地理信息系统导论
地理信息系统导论
地理信息系统导论
地理信息系统（GIS）是一种能够收集、储存、管理、分析、模拟和显示地理空间信息的计算机系统。
它使用地理数据（如坐标、地图等）将地理空间位置与其他数据关联起来，从而使具有地理空间信息的记录变得可视化、定量化、可检索及可分析性质，为管理者进行地理空间运筹和决策提供便捷的模拟和可视化工具。
GIS系统定义了一组数据及其关联的数据库管理系统，可为各类社会经济学及环境学应用提供决策支持。
GIS可以分析各类地理信息数据，如人口分布、自然资源利用、污染物分布等，并用地图来表示不同分析结果。
地理信息系统导论-第一章 绪论
2012年1月９日， 我国在太原卫星发 射中心成功将“资源 三号”卫星送入轨道 。
“资源三号”卫星高 度约５００公里、 倾角约９７．５度 的太阳同步轨道。
资源三号卫星配置4台相机：
优于2.5米的高分辨率正视全色TDI CCD相 机
两台优于4.0米分辨率的前视、后视全色 TDI CCD相机
神威太湖之光，Sunway MPP，SW26010， 国家超级计算中心，中国无锡，1060万个核心， 93.01pf（每秒千万亿次运算）。世界第一 天河二号， 国防科技大学，TH-IVB-FEP Cluster，国家超级计算机中心，中国广州， 312万个核心，33.86pf。世界第二
方法 2. 会使用一种以上的软件绘制地图、分析
和查询数据
3. 对应用和开发的途径有初步的了解 4. 环境遥感技术初步
第一章 绪论
日本2011年3月11日地震引发海啸，应急期间，地理 信息系统在协助应急管理人员进行救援行动、定位严重 受损区域和基础设施、确定医疗救助优先级，以及安置 临时避难所等方面发挥了重要作用
地理信息系统导论
—构建基于地理信息系统（GIS）的环境科学应用
有一类信息，总是与位置有关，描述何地有何物、何事 称地理空间信息——包括空间位置、属性（除位置外的全部）
当局限于 地球表面 的目标时， 存在一种 信息，总 是与坐标 信息关联
空间数据 地理关联 数据
我们再来看现代的地图（卫星影像）
2015年10月，资源三号卫星应用系统全 面建成，标志着我国卫星测绘应用技术研 究取得新的突破，填补了我国自主民用卫 星测绘技术空白
过去，我国90%以上的卫星遥感数据依 赖国外卫星数据进口。资源三号卫星测绘 遥感卫星体系有助于改变此局面 2017年1月，资源三号卫星影像云服务平 台英国节点正式开通
地理信息系统导论
地理信息系统导论
地理信息在各个门类信息中居于重要地位，因为任何信息都需要 地理位置信息的支撑，在时空框架中有其一定的位置，地理信息回 答事物、事件、现象的存在与发生的的时间与地点。
当代是大数据（big data）的时代。所谓“大数据”是在“云计 算”（cloud computing）技术支持下，全方位、全程表达各种事 物、事件、现象的过程、特征、以及相关的信息，大数据具有以下 “4V”的特点：
——弧段与面的拓扑关系，即弧段的左与右分别是哪两个面，此 关系的信息用于面的邻域分析、图形编辑等。
——面与弧段的拓扑关系，即给出面由哪些弧段组成，此关系的 信息用于由某一指定面的信息数据组建面，由此进行有关此面的各 种空间分析。
拓扑关系数据在不同 GIS 软件数据库中有不同的表达方式，表 现为不同的数据结构，也有软件不直接给出这些拓扑关系，在需要 使用拓扑关系信息数据时，进行临时分析计算。数据结构不同，决 定系统的算法，影响到系统的功能，特别是空间分析的功能。对于 诸多系统，不能简单地断定哪种数据结构的优劣，因为往往优点中 隐含着某些缺点，而缺点中又隐含着某些优点。
——弧段、多边形的包络矩形（Range）
Xmin=MIN(x1,x2,……xn)； Ymin=MIN(y1,y2,……yn) Xmax=MAX(x1,x2,……xn)； Ymax=MAX(y1,y2,……yn) ( x1, y1)、( x2, y2)……( xn, yn)是弧段、多边形边界 上各点坐标。
包络矩形表示出一个弧段、一个多边形（面、图斑）、或某一区 域大致的位置，这对于点位判别，即根据指定任一点坐标判别该点 在哪一多边形内或距离哪一线弧段最近，加速检索速度十分方便。
2．矢量格式数据组织
地理信息系统导论第3章 GIS数据结构及空间数据库
3.1.2 地理实体的描述和存储 抽象是人们观察和分析复杂事物和现象的常用 手段之一。将现实世界中复杂的地理现象进行抽象 得到的地理对象称为地理实体或空间实体，简称实 体(Entity)。实体是现实世界中客观存在的，并可 相互区别的事物。实体可以指个体，也可以指总体 。实体是一个有概括性、复杂性、相对意义的概念 。
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3.2.1 基于场的模型
基于场的模型将空间信息作为连续的空间信息 集合来处理，这样的分布可表示为从一个空间结构 （如覆盖在理想的地球表面模型上的格网）到属性 域的数学函数。地形数据、降雨量和温度场等这些 具有连续变化性质的量适合于用这样的方法处理。
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场的定义中包含三个部分［Worboys, 1995］： 空间框架（Spatial Framework）、场函数（Fiel d Function）和一组相关的场操作（Field Opera tion 空间框架F是一个有限网格，这个网格加诸在 基本空间上，所有度量都基于这个框架来完成。空 系 场（single field） 函数，它是分段函数，其 属性域为集合{冷杉，橡树，松树}。对于函数是单 值而基本空间是欧氏平面的特殊情况，场自然就看 成表面或等值线，它们是具有相同属性值的点的轨 迹。 21
