gis的设计方法与步骤

要求

• 保持安静

• 本子一个：画脑图，记问题和灵感

• 复印前六篇，232 页，双面印，共116 页，正反面复印，合计约60 页，费用12 元足矣

0 基本词汇

• 要素feature 专题地图 图层layer 表table

• 属性表 栅格数据 矢量数据

• 数字高程模型与4D

• 邻近区( 缓冲区) 叠合 泰森多边形

• 不规则三角网(TIN) 等高线 视线 视域

• 最佳路径 服务区 道路互通

1 ESRI 产品

ArcGIS 桌面系统产品

ArcGIS桌面系统（desktop）是美国ESRI公司为GIS专业人士提供的信息制作和使用的工具。它可以作为三个独立的软件产品购买，每个产品提供不同层次的功能水平：

•ArcReader是一个免费地图浏览器，可以查看的打印用其他ArcGIS桌面产品生成的所有地图和数据格式。还具有简单的浏览和查询功能。

•ArcView提供了复杂的制图、数据使用、分析，以及简单的数据编辑和空间处理工具。

ArcGIS 桌面系统产品

•ArcEditor 除了包括了ArcView 中的所有功能之外，还包括了对Shapefile 和geodatabase 的高级编辑功能。

•ArcInfo 是一个全功能的旗舰式GIS 桌面产品。它扩展了ArcView 和ArcEditor 的高级空间处理功能，还包括传统的ArcInfo Workstation 应用程序（Arc ，ArcPlot ，ArcEdit ，AML 等）。

ArcView

ArcEditor 和ArcInfo

ArcInfo 组成

ArcGIS Desktop 应用程序

•ArcGIS 桌面产品（ArcGIS Desktop ）是一系列整合的应用程序的总称，包括ArcCatalog ，ArcMap ，ArcGlobe ，ArcToolbox 和ModelBuilder 。

