地理信息系统分析12190.docx

第一章 地理信息系统导论第一节 地理信息息系统的产产生信息革命的的影响，要要求地理学学要顺应时时代的要求求，跟上时时代的步伐伐，地理学学要高度现现代化。计计算机技术术、自动化化技术等的的发展为GGIS的形形成奠定了了坚实的基基础；地理理信息系统统脱胎于地地图，它们们都是地理理信息的载载体，具有有存贮、分分析和显示示地理信息息的功能。计计算机制图图技术的发发展对GIIS的产生生起了有力力的促进作作用；海量量资源信息息，客观上上需要GIIS为之服服务；由于于社会的进进步，人类类开始觉悟悟到对于自自然资源的的利用，不不能是简单单的掠夺，而而应当合理理的管理利利用，并且且把开发和和保护相结结合。对自自然资源应应采取科学学的管理，进进行定量分分析和预测测，从而为为宏观科学学决策提供供依据，这这些为GIIS的产生生提供了应应用基础。 基于于以上社会会经济与技技术发展的的历史背景景和原因，地地理信息系系统于600年代中期期开始形成成并逐渐发发展起来。第二节 地理信息息系统的基基本概念一、数据与与信息数据是客观观事物的属属性、数量量、位置及及其相互关关系等的抽抽象表示，随随载荷它的的物理设备备的形式而而改变。信息是向人人们或机器器提供关于于现实世界界各种事实实的知识，是是数据、消消息中所包包含的意义义。它不随随载体的物物理形式的的改变而改改变。信息的特点点：(1)信息息的客观性性 (2)信息的适适用性 (3)信息息的传输性性 (4)信息的共共享性数据与信息息的关系：信息与数数据是不可可分离的，数数据是信息息的表达，信信息是数据据的内涵。数数据本身并并没有意义义数据只有有对实体行行为产生影影响时才成成为信息二、地理信信息与地图图基本概念：地理数据是是指表示地地理环境诸诸要素的数数量、质量量、分布特特征及其相相互联系和和变化规律律的数字、文文字、图象象和图形等等的总称。地理信息是是指有关地地理实体的的数量、质质量、分布布特征及其其相互联系系和变化规规律的表征征和一切有有用的知识识。地图是将地地理环境诸诸要素按照照一定的数数学法则，运运用符号系系统并经过过制图综合合缩绘于平平面上的图图形，以传传递各种自自然和社会会现象的数数量与质量量的空间分分布和联系系以及随时时间的发展展变化。 地图与地理理信息的关关系1. 地图图是地理信信息载体2. 地图图是地理信信息的传统统数据源3. 地图图是GISS的查询与与分析结果果的表示方方法三、地理系系统与地理理信息系统统地理系统是是一个多层层次的巨系系统，它具具有多层次次的结构和和泛目标的的功能，需需要多学科科的知识结结构和多种种形式技术术体系的支支持。地理理系统是认认识地理圈圈的事物、现现象和发生生发展过程程，理解物物质迁移与与能量转换换内外循环环的规律，认认识地理规规律、掌握握地理信息息，以调控控资源与环环境为目的的的逻辑思思维过程。地理信息系系统是以地地理空间数数据库为基基础，在计计算机软硬硬件的支持持下，运用用系统工程程和信息科科学的理论论，科学管管理和综合合分析具有有空间内涵涵的地理数数据，以提提供管理、决决策等所需需信息的技技术系统。简简单的说，地地理信息系系统就是综综合处理和和分析地理理空间数据据的一种技技术系统。地理系统是是地理信息息系统的科科学依据；地理信息息系统是研研究地理系系统的科学学技术保证证。第三节 地理信息息系统的特特点和功能能一、地理信信息系统的的特点1. 公共共的地理定定位基础；2. 具有有采集、管管理、分析析和输出多多种地理空空间信息的的能力3. 系统统以分析模模型驱动，具具有极强的的空间综合合分析和动动态预测能能力，并能能产生高层层次的地理理信息；4. 以地地理研究和和地理决策策为目的，是是一个人机机交互式的的空间决策策支持系统统。二、地理信信息系统的的分类1、按功能能分类：（1）专题题地理信息息系统(TThemaatic GIS) （22）区域地地理信息系系统(Reegionnal GGIS)（3）地理理信息系统统工具(GGIS TToolss)2、按内容容分类：（1）城市市信息系统统 （22）自然资资源查询信信息系 （33）规划与与评估信息息系统土地管理信信息系统等等。