地信信息復(fù)習(xí)

1、地信信息復(fù)習(xí)一、緒論1、空間信息（空間特征）包括位置信息、非位置信息、時(shí)間信息。位置信息一一位置信息用定位數(shù)據(jù)（或稱幾何數(shù)據(jù)）來(lái)記錄。用點(diǎn)、線、面符號(hào)描述，包括它們之間的聯(lián)系。非位置信息一一屆性信息，描述物體的質(zhì)和量。如水井的深度、涌水量、水質(zhì)等。時(shí)間信息一一空間物體的時(shí)序變化與發(fā)展過(guò)程與規(guī)律位置信息和屆性信息各自獨(dú)立并隨時(shí)間發(fā)生變化。2、地理信息一一是表征地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。地理信息的特點(diǎn)：空間分布性，地理信息屆于空間信息，其位置的識(shí)別是與數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的，這是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著的標(biāo)志。具有多維結(jié)構(gòu)的特征，

2、即在二維空間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多專題的第三維結(jié)構(gòu)，而各個(gè)專題型、實(shí)體型之間的聯(lián)系是通過(guò)屆性碼進(jìn)行的，這就為地理系統(tǒng)各圈層之間的綜合研究提供了可能。（如采礦點(diǎn)）3、地理信息系統(tǒng)一一是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，以采集、儲(chǔ)存、管理、檢索、分析和描述空間物體的定位分布及與之相關(guān)的屆性數(shù)據(jù)，并回答用戶問(wèn)題等為主要任務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。4、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展的四個(gè)階段：1960年代起源階段、1970年代發(fā)展鞏固階段、1980年代大發(fā)展階段、1990年代至今應(yīng)用普及時(shí)代5、系統(tǒng)軟件：國(guó)外美國(guó)ERSI公司的ArcGIS、Intergraph公司的MGE、MapInfo、加拿大阿波羅科技集團(tuán)公司的TitanGIS等。國(guó)內(nèi)中國(guó)

3、地質(zhì)大學(xué)的MapGIS、北京超圖公司的SuperMap、北京大學(xué)的Citytar、武漢大學(xué)的GeoStar、北京靈圖公司的VRMap、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院的VIEWGIS等。6、地理信息系統(tǒng)的類型：WebGIS、三維GIS、時(shí)態(tài)GIS。7、地理信息系統(tǒng)組成：計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、地理空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用分析模型、系統(tǒng)開發(fā)管理和使用人員5各部分。8、地理信息系統(tǒng)功能：數(shù)據(jù)采集與輸入，數(shù)據(jù)編輯與更新，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與管理，空間查詢與分析，空間決策支持，數(shù)據(jù)顯示與輸出。9、地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用：資源活查、城鄉(xiāng)規(guī)劃災(zāi)害監(jiān)測(cè)、土地調(diào)查、環(huán)境管理、城市管網(wǎng)、作戰(zhàn)指揮、宏觀決策、城市公共服務(wù)、交通、導(dǎo)航、電子服務(wù)

4、。二、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際就是像元陣列，即像元按矩陣形式的集合，柵格中的每個(gè)像元是柵格數(shù)據(jù)中最基本的信息存儲(chǔ)單元，其坐標(biāo)位置可以用行號(hào)和列號(hào)確定。由于柵格數(shù)據(jù)是按一定規(guī)律排列的，所以表示的實(shí)體位置關(guān)系是隱含在行號(hào)、列號(hào)之中的。網(wǎng)格中每個(gè)元素的代碼代表了實(shí)體的屆性或?qū)眯缘木幋a，根據(jù)所表示實(shí)體的表象信息差異，個(gè)像元可用不同的“灰度值”來(lái)表示。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng)單元大小之比。2、四義樹編碼：將圖像區(qū)域按四等分分割，每個(gè)象限僅含一種屆性代碼或符合既定要求的少數(shù)幾種屆性時(shí)，則停止繼續(xù)分割，否則繼續(xù)分割。3、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：代表地圖圖形的各離散點(diǎn)平面坐標(biāo)（x,y）的有序集合，

