GIS 地理信息系统-地理空间和空间数据基础
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唆瞎藻赂陶除祷湍吓委笨多圃芯贫添捶扫群嗓疑起夯疙糖渔里访瞳堂债宋第一讲GIS概论第一讲GIS概论程效益、服务效益 2、间接效益： 科学决策效益、快速决策效益
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GIS的相关学科
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地理信息系统名词解释大全(整理版本)
地理信息系统名词解释大全地理信息系统Geographic Information System GIS作为信息技术的一种, 是在计算机硬、软件的支持下, 以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础, 以具有空间内涵的地理数据为处理对象, 运用系统工程和信息科学的理论, 采集、存储、显示、处理、分析、输出地理信息的计算机系统, 为规划、管理和决策提供信息来源和技术支持。
简单地说, GIS就是研究如何利用计算机技术来管理和应用地球表面的空间信息, 它是由计算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体, 采用地理模型分析方法, 适时提供多种空间的和动态的地理信息, 为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
地理信息系统属于空间型信息系统。
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、图像和图形等的总称；它属于空间信息, 具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
地理信息科学与地理信息系统相比, 它更加侧重于将地理信息视作为一门科学, 而不仅仅是一个技术实现, 主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。
地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时, 还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
地理数据是以地球表面空间位置为参照, 描述自然、社会和人文景观的数据, 主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。
地理信息流即地理信息从现实世界到概念世界, 再到数字世界（GIS）, 最后到应用领域。
数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号, 是客观对象的表示, 是信息的表达, 只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。
信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统, 它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。
包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。
四叉树数据结构是将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n, 且n ≥1）, 直到子象限的数值单调为止。
GIS入门基础知识点
GIS⼊门基础知识点 ⾃从国企辞职以后，找了⼀份关于GIS开发的⼯作，好多从事这个都是地理信息科学⽅⾯的专业。
由于⾃⼰才疏学浅，只能从头⼊门学起，先是⼤致了解公司的业务以及产品，学习⼀下相关地理信息的基础知识。
⾸先今天简单的学习了⼀下地理信息基础知识：1、坐标系统：地理坐标系 平⾯坐标系2、地图投影：圆柱投影 圆锥投影 ⽅位投影 ⾼斯-克吕格投影3、地理空间数据：GIS操作的对象为空间数据数据的组织形式有：⽮量结构 栅格结构3.1、栅格结构：将研究区域划分为⼤⼩均匀紧密相邻的⽹格阵列，每个⽹格作为⼀个像素。
它由⾏，列号定义，并包含⼀个代码，表⽰像素的属性类型或者量值⽐如遥感影像就是典型的栅格结构优点：数据结构简单，空间数据的叠加和组合⼗分⽅便，数字模拟⽅便。
缺点：图形数据量⼤，如果⽤⼤像素减少数据时，精度和信息量受损失。
地图输出不够精美，美欧表达拓扑关系。
投影变换花费时间多。
3.2、⽮量数据结构：Vector Data：在直⾓坐标系中，⽤x,y坐标来表⽰地图图形或者地理实体的数据。
⽮量数据⼀般通过记录坐标的形式来尽可能的将地理实体的空间表现出准确⽆误。
点实体：在⼆维空间中，点实体⽤⼀对坐标x,y来确定位置。
⾯实体优点：⾯向⽬标的，不仅能表达属性编码，⽽且容易定义和操作单个空间实体。
完整的描述拓扑关系。
表⽰地理数据的精确度⾼，图形输出精确美观。
严密的数据结构，数据量⼩。
图形数据和属性数据的恢复更新，综合都能实现。
缺点：数据结构复杂，⽮量多边形叠加算法复杂。
