GIS基本概念术语及与其他学科关系.docx
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GIS基本概念术语及与其他学科关系
1、地理信息系统（geographicinformationsystem，即gis）——一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为一体的新兴学科，它是在计算机软件和硬件支持下，运用系统工程和信息科学的理论，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、决策和研究所需信息的空间信息系统。
2、比较gis与cad、cac间的异同。
cad——计算机辅助设计，规则图形的生成、编辑与显示系统，与外部描述数据无关。
cac——计算机辅助制图，适合地图制图的专用软件，缺乏空间分析能力。
gis——地理信息系统，集规则图形与地图制图于一身，且有较强的空间分析能力。
3、图层：
将空间信息按其几何特征及属性划分成的专题。
4、地理数据采集——实地调查、采样；传统的测量方法，如三角测量法、三边测量法；全球定位系统（gps）；现代遥感技术；生物遥测学；数字摄影技术；人口普查。
5、信息范例——传统的制图方法，称为信息范例，即假定地图本身是一个最终产品，通过使用符号、分类限制的选择等方式交换空间信息的模式。
这个范例是传统的透视图方法，由于原始而受到很多限制，地图用户不能轻易获得预分类数据。
也就是说，用户只限于处理最终产品，而无法将数据重组为更有效的形式以适应环境或需求的变化。
6、分析范例（整体范例）——存储保存原始数据的属性数据，可根据用户的需求进行数据的显示、重组和分类。
整体范例是一种真正的用于制图学和地理学的整体方法。
7、栅格——栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面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，或仅仅包括指向其属性记录的指针。
因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
特点：
属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性本身，而所在的位置则根据行列号转换为相应的坐标，即定位是根据数据在数据集中的位置得到的，在栅格结构中，点用一个栅格单元表示；线状地物用沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。
8、矢量——它假定地理空间是连续，通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。
对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码；对于线实体，用一系列坐标对的连线表示；多边形是指边界完全闭合的空间区域，用一系列坐标对的连线表示。
9、“拓扑”（topology）一词来源于希腊文，它的原意是“形状的研究”。
拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性——拓扑属性（拓扑属性：
一个点在一个弧段的端点，一个点在一个区域的边界上；非拓扑属性：
两点之间的距离，弧段的长度，区域的周长、面积）。
这种结构应包括：
唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x、y坐标值）。
地理空间研究中三个重要的拓扑概念
（1）连接性：
弧段在结点处的相互联接关系；
（2）多边形区域定义：
多个弧段首尾相连构成了多边形的内部区域；（3）邻接性：
通过定义弧段的左右边及其方向性来判断弧段左右多边形的邻接性。
10、矢量的实体错误——伪节点：
即需要假节点进行识别的节点，发生在线和自身相连接的地方（如岛状伪结点——显示存在一个岛状多边形，这个多边形处于另一个更大的多边形内部），或发生在两条线沿着平行路径而不是交叉路径相交的地方（节点——表示线与线间连接的特殊点）。
摇摆结点：
有时称为摇摆，来源于3种可能的错误类型：
闭合失败的多边形；欠头线，即结点延伸程度不够，未与应当连接的目标相连；过头线，结点的线超出想与之连接的实体。
碎多边形：
起因于沿共同边界线进行的不良数字化过程，在边界线位置，线一定是不只一次地被数字化。
高度不规则的国家边境线，例如中美洲，特别容易出现这样的数字变形。
标注错误：
丢失标注和重复标注。
异常多边形：
具有丢失节点的多边形。
丢失的弧。
