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《地理信息系统导论》教学大纲

《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。

《地理信息系统导论》PPT课件

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• 一般步骤是: • 1)明确分析的目的和评价准则; • 2)准备分析数据; • 3)进行空间分析操作; • 4)进行结果分析; • 5)解释、评价结果(如必要,返回步骤1); • 6)结果输出(地图、表格和文档)。
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.空间分析过程及其模型பைடு நூலகம்
图10-4:通过流程图表现的GIS模型
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。
模型、知识以人机交互方式进行半结构化或非 结构化决策的计算机应用系统。它为决策者提 供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案 的环境,调用各种信息资源和分析工具,帮助 决策者提高决策水平和质量。DSS的基本结构 主要由四个部分组成,即数据部分、模型部分、 推理机部分、人机交互部分,如图10-7所示。
获取 表现 存储
知识
空间决策
推理
图10-5:空间决策过程
分析
信息
收集 表现 存储 检索 处理 显示
2.空间决策支持模型
• 地理信息系统为决策支持提供了强大的数据输入、 存储、检索、显示的工具,但是在分析、模拟和 推理方面的功能比较弱,本质上是一个数据丰富 但理论贫乏的系统,在解决复杂空间决策问题上 缺乏智能推理功能。所以,为解决复杂的空间决 策问题,需要在地理信息系统的基础上开发智能 决策支持系统,用于数据获取、输入、存储、分 析、输出;用于知识表现和推理;用于自动学习, 系统集成,人机交互。