5、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種最常見的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要用于表示地圖圖形元素幾何數(shù)據(jù)之間及其與屆性數(shù)據(jù)之間的關(guān)相互系。通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式，盡可能地將點(diǎn)、線、面地理實(shí)體表現(xiàn)得精確無(wú)誤。其坐標(biāo)空間假定為連續(xù)空間，不必象柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)那樣進(jìn)行量化處理。因此矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長(zhǎng)度和大小。4、點(diǎn)實(shí)體：包括由單獨(dú)一對(duì)x,y坐標(biāo)定位的一切地理或制圖實(shí)體。線實(shí)體：線實(shí)體可以定義為直線元素組成的各種線性要素，直線元素由兩對(duì)x,y坐標(biāo)定義。面實(shí)體：多邊形數(shù)據(jù)是描述地理空間信息的最重要的一類數(shù)據(jù)，在區(qū)域?qū)嶓w中，具有名稱屆性和分類屆性的，多用多邊形表示。5、拓?fù)鋵眯砸灰辉诘貓D圖形的連續(xù)變換中，如鄰接性、包含性、相交性和空

6、間目標(biāo)的幾何類型（點(diǎn)、線、面特征類型）等保持不變，這類在連續(xù)變形中保持不變的屆性稱拓?fù)鋵眯?。基本拓?fù)潢P(guān)系關(guān)聯(lián)：不同拓?fù)湄Ｋ刂g的關(guān)系鄰接：相同拓?fù)湓刂g的關(guān)系包含：面與其他元素之間的關(guān)系層次：相同拓?fù)湓刂g的層次關(guān)系拓?fù)湓亓恐g的關(guān)系：歐拉公式6、矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較矢量數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小、空間位置精度較高、用網(wǎng)絡(luò)連接法能完整描述拓?fù)潢P(guān)系、輸出簡(jiǎn)單，繪圖細(xì)膩、精確、美觀，可對(duì)圖形及其屆性進(jìn)行檢索，更新和綜合，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，獲取數(shù)據(jù)慢，多種地圖疊合分析困難，不能直接處理數(shù)字圖像信息，空間分析不容易實(shí)現(xiàn)，邊界復(fù)雜、模糊的事物難以描述，數(shù)據(jù)輸出費(fèi)用較高。柵格數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、空間位置

7、精度低、難于建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系、輸出速度快，但繪圖粗糙、不美觀，便于面狀數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，獲取數(shù)據(jù)快，多種地圖疊合分析方便，能直接處理數(shù)字圖像信息，空間分析易進(jìn)行，容易描述邊界復(fù)雜、模糊的事物，技術(shù)開發(fā)費(fèi)用低。三、GIS的地理數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1、凡與局部（一個(gè)或幾個(gè)國(guó)家）的大地水準(zhǔn)面符合得最好的旋轉(zhuǎn)橢球稱為參考橢球。2、大地控制：大地控制的任務(wù)確定地面上的點(diǎn)在地球橢球體上的位置和高程。地理坐標(biāo)系、中國(guó)大地坐標(biāo)系、高程、大地控制網(wǎng)3、地圖投影的分類：等角投影：角度不變；等面積投影：面積不變；任意投影：角度、面積、長(zhǎng)度均變形4、中國(guó)GIS中地圖投影的應(yīng)用大于1:50萬(wàn)采用高斯一克呂格投影。1:100萬(wàn)

8、時(shí)采用正軸等角割圓錐投影。5、我國(guó)規(guī)定1:2.5萬(wàn)一1:50萬(wàn)地形圖均采用經(jīng)差6°分帶，大于等于1:1萬(wàn)比例尺地形圖采用經(jīng)差3。分帶。四、地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入1、GIS數(shù)據(jù)來(lái)源：地圖數(shù)據(jù)一一包括普通地圖和專題地圖，是GIS的主要數(shù)據(jù)來(lái)源。遙感數(shù)據(jù)一一大面積、動(dòng)態(tài)、近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源，是GIS數(shù)據(jù)更新的重要手段。測(cè)量數(shù)據(jù)一一野外使用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、視距儀測(cè)量方位、角度、距離數(shù)據(jù)，或GPS數(shù)據(jù)，補(bǔ)充缺乏的數(shù)據(jù)，需要控制點(diǎn)。數(shù)據(jù)資料一一必不可少的屆性數(shù)據(jù)源報(bào)告一一重要參考資料，對(duì)確定專題內(nèi)容的屆性特征起重要作用。2、數(shù)據(jù)輸入：(1)野外數(shù)據(jù)采集：平板測(cè)量，全站儀測(cè)量，GPS測(cè)量。(2) 地圖數(shù)字

