地理信息系统原理课件.pptx

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1、武汉大学资源环境学院武汉大学资源环境学院 游涟游涟地理信息系统原理地理信息系统原理(Principles of Geographic Information System)参考书参考书1、地理信息系统教程（胡鹏等）、地理信息系统教程（胡鹏等）2、地理信息系统原理与方法（吴信才）、地理信息系统原理与方法（吴信才）3、地理信息系统原理、方法和应用（邬伦等）、地理信息系统原理、方法和应用（邬伦等）地理信息系统原理GISGIS第一章第一章绪绪论论 课程意义课程意义当前时代当前时代特点要求特点要求GIS发展发展迅速迅速专业要求专业要求 随着信息资源的爆炸式扩张，人们的工作重随着信息资源的爆炸式扩张，人们

2、的工作重点已从单纯的物质生产转移到对信息的处理上点已从单纯的物质生产转移到对信息的处理上 随着社会进步，人类认识到对资源的利用不随着社会进步，人类认识到对资源的利用不能简单掠夺，应该合理地开发、利用与保护能简单掠夺，应该合理地开发、利用与保护信息产业空前发展，已成为当代经济发展的信息产业空前发展，已成为当代经济发展的重要特点，其中重要特点，其中80%的信息与空间分布有关的信息与空间分布有关在社会、经济和管理等部门得到全面发展和应用在社会、经济和管理等部门得到全面发展和应用投入使用的投入使用的GIS系统每系统每23年翻一番年翻一番越来越多的地区性和国际性会议以越来越多的地区性和国际性会议以GIS

3、为主题为主题 社会急需社会急需GIS专业人才专业人才地理信息系统原理GISGIS 课程内容课程内容什么是什么是GIS？能做什么？能做什么？GIS的概念、组成、的概念、组成、功能、应用等功能、应用等GIS数据结构数据结构数据的输入、处理、数据的输入、处理、管理、空间分析等管理、空间分析等如何实现？如何实现？如何发展？如何发展？GIS发展热点发展热点地理信息系统原理GISGIS1基本概念基本概念如何为公园选如何为公园选择合理位置？择合理位置？依山傍水依山傍水交通方便交通方便环境幽静环境幽静方案方案2 2条件条件2 2方案方案1 1条件条件1 1处理、分析处理、分析空间分析空间分析算法算法空间空间数

4、据库数据库存储存储现实世界现实世界获取获取植被信息植被信息+道路信息道路信息+水系信息水系信息+地形信息地形信息地理信息系统原理GISGIS 信息与数据信息与数据 是现实世界在人们头脑中的反映。是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数据、符号、声音、图象等它以文字、数据、符号、声音、图象等形式记录下来进行传递或处理，为人们形式记录下来进行传递或处理，为人们的生产、管理、决策等提供依据。的生产、管理、决策等提供依据。概概念念信信息息特特性性客观性客观性（任何信息都与客观事物相联系任何信息都与客观事物相联系）适用性适用性（针对不同问题需要不同种类的信息针对不同问题需要不同种类的信息）传输性传输性

5、（可在发送者和接受者间传输可在发送者和接受者间传输）共享性共享性（可传输给多个用户共享而本身无损失可传输给多个用户共享而本身无损失）地理信息系统原理GISGIS数据数据 指输入到计算机中并能被计算机进行指输入到计算机中并能被计算机进行处理的一切现象（数字、文字、符号、声处理的一切现象（数字、文字、符号、声音、图象等）。在计算机环境中它是描述音、图象等）。在计算机环境中它是描述实体或对象的唯一工具。实体或对象的唯一工具。数据数据信息信息内内涵涵表表达达是数据的内是数据的内容和解释容和解释只有对数据只有对数据做必要的处做必要的处理才能得到理才能得到信息信息仅是载荷信仅是载荷信息的物理符息的物理符号

6、，没有任号，没有任何实际意义何实际意义格式与具体格式与具体设备相关设备相关地理信息系统原理GISGIS 地理信息与地学信息地理信息与地学信息 是表示地理系统是表示地理系统诸要素的数量、质诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、声音、图象等的总称。是数字、文字、声音、图象等的总称。是与研究对象的与研究对象的空间地理分布空间地理分布有关的信息。有关的信息。概概念念地地理理信信息息特特性性地域性地域性（属于空间信息，具有定位特征属于空间信息，具有定位特征）多层次性多层次性（具有多维结构特征，同一位置上可具有多维结构特征，同一位置上可有多个专题和

