地理信息系统

3S技术(Geomatics)概念
3S是指以遥感（Remote Sensing — RS）、地理信息系统（Geographical Information System — GIS）和全球定位系统（Global Positioning System—GPS）为主的、与地理空间信息有关的科学技术领域 信息与数据是不可分离的：数据是信息的表达形式，是信息的载体；信息是数据的内涵。数据本身并没有意义。数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。

信息的特点;客观性 适用性 传输性 共享性

地理信息系统的概念：首先是一种计算机系统；操作对象：地理数据或空间数据技术优势：数据集成、分析、查询、输出、可视化等相关学科：
一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科。另一方面，地理信息系统是一门技术，是以地理空间数据库为基础，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。
特点区别：处理地理空间数据的能力是GIS区别于其他信息系统的标志。

GIS的基本构成；应用人员 软件（GIS专业软件，数据库软件，系统管理软件） 硬件 应用模型
GIS 功能，数据采集与编辑，存储与管理，处理与变换，分析统计，产品制作与演示，二次开发与编程。应用功能；资源管理，区域规划，国土检测，辅助决策。
作业；
什么是GIS？它与一般的计算机应用系统有哪些异同点？
简述GIS的构成。
简述GIS的功能和发展。
举例说明GIS可应用的行业。

地理空间一般指上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的区域。
GIS 在空间定位采用空间定位框架来实现，
GIS的地理空间，还须分析地理空间特征实体或地利空间信息的几何形态和时空分布规律及其相互之间的关系。

平面控制网：用以确定物体在地球上的平面位置，通常是地理经纬度坐标。
高程控制网：用以确定地物的高度。

地图投影：投影实质
地球椭球面上经纬线网 数学法则 平面上相应经纬线网
地图投影：投影变形 将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在 某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。
地图投影：GIS中地图投影GIS中，地图是重要数据源和输出显示地理信息的最
佳媒介，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。

GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。

现实世界到信息世界通过

对空间实体进行数据表达。
空间实体的两种数据表达方法：矢量表示法和栅格表示法。

空间数据的分类（一）按数据来源分：地图数据：主要的数据来源影像数据：重要的数据来源文本数据：各类调查报告、实测数据、文献资料等
（二）按数据结构分：矢量数据：用欧氏空间的点、线、面等几何要素来表达实体的几何特征的数据；栅格数据：是将空间分成规则的网格，在各个网格上给出相应的数据值来表示空间实体的一种数据组织形式。
（三）按数据特征分：空间数据：表达空间实体在地球上位置的数据；非空间属性数据：有关空间实体自身名称、种类、质量、数据量等特征的数据。
（四）按几何特征分：点：零维线：一维面：二维体：三维时间：通常以第四维表达，但目前时态GIS还不够成熟。空间对象的维数与比例尺是相关的
（五）按数据发布形式分:数字线画图（DLG)数据：数字栅格图（DRG)数据：数据高程模型（DEM)数据：数字正射影像（DOM)数据:


1、空间数据的基本特征
空间特征（定位特征和拓扑特征）表示空间对象的地理位置及其空间相互关系。
属性特征:表示实体的特征，用来说明是什么。如事物的名称、类型、等级、数量等。
时间特征:描述实体随时间的变化。
空间数据的拓扑关系,描述空间对象之间的空间相互作用关系，拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法。
拓扑学是几何学的一个分支，它研究的不是具体的几何体的面积、周长、边长、角度。而是将几何体抽象成点、线、面等元素，再研究其间的关系。
从拓扑的观点看只关心空间点、线、面之间的关系，以反映其逻辑关系，而不关心其几何形状。因此，拓扑信息是一种性能比较稳定的信息.如它不受投影关系、比例尺而变化。

三、 空间数据的拓扑关系
1、拓扑关系的类型:邻接关系：空间图形中同类元素之间的拓扑关系。关联关系：空间图形中不同元素之间的拓扑关系。包含关系：空间图形中同类但不同级元素之间的 拓扑
关系。
2、空间数据表示的基本方法（1）空间分幅（2）属性分层：从逻辑上将空间数据抽象为
不同的专题或层。（3)时间分段：将地理数据按变化规律分成不同的时间段数据。