地理信息系统导论 陈述彭 科学出版社

地理信息系统导论 陈述彭 科学出版社

地理信息系统导论陈述彭科学出版社第一章绪论第一节地理信息系统地理信息系统:一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统,是分析和处理海量地理数据的通用技术二、地理信息的特征地理信息:有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识三大要素:空间位置、属性特征、时域特征特征:信息的一般特性+区域分布性、数据量大、信息载体的多样性三、信息系统的主要类型信息系统:具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统基本组成:计算机硬件、软件、数据和用户类型:事务处理系统、决策支持系统第二节地理信息系统组成及其功能一、地理信息系统的组成数据输入子系统、数据存储与检索子系统、数据输入与分析子系统、输出子系统二、地理信息系统的功能1.地理信息系统的基本功能:数据采集、检验与编辑(获取数据,保证库中数据内容上与空间上的完整性、数据值逻辑一致无错等);数据格式化、转换、概化(数据操作);数据的存储与组织(数据集成的过程);查询、检索、统计、计算功能;空间分析(核心)和显示2.空间分析与模型分析功能三个层次:空间检索(“空间索引”是关键)、空间拓扑叠加分析、空间模拟分析(GIS系统外部的空间模型分析、内部的空间模型分析、混合型)第二章地理空间与空间数据基础第一节地理空间二、地理空间的数学建构4类几何模型:自然面、相对抽象-大地水准面、椭球体模型(以大地水准面为基准)、数学模型三、地理空间坐标系的建立:二维欧几里得空间(笛卡尔平面直角坐标系)四、地理空间的距离度量2种度量方法:沿真实的地球表面进行;沿地球旋转椭球体的距离量算(欧几里得、曼哈顿、时间);五、地理空间的表达1、矢量:0-3维矢量2、栅格3、三角形不规则网(TIN)---地理连续面六、地理空间的拓扑三个重要的拓扑概念:连接性(弧段在结点处的相互联接关系)、多边形区域定义(多个弧段首尾相连构成了多边形的内部域)、邻接性(通过定义弧段的左右边及其方向性来判断弧段左右多边形的邻接性)2、空间关系:拓扑(相邻、包含、相交等)、顺序(前后左右等)、度量(实体之间距离等)第二节空间数据模型与结构一、概述数据建模:选择数据模型对现实世界数据进行组织》》》选择数据结构进行表达该数据模型》》》选择适合记录该数据结构的文件格式二、空间数据模型3、空间数据模型:矢量、栅格、三角网三、空间数据结构栅格(完全栅格结构、游程编码、Morton顺序和Morton坐标、区域四叉树)矢量(Spaghetti结构、Roessel拓扑数据结构、表面格网数据结构)四、空间数据组织与编码第三节空间数据质量一、概念数据质量相关:误差(数据与真值)、准确度(计算或估算值与真值)、精密度、不确定性三、质量问题的来源自身存在的不稳定性、表达、处理中的误差、使用中的误差第四节空间数据的元数据三、空间数据元数据的获取与管理第一阶段:根据要建的数据库内容而设计的元数据(普通+专指性)第二阶段:元数据随数据的形成同步产生第三阶段:上述数据收集到以后根据需要产生的四、应用(帮助用户获取数据、数据质量控制、数据集成中的应用、数据存贮和功能的实现)原因:完整性、可扩展性、特殊化、安全性、差错功能、浏览功能、程序生成第一节空间数据输入四、空间坐标的转换1、矢量转换:表格坐标-投影坐标-地理坐标-工作投影坐标2、栅格转换:重采样三种方法:最邻近方法、线性内插、三次卷积五、空间数据类型转换:2、栅格向矢量转换:多边形边界提取》》》边界线追踪》》》去除多余点及曲线圆滑》》》拓扑关系生成第二节空间数据压缩编码一、影像压缩编码多灰度采用保真度编码,允许极小误差;二值影像和少灰度信息保持编码,不允许误差存在变换编码、熵编码、行程编码、跳白块编码、线性四叉树编码二、自适应二维行程编码基于线性四叉树的二维Morton行程编码、n-Morton行程编码、自适应二维行程编码三、数字高程模型数据和多灰度影像的压缩信息保持压缩、保真度压缩第三节地理空间数据库一、传统的数据库模型1、层次模型与树结构2、网状模型与图结构3、关系模式与二维表结构三、面向对象的数据库系统第四节可视化与空间查询二、影像地图的构成与空间对象关联的图形要素(点、线、不规则多边形、像元点)+地图注记四、空间信息查询1、空间索引:依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系,按一定的顺序排列的一种数据结构(包含空间对象的概要信息)格网型、BSP树、KDB树、R/R+树、CELL树2、查询方式:基于空间特征、基于属性特征、基于空间关系和属性特征第四章空间信息模型分析第一节空间信息模型基本概念空间信息模型:通过针对存在于空间实体之间的信息及其变化机制的模拟和分析来研究人类生存环境的发展规律的模型一、模型和域模型:把一个(源)域的组成部分表现在另一个(目标)域种的一种结构建模的目的:把源域简单化、抽象化模型的有用性判断:模拟源域的效果和在两个域间转换的难易程度二、模型质量准确性(Accuracy):经模型转换后源域和目标域的匹配精确性(Precision):目标域中量测的精细程度三、是域还是对象基于域的模型:把空间存在信息作为连续的空间分布信息的集合来处理基于对象的模型:把空间存在信息作为不连续的可被识别的、具有地理参照的实体来处理第二节基于域的空间信息模型一、域的特征:域:一系列等值面组成1、空间结构特征和属性域:属性域包含以下测量值:名称、序数、间隔、比率2、连续的、可微分的、离散的域:3、各项同性域与各项异性域:空间域内部各种性质是否随方向变化方向而变化4、空间自相关及其他空间模式描述参数:空间自相关:空间域中的值聚集程度的一种度量很强的正空间自相关一个空间域中的类似的数值有集聚的倾向空间自相关为零属性值和空间相邻程度没有明显联系负的空间自相关类似的属性值在空间上有相互排斥的倾向第三节基于对象的空间信息模型一个实体必须符合三个条件:可被识别、重要(与问题相关)、可被描述(静态属性、行为特征、结构特征)一、空间对象:对象存在于空间中(“嵌入空间”:欧氏空间、度量空间、拓扑空间、面向集合的空间)二、空间操作:静态的(不会使运算对象发证本质变化)和动态的(改变一个或多个运算对象)第四节数字地面模型一、定义数字地面模型(DTM):描述地面特性的空间分布的有序数值阵列数字高程模型(DEM):一种地面特性(由X、Y水平坐标系统来描述)的DTM二、DTM的实现DTM按空间结构分类:规则格点(格网)、散点、等值线、曲面、线路、平面多边形、空间格网的生成方法:反距离权插值(IDW)、双线性插值(不规则采样点、规则采样点)、趋势面插值、样条插值、克吕格插值第五节空间信息分析的基本方法1、空间信息量算:空间信息分析的定量化基础质心量算、几何量算、形状量算2、空间信息分类:主成分分析法:通过数理统计分析,将众多要素的信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量,选择信息最丰富的少数因子进行各种聚类分析、层次分析法(AHP):把相互关联的要素按隶属关系划分为若干层次,请有经验的专家们对各层次各因素的相对重要性给出定量指标,利用数学方法,综合各人给出的权值、系统聚类分析:根据实体间的相似程度,逐步合并为若干类别,其相似程度由距离或相似系数定义判别分析:根据理论与实践预先确定出等级序列的因子标准,再将分析的地理实体安排到序列的合理位置上3、叠加分析: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分类:多边形叠加、点与多边形叠加、线与多边形叠加4、网络分析:对地理网络(交通网络)、城市基础设施建设(各种网线、电力线、电话线、供排水线)进行地理分析和模型化基本组成部分和属性:链、障碍、拐角点、中心、站点路径分析(静态求最佳路径、动态分段技术、N条求最佳路径分析、最短路径、动态最佳路径分析)、地址匹配、资源分配5、缓冲区分析:针对点线面实体自动建立周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形6、空间统计分析:常规统计分析、空间自相关分析(认识空间分布特征,选择适宜的空间尺度来完成空间分析——Moran I指数)、回归分析(两组或多组变量之间的相关关系)、趋势分析(模拟地理特征的空间分布与时间过程)、专家打分模型第六节地学模型分析基于理化原理的理论模型、基于原理和经验的混合模型、基于变量之间统计关系或启发式的经验模型。