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④行为 指明该地理实体具有哪些行为和功能
⑤属性 指明该地理实体所对应的非空间信息 ，如道路的宽度、路面质量、车流量、交通规则等 ⑥说明 用于说明实体数据的来源、质量等相
⑦关系 与其他实体的关系信息。
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（2）空间数据的特征
1)属性特征 2)空间特征 3)时间特征
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（3）空间数据的类型 1) 2)关系数据 3)元数据 4)属性数据
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（1）定义 拓扑关系（Topology）是一种对空间结构关系 进行明确定义的数学方法。它是指图形在保持连续 状态下变形，但图形关系不变的性质。可以假设图 形绘在一张高质量的橡皮平面上，将橡皮任意拉伸 和压缩，但不能扭转或折叠，这时原来图形的有些 属性保留，有些属性发生改变，前者称为拓扑属性 ，后者称为非拓扑属性或几何属性。这种变换称为 拓扑变换或橡皮变换。
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2．空间决策支持模型
• 表10-2：决策损益表
• 4）目标函数（决策准则）：记为F。损益函数 只给出了系统的实际收益情决策者、问题、方法都是不同 的，它最终决定了方案的形成。
第14页/共108页
2．空间决策支持模型
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1．空间分析过程及其模型
• 例1 道路拓宽改建过程中拆迁指标计算
• 这里将举例说明如何利用建立缓冲区、拓扑叠 加和特征提取,计算一条道路拓宽改建过程中的 拆迁指标。
• 1）明确分析的目的和标准 • 2）准备进行分析的数据 • 3）进行空间操作 • 4）进行统计分析 • 5）将分析结果以地图和表格的形式打印输出。
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1．空间分析过程及其模型
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2．空间决策支持模型
• 区域规划、土地利用规划、设施位置选择、环 境管理等都是有关空间行为的决策问题，这些 问题的解决方案是由决策者或领域专家在专业 领域知识和经验的启发下，在分析大量的空间 和非空间信息的基础上得到的。空间决策问题 大大超过了地理信息系统通常的空间分析功能 的要求。
木材毁坏量回归预测模型 第8页/共108页
1．空间分析过程及其模型
• 1．2．3 地图模型实现
• 大多数GIS软件提供了宏命令或脚本描述语言，可以 将上述建立的各种地图模型表示成GIS的操作命令序 列，自动批处理完成整个模型过程。
• 还有一些GIS软件提供了高级的可视化的地图建模辅 助工具，用户只需使用其提供的工具在窗口中绘出 模型的流程图，指定流程图的意义、所用的参数， 矩阵等即可完成地图模型的设计，而无需书写复杂 的命令程序。
• 2）状态集合：任何一个决策问题都面临一定 的外界环境，称之为状态。系统各种可能的状 态，称为状态集合，记为Q。
第一章 导论(地理信息系统概论)
信息的特点
客观性：
任何信息都是与客观事物紧密相关的
适用性：
传输性：
地理信息系统的建立的明确的目的性
信息可以在发送者和接收者之间传输
共享性： 信息可以传输给多个用户、为多个用户共享
数据与信息的关系
两者在词义上的差别：数据是信息的 表达，信息则是数据的内容； 数据是客观对象的表示，只有当数据 对实体行为产生影响时才成为信息；
地理信息系统的任务是采集、存储、管理、 分析和显示地球空间信息。
GIS与其它IS之间的关系（信息系统分类）
信息系统（IS)
非空间信息系统 如厂矿企业管理、 财务等MIS
空间信息系统（SIS） 非地理信息系统 CAD/CAM
地理信息系统（GIS）
专题GIS 综合信息系统
地籍信息系统
城市管线信息系统
信息是当代社会发展的一项重要任务。
二、地理数据与地理信息
地理数据（geo-data）: 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、联系和规律的数字、 文字、图像和图形等的总称。
地理数据是各种地理特征和现象间 关系的符号化表示，包括空间位置、 属性特征及时态特征三部分。
§7.3 地理信息的标准化
§7.4 地理信息系统的评价
第8章 地理信息系统产品的输出设计(2学时)
§8.1 地理信息系统产品的输出形式 §8.2 地理信息系统图形输出系统设计 §8.3 地理信息系统的可视化与虚拟现实
各章节联系
第一章：GIS概 念,与相关学科 关系,GIS组 成,GIS的功能 与应用等
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第一章 绪论
本章主要内容
GIS基本概念 GIS的形成和发展 GIS的基本组成和功能 GIS的应用领域
