地理信息系統原理重點整理參考模板

1、地理信息系統原理第一章 緒論地理信息系統是對地理空間實體和地理現象的特征要素進行獲取 處理 表達 管理 分析 顯示和應用的計算機空間或時間系統地理空間實體是指具有地理空間參考位置的地理實體特征要素，具有相對固定的空間位置和空間相關關系 相對不變的屬性變化 離散屬性取值或連續(xù)屬性取值的特性地理現象是指發(fā)生在地理空間中的地理事件特征要素，具有空間位置 空間關系和屬性隨時間變化的特性地理信息系統具有以下五個基本特點：1地理信息系統是以計算機系統作為支撐的2地理信息系統操作的 對象是地理空間數據3地理信息系統具有對地理空間數據進行空間分析 評價 可視化和模擬的綜合利用優(yōu)勢4地理信息系統具有分布特性5地

2、理信息系統的成功應用更強調組織體系和人的因素的作用，這是由地理信息系統的復雜性和多學科交叉性所要求的地理信息系統的組成：硬件 分為基本設備和拓展設備兩大部分，基本設備包括計算機主機（含鼠標 鍵盤 硬盤 圖形顯示器等），存儲設備（光盤刻錄機 磁帶機 光盤塔 磁盤陣列等），數據輸入設備（數字化儀 掃描儀 手寫筆等），以及數據輸出部分（打印機 繪圖儀等）；拓展部分包括數字測圖系統 圖像處理系統 多媒體系統 虛擬現實與仿真系統 各類測繪儀器等軟件 按層次結構組成和運行的軟件體系低水平高水平操作系統 網絡管理軟件，工具軟件；標準軟件（圖像圖形處理 數據庫系統 系統庫 程序設計等）；GIS基本功能軟件（商

3、業(yè)化的GIS工具或平臺） GIS應用軟件（二次開發(fā)）GIS與用戶的接口、通訊軟件（用戶界面、通訊軟件）4D產品：數字線劃數據（digital line graph,DLG）數字柵格數據（digital raster graph，DRC）數字高程模型（digital elevation model，DEM）數字正射影像（digital ortho map，DOM）基于“3s”技術的對地觀測系統P26 圖1.25地理信息系統的技術基礎：地理信息系統是一項多種技術集成的技術系統。數據采集技術（包括遙感技術，全球定位系統，三維激光掃描技術，數字測圖技術等）、現代通信技術、計算機網絡技術、軟件工程技術、

4、虛擬現實與仿真技術、信息安全技術、網絡空間信息傳輸技術等構成了GIS技術體系的主要技術。第二章 地理信息系統基礎理論地理學是研究地球表面地理環(huán)境的結構分部、發(fā)展變化的規(guī)律性以及人地關系的學科，已經經歷了近代地理學和現代地理學兩個發(fā)展階段。地理學是研究地理環(huán)境的科學。地理環(huán)境可以劃分為自然環(huán)境、經濟環(huán)境和社會文化環(huán)境地理學的三個發(fā)展階段，第一階段一地理學定量分析為特點；第二階段以圖形學為特點，注重數量的空間關系，進一步由大地測量、遙感、攝影測量、GPS的融入，發(fā)展到geomatics；第三階段開始引入GIS，借助GIS來研究地理問題。地理信息系統與地理學的關系：1 地理學是我們理解世界的基礎科學

5、，GIS使得地理科學活生生的應用到現實世界中，包括科學中的基礎部分1 / 72 地理學與GIS密不可分，兩者完美結合。地理學的進一步研究，需要gis的支持。GIS的開發(fā)需要對地理問題深入認識。兩者結合，互相促進了二者的發(fā)展。地理信息科學的理論體系、研究方法、學科地位的建立和完善，有利于地理學家對瞬時信息進行定性分析、空間信息的定位分析、時間信息的趨勢分析、環(huán)境信息的綜合分析3 地理信息的虛擬分析與嚴爵得以發(fā)展4 數值模擬和定量化研究不斷加強地理信息是有關地理實體的性質、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，他是對表達地理特征要素和地理現象之間關系的地理數據的解釋地理數據是各種地理特征和現象之間

6、關系的符號化表示，包括位置特征、屬性特征和時態(tài)特征三個基本特征部分第三章 地理空間數據表達基礎方里網是由平行于投影坐標軸的兩組評選線索構成的方格網，因為是每隔整公里繪出坐標縱線和坐標橫線，所以稱為方里網，又稱直角方里網經緯網 地理坐標網 地圖對地理信息實體要素的描述方法分為線劃地圖和影像地圖兩種，地圖圖層是對地理信息的專題表達1 線劃地圖是按照一定的比例、一定的投影規(guī)則，有選擇地將復雜的三維地理實體的某些內容投影繪制在二維平面媒體上，并用符號將這些內容要素表現出來，在地圖學上把地理空間分為點線面三種要素點狀要素 是指那些占據面積較小，不能按比例尺表示，又要定位的實體線狀要素 是指那些在地面上呈

