地理信息系统完整版

第1章1、GIS定义P4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的问题。

2、GIS中“S”含义的演变P620世纪90年代以前，“S”的含义多以系统来解释。

当时多从技术和方法的角度来论述地理信息系统，强调的是面向资源、环境、区域等领域对空间数据进行采集、处理、管理、分析的计算机技术系统。

20世纪90年代，通过对地理信息系统理论的研究，认为地理信息系统并不仅仅是技术，还有许多理论需要不断的探索与研究，运用“科学”（Science）来解释GIS显得更为贴切。

21世纪，随着信息化、网络化、数字化向纵深发展，互联网与空间地理信息系统相互交织，数字地球、智慧地球逐步从理念转为应用，地理信息服务逐渐融入到百姓的日常生活中，“S”的含义演变为“Service”3、GIS的基本构成P8一个实用的GIS需要一定的环境支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，其运行环境主要由5个部分组成，即系统硬件、系统软件、地理空间数据、系统应用人员及应用模型，其核心是软、硬件系统。

系统软件包括GIS专业软件（GIS基础软件：ArcGIS、MapInfo，MapGIS、SuperMap、GeoStar等）、数据库软件（Oracle、SQL Server）、系统管理软件(主要指计算机操作系统)、系统开发工具软件（Visual C ++、Visual Basic、Delphi、Java）地图组件（ESRI的ArcObjects、MapObjects、ArcEngine,MapInfo的MapX）4、GIS的基本功能P141、数据采集与输入2、数据处理与更新3、数据存储与管理4、空间查询与分析5、产品制作与输出6、二次开发与编程同：两者都有坐标系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也能管理非空间数据。

异：CAD表达图形关系偏弱，CAD属性功能偏弱，CAD数据量不是很大；GIS通常管理一个区域，且数据类型为多尺度、多源数据。

7、GIS与MIS的异同P24同：都能管理数据。

异：GIS比一般的MIS系统在计算机软硬件的配置上要复杂得多，功能也更多。

8、GIS与电子地图的异同P25同：都是空间信息的载体，同样具有存储、分析和显示的功能。

异：电子地图偏重于地图的表达效果，对可视化要求高，而GIS则强调空间数据处理与分析。

9、GIS 与遥感影像处理系统的异同 P25遥感影像处理系统是专门用于对遥感影像进行分析和处理的软件，主要强调对遥感图像的图像处理与专题信息提取，并以此作为GIS 的重要信息源，但缺少空间关系的描述以及信息查询与空间分析功能。

10、GIS 的发展史 P261、1996年，世界上第一个地理信息系统—加拿大地理信息系统。

Tomlinson 为“GIS 之父”2、GIS 技术发展趋势：1）3S 集成：“3S ”是地理信息系统（GIS ）、遥感（RS ）和卫星定位系统（GPS ）的英文缩写的简称。

“3S ”集成的意义在于“3S ”的结合应用。

2）数字地球：即一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的和三维显示的地球。

3）网格GIS 。

4)虚拟现实GIS 5)移动GIS ：是建立在移动计算环境、有限处理能力的移动终端条件下，提供移动中的、分布式的移动地理信息服务的GIS ，是一个集GIS 、GPS 、移动通信三大技术于一体的系统。

第2章1、空间参照系统 P371）2008年7月1日启用我国的地心坐标系——2000年国家大地坐标系，英文名称为China Geodetic Coordinate System 2000，英文缩写为CGCS2000。

2）WGS —84坐标系，是目前GPS 所采用的地心坐标系。

2、地图投影 P411）地图投影的内涵：地图投影的实质就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立地面点位的地理坐标（B ，L ）与地图上相对应的平面直角坐标（X ，Y ）之间一一对应的函数关系，并研究其变形的问题。

2)地图投影的变形：用地图投影的方法将球面展为平面，虽然可以保持图形的完整和连续，但它们与球面上的经纬线网形状并不完全相似，如某个方向的一段距离、一个角度或某块区域投影到平面上，必然与原来的距离、角度/形状、面积产生差异，这一差异称为投影变形。

可以分为长度、面积和角度变形三种。

3、空间坐标变换 P55几何纠正：1）高次变换2）二次变换3）仿射变换：公式⎭⎬⎫⎩⎨⎧++=++=''''''''''''''b y b x b y a y a x a x 仿射变换是使用最多的一种几何纠正方式，只考虑x 和y 方向上的变形，其特征为：直线变换后仍为直线；平行线变换后仍为平行线；不同方向上的长度比发生变化。

实际使用中，往往利用4个以上的点进行纠正，利用最小二乘法处理，以提高变换的精度。

投影变换：解析变换法、数值变换法、数值解析变换法4、空间尺度 P58所谓尺度，在概念上是指研究者选择观察（测）世界的窗口。

选择尺度时必须考虑观察现象或研究问题的具体情况。

在进行空间分析时，从获取信息到数据处理、分析往往会涉及到4种尺度问题，即观测尺度、比例尺、分辨率、操作尺度，并且这些尺度之间是紧密相关的。

5、地形图的分幅与编号P63根据国家标准GB/F1398~92《国家基本比例尺地形图分幅和编号》规定，我国基本比例尺地形图均以1:100万地形图为基础，按规定的经差和纬差划分图幅》（详见书本62-63页）第3章1、空间实体特征P671）空间特征：空间特征表达了地理事物和现象的客观存在性、几何形态的多样性和空间相关性，相应的空间特征又包括空间位置特征、空间几何特征、空间关系特征等。