地理信息系统导论
2．栅格数据结构及其编码
图7-6：一些常用的栅格排列顺序
2．栅格数据结构及其编码
• 2．3．2 压缩编码方法 • 目前有一系列栅格数据压缩编码方法，如键 码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。 其目的，就是用尽可能少的数据量记录尽可 能多的信息，其类型又有信息无损编码和信 息有损编码之分。
2．栅格数据结构及其编码
1．空间数据库
• 1．4．2栅格模型 • 在栅格模型中，地理实体的位置和状态是用它 们占据的栅格的行、列来定义的。每个栅格的 大小代表了定义的空间分辨率。由于位置是由 栅格行列号定义的，所以特定的位置由距它最 近的栅格记录决定。栅格的值表达了这个位置 上物体的类型或状态。采用栅格方法，空间被 划分成大量规则格网，而且每个栅格取值可能 不一样。空间单元是栅格，每一个栅格对应于 一个特定的空间位置，如地表的一个区域，栅 格的值表达了这个位置的状态。
2．栅格数据结构及其编码
• 2．2．2面积占优法 • 以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性 决定栅格单元的代码，在图7-5所示的例子中， 显见B类地物所占面积最大，故相应栅格代码 定为B。面积占优法常用于分类较细，地物类 别斑块较小的情况。
2．栅格数据结构及其编码
• 2．2．3重要性法 • 根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要 的地物类型决定相应的栅格单元代码，假设 图7-5中A类最重要的地物类型，即A比B和C 类更为重要，则栅格单元的代码应为A。重 要性法常用于具有特殊意义而面积较小的地 理要素，特别是点、线状地理要素，如城镇、 交通枢纽、交通线、河流水系等，在栅格中 代码应尽量表示这些重要地物。
2．栅格数据结构及其编码
• 2．2．4百分比法 • 根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分 比数确定栅格单元的代码，如可记面积最大 的两类BA，也可以根据B类和A类所占面积 百分比数在代码中加入数字。
地理信息系统导论-
2．空间变换
• 地理信息系统中空间数据可分为矢量和栅格
两种数据结构。由于矢量结构中包含了大量 的拓扑信息，数据组织复杂，使得空间变换 十分繁琐。而栅格结构简单规则，空间变换 比较容易。 • 基于栅格结构的空间变换可分为三种方式： （1）单点变换； • （2）邻域变换； • （3）区域变换。
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•
•
图8-4：多边形的合并
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3．再分类
• 因为对面状地物的再分类得到的新图层的类 别比原图层少，称为归组（Group），它是 最常用和最简单的再分类。
• 上面讲的再分类方法，都是只根据面状地物 本身的属性，通过重新改变属性值而实现分 类的目的，当然也可以结合邻域范围的属性 值进行再分类。如坡度计算，缓冲区计算。 再分类还可以综合多个图层的属性信息，如 图8-5所示。
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1．空间查询与量算
• 计算公式是：
• 其中，Wi为第i个离散目标物权重，Xi，Yi为第i个离散 目标物的坐标。
• 质心量测经常用于宏观经济分析和市场区位选择，还 可以跟踪某些地理分布的变化，如人口变迁，土地类 型变化等。
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1．空间查询与量算
• 1．2．4 距离量算
• “距离”是人们日常生活中经常涉及到的概念， 它描述了两个事物或实体之间的远近程度。如果 一区域中所有的性质与方向无关，则称为各向同 性区域。以旅行时间为例，如果从某一点出发， 到另一点的所耗费的时间只与两点之间的欧氏距 离成正比。而现实生活中，旅行所耗费的时间不 只与欧氏距离成正比，还与路况、运输工具性能 等有关，从固定点出发，旅行特定时间后所能到 达的点则在各个方向上是不同距离的，形成各向 异性距离表面。（图8-2）
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2．空间变换
• 邻域变换是指在计算新图层图元值时，不仅 考虑原始图层上相应图元本身的值，而且还 要考虑与该图元有邻域关联的其它图元值的 影响。这种关联可以是直接的几何关联，也 可能是间接的几何关联。常见的函数有平滑、 离散点搜索、连续表面描述（坡度、坡向、 可视域分析）、点在多边形中的判断等。
地理信息系统导论重点复习
第一章1. 地理信息系统：GIS是一个发展的概念。
不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有统一的GIS定义。
一般采用GIS是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统这一说法。
（第5页）2. GIS 的基本组成一般包括（软件），（硬件），（数据），（方法），（人员）五部分。
（第10 页）GIS软件（支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统，是系统的核心，按其功能分为GIS专业软件，数据库软件和系统管理软件等。