7、線狀或帶狀的地理實體，如河流道路等面狀要素 指在空間占有一定面積的地理實體，一般用面狀填充符號表達2 遙感影像地圖有正射影像圖（DOM）和真正射影像圖（TDOM），前者由數字高程模型糾正獲得(DEM)，后者由數字地形表面模型糾正獲得3 在GIS中，地理實體要素是以數字化的數據形式存在的GIS數據表達的基本要求和原則1 定義表達空間數據的表達類型2 對不同的數據表達類型進行空間建模的原則3 同一空間參考系原則4 數據分層組織和無縫圖層原則5 數據分類編碼原則6 數據庫存儲和管理原則7 數據集組織原則8 空間索引要求9 建立 空間拓撲關系原則10 建立空間元數據庫要求；為了對空間數據庫進行維護更新

8、和共享服務，需要對空間數據的定義 內容 格式 參考 系統 質量 標準 狀態(tài) 日期等信息進行描述，這類信息稱為元數據11 為了到達上述的數據表達要求，需要對空間數據進行輸入 整合和編輯，這一系列的工作稱為空間數據庫的建庫在GIS中，地理空間對象的基本表達類型有5種：矢量數據 柵格數據 連續(xù)數據 屬性數據 元數據；矢量數據用于描述和表達離散地理空間實體要素；地圖描述信息的屬性是通過地圖符號 顏色和地圖注記；柵格由一系列的柵格坐標或像元所處柵格矩陣的行列號（I,J）定義其位置，每個像元獨立編碼，并載有屬性；柵格單元的大小代表空間分辨率，表示表達的精度；連續(xù)表面數據書描述地球表面上的每一個位置都具有一

9、個值的一類數據，替代方法：1 等值線方法 2 等值域方法 3 柵格數據集方法 4 不規(guī)則三角網表達方法元數據就是“關于描述數據信息的數據”，主要作用：1 幫助數據生產者有效管理和維護空間數據，建立數據文檔2 提供數據生產者對數據產品的說明信息，便于用戶查詢利用空間數據3 提供通過計算機網絡查詢數據的方法和途徑，便于數據交換和傳輸4 幫助用戶了解數據的質量信息，對數據的使用做出正確判斷5 提供空間數據互操作的基礎元數據的內容主要是包括對數據庫的描述，對數據庫中的各數據項 數據來源 數據所有者和數據生產歷史等的說明；對數據質量的描述，如精度 數據的邏輯一致性 數據的完整性 分辨率 數據的比例尺等；

10、對數據處理信息的說明，如綱量的轉換等；對數據轉換方法的說明；對數據庫的更新集成方法風的說明空間關系是指地理空間特征或對象之間存在的與空間特征有關的關系拓撲空間關系是GIS中重點描述的地理特征或對象之間的一種空間邏輯關系，根據拓撲關系繪制的圖稱為拓撲圖；在拓撲關系在GIS中，是以數據表數據文件的形式進行存儲的，主要用于描述點和多邊形圖形元素之間的邏輯關系，有關聯關系、鄰接關系、連通關系和包含關系；計算機就是通過在弧段序列中找到弧段之間的共同節(jié)點來判斷與弧段之間是否存在連接性第四章 地理空間數據模型建模數據模型是對數據特征的抽象描述，它不是描述個別數據特性，而是描述數據的共性，一個地理空間數據模型

11、應能描述地理空間數據以下特征：1 靜態(tài)特性。包括實體和實體應有的特性、實體間的聯系等，通過構造基本數據結構類型來實現2 動態(tài)特性。即現實世界中的實體及實體間的不斷發(fā)展變化，通過對數據文件的索、插入、刪除和修改等操作來實現3 數據間的相互制約與依存關系。通過一組完整性約束規(guī)則來實現地理空間數據模型可分為矢量數據模型、柵格數據模型、連續(xù)表面數據模型和屬性數據模型（圖4.2 P111）空間數據模型是以邏輯方式對客觀世界進行抽象，是一組由相關關系聯系在一起的空間對象定義和空間關系表達的規(guī)則集，是幾何數據模型和語義數據模型的混合體，也稱為地理空間數據的邏輯模型地理空間數據結構是基于地理空間數據模型構建的

12、物理數據文件格式，與數據在計算機中的編碼、存儲和表達方式有關。地理空間數據結構提供了為地理空間數據模型而定義的操作，并將操作映射到數據結構特定的代碼上模型和對象的區(qū)別，矢量數據模型往往被拆成幾個簡單元素表示，但他們共享一個屬性描述，特征元素表示的意義和實際的情況有很大區(qū)別，特征一般不具有獨立實體意義；一個對象對應現實世界中的一個具有完整意義的地理是提要素，并對其一系列固有屬性和可能的操作方式進行了封裝，一般具有很強的獨立性對象的特性1 抽象性2 封裝性3 多態(tài)性4 繼承性面對對象數據建模的四種核心數據技術是：分類、概括、聚集和聯合地理數據模型的進展1 CAD數據模型2 coverage數據模型