7、属性有多个专题和属性）动态性动态性（时序特征）（时序特征）（随时间而变化的动态变随时间而变化的动态变化特征化特征）地理信息系统原理GISGIS地学地学信息信息 与人类居住的地球有关的信息都是地与人类居住的地球有关的信息都是地学信息。具有无限性、多样性、灵活性、学信息。具有无限性、多样性、灵活性、共享性等特点。共享性等特点。地理信息地理信息信息源信息源不同不同地学信息地学信息（范围广）（范围广）地表地表地下地下大气层大气层宇宙空间宇宙空间地球表面的地球表面的岩石圈岩石圈水圈水圈大气圈大气圈人类活动等人类活动等地理信息系统原理GISGIS 信息系统与地理信息系统信息系统与地理信息系统 由相互作用和

8、相互依赖的若干组成部由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。分结合而成的具有特定功能的有机整体。系统系统信息系统信息系统 能对数据和信息进行采集、存储、加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、分析和表达数系统。具有采集、管理、分析和表达数据的能力。据的能力。信息信息系统系统 从适用于不同管理层次角度出发可分从适用于不同管理层次角度出发可分为：事务处理系统、管理信息系统、决为：事务处理系统、管理信息系统、决策支持系统、人工智能、专家系统等。策支持系统、人工智能、专家系统等。类型类型地理

9、信息系统原理GISGIS地理信息系统地理信息系统（不同的应用领域与专业对它的理解不同）（不同的应用领域与专业对它的理解不同）是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统。空间数据的计算机系统。（英国教育部（英国教育部）为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。据而建立的计算机化的数据库管理系统。（美国国家地（美国国家地理信息与分析中心）理信息与分析中心）在计算机软件和硬件的支持下，运用系统工程和在计算机软件和硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科

10、学管理和综合分析具有空间内涵信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。信息的技术系统。（黄杏元）（黄杏元）本书中提到的几种定义本书中提到的几种定义归纳为：地图观点、数据库观点、空间分析观点归纳为：地图观点、数据库观点、空间分析观点地理信息系统原理GISGIS地理地理信息信息系统系统处理、管理处理、管理的对象的对象多种地理空间实多种地理空间实体数据及其关系体数据及其关系特定而重要的特定而重要的空间信息系统空间信息系统外部表现为计算机软硬件系统外部表现为计算机软硬件系统操作对象是地理实体

11、操作对象是地理实体（技术难点）（技术难点）技术优势在于混合数据结构、强大的空间分析能技术优势在于混合数据结构、强大的空间分析能力等力等（研究核心）（研究核心）与地理学和测绘学等有密切的关系与地理学和测绘学等有密切的关系（依托、手段）（依托、手段）地理信息系统原理GISGISGIS空间数据与空间数据与属性数据的联合体属性数据的联合体GIS与其它与其它IS间的关系间的关系图片摘自张超图片摘自张超地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GISGIS信息系统信息系统（IS）非空间信息系统非空间信息系统空间信息系统空间信息系统（SIS）非地理信息系统非地理信息系统CAD/CAMG

12、IS专题专题地籍地籍城市管线城市管线城市规划城市规划与管理与管理区域资源区域资源与环境与环境MIS综合综合地理信息系统原理GISGIS 数据库中的一些数据库中的一些基本技术基本技术是是GIS广广泛使用的核心技术泛使用的核心技术 共同管理、分析共同管理、分析和应用空间数据和和应用空间数据和属性数据属性数据 侧重于非图形数侧重于非图形数据（属性数据）的据（属性数据）的优化存储与查询优化存储与查询 无拓扑关系无拓扑关系 不能对空间数据不能对空间数据进行查询、检索、进行查询、检索、分析分析 GISMIS电话查号台只能回答电话查号台只能回答用户询问的电话号码用户询问的电话号码通信通信GIS还可提供与用户

13、还可提供与用户有关的空间关系信息有关的空间关系信息地理信息系统原理GISGISGIS与与CAD共同点共同点不同点不同点有空间坐标系统有空间坐标系统能将目标和参考能将目标和参考系联系起来系联系起来都能描述图形数都能描述图形数据的拓扑关系据的拓扑关系都能处理属性和都能处理属性和空间数据空间数据研究对象为人造研究对象为人造对象（规则几何图对象（规则几何图形及组合）形及组合）图形功能特别是图形功能特别是三维图形功能强，三维图形功能强，属性库功能相对较属性库功能相对较弱弱拓扑关系较为简拓扑关系较为简单单一般采用几何坐一般采用几何坐标系标系CADGIS处理的数据大多处理的数据大多来自于现实世界，更来自于现