地理信息系统导论chap02

地理信息系统导论chap02
5
Figure 2.2 The geographic c o o r di n at e system.
6
Figure 2.3 Al o n g i t u d e reading i s r e p r e s e n t e d by a on t h e l e f t , and a l a t i t u d e reading i s r e p r e s e n t e d by b on t h e r i g h t . Both longitude and l a t i t u d e readings are angular measures.
3
Figure 2.1 The top map shows the i n t e r s t a t e highways in Idaho and Montana based on d i f f e r e n t coordinate systems. The bottom map shows t h e connected i n t e r s t a t e networks based on t h e same coordinate system.
15
Figure 2.8 The c e n t r a l meridian i n t h i s s e ca n t case t r a n s v e r s e Mercator p r o j e c t i o n has a s c a l e f a c t o r of 0.9996. The two standard l i n e s on e i t h e r s i d e of th e central meridianБайду номын сангаасhave a scale factor of 1.0.

第一章 导论(地理信息系统概论)

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(第五版) 陈建飞 第四章习作

地理信息系统导论(第五版) 陈建飞 第四章习作

实习四习作一查看USGS DEM 数据1.启动catalog,右键环境设置为chap4。

2.点击工具栏view,选择arc view 8x tools3.在arc view 8x tools,在conversion tools下拉框中选择SDTS Raster to Grid。

4.在弹出的对话框中,进行如下操作下一步点击output那一栏的输出文件路径选择第4章数据文件夹下,存为Menan_Buttes,点击ok查看生成的高程栅格5.检验城城的高程栅格,在目录树下选择Menan_Buttes,右键查看属性,6.启动arcmap ,连接第4章文件夹重命名数据帧Task1,将Menan_Buttes拖入数据帧。

右键选择查看属性,选择symbology,下面颜色右击,取消graphic view前面的勾,然后选择Elevation#1,点击确定。

习作2 在ArcMap中查看卫星影像1.在catalog中右击tmrect.bil,右键查看属性2.打开ArcMap,数据帧命名为Task2。

加载tmrect.bil。

3.右键属性,在symbology一栏中,用下拉菜单来改变RGB合成,分别赋予红绿蓝波段321,观察变化。

现在形成一幅类似彩色照片的图。

4.继续右键属性,这次赋予红绿蓝波段432,观察变化。

习作三将矢量数据转化为栅格数据1.打开arcmap,插入数据帧,命名Task3。

加载nwroads和nwcounties两个shp文件。

2.选择conversion tools,to raster 双击feature to raster 选择nwroads输入要素,RTE_NUM1作为字段,输出栅格文件名字改为nwroads_gd,像元大小是5000.生成以后,取消上面两个图层的选定,查看生成的文件的形态。

3.继续双击feature to raster 工具,这次选择nwcounties作为输入要素。

选择FIPS作为字段,输出栅格数据保存为nwcounties_gd,像元大小设为5000.查看生成的文件因为带有不同的图幅,我们对生成的nwcounties_gd右键选择属性(双击亦可),在左边的show框中选择unique values,点击确定。