三、地理信信息系统的的功能1、数据输输入、存贮贮和编辑 2、操作运算 3、数据查询和检索 4、应用分析5、图形显显示和结果果输出 66、数据更更新四、地理信信息系统的的应用1. 统计计与量算；2. 规规划与管理理；3. 预测与监监测；4. 辅助决决策第四节 地理信息息系统的组组成一、GISS 的 硬 件 系统二、GISS的软件系系统三、地理数数据地理数据分分类几何数据：几何坐标标关系数据：1、度量关关系 22、延伸关关系 3、拓扑关关系属性数据：1、定性 2、定量四、用 户系统组织、管管理、维护护和数据更更新、应用用程序开发发、信息提提取、地理理决策第五节 地理信息息系统的研研究内容 一、研究内内容GIS基本本理论1、概念、定定义、内涵涵 2、构成成、特点、功功能和任务务 3、理论论体系 44、发展历历史及发展展趋势GIS技术术系统1、硬件配配置 22、数据结结构与表示示 3、输入入输出系统统 4、地理理数据管理理5、用户界界面 66、GISS工具软件件研制应用方法1、应用系系统设计 2、数数据采集与与校验 3、专题题分析模型型 4、3S结合 5、地学学专家系统统二 相关关学科树第六节 GIS发发展趋势一、地理信信息系统的的发展概况况1.起步阶阶段（600年代），注注重空间数数据的地学学处理。11963年年，加拿大大测量学家家R. TT. Toomlinnson首首先提出GGIS这一一术语，建建立加拿大大地理信息息系统（CCGIS）；19699年，ESRRI （环环境系统研研究所）建建立；19969年， Inntegrraph公公司建立。2.发展阶阶段（700年代），注注重空间地地理信息的的管理，受受到政府部部门、商业业公司和大大学的普遍遍重视。11978年年，ERDDAS成立立。3.推广应应用阶段（880年代），注注重空间决决策支持分分析。1981年年，ESRRI ARRC/INNFO GGIS发布布；19885年，GGPS成为为可运行系系统；19986年，MMapInnfo建立立；19886年，SSPOT卫卫星首次发发射；19987年，地地理信息系系统的国际际杂志出版版；19888年，美美国人口调调查局第一一次公开发发布TIGGER；11988年年，GISS Worrld 首首次发行；19899年，Inngegrraph 发布MGGE；4.用户时时代（900年代后）, 注重GGIS社会会应用与服服务，GIIS技术迅迅猛发展。控控件式GIIS成为GGISToools的的发展方向向;WebbGIS蓬蓬勃发展;三维GIIS崭露头头角。5.国外主主流GISS软件ARC/IINFO（AArcViiew、AArcObbjectt、ArccIMS），GENAMAP， MGE（Modular GIS Environment）（GeoMedia），MapInfo（Mapinfo Proserver、MapX、MapXtreme、 SpatialWare）， ERDAS 二、我国GGIS的发发展1.准备阶阶段（700年代）2.试验阶段段（80年代） 3.全面发发展阶段（90年代） 4.国产主主流GISS软件： GeooStarr ， MappGIS，SupeerMapp ，CityyStarr三、地理信信息系统的的发展趋势势(1)GIIS与遥感感和全球定定位系统进进一步结合合，构成地地理学日趋趋完善的技技术体系；(2) 空空间数据结结构与数据据管理的研研究更加深深入；(33) GIS应应用模型开开发日趋加加强；(4) GGIS智能能化；(55) GIS网网络化；(6) 三维GIIS的研究究不断深入入；(7) 宏宏观与微观观应用进一一步加强，并并形成新的的产业。第二章地理理数据结构构及其文件件组织学习目标 ··理解地理理空间信息息的概念 ··掌握地理理空间信息息的描述方方法 ··理解地理理数据分类类描述的方方法 ··理解和掌掌握地理空空间数据的的拓扑关系系 ··掌握栅格格和矢量数数据结构及及其编码方方法 ··了解栅格格与矢量数数据之间的的转化方法法重点：地理理空间数据据的拓扑关关系、两种种空间数据据结构的特特点及其编编码方法。