GIS硬件（各种设备-物质基础，用以存储、处理、传输和显示地理信息或空间数据，主要包括：GIS主机，GIS外部设备，GIS网络设备等）。
数据（系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础，它具体描述实体的空间特征、属性特征和时间特征）。
用户（GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户）。
3. GIS 的基本功能：空间数据采集、空间数据存储喝管理、空间数据分析、空间数据输出及二次开发。
GIS的核心功能：空间分析功能。
GIS的应用功能：专题地图及空间分析、地理环境资源调查与数据库维护、多媒体可视化或虚拟表达。
GIS的一般功能：叠加分析、缓冲分析（第18页）4. GIS发展简史：（1）上世纪60年代：开拓阶段，加拿大的CGIS （1963 年开始实施，1971 年建成）（2）70年代：巩固阶段，发达国家相继建设各种专题、规模、类型的GIS （3）80年代：技术突破阶段，栅格扫描输入、遥感图像处理等技术取得突破（4）90年代：社会化阶段，国家级乃至全球性的地理信息系统成为关注焦点，数字地球战略（5）21世纪以来：网络GIS、移动GIS、…（6）地理信息系统-地理信息科学-地理信息服务随发展进行形成了理论研究、技术开发、工程应用与产业化管理的完善体系。
（第26页表 1.10）5. GIS发展趋势：（1）软硬件发展（IT 领域的软硬件向着云计算、高性能和智能化发展）（2）数据资源日益丰富，共享机制的健全。
《地理信息系统导论》课件
城市规划：利用GIS进行城市规划， 提高城市规划的科学性和准确性
交通管理：利用GIS进行交通管理， 提高交通管理的效率和准确性
环境监测：利用GIS进行环境监测， 提高环境监测的准确性和实时性
灾害预警：利用GIS进行灾害预警， 提高灾害预警的准确性和实时性
农业管理：利用GIS进行农业管理， 提高农业管理的科学性和准确性
空间数据采集： 通过遥感、
GPS、地形测 量等手段获取
地理信息
数据预处理： 对采集到的数 据进行清洗、 转换、整合等
操作
数据存储与管 理：将处理后 的数据存储在 数据库中，便 于查询和分析
数据分析与可 视化：利用 GIS软件对数
据进行分析， 并生成可视化 图表，便于理
解和决策
空间查询与分析
空间查询：根据空 间位置、属性等条 件进行查询
案例分析：结合具体案例，分析GIS技术在资源调查、开发、利用方面的应用效果和价值
交通管理与物流配送
地理信息系统在交通管理中用于实时监控、路线规划和调度。
GIS支持物流配送优化，提高运输效率并降低成本。
通过GIS定位和数据分析，实现精准配送和智能物流。 GIS在交通管理与物流配送中的应用，提高了行业的运营效率和客户 服务水平。
旅游规划：利用GIS进行旅游规划， 提高旅游规划的科学性和准确性
感谢观看
汇报人：
GIS可以处理和 分析空间数据， 如地图、遥感图 像、地形数据等。
GIS广泛应用于 城市规划、交通 管理、环境监测、 资源管理等领域。
GIS的核心技术 包括空间数据管 理、空间分析、 空间查询和空间 可视化。
地理信息系统的组成
数据源：包括地图、遥感影像、地形图等 数据处理：包括数据采集、数据转换、数据存储等 数据分析：包括空间分析、属性分析、时间分析等 数据展示：包括地图显示、图表显示、报告生成等
地理信息系统导论
地理空间技术、纳米技术和生物技术被美国劳工部列为三大新兴产业。
地理信息系统（GIS）是用于采集、存储、查询、分析和显示地理空间数据的计算机系统。
GIS组成：硬件、软件、专业人员、基础设施、模型（方法）。
GIS的作用：空间数据输入、属性数据管理、数据显示、数据探查、数据分析、GIS建模。
CGIS 60-80年代，加拿大地理信息系统。
国外软件：ArcGis,Mapinfo,Autodesk map 国内软件：SuperMap（超图）MapGis,吉奥之星。
地理空间数据是具有地理参照的。
地球表面的空间要素是以地理坐标系统为参照，用经纬度值来表示的。
而这些要素在地图上显示时，他们通常是基于投影坐标系统，用x，y表示。
地理关系数据模型将空间要素的空间数据和属性数据分别储存。
两者通过要素ID连接起来。
近年来，基于对象的数据模型将几何形状和属性存储在唯一系统中。
栅格数据模型使用格网和格网像元来表示如高程、降水等连续要素。
投影是将数据及从地理坐标转成投影坐标。
重新投影是从一种投影坐标转成另一种投影坐标。
经纬网——球面坐标。
投影——平面坐标。
1.PARAMETER[“False-Nothing”0.0] PARMETER[“Scale-Factor”,0.9996]高斯投影PARAMETER[“Latitude-Of-Origin”,0.0] 回点在赤道上即时投影可以根据不同坐标系统显示其数据集。
软件包使用现有投影文件并自动将数据集转换成通用坐标系统。
即时投影不是真的改变数据集的坐标系统。
即时投影存储在数据框里，不能改变、代替原始数据信息。
1.矢量数据模型用点、线、面和体等几何对象来表示简单的空间要素。
2.第一代Auto CAD .DXF非拓扑，文件格式；第二代ArcInfo Coverage COV 拓扑，文件格式，地理关系数据模型；第三代ArcInfo Shapefile .SHP非拓扑，文件和数据库，地理关系数据模型，存储点线面数据；第四代。