14、实世界，更复杂，数据量更大；复杂，数据量更大；数据采集的方式多样数据采集的方式多样化化属性库结构复杂，属性库结构复杂，功能强大功能强大强调对空间数据的强调对空间数据的分析，图形属性交互分析，图形属性交互使用频繁使用频繁采用地理坐标系采用地理坐标系地理信息系统原理GISGISGIS与与CAM共同点共同点不同点不同点地图输出地图输出空间查询空间查询分析和检索分析和检索等功能等功能侧重于数据查询、侧重于数据查询、分类及自动符号化，分类及自动符号化，具有地图辅助设计和具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图产生高质量矢量地图的输出机制的输出机制 强调数据显示而不强调数据显示而不是数据分析，地理数是数据分析

15、，地理数据往往缺乏拓扑关系据往往缺乏拓扑关系 与数据库的联系通与数据库的联系通常是一些简单的查询常是一些简单的查询 CAMGISCAM是它的重要是它的重要组成部分组成部分综合图形和属性数综合图形和属性数据进行深层次的空间据进行深层次的空间分析，提供辅助决策分析，提供辅助决策信息信息地理信息系统原理GISGIS软件软件硬件硬件数据数据用户用户2GIS的组成的组成 支持数据采集、存储、加工、回答用支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统户问题的计算机程序系统（计算机系统软计算机系统软件、地理信息系统软件和其它支持软件、件、地理信息系统软件和其它支持软件、应用分析程序应用分析程序）GI

16、S的服务对象的服务对象（分为一般用户和从（分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户）事建立、维护、管理和更新的高级用户），是是GIS中的重要构成因素中的重要构成因素各种设备各种设备（计算机主机、数据输入设（计算机主机、数据输入设备、数据存储设备、数据输出设备、数据备、数据存储设备、数据输出设备、数据通信传输设备）通信传输设备）系统分析与处理的对象、构成系统的应系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础用基础（空间数据、非空间的属性数据）空间数据、非空间的属性数据）地理信息系统原理GISGIS功功能能硬硬件件配配置置数字化仪、解析测图仪、数字化仪、解析测图仪、扫描仪、遥感处理设备等扫描仪

17、、遥感处理设备等计算机计算机硬盘、光盘等存储设备硬盘、光盘等存储设备打印机、绘图仪、打印机、绘图仪、显示终端等显示终端等服务器、网络适配器、服务器、网络适配器、传输介质、调制解调器等传输介质、调制解调器等输输入入存储处理存储处理输输出出网网络络 GIS的硬件配置的硬件配置地理信息系统原理GISGIS GIS的软件配置的软件配置GIS应用软件应用软件操作系统操作系统用户界面用户界面数据库数据库硬件硬件GIS专业平台软件专业平台软件GIS的的软件层次软件层次GIS应用软件在应用软件在GIS软软件层次的外层，外层以内件层次的外层，外层以内层软件为基础，共同完成层软件为基础，共同完成用户指定的任务。用

18、户指定的任务。地理信息系统原理GISGISGIS的基础的基础软件主要模块软件主要模块图形及属性图形及属性编辑编辑空间数据输入与转换空间数据输入与转换空间数据管理系统空间数据管理系统制图与输出制图与输出空间查询与空间查询与空间分析空间分析地理信息系统原理GISGIS3GIS的功能和应用的功能和应用数据采集数据采集与输入与输入数据编辑数据编辑与更新与更新数据存储数据存储与管理与管理空间查询空间查询与分析与分析数据显示数据显示与输出与输出空间查询空间查询叠加分析叠加分析缓冲区分析缓冲区分析地形分析地形分析网络分析网络分析 GIS的功能的功能GIS能做什么能做什么地理信息系统原理GISGIS文字报告文

19、字报告遥感图象遥感图象现实世界现实世界数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪解析测图仪解析测图仪键盘键盘 等等空间空间数据库数据库编辑、接边、分层、编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等图形与属性连接、加注记等 数据采集与输入数据采集与输入 原始原始数据数据数据数据输入输入工工具具地理信息系统原理GISGIS空间空间数据库数据库空间查询空间查询 空间查询与分析空间查询与分析 属性查询属性查询78路公路公交站点交站点哈尔滨哈尔滨在哪里在哪里空间查询空间查询地理信息系统原理GISGIS空间空间数据库数据库叠加分析叠加分析空间检索空间检索坡度小于坡度小于3度度的地形信息的地形信息地价地价1万万/m2+满足

