地理信息系統(tǒng)原理復(fù)習(xí)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(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、存儲、管理、分析（計算） 、顯示和描述的技術(shù)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(jù)及其關(guān)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(shù)系統(tǒng)，它由若干相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成； （ 2）地理信息系統(tǒng)操作的對象是空間數(shù)據(jù)；（ 3）地理信息系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢在于它的數(shù)據(jù)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(yīng)用強調(diào)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：

2、1）硬件系統(tǒng)；2）軟件系統(tǒng)；3 ）地理空間數(shù)據(jù)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(jù)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(jù)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(guān)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(jù)：關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，提供關(guān)于空間數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)庫等的內(nèi)容、格式、質(zhì)量指標(biāo)、說明信息等引導(dǎo)使用的信息。元數(shù)據(jù)的主要作用

3、：幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)者有效管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔；提供數(shù)據(jù)生產(chǎn)者對數(shù)據(jù)產(chǎn)品的說明信息，便于用戶查詢利用空間數(shù)據(jù)；提供通過計算機網(wǎng)絡(luò)查詢數(shù)據(jù)的方法和途徑，便于數(shù)據(jù)交換和傳輸；幫助用戶了解數(shù)據(jù)的質(zhì)量信息，對數(shù)據(jù)的使用作出正確判斷；提供空間數(shù)據(jù)互操作的基礎(chǔ)。元數(shù)據(jù)的內(nèi)容： 對數(shù)據(jù)庫的描述；對數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述；對數(shù)據(jù)處理信息的說明；對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的說明；對數(shù)據(jù)庫的更新、集成方法等的說明。工作區(qū)：在GIS 的數(shù)據(jù)組織中，通常將若干幅地圖形成的區(qū)域當(dāng)成一個工作單元，稱之為工作區(qū) （workspace） ?？臻g數(shù)據(jù)互操作：空間數(shù)據(jù)互操作是在不同計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序一起共同作用并共享空間數(shù)據(jù)

4、的能力。分布式地理信息系統(tǒng)：在計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，以分布式計算的理論技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為應(yīng)用指導(dǎo)，用來設(shè)計地理信息系統(tǒng)中的時空數(shù)據(jù)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(wǎng)的超級計算模式即把存儲于個人電腦、移動電話和其他設(shè)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(kuò)展的信息技術(shù)能力向外部客戶作為服務(wù)來提供的一種計算方式?？臻g數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)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，

5、建立一個共享的空間信息框架的建設(shè)計劃，包括所需的設(shè)備、技術(shù)、政策、標(biāo)準(zhǔn)、體系結(jié)構(gòu)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(dá)的三維星球，具有海量的地理空間編碼數(shù)據(jù)，可以使用無級放大率進(jìn)行放大，在空間內(nèi)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(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施平臺，整合城市信息 資源，建立電子政務(wù)、電子商務(wù)、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(jīng)濟(jì)和社會信息化，是綜合運用GIS、RS、GPS、寬帶多媒體網(wǎng)絡(luò)及虛擬仿真技術(shù)，對城市基礎(chǔ)設(shè)施功能機制進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測管理以及輔助決策的技術(shù)體系。智慧地球、城市：形成所謂“物聯(lián)網(wǎng)” ，然

6、后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，感知變換，云計算中心處理，智能服務(wù)空間信息網(wǎng)格（Spatial Information Grid, SIG）:空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施提出的交換站點在SIG中被看作網(wǎng)絡(luò)結(jié)點，由這些分布在全球各地的各類結(jié)點形成的網(wǎng)絡(luò)稱之為網(wǎng)格。它是以空 間信息傳輸、服務(wù)和計算為內(nèi)容的特點的，因此也稱為空間信息網(wǎng)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(jù)的分析技術(shù)，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(jìn)行疊置，產(chǎn)生新的特征分析方法空間關(guān)系是指地理實體之間存在的與空間特性有關(guān)的關(guān)系，是刻畫數(shù)據(jù)組