11、空间分析方法——1、空间信息的测量：
线与多边形的测量、距离测量、形状测量；2、空间信息分类：
范围分级分类、邻域功能、漫游窗口、缓冲区；3、叠加分析：
多边形叠加、点与多边形、线与多边形；4、网络分析：
路径分析、地址匹配、资源匹配；5、空间统计分析：
插值、趋势分析、结构分析；6、表面分析：
坡度分析、坡向分析、可见度和相互可见度分析。
12、欧拉数——最通常的空间完整性，即空洞区域内空洞数量的度量，测量法称为欧拉函数，它只用一个单一的数描述这些函数，称为欧拉数。
数量上，欧拉数=（空洞数）-（碎片数-1），这里空洞数是外部多边形自身包含的多边形空洞数量，碎片数是碎片区域内多边形的数量。
有时欧拉数是不确定的。
13、函数距离——描述两点间距离的一种函数关系，如时间、摩擦、消耗等，将这些用于距离测量的方法集中起来，称为函数距离。
14、曼哈顿距离——两点在南北方向上的距离加上在东西方向上的距离，即d（i，j）=|xi-xj|+|yi-yj|。
对于一个具有正南正北、正东正西方向规则布局的城镇街道，从一点到达另一点的距离正是在南北方向上旅行的距离加上在东西方向上旅行的距离因此曼哈顿距离又称为出租车距离，曼哈顿距离不是距离不变量，当坐标轴变动时，点间的距离就会不同。
15、邻域功能——所谓邻域是指具有统一属性的实体区域或者焦点集中在整个地区的较小部分实体空间。
邻域功能就是在特定的实体空间中发现其属性的一致性。
它包括直接邻域和扩展邻域。
16、缓冲区分析——是指根据数据库的点、线、面实体基础，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的空间分析方法。
缓冲区在某种程度上受控于目前存在的摩擦表面、地形、障碍物等，也就是说，尽管缓冲区建立在位置的基础上，但是还有其他实质性的成分。
确定缓冲区距离的四种基本方法：
随机缓冲区、成因缓冲区、可测量缓冲区、合法授权缓冲区。
17、统计表面——表面是含有z值的形貌，z值又称为高度值，它的位置被一系列x和y坐标对定义且在区域范围内分布。
z值也常被认为是高程值，但是不必局限于这一种度量。
实际上，在可定义的区域内出现的任意可测量的数值（例如，序数、间隔和比率数据）都可以认为组成了表面。
一般使用的术语是统计表面，因为在考虑的范围内z值构成了许多要素的统计学的表述（robinsonetal.,1995）。
18、dem——数字高程模型（digitalelevationmodel）。
地形模型不仅包含高程属性，还包含其它的地表形态属性，如坡度、坡向等。
dem通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示，广义的dem还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。
在地理信息系统中，dem是建立数字地形模型（digitalterrainmodel）的基础数据，其它的地形要素可由dem直接或间接导出，称为“派生数据”，如坡度、坡向。
19、空间插值——空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。
空间内插算法：
通过已知点的数据推求同一区域未知点数据。
空间外推算法：
通过已知区域的数据，推求其它区域数据。
20、泰森多边形——通过数学方法定义、平分点间的空间并以直线相连结，在点状物体间生成多边形的方法。
21、线密度——用所有区域内的线的总长度除以区域的面积。
22、连通性——连通性是衡量网络复杂性的量度，常用γ指数和α指数计算它。
其中，γ指数等于给定空间网络体节点连线数与可能存在的所有连线数之比；α指数用于衡量环路，节点被交替路径连接的程度称为α指数,等于当前存在的环路数与可能存在的最大环路数之比。
23、图形叠加——将一个被选主题的图形所表示的专题信息放在另一个被选主题的图形所表示的专题信息之上。
24、栅格自动叠加——基于网格单元的多边形叠加是一个简单的过程，因为区域是由网格单元组成的不规则的块，它共享相同的一套数值和相关的标注。
毫无疑问，网格单元为基础的多边形叠加缺乏空间准确性，因为网格单元很大，但是类似于简单的点与多边形和线与多边形叠加的相同部分，由于它的简单性，因此可以获得较高的灵活程度和处理速度。
25、拓扑矢量叠加——如何决定实体间功能上的关系，如定义由特殊线相连的左右多边形，定义线段间的关系去检查交通流量，或依据个别实体或相关属性搜索已选择实体。
它也为叠加多个多边形图层建立了一种方法，从而确保连结着每个实体的属性能够被考虑，并且因此使多个属性相结合的合成多边形能够被支持。
这种拓扑结果称作最小公共地理单元（lcgu）。
