武大地理信息系統(tǒng)筆記

武大地理信息系統(tǒng)筆記?一、地理信息系統(tǒng)概論（一）地理信息系統(tǒng)的定義地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem，簡稱GIS）是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個(gè)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、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。

它具有以下特點(diǎn)：1.空間定位：以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，精確表示地理實(shí)體的空間位置。2.數(shù)據(jù)集成：能夠整合多種來源的地理數(shù)據(jù)，如地形、土地利用、人口分布等。3.多種分析功能：包括空間分析、屬性分析、模型分析等，用于解決各種地理問題。4.可視化表達(dá)：將地理信息以直觀的地圖、圖表等形式呈現(xiàn)出來。

（二）地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成1.硬件：包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、輸入設(shè)備（如數(shù)字化儀、掃描儀、GPS接收機(jī)等）、輸出設(shè)備（如打印機(jī)、繪圖儀等）。2.軟件：主要有操作系統(tǒng)、GIS基礎(chǔ)軟件（如ArcGIS、MapInfo等）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用分析軟件等。3.數(shù)據(jù)：地理空間數(shù)據(jù)是GIS的核心，包括空間數(shù)據(jù)（如點(diǎn)、線、面等幾何數(shù)據(jù)）和屬性數(shù)據(jù)（如地理實(shí)體的特征描述）。4.人員：包括系統(tǒng)開發(fā)人員、數(shù)據(jù)采集與處理人員、GIS應(yīng)用分析人員等。

（三）地理信息系統(tǒng)的發(fā)展歷程地理信息系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：1.起步階段（20世紀(jì)60年代）：主要進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和簡單處理。2.發(fā)展階段（20世紀(jì)70年代）：功能逐漸豐富，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。3.成熟階段（20世紀(jì)80年代至今）：技術(shù)不斷完善，應(yīng)用范圍廣泛，成為地理信息處理與分析的重要工具。

二、地理空間數(shù)據(jù)（一）空間數(shù)據(jù)的類型1.矢量數(shù)據(jù)：以點(diǎn)、線、面等幾何圖形來表示地理實(shí)體，具有定位精度高、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。2.柵格數(shù)據(jù)：將地理空間劃分為規(guī)則的網(wǎng)格單元，每個(gè)單元賦予相應(yīng)的屬性值，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，但數(shù)據(jù)量大。

（二）空間數(shù)據(jù)的采集1.野外測量：使用全站儀、GPS等設(shè)備直接獲取地理實(shí)體的空間位置和屬性信息。2.遙感數(shù)據(jù)采集：通過衛(wèi)星、飛機(jī)等平臺搭載傳感器獲取地球表面的影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后提取地理信息。3.數(shù)字化錄入：將紙質(zhì)地圖等資料通過數(shù)字化儀等設(shè)備轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的空間數(shù)據(jù)。

（三）空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制空間數(shù)據(jù)質(zhì)量包括位置精度、屬性精度、邏輯一致性、完整性等方面。質(zhì)量控制方法有：1.數(shù)據(jù)源控制：選擇可靠的數(shù)據(jù)源，并對其進(jìn)行質(zhì)量評估。2.數(shù)據(jù)采集過程控制：嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，減少誤差。3.數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換控制：對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查和必要的處理，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。4.質(zhì)量評價(jià)與驗(yàn)證：采用多種方法對數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)和驗(yàn)證，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正問題。

三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（一）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.實(shí)體式：將空間實(shí)體作為獨(dú)立的對象進(jìn)行存儲(chǔ)，每個(gè)實(shí)體包含幾何信息和屬性信息。2.索引式：通過建立索引來提高數(shù)據(jù)的查詢和檢索效率。3.雙重獨(dú)立地圖編碼（DIME）：用于表示地理要素之間的拓?fù)潢P(guān)系。

（二）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.基于像元的結(jié)構(gòu)：每個(gè)像元具有相同的大小和屬性值，簡單直觀。2.基于游程編碼的結(jié)構(gòu)：通過記錄連續(xù)相同屬性值的像元序列來壓縮數(shù)據(jù)。3.四叉樹結(jié)構(gòu)：將空間區(qū)域遞歸地劃分為四個(gè)象限，根據(jù)數(shù)據(jù)分布情況進(jìn)行編碼，有效減少數(shù)據(jù)冗余。

（三）矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適合表示邊界明確的地理實(shí)體，數(shù)據(jù)量小，圖形顯示質(zhì)量高；柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理簡單，便于進(jìn)行空間分析，但數(shù)據(jù)量大，精度受像元大小限制。在實(shí)際應(yīng)用中，常根據(jù)具體需求選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或進(jìn)行兩者之間的轉(zhuǎn)換。