7、織、查詢、分析和推理的基礎(chǔ)?？臻g關(guān)系的描述和表達(dá)，是 GIS區(qū)別于CAD等計算機圖形處理系統(tǒng)的主要標(biāo)志?？臻g關(guān)系的研究，直接影響GIS的設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用。要點：矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的特點（區(qū)別）（優(yōu)缺點）地理信息系統(tǒng)的構(gòu)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(jù)質(zhì)量問題的來源、解決方法GIS的發(fā)展趨勢空間數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)備空間操作的數(shù)據(jù)、進(jìn)行空間分析操作、準(zhǔn)備 表格分析的數(shù)據(jù)、進(jìn)行表格分析、結(jié)果的評價和解釋、如需要則改進(jìn)分析、產(chǎn)生分析結(jié)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

8、部分地理空間參照系是表示地理實體的空間參照系統(tǒng)，在GIS中，所有的空間數(shù)據(jù)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?zé)o法在空間上相互配準(zhǔn)。主要的地理參照系類型：地理坐標(biāo)系、投影坐標(biāo)系。用平面坐標(biāo)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(yīng)用投影的方法，建立地球表面與平面上點的函數(shù)關(guān)系。投影坐標(biāo)系統(tǒng)（平面坐標(biāo)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(biāo)系統(tǒng)。GIS的地理空間：通常是指經(jīng)過投影變換后在笛卡兒坐標(biāo)系中的地球表層特征空間。地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換地理坐標(biāo)之間的直接轉(zhuǎn)換經(jīng)由大地坐標(biāo)之間的間接轉(zhuǎn)換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法可

9、分為三參數(shù)和七參數(shù)兩種方法表達(dá)地理信息的地理數(shù)據(jù)的幾何空間數(shù)據(jù)主要有三種數(shù)據(jù)類型：矢量數(shù)據(jù)用坐標(biāo)對、坐標(biāo)串和封閉的坐標(biāo)串表示實體點、線、面的位置及其空間關(guān)系的一種數(shù)據(jù)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?fù)溥B線、弧段、鏈、環(huán)等。拓?fù)溥B線是兩個結(jié)點或節(jié)點的連線，其方向可由結(jié)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(jù)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)數(shù)字高程模型是GIS 表示 2.5 維地形數(shù)據(jù)的重要格式平面坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)包括規(guī)則網(wǎng)格和不規(guī)則三角網(wǎng)（ TIN ）兩種類型。三種數(shù)

10、據(jù)的比較參加書本76地理數(shù)據(jù)模型是人們在對地理空間的充分認(rèn)識與完整的地理空間認(rèn)知模型 （或概念模型） 的基礎(chǔ)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(guān)系的邏輯模型?？臻g數(shù)據(jù)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(jù)描述的內(nèi)容：編碼、位置、行為、屬性、說明、關(guān)系空間數(shù)據(jù)的分類、分層和空間索引 是 GIS 空間數(shù)據(jù)組織的重要方式和內(nèi)容。分類編碼數(shù)據(jù)分層物理無縫圖層是直接將圖幅先進(jìn)行接邊處理， 然后將分幅的地圖文件進(jìn)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)

11、對地物的跨圖幅操作。三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型： 層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型和關(guān)系數(shù)據(jù)模型層次模型是一種樹結(jié)構(gòu)模型， 它把數(shù)據(jù)按自然的層次關(guān)系組織起來， 以反映數(shù)據(jù)之間的隸屬關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)模型將數(shù)據(jù)組織成有向圖結(jié)構(gòu)， 圖中的結(jié)點代表數(shù)據(jù)記錄， 連線描述不同結(jié)點數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。 （結(jié)點數(shù)據(jù)之間沒有明確的從屬關(guān)系，可表示多對多的關(guān)系。 ）面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)庫模型面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型的核心是對復(fù)雜對象的模擬和操縱。面向?qū)ο蟮乩頂?shù)據(jù)模型的特點 :可充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點、具有可擴(kuò)充性、可以模擬和操縱復(fù)雜對象4.3 GIS 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是空間數(shù)據(jù)模型在特定的空間數(shù)據(jù)庫中， 經(jīng)空間數(shù)據(jù)庫的定義語言和數(shù)據(jù)