20、两条件满足两条件的区域的区域为某工厂选址为某工厂选址（地价（地价1万万/m2且地形起且地形起伏较小的区域）伏较小的区域）地理信息系统原理GISGIS空间空间数据库数据库缓冲区分析缓冲区分析道路的噪声道路的噪声影响范围影响范围街道中心线街道中心线空间检索空间检索地理信息系统原理GISGIS空间空间数据库数据库网络分析网络分析哪条路最近哪条路最近如何乘车如何乘车道路信息道路信息空间检索空间检索地理信息系统原理GISGIS地形分析地形分析空间空间数据库数据库地形信息地形信息空间检索空间检索航道淤积挖槽航道淤积挖槽方案比较方案比较地理信息系统原理GISGIS 数据显示与输出数据显示与输出 空间空间数据

21、库数据库各种需求各种需求各种信息各种信息空间检索空间检索地理信息系统原理GISGIS GIS的主要应用领域的主要应用领域主要应用主要应用领域领域区域城乡区域城乡规划规划灾害监测灾害监测环境评估环境评估作战指挥作战指挥交通运输交通运输宏观决策宏观决策资源管理资源管理商业、通讯、商业、通讯、日常生活等领域日常生活等领域地理信息系统原理GISGIS 资源管理资源管理 图片摘自张超主编的图片摘自张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘如：如：A、加拿大应用、加拿大应用GIS完成全国土地资源潜力和估算完成全国土地资源潜力和估算B、中国西南地区国土资源信息系统、中国西南地区国土资源信息系

22、统GIS最初起源最初起源于资源清查，是于资源清查，是GIS的最基本的的最基本的职能。资源清查职能。资源清查包括对资源的清包括对资源的清查、管理、土地查、管理、土地利用规划、野生利用规划、野生动物的保护等。动物的保护等。地理信息系统原理GISGIS 区域城乡规划区域城乡规划 将许多不同性将许多不同性质与特点、涉及多质与特点、涉及多方要素的问题（如方要素的问题（如资源、人口、经济资源、人口、经济等）统一到城市系等）统一到城市系统之中，进行城市统之中，进行城市和区域多目标的开和区域多目标的开发与规划（包括城发与规划（包括城镇总体规划、道路镇总体规划、道路交通规划，公共设交通规划，公共设施配置等）。施

23、配置等）。图片摘自张超主编的图片摘自张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GISGIS 灾害监测灾害监测 GIS方法和多方法和多时相的遥感数据，时相的遥感数据，可以有效地用于洪可以有效地用于洪水灾情监测和淹没水灾情监测和淹没损失估算，确定泄损失估算，确定泄洪区内人员撤退、洪区内人员撤退、财产转移和救灾物财产转移和救灾物资供应的最佳路线资供应的最佳路线等，为救灾抢险和等，为救灾抢险和防洪决策提供及时防洪决策提供及时准确的信息。准确的信息。图片摘自张超主编的图片摘自张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GISGIS 环境评估环

24、境评估 图片摘自张超主编的图片摘自张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GISGIS 作战指挥作战指挥 图片摘自张超主编的图片摘自张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GISGIS 交通运输交通运输 图片摘自张超主编的图片摘自张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GISGIS 宏观决策宏观决策 GIS利用地理利用地理数据库，构建一系数据库，构建一系列决策模型，通过列决策模型，通过比较分析，可为国比较分析，可为国家宏观决策提供依家宏观决策提供依据。例如我国在三据。例如我国在三峡地区的研究中

25、通峡地区的研究中通过利用过利用GIS和机助和机助制图的方法，建立制图的方法，建立了环境监测系统，了环境监测系统，为三峡工程提供了为三峡工程提供了可靠数据。可靠数据。图片摘自张超主编的图片摘自张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GISGIS4GIS与相关学科间的关系与相关学科间的关系GIS地理学地理学测绘学测绘学地学地学数学数学其他应其他应用科学用科学计算机科学计算机科学地图学地图学RS、GPS拓扑学拓扑学统计分析统计分析几何学几何学数据库数据库理论理论软件软件工程工程计算机计算机图形学图形学图象图象处理处理人工人工智能智能网络网络计算计算地理信息系统原理G

