地理信息系统应用技术课程内容整理文档格式.docx
《地理信息系统应用技术课程内容整理文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地理信息系统应用技术课程内容整理文档格式.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
应用模型是综合利用GIS应用系统中大量数据的工具
是GIS应用系统解决各种实际问题的武器
是GIS应用系统向更高技术水平发展的基础
如:
土地利用适应性模型、选址模型、洪水预测模型、水土流失模型等。
GIS的基本功能：
数据输入功能数据编辑功能数据存储与管理功能
数据查询检索功能数据分析功能数据显示输出功能
实现过程：
数据编辑：
主要包括属性编辑和图形编辑。
1.属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成。
2.图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整理、图幅拼接、图形变换、投影变换、误差校正等功能。
数据存储与管理：
·
数据储存：
将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存贮介质上
其存储方式与数据文件的结构相关，关键在于建立记录的逻辑顺序
GIS既能采用普通文件结构构造数据，又能通过大型数据库系统进行有效严格的组织管理
在关系型数据库中，不同表格间通过主码与外码相互连接，提供GIS高度的可扩展性和灵活的配置能力
数据查询与检索：
从数据文件、数据库或存储装置中，查找和选取所需数据。
查询是指根据用户提出的问题．确定查找方向和步骤，从而得到需要的信息
检索是指从数据文件中，提取所需要的数据
数据分析
GIS能分析所定区域内的各种现象和过程
这一分析功能可在系统操作运算功能的支持下或建立专门的分析软件来实现，包括信息采集与分析、统计分析、多要素综合分析等
数据显示与结果输出
数据显示：
中间处理过程和最终结果的屏幕显示，包括图形数据的数字化与编辑以及操作分析过程的显示。
结果输出有专题地图、图表、数据、表格、报告等多种类型。
屏幕显示也是结果输出的一个方面。
输出设备有显示器、彩色绘图仪、打印机等。
地理信息系统的发展，明显地体现出多学科交叉的特点
交叉的学科包括：
地理学、测量学、地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科
地理信息系统的应用：
应用GIS对地球表层人文经济、自然资源及环境等多种信息进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境和经济地理要素的空间分布、空间结构、空间联系和空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的依据，从而为区域经济发展服务。
地理信息系统的发展趋势：
3D和4DGIS系统空间数据结构与数据管理数据自动输入技术
3S技术的进一步融合GIS的智能化GIS应用模型开发共相式GIS的发展
共相式GIS的发展（UniversalGIS）
-本质思想：
在GIS融入IT主流的当今，把GIS的核心技术与价值同IT通用技术相分离，以便在较小代价下快速适应IT的发展与变化。
-5A：
任何计算设备（Anydevice）任何操作系统（Anyoperationsystem）任何开发语言（Anyprogramminglanguage）任何数据库（Anydatabase）任何数据格式（Anydataformat）
-技术与优势：
技术特点多源数据无缝集成通用图形引擎跨平台统一核心多语言开发
优势统一接口访问多种数据源支持所有主流操作系统统一的数据模型
不同产品的功能一致，同步更新使用最熟悉的开发语言，提高开发效率
运行效率高使用最优秀的开发环境，开发难度小，系统集成好
地理信息系统的发展趋势
GIS标准化GIS网络化GIS全球化GIS大众化GIS数据商业化
-GIS标准化：
主要时期：
21世纪初的5～10年
内容：
GIS的各个组成部分、各个操作过程、各种数据类型、软硬件系统
关键：
数据的标准化。
使GIS从单纯的系统驱动转向数据驱动，包括数据结构及数据交换格式的标准化
-GIS网络化：
优点：
开放性；
访问范围更广泛；
降低使用成本；
更易操作
-GIS全球化
典型例子：
数字地球
-GIS数据商业化
空间数据已经被作为一种商品
地理信息系统平台
1.ARC/INFO（美）
美国ESRI公司研制，世界上装机量最大的软件。
由WorkstationArcInfo和DesktopArcInfo两部分组成。
2.MapInfo（美）
·
核心软件产品:
MapInfoProfessional
MapInfo具有对象链接与嵌入（OLE）功能，允许VisuaIBasic、C++、PowerBuilder把MapInfo地图作为一个对象加以调用，MapInfo地图也可以方便地嵌入到Word、Excel等环境中
MapInfo采用层的概念来组织和管理数据，对地图进行分层处理
采用内置关系型数据库管理系统，支持SQL查询，具有关系型数据库管理功能
3.GeoMedia（美）
GeoMedia没有数据转换的概念，支持多种数据源
4.SuperMap（国产）
连续三年被评为“国产GIS软件测评推荐软件”
5.MAPGIS
中国地质大学
以Windows为平台，采用C++语言开发，用户友好，使用方便；