第一章：1、GIS应用：（1）交互式制图网站提供定位寻找不动产清单、信用社服务中心、餐馆、咖啡馆和酒店。（2）基于位置的服务可确定移动电话用户的位置信息（3）移动GIS允许外业工人在野外收集和利用地理空间数据（4）移动资源管理工具跟踪和管理野外工人的位置和实时移动资产（5）汽车导航系统给司机提供实时监控、最优路线，并及时更新路况信息。（6）用于全球环境变化动态监测（7）用于自然资源调查与管理（8）军事应用2、地理空间数据包括：空间数据（描述位置、坐标系统、地图投影）和属性数据3、空间数据特点：多尺度性（空间尺度、时间尺度）；时间维度；精确的位置信息；空间要素间的拓扑关系；表示方式（采集方式、来源方式）4、数据模型包括：矢量数据（位置显性、属性隐含、数据大、精度高），栅格数据（位置隐含、属性显性、数据小、精度小）5、投影变形包括：长度、角度、面积、方向 第二章地理信息系统（Geographic Information System）是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统的设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。地理空间数据：（Geospatial data）描述地球表面空间要素的位置和特征的数据。投影：由地理坐标系统转换成投影坐标系统的过程。栅格数据模型：一种用格网和像元来表示连续要素空间变化的空间数据模型，每个像元有一个值，代表该像元位置上的连续表面的数值。不规则三角网（TIN）：一种复合矢量数据模型，它采用一套互不重叠的三角形来近似表示地形。矢量数据模型：一种空间数据模型，采用点及其x,y坐标来构建点、线和面空间要素。大地基准：用于计算一个地点的地理坐标的基础。基准面由椭球体派生而来。基准面转换：从一个基准面到另一个基准面的转换。椭球：近似表示地球的模型，也称椭球体。等距投影：保持某些距离的比例尺一致的一种地图投影。等积投影：以正确的相对大小来表示面积的一种地图投影。兰勃特正形圆锥投影：一种常用的地图投影，是国家平面坐标系统的基础，为美国许多州使用（适用于东西伸展大于南北伸展的中纬度地区；面积无变形，角度变形明显）。投影坐标系统：基于地图投影的平面坐标系统。地理坐标系统：是地球表面空间要素的定位参照系统由经度、纬度定义。横轴墨卡托投影;又称高斯克里格投影是通用横轴墨卡托坐标系统和国家平面坐标系统的基础（它是一种横轴等角切椭圆柱投影，无角度变形；中央经线没有长度变形，其余经线长度变形为正，距离中央经线越远变形越大；采用6度带、3度带分带投影方法）。地理坐标：用经纬度来表示球面位置。第三章矢量数据模型：用欧几里得几何学中的点线面及其组合体来表示实体空间分布，通过记录控件对象的坐标及空间关系表达空间对象的位置的数据结构。拓扑：研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变的性质。拓扑的重要性（优点）：1，拓扑能确保数据质量和完整性2.拓扑可强化GIS分析。基本的拓扑关系:1，关联：不同拓扑要素之间的关系2，邻接：相同拓扑元素之间的关系3，包含：面与其他元素之间的关系。拓扑主要关系：节点—弧，弧—节点，弧—面，面—弧，多边形—多边形拓扑关系的优点：1，描述点线面空间关系不完全依赖于具体坐标2，空间关系信息丰富简洁，数据冗余少3，方便多边形和多边形的叠合4，便于检查数据输入过程中的错误。缺点：1，拓扑关系建立过程比较复杂2，数据结构本身复杂。地理关系数据模型（一种GIS模型，将空间数据和属性数据存储在两个分离而又相互联系的文件系统中）一，coverage（拓扑的）支持的三种基本拓扑关系1，连接性：弧段间通过节点彼此连接2.面定性；由一系列相连的弧段定义面。3，邻接性；弧段有方向性，具有左多边形和右多边形。二，shapfile,(非拓扑的)优点1，非拓扑矢量数据比拓扑矢量数据更快速的在计算机屏幕上显示出来2，非拓扑数据具有非专有性和互操作性，即非拓扑数据可以在可以在不同软件包之间通用。基于对象数据模型与地理关系数据模型的区别1，基于对象数据模型把空间数据模型和属性数据存储在一个系统中2，基于对象数据模型允许一个空间要素与一系列要素属性和方法相联系。