其揭示空間客體的本質(zhì)特性（結(jié)構(gòu)特性、行為特性），這種描述空間關(guān)系的數(shù)學(xué)方法，一般稱空間數(shù)據(jù)模型。（2）空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)最終歸結(jié)為數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)；（3）由空間數(shù)據(jù)模型組織的空間數(shù)據(jù)可使DBMS進(jìn)行統(tǒng)一管理、查詢、檢索、增刪及修改，保障數(shù)據(jù)的獨(dú)立完整與安全；（4）空間數(shù)據(jù)模型分有如下類型：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型：l 層次模型l 網(wǎng)狀模型l 關(guān)系模型語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型4.空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則、步驟及技術(shù)方法（1）原則l 應(yīng)最大限度減少空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余量；l 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與適應(yīng)性較強(qiáng)；l 空間數(shù)據(jù)應(yīng)反映復(fù)雜的空間聯(lián)系。（2）三個(gè)相關(guān)概念l 設(shè)計(jì)技術(shù)：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者所使作的設(shè)計(jì)工具，包括各類算法、文本化方法、圖形表示法、轉(zhuǎn)化規(guī)則，數(shù)據(jù)庫(kù)定