4、什么是4D数据？4D:（DRG,DLG,DOM,DEM）通过地理信息系统分析处理得到的DLG,DOM,DEM,DTM等信息产品DOM:数字正射影像图（Digital Orthophoto Map）:利⽤数字⾼程模型对扫描处理的数字化的航空相⽚，遥感影像，经过逐个象元纠正，按图幅范围裁切⽣成的影像数据DOM是需要DEM进⾏⼆次加⼯的，也是4D产品中最为⾼级额产品。
GIS_3_地理空间与空间数据基础
任意水准面 HA
大地水准面
H´B HB
铅垂线
11
黄海海面
1952-1979年平 均海水面为0米
水准原点 1985国家高
程基准， 72.2604米
12
地理参考系统
Z 笛卡尔坐标
.M
Z X
X
Y
Z
.M
d
q 纬度
a 经度
X
极坐标
Y Y
13
地理空间的距离度量
➢ 距离度量的两种方式
✓ 沿真实的地球表面进行距离量度 ✓ 沿旋转椭球体表面进行距离量度（大圆弧长）
➢特征
✓ 定位明显，属性隐含
✓ 形象直观（点：如独立树、水准点；线：如铁路、 河流；面：如土地类型）
✓ 特别适合于模拟离散（非连续变化）的空间数据
✓ 其模拟空间数据的精度较高，但其精度与坐标点的
数量、质量有直接关系
52
形象直观
定位明显 属性隐含
53
适于模拟 离散数据
54
数据精度 与点的数 量与质量
➢ 旋转椭球体有多种：不同测定者、不同计算年代、
不同测定方法、不同测定地区，对椭球体的描述方法 不同
➢ 我国不同时期采用的椭球体：
✓ 1953年以前：海福特椭球体 ✓ 1953年—1978年：克拉索夫斯基（Krasovsky） ✓ 1978年以后：1975国际椭球体
7
地理空间坐标系的建立
➢ 地理坐标（球面坐标）
技术 数字模拟 投影变换
矢量格式 严密 小 高
复杂、高效 不一致
抽象、昂贵 不易实现 容易实现 不容易
复杂、高费用 不方便 快
栅格格式 简单 大 低
简单、低效 一致
地理信息系统中的空间数据分析与建模
地理信息系统中的空间数据分析与建模地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种利用计算机软硬件系统对地理空间数据进行采集、储存、管理、分析和展示的技术。
在当今信息技术快速发展的背景下，GIS在各个领域都得到了广泛的应用。
其中，空间数据分析与建模是GIS的核心功能之一。
空间数据分析是GIS的基础，它利用地理信息系统的技术和工具，对地理空间数据进行处理和分析，揭示地理对象以及地理对象之间的关系和规律。
空间数据分析可以包括多方面的内容，比如地理特征提取、空间模式分析、路径分析等。
通过对空间数据进行分析，可以帮助我们深入了解地理现象的内在规律，从而为决策提供科学依据。
空间数据建模是GIS中的另一个重要环节，它是将现实世界中的地理对象抽象为计算机可识别的模型，以便进行数据管理、分析和可视化等操作。
在地理信息系统中，空间数据建模可以包括三维建模、地图建模、空间关系建模等。
通过空间数据建模，我们可以将复杂的地理现象转化为简洁的模型，使得地理数据的存储和处理更加高效和准确。
在GIS中，空间数据分析与建模的应用广泛涉及到各个领域。
在城市规划中，利用GIS技术可以对城市的用地分布、道路网络、人口密度等进行分析，优化城市规划方案。
在环境保护方面，GIS可以帮助监测和评估环境污染程度，为环境治理和保护提供可靠的数据支持。
在交通管理中，GIS可以进行交通流量分析、路线规划等，优化交通系统的布局和调控。
随着技术的不断进步，GIS的应用正在朝着更加复杂和智能化的方向发展。
例如，结合人工智能技术，可以对大规模的遥感影像数据进行自动分类和分析，实现高精度的土地利用和覆盖监测。
同时，与物联网技术结合，可以将传感器数据与空间数据进行融合，实现对现实世界的实时感知和分析。
然而，空间数据分析与建模中也存在一些挑战和难点。
首先，地理空间数据的处理和分析需要大量的计算资源和存储空间，尤其是针对海量和高分辨率的遥感影像数据，需要建立高效的算法和平台进行处理。
第二章 地球空间与空间数据基础
遥感图像及地图表示
五、地理信息的数字化表述
地理信息的数字化表述，就是使计算机能够识别 地理事物的形状。
Open GIS对地理空间的认识模型
九个抽象层次
尺度世界 （尺度语言）
项目世界 （project）
地理点列世界 （坐标几何）
地理空间世界 （GIS语言）
地理几何 特征世界
概念世界
现实世界
（自然语言） （基本语言）
地理要素 集合世界
地理要素 世界
GIS的三个抽象层次
现实世界 地理实体或者现象
概念世界
2
4
12 24
48
96 192
1
4
16 144 576 2304 9216 36864
1
4
36 144 576 2304 9216
第二节 地理空间坐标系与地图投影
地理空间坐标系的主要目的，是确定空间 实体在地理空间中的位置，最直接的方法是用 地理坐标（经度、纬度）和高程来表示。
地理坐标系——球面坐标系
地图投影
平面直角坐标系 （笛卡尔平面直角坐标系、欧几里德空间系）
一、在椭球面上表示点位置的坐标系统
（一）大地坐标系
大地坐标系是大地测 量中以参考椭球面为 基准面的坐标系。
根据不同的应用，域可以表示二维和三维地理 空间。
三、地图对地理空间的描述
地图上各种内容要素之间的关系，是按照 地图投影建立的数学规则，使地面上各点和地 图平面上的相应点保持一定的函数关系，从而 在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和