26、ISGIS5GIS的发展过程的发展过程GIS起源于人口普查、土地调查和自动制图，起源于人口普查、土地调查和自动制图，1960年加拿年加拿大测量学家提出了把地图变成数字形式的地图，大测量学家提出了把地图变成数字形式的地图，1963年又提出年又提出GIS这一术语，并建立了这一术语，并建立了第一个第一个GIS加拿大加拿大GIS，随后，随后GIS在全世界迅速发展起来。在全世界迅速发展起来。60年代年代探索时期探索时期70年代年代巩固时期巩固时期80年代年代实破阶段实破阶段90年代年代全面应用全面应用国国际际发发展展状状况况70年代年代准备阶段准备阶段80年代年代试验起步试验起步90年代年代发展阶段发展

27、阶段96以后以后产业化阶段产业化阶段我我国国发发展展状状况况地理信息系统原理GISGIS第二章第二章空间数据结构空间数据结构GIS是通过对空间数据的管理、分析而提供有是通过对空间数据的管理、分析而提供有用的信息，如何组织数据便于管理、分析，就成为用的信息，如何组织数据便于管理、分析，就成为首要考虑的问题。首要考虑的问题。GIS的空间数据结构主要是指空间数据的编排的空间数据结构主要是指空间数据的编排方式和组织关系。方式和组织关系。GIS软件支持的主要空间数据结构有软件支持的主要空间数据结构有基于矢量基于矢量的数据结构和基于栅格的数据结构。的数据结构和基于栅格的数据结构。地理信息系统原理GISGI

28、S1空间实体及其描述空间实体及其描述 空间实体空间实体（地理实体）（地理实体）是指自然界现象和社会经济事件中是指自然界现象和社会经济事件中不能再分割不能再分割的单的单元，是描述、反映空间对象的单位，它是一个概括性的、元，是描述、反映空间对象的单位，它是一个概括性的、复杂的、具有相对意义的概念。一般具有：标识符、位复杂的、具有相对意义的概念。一般具有：标识符、位置、空间特征、属性特征、功能属性。置、空间特征、属性特征、功能属性。“不能再分割不能再分割”是一个相对的概念。例如，在小比例是一个相对的概念。例如，在小比例尺地图上一个城市（武汉）就是一个实体，可用点表示，尺地图上一个城市（武汉）就是一个

29、实体，可用点表示，不能再分割，而在大比例尺的城市地图上，要详细表达不能再分割，而在大比例尺的城市地图上，要详细表达房屋、街道等，所以城市必须再分割，应将房屋、街道房屋、街道等，所以城市必须再分割，应将房屋、街道等作为研究的地理实体。等作为研究的地理实体。地理信息系统原理GISGIS 实体特征实体特征空间维数空间维数（0、1、2、3维）维）实体类型实体类型点状实体点状实体（0维）维）线状实体线状实体（1维）维）面状实体面状实体（2维）维）体状实体体状实体（3维）维）实体间的实体间的空间关系与组合空间关系与组合主要为拓扑关系主要为拓扑关系一般为名称、属性等一般为名称、属性等实实体体特特征征空间空间

30、特征特征属性特征属性特征时间特征时间特征随时间而变化的特征随时间而变化的特征地理信息系统原理GISGIS地理信息系统原理GISGIS依表示对象不同分依表示对象不同分 空间数据类型与描述空间数据类型与描述类型类型依数据来源不同分依数据来源不同分 地图数据、地形数据、地图数据、地形数据、属性数据、元数据、属性数据、元数据、影像数据影像数据地理信息系统原理GISGIS地理信息系统原理GISGIS描述描述对点状的地形、地物要素的几何描述对点状的地形、地物要素的几何描述由坐标点标识由坐标点标识对线状空间实体部分或全部的几何描述对线状空间实体部分或全部的几何描述由一系列有序坐标对组成由一系列有序坐标对组成

31、对面状空间实体的几何描述对面状空间实体的几何描述数据库中由一封闭曲线加内点表示数据库中由一封闭曲线加内点表示对空间三维实体或多面体的几何描述对空间三维实体或多面体的几何描述具有长度、宽度、高度等属性具有长度、宽度、高度等属性体实体体实体面实体面实体线实体线实体点实体点实体地理信息系统原理GISGIS点状实体点状实体角点、节点角点、节点Vertex：表示线段和弧段上的连接点表示线段和弧段上的连接点实体点实体点：用来代表一个实体：用来代表一个实体注记点注记点：用于定位注记：用于定位注记内点内点：用于负载多边形的属用于负载多边形的属性，存在于多边形内性，存在于多边形内类型：类型：地理信息系统原理GI