地理信息系统导论-第二章 坐标系统
第二章 坐标系统
本周内容共分5节：
2.1 地理坐标系统 /2.4 投影坐标系统 2.2 投影、地图投影种类和地图投影参数 2.3 常用地图投影 2.4 投影坐标系统 2.5 GIS中运用坐标系统
本章是全书最复杂的章节
GIS数据均与位置相关， 因此必须明确坐 标系的定义，涉及坐标系转换等问题
-两点距离 D R • arccosd
cosd sin1sin2 cos1cos2 cos1 2
地理坐标系统（geographical coordinate system）：用经度、纬度定义椭球面位置
经度和纬度都是用角度单位（度-分-秒，即 DMS）、或DD、或弧度表示
45°52′29″ = 45.87472222 （45+52/60+29/3600）
GRS80椭.3 m 扁率 1／298.207 用于NAD83
位置偏差见下图
直到1986年，克拉克椭球1866，一个大地测 量椭球体，为美国地图绘制的标准椭球体
NAD27（1927年北美基准面）建立在克拉克 椭球1866的基础上，其原点位于堪萨斯州的 Meades Ranch
珠基等与85国家高程的关系
吴淞高程系基面比1956年黄海高程系基面低1.6297米，长 江流域采用此基准（原点位于上海）
1956黄海高程水准原点 72.289米（原点位于青岛） 1985国家高程的水准原点72.260米 珠江基准面高于85国家高程基准0.744米（原点位于广州）
椭球参数
克拉克椭球1866 长半轴 6 378 206. 4m 短半轴 6 356 583. 8m 扁率 l/294. 979 用于NAD27
Z N(1 e2 ) H sin B
地理信息系统导论
1．地图数字化
• 根据各种不同的应用，目前已经提出了许多线 细化算法，如内接圆法、经典算法、异步算法、 快速并行算法及并行八边算法等，不同的算法 在处理速度和效果上各有其特点。
1．地图数字化
• 下面介绍一个常用的细化算法，其它算法基本是此算 法的改进。首先介绍几个相关的概念和符号。对于二 值栅格图像中每个像素点p，以及该像素直接相邻的8 个像素点（图6-7）。
p
• 图6-7：像素周围的 个直接相邻像素 ：像素周围的8个直接相邻像素
1．地图数字化
• 1）N(p)为p的邻点的数值的和； • 2）图像像素联接数T(p)，如果旋转着看像素周围的点，T(p)就 是p周围8个点从0变成1的次数，它反映了像素邻点的联接的块数 （图6-8）。 • 3）pW，pE，pS，pN分别指像素左侧、右侧、下边、上边邻点的 数值。
•
6-2：企业员工信息表（部分） ：企业员工信息表（部分）
1．地图数字化
• 1．3．2曲线离散化算法 ． ． 曲线离散化算法
• 在数字化过程中，需要对曲线进行采样简化，即在曲线上 取有限个点，将其变为折线，并且能够在一定程度上保持 原有的形状。下面介绍Douglas-Peucker算法（图6-2）。 • 1）在曲线首尾两点A、B之间连接一条直线段AB，该直线 称为曲线的弦； • 2）得到曲线上离该直线段距离最大的点C，并计算其与AB 的距离d； d • 3）比较该距离与预先给定阈值ε的大小，如果小于ε，则 将该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕； • 4）如果距离大于阈值，则用C将曲线分为两段AC和BC， 并分别对两段曲线进行1-3步的处理。 • 5）当所有曲线都处理完毕后，依次连接各个分割点形成 的折线，即可以作为曲线的近似。很明显，该算法是一个 递归算法。
地理信息系统
地理信息系统重点第一章导论1.地理信息的特征：空间特征，属性特征，时序特征。
2.地理信息系统的概念：地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的管理和规划问题。
3.地理信息：是与地理环境要素有关的物质的数量、质量分布特征、联系和规律等的数字、文字、图形和图像的总称。
4.地理信息系统的构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。
5.地理信息系统的基本功能：（一）数据的采集与编辑；（二）数据的存储与管理；（三）数据的处理与变换；（四）空间分析和统计；（五）产品制作与演示；（六）二次开发和编程。
（对照书本目录）第二章地理信息系统的数据结构1.地理空间：指上至大气电离层，下至地壳与地幔之间的莫阔面。
2.地理空间的控制网：平面控制网（WGS84椭球体和GPS坐标系）和高程控制网。
3.地理空间实体表达的两种基本形式：栅格式和矢量式。
4.空间数据的分类：5.空间数据的基本信息：定位信息、属性信息、括扑信息6.比较矢量式数据和栅格式数据各有和特征？矢量数据的特征：以点、线、面组成的边界或几何图形来表示地理空间实体；用标识符表达的内容描述空间实体的属性。
矢量数据可以很好的表达地理信息的分布特征，数据精度高，冗度低，但对于多层次的空间叠合分析比较困难。
描述的空间实体位置明确，属性隐含。
矢量数据之间的空间括扑关系明显。
栅格数据特征：栅格数据式是用离散的量化网格值来表示和描述空间目标；具有属性明显，位置隐含的特点。
数据结构简单容易与遥感数据结合但难以建立空间对象之间的括扑关系。
栅格数据结构简单，有利于空间信息的模型分析。
但栅格数据的精度不高，数据存储冗度大，时常要对其进行压缩7.熟练掌握链状双重独立式的矢量数据文件表示方法。
8.熟练掌握栅格数据的游程编码压缩以及四叉树压缩方法。