26、矢量多边形叠加——点与多边形和线与多边形叠加使用的主要问题是，线并不总是出现在整个区域内。
解决该问题的最强有力的办法是让软件测定每组线的交叉点，这就是所谓的结点。
进行矢量多边形的叠加，其任务是基本相同的，除了必须计算重叠交叉点外，还要定义与之相联系的多边形线的属性。
27、布尔叠加——一种以布尔代数为基础的叠加操作。
28、制图建模——用以指明应用命令组合来回答有关空间现象问题的处理。
制图模型是针对原始数据也包括导出数据和中间地图数据进行一系列交互有序的地图操作来模拟空间决策的处理。
29、地理模型的类型——类似统计同类的描述性模型和与推理统计技术相关的规则性模型。
30、常见模型——1、注重样式与处理的问题长时间以来用于解释类似农业活动与运输成本间的关系——独立状态模型。
2、最初为预测工业位置点的空间分布的样式而设计的weber模型，进行改进后可使参与者寻找最佳商业和服务位置——位置-分配模型。
3、建立在吸引力与到潜在市场的距离呈反比这一基础上的经济地理模型——重力模型。
4、通过空间验证思想如今广泛用于生态群落，通过地理空间跟踪动植物运动——改进扩散模型。
31、专题地图——以表现某单一属性的位置或若干选定属性之间关系为主要目的的地图。
专题图形设计的一般程序包括合适的符号和图形对象的选择、生成和放置，以明确突出研究主题的重要属性和空间关系，同时还要考虑参考系统。
gis专题地图输出的规则：
不但要有精美的图形，最重要的是去读图、分析地图和理解地图。
32、元数据——关于数据的数据，对数据库内容的全面描述,其目的是促进数据集的高效利用和充分共享。
使用元数据的理由：
性能上，完整性、可扩展性、特殊性、安全性；功能上，差错功能、浏览功能、程序生成。
33、聚合——将单个数据元素进行分类的大量数字处理过程。
34、克立金法——依靠地球自然表面随距离的变化概率而确定高程的一种精确内插方法。
35、四叉树——一种压缩数据结构，它把地理空间定量划分为可变大小的网格，每个网格具有相同性质的属性。
36、比较工具型地理信息系统和应用型地理信息系统的异同。
工具型地理信息系统：
是一种通用型gis，具有一般的功能和特点，向用户提供一个统一的操作平台。
一般没有地理空间实体，而是由用户自己定义。
具有很好的二次开发功能。
如：
arcinfo、genamap、mapinfo、mapgis、geostar。
应用型地理信息系统：
在较成熟的工具型gis软件基础上，根据用户的需求和应用目的而设计的用于解决一类或多类实际问题的地理信息系统，它具有地理空间实体和解决特殊地理空间分布的模型。
如lis、cgis、ugis。
37、详细描述应用型地理信息系统的开发过程
1、系统总体设计：
需求和可行性分析、数据模型设计、数据库设计、方法设计
2、系统软件设计：
开发语言、用户界面、流程、交互
3、程序代码编写：
投影、数据库、输入、编辑
4、系统的调试与运行：
α调试、β调试
5、系统的评价与维护：
功能评价、费用评价、效益评价
38、空间信息系统：
以多媒体技术为依托，以空间数据为基础，以虚拟现实为手段的集空间数据的输入、编辑、存储、分析和显示于一体的巨系统，体由若干个子系统组成。
39、地理数据测量标准——命名（对数据命名，允许我们对把对象叫什么做出声明，但不允许对两个命名的对象进行直接比较）、序数（提供对空间对象进行逻辑对比的结果，但这种对比仅限于所谈论问题的范围内）、间隔（可以对待测项逐个赋值，能够更为精确地估计对比物的不同点）、比率（用途最广的测量数据标准，它是允许直接比较空间变量的惟一标准）。
40、根据样本进行推理的取样原则——未取样位置的数据可以从已取样位置的数据中推测出来；区域边界内的数据可以合并计算；一组空间单元中的数据能够转换成具有不同空间配置的另外一组空间单元数据。
常用的方法：
内插法：
当有数值边界或知道缺失部分两端数值；外推法：
当缺失的数据一侧有数值，而另一侧每一数值。
动态分段（DynamicSegmentation）思想
动态分段（Dynamic Segmentation）思想是由美国威斯康星交通厅戴维.复莱特于1987年首先提出的。
该思想解决了传统的GIS在处理线性特征时所遇到的问题，是一种新的线性特征的动态分析、现实和绘图技术。
它是在传统GIS数据模型的基础上利用线性参考系统和相应算法，在需要分析、现实、查询及输出时，动态计算出属性数据的空间位置，即动态地完成各种属性数据集的显示、分析及绘图的一种方法。
动态分段具有如下特点：
1） 无需重复数字化就可进行多个属性集的动态显示和分析，减少了数据冗余。
2） 并没有按属性数据集对公路进行真正的分段，只是在需要分析、查询时，动态地完成各种属性数据集的分段显示。