GIS地理信息系统空间数据结构解析
GIS地理信息系统空间数据结构解析GIS是地理信息系统的英文缩写，即Geographic Information System。
它是一种利用计算机和软件技术来收集、管理、分析和展示地理空间数据的工具。
GIS空间数据结构是指在地理信息系统中用来组织和存储地理空间数据的方式和方法。
GIS空间数据结构的核心是地理空间数据的表示方法。
在GIS中，地理空间数据可以分为两种类型：矢量数据和栅格数据。
矢量数据以几何实体为基本单位，通过点、线、面等几何对象来描述地理现象的空间分布。
而栅格数据以网格为基本单位，通过将地理空间划分为规则的网格单元来表示地理现象的分布。
矢量数据通常由三要素组成：空间位置、属性信息和拓扑关系。
空间位置是指地理现象在地球表面上的位置，可以用点、线、面等几何对象来表示。
属性信息是指地理现象的有关属性和属性值，例如地名、面积、人口等。
拓扑关系是指不同几何对象之间的空间关系，例如点和线之间的相交、包含等关系。
在矢量数据的存储和管理上，常用的数据结构包括点、线和多边形数据结构。
点数据结构采用坐标表示地理位置，通常使用点图层进行存储和管理。
线数据结构由多个点连接而成，可以表示河流、道路等线状地理现象。
多边形数据结构由多条线构成封闭的区域，可以表示湖泊、行政区等面状地理现象。
除了矢量数据外，栅格数据也是GIS中常用的一种数据结构。
栅格数据将地理空间划分为规则的网格单元，每个网格单元包含一个数值或类别信息。
栅格数据适用于连续变化的地理现象，例如地形高程、气候等。
在栅格数据存储和管理上，常用的数据结构包括二维数组和图像数据结构。
在GIS空间数据结构中，数据之间的空间关系是一个重要的概念。
常见的空间关系包括相交、邻接、包含等。
相交是指两个地理现象在地理空间上有交集，邻接是指两个地理现象在地理空间上相连或相邻，包含是指一个地理现象包含另一个地理现象。
GIS空间数据结构的选择取决于具体的应用需求和数据特点。
矢量数据适用于描述点、线、面等离散的地理现象，可以准确表示地理位置和拓扑关系。
gis空间分析原理与方法
gis空间分析原理与方法GIS（地理信息系统）是一种以地理空间数据为基础，利用计算机技术进行数据管理、空间分析和空间可视化的系统。
GIS空间分析是GIS系统中最核心和重要的功能之一，它基于地理空间数据，通过一系列的理论和方法，揭示地理现象之间的空间关系和规律。
本文将介绍GIS空间分析的原理和方法。
一、GIS空间分析的原理GIS空间分析的原理包括空间对象和空间关系。
1. 空间对象在GIS中，地理空间数据可以表示为不同的空间对象，如点、线、面等。
每个空间对象都有其特定的几何形状和属性信息。
2. 空间关系空间关系指的是空间对象之间的相对位置和相互作用。
常见的空间关系有邻接关系、包含关系、重叠关系等。
空间关系能够帮助我们理解地理现象之间的联系和相互影响。
二、GIS空间分析的方法GIS空间分析方法包括空间查询、空间统计、空间插值和空间模型等。
1. 空间查询空间查询是根据特定的空间条件，在地理空间数据集中提取与条件匹配的数据信息。
常见的空间查询操作有点查询、线查询和面查询等。
2. 空间统计空间统计是通过对地理空间数据的属性信息进行统计和分析，揭示地理现象的空间分布和规律。
常见的空间统计方法有点密度分析、热力图和聚类分析等。
3. 空间插值空间插值是通过已知的有限样本点，推算未知位置处的属性值。
常见的空间插值方法有反距离加权插值法、克里金插值法和样条插值法等。
4. 空间模型空间模型是对地理现象和过程进行建模和模拟，从而预测和分析未来的空间变化。
常见的空间模型有流域模型、土地利用模型和城市增长模型等。
三、GIS空间分析的应用GIS空间分析在各个领域都有广泛的应用，如城市规划、环境保护、农业管理和风险评估等。
1. 城市规划GIS空间分析可以帮助城市规划师分析和评估不同用地类型之间的空间关系，进行最优用地布局和交通规划。
2. 环境保护GIS空间分析可以用于环境监测和评估，分析污染源的扩散范围和影响程度，制定环境保护措施和应急预案。
地理信息系统与空间数据分析
地理信息系统与空间数据分析地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理空间数据进行捕捉、存储、查询、分析和显示的技术系统。
地理信息系统与空间数据分析的结合，不仅可以帮助我们深入了解地球的地理特征和空间关系，还能为环境保护、城市规划、资源管理、灾害预防等领域提供有力的决策支持。
一、地理信息系统的定义和基本概念地理信息系统是一种用来管理和分析与地理位置相关的信息的技术系统。
它包括地理数据捕捉（数据采集和输入）、地理数据存储（数据管理和组织）、地理数据查询（数据检索和查询）、地理数据分析（空间分析和属性分析）和地理数据显示（地图输出和可视化）等五个主要组成部分。
通过这些功能的结合，地理信息系统能够整合不同来源的地理数据，帮助用户从地理空间的角度理解和解决复杂问题。
二、地理信息系统的应用领域1. 环境保护和资源管理：地理信息系统可以帮助管理者监测和评估环境变化，如森林砍伐、湖泊水质改变等，从而制定出更有效的环境保护政策和资源管理方案。