13、 是arcgis 8軟件以前版本使用的地理空間數據模型，也稱為地理關系數據模型，是面向特征建模的數據模型，coverage數據模型存儲和管理數據的基本單元是數據層3 geodatabase數據模型 是面向對象的數據模型 矢量數據是以點、線和多邊形為基本表達特征元素，并用以表達具有形狀和邊界的離散對象；矢量數據模型是以特征數據集合特征類存儲特征元素的線段、鏈和環(huán)視特征形狀的組合幾何元素Arcgis的幾何對象模型（圖4.21 P127）Coverage數據模型 是空間數據、屬性數據和與特征有聯系的拓撲關系的結合體Coverage的主要特征類型有點、弧段、多邊形和節(jié)點Shapefile 主要由包含空

14、間和屬性數據的3個主要文件構成，也可能包括任選具有索引信息的其他文件，這些文件有點線面特征組成的一個特征類，可以是點、點集、折線或多邊形組成的同類特征的集合Coverage模型與shapefile模型的主要區(qū)別是，前者具有拓撲關系，后者沒有拓撲關系；前者有過個類，后者只有一個類柵格數據來源 柵格數據表達影響或連續(xù)數據。柵格數據最常用的數據源是衛(wèi)星影像、航空影像、某個特征的照片、掃描的地圖文件、矢量轉化成的柵格數據等柵格數據的基本類型 柵格數據有兩個基本類型，專題數據和影像數據。專題數據可能用于土地利用的專題分析，影像數據可能用于其他地理數據的地圖和導出專題數據連續(xù)表面數據模型 連續(xù)表面用于表達

15、有限點數的具有Z值的連續(xù)場，常用模型有兩種，柵格數據模型和不規(guī)則三角網模型，最常見的應用是對地形變化這類連續(xù)值的建模表達第五章 地理空間數據庫GIS與SDBMS（空間數據庫管理系統）的關系 gis提供了便于分析地理數據和將地理數據可視化的機制，提供了豐富的分析功能，可對地理數據進行相應的變換，利用gis可對某些對象和圖層進行多種操作；利用SDBMS可對更多的對象集合圖層集進行更為簡單的操作，回答集合查詢比GIS更為優(yōu)越GIS 圖形界面 空間和統計分析工具 數據轉換、導入和導出 幾何和拓撲關系支持SDBMS 數據自主獨立 完全集成的空間數據 事物處理，并發(fā)、備份、恢復 統一的查詢語言空間數據庫

16、定義為具有內部聯系的空間數據的集合，可以管理和維護海量數據，并為不同的GIS應用所共享，應滿足一下要求1 空間數據庫是數據庫系統2 空間數據庫系統在它的數據模型中，提供空間數據類型及其空間查詢語言3 數據庫應當具備兩個最核心的特征，一個是持久性，一個是事務空間數據索引 數據庫的索引可以用來快速訪問一條快速查詢所請求的數據，而無需遍歷整個數據庫。索引是為提高查詢效率而設計的輔助文件，它只記錄兩個域，主鍵和數據文件中的頁面地址 空間索引技術的核心是 根據查詢條件，迅速找到與該條件相交的所有空間數據的集合。在這個縮小的集合上再處理各種復雜的搜索，效率大大提高空間索引是對存儲在介質上的數據位置信息的描

17、述，用來提高系統對數據獲取方式的效率四叉樹索引方法 四叉樹是有根樹，每個內節(jié)點有4個子節(jié)點，四叉樹每個節(jié)點對應空間的一個方形區(qū)域，如果節(jié)點v有子節(jié)點，則它對應的方形區(qū)域書屬于v的四個方形區(qū)域，因此得名四叉樹；根節(jié)點的4個子節(jié)點被標識為NE、NW、SW、SE空間數據的分層 地理信息固有的層次性為GIS分層進行數據組織提供了依據，通常按以下方式進行分層1 按專題屬性進行分層2 按時間序列進行分層3 按實體幾何類型進行分層4 按實體屬性進行結構分層5 按照垂直分帶性分層6 按上述方法綜合考慮分層空間數據存儲方案1 磁盤陣列技術2 網絡存儲技術3 基礎網絡存儲技術4 虛擬存儲技術空間數據庫的存儲方案1

18、 分幅數據存儲方案 分圖幅對地圖數據進行管理一般只會時候數據生產部門，因為他們很少會對數據進行跨圖幅的分析操作2 無縫圖層數據存儲方案 在數據的分析應用中，跨圖幅操作是很常見的事情，建立無縫圖層是簡化數據操作的必要條件第六章 地理空間數據獲取與處理地理空間數據源的類型 數據源主要指建立GIS的地理數據庫所需的各種數據來源，主要包括地圖、遙感數據、文本數據、統計調查數據、多媒體數已有系統的數據等?？蓺w納為原始采集數據、再生數據和交換數據三種來源地圖數據 是gis的重要數據源，包括多尺度圖形數據遙感數據 是重要數據源，包括多尺度影像數據和非成像數據文本數據 主要是一些文檔資料數據，如規(guī)范條例等統計調查數據 主要是通過社會調查、人口統計、經濟統計等獲取的社會經濟數據實測數據 是指通過各種傳感器實時感知得到