2022年地理信息系统教程 2.pdf

地理信息系统教程第一章绪论1信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。具有采集、管理、分析和表达数据的能力。2地理信息系统：GIS 是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来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3GIS 与 IS 之间的区别：GIS 是空间数据和属性数据的联合体。4GIS 系统五个基本组成部分：硬件系统，各种设备-物质基础；软件系统，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；数据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础；应用人员，GIS 服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS 技术产生社会经济效益的关键所在5地理信息系统基本功能：数据采集与编辑；数据存储与管理；数据处理和变换；空间分析和统计；产品制作与显示；二次开发和编程6地理信息系统应用功能：资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策第二章地理信息系统的空间数据结构和数据库1地理实体：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概括性，复杂性，相对性的概念。2地理实体的特征：属性特征用以描述事物或现象的特性；空间特征用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系；时间特征用以描述事物或现象随时间的变化3地理实体数据的类型：属性数据描述空间对象的属性特征的数据；几何数据描述空间对象的空间特征的数据；关系数据描述空间对象之间的空间关系的数据4点：有特定位置；线：具有相同属性的点的轨迹，由一系列的有序坐标表示；面：对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。由封闭曲线加内点来表示；体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性5空间数据结构：是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。其分为基于矢量的数据结构和基于栅格的数据结构两种基本类型6矢量数据获取方式：通过外业测量获得，利用测量仪器记录测量结果，然后转换到地理数据库中；跟踪数字化，用跟踪数字化的方式把地图变成离散的矢量数据；间接获取：a 栅格数据转换b 空间分析7矢量数据结构：通过记录空间对象的坐标及其空间关系来表达地理实体的一种数据结构。8栅格数据结构：是指将地表区域划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值。9栅格数据获取途径：手工获取；扫描仪扫描；由矢量数据转换而来；遥感影像数据；格网 DEM 数据10拓扑关系：是一种对空间结构关系进行明确定义的方法，指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。11拓扑元素量、质不变及相互关系欧拉公式：c+L=A+P（P:点数；L:线数；A:面数；c:常数，为多边形地图特征，若A 包含边界里面和外面的多边形，则c=2；若 A 仅包含边界内部多边形，则c=1）12矢量和栅格数据结构的比较：矢量数据结构优点：便于面向现象(土壤类型等)的数据名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 4 页 -表示，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息，数据结构紧凑，冗余度低，有利于网络、检索分析，图形显示质量好，位置精度高，能完整地描述空间关系；缺点：数据结构复杂，多边形叠置分析及模拟比较困难，不能做增强处理，软硬件技术要求高。栅格数据结构优点：数据结构简单，易数据交换，空间分析和地理现象模拟比较容易，有利于与 RS 数据的匹配应用和分析，输出方法快速，成本比较低廉；缺点：现象识别效果不如矢量方法，图形数据量大，投影转换困难，图形质量转低。第三章空间数据的采集和质量控制1地图投影变形种类：长度变形；面积变形；角度变形2GIS 数据源：是指建立GIS 的地理数据库所需要的各种数据来源，主要包括地图、遥感图像、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据等。3GIS 数据质量的基本内容：位置精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的质量；属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量；逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等；完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性等；现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等4地图投影及目的：映射将地球椭球面上的点到平面上的方法即为地图投影；目的：使距离、方位、面积等量算和各种空间分析更容易进行5GIS 与地图投影的关系：GIS 以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS 中不可缺少；GIS 数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标；GIS 中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影6空间数据分层的目的：空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管理就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管理起来就相对简单；2）对分层的空间数据进行查询时，不需要对所有空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进行查询即可，因而可加快查询速度；3）分层后的空间数据，由于便于任意选择需要显示的图层，因而增加了图形显示的灵活性；4）对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析7GIS 中代码的种类：分类码（根据地理信息分类体系设计出的各专业信息的分类代码）；标识码（对每类数据设计出其全部或主要实体的识别代码）8 GIS的 数 据 采 集：是 将 空 间 实 体 的 几 何 数 据 和 属 性 数 据 输 入 到 地 理 数 据库中9空间数据标准：指空间数据的名称、代码、分类编码、数据类型、精度、单位、格式等的标准形式10元数据：关于数据的数据，也即是描述数据和信息资源的数据；空间元数据：地理的数据和信息资源的描述性信息。