矢量数据结构 利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地里实体空间分布的一种数据组织方式。是通过记录坐标的方式来表示点、线、面及其组合体等地理实体。
点：用空间坐标来表示；线：由一串坐标对组成；面：是由线所形成的闭合多边形
特点：定位明显，属性隐含
主要分类：实体数据结构、 拓扑数据结构

实体数据结构（简单数据结构）
在实体数据结构中，空间数据按照以基本的空间对象（点、线、面）为单元进行单独组织，不含有拓扑关系。
最典型的是面条（ Spaghetti）结构。
主要特点 （1）数据按单元组织，数据编排很直观，操作简单；
（2）有各自坐标，没有拓扑数据，互相之间不关联；
（3）多边形公共边存储两次，造成数据冗余和不一致；
（4）岛只作为一个单个图形，与外界多边形没有联系。
（二）矢量数据结构——拓扑数据结构
拓扑数据结构
拓扑数据结构中，点是互相独立的。点 线 面 弧段是数据组织的基本对象，
每条弧段始于起始节点，止于终止节点。线又称为弧段或链段；两条以上的弧段相交的点称为结点；由一条弧段组成的多边形称为岛。

1、栅格数据结构的概念
指基于栅格模型的数据结构，是将地球表面划分为大小相等的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素由行、列定义，并包含一个代码表示该像素的属性类型或量值。
点是一个像元；线由一定方向上连接成串的相邻像元组成；面由聚集在一起的相邻像元集合来表示；

计算题
存储空间= 每个元素的存储空间 x 行数 x 列数
游程长度编码：是逐行将相邻的同值网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度。即（栅格元素的属性值，游程的连续长度)
记录方式1：只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录 该代码以及相同代码重复的个数；
游程终止编码：（栅格元素的属性值，游程的变化位置)或其反顺序。即逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置（起或迄行列号）和相应代码；
数据压缩率
压缩前的数据记录数为N，压缩后简化为K条记录， K≤N‘公式上例，像元记录次数的压缩前为64条，压缩后为22条’即压缩率：[(64-22）/64]*100%=65.625%
压缩率的大小取决于栅格数据的性质； 是与图的复杂程度成反比的。
冗余度Re：
Re =1-（Q/m*n）
其中：Q为图层内相邻数据值变化次数的累加和；m、n分别为图层网格的行数、列数。
压缩比S: S=m*n/K 例：64/22≈3：1 其中：k为游程总数。

（三）四叉树编码结构 四叉树数据结构原理：将空间区域按照四个象限进行递归分割，直到子象限的数值单调为止。凡数值呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。这四个等分区称为四个子象限。这种数据结构可以用树状图来表示：树根代表整个区域；树的每个结点有四个分支。
三、曲面数据结构

1、由矢量向栅格的转换，根据

原数据文件的不同，可以分别应用：基于点数据的栅格化方法，基于线数据的栅格化方法，基于多边形数据的栅格化方法
2、由栅格向矢量的转换，基于图像数据文件和再生数据文件的不同，分别采用不同的算法。
基于图像数据的矢量化方法， 二值化 细化 跟踪，基于再生栅格数据的矢量化方法
空间数据的压缩与综合
空间数据的压缩，即从所取得的数据集合S中抽出一个子集A，这个子集作为一个新的信息源，在规定的程度范围内最好地逼近原集合，而且具有最大的压缩比a
1、空间数据的压缩方法：
1）．间隔取点法
2）．垂距法
3）．分裂法(道格拉斯一普克法)

空间数据内插算法的分类：按具体内容分：点的内插和区域内插； 按使用已知点范围分：整体拟合和局部拟合
区域的内插。是研究根据一组分区的已知数据，来推求同一地区另一组分区未知，数据的内插方法；区域的内插方法采用：叠置法；比重法;