地理信息系统GIS重点整理.docx
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地理信息系统GIS重点整理
一、地理信息系统简介
h1、信息
h
（1）定义
（2）特征
h2、数据
h
（1）定义
（2）意义
h3、地理信息系统（GIS）
h
（1）GIS定义
（2）GIS特征
h（3）GIS类型（4）GIS与CAD
h（5）GIS的发展（6）GIS的组成
1、信息
（1）定义：
是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。
它不随载体的物理形式的改变而改变
（2）特征：
客观性、实用性、传属性、共享性
2、数据
h指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图象等符号。
h是通过数字化或直接记录下的可以被鉴别的符号，是一种未经加工的原始资料。
h数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。
3、地理信息系统（GIS）
（1）定义：
是地理信息系统是在计算机软硬件支持下，对地理空间数据进行采集、存储、显示、管理和分析的技术系统。
（2）GIS特征
h公共的地理定位基础；
h具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；
h系统分析模型驱动，有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息；
h以提供地理信息服务为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统
（3）地理信息系统的类型
A、按内容分类:
a专题地理信息系统（ThematicGIS）
b区域地理信息系统（RegionalGIS）
c地理信息系统工具（GISTools）
B、按用途分类:
a城市信息系统
b自然资源查询信息系统
c规划与评估信息系统
d土地管理信息系统等
（4）GIS与CAD
A、GIS与CID共同点：
a有空间坐标系统
b能将目标和参考系联系起来
c都能描述图形数据的拓扑关系
d都能处理属性和空间数据
B、GIS与CID不同点：
ＣＡＤ研究对象为人造对象——规则几何图形及组合
三维图形功能强，属性库功能相对较弱
ＧＩＳ处理的数据较之更复杂，数据量更大；数据采集的方式多样化
GIS的属性库结构复杂，功能强大
cad中的拓扑关系较为简单
强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁
采用几何坐标系
GIS采用地理坐标系
（5）GIS的发展
A:
国际GIS的发展状况：
60年代——探索时期；70年代——巩固时期
80年代——实破阶段：
90年代——全面应用
B:
我国GIS发展：
起步较晚，但发展较快
70年代——准备阶段：
80年代——试验起步阶段
90年代——发展阶段：
96年以来——产业化阶段
（6）GIS的组成
h从计算机的角度看，gis是由软件、硬件、数据和用户组成
h用户：
GIS服务的对象
h软件：
支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统
h硬件：
各种设备-物质基础
h数据：
系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础
二、空间数据结构
h1、地理空间数据及其特征
h
（1）地理空间
（2）地理数据
h2、地理数据的基本特征
h
（1）空间特征
（2）属性特征（3）时间特征
h3、地理空间数据的类型
h4、数据的测量尺度
h5、地理空间数据的拓扑关系
h
（1）拓扑的概念
（2）空间数据的拓扑关系
h（3）拓扑关系的重要意义
h6、空间数据结构的概念和类型
h
（1）空间数据结构
（2）栅格数据结构
h（3）矢量结构与栅格结构的比较
1、地理空间数据及其特征
h
（1）地理空间：
指物质、能量、信息的形式形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续，地球表层构成了地理空间
h
（2）地理数据：
地理空间内事物的数量、质量、分布、内在联系和变化规律的图形、图像、符号、文字和数据等统称为地理（空间）数据
