地理信息系统笔记整理_全解剖

第一章：地理信息系统概说数据与信息数据（data）：是未经过加工的原始材料，是客观对象的表示。

信息（information）：是对数据的解释、运用与解算，是数据内涵的意义。

数据处理：对数据进行收集、筛选、排序、归并转换、存储、检索、计算、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、图像和图形等的总称。

地理信息的特征体现在区域性、多层次性和动态变化上：空间位置：通过公共地理参考来描述地物所在位置，如大地参照系、地物间的相对位置。

多维结构：在二维空间的基础上，实现多专题的第三维的信息结构。

时序特征：指地理数据采集或地理现象发生的时刻/时段。

地理信息系统：由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，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。

物理外壳：计算机化的技术系统操作（处理）对象：空间数据。

技术优势：在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段、以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等。

对GIS的三种认识：地图观点：强调GIS作为信息载体与传播媒介的地图功能。

数据库观点：强调数据库系统在GIS中的重要作用。

分析工具的观点：强调GIS的空间分析与模型分析功能，认为GIS是一门空间信息科学，这是其有别与其它系统的唯一特征。

GIS概念框架和构成---数据库建立和数据库输入用户界面----系统和数据库管理---空间数据处理和分析---产品生成和输出地理信息系统的分类GIS的基本构成：硬件；软件；数据；人员；方法硬件：计算机是GIS硬件的核心，GIS软件可以在从中央服务器到桌面计算机，从单机到网络环境上运行。

GIS的外部设备包括；；输入、输出设备，数据存储和传输设备，网络设备。

它能影响到处理的速度，使用的便捷性和可用的输出类型。

软件：GIS软件是系统的核心，它提供GIS所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。

主要的组分有：1输入和处理地理信息的工具2数据库管理系统(DBMS) 3支持地理查询、分析和视觉化的工具4容易使用这些工具的图形化界面(GUI)软件不仅包括GIS软件，还包括各种数据库、绘图、统计、图象以及其它软件。

数据GIS系统中最重要的部件就是数据，它也是GIS的操作对象。

地理数据和相关的表格数据可以自己采集或者购买商业数据。

GIS将把空间数据和其他数据源的数据集成在一起，而且可以使用那些被大多数公司用来组织和保存数据的数据库管理系统，来管理空间数据。

数据的可用性和精确性将最终影响到分析或查询的结果。

地理数据的组成要素几何位置表示地理要素与现实世界位置的联系，地理要素抽象为点、线、面。

属性表示地理要素的描述性信息。

行为取决于用户定义的环境，表示可以对地理要素进行某些编辑、显示、分析操作。

人员这是GIS最重要的要素，人必须开发程序，定义GIS任务，人们经常会克服GIS其它要素的不足。

但事实上，世界上最好的软件和硬件都有无法弥补的缺憾。

GIS技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么价值。

GIS的用户范围包括从设计和维护系统的技术专家，到那些使用该系统并完成他们每天工作的人员。

GIS组织数据的方法GIS以专题分层的方式存贮信息，各层可以按地理特征联系起来。

各层具有相同的地理范围；每层具有相似的属性。

1.3 GIS的基本功能▪数据采集（Capture data）GIS提供多种地理数据和属性数据的输入方法，可用的数据方法越多，则GIS的通用性越广。

地理数据库是昂贵和生存期最长的GIS要素。

数据存储（Store data）GIS能够用矢量和栅格两种格式存储地理数据。

数据查询（Query data）GIS必须提供根据位置或属性值确定某些特定要素的工具。

数据分析（Analyze data）GIS能够回答有关各种数据集之间空间关系的问题。

最常见的两种：邻近分析（Proximity analysis）叠加分析（Overlay analysis）数据显示（Display data）GIS提供以各种颜色符号可视化显示地理要素的工具。