地理信息系统导论

地理信息系统导论

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
1.空间数据库
图7-3:矢量结构和栅格结构
1.空间数据库
• 1.4.1矢量模型 • 在矢量模型中,现实世界的要素位置和范
围可以采用点、线或面表达,与它们在地 图上表示相似,每一个实体的位置是用它 们在坐标参考系统中的空间位置(坐标) 定义。点、线和多边形用于表达不规则的 地理实体在现实世界的状态。 • 矢量模型中的空间实体与要表达的现实世 界中的空间实体具有一定的对应关系。
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。
1.空间数据库
• 1.1.2 两者共同之处 • 两者都是以计算机为核心的信息处理系统,都具
有数据量大和数据之间关系复杂的特点,也都随 着数据库技术的发展在不断的改进和完善。
1.空间数据库
• 1.2 空间数据库 • 1.2.1 数据库的概念 • 数据库就是为一定目的服务,以特定的数据存储

《地理信息系统概论》课件

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地理信息系统概论
汇报人:
目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 地理信息系统概述 地理信息系统的技术基础 地理信息系统的数据输入与处理 地理信息系统的空间分析方法 地理信息系统的发展趋势与展望
01
添加目录项标题
02
地理信息系统概述
地理信息系统的定义
地理信息系统 (GIS)是一种 用于管理、分析 和显示地理数据 的计算机系统。
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可以用于各 种领域,如城市 规划、环境监测、 灾害管理等。
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
于理解和决策
数据格式转换
地理信息系统 的数据格式: 矢量数据、栅 格数据、属性
数据等
数据格式转换 的目的:便于 数据共享、提 高数据处理效 率、满足不同
应用需求
数据格式转换 的方法:数据 格式转换工具、 编程实现、数 据格式转换服
务等
数据格式转换 的注意事项: 数据丢失、数 据精度损失、 数据格式兼容
空间插值与模拟
空间插值:根据已知数据点预测 未知区域的值
空间插值方法:包括反距离权重 法、克里金法、趋势面法等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
空间模拟:模拟地理现象的空间 分布和变化
空间模拟方法:包括地理信息系 统模型、系统动力学模型等
空间决策支持系统
概念:利用地理信息系统进行空间决策支持的系统 功能:提供空间决策支持,如选址、规划、资源管理等 特点:集成多种空间分析方法,如缓冲区分析、网络分析等 应用:广泛应用于城市规划、交通规划、环境规划等领域

《地理信息系统导论》课件

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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