2、地理数据的基本特征
（1）空间特征：
又称定位特征或几何特征。
是指这些数据反映现象的空间位置及空间位置关系。
通常以坐标数据形式来表示空间位置，以拓扑关系来表示空间位置关系。
（2）属性特征：
是指描述实体的特征，如实体的名称、类别等。
属于非空间数据，但它是空间数据中的重要数据成分
（3）时间特征：
a空间特征和属性特征随时间而化
b可同时随时间变化，可分别独立随时间变化
c实体随时间的变化具有周期性
d空间特征是地理信息区别于其他信息的最重要特征之一
3、地理空间数据的类型
h
（1）类型数据：
居民点、交通线、土地类型分布等。
h
（2）面域数据：
多边形中心点、行政区域界限。
h（3）网络数据：
道路交叉点、街道和街区等。
h（4）样本数据：
气象站、野外样方的分布区等。
h（5）曲面数据：
高程点、等高线和等值区域。
h（6）文本数据：
如地名、河流名和区域名称。
h（7）符号数据：
点状符号、线状符号和面状符号等
4、数据的测量尺度
1、定名量：
定性而非定量地对众多地理事物进行区分和标识
2、顺序量：
通过排序来区分和标识地理现象的量称为顺序量
3、间隔量：
用标准单位作为间隔量来表示不同的量—较精确
4、比率量：
是间隔量的精确化。
它提供的定量值是具有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据
5、地理空间数据的拓扑关系
（1）拓扑的概念
h拓扑学是研究图形在连续变形下（拓扑变换）的那些不变的几何属性。
h组成一个图形各元素（结点、弧段、面域）间都存在着二元关系，即邻接关系和关联关系。
h在计算机中这种关系需用拓扑关系加以定义
h是明确定义空间结构关系的一种数学方法
（2）空间数据的拓扑关系
h拓扑邻接：
同类元素之间的拓扑关系。
h拓扑关联：
不同类元素之间的拓扑关系。
h拓扑包含：
同类不同级元素之间的拓扑关系
（3）拓扑关系的重要意义
h根据拓扑关系可以确定地理实体间的相对空间位置，而无需利用坐标和距离；
h利用拓扑关系有利于空间要素的查询；
h可以利用拓扑数据重建地理事体。
如建立封闭多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的计算等
6、空间数据结构的概念和类型
（1）空间数据结构：
也称为图形数据格式，是指适用于计算机系统存贮、管理和处理的地理图形数据的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。
常用的空间数据结构有两种，即栅格数据结构和矢量数据结构。
这两种不同形式的数据被称为计算机的两种兼容数据
（2）矢量数据结构
h1定义：
矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体
h2特点：
定位明显，属性隐含。
h3获取方法：
h
（1）手工数字化法；
h
（2）手扶跟踪数字化法；
h（3）数据结构转换法
（3）栅格数据结构
h1定义：
是一种简单直观的空间数据结构，将地球表面划分为大小相等的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素由行、列定义，包含一个代码表示该像素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针
h2特点：
属性明显，定位隐含。
h3获取方法：
h
（1）手工网格法；
（2）扫描数字化法；
h（3）分类影像输入法；（4）数据结构转换法
（4）矢量结构与栅格结构的比较
比较内容
矢量结构
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、搜索
复杂、高效
简单、低效
软件与硬件技术
不一致
一致或接近
遥感影像格式
要求比较高
不高
图形输出
显示质量好、精度高，但成本比较高
输出方法快速，质量低，成本比较低廉
数据共享
不易实现
容易实现
拓扑和网络分析
容易实现
不易实现
三、空间数据的采集、质量控制及管理
h1、地理空间的定义
h2、地理参照系
h3、地图投影：
（1）gis与地图投影的关系
h
（2）我国GIS常用的地图投影配置
h4、地理数据的分层：
（1）方法
（2）目的
h5、逻辑误差：
（1）定义
（2）产生原因（3）具体来源
h（4）矢量数据栅格化的误差
