地理信息系統(tǒng)原理重點(diǎn)整理參考模板

1、地理信息系統(tǒng)原理第一章 緒論地理信息系統(tǒng)是對地理空間實(shí)體和地理現(xiàn)象的特征要素進(jìn)行獲取 處理 表達(dá) 管理 分析 顯示和應(yīng)用的計(jì)算機(jī)空間或時間系統(tǒng)地理空間實(shí)體是指具有地理空間參考位置的地理實(shí)體特征要素，具有相對固定的空間位置和空間相關(guān)關(guān)系 相對不變的屬性變化 離散屬性取值或連續(xù)屬性取值的特性地理現(xiàn)象是指發(fā)生在地理空間中的地理事件特征要素，具有空間位置 空間關(guān)系和屬性隨時間變化的特性地理信息系統(tǒng)具有以下五個基本特點(diǎn)：1地理信息系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為支撐的2地理信息系統(tǒng)操作的 對象是地理空間數(shù)據(jù)3地理信息系統(tǒng)具有對地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析 評價 可視化和模擬的綜合利用優(yōu)勢4地理信息系統(tǒng)具有分布特性5地

2、理信息系統(tǒng)的成功應(yīng)用更強(qiáng)調(diào)組織體系和人的因素的作用，這是由地理信息系統(tǒng)的復(fù)雜性和多學(xué)科交叉性所要求的地理信息系統(tǒng)的組成：硬件 分為基本設(shè)備和拓展設(shè)備兩大部分，基本設(shè)備包括計(jì)算機(jī)主機(jī)（含鼠標(biāo) 鍵盤 硬盤 圖形顯示器等），存儲設(shè)備（光盤刻錄機(jī) 磁帶機(jī) 光盤塔 磁盤陣列等），數(shù)據(jù)輸入設(shè)備（數(shù)字化儀 掃描儀 手寫筆等），以及數(shù)據(jù)輸出部分（打印機(jī) 繪圖儀等）；拓展部分包括數(shù)字測圖系統(tǒng) 圖像處理系統(tǒng) 多媒體系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真系統(tǒng) 各類測繪儀器等軟件 按層次結(jié)構(gòu)組成和運(yùn)行的軟件體系低水平高水平操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)管理軟件，工具軟件；標(biāo)準(zhǔn)軟件（圖像圖形處理 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 系統(tǒng)庫 程序設(shè)計(jì)等）；GIS基本功能軟件（商

3、業(yè)化的GIS工具或平臺） GIS應(yīng)用軟件（二次開發(fā)）GIS與用戶的接口、通訊軟件（用戶界面、通訊軟件）4D產(chǎn)品：數(shù)字線劃數(shù)據(jù)（digital line graph,DLG）數(shù)字柵格數(shù)據(jù)（digital raster graph，DRC）數(shù)字高程模型（digital elevation model，DEM）數(shù)字正射影像（digital ortho map，DOM）基于“3s”技術(shù)的對地觀測系統(tǒng)P26 圖1.25地理信息系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)：地理信息系統(tǒng)是一項(xiàng)多種技術(shù)集成的技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)（包括遙感技術(shù)，全球定位系統(tǒng)，三維激光掃描技術(shù)，數(shù)字測圖技術(shù)等）、現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件工程技術(shù)、

4、虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)、信息安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)空間信息傳輸技術(shù)等構(gòu)成了GIS技術(shù)體系的主要技術(shù)。第二章 地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)理論地理學(xué)是研究地球表面地理環(huán)境的結(jié)構(gòu)分部、發(fā)展變化的規(guī)律性以及人地關(guān)系的學(xué)科，已經(jīng)經(jīng)歷了近代地理學(xué)和現(xiàn)代地理學(xué)兩個發(fā)展階段。地理學(xué)是研究地理環(huán)境的科學(xué)。地理環(huán)境可以劃分為自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和社會文化環(huán)境地理學(xué)的三個發(fā)展階段，第一階段一地理學(xué)定量分析為特點(diǎn)；第二階段以圖形學(xué)為特點(diǎn)，注重?cái)?shù)量的空間關(guān)系，進(jìn)一步由大地測量、遙感、攝影測量、GPS的融入，發(fā)展到geomatics；第三階段開始引入GIS，借助GIS來研究地理問題。地理信息系統(tǒng)與地理學(xué)的關(guān)系：1 地理學(xué)是我們理解世界的基礎(chǔ)科學(xué)