具有扫描仪输入和手扶数字化仪输入等主要输人手段，可接受DBASE、Foxbase等数据库的数据，具有完备的错误、误差校正方法
第二章地学基础
地球模型：
水准面：
当海洋静止时，它的自由水面必定与该面上各点的重力方向（铅垂线方向）成正交，我们把这个面叫做。
大地水准面：
水准面有无数多个，其中有一个与静止的平均海水面相重合。
可以设想这个静止的平均海水面穿过大陆和岛屿形成一个闭合的曲面，这就是大地水准面。
大地球体：
大地水准面所包围的形体，叫大地球体。
由于地球体内部质量分布的不均匀，引起重力方向的变化，导致处处和重力方向成正交的大地水准面成为一个不规则的，仍然是不能用数学表达的曲面。
地球椭球体：
大地水准面形状虽然十分复杂，但从整体来看，起伏是微小的。
它是一个很接近于绕自转轴（短轴）旋转的椭球体。
所以在测量和制图中就用旋转椭球来代替大地球体，这个旋转球体通常称地球椭球体，简称椭球体
-椭球体的参数：
通常用两个半径：
长半径a和短半径b
由一个半径（a或b）和扁率（α）来决定。
扁率α
表示椭球的扁平程度。
扁率的计算公式为：
α=（a-b）/a
-由于采用不同的资料推算，椭球体的元素值是不同的
-中国：
1952年以前采用海福特（Hayford）椭球体；
1953-1980年采用克拉索夫斯基椭球体；
1975年第16届国际大地测量及地球物理联合会上通过国际大地测量协会第一号决议中公布的地球椭球体，称为GRS（1975），中国自1980年开始采用GRS（1975）新参考椭球体系。
17届国际大地测量协会，WGS-84椭球（GPS全球定位系统椭球）——WGS-84GPS基准椭球
地理空间坐标系：
（右图）
地理坐标系是以地理极（北极、南极）为极点。
通过A点作椭球面的垂线，称之为过A点的法线。
法线与赤道面的交角，叫做A点的纬度ψ。
过A点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做A点的经度λ。
坐标参考系统——平面系统
直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置投射建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置
坐标参考系统——大地坐标系
大地坐标：
在地面上建立一系列相连接的三角形，量取一段精确的距离作为起算边，在这个边的两端点，采用天文观测的方法确定其点位（经度、纬度和方位角），用精密测角仪器测定各三角形的角值，根据起算边的边长和点位，就可以推算出其他各点的坐标。
这样推算出的坐标，称为大地坐标
中国：
1954年北京坐标系。
1980年大地坐标系
坐标参考系统——高程系统
绝对高程：
地面点到大地水准面的高程，称为绝对高程
相对高程：
地面点到任一水准面的高程，称为相对高程
1956年黄海高程系（青岛）（1959年国务院批准使用）
1985国家高程基准（1987年投入使用）
《1985国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升29毫米
地图投影
地图投影：
将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影
建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上点的地理坐标（
，
）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：
◆
）
◆y
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转换成指定投影的平面坐标。
投影变形：
将不可展的椭球体展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故产生投影变形。
如长度变形、面积变形、角度变形。
变形分类投影面位置
等角投影：
投影前后角度不变1正轴投影：
投影面中心轴与地轴相互重合
等面积投影：
投影前后面积不变2斜轴投影：
投影面中心轴与地轴斜向相交
任意投影：
角度、面积、长度均变形3横轴投影：
投影面中心轴与地轴相互垂直
4相切投影：
投影面与椭球体相切
投影面5相割投影：
投影面与椭球体相割
横圆柱投影：
投影面为横圆柱
圆锥投影：
投影面为圆锥
方位投影：
投影面为平面
地图投影的选择
选择制图投影时，主要要考虑以下因素：
制图区域的范围主要因素
形状和地理位置
地图的用途
出版方式及其他特殊要求等
对于世界地图，常用的主要是正圆柱、伪圆柱和多圆锥投影。
在世界地图中常用墨卡托投影绘制世界航线图、世界交通图与世界时区图
我国出版的世界地图多采用等差分纬线多圆锥投影，选用这个投影，对于表现中国形状以及与四邻的对比关系较好，但投影的边缘地区变形较大
对于半球地图，东、西半球图常选用横轴方位投影；
南、北半球图常选用正轴方位投影；
水、陆半球图一般选用斜轴方位投影
对于其他的中、小范围的投影选择，须考虑到它的轮廓形状和地理位置，最好是使等变形线与制图区域的轮廓形状基本一致，以便减少图上变形
我国的基本比例尺地形图（1:
5千，1:
1万，1:
2.5万，1:
5万，1:
10万，1:
25万，1:
50万，1:
100万）中：
大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影（Gauss-Kruger），又叫横轴墨卡托投影（TransverseMercator）；