是通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关数据的数据。11空间数据采集的主要任务：将现有的地图、外业观测成果、航空影片、遥感图像、文字资本等转换成GIS 可以处理与接受的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。12研究GIS 数据质量的目的和意义：目的：建立一套空间数据的分析和处理体系，包括误差来源确定、误差的鉴别和度量方法、误差传播的模型、控制和削弱误差的方法等，使未来的 GIS 在提供产品的同时，提供产品的质量指标，即建立GIS 产品的合格证制度；意义：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 4 页 -研究 GIS 数据质量对于评定GIS 的自己量、评判算法的优劣、减少GIS 设计与开发的盲目性都具有重要意义第四章空间数据的处理1空间数据处理：是指把来自科学研究、生产实践和社会经济活动等领域中的原始数据，用一定的设备和手段，按一定的使用要求，加工成另一种形式的数据。2空间数据处理目的：把数据转换成便于观察分析、传送或进一步处理的形式；从大量的原始数据中抽取、推导出对人们有价值的信息以作为行动和决策的依据；科学地保存和管理已经过处理（如校正、整理等）的大量数据，以便人们能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源。3顺时针方向构多边形：指多边形是在链的右侧4空间索引：是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系,按一定的顺序排列的一种数据结构。它包含空间对象的概要信息，通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率5几何纠正目的：实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的纠正6仿射变换的特性：直线变换后仍为直线；2）平行线变换后仍为平行线；3）不同方向上的长度比发生变化7投影变换目的：将某一研究区域不同投影方式的图件统一起来，需要将一种投影方式转换为另一种投影方式。方法：解析变换法：找出两投影间坐标变换的解析计算公式；数值变换法8空间数据分层方法：a 专题分层：每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据，b时间层序分层：把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层9地图跟踪数字化：通过记录数字化板上点的平面坐标来获取矢量数据10数据压缩：是指从所取得的数据集合中抽出一个子集，使得该子集在规定的精度范围内较好地逼近原集合，且尽可能降低其数据量的数据处理过程11空间数据插值：在已观测点上的数据的空间推算出未知点的数据的过程12数字高程模型（DEM）：也称数字地面模型，是一种对空间起伏的连续表示方法第五章空间查询与空间分析1空间查询：空间查询，是指基于给定的属性和空间约束条件从地理数据库中查找指定地理对象及其属性的过程2GIS 中空间数据的统计分析，是指对GIS 地理数据库中的专题数据进行统计分析3DEM 的表示法：1）规则格网(Grid)：规则格网法是将区域空间切分为规则的格网单元，每一个格网单元对应一个高程值。数学上可把DEM 表示成高程矩阵。2）TIN：利用区域有限个点集将区域划分为互不交叉、互不重叠且相连的三角面网络来模拟地形表面的数据模型。4空间叠置分析：是指在统一的空间参照系统条件下，将同一地区的两组或两组以上的图层要素进行叠置，产生新的特征的分析方法。5缓冲区分析概念：是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的带状区域，用以识别这些实体对邻近对象的辐射范围或影响度，以便为某项分析或决策提供依据6泰森多边形：将所有相邻气象站连成三角形，作这些三角形各边的垂直平分线，于是每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形，用这个多边形内所包含的一个唯一气象名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 4 页 -站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度7泰森多边形的性质：每个泰森多边形内仅含有一个控制点数据；泰森多边形内的点到相应控制点的距离最近；位于泰森多边形边上的点到其两边控制点的距离相等第六章空间信息的可视化1可视化：可视化是将符号或数据转化为直观的图形、图像的技术，它的过程是一种转换，它的目的是将原始数据转化为可显示的图形、图像，从而全面且本质地把握住地理空间信息的基本特征，便于最迅速、形象地传递和接收它们。2科学计算可视化：科学计算可视化：是指运用计算机图形学和图像处理技术，将计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形和图像显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。3空间信息可视化：是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式在屏幕上显出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。4空间信息可视化的形式：A 纸质地图；B 电子地图；C 多媒体地图；D 三维仿真地图；E虚拟现实5 地图符号的分类：点状符号、线状符号、面状符号6电子地图：是数字地图与GIS 软件工具结合后的产物，它是一种出于运动状态的数字地图，这种运动状态或是输入、输出，或是显示、检索分析。7电子地图集：是为了一定用途，采用统一、互补的制作方法系统汇集的若干电子地图8电子地图与GIS 的区别：电子地图包含了GIS 的主要功能，但不是全部功能；电子地图侧重于可见实体的显示，其中较完善的空间信息可视化功能和地图量算功能是一般GIS所欠缺的；不同来源的电子地图数据，难以赋予统一的空间数学基础，空间分析薄弱；一些电子地图(集)难于使其可视子空间均具有统一的空间数学基础,因而空间分析相对于GIS 薄弱，这也是两者的分水岭；电子地图(集)是一种新型的、内容广泛的GIS 产品，而电子地图(集)系统则是一些内容广泛、功能各异的新型GIS 系统9动态地图：是能集中、形象地表示空间信息的时空变化状态和过程的电子地图，它产生和发展是时空GIS 的发展的必要基础和前提。10虚拟现实：是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，是当代信息技术高速发展和集成的产物。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 4 页 -