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地理信息系统概论

第一章导论

数据与信息的关系：

数据：是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号、图象也是数据，数据本身没有意义；

信息：是对数据的解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。

数据（data）是信息(information)的表达，而信息是数据的内容。数据是未经加工的原始材料，地理信息系统的设计和建立，首先是收集数据和处理数据。就本质而言数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。

信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。

数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。

信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性。

地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图象和图形的总称。地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。地理信息系统（Geographical Information System）：地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。

GIS的基本构成：

GIS一般包括以下5个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。1、系统硬件：

（1）GIS主机：包括大型、中型、小型机，工作站∕服务器和微型计算机，其中各种类型的工作站∕服务器成为GIS的主流。

（2）GIS外部设备：包括各种输入（如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等）和输出设备（如各种绘图仪、图形显示终端和打印机）。

（3）GIS网络设备：包括布线系统、网桥、路由器和交换机等。

2、系统软件：按功能分为GIS专业软件、数据库软件和系统管理软件。

3、空间数据：在地理信息系统中，空间数据是以结构化的形式存储在计算机中的，称为数据库。

4、应用人员：包括系统开发人员和GIS技术的最终用户。

5、应用模型

GIS的功能：

基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。

1、基本功能：包括数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编程

2、应用功能：包括资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策、定位服务

数据库：在地理信息系统中，空间数据是以结构化的形式存储在计算机

中的，称为数据库。

GIS数据库：是区域内一定地理要素特征以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。

GIS的发展概况：

当前，GIS正向着集成化、产业化和社会化发展方向迈进，呈现以下主要发展态势：

1、GIS已成为一门综合性技术

2、GIS产业化的发展势头强劲

3、GIS网络化已构成当今社会的热点

4、地理信息科学的产生和发展

第二章地理信息系统的数据结构

地理空间：地理空间一般包括地理空间定位框架及其联结的特征实体。地理空间定位框架即大地测量控制，有平面控制网和高程控制网组成。空间实体的表达的方法：

1、矢量表示法：如果采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素时，称为矢量表示法；

2、栅格表示法：如果采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素时，称为栅格表示法。

GIS的数据来源：地图数据；影像数据；地形数据；属性数据；元数据。空间数据类型：类型数据；面域数据；网络数据；样本数据；曲面数据；文本数据；符号数据。

空间数据的基本特征：

空间特征是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系

属性特征是指空间对象的专题属性

空间数据的拓扑关系包括：拓扑邻接；拓扑关联；拓扑包含。它们在GIS 的数据处理、空间分析以及数据库的查询与检索中，具有重要的意义。空间数据结构的类型：

（一）矢量数据结构：基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。矢量数据结构上利用欧几里得（Euclid）几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。

矢量数据结构的主要类型：

1、简单数据结构

2、拓扑数据结构

3、曲面数据结构

（二）栅格数据结构：基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。

栅格数据结构与矢量数据结构相比较，用栅格数据结构表达地理要素比较直观，容易实现多元数据的叠合操作，便于与遥感图象及扫描输入数据相匹配建库和使用等。

栅格数据结构的类型：

1、栅格矩阵结构

2、游程编码结构

3、四叉树数据结构

4、八叉树和十六叉树结构

（三）适量与栅格一体化数据结构

1、适量与栅格一体化的基本概念：

2、适量与栅格一体化数据结构设计：点状目标和结点只有位置，没有形状和面积；线状目标只要将其通过的栅格地址全部记录下来即可；面状目标应包含边界和边界所保卫的整个区域。

矢量与栅格数据结构的比较：

构相适应的GIS空间数据，为空间数据库的建立提供物质基础。

空间数据的分类：空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层。

首先根据图形原则，将空间数据分为点、线、面三种类型；其次是对象原则。

空间数据的编码：指将数据分类的结果用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程。编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成。

矢量数据的输入与编辑：

矢量数据的输入，是指将分类和编码的空间对象图形转换为一系列x、y 坐标，然后按照确定的数据结构加入到线段或标示点的计算机数据文件中去；

空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的各类错误和对数据进行拓扑关系检查等而进行的操作。

栅格数据的输入与编辑：

栅格数据的输入方法包括透明格网采集输入、扫描数字化输入及其它数据传输或转换输入等；

栅格数据编辑的目的同样是为了消除数字化过程中引入的各类错误，根据栅格数据结构的特点，其编辑的内容还包括数据压缩和数据组织方式的变换等。

第三章空间数据的处理

数据处理一般包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。

数据变换：指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括几何纠正、投影转换和辐射纠正等，以解决空间数据的几何配准。

数据重构：指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括结构转换、格式变换、类型替换等，以解决空间数据在结构、格式和类型上的统一，实现多源和异构数据的联接与融合。

数据提取：指对数据进行某种有条件的提取，包括类型提取、窗口提取、空间内插等，以解决不同用户对数据的特定需求。