h6、波段组合等
h7、数据层次与文件组织
h
（1）数据层次：
（2）数据间的逻辑联系：
h（3）常用数据文件：
（4）数据库的特点
h8、传统数据库模型：
h
（1）网状模型
（2）层次模型（3）关系模型
1、地理空间的定义
指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续，具体包括地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域
地理空间具体被描述为：
绝对空间和相对空间。
2、地理参照系：
（1）经纬度坐标系（地理坐标）
（2）高程坐标系：
1956黄海，1985国家高程基准
（3）笛卡儿平面坐标系
3、地图投影
（1）gis与地图投影的关系
数据输出
（具有相应投影的地图）
数据获取
（不同投影的地图）
数据标准化预处理
（按某一参照系数字化）
数据存储
（统一的坐标基础）
数据处理
（投影转换）
数据应用
（检索查询、覆盖分析等）
地理基础
（地图投影）
（2）我国GIS常用的地图投影配置
h常用的地图投影的情况为：
h1：
100万、1：
50万、
h1：
25万、1：
10万、
h1：
5万、1：
2.5、
h1：
1万、1：
5000,
h除1：
100万外均采用高斯—克吕格投影为地理基础
4、地理数据的分层
h空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称为图层
h
（1）空间数据分层方法：
h专题分层、时间序列分层、地面垂直高度分层
h
（2）空间数据分层的目的
便于空间数据的管理、查询、显示、分析等
5、逻辑误差
（1）定义：
h对数据进行质量控或质量保证评价，一般先从数据的逻辑性检查入手。
（2）误差产生的主要原因：
ha、空间现象自身存在的不稳定性
hb、空间现象的表达
hc、空间数据处理、使用中的误差
（3）误差的具体来源
阶段
误差来源
数据采集
实测误差，地图制图误差（制作地图的每一过程都有误差），航测遥感数据分析误差（获取、判读、转换、人工判读（识别要素）误差）
数据输入
数字化过程中操作员和设备造成的误差，某些地理属性没有明显边界引起的误差（地类界）
数据存贮
数字存贮有效位不能满足（由计算机字长引起，单精度、双精度类型）
空间精度不能满足
数据操作
类别间的不明确、边界误差（不规则数据分类方法引起）
多层数据叠加误差
多边形叠加产生的裂缝（无意义多边形）
各种内插引起的误差
数据输出
比例尺误差、输出设备误差、媒质不稳定（如图纸伸缩）
成果使用
用户错误理解信息、不正确使用信息
（4）矢量数据栅格化的误差
h有属性误差和几何误差两种。
h在矢量数据转换为栅格数据后，栅格数据中的每个象元只含有一个属性数据值，它是象元内多种属性的一种概括。
h象元越大，属性误差越大。
h几何误差是指在矢量数据转换成栅格数据后所引起的位置的误差，以及由位置误差引起的长度、面积、拓扑匹配等的误差。
h几何误差的大小与象元的大小成正比
6、波段组合：
不同波段出现不同的地物效果
7、图像分幅剪切：
（规则非规则）保存模板
8、几何校正
9、图像融合及增强:
辐射、光谱、灰度增强
10、图像解译；建立解译标志
11、图像分类：
监督和非监督分类
12、数据层次与文件组织
h
（1）数据层次：
数据项、记录、文件、数据库
h
（2）数据间的逻辑联系：
一对一、一对多、多对多
h（3）常用数据文件：
顺序、直接、索引、到排文件
h（4）数据库的特点:
a实现集中管理和共享b.减小冗余
hc.数据的独立性d.复杂的数据模型
he.数据保护特性
13、传统数据库模型
关系模型
层次模型
网状模型
概念
是一种数学化的模型，是将数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表
是一对多的关系，或者当实体具有父子关系时，它把数据按其自然的层次关系组织起来，以反映数据之间的隶属关系
是在记录之间没有明确的主从关系，任何一个记录可与任意其他多个记录建立联系
优点
数据结构灵活、清晰，可以通过数学运算进行各种查询、计算和修改；数据描述具有较强的一致性和独立性
模型层次分明、结构清晰，较容易实现
实体的多种关系更为灵活，对确定的数据表示效率高，冗余小，表示关系复杂的地理数据和具有网络特征的地理实体效果较好
缺点
当关系很复杂时，计算机需执行一系列的数据操作，比较费时