四、空間數(shù)據(jù)庫（一）空間數(shù)據(jù)庫的概念空間數(shù)據(jù)庫是指存儲(chǔ)和管理地理空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它不僅能存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)，還能對其進(jìn)行有效的查詢、檢索、更新和維護(hù)。

（二）空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)1.需求分析：明確用戶對空間數(shù)據(jù)的需求，包括數(shù)據(jù)內(nèi)容、查詢要求、處理流程等。2.概念設(shè)計(jì)：采用ER模型等方法設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)，描述地理實(shí)體及其之間的關(guān)系。3.邏輯設(shè)計(jì)：將概念模型轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的邏輯模型，如關(guān)系模型。4.物理設(shè)計(jì)：確定數(shù)據(jù)庫的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)文件的組織、索引的建立等，以提高數(shù)據(jù)的訪問效率。

（三）空間數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)常見的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有OracleSpatial、PostGIS等。它們提供了對空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、分析等功能，支持多種空間數(shù)據(jù)格式和空間操作算法。

五、空間分析（一）空間分析的概念與類型空間分析是基于地理對象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息。主要類型包括：1.空間查詢與量算：如查詢某個(gè)區(qū)域內(nèi)的地理實(shí)體、量算距離、面積、體積等。2.空間疊加分析：將不同圖層的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，產(chǎn)生新的信息，如土地利用與土壤類型疊加分析。3.緩沖區(qū)分析：以點(diǎn)、線、面實(shí)體為基礎(chǔ)，自動(dòng)建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形。4.網(wǎng)絡(luò)分析：對交通網(wǎng)絡(luò)、水系網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行分析，如路徑規(guī)劃、最短路徑求解等。5.空間插值：根據(jù)已知點(diǎn)的屬性值估算未知點(diǎn)的屬性值，如地形插值、氣象要素插值等。

（二）空間分析的應(yīng)用1.資源管理：如土地資源、水資源、礦產(chǎn)資源的管理與規(guī)劃。2.環(huán)境評價(jià)：分析環(huán)境污染的分布、擴(kuò)散，進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評價(jià)。3.城市規(guī)劃：包括城市土地利用規(guī)劃、交通規(guī)劃、設(shè)施布局規(guī)劃等。4.災(zāi)害預(yù)測與應(yīng)急響應(yīng)：預(yù)測洪水、地震等災(zāi)害的影響范圍，制定應(yīng)急救援方案。

六、地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用（一）資源與環(huán)境領(lǐng)域1.土地資源調(diào)查與評價(jià)：利用GIS準(zhǔn)確獲取土地的類型、面積、質(zhì)量等信息，進(jìn)行土地適宜性評價(jià)，為土地利用規(guī)劃提供依據(jù)。2.水資源管理：分析水資源的分布、流動(dòng)情況，進(jìn)行水資源的合理調(diào)配和保護(hù)。3.生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與分析：監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)的變化，評估生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，為生態(tài)保護(hù)決策提供支持。

（二）城市規(guī)劃與管理領(lǐng)域1.城市總體規(guī)劃：整合城市的土地利用、人口分布、交通等多方面信息，制定科學(xué)合理的城市發(fā)展規(guī)劃。2.城市交通規(guī)劃：進(jìn)行交通流量分析、道路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、公交線網(wǎng)優(yōu)化等。3.城市設(shè)施管理：對城市中的各種設(shè)施（如供水、供電、排水等）進(jìn)行管理和維護(hù)，提高設(shè)施的運(yùn)行效率。

（三）災(zāi)害防治與應(yīng)急響應(yīng)領(lǐng)域1.災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估：分析地震、洪水、臺風(fēng)等災(zāi)害的潛在風(fēng)險(xiǎn)，劃分風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，為災(zāi)害預(yù)防提供參考。2.災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警：利用衛(wèi)星遙感、地面監(jiān)測等手段實(shí)時(shí)監(jiān)測災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展，及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。3.應(yīng)急救援指揮：在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，通過GIS提供的地理信息和空間分析功能，制定合理的救援方案，指揮救援行動(dòng)。

七、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（一）技術(shù)融合地理信息系統(tǒng)將與遙感、全球定位系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進(jìn)一步融合，實(shí)現(xiàn)更全面、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的地理信息獲取與分析。

（二）云GIS云GIS技術(shù)將GIS軟件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地使用GIS功能，降低使用成本，提高數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作效率。

（三）三維GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）三維GIS能夠更直觀地展示地理空間的三維形態(tài)，結(jié)合VR/AR技術(shù)，為用戶提供沉浸式的地理信息體驗(yàn)