1，个人geodatabase将数据存储在microsoft access 数据库的表格中，以mdb为扩展名。2，文件geodatabase是把数据以许多小文件的形式存储在文件夹中，以gdb为扩展名，没有整个数据库限制。典型的具有拓扑关系的数据模型（独立\\双重）独立地图编码结构1，链状双重独立式编码a,多边形文件：面号 弧段号 属性（周长，面积）b，弧段文件：弧段号 左多边形 右多边形 起点 拐点 终点 c，弧段点文件：弧段号 点号 d点坐标文件：点号 坐标2，双重独立式编码【无拐点属性，无（弧段点文件）】第四章1.栅格数据模型：用一个规则格网来描述与每一个格网单元位置相对应的空间现象特征；表示连续变化的空间现象。3.栅格数据类型：卫星影像，数字高程模型DEM（一种数字模型，等间距高程数据以栅格格式排列），数字正射影像（DOM：数字化影像，其中航片上由照相机镜头倾斜和地形起伏引起的位移已被消除），二值扫描文件（含1或0值的扫描文件）数字栅格图（美国地质调查局的地形图扫描图像）图像文件，特定GIS软件的栅格数据4.栅格数据结构：是指栅格数据的存储方法或格式。包含：直接编码（将栅格数据看做一个数据矩阵，逐行或逐列的逐个记录代码。缺点：会造成数据冗余）游程编码（它以行和组来记录像元值。包括属性和列数次数。优点：压缩效率高，易于检索，叠加合并等操作，运算简单；缺点：对于图斑破碎属性边界多变的数据压缩效率较低）块码（游程编码扩展到二维的情况，包括行号，列号，半径，属性值）四叉树（将栅格分成具有层次的象限。它包含节点和分支；一个节点代表一个象限，非叶节点表示该象限具有不同的像元值，意味着象限还要被分；叶节点代表具有相同像元值的象限，它是个末梢节点）链状。5.栅格数据压缩：数据压缩（指数据量的减少）无损压缩（可以使原图像精确重构的一种数据压缩类型）有损压缩（可达到高压缩比但不能完全重构原图像的一种数据压缩类型）小波变换（一种新的图像压缩技术，它将一幅图像看做是一个波，并且逐渐将该波分解为更简单的波）7.矢量数据结构优点：位置明显，精度高，拓扑关系 缺点：属性隐含，结构复杂，数据量大，不便于进行地图运算，不便于数据融合。栅格数据结构优点：属性明显，数据结构简单，数据量小，便于融合，便于进行地图运算 缺点：位置隐含，精度低，无拓扑关系。第五章GIS数据源：按获取方式（地图数据、遥感数据、实测数据、共享数据{即统计数据是属性数据的重要来源}）按表现方式（数字化数据、多媒体数据、文本资料数据）。数据采集包括空间数据的采集和属性数据的采集。数据采集方式：遥感技术，扫描仪，全数字摄影测量，键盘等。框架数据：互联网上常用的GIS数据是由许多组织定期用于GIS活动的数据，这些数据称为框架数据，它通常包括7个基本图层：地理控制点、正射图像、海拔、交通运输、水文、行政单元和地籍信息。元数据：提供空间信息的数据。数据转换：把ＧＩＳ数据从一种个数转化为另一种格式的一种机制。直接转换：是指在GIS软件包中，用译码器将空间数据的一种格式直接转换成另一种格式。中性格式：是数据交换的一种公共的或普遍采用的格式。数字线化图：USGS标准图幅的点、线和面要素的数字化表示，包括等高线、点高程、水系、边界、交通和美国共有土地调查系统。数字化:将模拟数据转成数字格式的过程。矢量化是将栅格线转化为矢量线的过程.第六章几何变换:利用一系列控制点和转换方程式在投影坐标上配准数字化地图,卫星图像或航空照片的过程.包括几何校正（四点纠正法和逐网格纠正法）和坐标变换.变换方式:等积变换(允许旋转矩形,保持形状和大小不变),相似变换(允许旋转矩形,保持形状不变,但大小改变)仿射变换(允许矩形角度改变,但保留线的平行)投影变换(角度和长度皆变形).坐标变换的实质:建立两个空间参考系之间点一一对应关系,将地理数据统一到同一空间参考系下重采样:以原始图像的像元值或导出值填充新图像的每个像元.地图到地图的变换:把数字地图转换成真实世界坐标的几何变换类型.图像到地图变换:把卫星影像的行于列坐标转换成真实世界坐标的几何变换类型.第七章1空间数据的编辑包括在数字地图上添加、删除和修改要素的过程。