小于50万的地形图采用正轴等角割圆锥投影，又叫兰勃特投影（LambertConformalConic）；
海上小于50万的地形图多用正轴等角圆柱投影，又叫墨卡托投影（Mercator）
我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。
地图比例尺：
地图上距离与地面上相应距离之比。
表示方法如下：
1.数字比例尺表示为1：
1000000或1/1000000
2.文字比例尺“图1毫米等于实地1公里”
3.图解比例尺或直线比例尺在地图上绘出的直线段
4.面积比例尺图上面积与实地面积之比
国家基本比例尺地形图有七种：
（附类别分界）
序号
1
2
3
4
5
6
7
类别
大比例尺地图
中比例尺地图
小比例尺地图
比例尺
1：
1万
2.5万
5万
10万
20万
50万
100万
更小
第三章空间数据结构
空间对象（实体）类型
空间对象一般按地形维数进行归类划分
点：
零维线：
一维面：
二维体：
三维
时间：
通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。
空间对象的维数与比例尺是相关的
点实体：
有位置，无宽度和长度；
抽象的点
线实体：
有长度，但无宽度和高度
用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多
度量实体距离
面实体：
具有长和宽的目标
通常用来表示自然或人工的封闭多边形
一般分为连续面和不连续面
空间对象：
面
不连续变化曲面，如森林、油田、农作物等，属性变化发生在边界上，面的内部是
同质的。
连续变化曲面，如地形起伏、土壤，整个曲面在空间上曲率变化连续
体
有长、宽、高的目标
通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标
地理数据特征
属性特征：
描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等。
空间特征：
描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如农业大学与理工大学相邻等。
时间特征：
描述空间对象随时间的变化。
地理（空间）数据类型
属性数据：
描述空间数据属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达。
几何数据：
描述空间对象空间特征的数据，也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达。
关系数据：
描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达
空间对象的空间关系表达（描述空间对象之间的空间相互作用关系）
-描述方法：
绝对关系：
坐标、角度、方位、距离等
相对关系：
相邻、包含、层次、关联等
-相对关系类型
拓扑空间关系：
描述空间对象的相邻、包含等
顺序空间关系：
描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。
度量空间关系：
描述空间对象之间的距离等。
空间数据结构
空间数据结构是指地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述
描述地理要素和地理现象的空间数据主要包括空间位置、拓扑关系和属性三个方面的内容
1.栅格数据结构（显式表示）
2.矢量数据结构（隐式表示）
栅格数据:
栅格数据结构实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置
栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型和登记等特征
每个栅格单元只能存在一个值
栅格数据的获取途径
目读法数字化仪或自动跟踪数字化地图扫描数字化分类影像输入
栅格数据结构特点
离散的量化栅格值表示空间对象·
位置隐含,属性明显·
数据结构简单,易与遥感数据结合,但数据量大·
几何和属性偏差·
面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系
矢量数据结构
矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误
矢量数据结构编码的基本内容
矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置
空间的一个坐标点
线：
多个点组成的弧段
面：
多个弧段组成的封闭多边形
矢量数据结构的属性数据表达
-属性特征类型：
类别特征：
是什么
说明信息：
同类目标的不同特征
-属性特征表达：
类型编码
属性数据结构和表格
-属性表的内容取决于用户
-图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记录号实现
矢量数据结构的特点
用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含
用拓扑关系描述空间对象之间的关系
面向目标操作，精度高，数据冗余度小
与遥感等图象数据难以结合
输出图形质量好，精度高
两种数据的比较
栅格数据
矢量数据
优点：
•数据结构简单
•空间数据的叠置和组合方便
•各类空间分析很易于进行
•数学模拟方便
•表示地理数据的精度较高
•严密的数据结构，数据量小
•完整的描述空间关系
