地理信息系统原理

地理信息系统原理：

《地理信息系统原理》是2006年由武汉大学出版社出版的图书，作者是李建松。本书为读者提供了地理信息系统的基本概念、基本理论和基该方法。

书籍概述：

《地理信息系统原理》课是地理信息系统专业方向及专业特色课，本教学大纲适用于地理信息系统专业本科生教学。通过本课程的学习，使学生了解地理信息系统的产生背景、功能、应用领域及发展方向；掌握GIS的基本概念、GIS的数据结构、GIS数据输入存储编辑方法、GIS空间分析方法、GIS产品等知识点；懂得如何利用GIS去解决实际问题的思路。在学完本课程后，学生应对GIS有一个较全面的了解，提高利用GIS解决实际问题的能力。

内容简介

共分七个部分，分别介绍了GIS的基本知识、空间数据的处理方法、空间分析的原理与方法、GIS的输出和地学可视化、GIS应用工程设计、GIS的高级应用技术。图文并茂，内容丰富、新颖，贴近科学前沿，是一本教材。

学科：

原理性描述

地理信息系统的基本概念，系统的构成，功能及其运行环境，系统所具有的空间特征，数据的采集、组织与管理，数据结构和数学模型，系统的设计方法、原则、模式以及步骤。开发的系统具有采集、

管理、分析和以多种方式输出地理空间信息的能力，为管理和决策服务，使系统具有快速、准确并能综合的对复杂的地理系统进行空间分析和过程的动态分析。

表达

一、如何用计算机来描述和表达地理现象？

凭借计算机来研究地理，首先需要解决的问题是：如何用计算机来描述和表达地理现象？在这之前，古人用各种形式的纸张地图和各种文字数据等资料来描述地理现象，这些资料大都通过测量和调查等方式获取的。如今有了计算机，那用计算机该如何展现地图和各种文字数据等资料呢？古人借助坐标，通过测量把地理上的现象描绘到纸张上，那自然我们也会想到用同样的思路，用坐标来描述，用图形来展现地图。经过抽象，分别用点（X,Y),线（X0,Y0,X1,Y1……Xn,Yn)，面（X0,Y0,X1,Y1……Xn-1,Yn-1,X0,Y0）这三种坐标形式来表达各种地理现象.各种相关的文字数据等资料，将以属性字段的形式来描述.这种就是我们通常所说的矢量数据.而另一种描述方式——栅格数据，就是我们通常看到的图象，是由栅格所组成，每个栅格所在的位置和地理的相应区域是对应的，象素值就是对应的属性值。

二、如何用计算机来存储地理数据?

在计算机中，数据的存储表达形式无非就两种形式：1，二进制；2，字符（其实字符最终也是二进制）.在GIS中，用二进制或者字符来存储坐标（属性值同理），坐标浮点型，可以用二进制4或者8个字节来存储，或者也可以用字符串的形式（不过麻烦的是，解析字符

串不是很高效），把这一系列的坐标二进制数据以一定的结构保存起来，我们常见的shp格式，就是二进制的.在数据库中，可以用二进制BLOB字段类型来存储坐标序列，也可以用字符串字段类型.栅格数据通常是存储每个象素的值，也是基本数据类型，比如int,double,char等.整个图象以矩阵或者矩阵的压缩形式来存储的.

三、如何用计算机对这些数据进行处理分析?

空间数据的处理，就是根据应用分析的需求，采用一种算法，对空间数据进行运算.对矢量而言，就是对地理坐标点进行运算，比如空间关系的判断，就是根据地物的坐标位置，用一种算法来判断地物之间的拓扑关系；数据编辑，也是对地物的坐标进行操作；.对栅格数据，就是对栅格象素进行运算，比如二值化，两个栅格图象的叠置运算.

四、如何用计算机来展现地理信息?

地理信息的展示，通常以图形图象或者表格的方式来展现，也是用户操作的UI接口.这里涉及到如何把地理坐标用图形的方式展现出来，如何把图象栅格展现出来?这里涉及到一个共同的问题就是把地理坐标转换成屏幕显示坐标，因为我们最终是要通过屏幕来显示的，如何在屏幕上定位一个地物的坐标，必然涉及到两者的转换.同时地理信息的展现也涉及到如何渲染的问题，主要表现为地图符号化上，采用不同的形状，不同的颜色，不同大小粗细来表达不同数量，不同质量的信息.

系统内涵

当然，地理信息系统内涵是很丰富的，涉及到的学科也是非常多的，并不仅仅局限于这里所介绍的几个方面，一些前沿的研究课题已经引起了很多学者的关注和研究，比如时态GIS，三维虚拟现实，模式识别，空间数据挖掘，知识发现…

模型

地理信息系统的操作对象是空间地理实体，建立一个地理信息系统的首要任务是建立空间数据库，即将反映地理实体特性的地理数据存储在计算机中，这需要解决地理数据具体以什么形式在计算机中存储和处理即空间数据结构问题和如何描述实体及其相互关系即空间数据库模型问题。

栅格数据模型（Raster Data Model)

矢量数据模型（Vector Data Model)

对象数据模型（Object Data Model)

矢量数据结构

数据结构：将数据模型的概念性描述进行具体的存储与表现

矢量数据结构概念：矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。

数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。

矢量数据表达