32、SGIS 形式上有形式上有曲线、折线两种（曲线、折线两种（线段、边界、链、弧段、网络等）。线段、边界、链、弧段、网络等）。线状实体线状实体特性：特性：实实体体长长度度：从从起起点点到到终终点点的的总总长长弯弯曲曲度度：用用于于表表示示象象道道路路拐拐弯弯时弯曲的程度时弯曲的程度方方向向性性：可可标标识识水水流流方方向向，公公路的单、双向之分等路的单、双向之分等地理信息系统原理GISGIS面状实体面状实体特性：特性：面积面积周长周长独立性或与其它地物相邻独立性或与其它地物相邻（如中国及其周边国家）（如中国及其周边国家）内岛屿或锯齿状外形内岛屿或锯齿状外形（如如岛岛屿屿的的海海岸岸线线封封闭闭所所

33、围围成成的区域）的区域）重叠性与非重叠性重叠性与非重叠性（如学校的分区、菜市场的服（如学校的分区、菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城叠现象，而一个城市的各个城区一般来说不会出现重叠。）区一般来说不会出现重叠。）地理信息系统原理GISGIS体状实体体状实体特性：特性：体积体积（如工程开挖和填充（如工程开挖和填充 的土方量）的土方量）每个二维平面的面积每个二维平面的面积周长周长内岛内岛含有弧立块或相邻块含有弧立块或相邻块断面图与剖面图断面图与剖面图地理信息系统原理GISGIS 空间实体间的组合空间实体间的组合 现实世界的各种现象比较复杂，往往由

34、不同的空间单现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，如由简单实体组合表达复杂实体。元组合而成，如由简单实体组合表达复杂实体。由点、线、面两两之间组合可表达复杂的空间问题。由点、线、面两两之间组合可表达复杂的空间问题。线线面的关系面的关系区域包含线（计算区域内线的密度）区域包含线（计算区域内线的密度）线通过区域（公路是否通过某县）线通过区域（公路是否通过某县）线环绕区域（区域边界，搜索中国线环绕区域（区域边界，搜索中国与哪些国家接壤）与哪些国家接壤）线与区域分离（距离）线与区域分离（距离）地理信息系统原理GISGIS面面面的关系面的关系包含（岛包含（岛,某省的湖泊分布）某省的湖

35、泊分布）相相合合、重重叠叠（学学校校服服务务范范围围与与菜场服务范围重叠区）菜场服务范围重叠区）相交（划分子区）相交（划分子区）相相邻邻（计计算算相相邻邻边边界界性性质质和和长长度，公共连接边界）度，公共连接边界）分离（计算距离）分离（计算距离）学校学校菜场菜场地理信息系统原理GISGIS 实体间空间关系实体间空间关系拓扑拓扑空间关系空间关系顺序顺序空间关系空间关系方向空间方向空间关系关系度量度量空间关系空间关系主要指实体主要指实体间的距离关间的距离关系、远近系、远近空空间间关关系系类类型型拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含等拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含等 用上下左右、前后、东南西北等方向性名用上下

36、左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂。称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂。度量两点间距离的方法度量两点间距离的方法沿真实地球表面进行沿真实地球表面进行,除与两点的地理坐标有除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关（复杂）关外，还与所通过路径的地形起伏有关（复杂）沿地球旋转椭球体的距离量算沿地球旋转椭球体的距离量算 距离类别距离类别欧氏距离、曼哈顿（出租车）距离、时间距离、欧氏距离、曼哈顿（出租车）距离、时间距离、大地测量距离（大地线）大地测量距离（大地线）地理信息系统原理GISGIS拓扑空间关系拓扑空间关系 拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换）

37、指图形保持连续状态下变形，但图形关指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。将橡皮任意拉伸、压缩，但系不变的性质。将橡皮任意拉伸、压缩，但不能扭转或折叠，各种图形的形状、大小会不能扭转或折叠，各种图形的形状、大小会随着图形的变形而改变，但是实体间的拓扑随着图形的变形而改变，但是实体间的拓扑特性是不会改变的。特性是不会改变的。非拓扑属性非拓扑属性（几何）（几何）两点间距离、弧段长度、区域周长、面积等两点间距离、弧段长度、区域周长、面积等拓扑属性拓扑属性（没发生变化的属性）（没发生变化的属性）一个点在一条弧段的端点（或在一个区域的边界上、在一个区域一个点在一条弧段的端点（或在一个区域的边界上