9、化：掃描儀簡(jiǎn)介，掃描數(shù)字化前的準(zhǔn)備工作，柵格掃描數(shù)據(jù)到矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，其他類型的自動(dòng)數(shù)字化儀器(3) 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量(4) 遙感影像處理現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換五、地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理1、地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理包括對(duì)矢量數(shù)據(jù)的壓縮與光滑處理，拓?fù)潢P(guān)系的建立，柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的互相轉(zhuǎn)換，圖形的線性變換和投影變換，圖框的生成，地圖裁剪以及圖幅拼接等。2、為什么要進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的壓縮與光滑？在空間數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后，有時(shí)為了減少數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量節(jié)省存儲(chǔ)空間，加快后繼處理速度，把大量的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的、有條理的、精煉而簡(jiǎn)單的信息的過(guò)程，稱為數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化或數(shù)據(jù)壓縮。數(shù)據(jù)壓縮的主要對(duì)象是線狀要素中心軸線和面狀要素邊界數(shù)據(jù)。

10、相反，在進(jìn)行圖形輸出時(shí)，有需要將以前壓縮的數(shù)據(jù)恢復(fù)成其本來(lái)面目，必須對(duì)它們進(jìn)行光滑，這稱為曲線光滑。六、空間數(shù)據(jù)管理1、數(shù)據(jù)模型：層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型、面對(duì)象模型3、地圖數(shù)據(jù)是包括三個(gè)主要信息范疇：空間數(shù)據(jù)、非空間數(shù)據(jù)、時(shí)間因素。4、空間數(shù)據(jù)：特點(diǎn)它含有拓?fù)潢P(guān)系，即網(wǎng)結(jié)構(gòu)元素中節(jié)點(diǎn)、弧段和面域之間的鄰接、關(guān)聯(lián)與包括等關(guān)系。這是地理實(shí)體之間的重要空間關(guān)系，它從實(shí)質(zhì)的方面或從總體方面反映了地理實(shí)體之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。主要內(nèi)容包括：空間定位一一能確定在什么事物或發(fā)生什么事情?？臻g量度一一能計(jì)算諸如物體的長(zhǎng)度、面積、物體之間的距離和相對(duì)方位等。空間結(jié)構(gòu)能獲得物體之間的相互關(guān)系，對(duì)于空間數(shù)據(jù)處理來(lái)說(shuō)

11、，物體本身的信息固然重要，而物體之間的關(guān)系信息都是空間數(shù)據(jù)處理中特別關(guān)心的事情，因?yàn)樗婕叭鎲?wèn)題的解決?？臻g聚合一一空間數(shù)據(jù)與各種專題信息相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多介質(zhì)的圖、數(shù)和文字信息的集成處理，為應(yīng)用部門、區(qū)域規(guī)劃和決策部門提供綜合性的依據(jù)。5、時(shí)間因素稱為第四位信息，超短期的：地震、臺(tái)風(fēng)、森林火災(zāi)等。短期的：7工河洪水、作物長(zhǎng)勢(shì)等。中期的：土地利用、作物估產(chǎn)等。長(zhǎng)期的：水土流失、城市化等。超長(zhǎng)期：火山爆發(fā)、地殼形變等。6、元數(shù)據(jù)的定義：“是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”它在地理信息中用于描述地理數(shù)據(jù)集的內(nèi)容、質(zhì)量、表達(dá)式、空間參考、管理方式及數(shù)據(jù)集的其他特征，它是實(shí)現(xiàn)地理空間信息共享的核心標(biāo)準(zhǔn)之一。八、空間分析