12、描述語言精確描述的存儲模型。1、 無拓?fù)潢P(guān)系的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)僅記錄空間對象的位置坐標(biāo)和屬性數(shù)據(jù)， 不記錄空間關(guān)系。2、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只有點是相互獨立存儲的，點成線，線成面拓?fù)潢P(guān)系可以有兩種表達(dá)方式，全顯式和半隱含表達(dá)。3、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層的柵格數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)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(jù)結(jié)構(gòu)兩種存儲形式規(guī)則格網(wǎng)TIN兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較格網(wǎng)點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單， 但表達(dá)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(guān)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(dá)。不規(guī)則三角網(wǎng)則可避免上述情況， 表達(dá)地形的質(zhì)量總體好于格網(wǎng)點， 但數(shù)據(jù)結(jié)

13、構(gòu)較復(fù)雜， 表達(dá)地形的面積較大時，效率不高。4.4 GIS 空間數(shù)據(jù)庫GIS 空間數(shù)據(jù)具有以下特點：數(shù)據(jù)量特別大、具有地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)應(yīng)用面相當(dāng)廣、數(shù)據(jù)應(yīng)用層次多等。GIS 時空數(shù)據(jù)表達(dá)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(jù)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(jù)庫對數(shù)據(jù)組織管理的需要 ，都 需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和處理。GIS 數(shù)據(jù)源遙感圖像大面積的、動態(tài)的、近實時、有利 GIS 數(shù)據(jù)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(guān)法律文檔、行業(yè)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、條文條例等統(tǒng)計資料實測數(shù)據(jù)野外試驗

14、、實地測量、GPS多媒體數(shù)據(jù)城市視頻數(shù)據(jù)已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)拓展了數(shù)據(jù)的可用性，增加了數(shù)據(jù)的潛在價值可歸納為原始采集數(shù)據(jù)、再生數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)三種來源。數(shù)據(jù)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(jù)集是一個結(jié)構(gòu)化的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合體，包括數(shù)據(jù)本身和數(shù)據(jù)間的關(guān)系。GIS 的主要數(shù)據(jù)集包括： DLG, DRG, DOM, DEM 和屬性數(shù)據(jù)（包括社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)） 、 專業(yè)領(lǐng)數(shù)

15、據(jù)等。GIS 數(shù)據(jù)采集方法對于矢量地圖數(shù)據(jù)，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(jù)矢量化的方法自動追蹤輸入。GIS 數(shù)據(jù)獲取的高級技術(shù)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(dá)系統(tǒng)、機載光學(xué)航空相機系統(tǒng)、機載雷達(dá)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(biāo)表面特征，能夠提供密集的點陣（或點云）數(shù)據(jù)（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

16、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(jìn)入測量現(xiàn)場；（ 5 ）可同時測量地面和非地面層；（ 6）數(shù)據(jù)的絕對精度在0.30 米以內(nèi)；（ 7 ） 24 小時全天候工作；（ 8 ）具有迅速獲取數(shù)據(jù)的能力。空間數(shù)據(jù)編輯（完成GIS 的空間數(shù)據(jù)在裝入 GIS 的地理數(shù)據(jù)庫前的各種工作）圖形數(shù)據(jù)的編輯結(jié)點、線、多邊形圖形數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)特征元素的編輯 由幾何網(wǎng)絡(luò)和邏輯網(wǎng)絡(luò)兩部分組成邏輯網(wǎng)絡(luò)沒有坐標(biāo)，沒有幾何特

17、征，但有元素。1 .簡單邊界的連接2 .復(fù)雜邊界連接（子、主）3 .復(fù)雜的連接點4 .流向定義5 .網(wǎng)絡(luò)其它屬性定義文本數(shù)據(jù)的編輯主要是對屬性表數(shù)據(jù)和注記數(shù)據(jù)。GIS 空間數(shù)據(jù)處理3.3.1 空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系生成歐拉定理的用途是用于拓?fù)錂z驗。點、線拓?fù)潢P(guān)系的建立實質(zhì)是建立結(jié)點弧段、弧段結(jié)點的關(guān)系表格3.3.2 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼分為矢量數(shù)據(jù)壓縮（有損）和柵格數(shù)據(jù)壓縮方法。矢量數(shù)據(jù)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-maxvD,這條