3） 所有属性数据集都建立在同一公路位置描述的基础上，即属性数据组织独立于公路位置描述，独立于公路基础底图，因此易于数据的更新和维护。
4） 可进行多个属性数据集的综合查询和分析。
应用动态分段技术组织高速公路线性特征数据[据李有才（2004）[7]改编]
参考资料:
1. 乔彦友、武红敢．地理信息系统中动态分段技术的研究．环境遥感．1995，10（3）：
211～215．
ArcGISDesktopArcMapRoute
所谓route，是用于线性参考动态分段的基础数据。
对于线状地物（比如：
公路、铁路、石油管线、公交线路、给排水管线、电力线、光纤光缆等）的管理，线性参考的应用非常广泛。
route与普通的线要素类相比，其特点在于：
1.有唯一标识每段线的ID（比如公路名、铁路名等）；2.不仅有XY坐标值，还有一个M坐标值，用于记录其测量值信息。
创建route常用的方法如下：
方法一：
创建空的route线要素类（含M值、有r_id），再数字化，在草图属性中手工输入M值
（非常原始的方法）
方法二：
——createroute
思路：
通过已有的普通线要素生成route线要素类
条件：
该普通线要素需要有r_id字段，需要有测量值信息（单字段或双字段）。
单字段的测量信息记录的是该段线的长度，双字段记录该段线的起止点M值
工具：
ArcToolbox>linearreferencingtool>createroute
方法三：
——makeroute
思路：
通过已有的普通线要素，向已有的route线要素类里编辑，生成route
条件：
已有一个route线要素类
工具：
routeediting>makeroute
注意：
此操作需要routeediting与editor工具栏相互配合。
editor:
task->createnewfeature
target->route要素类
对route的新认识
说来惭愧，对于线性参考，我只是知道它是怎么回事，应该怎么使用，但更深层次的问题从来没有想过。
昨天有人有个问题：
对route中间一段修改后，其M值会怎样变化？
我只硬硬地知道，在ArcMap中对route的某部分的geometry进行修改后，原有节点的M值不变。
这时候可以对route进行重定标，并且ArcMap里有modifyportionofaline，可以对route中的一部分进行修改。
然后他又问：
如果中间绕弯了，再定标，那么后面一段中M值变化后，原来M值假设为70的地方可能变成了M值为100，那么事件表中在原70位置上发生的事件就不能正确定位过去了，那不就成垃圾数据了？
晕~我到没有想过这个问题。
我只知道ArcToolbox->linearreferencingtool->transformrouteevents工具能转换事件表，是用于route有规律地成比例变化的情况，比如单位不一样的route的事件表转换。
而贾说的这种情况使用这个工具应该是没有意义的。
贾很无奈，只有等邢大侠回来再请教他。
后来我偷听了邢大侠的讲解，对route有了更深的认识。
首先应该明确，线性参考起源于美国公路管理部门，最早是应用于道路管理的，M值就是路桩，是高速公路边的里程牌。
传统公路管理的一些记录信息往往是：
在哪条公路，什么位置（靠里程牌标记的公里数记录）发生了什么事件。
通过线性参考，我们可以实现文本记录的事件表在空间上的可视化。
要明确：
M值就是路桩！
所以对于贾说的那种情况，比如京津高速路上中间的某一段进行了修改，绕了一个大弯，那么对于新增的这一段，目前还没有路桩，有待我们增加。
对于大弯两侧没有修改的老路，路桩是已有的，虽然绕一个大弯之后，里程值按理应该发生变化，但是实际的情况可能应该是保留原路桩，以避免大规模的修改工程。
对于新修的大弯路的路桩M值，其实完全可以使用相对值，没必要完全符合实际完全精确。
所以对应在软件操作上，就是只对修改的部分进行重定标（modifyportionofaline）。
公路管理人员在记录事件（比如车祸）的时候，就记录：
在什么路上，什么位置，什么车和什么车怎样撞了……，他在记录位置的时候，应该是依靠路桩显示的里程值估算的。
ArcGIS的线性参考确实做得非常成熟，它不要求M值一定递增或递减，不要求一定按几何比例，可以来回折来折去，也可以分叉，可以正也可以负，总之非常灵活！
软件是为实际工作服务的，不管是公路还是管线，记录人员都是靠现场的里程牌记录位置，所以route建成后，M值轻易不能改动！
如果实在钱多人力多，闲得没事做，真的要把后一段路的路桩改成新的，那我们在软件里也可以做的，只要把后一段路的所有M值都加上新建的弯路的路程就OK。
但是这样做的话，以前记录的事件表就变成垃圾数据了。
不过如果真的那样了，就再费把劲，所有事件表再修改修改吧?