5、，GIS使得地理科學(xué)活生生的應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)世界中，包括科學(xué)中的基礎(chǔ)部分1 / 72 地理學(xué)與GIS密不可分，兩者完美結(jié)合。地理學(xué)的進(jìn)一步研究，需要gis的支持。GIS的開發(fā)需要對地理問題深入認(rèn)識。兩者結(jié)合，互相促進(jìn)了二者的發(fā)展。地理信息科學(xué)的理論體系、研究方法、學(xué)科地位的建立和完善，有利于地理學(xué)家對瞬時信息進(jìn)行定性分析、空間信息的定位分析、時間信息的趨勢分析、環(huán)境信息的綜合分析3 地理信息的虛擬分析與嚴(yán)爵得以發(fā)展4 數(shù)值模擬和定量化研究不斷加強(qiáng)地理信息是有關(guān)地理實(shí)體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，他是對表達(dá)地理特征要素和地理現(xiàn)象之間關(guān)系的地理數(shù)據(jù)的解釋地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象之間

6、關(guān)系的符號化表示，包括位置特征、屬性特征和時態(tài)特征三個基本特征部分第三章 地理空間數(shù)據(jù)表達(dá)基礎(chǔ)方里網(wǎng)是由平行于投影坐標(biāo)軸的兩組評選線索構(gòu)成的方格網(wǎng)，因?yàn)槭敲扛粽锢L出坐標(biāo)縱線和坐標(biāo)橫線，所以稱為方里網(wǎng)，又稱直角方里網(wǎng)經(jīng)緯網(wǎng) 地理坐標(biāo)網(wǎng) 地圖對地理信息實(shí)體要素的描述方法分為線劃地圖和影像地圖兩種，地圖圖層是對地理信息的專題表達(dá)1 線劃地圖是按照一定的比例、一定的投影規(guī)則，有選擇地將復(fù)雜的三維地理實(shí)體的某些內(nèi)容投影繪制在二維平面媒體上，并用符號將這些內(nèi)容要素表現(xiàn)出來，在地圖學(xué)上把地理空間分為點(diǎn)線面三種要素點(diǎn)狀要素 是指那些占據(jù)面積較小，不能按比例尺表示，又要定位的實(shí)體線狀要素 是指那些在地面上呈

7、線狀或帶狀的地理實(shí)體，如河流道路等面狀要素 指在空間占有一定面積的地理實(shí)體，一般用面狀填充符號表達(dá)2 遙感影像地圖有正射影像圖（DOM）和真正射影像圖（TDOM），前者由數(shù)字高程模型糾正獲得(DEM)，后者由數(shù)字地形表面模型糾正獲得3 在GIS中，地理實(shí)體要素是以數(shù)字化的數(shù)據(jù)形式存在的GIS數(shù)據(jù)表達(dá)的基本要求和原則1 定義表達(dá)空間數(shù)據(jù)的表達(dá)類型2 對不同的數(shù)據(jù)表達(dá)類型進(jìn)行空間建模的原則3 同一空間參考系原則4 數(shù)據(jù)分層組織和無縫圖層原則5 數(shù)據(jù)分類編碼原則6 數(shù)據(jù)庫存儲和管理原則7 數(shù)據(jù)集組織原則8 空間索引要求9 建立 空間拓?fù)潢P(guān)系原則10 建立空間元數(shù)據(jù)庫要求；為了對空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)更新