18、曲線上的中間點全部舍去；若d-maxRD,保留d-max對應(yīng)的坐標(biāo)點，并以該點為界，把曲線分為兩部分，對這兩部分重復(fù)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dvD,則中間點去掉；若 d>D,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(jié)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(nèi)，確定保留還是舍去。柵格數(shù)據(jù)壓縮1、直接?xùn)鸥窬幋a2、游程長度（行程）編碼利用相鄰像元的值的相關(guān)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(fù)個數(shù)。 特點：壓縮效率較高，疊加、合并等運算簡單

19、，編碼和解碼運算快。3、四叉樹編碼最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一基本思路：將2nx 2n像元組成的圖像（不足的用背景補上）所構(gòu)成的二維平面，按四個象限進(jìn)行遞歸分割，直到子象限的數(shù)值單調(diào)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(jié)點） 、線性四叉樹（僅記錄葉結(jié)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(jié)構(gòu)，又可減少存貯量，易于進(jìn)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(jié)構(gòu)。3.3.3

20、 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換三個方面的內(nèi)容：空間定位信息、空間關(guān)系信息、屬性信息數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方式1、通過外部數(shù)據(jù)交換文件進(jìn)行三次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)分類、定義的不一致易造成信息丟失2、通過標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換需要定義定義標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)交換文件標(biāo)準(zhǔn)兩次轉(zhuǎn)換3、通過標(biāo)準(zhǔn)的 API 函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換OpenGIS 協(xié)會要求每個GIS 軟件應(yīng)該提供一套標(biāo)準(zhǔn)的API 函數(shù)3.3.4 矢量柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換（ 1 ）矢量柵格轉(zhuǎn)換1）點的柵格化 簡單的坐標(biāo)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(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。 DDA 法（數(shù)字微分分析法）和 Bresenham 法。3）面（多邊形）的

21、柵格化內(nèi)部點擴(kuò)散法種子點 可能造成阻塞而造成擴(kuò)散不能完成，或可能擴(kuò)散出去。掃描法計算量較大邊填充算法算法簡單 增加了運算量。為減少訪問象素的次數(shù)，可引入柵欄。（2）柵格一矢量轉(zhuǎn)換柵格數(shù)據(jù)到矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(yù)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(xì)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(zhuǎn)換為矢量圖形的坐標(biāo)序列 朝該點的 8 個方向追蹤點5）拓?fù)浠?找出線的端點和結(jié)點，以及孤立點 形成結(jié)點和孤段再自動拓?fù)浠疓IS 空間數(shù)

22、據(jù)的質(zhì)量GIS 的數(shù)據(jù)質(zhì)量是指GIS 中空間數(shù)據(jù)（幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)）在表達(dá)空間位置、屬性和時間特征時所能達(dá)到的準(zhǔn)確性、一致性、完整性以及三者統(tǒng)一性的程度。GIS 數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的目的是建立一套空間數(shù)據(jù)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(chǎn)品的同時，附帶提供產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，即建立GIS 產(chǎn)品的合格證制度。研究 GIS 數(shù)據(jù)質(zhì)量的意義：評定GIS 的算法、減少GIS 設(shè)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(jù)質(zhì)量，那么當(dāng)用戶發(fā)現(xiàn)GIS 的結(jié)論與實際的地理狀況相差較大時， GIS 會失去信

23、譽。GIS 數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本內(nèi)容：（ 1） 準(zhǔn)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(jù)表達(dá)的精確程度或精細(xì)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(xué)基礎(chǔ)、平面精度、高程精度等，用以描述幾何數(shù)據(jù)的質(zhì)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(jù)的質(zhì)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(jié)點匹配精度、拓?fù)潢P(guān)系的正確性等。（ 4） 完備性：如數(shù)據(jù)分類的完備性、實體類型的完備性、屬性數(shù)據(jù)的完備性、注記的完整性等。（ 5） 現(xiàn)勢性：如數(shù)據(jù)的