12、1、從宏觀上劃分，空間分析可以歸納為以下三個(gè)方面：(1) 拓?fù)浞治觯喊丶D形數(shù)據(jù)的拓?fù)溥\(yùn)算，即旋轉(zhuǎn)變換、比例尺變換、三維及三維顯示、幾何元素計(jì)算等。(2) 屆性分析：包括數(shù)據(jù)檢索、邏輯與數(shù)學(xué)運(yùn)算、重分類、統(tǒng)計(jì)分析等。(3) 拓?fù)渑c屆性的聯(lián)合分析：包括與拓?fù)湎嚓P(guān)的數(shù)據(jù)檢索、疊置處理、區(qū)域分析、鄰域分析、網(wǎng)絡(luò)分析、形狀探測(cè)、瘦化處理、空間內(nèi)插等。2、數(shù)據(jù)檢索及表格分析：屆性統(tǒng)計(jì)分析，布爾邏輯查詢，空間數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言，重分類、邊界消除與合并（課本例子P209）。3、疊置分析：城市那塊地適合選址目標(biāo)？決策實(shí)例1道路拓寬改建例1:道路拓寬改建過(guò)程中的拆遷指標(biāo)計(jì)算1）明確分析的目的和標(biāo)準(zhǔn)。目的：計(jì)算由

13、于道路拓寬而需拆遷的建筑物的面積和房產(chǎn)價(jià)值；道路拓寬改建的標(biāo)準(zhǔn)是：a）道路從原有的20m拓寬至60m；b）拓寬道路應(yīng)盡量保持直線；c）部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的10層以上的建筑不拆除。2）準(zhǔn)備進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)涉及兩類信息：一類是現(xiàn)狀道路圖；另一類是分析區(qū)域內(nèi)建筑物分布圖及相關(guān)的信息；3）進(jìn)行空間操作a）選擇擬拓寬的道路，根據(jù)拓寬半徑，建立道路的緩沖區(qū)。b）將此緩沖區(qū)與建筑物層數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)浏B加，產(chǎn)生一幅新圖，此圖包括所有部分或全部位于緩沖區(qū)內(nèi)的建筑物信息。4）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析a）對(duì)全部或部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的建筑物進(jìn)行選擇，凡部分落入拆遷區(qū)且樓層高于10層以上的建筑物，將其從選擇組中去除，并對(duì)道路的拓寬邊界進(jìn)行局

14、部調(diào)整。b）對(duì)所有需拆遷的建筑物進(jìn)行拆遷指標(biāo)計(jì)算。5）將分析結(jié)果以地圖或表格的形式打印輸出。決策實(shí)例2工廠選址1）建立分析的目的和標(biāo)準(zhǔn)目的：確定一些具體的地塊，作為一個(gè)輕度污染工廠的可能建設(shè)位置。工廠選址的標(biāo)準(zhǔn)包括：a）地塊建設(shè)用地面積不小于10000平方米；b）地塊的地價(jià)不超過(guò)1萬(wàn)元/平方米；c）地塊周圍不能有幼兒園、學(xué)校等公共設(shè)施，以免受到工廠生產(chǎn)的影響。2）從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取用于選址的數(shù)據(jù)一類為全市所有地塊信息的數(shù)據(jù)層；另一類為全市公共設(shè)施（包括幼兒園、學(xué)校）的分布圖。3）進(jìn)行特征提取和空間拓?fù)浏B加從地塊圖中提取滿足條件a）,b）的地塊，并與公共設(shè)施層數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加。4）進(jìn)行鄰域分析對(duì)疊加結(jié)果

15、進(jìn)行鄰域分析和特征提取，去掉周圍有幼兒園、學(xué)校等公共設(shè)施的地塊，選擇滿足要求的地塊。5）將選擇的地塊及相關(guān)信息以地圖和表格的形式打印輸出。決策實(shí)例3公園選址森林公園選址問(wèn)題背景：為了在某地建立一森林公園旅游點(diǎn)，需參考一定的旅游條件，假設(shè)該旅游點(diǎn)須滿足距公路、鐵路0.5km以外10km以內(nèi)，非市區(qū)，有林地，要求在行政區(qū)劃圖上選出該旅游點(diǎn)位置，并注明面積大小。數(shù)據(jù)源：公路及鐵路分布圖；森林分布及權(quán)屆圖；城鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖；所涉及的GIS功能：屆性重分類；面狀邊界消除與合并；緩沖區(qū)生成；拓?fù)浏B加；面積量測(cè)；繪圖輸出；生成報(bào)表。具體步驟將森林分布圖分成林地及非林地兩類；消除同一屆性值為林地或非林地的相鄰多