主要是消除数字化的错误（A定位错误：指数字化要素的几何错误，如多边形缺失、与空间要素几何错误有关的线条扭曲，方法可以通过用于数字化的数据源来检查，改变单个弧段或数字化新的弧段来修正B拓扑错误：与空间要素之间的逻辑不一致有关，如悬挂弧段和未闭合多边形等，可以利用拓扑的GIS的软件包来帮助完成修正）2几何要素的拓扑错误：A线要素的拓扑错误（未及或欠头：弧段之间存在缝隙，而未接合的数字化错误；过伸：弧段过长；伪节点：出现在连续弧段上的节点；以及线段方向的错误）B点要素的拓扑错误 （一个多边形没有或有多个标志点）C多边形的拓扑错误（未闭合多边形，其间有缝隙以及多边形重合）图层之间的拓扑错误：A外部边界没有重合；B两个图层的线要素在结束点处没有完全接合C点要素不能沿另一图层的线要素延伸3 拓扑编辑：确保数字化的空间要素遵循数字模型固有的或用户指定的拓扑关系，有Coverage的拓扑编辑、地图拓扑编辑、拓扑规则编辑4非拓扑编辑指修正简单要素、基于现有要素创造新要素等基本编辑操作。包括A延伸或整饰线条B删除或移动要素C对要素整形D分割线和多边形 第八章2数据库是一系列数字格式的相关表格的集合，有A平面文件（一个大表中有所有的数据）B层次型数据库（分层次组织数据，在不同层次之间仅使用“一对多”的关联）C网络型数据库（在表格间建立联系，易导致数据库复杂，不灵活，从而限制了数据库的应用）D关系型数据库（表格与关系表的一个集合，通过关键字建立起来，它简单灵活，1数据库中的每个表格可与其他表格分开准备、维护和编辑 2 在因查询或分析需要连接表格之前，这些表格仍保持分离，但许多操作要求在文件中顺序查找，要花费很多时间）3合并：是用两个表格的一个共同关键字或者主关键字和外部关键字把两个表格连在一起 关联：操纵只是临时性地把两个表格连接在一起，而各表格保持独立4添加和删除字段（删除字段可以减少数据冗余，节省数据处理的时间，这个过程要求确定属性表及其需要删除的字段，所以这个过程的表格不能被其他程序使用；新添加的字段用来保存分类和结果，所以，必须如同属性数据输入一样来定义新字段）第九章地图的要素：图名、地图主题、图例、指北针、比例尺、文字说明、图廓。地图分类：普通地图（用于一般目的）、专题地图（特殊目的）；定性地图（描述不同的数据类型）、定量地图（表达排序和数值数据）。数据显示的可视化变量包括色调、明度、彩度、大小、纹理、形状和图案。视觉的三个属性：色调、明度、彩度。数据的分类方法：等间隔、几何间隔、等频率、标准离差、自然断点、用户自定义。定量地图的六种常见类型：点描法地图、等值区域地图、分级符号地图、饼状统计地图、流量地图、等值线地图。第十章 基于地图的三种数据操作方法：数据分类、空间聚集、地图比较。空间数据查询是直接对地图要素操作获取数据数据子集的过程。关于查询的空间关系包括以下几种：包含（选择完全落在用于选择的要素之类的要素）相交（选择与用于选择的要素相交的要素）邻近（选择落在用于选择要素的指定距离内的要素。十一章1.建立缓冲区可把地图分为两个区域：一个区域位于所选地图要素的指定距离之内；另一个区域在指定距离之外。在指定距离之内的区域称为缓冲区3.矢量数据模型用点及其x、y坐标来构建点、线及多边形的空间特征。因此，矢量数据分析是基于点、线和多边形的几何对象，且分析结果的准确性取决于这些对象的位置和形状的准确性。矢量数据可以是有拓扑关系的，也可以是非拓扑关系的。因而拓扑关系也是某些矢量数据分析中的一个因素。4.地图叠置操作是将两个要素图层的几何形状和属性组合在一起，生成新的输出图层。输出图层的几何形状代表来自各输出图层的要素的几何交集。用于叠置分析的图层必须经过空间配准，即具有相同的坐标系统。5.地图叠置操作包括两组操作类型：第一组使用两个多边形图层作为输出图层；第二组则使用一个多边形图层和另一个包括点要素或线要素的图层作为输出图层，可分为（点与多边形的叠置、线与多边形的叠置、多边形与多边形的叠置）。6.地图叠置方法AND（求交）、OR（联合）和XOR（差异）。Union保留来自输入图层中所有要素，即求并集，intersect保留共有要素，即求交集、difference与intersect相反、identity仅仅保留由输入图层定义的区域范围内的要素7.多边形叠置常见错误是形成碎屑多边形，即沿着两个输入图层的相关或共同边界线生成的碎屑多边形8.要素操作有消除边界、剪取、拼接、选择、排除、更新、擦除、分割。十二章1栅格数据分析是基于栅格像元和栅格的，能在独立像元、像元组或整个栅格全部像元的不同层次上进行