24、采集時間、數(shù)據(jù)的更新時間等?？臻g數(shù)據(jù)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(jù)采集和錄入中產(chǎn)生的誤差，包括：1°遙感數(shù)據(jù)：攝影平臺、傳感器的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性、分辯率等。2°測量數(shù)據(jù)：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(jù)：數(shù)據(jù)的錄入、數(shù)據(jù)庫的操作等。4° GPS 數(shù)據(jù)： 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

25、理誤差是指GIS 對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時產(chǎn)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(xué)模型精度是產(chǎn)生這類誤差的主要原因。2°坐標(biāo)變換：控制點的布局、精度、轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型是產(chǎn)生這類誤差的主要原因。3°幾何數(shù)據(jù)的編輯：在編輯過程中，結(jié)點、線的移動，交點的增加、刪除、移動等都會產(chǎn)生編輯誤差。4°屬性數(shù)據(jù)的編輯：屬性取值的合理性是主要誤差產(chǎn)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(jù)壓縮）：壓縮算法是主要原因。7°數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換會丟失數(shù)據(jù)信息，如

26、拓?fù)潢P(guān)系信息、屬性信息等。8°計算機截斷誤差：與算法規(guī)則有關(guān)。9°空間內(nèi)插：與內(nèi)插的算法有關(guān)，與數(shù)據(jù)點的分布有關(guān)。10°矢量柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換：與算法有關(guān)，與二值化和細(xì)線化有關(guān)。二值化和細(xì)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(guān)系、邏輯關(guān)系、推理關(guān)系）GIS 中對數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的方法：直接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(jìn)行推理來確定）非定量描述 對數(shù)據(jù)質(zhì)量的各組成部分的評價結(jié)果進(jìn)行的綜合分析來確定數(shù)據(jù)的總體質(zhì)量3.4.3 空間數(shù)據(jù)的不確定性空間數(shù)據(jù)不確定性的概念：GIS 中處理自然和人為

27、環(huán)境數(shù)據(jù)時，會產(chǎn)生空間數(shù)據(jù)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(jù)收13集者或使用者準(zhǔn)確確定的特性。 如圖形的邊界位置、時間發(fā)生的準(zhǔn)確時刻、空間數(shù)據(jù)的分類以及屬性值的準(zhǔn)確度量等問題。不確定性最本質(zhì)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(yīng)用系統(tǒng)與專業(yè)領(lǐng)域的紐帶 ，必須以廣泛、深入的專業(yè)研究為基礎(chǔ)；2、空間分析模型是綜合利用 GIS 中大量數(shù)據(jù)的工具 ，數(shù)據(jù)的綜合分析和應(yīng)用主要通過模型來

28、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(guān)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(guān)系3、空間相關(guān)分析模型4、預(yù)測、評價與決策模型研究物體位置和屬性集成下的關(guān)系，物體群（類 ）之間的關(guān)系研究地理對象的動態(tài)發(fā)展，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?fù)浏B加分析、特征抽取、特征合并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(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢語言 S

29、QL 、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(guān)分析模型研究各種地理要素數(shù)據(jù)之間相互關(guān)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(yù)測模型根據(jù)地理要素的動態(tài)發(fā)展規(guī)律，預(yù)測分析地理現(xiàn)象4、 聚類模型聚類分析是根據(jù)多種地學(xué)要素對地理實體進(jìn)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(biāo)的等級序列。聚類分析的步驟一般是根據(jù)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(jìn)行類別合并的 準(zhǔn)則是使得類間差異最大，而類內(nèi)差異最小。5、屬性數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計 柵格數(shù)據(jù)的基本分析模式 聚類分析 聚合分析 現(xiàn)空間地域的兼并