2. 城市规划和土地管理：地理信息系统可以提供城市土地利用和规划的决策支持，帮助规划师分析城市的道路网络、建筑分布、人口密度等，为城市的可持续发展提供参考。
3. 交通运输和物流管理：地理信息系统可以优化交通路线和运输网络，降低运输成本，提高物流效率。
通过分析交通流量、道路拥堵等数据，还可以帮助规划交通政策和改善交通系统。
4. 灾害风险评估和应急响应：地理信息系统可以对地震、洪水、火灾等自然灾害进行风险评估，预测潜在灾害风险。
同时，还可以支持应急响应，快速定位救援资源和受灾区域。
5. 农业和自然资源管理：地理信息系统可以帮助农民进行土地评估、农作物监测、灌溉规划等，提高农业生产的效率和质量。
在自然资源管理方面，地理信息系统可以协助管理森林、水源、矿产等资源，确保其合理利用和可持续发展。
三、空间数据分析在地理信息系统中的作用空间数据分析是地理信息系统的核心功能之一，它基于地理空间关系，通过对地理数据的处理和分析，揭示地理现象背后的模式、趋势和关联。
地理信息系统复习资料概要
1.地理信息系统（GIS-Geographic Information System）是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。
试述对工程测量学定义的理解。
2.拓扑关系：图形在保持连续变化状态下，图形关系保持不变的性质．或空间实体之间的关系。
3.数据压缩，指从所取得的某个数据集合S中抽出一个子集A，这个子集作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。
4.缓冲区是根据数据库中事物的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形。
5. 地理信息可视化是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输人、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，井结合图表、文字、表格、视频等可视化形式显示并进行交互处理的理论、方法和技术。
6.地理信息是指与空间地理分布有关的信息，它表示地表物体和环境固有的数据、质量、分布特征，联系和规律的数字、文字、图形、图像等总称。
7.空间数据处理：对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数据进行编辑运算，清除数据冗余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式。
8.开窗查询：在图形显示屏幕上用光标临时划定一个不规则的多边形，好像在背景地图上开了一个“窗”，然后查出和该窗口有关的点、线、面及其属性信息。
9.行程编码：栅格数据的一种压缩编码方式，是将行或列中重复的元素进行合并，以达到减少存储和数据冗余的目的，包括一维行程和二维行程。
10.虚拟现实是指通过头盔式的三维立体显示器、数据手套、三维鼠标、数据衣(Date Suit)、立体声耳机等使人能完全沉浸计算机生成创造的一种特殊三维图形环境，并且人可以操作控制三维图形环境，实观特殊的目的。
1、是实现地理信息系统可视化的关键所在。
GIS地理信息系统空间数据结构
GIS地理信息系统空间数据结构在当今数字化的时代，地理信息系统（GIS）已经成为了我们理解和处理地理空间数据的重要工具。
而在 GIS 中，空间数据结构则是其核心组成部分，它决定了如何有效地组织、存储和管理地理空间数据，以便于快速访问、分析和可视化。
要理解 GIS 地理信息系统的空间数据结构，首先我们得明白什么是地理空间数据。
简单来说，地理空间数据就是描述地球表面或与地球表面相关的各种信息，比如地形、地貌、道路、建筑物、水系等等。
这些数据具有空间位置、属性和时间等特征。
在 GIS 中，常见的空间数据结构主要有矢量数据结构和栅格数据结构两种。
矢量数据结构是通过点、线、面等几何图形来表示地理实体。
比如，一条河流可以用一系列的点连接成线来表示，一个城市的区域可以用一个封闭的多边形面来表示。
矢量数据结构的优点是数据精度高、存储空间小、图形显示质量好，并且能够方便地进行几何变换和拓扑分析。
拓扑分析在很多应用中非常重要，比如判断两个区域是否相邻、道路网络是否连通等。
然而，矢量数据结构在处理复杂的空间关系和大规模数据时，计算量会比较大。
栅格数据结构则是将地理空间划分成规则的网格单元，每个网格单元被赋予一个特定的值来表示相应的地理特征。
比如，在卫星影像中，每个像素就是一个栅格单元，其灰度值或色彩值代表了该位置的地物信息。
栅格数据结构的优点是数据结构简单、易于实现和操作，特别适合于进行空间分析和模拟。
但它的缺点也很明显，比如数据量大、精度相对较低，而且难以表达复杂的地理实体和空间关系。
除了这两种主要的数据结构，还有一些混合的数据结构，比如矢栅一体化数据结构。
这种结构试图结合矢量数据和栅格数据的优点，以满足不同应用场景的需求。
在实际应用中，选择合适的空间数据结构取决于多个因素。
比如数据的特点和精度要求，如果数据是高精度的、几何形状复杂的地理实体，矢量数据结构可能更合适；如果数据是大面积的、连续分布的，比如地形数据，栅格数据结构可能更适用。
测绘技术中的地理信息系统与空间数据库
测绘技术中的地理信息系统与空间数据库随着科技的不断进步和发展，测绘技术在现代社会中扮演着重要的角色。