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GIS 基于3G位置服务
各类型用户
服务与分发
地球空间信息学范畴
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44
各应用部门 用户
卫星定位 与定轨
遥感信 息传输
遥感成像机 理与模型
分发
目标提取与识别 (自动化、智能化)
数据处理 (高光谱、高分辨率、雷达)
多源数据融合与集成
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资料来源:李德仁院士报告 《21世纪遥感与GIS的发展4》5
操作系统软件
20
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21
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。
这些方法是GIS技术产生社会经济效益的关键所在,也是
GIS生命力的重要保证,因此在GIS技术中占有十分重要
8)地理信息系统在环境中的空间分析 ;9)空间数
据的获取和集成等等 。
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16
1.5 GIS的组成
硬件 软件 数据 人员 方法
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17
硬件
输入 存贮处理
输出 网络 功能
数字化、解析测图仪、扫描仪 遥 感处理设备、GPS、测绘仪器等
计算机 硬盘 光盘等
打印机 绘图仪 显示终端等
包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间内插等。
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29
(4)空间查询和分析
图1-3-5 空间查询
图1-3-6 叠加分析
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30
缓冲区建立
缓冲区分析是指以点、线、面实体为基础, 自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形 图层,然后建立该图层与目标图层的叠加,进行 分析而得到所需结果。它是用来解决邻近度问题 的空间分析工具之一。
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6
Figure 4.3 UTM coordinates for the extent and the center of a 30-meter cell.
7
Types of Raster Data
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Satellite Imagery Digital Elevation Models (DEMs) Digital Orthophotos (DOQ) Land Cover Data Bi-Level Scanned Files Digital Raster Graphics (DRGs) Graphic Files GIS Software-Specific Raster Data
Limited areas in the Conterminous U.S.
10 m
2.44 m
3m
~0.15 m
*Most NED data for Alaska are at 2-arc-second (about 60 m), but part of Alaska is available at the 1- and 1/3-arc second resolution.
Table 4.1 Satellite images from GeoEye and Digital Globe and their spatial resolution
10
Digital Elevation Models (DEMs)
A digital elevation model (DEM) consists of an array of uniformly spaced elevation data.
19
Raster Data Structure
1. Cell-by-Cell Encoding 2. Run Length Encoding 3. Quad Tree
20
Figure 4.8 The cell-by-cell data structure records each cell value by row and column.
A digital raster graphic (DRG) is a scanned image of a USGS topographic map.
18
Graphic Files
Many popular graphic files are in raster format, such as TIFF, GeoTIFF, GIF, and JPEG.
3
Figure 4.1 A continuous elevation raster with darker shades for higher elevations.
4
Figure 4.2 Representation of point, line, and polygon features: raster format on the left and vector format on the right.
5
Elements of the Raster Data Model
1. Cell value. Each cell in a raster carries a value, which represents the characteristic of a spatial phenomenon at the location denoted by its row and column. The cell value can be integer or floating-point. 2. Cell size. The cell size determines the resolution of the raster data model. 3. Cell depth. The cell depth indicates the number of bits and the sign of the data type for all cells. 4. Raster bands. A raster may have a single band or multiple bands. 5. Spatial reference. Raster data must have the spatial reference information so that they can align spatially with other data sets in a GIS.
13
Global DEMs
1. 2. 3. 4. 5. SRTM DEMs ETOPO5 GTOPO30 GLOBE TanDEM-X
14
Figure 4.5 USGS 1-meter black-andwhite DOQ for Sun Valley, Idaho.
A digital orthophoto quad (DOQ) is a digitized image of an aerial photograph or other remotely sensed data in which the displacement caused by camera tilt and terrain relief has been remove. 15
A bi-level scanned file is aues of 1 or 0.
17
Figure 4.7 USGS DRG for Sun Valley, Idaho. This DRG is outdated compared to the DOQ in Figure 4.5.
Land Cover Data
Land cover data are typically classified and compiled from satellite imagery and are thus often presented as raster data.
16
Figure 4.6 A bi-level scanned file showing soil lines.
Chapter 4 Raster Data Model
4.1 Elements of the Raster Data Model 4.1.1 Cell Value Box 4.1 Rules in Determining a Categorical Cell Value 4.1.2 Cell Size 4.1.3 Cell Depth 4.1.4 Raster Bands 4.1.5 Spatial Reference 4.2 Types of Raster Data 4.2.1 Satellite Imagery 4.2.2 Digital Elevation Models (DEMs) 4.2.3 USGS DEMs 4.2.4 Global DEMs 4.2.5 Digital Orthophotos 4.2.6 Land Cover Data 4.2.7 Bi-Level Scanned Files 4.2.8 Digital Raster Graphics (DRGs) 4.2.9 Graphic Files 4.2.10 GIS Software-Specific Raster Data 4.3 Raster Data Structure 4.3.1 Cell-by-Cell Encoding 4.3.2 Run-Length Encoding 4.3.3 Quad Tree 4.3.4 Header File
Table 4.2 NED DEMs, resolution, vertical accuracy, and coverage*
12
Figure 4.4 DEMs at three resolutions: 30 meters, 10 meters, and 3 meters. The 30-m and 10-m DEMs are USGS DEMs. The 3-m DEM is a derived product from LIDAR data.
2
Raster Data Model
A raster represents a continuous surface, but for data storage and analysis, a raster is divided into rows, columns, and cells. Raster data represent points by single cells, lines by sequences of neighboring cells, and areas by collections of contiguous cells.
9
GeoEye
IKONOS Panchromatic 82 cm Multispectral 4m GeoEye-1 Panchromatic 41 cm Multispectral 1.65 m
Digital Globe QuickBird Panchromatic 65 cm Multispectral 2.62 m WorldView-2 Panchromatic 46 cm Multispectral 1.85 m
11
USGS DEMs
DEM Resolution vertical accuracy Coverage
1 Arc Second 1/3 Arc Second
1/9 Arc Second
30 m
2.44 m
Conterminous U.S., HI, PR, VI, and Territorial Islands Conterminous U.S., HI, and portions of AK
8
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