1、GIS研究内容：数据采集、数据存储（空间数据和属性数据存储）、数据处理和分析、数据输出。

2、GIS的发展阶段：集成式GIS、模块式GIS、核心式GIS、组件式GIS、WebGIS（除外还有移动GIS）。

3、GIS规范化和标准化的作用：是体现GIS软件开发、系统建立与运行质量的重要要素。从技术角度看，GIS是建立在计算机、网络以及信息处理等多种技术标准之上的，离开了这些标准就无法开发哪怕是最基本的系统。从应用角度看，标准化是实现信息共享，推进GIS发展的最基本保障。

4、GIS软件设计的规范：计算机软硬件技术标准、数据库技术和图形图像处理规范、与地理信息系统数据共享有关的规范化工作、地图制图标准。

5、GIS数据标准化的主要内容：GIS相关的名词或术语标准化，与空间数据库建设有关的标准化活动，包括各种操作规程的指定、数据采集、数据分类与编码、数据字典、文本编写、数据库安全等方面的标准的指定与实践，与GIS数据共享有关的标准化工作，包括对数据质量控制、数据重用、数据交换、网络安全等方面的技术标注，如数据模型标准、数据质量评定标准，元数据标准等。

6、地理信息标准：统一的地理坐标系统、空间信息分类和编码系统、数据模型的标准。

7、数据标准：数据交换、空间元数据标准、数据质量、GIS数据产品标准。

8、P17判断

9、软件危机内容： （1）如何开发软件，以满足对软件日益增长的需求，：a、对软件开发成本和进度的轨迹不准确； b、软件质量不高； c、用户接受度不高； d、软件产品开发效率低； e、相关的技术文档资料不完备；

f、软件可维护性、重用性和可扩展性不高； （2）如何维护数量不断膨胀的已有软件：a、数据不能得到及时的更新；

b、系统需求变更所需要的系统升级不能得到实施；c、网络安全维护得不到贯彻执行。

GIS的发展趋势 （1）GIS趋于综合性发展

A，GIS、遥感（RS）和全球定位系统（GPS）3S集成技术的发展在世界各国引起了普遍重视 B，GIS综合性发展趋势还体现在与OA、Internet、多媒体、虚拟现实等技术的集成 （2）GIS数据模型研究，目前有两种：

地理信息系统:在计算机软件、硬件及网络支持下，对有关空间数据进行预处理、输入、存储、查询检索、处理、分析、显示、更新和提供应用以及在不同用户、不同系统、不同地点

之间传输地理数据的计算机信息系统。 GIS设计目标就是通过改进系统设计方法、严格执行开发的阶段划分、进行各阶段质量把关以及做好项目建设的组织管理工作，从而达到增强系统的实用性、降低系统开发和应用的成

本、延长系统生命周期的目的

内聚跟耦合：内聚纸模块内部各部分之间的联系，耦合是指模块之间的联系内聚度跟耦合度

相互联系此消彼长。 地理建模主要是运用数学语言、地理知识和程序设计工具，对地理信息（如地理现象、地理

数据等）加以翻译和归纳。

地理坐标系：也可称为真实世界的坐标系，是用于确定地物在地球上位置的坐标系。一个特

定的地理坐标系是由一个特定的椭球体和一种特定的地图投影构成，其中椭球体是一种对地

球形状的数学描述，而地图投影是将球面坐标转换成平面坐标的数学方法。 空间元数据：指描述空间数据的数据，它描述空间数据集的内容、质量、表示方式、空间参

考、管理方式以及数据集的其它特征。是空间数据交换的基础，也是空间数据标准化与规范

化的保证，在一定程度上为空间数据的质量提供了保障。

地理编码：是为识别点、线、面的位置和属性而设置的编码，它将全部实体按照预先拟定的

分类系统，选择最适宜的量化方法，按实体的属性特征和几何坐标的数据结构记录在计算机的存储设备上 。

组件：是一个在整个分布式系统中可以即插即用的独立对象，在完成其功能的过程中，它可

以跨越网络、应用、语言、工具和操作系统。 1、结构化的概念最早是由E.W于1965年提出来的，GIS工程学体系的三维结构是由A.D.Hall

提出的，地理信息科学是由Good Child于1992年提出的，Grady Booch是面向对象发最早的倡导者之一；Jacobson提出了OOSE方法；Yourdon提出了进行GIS总体的结构图；基本E-R模型由Peter Chen于1976年提出的。