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【培训课件】空间数据的管理技术

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第六章空间数据管理ppt课件

第六章空间数据管理ppt课件
• 优点：实现空间数据管理、速度较快 • 缺点：数据的安全性、一致性、完整性、
并发控制性、数据恢复较差，没有解决空 间对象反向检索问题
全关系型空间数据库管理系统
• 定义：属性数据和坐标数据用关系数据库 统一管理
• 关系数据库提供了Binay（二进制）字段， 变长的坐标数据采用该字段管理
• 优点：一体化管理，数据的安全性、一致 性、完整性、并发控制性、数据恢复较好
• 数据项的值可以是数值的、字母的、字母 数字的、汉字的等形式
• 数据项的物理特点在于它具有确定的物理 长度，可以作为整体看待
数据组织分级－－记录
• 记录是由若干相关联的数据项组成，是处 理和存储信息的基本单位，是关于一个实 体的数据总和
• 构成该记录的数据项表示实体的若干属性 • 为了唯一标识每个记录，就必须有记录标
• 空间数据库管理系统有哪几种？分别叙述 它们的优缺点
• 空间数据库建立空间索引方法有哪几种？ 分别叙述它们的原理
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
• 记录每个工作区在图库中的空间索引，就 可建立工作区与图库的关系
400
W41 W42 W43 W44 W45
300
W31 W32 W33 W34 W35
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W21 W22 W23 W24 W25
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W11 W12 W13 W14 W15
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空间索引
• 为了加快数据库查询速度即矩形、椭 圆、多边形开窗，需要建立空间索引
• 物理单位分级：指数据在存储介质上的存 储单位，层次有比特、字节、字、块、桶 和卷（B、KB、MB、GB、TB）

空间数据处理.ppt课件

空间数据处理.ppt课件
第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
4、图形编辑的数据组织—空间索引
为加速检索，需要分层建索引，主要方法有格网索引和四叉树索引。 1）格网索引
第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
a、每个要素在一个或多个网格中 b、每个网格可含多个要素 c、要素不真正被网格分割 ，
格网号 (Peano或Morton)
空间对象
空间对象
格网号 (Peano或Morton )
对象索引
空间索引
2）四叉树索引
第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
线性四叉树和层次四叉树都可以用来进行空间索引。
5
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13
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1
3
8
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2
Peano码
Side
空间对象
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E
0
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D
1
1
A
4
1
F
8
2
C
15
1
B,G
C
A
B
G
F
D
E
A、线性四叉树，先采用Morton或Peano码，再根据空间对象覆盖的范围进行四叉树分割。 B、层次四叉树，需要记录中间结点和父结点与子结点之间的指针，若某个地物覆盖了哪个中间结点，还要记录该空间对象的标识。
无结点
有结点
3）清除假结点（伪结点）
第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
有些系统要将这种假结点清除掉（如ARC/INFO），即将目标A 和B合并成一条，使它们之间不存在结点;
由仅有两个线目标相关联的结点称为假结点。
但有些系统并不要求清除假结点，如Geostar,因为它们并不影响空间查询、分析和制图。

空间数据管理技术

空间数据管理技术

防火墙
基站
车辆记录、货物记录
调度
图3-9基于手机定位的商用车管理系统结构图
2. 空间信息系统
信息系统按照是否含空间信息分为非空间信息系统（一般 指管理信息系统）和空间信息系统，如图3-2所示。空间信 息系统分为非GIS（一般CAD/CAM）和GIS。
资源管理信息系统
土地信息系统（依照其应用领域划分） 地学信息系统
信息系统
GIS
空间信息 系统
地理信息系统（根据其服务对象）
移动通信网络基本发展：
第一代移动通信（1G） 第二代移动通信系统（2G） 第三代移动通信系统（3G）
1. 手机定位系统
手机定位是指通过无线终端（手机）和无线网 络的配合，确定移动用户的实际位置信息（经 纬度坐标数据，包括三维数据），通过短消息 服务（short message service，SMS）、多媒 体消息（minerals management service， MMS）、语音发给用户或以此为基础提供某种 增值服务。
• 2. GPS的特点 1）全球覆盖 2）全天候工作 3）定位精度高 4）观测时间短 5）功能多、应用广 6）执行操作简便
• 3. GPS的组成
1）GPS空间部分
2导航定位系统 1）美国的GPS 2）俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统 3）欧洲的伽利略卫星导航系统 4）我国的北斗卫星导航系统
手机定位系统的应用
（1）手机定位系统在物流中的应用 :
个性化的监控和查询功能
报警和求助功能
与智能运输系统结合的调度和管理
（2）手机定位系统在其他领域的应用:
监控查询
信息查询 个人定位服务
增强移动网络性能
地理信息
其他信息来源