谨记：
密切联系实际！
GIS术语一览
等高线
地面上高程相等各点想象的连线――亦指地图或航图上所代表的相应线。
地理信息系统
是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是以采集、贮存、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。
地理坐标系
经线和纬线是地球表面上两组正交（相交90度）的曲线，这两组正交的曲线构成的坐标，称为地理坐标系。
用来描述地球表面三维地物位置，地物的具体位置由它的经纬坐标确定的。
地图投影
通过特定的数学方程式将经纬坐标（λ，φ）转换为平面坐标（X，Y）。
空间分析
是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。
投影坐标系
由地图投影方式、投影参数、坐标单位和地理坐标系组成。
坐标变换
包括数字化仪和扫描影像的坐标与大地坐标的变换，以及两个不同大地坐标系的坐标变换。
工作空间（Workspace）
工作空间用于保存用户工作环境，包括：
当前打开的数据源（位置、别名、打开方式）、地图、布局、符号库、线型库等。
数据源（Dastasource）
由各种类型的数据集（如点、线、面类型数据、TIN、Grid、NetWork）组成的复合数据集。
一个数据源可包含一个或多个各种类型的数据集；也可以同时存储矢量数据集和栅格数据集。
数据集（Dataset）
是一组数据对象的集合，在SuperMapDeskpro中有十五种类型的数据集，如：
点数据集，线数据集，多边形数据集、TIN数据集、GRID数据集、复合数据集、NetWork数据集、文本数据集等。
地图（Map）
一个或多个数据集显示在一个地图窗口中，成为地图，该窗口成为地图窗口。
图或图层（Layer）
添加到地图中的数据集被赋予了显示属性，如：
显示风格、专题地图等，称为图层。
一个地图由一个或者多个图层组成。
一般而言，一个图层对应着一个数据集；同一个数据集可以被多次添加到同一个地图，此时，多个图层对应着同一个数据集。
布局（Layout）
布置和注释一个或多个窗口的内容以供打印的窗口。
空间数据（SpatialData）
描述地形地物空间位置和空间拓扑关系的数据，如组成河流的坐标点数据，与这条河流相连地其它地物等。
属性数据（AttributeData）
描述地形地物属性信息的数据，如河流的长度、宽度等。
空间数据库（SpatialDatabase）
用来存放地形地物空间数据的数据库。
矢量（Vector）
GIS中两种基本的数据之一，也可以说是刻画和描述空间对象的两种基本方式之一它的特点是通过记录对象的边界来表达空间对象，如一条线由一系列相邻的坐标串表达。
栅格（Raster）
与矢量数据相对应，它是GIS中另一种基本数据类型。
它以原子空间填充的方式来表达空间对象，如一个多边形可以用其内部的正则多边形原子铺盖充填的方式来表达。
简单数据集
由同种类型数据组成的数据集。
复合数据集
由不同类型的数据元素组成的数据集。
与简单数据集相对应。
DTM
DigitalTerrainModals,数字地面模型，是描述地面特性的空间分布的有序数值序列。
DEM
DigitalElevationModals，数字高程模型，是地面特性为高程和海拔高程的数字地面模型（DTM）。
TIN
TriangulatedIrregularNetwork，不规则三角网，采用不规则三角形拟合地表，主要用来描述数字高程表面。
拓扑关系
地理对象在空间位置上的关系，包括相邻（touch），包含（in），相交（cross），部分覆盖（overlap）和相离（disjoint）五种基本拓扑关系。
叠加分析（Overlay）
是在两个数据集之间进行的一系列集合运算。
SuperMapDeskpro提供了5种类型的运算：
Clip，Erase，Union，Intersect和Identity。
缓冲
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