地理信息系统概论 读书笔记 黄杏元

第一章导论

第一章导论

§1 地理信息系统基本概念

1．1数据与信息

数据（data）是信息(information)的表达，而信息是数据的内容。数据是未经加工的原始材料，地理信息系统的设计和建立，首先是收集数据和处理数据。

数据是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号、图象也是数据，数据本身没有意义；信息是对数据的解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。

就本质而言数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。

信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。

信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性。

1．2地理信息与地理信息系统

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、图象和图形的总称。地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的一个最显著的标志。

地理信息系统（Geographical Information System）是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，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。（美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）关于GIS的定义）

§2 GIS的基本组成

GIS一般包括以下5个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。

2．1系统硬件

1、GIS主机：包括大型、中型、小型机，工作站/服务器和微型计算机，其中各种类型的工作站/服务器成为GIS的主流。

2、GIS外部设备：包括各种输入（如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等）和输出设备（如各种绘图仪、图形显示终端和打印机）。

3、GIS网络设备：包括布线系统、网桥、路由器和交换机等。

2．2系统软件：按功能分为GIS专业软件、数据库软件和系统管理软件。

2．3空间数据

2．4应用人员：包括系统开发人员和GIS技术的最终用户。

2．5应用模型

§3 GIS的功能简介

基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。

3．1基本功能：包括数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编程

3．2应用功能：包括资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策

§4 GIS的发展透视

4．1发展概况

当前，GIS正向着集成化、产业化和社会化发展方向迈进，呈现以下主要发展态势：

1、GIS已成为一门综合性技术

2、GIS产业化的发展势头强劲

3、GIS网络化已构成当今社会的热点

4、地理信息科学的产生和发展

4．2基础理论

第二章地理信息系统的数据结构

§1 地理空间及其表达

1．1地理空间（geo-spatial）的概念

地理空间一般包括地理空间定位框架及其联结的特征实体。地理空间定位框架即大地测量控制，有平面控制网和高程控制网组成。

目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，该坐标系选用1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球，其具体参数为：赤道半径（a）=6378140.0000000000m，极半径（b）=6356755.2881575287m，地球扁率（f）=(a-b)/a=1/298.257。1980年中国国家大地坐标系的大地原点，设在我过中部的陕西省泾阳县永乐镇，简称西安原点。

高程指空间参考的高于或低于某基准平面的垂直位置，主要用来提供地形信息。我国现在规定的高程起算基准面为“1985国家高程基准”，该基准比原国务院批准启用的“黄海平均海平面”高29mm。

1．2空间实体的表达

如果采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素时，称为矢量表示法；如果采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素时，称为删格表示法。

§2 地理空间数据及其特征

2．1GIS的空间数据

GIS的数据来源和数据类型繁多，主要有：地图数据；影像数据；地形数据；属性数据；元数据。

空间数据根据表示对象的不同分为：类型数据；面域数据；网络数据；样本数据；曲面数据；文本数据；符号数据。

2．2空间数据的基本特征

一般地，空间特征数据包括地理实体或现象的定位数据和拓扑数据，属性特征数据包括地理实体或现象的专题属性（名称、分类、数量等）数据和时间数据，而空间特征数据和属性特征数据统称为空间数据或地理数据。

空间数据的拓扑关系包括：拓扑邻接；拓扑关联；拓扑包含。

2．3空间数据的计算机表示

§3 空间数据结构的类型

3．1矢量数据结构

基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。

矢量数据结构上利用欧几里得（Euclid）几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。

矢量数据结构分为以下几种主要类型：

1、简单数据结构

特点：数据按点、线或多边形为单元组织，数据排版直观，数字化操作简单；每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余和不一致；点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，互相之间不关联；岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系。

2、拓扑数据结构：包括DIME(对偶独立地图编码法)、POLYVRT（多边形转换器）、TIGER（地理编码和参照系统的拓扑集成）。特点：点是相互独立的，点连成线，线构成面。

3、曲面数据结构

3．2删格数据结构

基于删格模型的数据结构简称为删格数据结构，指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。

删格数据结构与矢量数据结构相比较，用删格数据结构表达地理要素比较直观，容易实现多元数据的叠合操作，便于与遥感图象及扫描输入数据相匹配建库和使用等。

删格数据结构的类型：

1、删格矩阵结构：是一种全删格阵列的空间数据组织形式。

2、游程编码结构：（游程指相邻同值网格的数量）是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的是压缩删格数据量，消除数据间的冗余。

3、四叉树数据结构：将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n*2n，且n>=1），知道子象限的数值单调为止。凡值（特征码或类型值）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。

4、八叉树和十六叉树结构

3．3适量与删格一体化数据结构

1、适量与删格一体化的基本概念

2、适量与删格一体化数据结构设计：点状目标和结点只有位置，没有形状和面积；线状目标只要将其通过的删格地址全部记录下来即可；面状目标应包含边界和边界所保卫的整个区域。

3．4矢量与删格数据结构的比较

§3 空间数据结构的建立

空间数据结构的建立是指根据确定的数据结构类型，形成与该数据结构相适应的GIS空间数据，为空间数据库的建立提供物质基础。4．1系统功能与数据间的关系

4．2空间数据的分类和编码

1、空间数据的分类：首先根据图形原则，将空间数据分为点、线、面三种类型；其次是对象原则。

2、空间数据的编码：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。

3、矢量数据的输入与编辑：输入过程实际上是产生和矢量数据结构相适应GIS空间数据的过程。编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的错误，以及将数字化数据重新组织以便得到便于进一步处理和使用的格式。

4、删格数据的输入与编辑