数据的冗余度大，不适于表示数据的拓扑关系
数据指针比较复杂，数据更新较为繁琐
五、空间信息的查询与分析
h1、点线面相互关系；
h
（1）空间关系的类型
（2）图文互访
h（3）点、线、面相互关系的查询
h2、空间分析的方法
h
（1）缓冲区分析
（2）拓扑叠加分析
h（3）逻辑关系分析：
（4）关系操作：
h3、执行空间分析的步骤
h4、数字高程模型（DEM）
h
（1）定义
（2）DEM的表示方法
h（3）DEM的作用
h5、数字地形模型（DEM）
h
（1）定义
（2）表示方法
h（3）DEM应用
1、点线面相互关系
（1）空间点线面的六种关系：
h（点—点）（点—线）（点—面）（线—线）（线—面）（面—面）关系
（2）图文互访
图文互访是最常用的查询，主要有两类：
第一类：
按属性信息的要求来查询空间位置“文查图”。
第二类：
按空间位置来查询属性信息，称“图查文”
（3）点、线、面相互关系的查询
面－面查询：
与某个多边形相邻的多边形是哪些；
面－线查询：
某个多边形的边界是哪些线（链）；
面－点查询：
某个多边形内有哪些点状要素；
线－面查询：
某条线经过（或穿过）哪些多边形
线－线查询：
某条河流相连的支流是哪些，
线—点查询：
某条道路上有哪些桥梁
线－点查询：
某条道路上有哪些桥梁，某条输电线路上有哪些变电站；
点－面查询：
某个点落在哪个多边形内；
点－线查询：
某个结点由哪些线（链）相交而成。
“开窗”查询：
在图形显示屏幕上用光标临时划定一个不规则的多边形，好像在背景地图上开了一个“窗”，然后查出和该窗口有关的点、线、面及其属性信息
2、空间分析的方法
h
（1）缓冲区分析：
根据数据库中事物的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形。
h
（2）拓扑叠加分析：
是把分散在不同层上的空间属性信息按相同的空间位置加到一起，合为新的一层
h（3）逻辑关系分析：
用逻辑表达式来分析处理重合点的非几何特性间的逻辑关系，实现对空间数据复合、提取、删除等操作常用逻辑运算包括：
逻辑交、并、非运算
h（4）关系操作：
相关是利用一个公共项，在两个表的相对应记录中建立起联系；连接是利用一个公共项，将两个表在物理上组合在一起的相关操作
3、执行空间分析的步骤
h
（1）建立分析目的和标准
h
（2）准备空间操作的数据
h（3）进行空间操作
h（4）准备表格分析的数据
h（5）进行表格分析
h（6）结果的评价和解释
h（7）如有需要，改进分析
h（8）产生结果的最终地图和表格报告
4、数字高程模型（DEM）
（1）定义：
是给二维的点、线、面赋予特殊的属性：
高程，使其变为三维的表面模型
（2）DEM的表示方法：
（1）数学函数法。
（2）图形图像法
（3）DEM的作用（10种）：
ha储存大范围的数字化地形数据用于制作基本地图；
hb各种建设工程的填挖方计算；
hc军事上的武器自动引导，作战训练模拟；
hd风景景观分析；
he道路纵断面坡度分析，水库坝址选择
5、数字地形模型（DEM）
（1）定义：
是国家基础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学表达为：
z=f（x，y）
（2）表示方法
（3）DEM应用
h1）作为国家地理信息的基础数据；
h2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计；
h3）为军事目的而进行的三维显示；
h4）景观设计与城市规划；
h5）流水线分析、可视性分析；
h6）交通路线的规划与大坝选址
h7）不同地表的统计分析与比较；
h8）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等；
h9）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与分析；
h10）与GIS联合进行空间分析；
h11）虚拟现实（VirtualReality）；
h此外，从DEM还能派生以下主要产品：
平面等高线图、立体等高线图、等坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图等
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