难 点：拓拓扑结构、栅栅格数据编编码一、地理空空间信息1地理空空间（Geeograaphicc Spaace）是是指物质、能能量、信息息的形式与与形态、结结构过程、功功能关系上上的分布方方式和格局局及其在时时间上的延延续。2地理信信息 地理信息是是一个时空空过程，它它存在于一一定物质、能能量载体，并并能从一种种载体向另另一种载体体进行转移移，从而形形成所谓的的信息流。按按照认知关关系可将地地理信息载载体化分为为地理主体体和地理对对象两种。二、地理空空间信息的的描述是建立在地地理空间坐坐标系基础础上的地理坐标（经经度、纬度度）是描述述地理空间间信息最直直接的方法法。平面直角坐坐标系(XX,Y)建建立了对地地理空间良良好的视觉觉感，并易易于进行距距离、方向向、面积等等空间参数数的量算，以以及进一步步的空间数数据处理和和分析。地理信息系系统中的地地理空间，通通常就是指指经过投影影变换后放放在笛卡儿儿坐标中的的地球表层层特征空间间，它的理理论基础在在于旋转椭椭球体和地地图投影变变换。三、地理数数据的分类类描述定名（Noominool）量：定性而非非定量地对对众多地理理事物进行行区分和标标识。如北北京、天津津、石家庄庄等；长江江、黄河、鸭鸭绿江等；白洋淀、洪洪泽湖和太太湖等 顺序（Orrdinaal）量：通过排序序来区分和和标识地理理现象的量量称为顺序序量。它是是按照地理理数据的等等级序列，由由低到高（或或由高到低低）进一步步细分的 间隔（Inntervval）量量：利用某种种标准单位位（可以是是任意的）作作为间隔量量来表示不不同的量，是是一种较精精确区分和和标识地理理现象的测测量方法。 比率（Raatio）量量：比率量是是间隔量的的精确化。它它提供的定定量值是具具有真零值值而且测量量单位的间间隔是相等等的数据 第二节 地理空间间数据类型型 一、地理数数据的基本本特征空间特征：表示实体体的空间位位置或现在在所处的地地理位置。空空间特征又又称定位特特征或几何何特征，一一般用坐标标数据表示示。属性特征：表示实体体的特征。如如名称、分分类、质量量特征和数数量特征等等。时间特征：描述实体体随时间的的变化，其其变化的周周期有超短短周期的、短短期的、中中期的和长长期的。二、地理数数据的来源源地图数据：地图是地地理信息的的主要载体体，同时也也是地理信信息系统最最重要得信信息源 遥感数据：各种遥感感数据及其其制成的图图像资料（航航片、卫片片）包含着着及其丰富富的地理内内容，尤其其是先进的的卫星遥感感技术的广广泛应用，能能为地理信信息系统提提供源源不不断的、现现势性很强强的数据 统计数据、实实测数据及及各种文字字报告：各种地理要要素的统计计数据、实实验和各种种观测数据据、研究报报告等三、地理空空间数据的的类型1. 类型型数据：居居民点、交交通线、土土地类型分分布等。22. 面域域数据：多多边形中心心点、行政政区域界限限和行政单单元3. 网络数据据：道路交交叉点、街街道和街区区等。4. 样本本数据：气气象站、航航线和野外外样方的分分布区等。5. 曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。6. 文本数据：如地名、河流名和区域名称。7. 符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等。 第三节 地理信息的的空间关系系一、地理空空间数据的的拓扑关系系拓扑结构 是明确确定义空间间结构关系系的一种数数学方法。 在GIS中，它不但用于空间数据的组织，而且在空间分析和应用中都有非常重要的意义。1.地理空空间数据的的拓扑关系系拓扑邻接：同类元素之之间的拓扑扑关系。拓扑关联：不同类元素素之间的拓拓扑关系。拓扑包含：同类不同同级元素之之间的拓扑扑关系。2.