30、。小 復(fù)合分析頻數(shù)、頻率、平均數(shù)、數(shù)學(xué)期望、中數(shù)、眾數(shù)等聚類分析、聚合分析、復(fù)合分析、追蹤分析和窗口分析等設(shè)定的聚類條件選擇建立新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)根據(jù)空間分辨率和分類表，進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的合并或轉(zhuǎn)換，以實到 鄰近較大的類別 具有數(shù)據(jù)綜合的作用視覺信息復(fù)合、疊加分類； 疊置分析指將不同圖幅或不同數(shù)據(jù)層的柵格數(shù)據(jù)疊置在一起，在疊置地圖的相應(yīng)位置上產(chǎn)生新的屬性的分析方法。追蹤分析窗口分析一個或多個起點 一定的追蹤線索追蹤目標(biāo)水系一個固定分析窗口，對數(shù)據(jù)進(jìn)行的極值、均值等計算矢量數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)分析與柵格數(shù)據(jù)分析相比，矢量數(shù)據(jù)分析一般不存在模式化的分析處理方法，表

31、現(xiàn)為處理方法的多樣性和復(fù)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(jìn)行疊置，產(chǎn)生新的特征疊置將兩幅或多幅地圖重疊在一起，產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)分析許多自然、人工的線狀地物相互之間構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)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(biāo)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

32、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(zhuǎn)入 S， 直到目標(biāo)頂點 v 轉(zhuǎn)入后結(jié)束。最短路徑搜索的基本依據(jù)：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(biāo)記，且對所有頂點令D(X)=8, y = s。2、對所有未作標(biāo)記的點按以下公式計算距離，D(X) = min D(X),d(Y,X) + D(Y) 其中 Y 是己確定作標(biāo)記的點。 取具有最小值的 D(X

33、) ， 并對 X 作標(biāo)記，令Y = Xo若最小值的D(X)為8,則說明 S到所有未標(biāo)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(zhuǎn)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(wǎng)和不規(guī)則三角網(wǎng)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(jìn)行x、 y、 z 三個軸的位移和旋轉(zhuǎn)。假三維通常都是只有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(chǎn)生在一個立體空間里面的錯覺。三維

34、GIS 的主要特點：(1) 空間目標(biāo)通過X 、 Y 、 Z 三個坐標(biāo)軸定義，空間關(guān)系基于體進(jìn)行劃分，復(fù)雜性明顯；(2) 可更真實地表達(dá)客觀世界；(3) 可進(jìn)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(yīng)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(jù)獲取與處理； (6) 易于擴(kuò)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(jù)模型及以此為基礎(chǔ)的三維空間數(shù)據(jù)庫，解決真三維空間操作和分析問題。第五部分GIS 產(chǎn)品輸出與可視化產(chǎn)品輸出系統(tǒng)由

35、硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)組成產(chǎn)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(shù)地理空間數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是GIS 輸出成果形式表達(dá)的重要技術(shù)，是現(xiàn)代計算機圖形、圖像顯示技術(shù)、數(shù)字建模技術(shù)與GIS 技術(shù)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果?？茖W(xué)計算可視化是指運用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)， 將科學(xué)計算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形和圖像顯示出來，開逆行交互處理的理論、方法和技術(shù)?？臻g信息可視化是指運用地圖學(xué)、計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將地學(xué)信息輸入、處理、查詢、分析以及預(yù)測的數(shù)據(jù)及結(jié)果采用圖形符號、圖形、圖像，開結(jié)合圖表、文字、表格、 視頻等可視化形

36、式顯示開逆行交互處理的理論、方法和技術(shù)。空間信息可視化的三個重要作用：（ 1 ）可視化可用來表達(dá)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(jù)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(shù)方法： 多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)是實現(xiàn)地圖可視化的主要技術(shù)方法三維 GIS 的關(guān)鍵技術(shù)：（ 1 ）三維 GIS 的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（ 2 ）三維空間關(guān)系描述和表達(dá)（ 3 ）三維空間分析（ 4 ）三維可視化第六部分GIS 工程設(shè)計7.1 GIS 工程的設(shè)計模式與程序評價模式7.2 GIS 工程設(shè)計的內(nèi)容與過程7.3 GIS

