地理信息系统概论笔记黄杏元

《地理信息系统概论》笔记黄杏元自己看吧第一章导论第一节地理信息系统基本概念1 学科特点GIS是一门典型的交叉性学科因此，学生要学好GIS，首先必须要做好“GIS” Gentlemanlike, Intelligence, Smile。

GIS是一门实践性很强的学科因此，要重视技能训练，重点掌握ArcInfo等基础GIS软件的操作和使用。

GIS是一门迅速发展中的学科因此，要经常阅读有关的文献资料，掌握GIS学科的发展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自己的能力。

2 数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。

信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。

它不随载体的物理形式的改变而改变。

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；数据是信息的表达，信息则是数据的内容。

3 地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。

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。

4 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，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。

第二节GIS的基本构成及功能1系统硬件由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。

2系统软件由系统管理软件、数据库软件和基础GIS软件组成，用于执行GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。

3空间数据库由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。

4应用模型由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。

基本功能：ω数据采集与编辑；数据存储与管理；ω数据处理和变换；ω空间分析和统计；ω产品制作与显示；ωω二次开发和编程。

第三节GIS的发展透视发展趋势：GIS已成为一门综合性技术；GIS产业化的发展势头强劲；GIS网络化已构成当今社会的热点；第二章地理信息系统的数据结构第一节地理空间的表达地理空间的概念♣ GIS中的概念常用“地理空间”(geo-spatial)来表述，一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象；♣地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成；♣ GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；♣目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，现在规定的高程起算基准面为1985国家高程基准。

空间实体的表达在计算机中，现实世界是以各种数字和字符形式来表达和记录的；♣♣对现实世界的各类空间对象的表达有两种方法，分别称为矢量表示法（矢量数据模型）和栅格表示法（栅格数据模型）,如下图。

第二节空间数据GIS的空间数据特征♣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；♣时间特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。

♣地理空间数据的来源♣地图数据地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要得信息源遥感数据♣各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）包含着及其丰富的地理内容，尤其是先进的卫星遥感技术的广泛应用，能为地理信息系统提供源源不断的、现势性很强的数据统计数据、实测数据及各种文字报告♣各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等地理空间数据的类型:1. 类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。

2. 面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行政单元3. 网络数据：道路交叉点、街道和街区等。

4. 样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区等。

5. 曲面数据：高程点、等高线和等值区域。

6. 文本数据：如地名、河流名和区域名称。

7. 符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等。

地理空间数据的拓扑关系:拓扑邻接：同类元素之间的拓扑关系。

拓扑关联：不同类元素之间的拓扑关系。

拓扑包含：同类不同级元素之间的拓扑关系。

图：拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3拓扑关联：N1/е1、е3 、е6 ；P1/е1、е5 、е6拓扑包含：P3与P4地理空间数据的拓扑关系的表示:弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1 N1 N2 P2 P1C2 N3 N2 P1 P4C3 N1 N3 P1 ØC4 N1 N4 Ø P2C5 N2 N5 P2 P4C6 N4 N5 P3 P2C7 N5 N6 P3 P4C8 N4 N6 Ø P3C9 N7 N7 P4 P5C10 N3 N6 P4 Ø地理空间数据的拓扑关系的表示:（1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标和距离（2）利于空间要素查询（3）重建地理实体第三节空间数据结构1矢量数据结构矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。

特点：定位明显，属性隐含。

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；(1) 手工数字化法；(2) 数据结构转换法。

2栅格数据结构栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。

特点：属性明显，定位隐含。

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；栅格结构编码直接栅格编码是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。

1 1 1 01 1 0 00 0 1 11 0 0 1游程长度编码只在各行（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。

（1，3），（0，1），（1，2），（0，4），（1，3），（0，2），（1，1）四叉树编码是根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n×2 n，且n>1），直到子象限的数值单调为止。

12 34 56 7 10 118 9 12 133矢量与栅格数据结构的比较优点缺点矢量数据结构 1.便于面向现象(土壤类、土地利用单元等)；2.数据结构紧凑、冗余度低；3.有利于网络分析；4.图形显示质量好、精度高。