地理空空间数据拓拓扑关系应应用价值（1）确定定地理实体体间的相对对空间位置置，无需坐坐标和距离离（2）利于于空间要素素查询（33）重建地地理实体二、地理空空间信息的的方向关系系n 方向关系：地理事物物在空间中中的相互方方位和排列列顺序。n 描述空间实实体的方向向关系，对对于点状空空间实体只只要计算两两点之间的的连线与某某一基准方方向的夹角角即可，该该夹角称为为连线的方方位角。基基准方向通通常有真子子午线方向向、磁子午午线方向和和坐标纵线线方向三种种。n 同样计算点点状和线状状空间实体体、点状和和面状空间间实体时，只只需将线状状和面状空空间实体视视为由它们们的中心所所形成的点点状实体，然然后按点状状实体来求求解方向关关系即可。三、地理空空间信息的的度量关系系n 度量空间关关系主要是是指空间对对象之间的的距离关系系。n 这种距离关关系可以定定量地描述述为特定空空间中的某某种距离，如如A实体距距离B实体体100mm。也可以以应用与距距离概念相相关的术语语，如远近近等进行定定性的描述述。第四节 地理信息息空间数据据结构 矢量数据结结构 矢量量结构是通通过记录坐坐标的方式式来表示点点、线、面面等地理实实体。 特点点：定位明明显，属性性隐含。 获取取方法： (1) 手工数字字化法； (2) 手扶跟踪踪数字化法法； (33) 数据据结构转换换法。栅格数据结结构 栅格格结构是以以规则的阵阵列来表示示空间地物物或现象分分布的数据据组织，组组织中的每每个数据表表示地理要要素的非几几何属性特特征。 特点点：属性明明显，定位位隐含。 获取取方法： (1) 手手工网格法法； (2) 扫扫描数字化化法； (3) 分分类影像输输入法；(4) 数数据结构转转换法。矢量结构与与栅格结构构的比较比较内容矢 量量 结 构栅 格 结 构数据结构复杂简单数据量小大图形精度高低图形运算、搜搜索复杂、高效效简单、低效效软件与硬件件技术不一致一致或接近近遥感影像格格式要求比较高高不高图形输出显示质量好好、精度高高， 但 成本比较较高输出方法快快速，质量量低，成本本比较低廉廉数据共享不易实现容易实现拓扑和网络络分析容易实现不易实现第三节 地理数据据的编码方方法一、编码的的概念和意意义地理数据编编码，是根根据GISS的目的和和任务，把把地图、图图像等资料料按一定数数据结构转转换为适于于计算机存存贮和处理理的数据过过程。地理理内容的编编码要反映映出地理实实体的几何何特征，以以及地理实实体的属性性特征，空空间数据的的编码是地地理信息系系统设计中中最重要的的技术步骤骤，它表现现由现实世世界到数据据世界之间间的界面，是是联结从现现实世界到到数据世界界的纽带。栅格结构编编码方法直接栅格编编码链码(chhain Encoodingg)游程长编码码(Runn_lenngth Encoodingg)块 码四叉树编码码(quaarterr_treee Enncodiing)3、游程长长度编码(1)只在在各行（或或列）数据据的代码发发生变化时时依次记录录该代码以以及相同代代码重复的的个数；逐个记录各各行（或列列）代码发发生变化的的位置和相相应代码。5、四叉树树编码是根据栅格格数据二维维空间分布布的特点，将将空间区域域按照4个个象限进行行递归分割割（2n××2 n，且且n>1），直直到子象限限的数值单单调为止，最最后得到一一棵四分叉叉的倒向树树。四叉树树分解，各各子象限大大小不完全全一样，但但都是同代代码栅格单单元组成的的子块，其其中最上面面的一个结结点叫做根根结点，它它对应于整整个图形。不不能再分的的结点称为为叶子结点点，可能落落在不同的的层上，该该结点代表表子象限单单一的代码码，所有叶叶子结点所所代表的方方形区域覆覆盖了整个个图形。从从上到下，从从左到右为为叶子结点点编号，最最下面的一一排数字表表示各子区区的代码。为了保证四四叉树分解解能不断的的进行下去去，要求图图形必须为为2n×2 n的的栅格阵列列。