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）和空间数据库作为测绘技术中的两大核心概念，对于地理信息的收集、管理、分析和应用起着至关重要的作用。
一、地理信息系统的概述地理信息系统是以空间数据为基础，通过软件技术对地理现象进行描述、分析和预测的系统。
它将地图、数据库和计算机技术有机地结合在一起，使得地理现象和空间关系可以通过数字化的方式进行管理和处理。
地理信息系统包括数据采集、数据存储、数据管理、数据分析和数据展示等多个环节。
数据采集是GIS的基础，通过遥感、GPS定位、测绘等技术手段，可以获取大量的地理数据。
其中，遥感技术的应用尤为广泛，可以高效地获取广大范围的地理信息。
数据存储和管理使得大量的数据可以被有效地组织和管理起来，以便后续的分析和应用。
数据分析是GIS的核心功能之一，通过对数据的处理和分析，可以发现地理现象之间的关联性和规律性。
数据展示是最终向用户展示结果的环节，通过地图、图表等形式，将复杂的地理信息转化为直观的可视化结果。
二、空间数据库的重要性空间数据库是地理信息系统的基础设施，负责存储和管理地理信息的空间数据。
与传统的关系型数据库相比，空间数据库不仅具备储存和管理数据的能力，还包含了对地理数据进行空间查询和分析的功能。
空间数据库的设计和实现需要考虑到地理数据的特殊性。
地理数据具有空间关联性和拓扑关系，因此空间数据库需要支持空间查询、空间索引和拓扑关系的维护。
同时，由于地理数据的大小和复杂性往往超出了传统数据库的承载能力，因此空间数据库需要具备高效的数据存储和检索性能。
空间数据库的应用范围广泛，包括地理空间分析、地理空间模拟、地理空间预测等多个领域。
例如，在城市规划中，通过对空间数据库中的地理数据进行分析，可以有效地评估城市交通、环境和人口分布等问题，从而为城市规划提供科学依据。
地理信息系统中的空间数据分析方法与使用教程
地理信息系统中的空间数据分析方法与使用教程地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理空间数据与属性数据进行整合、管理、分析和展示的工具。
在GIS中，空间数据分析是一项重要的功能，它可以帮助用户在研究和决策过程中更好地理解和利用地理空间数据。
本文将介绍地理信息系统中常用的空间数据分析方法和使用教程。
一、空间数据分析方法1. 空间查询和空间关联分析：空间查询是GIS中最基础的分析方法之一，可以根据用户设定的条件查询地理空间数据，例如查询某个区域范围内的地块、建筑物或其他地理要素。
空间关联分析则是通过比较两个或多个地理要素之间的空间关系来进行分析，例如判断某个地块是否位于某个行政区域内。
2. 空间插值和空间推测：空间插值技术可以根据已知点的属性值，推断未知点的属性值，从而实现空间数据的补全和预测。
例如，在气象领域中，可以通过插值方法预测某个地区的气温和降雨量。
空间推测则是通过已知要素的空间分布模式来推断其他地理要素的分布模式。
3. 空间统计和空间模型分析：空间统计方法用于分析地理要素之间的空间关系，并进行统计计算。
例如，利用空间统计分析可以研究疾病的空间聚集现象，了解其在不同地理区域的分布特点。
空间模型分析则是利用数学模型来描述和解释地理要素之间的空间关系，例如地理回归模型可以用于分析地理要素之间的因果关系。
4. 空间多目标决策分析：在GIS中，空间多目标决策分析是一种辅助决策的方法，可以根据用户设定的目标和约束条件，通过空间分析方法来评估和比较不同方案的优劣。
例如，在城市规划中，可以利用空间多目标决策分析来评估不同用地方案对城市环境和社会经济的影响。
二、空间数据分析的使用教程1. 数据准备：在进行空间数据分析之前，首先需要准备好所需的地理空间数据，包括矢量数据和栅格数据。
矢量数据包括点、线、面等要素的坐标和属性信息，栅格数据则是由像素组成的网格数据。
地理信息系统的框架与基础
地理信息系统的框架与基础一、地理信息系统的框架1.1概念地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种专门用于存储、管理、处理和分析地理空间数据的计算机系统，可以帮助人们更好地理解和把握地球表面上的空间分布规律和时空变化趋势。
1.2组成部分GIS的核心技术包括地图制作、空间数据管理、数据分析、空间模型构建和空间可视化等方面。
具体来说，GIS的组成部分包括地图、数据、软件、硬件和人员等，其中，地图和数据是GIS 的基础，软件和硬件是GIS的技术支撑，人员则是GIS的使用者和管理者。
1.3标准体系GIS的标准体系包括数据标准、软件标准、服务标准和元数据标准等，这些标准保证了GIS数据的互操作性，使得不同来源、格式、用途的数据可以在GIS系统中进行有效整合和分析，同时也为GIS应用的共享和交流提供了基础。
二、地理信息系统的基础2.1地图与地图投影地图是GIS系统的基础，它是将地球表面投影到平面上的一种表现方式。
地图制作需要选择合适的投影方式，投影方式的选择应当考虑数据的地理位置、形状、大小、距离、方向及比例等因素。
常见的投影方式包括等角圆柱投影、等积圆柱投影、等角圆锥投影、等积圆锥投影、等面等距投影等，每种投影方式都有其适用范围和优缺点。
2.2空间数据类型GIS系统主要管理和处理的是空间数据和属性数据，空间数据又包括矢量数据和栅格数据两种类型。