38、、在一个区域的内部的内部/外部、在一个环的内外部、在一个环的内/外部等）外部等）一条弧是一简单弧段（自身不相交）一条弧是一简单弧段（自身不相交）一个面是一个简单面、一个面的连通性（面内任两点从一点可在一个面是一个简单面、一个面的连通性（面内任两点从一点可在面的内部走向另一点）面的内部走向另一点）地理信息系统原理GISGISP1P2P3P4P1-111P21-10P311-0P4100-同类同类元素之间的拓扑关系元素之间的拓扑关系如：多边形之间的邻接关系如：多边形之间的邻接关系结点之间的邻接关系结点之间的邻接关系邻接性邻接性如：邻接矩阵如：邻接矩阵重叠：重叠：-邻接：邻接：1不邻接：不邻接：0地

39、理信息系统原理GISGIS不同类不同类元素之间的拓扑关系元素之间的拓扑关系如：结点与弧段的关联关系如：结点与弧段的关联关系（V9与与L5，L6，L3）多边形与弧段的关联关系多边形与弧段的关联关系（P2与与L3，L5，L2）关联性关联性地理信息系统原理GISGIS与邻接性类似，指对弧段与邻接性类似，指对弧段连接的判别，如用于网络分析连接的判别，如用于网络分析中确定路径、街道是否相通。中确定路径、街道是否相通。连通性连通性V1V2V3V1-10V21-1V301-如：连通矩阵如：连通矩阵地理信息系统原理GISGIS方向性方向性：一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现：一条弧段的起点、终点

40、确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城市道路单向、河流的流向等。实中的有向弧段，如城市道路单向、河流的流向等。包含性包含性：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。如：多边形如：多边形P1包含包含P4层次关系层次关系：相同元素之间的等级关系（如武汉市由各个区组成）：相同元素之间的等级关系（如武汉市由各个区组成）拓扑关系能清楚地反映实体间的逻辑结构关系，它比几何关拓扑关系能清楚地反映实体间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。利用拓扑关系有助于空间要素的查询。如供水管网系统中某利用

41、拓扑关系有助于空间要素的查询。如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。（阀门）关联。根据拓扑关系可重建地理实体。根据拓扑关系可重建地理实体。对数据处理和空间对数据处理和空间分析具有重要意义分析具有重要意义地理信息系统原理GISGIS拓扑空间关系的表达拓扑空间关系的表达 一种拓扑关系表达方式：由一种拓扑关系表达方式：由4个关系表来表示个关系表来表示面面构成面的弧段构成面的弧段P1L1，L3，L6，-L7面面链关系链关系链链链两端的结点链两端的结点L3V4，V9链链结点关系结点关系结点结点通过该

42、结点的链通过该结点的链V1L1，L6，L4结点结点链关系链关系链链左邻面左邻面右邻面右邻面L3P2，P1链链面关系面关系地理信息系统原理GISGIS 空间数据结构空间数据结构常用结构常用结构基于基于矢量矢量（Vector）数据结构）数据结构基于基于栅格栅格（Raster）数据结构）数据结构 如果我们将描述空间实体的各类数据杂乱无章地如果我们将描述空间实体的各类数据杂乱无章地存储于计算机中，将无法使用和处理，而成为一堆信存储于计算机中，将无法使用和处理，而成为一堆信息垃圾。因此，描述空间实体的数据必须有规律地存息垃圾。因此，描述空间实体的数据必须有规律地存储于计算机中，即按照一定的数据结构存贮数

43、据。储于计算机中，即按照一定的数据结构存贮数据。空间数据结构是指空间数据的组织形式，是适合空间数据结构是指空间数据的组织形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。地理信息系统原理GISGIS目前目前由于没有一种统一的数据结构可同时存储、由于没有一种统一的数据结构可同时存储、管理描述空间实体的所有数据，因此常采用矢量数管理描述空间实体的所有数据，因此常采用矢量数据结构描述图形数据，栅格数据结构描述影像数据，据结构描述图形数据，栅格数据结构描述影像数据，关系数据库表描述属性数据。关系数据库表描述属性数据。有有多种数据模型都可实现空多种数据模型都可实

44、现空间数据和非空间数据统一管理。间数据和非空间数据统一管理。如双元数据模型如双元数据模型分别建立空分别建立空间数据库和属性数据库，并依靠间数据库和属性数据库，并依靠关键字建立空间数据和非空间数关键字建立空间数据和非空间数据的关联关系，就可较好的实现据的关联关系，就可较好的实现两种数据的统一管理。两种数据的统一管理。双元模型双元模型GIS关键字关键字属属性性数数据据库库空空间间数数据据库库地理信息系统原理GISGIS2矢量数据结构矢量数据结构 图形表示图形表示通过记录坐标通过记录坐标的方式精确地的方式精确地表示空间实体表示空间实体的位置的位置理论上的精确理论上的精确定位明显定位明显属性隐含属性隐