空间数据组织与管理课件(PPT-56页)

空间数据组织与管理课件(PPT-56页)
• 一个城市地理信息系统数据量可达几十GB，如果考虑影 像数据的存储，可能达到几百个GB
• 需要在二维空间上划分块或图幅，在垂直方向上划分层进 行数据组织
空间数据管理
• 通用数据库管理系统在管理空间数据时，面临的问题：
– GIS需要一些复杂的图形功能，一般的DBMS不能支持 – DBMS一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠
– 数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储 存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩 展性，并可为各种用户共享
数据库基础
• 最常用的数据模型
– 层次模型（HierarchicalModel）
非关系模型
– 网状模型（NetworkModel） – 关系模型（RelationalModel） – 面向对象模型（ObjectOrientedModel）
矢量数据的管理
• 全关系型数据库管理
– 图形数据与属性数据都采用现有的关系型数据库存 储，使用关系数据库标准连接机制进行空间数据与 属性数据的连接
属性数据 （定长记录）
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
DBMS
空间数据库 全关系管理空间数据
矢量数据的管理
• 对变长结构的空间几何数据的处理方法：
• 1996年，ESRI公司与Oracle等数据库开发商 合作，开发出一种能将空间图形数据也存放到 大型关系数据库中管理的产品，将其定名为 “spatialdatabaseengine”，简称SDE，即 为“空间数据库引擎”
空间数据库引擎
• 之后许多的GIS厂商和数据库厂商纷纷提出自己的商 业化的产品和解决方案，比较成熟的有GIS厂商ESRI 公司的ArcSDE，MapInfo公司的SpatialWare，数 据库厂商Oracle公司的Spatial，Informix公司的 SpatialDataBlade等产品和技术

第5章 空间数据的管理

第5章 空间数据的管理

3）由于概念模式和存储模式的相互独立性，及实现关系之间的联系需要执 行系统开销较大的联接操作，运行效率不够高。 4）空间数据通常是变长的，而一般RDBMS只允许记录的长度设定为固定长度， 此外，通用DBMS难于存储和维护空间数据的拓扑关系。 5）一般RDBMS都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作。 6）一般DBMS不能支持GIS需要的一些复杂图形功能。
数据
数据项、记录、文件和数据库 比特、字节、字、块、桶和卷
2、空间数据特征
1）空间特征：一般需要建立空间索引。 2）非结构化特征： 结构化的，即满足第一范式:每条记录定长，且数据项是原子数据. 而空间数据数据项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。 3）空间关系特征： 拓扑数据给空间数据的一致性和完整性维护增加了 复杂性。
返回
三、面向对象的数据库模型

(一)基本概念
属性—数据 地理对象
1、对象：
行为—方法
含有数据和操作方法的独立模块，可以认为是数据和行为的统一体。如一个城市、 一棵树均可作为地理对象。 具有一个唯一的标识，以表明其存在的独立性； 具有一组描述特征的属性，以表明其在某一时刻的状态——静态属性—数据；
2、概括：将相同特征和操作的类再抽象为一个更高层次、更具一般性的超类的过程。
子类是超类的一个特例。
一个类可能是超类的子类，也可是几个子类的超类。所以，概括可能有任意多层次。 概括技术避免了说明和存储上的大量冗余。这需要一种能自动地从超类的属性和操作 中获取子类对象的属性和操作的机制，即继承机制。
3、聚集：聚集是把几个不同性质类的对象组合成一个更
返回
二、空间数据库管理系统
是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义 和逻辑上的定义；

第三讲(空间数据管理)