•图形输出精确美观
•图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现
•面向目标，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
缺点：
•图形数据量大
•用大像元减少数据量时，精度和信息量受损
•地图输出不美观
•难以建立网络连接关系
•投影变换比较费时
•数据结构复杂
•矢量叠置较为复杂
•数学模拟比较困难
•技术复杂，特别是软硬件
第四章空间数据采集与处理
数据源种类：
-图形图像类数据：
地图，规划图，工程图，照片
-文字类数据：
调查报告，文件，统计数据，实验数据，野外调查的原始记录
主要用来描述空间对象的属性
-遥感影像：
1.能取得大面积、综合的信息；
2.速度快；
3.降低数据储存冗余度和不连续性；
4.能提供各类专题所需要的信息
属性数据的采集
对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键入或通过文件、表格、数据库导入
对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须进行编码输入
属性数据的编码原则
系统性和科学性：
满足所涉学科的科学分类方法，能反映出同一类型中不同的级别特点
一致性：
对代码所定的同一专业名词、术语必须是唯一的
标准化和通用性：
有国家或行业标准的要按标准进行，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化
简捷性：
在满足国家标准的前提下，每一种编码应是以最小的数据量载负最大的信息量
可扩展性：
编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象
属性数据的编码内容
登记部分：
用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码
分类部分：
用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多种特征
控制部分：
用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义
属性数据的编码方法
1.层次分类编码法（严格的隶属关系）
2.多源分类编码法（独立分类编码法）（无隶属关系）
空间数据采集基本模式有两种：
1.将地理信息实体以x、y坐标的形式，以顺时针或逆时针方法依次输入
2.用点、线、多边形和格网邻接的方法表示地理实体
空间数据采集方法
全站仪测量GPS测量（SPS测量技术）摄影测量遥感图像处理
地图数字化（手扶跟踪、屏幕跟踪）
空间数据采集流程
计划调查——准备收集——数字化——编辑处理——评价
空间数据的编辑与处理
◆空间数据编辑的必要性
修正数据输入错误
维护数据的完整性和一致性
·
更新地理信息
◆空间数据一般性错误
数据不完整、重复·
空间数据位置不正确
空间数据比例尺不准确·
空间数据变形
几何和属性连接有误·
属性数据不完整
◆错误检查主要方法
叠合比较法·
目视检查法·
逻辑检查法
空间数据的编辑与处理方式
误差修正一般过程：
设定容许值——连接接点——重建拓扑关系
边界匹配（图幅接边）
法1：
小心地修改空间数据库中点和矢量的坐标，以维护数据库的连续性
法2：
先对准两幅图的一条边缘线，然后再小心地调整其它线段使其取得连续
数据格式的转换：
1.数据结构转换
相同数据结构的不同组织形式转换
不同数据结构转换
矢量拓扑结构变换
栅格数据转换
矢量到栅格
栅格到矢量
2.不同介质转换
投影变换坐标变换空间数据变换
图像纠正
-纠正原因：
地图变形（均匀变形、非均匀变形）·
数字化中的位置移动
遥感影像本身存在几何变形·
投影方式不同·
分幅扫描
-实质：
建立纠正图象与标准地图的一一对应关系
-变换方法
精确方法：
仿射变换、双线性变换、平方变换、立方变换等
近似方法：
橡皮板变换
-纠正步骤
纠正点—数据采集—函数建立—逐点或网格纠正
图像解释：
从图像中提取有用的信息的过程
-图像解释需要的能力：
研究地理区域的一般知识·
具有一定的图像处理能力
掌握影像分析的经验和技能·
对影像特征的深入理解
遥感图象的解译有目视判读和计算机自动解译两种方法
其中，自动解译又可分为监督分类和非监督分类两种
空间数据质量及精度分析
-数据质量：
空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间这三个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统一性的程度
-要素：
比例尺·
误差（Error）·
数据的准确度（Accuracy）
数据的精密度（Resolution）·
不确定性（Uncertainty）·
空间分辨率
空间数据质量评价
-误差包括源误差和操作误差
误差类型
误差来源
误差特征
源误差
数据年代；
数据的空间覆盖范围；
地图比例尺；
观测密度数据的可访问性，数据格式；
数据与用途的一致性；
数据的采集处理费用
明显
易探测
由自然变化或原始测量引起的误差
位置误差；
属性误差（质量和数量方面的误差）；
数据偏差（输入输出错误，观测者偏差，自然变化）
不明显
难测定
GIS处理过程中引起的误差
计算机字长引起的误差；
拓扑分析引起的误差；
逻辑错误、地图叠置操作分类与综合引起的误差（分类方法、分类间隔、内插方法）
复杂
难
升级会员 