数据输出（Output data）显示的结果将能够以各种格式，如地图、报表、图表的形式输出。

1.4与GIS相关的科学与技术ＧＩＳ是传统科学与现代技术的结合。

地图学与GIS的区别：地图强调的是数据载体、符号化与显示，而GISs则注重于信息分析。

同时，地图学理论与方法对GISs的发展有重要的影响，并成为GISs发展的根源之一。

1.5 GIS的主要应用领域世界各国的政府部门、商业机构、学术团体已广泛采用GIS 。

美国三里岛核事故中，USGS应用GIS及时作出判断与决策.加拿大应用CGIS于70年代完成全国土地资源潜力的评价。

GIS可应用于任何涉及空间数据分析处理的领域，尤其是资源与环境的调查、规划和管理方面。

资源调查与分析是GIS应用最广泛的领域和趋于成熟的方面•野生动植物保护、洪泛平原、湿地、农田蓄水层、森林等管理。

•视域分析；•有毒或有害设施定址；•地下水模拟和有害物质跟踪；•野生动物栖息地分析、迁移路线规划。

全球信息化是社会发展的必然趋势，地理信息是各种信息中最重要的基础信息，关系到经济建设、国防建设、人们的生活质量和社会可持续发展。

GIS系统可广泛应用于：•土地管理、城市规划、智能化交通、精准农业•环境污染、土地荒漠化及其时空变化•海洋、河流与水资源、森林、草场等自然资源现状及变迁情况•地下矿藏的空间结构、储量，如何开采这些矿藏最有利于可持续发展•南水北调选线方案等国家重大基础建设项目的三维仿真•军用三维电子地图、远程精确制导、打击效果评估······1.6 GIS发展历史的回顾-国外六十年代：与计算机图形学的关系，应用主要针对城市和土地利用，局部的算法研究七十年代：应用的发展，软件的成熟，与遥感的结合；1969年ESRI和Intergraph 成立八十年代：DBMS成熟与GIS的结合，各方面的算法完善，微机GIS九十年代：社会化阶段，3S集成应用，网络发展1.7 GIS可以回答的问题位置（LOCA TION）：What is at...?要找出在某一特定的位置上存在什么。

这个位置可以是地名、邮政编码、地理坐标等。

条件（CONDITION）：Where is it ...?要找出在什么地方有满足某些条件的东西。

它是第一个问题的变换，要求通过空间分析加以回答。

如：找出在某一公路100米以内，土壤条件适合建筑，面积大于2000m2的无林地。

趋势（TRENDS）：What has changed since...?这一问题同前两个问题都有关，它是要寻求发现某一范围在时间上的变化。

第二章地理空间参照系统与地图投影2.1 地理空间“空间”（Space）概念：●物理学：空间是指宇宙在三个相互垂直方向上所具有的广延性。

●天文学：空间是指时/空连续体的一部分。

●地理学：空间（Geographic space）是指物质、能量、信息的存在形式在空间形态、结构过程、功能关系上的分布、格局及其在时间上的延续。

地理空间的概念●GIS中的空间概念常用“地理空间”来表达。

地理空间上至大气电离层、下至地幔莫霍面。

它是人类活动频繁发生的区域，是人地关系最为复杂、紧密的区域，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在这里。

●地理空间既可以是具有属性描述的空间位置的集合（由一系列的空间坐标值组成）；也可以是具有空间属性特征的实体的集合（由不同实体之间的空间关系构成）。

●地理空间的表达是地理数据组织、存储、运算、分析的理论基础。

地图—传统的地理信息表达方式❑现实地理世界抽象模型❖点（位置）❖高程点, 控制点, 三角点, 地形特征点❖水井位, 水泉位, 油井位, 钻井位❖站台, 车站, 水文站, 气象站, 天文台, 地震台❖乡镇驻地❖线：由点与点之间步长、方向确定❖交通线: 铁路线, 公路线, 高速公路线, 道路线❖水系: 干流, 支流, 渠系❖等值线: 等高线, 等温线, 等压线, 等径流线❖边界线: 国界线, 省界线, 流域线, 海岸线, 岸边线❖临界线: 区域界线, 自然地带分界线, 经济带分界线❖阈值线: 植物生长阈值线……❖多边形：由线封闭的面积, 构成地理类型或地理区域❖土地利用: 耕地, 园地, 草地, 林地, 水域, 城镇, 荒地……❖地貌类型: 高原, 山地, 丘岭, 平原……❖植被类型: 针叶林, 阔叶林, 混交林……❖土壤类型: 棕壤, 褐土, 黄壤, 红壤……❖ 流域面积: 小流域……❖ 区域面积: 行政区, 经济区, 自然保护区, 特区……❖ 表面（场）❑ 地图描述地理信息的方式1.符号和注记2.空间关系隐含❑ 基本地图比例尺比例尺等级(有级)1:100, 1:200, 1:500, 1:1 000, 1:2 000, 1:5 0001:10 000, 1:50 000, 1:100 000, 1:200 0001:500 000, 1:1000 000, 1:2000 000, 1:4000 0001:8000 000, 1:10 000 000, 1:20 000 000, 1:50 000 0001:100 000 000(全世界一览无遗)2.2 地球椭球体基本要素地球的形状（大地测量学将地球表面的几何模型分四类）:● 地球的实际表面：最自然的面。

地球自然表面起伏不平、十分不规则，无法用数学公式表达和运算，不适宜数字建模，所以在量测与制图时，必须找一个规则的曲面来代替地球的自然表面。

● 大地水准面：相对抽象的面。

地球表面的72％被流体状态的海水所覆盖。

假设，当海洋处于完全静止的平衡状态时，一个静止的平均海水面延伸到所有陆地下部，与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。

大地水准面所包围的形体，叫大地球体。

由于地球体内部质量分布不均，引起重力方向的变化，导致大地水准面成为一个形状十分复杂，不能用数学表达的不规则曲面。

从整体来看，大地水准面起伏微小，是一个很接近于绕自转轴（短轴）旋转的椭球体，通常称地球椭球体。

模型：以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型，三轴椭球体模型在数学上可行，又十分接近大地水准面。

椭球体的大小，通常用长/短半径a/b ，或由一个半径和扁率来决定。

扁率为：α=（a-b ）/a 。

由于地球椭球体的基本元素a 、b 、α等的推求年代、使用方法以及测定地区不同，故地球椭球体的参数值有多种。