8、和共享服務(wù)，需要對空間數(shù)據(jù)的定義 內(nèi)容 格式 參考 系統(tǒng) 質(zhì)量 標(biāo)準(zhǔn) 狀態(tài) 日期等信息進(jìn)行描述，這類信息稱為元數(shù)據(jù)11 為了到達(dá)上述的數(shù)據(jù)表達(dá)要求，需要對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入 整合和編輯，這一系列的工作稱為空間數(shù)據(jù)庫的建庫在GIS中，地理空間對象的基本表達(dá)類型有5種：矢量數(shù)據(jù) 柵格數(shù)據(jù) 連續(xù)數(shù)據(jù) 屬性數(shù)據(jù) 元數(shù)據(jù)；矢量數(shù)據(jù)用于描述和表達(dá)離散地理空間實(shí)體要素；地圖描述信息的屬性是通過地圖符號 顏色和地圖注記；柵格由一系列的柵格坐標(biāo)或像元所處柵格矩陣的行列號（I,J）定義其位置，每個像元獨(dú)立編碼，并載有屬性；柵格單元的大小代表空間分辨率，表示表達(dá)的精度；連續(xù)表面數(shù)據(jù)書描述地球表面上的每一個位置都具有一

9、個值的一類數(shù)據(jù)，替代方法：1 等值線方法 2 等值域方法 3 柵格數(shù)據(jù)集方法 4 不規(guī)則三角網(wǎng)表達(dá)方法元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于描述數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)”，主要作用：1 幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)者有效管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔2 提供數(shù)據(jù)生產(chǎn)者對數(shù)據(jù)產(chǎn)品的說明信息，便于用戶查詢利用空間數(shù)據(jù)3 提供通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)查詢數(shù)據(jù)的方法和途徑，便于數(shù)據(jù)交換和傳輸4 幫助用戶了解數(shù)據(jù)的質(zhì)量信息，對數(shù)據(jù)的使用做出正確判斷5 提供空間數(shù)據(jù)互操作的基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)的內(nèi)容主要是包括對數(shù)據(jù)庫的描述，對數(shù)據(jù)庫中的各數(shù)據(jù)項(xiàng) 數(shù)據(jù)來源 數(shù)據(jù)所有者和數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史等的說明；對數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述，如精度 數(shù)據(jù)的邏輯一致性 數(shù)據(jù)的完整性 分辨率 數(shù)據(jù)的比例尺等；

10、對數(shù)據(jù)處理信息的說明，如綱量的轉(zhuǎn)換等；對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的說明；對數(shù)據(jù)庫的更新集成方法風(fēng)的說明空間關(guān)系是指地理空間特征或?qū)ο笾g存在的與空間特征有關(guān)的關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系是GIS中重點(diǎn)描述的地理特征或?qū)ο笾g的一種空間邏輯關(guān)系，根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系繪制的圖稱為拓?fù)鋱D；在拓?fù)潢P(guān)系在GIS中，是以數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)文件的形式進(jìn)行存儲的，主要用于描述點(diǎn)和多邊形圖形元素之間的邏輯關(guān)系，有關(guān)聯(lián)關(guān)系、鄰接關(guān)系、連通關(guān)系和包含關(guān)系；計(jì)算機(jī)就是通過在弧段序列中找到弧段之間的共同節(jié)點(diǎn)來判斷與弧段之間是否存在連接性第四章 地理空間數(shù)據(jù)模型建模數(shù)據(jù)模型是對數(shù)據(jù)特征的抽象描述，它不是描述個別數(shù)據(jù)特性，而是描述數(shù)據(jù)的共性，一個地理空間數(shù)據(jù)模型

11、應(yīng)能描述地理空間數(shù)據(jù)以下特征：1 靜態(tài)特性。包括實(shí)體和實(shí)體應(yīng)有的特性、實(shí)體間的聯(lián)系等，通過構(gòu)造基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型來實(shí)現(xiàn)2 動態(tài)特性。即現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體及實(shí)體間的不斷發(fā)展變化，通過對數(shù)據(jù)文件的索、插入、刪除和修改等操作來實(shí)現(xiàn)3 數(shù)據(jù)間的相互制約與依存關(guān)系。通過一組完整性約束規(guī)則來實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)模型可分為矢量數(shù)據(jù)模型、柵格數(shù)據(jù)模型、連續(xù)表面數(shù)據(jù)模型和屬性數(shù)據(jù)模型（圖4.2 P111）空間數(shù)據(jù)模型是以邏輯方式對客觀世界進(jìn)行抽象，是一組由相關(guān)關(guān)系聯(lián)系在一起的空間對象定義和空間關(guān)系表達(dá)的規(guī)則集，是幾何數(shù)據(jù)模型和語義數(shù)據(jù)模型的混合體，也稱為地理空間數(shù)據(jù)的邏輯模型地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是基于地理空間數(shù)據(jù)模型構(gòu)建的