n 为为极限分割割次数，nn1是四四叉树最大大层数或最最大高度直接栅格编编码：简单单直观，是是压缩编码码方法的逻逻辑原型（栅栅格文件）；链码：压缩缩效率较高高，以接近近矢量结构构，对边界界的运算比比较方便，但但不具有区区域性质，区区域运算较较难；游程长度编编码：在很很大程度上上压缩数据据，又最大大限度的保保留了原始始栅格结构构，编码解解码十分容容易，十分分适合于微微机地理信信息系统采采用；块码和四叉叉树编码：具有区域域性质，又又具有可变变的分辨率率，有较高高的压缩效效率，四叉叉树编码可可以直接进进行大量图图形图象运运算，效率率较高，是是很有前途途的编码方方法。矢量结构编编码方法1、点实体体矢量编码码方法2、线实体体矢量编码码方法(1)唯一一标示码(2)线标标示码(33)起始点点 (4)终止点 (5)坐标标对序列 (6)显显示信息 (7)非非几何属性性3、多边形形矢量编码码方法多边形环路路法: 由多边形形边界的xx,y坐标标队集合及及说明信息息组成树状索引编编码法: 对所有边边界点数字字化，将坐坐标对以顺顺序方式存存储，由点点索引与边边界线号相相联系，以以线索引与与各多边形形相联系树状索引法法拓扑结构编编码法: 形成完整整的拓扑结结构四、属性数数据编码方方法1.编码内内容 （1）登登录部分（22）分类部部分（3）控控制部分2.编码原原则 （1）管管理效率高高（2）适适用性好（33）接口方方便第六节 矢量结构构与栅格结结构的相互互转换一、矢量数数据结构向向栅格数据据结构的转转换l 矢量数据转转换成栅格格数据后，图图形的几何何精度必然然要降低，所所以选择栅栅格尺寸的的大小要尽尽量满足精精度要求，使使之不过多多地损失地地理信息。为为了提高精精度，栅格格需要细化化，但栅格格细化，数数据量将以以平方指数数递增，因因此，精度度和数据量量是确定栅栅格大小的的最重要的的影响因素素。l 栅格尺寸确确定 计算若干干个小图斑斑的面积SS（i11，2，n）； 求小图斑斑面积平均均值； 求栅格尺尺寸L（）11/2。一、矢量数数据结构向向栅格数据据结构的转转换 点的栅格化化 直线栅格化化 直直线插补法法扫描线法面域的栅格格化 直线插补法法扫描线法二、栅格数数据结构向向矢量数据据结构的转转换1、多边形形边界提取取2、边界线线追踪：边边界线跟踪踪的目的就就是将写入入数据文件件的细化处处理后的栅栅格数据，整整理为从结结点出发的的线段或闭闭合的线条条，并以矢矢量形式存存储于特征征栅格点中中心的坐标标3、拓扑关关系生成：对于矢量量表示的边边界弧段，判判断其与原原图上各多多边形空间间关系，形形成完整的的拓扑结构构，并建立立与属性数数据的联系系。4、去除多多余点及曲曲线圆滑：由于搜索索是逐个栅栅格进行的的，必须去去除由此造造成的多余余点记录，以以减少冗余余。第三章 GGIS数据据管理学习目标：1、掌握数数据的层次次单位 2、了解解数据间的的逻辑关系系3、了解常常用的数据据文件 4、了解解数据库的的基本概念念5、了解数数据库的特特点和结构构 6、理理解数据库库管理系统统、数据安安全和数据据更新7、理解传传统数据库库模型重点：数据据库模型的的分类和特特点难点：面向向对象的数数据库模型型第一节 数据层次次与文件组组织数据项：最最基本的不不可分割的的数据单位位,具有独独立的逻辑辑意义数据项组：逻辑上具具有某种共共同标志的的若干数据据项组成的的记录：数据据项或数据据项组集合合,对文件件进行存取取操作的基基本单位文件：给定定类型逻辑辑记录的全全部具体值值的集合数据库：文文件的集合合，文件之之间存在某某种联系，不不能孤立存存在二、常用数数据文件顺序文件：它是物理理顺序与逻逻辑顺序一一致的文件件随机文件：文件中的的贮存是根根据记录关关键字的值值，通过某某种转换方方法得到一一个物理存存贮位置，然然后把记录录存贮在该该位置上。索引文件：即带有索索引的文件件，它只能能建立在随随机存取介介质上倒排文件：按照一些些辅关键字字来组织索索引称为辅辅索引，带带有这种辅辅索引的文文件称为倒倒排文件二、数据库库分类存储信息特特征事物管理数数据库地理信息数数据库（1）用户户级 用户使用用的数据库库对应于外外部模式，它它是用户与与数据库的的接口，也也就是用户户能够看到到的那部分分数据库，它它是数据库库的一个子子集。