16、邊形的邊界并加以合并；將所有公路和鐵路周圍生成0.5km寬的緩沖區(qū)；將所有公路和鐵路周圍生成10km寬的緩沖區(qū)；拓?fù)浏B加(2)、(3)、(4)三步生成的圖層，生成具有下述屆性的多邊形，林地、非林地；0.5km內(nèi)區(qū)域；將城鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖重新分類，生成市區(qū)、非市區(qū)兩類；拓?fù)浏B加(5)、(6)生成的圖層，得到非林地；林地且市區(qū)；林地、非市區(qū)、距道路0.5km內(nèi)；林地、非市區(qū)、距道路0.5km外10km內(nèi)；林地、非市區(qū)、距道路10km外依約束條件，提取第類多邊形，并計(jì)算其面積；與行政區(qū)劃圖疊加，打印輸出結(jié)果；4、(分析題)緩沖分析：在點(diǎn)、線、面實(shí)體(緩沖目標(biāo))周圍建立一定寬度范圍的多邊形。換言之，任何目

17、標(biāo)所產(chǎn)生的緩沖區(qū)總是一些多邊形，這些多邊形將構(gòu)成新的數(shù)據(jù)層。所謂通區(qū)就是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍。從數(shù)學(xué)的角度看，緩沖區(qū)分析的基本思想是給定一個(gè)空間對(duì)象或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由鄰域半徑R決定。(1) 角平分線法：角分線法的缺點(diǎn)是難以最大限度保證雙線的等寬性，尤其是在凸側(cè)角點(diǎn)在進(jìn)一步變銳時(shí)，將遠(yuǎn)離軸線頂點(diǎn)。凸角圓弧法：在軸線首尾點(diǎn)處，作軸線的垂線并按雙線和緩沖區(qū)半徑截出左右邊線起止點(diǎn)；在軸線其它轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，首先判斷該點(diǎn)的凸凹性，在凸側(cè)用圓弧彌合，在凹側(cè)則用前后兩鄰邊平行線的交點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)。這樣外角以圓弧連接，內(nèi)角直接連接，線段端點(diǎn)以半圓封閉。(2) 當(dāng)軸線的彎曲空間不容許

18、雙線的邊線無(wú)壓蓋地通過(guò)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生若干個(gè)自相交多邊形。自相交多邊形分為兩種情況：島嶼多邊形和重疊多邊形。島嶼多邊形是緩沖區(qū)邊線的有效組成部分；重疊多邊形不是緩沖區(qū)邊線的有效組成，不參與緩沖區(qū)邊線的最終重構(gòu)。5、網(wǎng)絡(luò)分析是空間分析的一個(gè)重要方面，是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系(線性實(shí)體之間線性實(shí)體與節(jié)點(diǎn)之問(wèn)、節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的連接連通關(guān)系),并通過(guò)考察網(wǎng)絡(luò)元素的空間、數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能特征進(jìn)行多方面的分析計(jì)算。6、常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)分析功能：路徑分析，資源分配，連通分析，流分析，選址九、數(shù)字高程模型1、數(shù)字高程模型概念：簡(jiǎn)稱DEM,是以數(shù)字的形式按一定結(jié)構(gòu)組織在一起，表示實(shí)際地形特征空間分布的數(shù)字模型，也是地形形狀大小和起伏的數(shù)字描述。數(shù)字地形模型(DTM)2、DEM數(shù)據(jù)按其分布特征可分為兩類：格網(wǎng)狀數(shù)據(jù)和離散數(shù)據(jù)3、DEM的主要用途：(1) 在國(guó)家數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)地形圖的高程數(shù)據(jù)。(2) 計(jì)算道路設(shè)計(jì)。其他民用和軍用工程中挖填土石量。為軍事目的(武器導(dǎo)向系統(tǒng)、駕駛系統(tǒng))的地表景觀設(shè)計(jì)與規(guī)劃(土地景觀構(gòu)筑)等顯示地形的三維圖形。(3) 越野通視情況分析(也是為了軍事和土地景觀規(guī)劃等目的)。(4) 規(guī)劃道路線路、壩址選