第三讲(空间数据管理)
是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，它将空 间数据组织为适合于计算机系统存储、管理和处理的逻辑结构 。
空间数据结构可分为两大类：矢量结构和栅格结构
4
第4页，共79页。
5
第5页，共79页。
• 栅格数据结构
是栅格数据模型在空间数据组织中的实现，是最简单、最直接的 空间数据结构。
栅格结构以规则的阵列（像元）来表示空间地物或现象分布的数 据组织，阵列中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
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，则用一系列足够短的首尾相接的直线段近似表示一 条曲线，矢量结构中只记录这些小线段的起点和终点坐标，即将曲线 表示为坐标序列。
24
第24页，共79页。
GIS中的面实体又称多边形，是任意形状、边界完全闭合的空 间区域。
与表示线实体相似，矢量数据结构将面实体看作是由一系列 多而短的直线段组成的闭合曲线，并通过记录每个小线段的端点 坐标来记录多边形。只是曲线的起点和终点必须是同一个点。
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第30页，共79页。
• 树状索引编码法 采用树状索引减少数据冗余并间接增加邻域信息。具体方
法为： –对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储 ；
–由点索引与边界线号相联系；
–以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。
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第31页，共79页。
1）点文件：
点号
坐标
1
x1 ,y1
2
x2 ,y2
树状结构记录栅格数据，并通过四叉树状结构实现查询、修 改、量算等操作。
四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形 区域，最小的方形区域为一个栅格象元。

空间数据管理 PPT课件

11
链方式：文件不按地址连续存放，文件的逻 辑顺序靠链来实现，文件中的每个记录中都 含有一个指针，用以指明下一个记录的存放 地址；
块链方式：把文件分成若干数据块，块之间 用指针连接，而块内则是连续存储 .
12
索引文件
存储内容包括： 1.记录本身（主文件） 2.若干索引表 这种带有索引表的文件叫索引文件。
45
作为一种辅助性的空间数据结构， 空间索引介于空间操作算法和空间 对象之间，它通过筛选作用，大量 与特定空间操作无关的空间对象被 排除，从而提高空间操作的速度和 效率。空间索引的性能的优劣直接 影响空间数据库和地理信息系统的 整体性能，它是空间数据库和地理
信息系统的一项关键技术。
46
常见大空间索引一般是自顶向下、逐级划分 空间的各种数据结构空间索引，比较有代表 性的包括BSP树、R树、R+树和CELL树等。 此外，结构较为简单的格网型空间索引有着 广泛的应用。
24
数据库管理系统
数据库管理系统（Database Management System，DBMS）是在文件处理系统的基础 上进一步发展的系统。
可以认为，DBMS在用户应用程序和数据文 件之间起到了桥梁作用。
25
DBMS优点： DBMS优点是提供了数据独立性，即应用程 序访问数据文件时，不必知道数据文件的物 理存储结构。当数据文件的存储结构改变时， 不必改变应用程序 。
28
传统的地理数据模型 层次模型 网状模型 关系模型
29
采用传统DBMS存储空间数据的主要问题
1）在GIS中，空间数据记录是变长的，而一般数据库要求 记录为固定长度。另外，在存储和维护空间数据拓扑关 系方面，DBMS也存在着严重的缺陷。
2）DBMS一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包 含、叠加等基本操作。

第三讲空间数据组织与管理PPT课件


弧段 起点
终点
）
点-弧拓扑 点 弧-面拓扑 弧
弧段 左面
右面
11/4/2020
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矢
量 拓扑结构：部分显式表达 数
据 结
用上述部分表格表示空间目标的拓扑关 系
构
System9：面-弧 、弧-点
（
DIME：弧-点、弧-面
续
目前商用GIS还没有超出上述四个表格的 拓扑关系
）
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矢 量 数 据 结 构 （ 续 ）
11/4/2020
拓扑结构：物理实现
▪ 串行指针
面-弧、点-弧：变长记录，不方便直接存储 POLYVRT（美国计算机图形及空间分析实验
室） TIGER（美国人口调查局）
▪ 直接存储
Arc/Info、GeoStar
19
矢 拓扑结构：拓扑关系与数据共享 量 维护数据的一致性 数 据 结 构 （ 续 ）
空 线状 目标标识 地物编码 坐 标串 起点、终点、左面、右面 间 对象 目标标识 等级 路面材料 宽度 修建时间 管养单位 …… 对 象 面状 目标标识 地物编码 边界目标号
对象 目标标识 所有者 建筑日期 建筑单位 建筑面积 结构 ……
地物类型特征与制图属性
地物编码 地物名称 几何类型 制图颜色 制图符号编码 属性表明
11/4/2020
5
11/4/2020
6
CAD模型
11/4/2020
7
影像数据模型
11/4/2020
8
影像数据模型和栅格数据模型区别
▪ Image 没有属性数据表，仅一个属性项 ▪ 栅格数据具有属性表，并且可和其他的属
性表进行联合运算。 ▪ 应用：影像数据仅作影像处理，而栅格模