9.曲面数据结构第三章空间数据的处理1. 地图投影：是依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面映射到平面上或可展开成平面的曲面（如:圆锥面，圆柱面等）上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。
地理信息系统导论ppt课件
将GIS作为一种通向科学和解决问题的方法。（所谓 的GIS为地理信息系统和“科学”），并且将用于处 理地理信息的软件与指导应用的科学原理相结合。
GIS一直以来非常重要。原因是：数据往往为中心坐 标，采用处理空间数据的专业技术和空间分析方法， 由地理信息（ＧＩ）处理引发很多特殊的管理问题。
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1.2 GIS与地图
地图是GIS的原型。 GIS以计算机技术为基础。 GIS中地理要素和描述它的属性相联系。 地理要素与属性间的联系是动态的。
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1.3 地理信息系统与其它系统的区别和联系
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（1）、GIS与一般MIS
GIS离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数 据模型、数据存储、数据检索等都是GIS广泛使用的核心 技术。GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用 ，而一般MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数 据）的优化存储与查询，即使存储了图形，也是以文件的 形式存储，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有 拓扑关系，其图形显示功能也很有限。
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1.4 GIS能解决的问题
定位(Location)：对象在何处？ 条件(Condition)：哪些地方符合……特定的条件？ 趋势(Trends)：从何时起发生了哪些变化？ 模式(Patterns)：对象的分布存在何种空间模式？ 模拟(Modeling)：如果……将如何？
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GIS基本构成
方法
虽然GIS为解决各种现实问题提供了有效的基本工具，但 对于某一专门应用目的的解决，必须构建专门的方法。 比如土地利用适宜性、公园选址、洪水预测、水土流失 等。
《地理信息系统导论》教学大纲
地理信息系统导论一、课程说明课程编号：010514Z10课程名称：地理信息系统导论/Introduction to Geographical Information Systems课程类别：专业核心课程学时/学分：48/3先修课程：自然地理学、地图学概论、数据结构与算法、计算机基础适用专业：地理信息科学教材、教学参考书：1.地理信息系统教程，汤国安等，高等教育出版社，2007.42.地理信息系统原理、方法和应用，邬伦等，高等教育出版社，20003.地理信息系统导论（第五版），Kang-tsung Chang著，陈健飞等译，科学出版社，2010.74.地理信息系统与科学，Paul A. Longley, Michael F.Goodchild等著，张晶、刘瑜等译，机械工业出版社，2007.7二、课程设置的目的意义地理信息系统（GIS）导论是地理信息科学专业的必修核心课程。
通过本课程的学习，使学生掌握地理信息系统的基本概念，了解地理信息系统的基本原理和方法，初步掌握GIS软件操作的基本技能和应用，特别是构建基于GIS的地学思维与地学语言表达新模式。
初步搭建起地理信息系统专业的知识结构体系和框架，为后续的专业学习奠定坚实的基础。
三、课程的基本要求知识：掌握地理信息系统的基本概念、基本原理和基本方法；掌握空间数据模型、空间数据结构、空间数据采集与处理、空间数据库、空间分析原理与方法、数字高程模型、地理信息可视化等知识；了解学科发展前沿及应用前景，熟练掌握1-2种地理信息系统平台的使用；能力：熟悉行业内主要GIS软件的特征与功能，具备应用地理信息系统平台软件解决行业问题的能力；具有运用GIS软件解决一般的GIS工作中涉及的一般性数据编辑、处理的能力；具有初步的利用GIS平台软件进行GIS空间分析与应用的能力；利用帮助文档及网上资料进行自学GIS软件的能力；素质：既能独立工作，又具有团队合作精神，适应竞争学会合作；具有良好的心理承受能力及科学的工作心态；四、教学内容、重点难点及教学设计五、实践教学内容和基本要求本课程安排有16学时的实验，要求学生通过实验加深对课堂讲授知识的理解和基本方法的掌握。
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地理信息系统导论平时作业班级土木093班姓名马亮亮学号 200902024一、什么是GIS?它具有什么特点？答：（1）GIS即地理信息系统（Geographic Information System），地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。