（2）概念念级 概念数据据库对应于于概念模式式，简称模模式，是对对整个数据据库的逻辑辑描述，也也就是数据据库管理员员看到的数数据库。（3）物理理级 物理数据据库对应于于内模式，又又称为存贮贮模式，内内模式描述述的是数据据在存贮介介质上的物物理配置与与组织，是是存放数据据的实体，也也是系统程程序员才能能看到的数数据库。数据库管理理系统 ：数据库管管理系统是是处理数据据库存取和和各种管理理控制的软软件，应用用程序对数数据库的操操作全部通通过DBMMS进行。 数据库定义义：提供书书写各种模模式的语言言及其支撑撑软件，并并把各种定定义信息也也存贮于系系统之中。它它勾画出数数据库的框框架。数据库的装装入 ：应应用数据装装入数据库库 aa)键盘输输入； bb)接受另另一个系统统的数据文文件数据管理：运行控制制，数据存存取、更新新；数据完完整性、有有效性；数数据公享。数据库维护护 ：重新新定义，数数据重新组组织；性能能监督与分分析；数据据库整理；故障恢复复；数据库通讯讯 ：操作作系统接口口处理，各各种语言接接口；远程程操做接口口处理。DBMS组组成语言处理程程序：数据描述述语言（DDDL），数据操作作语言（DDML）；终端命令令解译。运行控制程程序：系统统控制，数数据存取；数据更新新；并发控控制；数据据完整性。建立与维护护程序：数数据装入，性性能监控；工作日志志；重新组组织；数据据转储；系系统恢复。SQL语言言：数据查查询（ Datta Quuery）数据定义义（ Datta Deefiniitionn）数据操纵（ Datta Maanipuulatiion）数据控制制（ Datta Coontrool）数据库管理理员1、决定数数据库的信信息内容22、数据库库系统的联联络员3、决定存存储结构和和访问策略略4、决定系系统的保护护策略 5、监监督系统工工作第二节 传统数数据库模型型1. 关系系模型关系模型关系模型是是一种数学学化的模型型，它是将将数据的逻逻辑结构归归结为满足足一定条件件的二维表表。实体本本身的信息息以及实体体之间的联联系均表现现为二维表表，在数学学上把这种种二维表叫叫做“关系”。这些关关系表的集集合就构成成了关系模模型。 关关系模型主主要优点是是：数据结结构灵活、清清晰，可以以通过数学学运算进行行各种查询询、计算和和修改；数数据描述具具有较强的的一致性和和独立性。缺缺点时当关关系很复杂杂时，计算算机需要执执行一系列列的数据操操作，比较较费时。层次模型结结构层次层次模模型所表达达的基本联联系是一对对多的关系系，它把数数据按其自自然的层次次关系组织织起来，以以反应数据据之间的隶隶属关系。层次模型的的优点是模模型层次分分明、结构构清晰，较较容易实现现。尽管每每个记录只只有一个双双亲，当从从子女查找找双亲，只只有唯一的的结果，但但查找比较较麻烦，需需要大量的的索引文件件，而且某某种属性值值可能要重重复多次，导导致数据冗冗余度增加加，当对层层次模型进进行修改时时，只有当当新记录有有上属记录录时才能插插入。删除除一个记录录其所有下下属记录也也同时被删删除。第三节 地理空间间数据库一. 地理理空间数据据与空间位置置有关的各各种地理信信息，或者者是可以用用地图来描描述的各种种地理信息息。1. 位置置信息2. 资源与与环境信息息3. 社会会经济信息息二. 地理理空间数据据库的数据据结构拓扑结构拓拓扑结构多边形结构构格网结构点记录文件件结构三. 地理理空间数据据库的内容容由于地理空空间数据的的多源性，就就决定了地地理空间数数据库的多多样性。地地理信息数数据来自完完全不同的的领域和部部门，数据据的形式有有图形、图图像、文字字、统计等等多种类别别。目前地地理空间数数据库包括括如下几种种“分立”的子数据据库。(1)以地地形内容为为代表的地地理基础数数据库。(2)以统统计数据为为代表的专专题数据库库。(3)以遥遥感图像数数据为代表表的栅格数数据库。(4)以DDTM、环环境监测数数据为代表表的网格数数据库四.