第三讲(空间数据管理)讲义


26
矢量数据结构
27
• 矢量数据编码 通过地理坐标对点、线、面实体进行标识，是矢量数据 编码的重要特征。 标识码（ID） 点要素 X，Y坐标 非几何属性 点实体编码 线要素 标识码（ID） 起点X，Y坐标
终点X，Y坐标
坐标对序列 非几何属性 线实体编码
28
• 多边形矢量编码 多边形运算是GIS空间分析的主要内容。 多边形不但要表示位置和属性，还要能表达区域的拓扑 性质（如形状、邻域、包含和层次等），以便利用这些信
四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区 域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。
19
分割的原则：将图像区域划分为四个大小相同的象 限，而每个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次
一层的四个象限。其终止判据是，不管是哪一层上的象 限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几 种地物时，则不再继续划分，否则一直划分到单个栅格像 元为止。
似表示一条曲线，矢量结构中只记录这些小线段的起点和终 点坐标，即将曲线表示为坐标序列。
25
GIS中的面实体又称多边形，是任意形状、边界完全闭 合的空间区域。 与表示线实体相似，矢量数据结构将面实体看作是由一
系列多而短的直线段组成的闭合曲线，并通过记录每个小线 段的端点坐标来记录多边形。只是曲线的起点和终点必须是 同一个点。
空间数据结构可分为两大类：矢量结构和栅格结构
5
6
• 栅格数据结构 是栅格数据模型在空间数据组织中的实现，是最简单、 最直接的空间数据结构。 栅格结构以规则的阵列（像元）来表示空间地物或现象 分布的数据组织，阵列中的每个数据表示地物或现象的非几 何属性特征。
7
点
线
面
8

01-第五章 空间数据组织与管理 1-4小节 PPT


空间位置
2) 一对多联系(1:n)
省
省辖市
3) 多对多联系(m:n)
土地类型
农作物
5.1.3 常用数据文件
计算机中的两种数据组织：内存中的、外存中的
文件组织是指数据在外存设备上的组织，由OS进行管理，解 决在外存设备上如何安排数据和组织数据，数据访问方式。
OS实现的文件组织方式可分为： 顺序文件：按存储顺序排序，或按关键字排序存放 索引文件：带有索引表的文件 直接文件：随机文件， 倒排文件：以辅关键字建立的索引的文件
DB的内部构造是文件集合， 文件之间存在某种联系，不是
DB
孤立存在。
一个shapefile有三个主文件： shp, dbf, shx
统一管理，共享数据
5.1.2 数据间的逻辑联系
数据间的逻辑联系主要指记录与记录之间的联系。 实体之间的联系。
数据间的逻辑联系有三种：
1) 一对一联系(1:1)
地理名称
第5章 空间数据组织与管理
第5章 空间数据管理
5.1 数据与数据文件 5.2 数据库与数据库管理系统 5.3 数据库模型 5.4 空间数据库管理系统 5.5 空间数据的组织 5.6 空间索引
The end
5.1 数据与数据文件
1 数据组织的分级 2 数据间的逻辑联系 3 常用的数据文件
3 数据应用面相当广. 地理数据库具有明显空间特征，所以人们又称为 空间数据库(Spatial data base ).
5.2.2 数据库的主要特征
与file 管理方法相比， DB具有更强的数据管理能力。 DB具有以下主要特征：
1）数据集中控制
2 数据冗余度小 3 数据独立 4 复杂的数据模型 5 数据保护
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经济与管理实验教学中心
两者间有着一定的差别：地图强调的是
数据分析、符号化与显示，而GIS则注 重于信息分析。从GIS的发展过程可以 看出，GIS的产生、发展与制图信息系 统存在着密切的联系，两者的相通之处 是其于空间数据的空间信息表达、显示 和处理。从系统组成和功能上，一个 GIS拥有机助制图系统的所有组成和功 能，并且GIS还有数据处理的功能。
经济与管理实验教学中心
(三)GIS的发展
GIS与地理空间信息的表示、处理、 分析和应用手段的不断发展紧密相连。 GIS的存在与发展已历经30余年，尤 其是北美地区，可将GIS发展分为以下 几个阶段：