37、工程的系統(tǒng)分析7.4 GIS 工程的系統(tǒng)設(shè)計7.5 GIS 工程的實施設(shè)計7.6 GIS 工程的運行維護(hù)設(shè)計地理信息系統(tǒng)工程是根據(jù)用戶的具體應(yīng)用需求和應(yīng)用目的，為解決一類或多類實際應(yīng)用問題，面向GIS 技術(shù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)建設(shè)和軟件設(shè)計開發(fā)的工程活動?；诮Y(jié)構(gòu)化的設(shè)計模式設(shè)計模式由 4 部分組成:1）調(diào)查用戶的需求和數(shù)據(jù)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(shè)計過程有關(guān)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(diào)對用戶的調(diào)查和系統(tǒng)功能分析。GIS 工程設(shè)計的內(nèi)容與過程：1、系統(tǒng)分析

38、系統(tǒng)分析主要包括需求分析和可行性研究。2、系統(tǒng)設(shè)計包括總體設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。3、系統(tǒng)的實施系統(tǒng)的實施主要是數(shù)據(jù)庫的建庫和軟件編程與系統(tǒng)調(diào)試。4、系統(tǒng)的運行維護(hù)系統(tǒng)的運行和維護(hù)主要是將系統(tǒng)交付用戶試運行，并對系統(tǒng)進(jìn)行積極穩(wěn)妥維護(hù)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(wǎng)絡(luò)上的GIS 比單機體系結(jié)構(gòu)的 GIS 更適合構(gòu)造較大規(guī)模的GIS 工程應(yīng)用。分布式地理信息 （DGI ， Distributed Geographic Information） 指在互聯(lián)網(wǎng)上以多種形式分布式發(fā)布地理信息，如地圖、圖像、數(shù)據(jù)集合、分析操作和報告等。分布式地理信息系統(tǒng)是指在計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，以分

39、布式計算的理論技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為應(yīng)用指導(dǎo)，用來設(shè)計地理信息系統(tǒng)中的時空數(shù)據(jù)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(jù)分布、應(yīng)用功能分布、外設(shè)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(wù)要求； 4 、相關(guān)信息服務(wù)需求；5、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)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(wù)處理方面，前者由中心系統(tǒng)和子系統(tǒng)共同分擔(dān)，后者主要由中心系統(tǒng)分擔(dān)； 3、資源內(nèi)容方面，前者子

40、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(nèi)容的數(shù)據(jù)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(hù)和提供綜合目的處理與分析任務(wù)3） 專業(yè) 資源安裝在子系統(tǒng) ，便于對專業(yè)資源進(jìn)行權(quán)威維護(hù)和提供專業(yè)應(yīng)用處理和分析4）管理與維護(hù)責(zé)任分明缺點：1）低專業(yè)技術(shù)水平人員會對數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性、精度等質(zhì)量產(chǎn)生影響2）需要對用戶進(jìn)行培訓(xùn)，但會受到一些新技術(shù)的限制3）領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員需要情愿進(jìn)行某些改變4）由于數(shù)據(jù)庫的分布性，標(biāo)準(zhǔn)必須統(tǒng)一5）用戶對數(shù)據(jù)庫的要求會超越系統(tǒng)兼容性6）系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)庫的參照系統(tǒng)顯得更重要7）硬件設(shè)備投資會增加8）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)人員對數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性、精度等進(jìn)行維護(hù)2）不需要培訓(xùn)領(lǐng)域技術(shù)人員3）數(shù)據(jù)的所有權(quán)和維護(hù)責(zé)任清楚4） 從外部機構(gòu)獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)的使用是清楚的。缺點：1)分析 和輸出由遠(yuǎn)離領(lǐng)域應(yīng)用部門的中心系統(tǒng)完成2)領(lǐng)域部門的分析與數(shù)據(jù)處理的任務(wù)需預(yù)先向中心系統(tǒng)預(yù)約分布式地理信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)一個分層的結(jié)構(gòu)體系。它包括數(shù)據(jù)服務(wù)層、應(yīng)用接口層、應(yīng)用層和用戶界面