地理数数据库的设设计过程了解用户需需求 确定研研究区域范范围 组织和描描述数据 定义数据据库结构 分区 数据输入入数据字典(数据目录录、元数据据)（ MettaDatta 1. 定义：描述述数据库中中各种数据据属性与组组成的数据据集合，它它是数据库库设计与管管理的有力力工具。 简言之：关于数据据的数据2. 数据字典的的主要内容容： 数据项项（数据项项名、含义义、类型、长长度、取值值等） 数据结结构（数据据结构名、组组成成分、等等） 数据流流（数据流流名、流入入流出过程程名、组成成等） 数据存存储（存储储名、数据据量、存取取方式、操操作方式） 加工过过程（加工工过程名、加加工的简要要说明）第四节 面向对象象数据库系系统1、传统数数据库管理理地理空间间数据的局局限性l 传统数据库库系统管理理的是不连连续的、相相关性较小小的数字和和字符l 传统数据库库系统管理理的实体类类型较少，并并且实体类类型之间通通常只有简简单、固定定的空 间关系l 传统数据库库系统存贮贮的数据通通常为等长长记录的原原子数据l 传统数据库库系统只操操纵和查询询文字和数数字信息2、向对象象方法中的的基本概念念 (1)对对象与封装装性(2)分类(33)概括 (4)联联合 (55)聚集面向对象方方法的集合合抽象类型型A、空间地地物的几何何数据模型型B、拓扑关关系与面向向对象模型型 这一模型既既解决了数数据共享问问题，又建建立了弧段段与节点的的拓扑关系系。同样，面面状地物对对弧段的聚聚集方式与与数据共享享和几何拓拓扑关系的的建立也达达到一致。 数据管理设设计l 文件管理l 系数据库管管理l 文件结合关关系数据库库管理l 面向对象数数据库管理理3、向对象象方法的数数据抽象技技术和数据据抽象工具具4、面向对对象的集合合抽象类型型5、面向对对象的属性性数据模型型6、面向对对象数据库库系统的实实现第四章地理理数据输入入与处理第一节 数字字采集方式式1. 手工工方式：通过手工工在计算机机终端上输输入数据，主主要是键盘盘输入。主要用于属属性数据的的输入。2. 手扶扶跟踪化数数字方式：手扶跟踪踪数字化仪仪是一种图图形数字化化设备，是是目前常用用的地图数数字化方式式 （生成矢矢量数据。）3. 扫描描方式：扫描仪是是一种图形形、图象输输入设备，可可以快速地地将图形、图图象输入计计算机系统统，是目前前发展最快快的数字化化设备 （生成栅格格数据。）4. 影像像处理和信信息提取方方式：从遥感影影像上直接接提取专题题信息。5. 数据据通讯方式式：联网方式式下，信息息系统内部部各子系统统之间以及及与其它信信息系统之之间实现信信息交流和和信息共享享的主要方方式。数据采集系系统功能1.图形数数字化：驱动数字字化仪、扫扫描仪等数数字化设备备。对影像像、图形、数数字等多种种形式、多多方来源的的信息实现现自动、半半自动或人人工的数字字化，建立立空间数据据库。2.数据的的编辑：数据查询询、修改、更新、图形分割割与拼接、图形缩放放、比例尺转转换3.拓扑关关系生成：大多数GIIS系统都都采用基于于拓扑结构构模型的GGIS数据据库，一些些系统具有有拓扑关系系的自动生生成功能，由由矢量数据据自动生成成多边形，并并根据相应应的多边形形内部点文文件，生成成多边形边边界的左右右多边形信信息并识别别岛状多边边形，大大大减少了编编辑工作量量。4.基本量量算：（1）质质心量算 对地理分布布变化的跟跟踪；计算算目标物对对周围地区区的经济辐辐射范围。例例如，应用用质心量测测分析人口口变迁、经经济增长级级等。（2）几几何量算 自动快速的的计算三维维目标的表表面积、体体积，各类类多边形的的的周长、面面积，各类类线段的曲曲率、方向向，以及点点状物体的的坐标等。如如公路、铁铁路线的长长度，各种种土地类型型的面积量量算，道路路设计中的的土石方量量算等。5.数据结结构转换：矢量数据据-栅格格数据，栅格数据据-矢量量数据二值化>>细化>填充空隙隙>矢量追踪踪>矢量数据据6.地理数数据库建立立：地理数据据库四种方方式:（1）全部部采用文件件管理 （2）文件件结合关系系数据库管管理 （3）.