2）属性特征：属性特征也称为专题特征或功能特征，通过属性数据表达空间内在的性质和相关关系》属性数据从性质上分为定性和定量两种类型。

3）时间特征：时间特征是指空间实体随着时间变化而动态变化的过程。

2、离散对象和连续场P681）离散对象：人们认为在地理空间中，只有明确边界的各类地物所占据的地方才是需要表达的，并称之为离散对象，如道路、河流、房屋、农田等。

离散对象的特点就是具有可数性。

离散对象除边界明确外，还需要用维数来区分。

由于点（Point）没有方向与大小，称之为零维；线（Line）只有长度，没有宽度，称之为一维；区域(Area)或多边形具有面的概念及面积、周长等属性，称之为二维。

2)连续场：在地表连续分布的地理现象称为连续场，如空气中污染度的变化、地表中的温度变化、土壤中的湿度变化、河流中的水流变化以及地表的高度变化等。

3、空间拓扑关系P711）定义：空间拓扑关系是指图形发生连续状态下的变形，但图形之间的邻接关系、关联关系和包含关系保持不变的性质。

2）意义：空间数据的拓扑关系对地理信息系统的数据处理和空间分析具有重要的意义。

3）分类：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含（详见书71-72页）4、空间数据模型P731）定义：空间数据模型就是对现实世界进行认知、简化和抽象表达的方式，是把抽象结果组织成有用的且能反应地理空间某些特征的数据集的过程，是地理信息系统的理论与方法的基础。

2）分类：空间概念数据模型：空间概念数据模型是地理空间中事物与现象的抽象描述，是地理数据的语义解释，是面向用户的数据模型。

“实体联系模型”（Entity—Relationship Model）是最著名的概念数据模型之一。

空间逻辑数据模型空间物理数据模型3）常用空间数据模型：1、对象模型：也称作要素模型，是将连续地理空间中的地理现象和事件抽象成不连续的、可被观测的、具有地理参考的空间要素（Feature）或空间实体（Entity）。

2、场模型：也称作域模型，是把地理空间中的现象作为连续分布的空间信息的集合，如土地植被覆盖、土壤组分、大气污染程度、地形高度以及温度场、应力场等这些具有连续变化性质的空间现象适用于场模型表达。

根据不同的应用，场模型可以表现为二维或三维。

在不考虑时间变化时，二维空间场一般采用6种具体的场模型来描述，即规则分布的点、不规则分布的点、规则矩形区、不规则多边形区、不规则三角形区、等值线3、网络模型：网络模型把地理现象抽象为链、结点等空间对象，同时表达对象间的连通关系。

5、矢量数据结构P781）定义：矢量数据结构是通过记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表现点、线、多边形等地理实体的数据组织结构。

2）分类：按照其功能和方法可分为实体数据结构（Spaghetti数据结构或称为面条数据结构）和拓扑数据结构。

实体数据结构：指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。

详细表达表格见P79。

拓扑数据结构：主要特点是点相互独立，点连成线，线构成面。

详细拓扑数据结构文件表格见P80。

6、栅格数据结构P811）定义：栅格结构式最简单最直观的空间数据结构，又称为网格结构（Raster 或Grid Cell）或像元结构（Pixel），是指将地球表面划分为大小均匀、紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素，有行、列号定义，并包含一个代码，表示该像素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。

2）栅格单元代码确定方法：中心点法、面积占优法、重要性法、百分比法3）栅格数据结构的压缩编码：1、游程长度编码2、四叉树编码（Quad—Tree Code）：其基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四部分，逐块检查其网格属性值（或灰度），如果子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再划分成四个子区。

这样逐渐向下递归分割，查到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。

Morton码生成规则P887、矢栅一体化数据结构P898、曲面数据结构P911）V oronoi数据结构：泰森多边形（V oronoi图或Dirichlet图）是由一组连接两邻点直线的垂直平分线组成的连续多边形。

泰森多边形特性：1、每个泰森多边形内仅含一个离散点数据2、泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近3、位于泰森多边形上的点到其两边的离散点的距离相等4、N个在平面上有区别的点，按照最邻近原则划分平面，每个点与它的最近邻区域相关联。

2）TIN数据结构：TIN数据结构常用来描述具有连续分布的覆盖面，如地形、降水量、温度、磁场等。

表示和存储这些要素的基本要求是必须便于连续现象在任一点的内插计算，因此经常采用不规则三角网来拟合连续分布现象的覆盖表面，称为TIN（Triangulated Irregular Net wok）。

3)Grid数据结构：Grid模型是考虑到采样密度和分布的非均匀性，经内插处理后形成规则的平面分割格网。