简单的说，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。
地理信息系统作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。
（2）特点：1、开放性具有开放式环境及很强的可扩充性和可连接性。
GIS技术支持多种数据库管理系统，如ORACLE、SYBASE、SQLSERVER等大型数据库；运行多种编程语言和开发工具；支持各类操作系统平台；为各应用系统，如SCADA、EMS、CRM、ERP、MIS、OA等提供标准化接口；可嵌入非专用编程环境。
2、先进性GIS平台采用与世界同步的计算机图形技术、数据库技术、网络技术以及地理信息处理技术。
系统设计采用目前最新技术，支持远程数据和图纸查询，利用系统提供的强大图表输出功能，可以直接打印地图、统计报表、各类数据等。
可分层控制图纸、无级缩放、支持漫游、直接选择定位等功能。
系统具备完善的测量工具，现场勘查数据，线路杆塔等设备的初步设计，并可直接进行线路设备迁移与相关计算等，实现线路辅助设计与设备档案修改。
具有线路的方位或区域分析判断功能，为用户提供可靠的辅助决策，综合统计分析，为管理决策人员提供依据。
特别是把可视化技术和移动办公技术纳入GIS系统的总体设计范围。
地图精度高，省级地图的比例尺达到1：10000或1：5000，市级地图比例尺达到1：1000或1：500，地图能分层显示山川、水系、道路、建筑物、行政区域等。
3、发展性具有很强的可扩充性和可连接性。
在应用开发过程中，考虑系统成功后进一步发展，包括维护性扩展功能和与其它应用系统的街接与整合的方便。
开发工具一般采用J2EE、XML 等。
二、GIS与其它信息系统有什么区别？答：通常意义上的信息系统存储结构都是数据信息，结构为表单，查询、排序、删增操作比较简单GIS的存储结构是地物空间信息，以图形为对象的（甚至是三维形体），将图形变为几何信息、拓扑信息、坐标数值、投影信息的组合体，用复杂的表单结构来存储，因此GIS系统的操作是以图形为界面，比普通信息系统复杂得多。
三、空间数据采集方法有哪些？它们分别适合采集什么样的数据？答：GIS数据的获取、更新、维护工作主要由测绘行业承担。
地面数字测图就是在这种背景下发展起来的，它日益成为获取大比例尺数字地图及城市各类地理信息系统以及为保持其现势性所进行的空间地理信息系统数据更新的主要手段。
数字化测图主要经历了两种模式： a．数字测记模式最初由外业电子手簿记录，同时人工配合画草图，符号标注，然后交由内业，依据草图人工编辑图形文件，自动成图。
之后发展为测注模式不变，但方式变化，利用智能化的外业采集的软件，不仅记录点位，而且记录成图的全部信息，人工键入减少，使测记法效率更高，数字测图也更加实用。
对于这种阶段下的数字测绘，GIS数据获取只能将原有的图纸利用GIS或其相关软件提供矢量化方法进行转化。
这种数字化过程会由于图纸变形，设备的精度及人为因素造成的误差而影响数据精度。
下面是传统方法作业的地形固同GIS的关系：野外测量→内业描图→上交成果图纸→矢量化→GIS b．电子平板模式在该阶段，野外现场测图，实时成图。
尤其是便携机的出现，给数字测图提供了发展机遇。
它利用便携机现场读取仪器数据，用高分辨率的显示屏作为图画，即测即显，外业实时成图，实时编辑，纠正错误，使成图的质量与精度大大超过了白纸测图。
随着商用软件的出现和不断完善，数字化测图不仅要面向测图，而且必须面向GIS，因而出现了测图的成图数据同GIS 交换的工具软件。
下面为电子平板出现后GIS的数据获取图：野外测量→上交成图或数据盘→数据转换→GIS 这种方式使GIS数据获取的精度与速度大大提高。
GIS建立后，系统的数据要具有一定的现势性，即数据要及时反映最新现实情况。
数据的更新可以采用电子平板中特有的测图功能“掏出”数据。
测图后再利用“掏入”进行野外补充，从而达到测图的更新，使数据保持连续、完整和现势性。
尤其是部分商用软件，如清华山维开发的EPSW，不仅按照GIS要求使测图与GIS的层次对应，而且采用公共数据变换格式，并开发研制了GIS前端软件，即将原始数据按GIS的概念进行处理，使测图系统同GIS方便接轨。
其示意如下：野外数字测图→数字测图系统→GIS前端软件→GIS虽然数字化测图数据采集与GIS 数据要求有一定的差距，但是随着科技的发展和测绘工作者的努力，数字化测图必将同GIS 一道取得更大成功。
四、常用的GIS空间分析方法有哪些？简要说明。
答：地理信息系统(GIS)具有很强的空间信息分析功能，这是区别于计算机地图制图系统的显著特征之一。
利用空间信息分析技术，通过对原始数据模型的观察和实验，用户可以获得新的经验和知识，并以此作为空间行为的决策依据。
空间信息分析的内涵极为丰富。
作为GIS的核心部分之一，空间信息分析在地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用。
叠置分析(Overlay Analysis)覆盖叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作，其结果将原来要素分割生成新的要素，新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。
也就是说，覆盖叠置分析不仅生成了新的空间关系，还将输入数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。