45、含图片摘自张超主编的图片摘自张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GISGIS 数据获取数据获取矢矢量量数数据据的的获获取取利用各种定位仪器设备采集空间坐标数据利用各种定位仪器设备采集空间坐标数据（GPS、平板测图仪等）、平板测图仪等）利用已有的数据通过模型运算得到（叠加利用已有的数据通过模型运算得到（叠加复合分析、缓冲区分析等）复合分析、缓冲区分析等）通过栅格数据转换而来（利用遥感数据动通过栅格数据转换而来（利用遥感数据动态更新态更新GIS数据库）数据库）通过纸质地图数字化得到（手扶跟踪数字通过纸质地图数字化得到（手扶跟踪数字化、扫描矢量化）化、扫描矢量化

46、）地理信息系统原理GISGIS 数据组织数据组织关系表关系表几何位置坐标文件几何位置坐标文件连连接接点：坐标对（点：坐标对（x，y）线：坐标对系列线：坐标对系列（x1，y1）.（xn，yn）面：首尾相同的坐标串面：首尾相同的坐标串识别符识别符有关属性有关属性其它属性其它属性+矢量数据自身的存贮和处理矢量数据自身的存贮和处理与属性数据的联系与属性数据的联系矢量数据之间的空间关系（拓扑关系）矢量数据之间的空间关系（拓扑关系）应考虑应考虑地理信息系统原理GISGIS点实体和线实体的编码方式比较简单，只要能将点实体和线实体的编码方式比较简单，只要能将空间信息和属性信息记录下来就行。多边形实体（面空间信

47、息和属性信息记录下来就行。多边形实体（面实体）除要表示位置、属性外，还要表示其拓扑关系。实体）除要表示位置、属性外，还要表示其拓扑关系。标识码标识码X、Y坐标坐标属性码属性码标识码标识码X、Y坐标坐标点的矢量数据结构点的矢量数据结构线的矢量数据结构线的矢量数据结构标识码标识码X、Y坐标坐标坐标对数坐标对数n 编码方式编码方式（几何位置坐标的编码方式）（几何位置坐标的编码方式）地理信息系统原理GISGIS多边形矢量编码方法多边形矢量编码方法结构简单、易实现以实体为单位的运算和显示。结构简单、易实现以实体为单位的运算和显示。相邻多边形的公共边界被数字化、存储两次，造成数据冗余和相邻多边形的公共边界

48、被数字化、存储两次，造成数据冗余和数据不一致。数据不一致。缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理。缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理。岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。实体式实体式（spaghetti）面）面条模型条模型12P3P2P1ADCB3456789101112131415以以实体为单位实体为单位记录其边界坐标记录其边界坐标多边形多边形坐标串坐标串P1P2地理信息系统原理GISGIS索引式索引式（树状）（树状）对对所有点所有点

49、的坐标按顺序建坐的坐标按顺序建坐标文件，再建点与边（线）、线标文件，再建点与边（线）、线与多边形的索引文件。与多边形的索引文件。索引文件索引文件12P3P2P1ADCB3456789101112131415Map点文件点文件点号点号坐标坐标1x1,y1面文件面文件面号面号弧段号弧段号P1A,B,C弧段文件弧段文件弧段号弧段号A起点起点5点号点号7,8,9,10终点终点2消除了多边形边界的数据冗余和不一致，邻接信息、岛信息消除了多边形边界的数据冗余和不一致，邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。但表达拓扑可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。但表达拓扑关系较繁琐，

50、给处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难。关系较繁琐，给处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难。地理信息系统原理GISGIS双重独立式双重独立式（DIME）是是美美国国人人口口统统计计系系统统采采用用的的一一种种编编码码方方式式，特特点点是是采采用用了了拓拓扑扑编编码结构。码结构。12P3P2P1ADCB3456789101112131415点文件点文件点号点号坐标坐标1x1,y1面文件面文件面号面号P1线号线号L210,L109线文件线文件（以线段为记录单位）（以线段为记录单位）关联关联邻接邻接关联关联连通连通线号线号L210左多边形左多边形P1起点起点2右多边形右多边形P2终点终点10拓扑关系明确