12、物理數(shù)據(jù)文件格式，與數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的編碼、存儲和表達(dá)方式有關(guān)。地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供了為地理空間數(shù)據(jù)模型而定義的操作，并將操作映射到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特定的代碼上模型和對象的區(qū)別，矢量數(shù)據(jù)模型往往被拆成幾個簡單元素表示，但他們共享一個屬性描述，特征元素表示的意義和實(shí)際的情況有很大區(qū)別，特征一般不具有獨(dú)立實(shí)體意義；一個對象對應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界中的一個具有完整意義的地理是提要素，并對其一系列固有屬性和可能的操作方式進(jìn)行了封裝，一般具有很強(qiáng)的獨(dú)立性對象的特性1 抽象性2 封裝性3 多態(tài)性4 繼承性面對對象數(shù)據(jù)建模的四種核心數(shù)據(jù)技術(shù)是：分類、概括、聚集和聯(lián)合地理數(shù)據(jù)模型的進(jìn)展1 CAD數(shù)據(jù)模型2 coverage數(shù)據(jù)模型

13、 是arcgis 8軟件以前版本使用的地理空間數(shù)據(jù)模型，也稱為地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型，是面向特征建模的數(shù)據(jù)模型，coverage數(shù)據(jù)模型存儲和管理數(shù)據(jù)的基本單元是數(shù)據(jù)層3 geodatabase數(shù)據(jù)模型 是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型 矢量數(shù)據(jù)是以點(diǎn)、線和多邊形為基本表達(dá)特征元素，并用以表達(dá)具有形狀和邊界的離散對象；矢量數(shù)據(jù)模型是以特征數(shù)據(jù)集合特征類存儲特征元素的線段、鏈和環(huán)視特征形狀的組合幾何元素Arcgis的幾何對象模型（圖4.21 P127）Coverage數(shù)據(jù)模型 是空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和與特征有聯(lián)系的拓?fù)潢P(guān)系的結(jié)合體Coverage的主要特征類型有點(diǎn)、弧段、多邊形和節(jié)點(diǎn)Shapefile 主要由包含空

14、間和屬性數(shù)據(jù)的3個主要文件構(gòu)成，也可能包括任選具有索引信息的其他文件，這些文件有點(diǎn)線面特征組成的一個特征類，可以是點(diǎn)、點(diǎn)集、折線或多邊形組成的同類特征的集合Coverage模型與shapefile模型的主要區(qū)別是，前者具有拓?fù)潢P(guān)系，后者沒有拓?fù)潢P(guān)系；前者有過個類，后者只有一個類柵格數(shù)據(jù)來源 柵格數(shù)據(jù)表達(dá)影響或連續(xù)數(shù)據(jù)。柵格數(shù)據(jù)最常用的數(shù)據(jù)源是衛(wèi)星影像、航空影像、某個特征的照片、掃描的地圖文件、矢量轉(zhuǎn)化成的柵格數(shù)據(jù)等柵格數(shù)據(jù)的基本類型 柵格數(shù)據(jù)有兩個基本類型，專題數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)。專題數(shù)據(jù)可能用于土地利用的專題分析，影像數(shù)據(jù)可能用于其他地理數(shù)據(jù)的地圖和導(dǎo)出專題數(shù)據(jù)連續(xù)表面數(shù)據(jù)模型 連續(xù)表面用于表達(dá)

15、有限點(diǎn)數(shù)的具有Z值的連續(xù)場，常用模型有兩種，柵格數(shù)據(jù)模型和不規(guī)則三角網(wǎng)模型，最常見的應(yīng)用是對地形變化這類連續(xù)值的建模表達(dá)第五章 地理空間數(shù)據(jù)庫GIS與SDBMS（空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）的關(guān)系 gis提供了便于分析地理數(shù)據(jù)和將地理數(shù)據(jù)可視化的機(jī)制，提供了豐富的分析功能，可對地理數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的變換，利用gis可對某些對象和圖層進(jìn)行多種操作；利用SDBMS可對更多的對象集合圖層集進(jìn)行更為簡單的操作，回答集合查詢比GIS更為優(yōu)越GIS 圖形界面 空間和統(tǒng)計(jì)分析工具 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、導(dǎo)入和導(dǎo)出 幾何和拓?fù)潢P(guān)系支持SDBMS 數(shù)據(jù)自主獨(dú)立 完全集成的空間數(shù)據(jù) 事物處理，并發(fā)、備份、恢復(fù) 統(tǒng)一的查詢語言空間數(shù)據(jù)庫