覆盖叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，进而产生用户需要的结果或回答用户提出的问题。
1)多边形叠置这个过程是将两层中的多边形要素叠加，产生输出层中的新多边形要素，同时它们的属性也将联系起来，以满足建立分析模型的需要。
一般GIS软件都提供了三种多边形叠置：(1)多边形之和(UNION)：输出保留了两个输入的所有多边形。
(2)多边形之积(INTERSECT)：输出保留了两个输入的共同覆盖区域。
(3)多边形叠合(IDENTITY)：以一个输入的边界为准，而将另一个多边形与之相匹配，输出内容是第一个多边形区域内二个输入层所有多边形。
多边形叠置是个非常有用的分析功能，例如，人口普查区和校区图叠加，结果表示了每一学校及其对应的普查区，由此就可以查到作为校区新属性的重叠普查区的人口数。
2)点与多边形叠加点与多边形叠加，实质是计算包含关系。
叠加的结果是为每点产生一个新的属性。
例如，井位与规划区叠加，可找到包含每个井的区域。
3)线与多边形叠加将多边形要素层叠加到一个弧段层上，以确定每条弧段(全部或部分)落在哪个多边形内。
网络分析(Network Analysis)对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等)进行地理分析和模型化,是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。
网络分析是运筹学模型中的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何按排，并使其运行效果最好,如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的运输费用最低等。
其基本思想则在于人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。
这类问题在生产、社会、经济活动中不胜枚举，因此研究此类问题具有重大意义。
网络中的基本组成部分和属性如下：(1)链(Links),网络中流动的管线，如街道，河流，水管等,其状态属性包括阻力(Impedence)和需求(Demand)。
(2)障碍(Barriers)，禁止网络中链上流动的点。
(3)拐角点(Turns)，出现在网络链中所有的分割结点上，状态属性有阻力，如拐弯的时间和限制(如不允许左拐)。
(4)中心(Centers)，是接受或分配资源的位置,如水库、商业中心、电站等,其状态属性包括资源容量,如总的资源量；阻力限额，如中心与链之间的最大距离或时间限制。
(5)站点(Stops)，在路径选择中资源增减的站点,如库房、汽车站等,其状态属性有要被运输的资源需求，如产品数。
网络中的状态属性有阻力和需求两项，实际的状态属性可通过空间属性和状态属性的转换，根据实际情况赋到网络属性表中。
1)路径分析(1)静态求最佳路径:由用户确定权值关系后，即给定每条弧段的属性，当需求最佳路径时，读出路径的相关属性，求最佳路径。
(2)动态分段技术:给定一条路径由多段联系组成，要求标注出这条路上的公里点或要求定位某一公路上的某一点，标注出某条路上从某一公里数到另一公里数的路段。
(3)N条最佳路径分析:确定起点、终点，求代价较小的N 条路径，因为在实践中往往仅求出最佳路径并不能满足要求，可能因为某种因素不走最佳路径，而走近似最佳路径。
(4)最短路径:确定起点、终点和所要经过的中间点、中间连线，求最短路径。
(5)动态最佳路径分析:实际网络分析中权值是随着权值关系式变化的，而且可能会临时出现一些障碍点，所以往往需要动态地计算最佳路径。
2)地址匹配地址匹配实质是对地理位置的查询，它涉及到地址的编码(Geocode)。
地址匹配与其它网络分析功能结合起来，可以满足实际工作中非常复杂的分析要求。
所需输入的数据,包括地址表和含地址范围的街道网络及待查询地址的属性值。
3)资源分配资源分配网络模型由中心点(分配中心)及其状态属性和网络组成。
分配有两种方式，一种是由分配中心向四周输出，另一种是由四周向中心集中。
这种分配功能可以解决资源的有效流动和合理分配。
其在地理网络中的应用与区位论中的中心地理论类似。
在资源分配模型中，研究区可以是机能区，根据网络流的阻力等来研究中心的吸引区，为网络中的每一连接寻找最近的中心，以实现最佳的服务。
还可以用来指定可能的区域。
资源分配模型可用来计算中心地的等时区，等交通距离区，等费用距离区等。
可用来进行城镇中心，商业中心或港口等地的吸引范围分析，以用来寻找区域中最近的商业中心，进行各种区划和港口腹地的模拟等。
缓冲区分析(Buffer Analysis)缓冲区分析是针对点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形。
缓冲区的产生有三种情况：一是基于点要素的缓冲区，通常以点为圆心、以一定距离为半径的圆；二是基于线要素的缓冲区，通常是以线为中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带多边形；三是基于面要素多边形边界的缓冲区，向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。
缓冲区分析是地理信息系统重要的空间分析功能之一，它在交通、林业、资源管理、城市规划中有着广泛的应用。