全全部采用关关系数据库库管理 （4）重新新设计具有有空间数据据和属性数数据管理和和分析功能能的数据库库系统（OOODBMSS）第三节 地图数数字化一、手扶跟跟踪数字化化数字化仪组组成、数字字化方式、操操作步骤数字化仪的的工作方式式操作方式式1点方式式 每次定标标器的键被被按下，感感应板发送送一对坐标标数据到计计算机。2开关流流方式 在定标器器上，每按按下一次键键，即将一一组坐标数数据发送到到计算机。当当用数字化化来输入一一条连续曲曲线是很有有效。3连续流流方式 不论定标标器的键是是否按下，数数字化仪每每个一定的的时间就向向计算机发发送坐标数数据，即是是不可控的的。4增量方方式 当定标器器在感应板板上移动某某个距离，数数字化仪就就发送一对对绝对坐标标数据。数字化仪的的工作方式式输出格式式1ASCC格式 2二进进制输出格格式二、扫描矢矢量化 扫扫描仪原理理、处理流流程、操作作方式 扫描仪数字字化方法1、扫描仪仪的工作原原理 2、扫描描仪的使用用方法3、扫描数数字化4、地图扫扫描数据处处理：二值化、细化、矢量化、冗余去除除、断线修复复、要素提取取、符号识别别、属性赋值值GIS与遥遥感的结合合一、结合的的必要性二、结合的的途径1. 发展标准的的空间数据据交换格式式2. 建立能综合合处理矢量量数据与栅栅格数据的的GIS3. GIS软件件与遥感图图像处理系系统之间建建立接口地图数据处处理数据处理的的概念一 、数据据处理的概概念：对采采集的各种种数据，按按照不同的的方式方法法对数踞进进行编辑运运算，清除除数据沉余余，弥补数数据缺失，形形成符合用用户要求的的数据文件件格式二、 数据据处理的内内容：数踞踞编辑、数数据压缩、数数据变换、数数据格式转转换、空间间数据内插插边沿匹配、数数据提取三、 数据据处理的意意义：空间间数据有序序化、检验验数据质量量、实现数数据共享、提提高资源利利用效果空间数据处处理的方法法1.平面坐坐标变换（3）比例例变换（图图形缩放） 点可以通过过对其P（x，y）坐标分别别乘以各自自的比例因因子Sx和Sy来改变变它们到坐坐标原点的的距离。 x=x··Sx x=x0+(x- xx0) ·Sx y=y··Sy y=y0+(y- yy0) ·Sy（4）地图图投影变换换 当系统使用用的数据来来自不同地地图投影的的图幅时，需需要将一种种投影的数数字化数据据转换为所所需要投影影的坐标数数据正解变换：通过建立立两个投影影的解析关关系式，直直接把一种种投影坐标标 ( xx , yy ) 变变换成另一一种投影的的坐标 ( X , Y )反解变换：由一种投投影的坐标标 (x,y)反解解出地理坐坐标（,) ，然后后再将地理理坐标代入入另一种投投影公式中中，求出该该投影下的的直角坐标标（X,YY)数值变换：根据两种种投影在变变换区内若若干同名的的坐标点，采采用插值法法、有限差差分法、待待定系数法法等，实现现不同投影影之间的转转换2.空间数数据的压缩缩处理3.空间数数据类型的的转换（1）矢量量向栅格转转换：网格尺寸寸的确定、点的网格格化、直线网格格化 、多边形网网格化（2）栅格格向矢量转转换 ：网格尺寸寸的确定、点的网格格化、直线网格格化 、多边形网网格化 4.空间数数据插值（1）离散散空间：空空间具有跳跳跃特征（土土地利用类类型），重重要变化发发生在边界界上，边界界内的变化化则是均匀匀的，同质的，即即在各个方方面都是相相同的。 邻近元法法：以最相相邻近图元元的特征值值表征未知知图元的特特征值。 （2）连续续空间：空空间具有渐渐变特征（地地形表面），内内插技术必必须采用连连续的空间间渐变模型型实现这些些连续变化化，可用一一种平滑的的数学表面面加以描述述。这类技技术可分为为整体拟合合和局部拟拟合技术两两大类。 整体拟合技技术：拟合模型型是由研究究区域内所所有采样点点上的全部部特征观测测值建立的的。通常采采用的技术术是整体趋趋势面拟合合。这种内内插技术一一般用于模模拟大范围围内的变化化，而不能能提供内插插区域的局局部特性 局部拟合技技术则是仅仅仅用邻近近的数据点点来估计未未知点的值值，而不受受局部范围围外其它点点的影响。