矢量数据是由离散的点、线、面等几何要素组成的，它采用坐标系来确定要素的位置和形状，通常用于表示地物的分布和空间关系。
栅格数据是由行列网格组成的，每个单元格代表一定大小的实际地面区域，栅格数据的值代表某一属性的信息，通常用于高程和遥感图像等数据的表达和分析。
2.3空间数据采集空间数据采集是GIS系统的关键环节，它决定了GIS数据的质量和精度，常见的空间数据采集方法包括GPS（全球定位系统）、航空摄影、遥感影像解译、地形测量和野外调查等。
gis基础
国产主流GIS软件
GeoStar
MapGIS
SuperMap
CityStar
数据模型
GIS数据分类及抽象
点-电线杆、水井、矿井口、烟囱、单棵树， 小比例尺下：工厂、学校、医院等 线-河流、铁路、公路、巷道 面-地块、森林、湖泊、乡村、矿区、城市
数据模型
GIS数据分类
动态性 （时间性）
专题性 （属性）
分布性
随时间而动态变化 （时间维）
地理信息具有专题属性 （属性维）
地理信息分布在不同区域 具有分布性 （网络）
基本介绍—涉及学科
地理学及测量学
空间科学和RS
GIS
计算机科学
数学
软件工程及 项目管理
数据库技术
计算机图形学
人工智能 及ES
网络技术 数据结构
社会－经济 测量
GIS 的基本概念
GIS GPS RS
• 地理信息系统
• Geographic Information System
• 全球定位系统
• Global positioning System
• 遥感
• Remot Sensing
基本介绍—特性
空间性
信息与坐标位置联系在一起， 使信息具有空间维（二维、三维）
数据结构
DEM——数字高程模型（Digital Elevation Model，缩写DEM），是一定范围内规则格网点的平 面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，它主要 是描述区域地貌形态的空间分布。
DTM——数字地形模型（Digital Terrain Model， 简称DTM) ,DTM是描述包括高程在内的各种地貌因 子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性 和非线性组合的空间分布
地理信息系统(gis)的基本概念、原理、相关应用及发展趋势的理解。
地理信息系统(gis)的基本概念、原理、相关应用及发展趋势的理解。
地理信息系统(GIS)是一种以空间数据为基础的应用软件系统，通过对地理信息进行收集、存储、处理、展示以及分析，为用户提供准确的、完整的、有效的、及时的地理信息服务。
GIS可以帮助用户实现基于地理环境的智能决策。
GIS的基本概念包括：1、数据：用于视觉或者逻辑运算的GIS主要包含向量数据、栅格数据、模型数据等。
2、空间：GIS一般使用球面坐标系统来代表地球的空间位置。
3、仿真：GIS的功能几何化和空间分析基于物理过程的仿真。
4、建模：GIS模型包括传统的数学模型、智能数据模型和物理模型，结合不同的模型可以解决复杂的问题。
5、数据库：GIS是一种数据库系统，连接地球上的所有信息，能够将多种数据链接起来，统一管理。
GIS的原理基于三个概念：1、地理位置-将地理信息抽象成坐标信息，并通过坐标信息确定位置。
2、空间关系-地理信息的属性有其特定的空间关系，如：相邻关系，拓扑关系。
3、随机性-大多数地理信息具有很强的随机性，即：具有局部性，空间上变化多样。
GIS及相关应用主要有：1、地图制作- 即将GIS空间数据转换为图形信息，用于地图绘制。
2、空间分析- 即对不同数据间的空间关系进行分析，如：距离、范围、交集、邻近等。
3、空间管理- 即通过GIS技术，对地球表面的资源进行整理与管理，如：房地产、环境保护、资源分配等。
GIS的发展趋势：1、增加数据采集精度-通过各种传感器，提高数据采集的精度，使GIS数据具有更高的精度。
2、增强计算处理能力- GIS可以在实践中实现对大数据的快速处理，简化计算复杂性。
3、增强GIS数据共享能力- 为用户提供统一的数据共享接口，使各种GIS服务可以跨平台共享。
4、加强人机交互能力- 不断改善GIS软件的用户界面，使得GIS功能更容易使用。
地理信息系统原理-地球空间与空间数据基础
地理空间认知的思维过程，是地理空间认知的高级阶 段，它提供关于现实世界客观事物的本质特性和空间 关系的知识，在地理空间认知过程中实现着“从现象 到本质”的转化，具有概括性和间接性。
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正确
地理理论体系 实践验证
地理认知图式[鲁学军]
错误
指 导 地理逻辑分析
图解
地理概念 地理意象
地理意向
地理信息 符号加工
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地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述
3.地理空间抽象过程
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地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述