1.数据结构复杂；2.软件与硬件的技术要求比较高；3.多边形叠合等分析比较困难；4.显示与绘图成本比较高。

栅格数据结构 1.数据结构简单；2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；4.输出方法快速，成本比较低廉。

1.图形数据量大；2.投影转换比较困难；3.栅格地图的图形质量相对较低；4.现象识别的效果不如矢量方法。

第四节空间数据结构的建立需求分析图层叠加空间数据的编码：是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。

例如，我国基础地理信息数据的分类代码由六位数字组成，其代码结构如下所示：大类码小类码一级代码二级代码识别位大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。

识别位由用户自行定义，以便于扩充。

矢量化错误检验拓扑生成第三章空间数据的处理第一节空间数据的坐标变换几何纠正:几何纠正是指对数字化原图数据进行的坐标系转换和图纸变形误差的改正，以实现与理论值的一一对应关系；投影转换:投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据；第二节空间数据结构的转换★1. 由矢量向栅格的转换2. 由栅格向矢量的转换第三节多源空间数据的融合★1. 遥感与GIS数据的融合遥感图像与数字地图数据的融合；遥感图像与DEM数据的融合；遥感图像与地图扫描数据的融合。

2. 不同格式数据的融合基于转换器的数据融合；基于数据标准的数据融合；基于公共接口的数据融合；基于直接访问的数据融合。

第四节空间数据的压缩与综合★1 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。

数据压缩的目的:节省存贮空间,节省处理时间2 常见空间数据的压缩方法曲线数据的压缩特征点筛选法：筛选抽取曲线特征点，并删除全部多余点以达到节省存贮空间的目的。

面域栅格数据的压缩通过压缩编码技术来消除冗余数据：链码、游程长度编码、块码、四叉树编码面域邻接线段的删除数据属性的重新分类和空间图形的化简需要对数据进行压缩，如相邻界线的删除、共同属性的合并。

第五节空间数据的内插方法★点的内插点的内插是研究具有连续变化特征现象（如地形、气温、气压等）的数值内插方法；点的内插方法可以采用：移动拟合法；局部函数法；克里格（Kriging）内插法。

区域的内插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；区域的内插方法可以采用：叠置法；比重法。

第六节图幅数据边沿匹配处理图幅数据边沿匹配的概念图幅数据边沿匹配的任务★识别和检索相邻图幅的数据；相邻图幅边界点坐标数据的匹配；相同属性多边形公共界线的删除；连续图幅数据文件的建立。

第四章地理信息系统空间数据库第一节空间数据库概述★★空间数据库的概念GIS存储空间和属性数据的数据库。

空间数据库的设计设计过程；数据模型设计；原则、步骤和技术方法。

空间数据库的实现和维护第二节空间数据库概念模型设计1 关系模型将数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表。

实体本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表，在数学上把这种二维表叫做“关系”。

这些关系表的集合就构成了关系模型。

关系模型主要优点是：数据结构灵活、清晰，可以通过数学运算进行各种查询、计算和修改；数据描述具有较强的一致性和独立性。

缺点时当关系很复杂时，计算机需要执行一系列的数据操作，比较费时。

2 层次模型层次层次模型所表达的基本联系是一对关系，它把数据按其自然的层次关系组织起来，以反应数据之间的隶属关系。

层次模型的优点是模型层次分明、结构清晰，较容易实现。

尽管每个记录只有一个双亲，当从子女查找双亲，只有唯一的结果，但查找比较麻烦，需要大量的索引文件，而且某种属性值可能要重复多次，导致数据冗余度增加，当对层次模型进行修改时，只有当新记录有上属记录时才能插入。

删除一个记录其所有下属记录也同时被删除。

3 网状模型基本特征是在记录之间没有明确的主从关系，任何一个记录可与任意其他多个记录建立联系，与层次模型相比较，大大压缩了数据的存贮量。