16、定義為具有內(nèi)部聯(lián)系的空間數(shù)據(jù)的集合，可以管理和維護(hù)海量數(shù)據(jù)，并為不同的GIS應(yīng)用所共享，應(yīng)滿足一下要求1 空間數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2 空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在它的數(shù)據(jù)模型中，提供空間數(shù)據(jù)類型及其空間查詢語言3 數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)具備兩個最核心的特征，一個是持久性，一個是事務(wù)空間數(shù)據(jù)索引 數(shù)據(jù)庫的索引可以用來快速訪問一條快速查詢所請求的數(shù)據(jù)，而無需遍歷整個數(shù)據(jù)庫。索引是為提高查詢效率而設(shè)計(jì)的輔助文件，它只記錄兩個域，主鍵和數(shù)據(jù)文件中的頁面地址 空間索引技術(shù)的核心是 根據(jù)查詢條件，迅速找到與該條件相交的所有空間數(shù)據(jù)的集合。在這個縮小的集合上再處理各種復(fù)雜的搜索，效率大大提高空間索引是對存儲在介質(zhì)上的數(shù)據(jù)位置信息的描

17、述，用來提高系統(tǒng)對數(shù)據(jù)獲取方式的效率四叉樹索引方法 四叉樹是有根樹，每個內(nèi)節(jié)點(diǎn)有4個子節(jié)點(diǎn)，四叉樹每個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)空間的一個方形區(qū)域，如果節(jié)點(diǎn)v有子節(jié)點(diǎn)，則它對應(yīng)的方形區(qū)域書屬于v的四個方形區(qū)域，因此得名四叉樹；根節(jié)點(diǎn)的4個子節(jié)點(diǎn)被標(biāo)識為NE、NW、SW、SE空間數(shù)據(jù)的分層 地理信息固有的層次性為GIS分層進(jìn)行數(shù)據(jù)組織提供了依據(jù)，通常按以下方式進(jìn)行分層1 按專題屬性進(jìn)行分層2 按時間序列進(jìn)行分層3 按實(shí)體幾何類型進(jìn)行分層4 按實(shí)體屬性進(jìn)行結(jié)構(gòu)分層5 按照垂直分帶性分層6 按上述方法綜合考慮分層空間數(shù)據(jù)存儲方案1 磁盤陣列技術(shù)2 網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)3 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)4 虛擬存儲技術(shù)空間數(shù)據(jù)庫的存儲方案1

18、 分幅數(shù)據(jù)存儲方案 分圖幅對地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行管理一般只會時候數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門，因?yàn)樗麄兒苌贂?shù)據(jù)進(jìn)行跨圖幅的分析操作2 無縫圖層數(shù)據(jù)存儲方案 在數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用中，跨圖幅操作是很常見的事情，建立無縫圖層是簡化數(shù)據(jù)操作的必要條件第六章 地理空間數(shù)據(jù)獲取與處理地理空間數(shù)據(jù)源的類型 數(shù)據(jù)源主要指建立GIS的地理數(shù)據(jù)庫所需的各種數(shù)據(jù)來源，主要包括地圖、遙感數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等?？蓺w納為原始采集數(shù)據(jù)、再生數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)三種來源地圖數(shù)據(jù) 是gis的重要數(shù)據(jù)源，包括多尺度圖形數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù) 是重要數(shù)據(jù)源，包括多尺度影像數(shù)據(jù)和非成像數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù) 主要是一些文檔資料數(shù)據(jù)，如規(guī)范條例等統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù) 主要是通過社會調(diào)查、人口統(tǒng)計(jì)、經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)等獲取的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù) 是指通過各種傳感器實(shí)時感知得到