3.地理空间抽象过程
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地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述
3.地理空间抽象过程
概念数据模型
➢地理空间中地理事物与现象的抽象概念集，是地理数据的语义解释； ➢考虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综合、集成各用户视图 ； ➢构造概念模型应该遵循的基本原则：
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心象地图，是不呈现在眼前的地理空间环境的一种心 理表征，是在过去对同一地理空间环境多次感知的基 础上形成的。所以，它是间接的和概括的，具有不完 整性、变形性、差异性(当然也有相似性)和动态交互 性。心象地图可以通过实地考察、阅读文字材料、使 用地图等方式来建立。
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地理(地球)空间认知包括感知过程、表象过程、记忆过程和思维过程等 基本过程。地理空间认知的感知过程，是研究地理实体或地图图形(刺 激物)作用于人的视感觉器官产生对地理空间的感觉和知觉的过程。地 理空间认知的表象过程，是研究在知觉基础上产生表象的过程，它是通 过回忆、联想，使在知觉基础上产生的映像再现出来。地理空间认知的 记忆过程，是人的大脑对过去经验中发生过的地理空间环境的反映，分 为感觉记忆、短时记忆、长时记忆、动态记忆和联想记忆。
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Section2 空间数据模型与结构
空间数据结构
栅格结构
Morton顺序和Morton坐标
栅格的扫描次序对游程编码的效率有较大影响 Morton序：“Z”序，如图2.19（C），以2*2的模 式递推排序，如图2.20。四个象限的遍历次序是： 西南——东南——西北——东北 可用Morton地址建立Morton索引，便于空间查 询，可大大提高某些操作的效率
Section1 地理空间
地理空间的拓扑（空间关系）
拓扑空间关系
点点、点线、点面、线线、线面、面面 相邻、相交、包含、覆盖、分离… 熟记P27-28 图2.13，并可举出实例； 龙源湖和电视塔是什么关系？
Section1 地理空间
地理空间的拓扑（空间关系）
顺序空间关系
用上下左右、东南西北等定性表述，较难解决 点点、点线、点面、线线、线面、面面
Section2 空间数据模型与结构
空间数据结构
栅格结构
完全栅格结构（无压缩，空间损耗大）
BSP：波段顺序组织 BIL：逐行 BIP：逐Cell
Section2 空间数据模型与结构
空间数据结构
栅格结构
游程编码
压缩效果好 规则：逐行，相同属性值的临近Cell被合并为一 个游程，用（长度，属性值）来表示；每行一个 游程 可以跨行或跨列游程
前四在某些情况下还可以表达出来（夹角、距离） 后二涉及的情况较为复杂
度量空间关系
主要是指空间对象的距离关系
定量：如A点距离B线最近距离30M 定性：A城离B城较近
Section2 空间数据模型与结构
概述
经过数据描述后的现实世界，才能用GIS处理 模型——对现实世界的简化表达
Section 1 地理空间
地理空间的距离测量（距离类型）
（旅行）时间距离
定义：从空间一点到另外一点的时间度量值 不具备对称性 不满足三角不等式
Section 1 地理空间
地理空间的表达（类型）
矢量表达法
0维矢量
点（xi，yi）或（xi，yi，zi） 无大小、方向
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲 可能的500个地震位置
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间数据
属性特征数据
时间属性——地理实体的时间变化和数据采集 的时间 专题数据——实体所具有的各种数据，用图表、 图像、符号或文本来呈现 属性常通过分级来体现差别
节省存储空间 降低表达精度 如：人口分布图、瓦斯地质图etc…
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间数据模型
最主要两种：矢量数据模型和栅格数据模型 栅格（数据）模型
用栅格矩阵来表达，使用面域表达空间对象 容易用计算机实现，图层间容易进行叠加操作， 不利于比例尺变换、投影变化等操作 位置隐含、属性明显 数据量较大，若提高分辨率，则数据量呈几何 级增长，故需采用压缩算法加以解决
2013-7-14
Section 1 地理空间
地理空间的表达（类型）
矢量表达法
1维矢量
线 （x1，y1）、（x2，y2）…（xn，yn）或（x 1，y1，z1）、（x2，y2，z2）…（xn，yn，zn） 有方向：起点（ x1，y1，z1），终点（xn，yn， zn），有长度，无宽度和高度 可以表达闭合线 线的弧段不能与自身相交，可分解为多个弧段， 如P20图2.5所示 距离表达：空间欧式距离、平面投影距离
电离层—》地幔莫霍面 大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、土壤圈
Section 1 地理空间
地理空间（Geo-Spatial）的分类
绝对地理空间：具有属性描述的空间位置的集 合，由空间坐标值组成 相对地理空间：具有空间、属性特征的实体集 合，由不同实体的空间关系构成
Section 1 地理空间
Section2 空间数据模型与结构
空间数据结构
数据模型和数据文件的中间媒介，和数据模 型实则一体，后者是数据表达的概念模型， 前者是数据表达的物理实现 对应于数据模型，主要有两种数据结构
栅格结构：图像处理系统、栅格GIS 矢量结构：CAD、矢量GIS 大多数GIS软件同时支持两者
Section 1 地理空间
地理空间的数学建构
地球椭球体
三轴 赤道扁率小——双轴地球椭球体 椭球体多样，我国主要采用克拉索夫斯基椭球 体
长轴a=6378245m 短轴c=6356863m 扁率：1-c/a=1/298.3
Section 1 地理空间
地理空间的数学建构
香港理工大学校园建 筑
2013-7-14
Section 1 地理空间
地属性特征和位置 由栅格单元呈现为陈列，每个单元用行号和列号表达 点用一个栅格单元表示，点的颜色表示该点属性 线用一组相连接的栅格单元表示 面用相连接的一片栅格单元区域表示 精度：单元越小，精度越高，同时存储空间越大 每个栅格单元都有属性值，该属性值是单元的中心点 的值。如此约定后，可以进行各种栅格运算
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间对象
简单空间对象和复合空间对象
焦作市（一个点） Turkey、埃及、俄罗斯、乌兹别克斯坦等国家 面 扎陵湖和鄂陵湖 …
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间对象
简单空间对象和复合空间对象
焦作市（一个点） Turkey、埃及、俄罗斯、乌兹别克斯坦等国家 面 扎陵湖和鄂陵湖 …
香港城市道路网分布
2013-7-14
Section 1 地理空间
地理空间的表达（类型）
矢量表达法
2维矢量
面或多边形： 由闭合线围成的区域 面积参数 凹凸性参数：任意边夹角小于180度，称之为凸 多边形，反之为凹多边形 单调性参数：任意点向若干直线段上投影的投影 点仍保留原来次序，则说面的点链是单调的 走向、倾角、倾向参数
D（i，j）>=0 D（i，j）=D（j，i）——对称性 满足三角不等式——a+b>c
Section 1 地理空间
地理空间的距离测量（距离类型）
曼哈顿距离（出租车距离）
定义：两点在南北方向上的距离加上东西方向 的距离。
D（i，j）=|xi-xj|+|yi-yj|
满足对称性和三角不等式 主要用于城市规划 路线图不唯一
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间对象
抽象空间实体而得
据空间维分：点、线、面、表面和体 自然空间对象和人工空间对象
受采样限制的空间对象，如国界、河流形状… 受定义限制的空间对象，如植被覆盖面… 不规则的人为空间对象，如居民区、人工湖等 规则的人为空间对象，如栅格正方形图元…
邻接性（Contiguity）（二义性的解决）
如P25 图2.11 解决规则
弧段具有方向性，沿弧段运行时，其组成的多边 形对象位于弧段的右边，弧段的这个运动方向为 正方向 弧段运行至某个结点时，以该结点为轴逆时针旋 转弧段，选取尚未走过的弧段且正方向离开结点 的第一个弧段； 如上，重复处理所有弧段
地理空间的数学建构
Vanicek E. Kraskiwsky，1982，四类 自然面——近似梨形的地球固体表面
难以用数学表达，几何测量难度较高
抽象面——大地水准面
平均海水静止面向陆地延伸，处处与地球重力 方向正交的一个连续、闭合的水准面 便于测定高程 重力线不均导致面同样难以数学表达
选用一种数据结构表达指定数据模型
选择一种记录选定数据结构的数据文件
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间数据
空间/地理数据=空间特征数据+属性特征数据 属性特征数据=时间属性数据+专题属性数据 空间特征数据
实体位置（最基本） 拓扑关系（很重要） 几何特征——长度、面积等
Section2 空间数据模型与结构
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2013-7-14
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型
TIN模型
用三角形拟合地表，用来描述数字高程表面。 要求三角形尽可能等边，地表平缓处稀采点， 用大三角形表示，起伏大处密采点，用小三角 形表示
泰森模型
和TIN模型转换，TIN的三角形三边的垂直平分 线构成交点连接而成，如图2.18
投 影
建立在平面上的直角坐标系统，用
（x，y）表达地理对象位置
Section 1 地理空间
地理空间的距离测量类型
沿真实地球表面进行测量
情况复杂 难以测定
沿地球椭球体的距离进行测量
Section 1 地理空间
地理空间的距离测量（距离类型）
欧几里得距离
最一般的数学距离表达方法 D（i，j）特点
数学模型
类地形面（Telluriod） 准大地水准面 静态水平衡椭球体 …