Байду номын сангаас
经济与管理实验教学中心
1．20世纪60年代为GIS开拓期，注重于
空间数据的地学处理。 2．20世纪70年代为GIS的巩固发展期， 注重于空间地理信息的管理。 3．20世纪80年代为GIS技术大发展时期， 注重于空间决策支持分析。
经济与管理实验教学中心
随着电子制图系统(EMS：Electronic mapping system)的出现和发展，产生了电子图集，它有许多新 的特征： 1．图文和数据多媒体集成，把图形的直观性、数 字的准确性、声音的引导性和亲切感相结合，充分利 用了读者的各种感官； 2．查询检索和分析决策功能，能够支持从地图图 形到非空间数据和从非空间数据到图形的双向检索； 3．图形动态变化功能，从开窗缩放、浏览阅读等 基本功能到地图动画功能、多维动画的图形模拟等； 4．具有良好的用户界面，使读者介入地图的生成 过程； 5．多级比例尺之间的相互转换，由于计算机屏幕 幅面的限制和计算机潜在计算机功能和巨大的存储能 力，要求具有多级比例尺不同程度的制图综合功能。
计算机图形理论是现代GIS的技术理论
之一，计算机图形学提供了图形处理、 显示的软、硬件以及技术方法。人工智 能的发展给GIS的技术进步也带来了积 极的影响，虽然目前GIS还没有充分利 用人工智能的各种技术，但它提供了智 能化技术系统的设计技术与方法。
经济与管理实验教学中心
计算机网络技术的发展则为GIS的构件
经济与管理实验教学中心
(二)地理信息系统(GIS)与其他学科的关系
空间分析的理论学方法为GIS提供了有 关空间分析的基本观点与方法，成为GIS 的基础。而GIS的发展也为地理问题的解 决提供了全新的技术手段，地学数据处理 系统是以地学数据的搜集、存储、加工、 集成、再生成等数据处理为目标，为GIS 提供符合一定标准和格式数据的信息系统。
经济与管理实验教学中心
第二种观点称为数据库观点，强调数据
经济与管理实验教学中心
大地测量为GIS提供了精确定位的控制
信息，尤其是全球定位系统(GPS)可快 速、廉价地获取地表特征的数字位置信 息。航空相片及其精确测量方法的应用 使得摄影测量成为GIS主要的地形数据 来源。遥感是GIS的主要数据源与更新 手段，同时，GIS的应用又进一步支持 遥感信息的综合开发与利用。
技术的形成提供了新的机遇，为使地理 作系统发展成为社会信息基础设施的重 要组成部分奠定了基础。
经济与管理实验教学中心
遥感作为空间数据采集手段，已成为
GIS的主要信息源与数据更新途径。遥 感图像处理系统包含若干复杂的解析函 数，并有许多方法用于信息的增强与分 类，但遥感系统本身的空间分析能力有 限，并难与DBMS系统相连。

经济与管理实验教学中心
数据库管理系统(DBMS)主要设计用于
存储、管理和查询非空间的非空间数据， 并具备一些基本的统计分析功能，它是 现代GIS不可缺少的重要组成部分之一， 它所具有的功能是GIS有关数据操作功 能的重要组成部分。但是，一般DBMS 在处理空间数据时缺乏空间分析能力。
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数据处理、用于动态分析的四维数据处理、用 于网络分析的运筹法数据处理。数据处理系统 的数据包括具有统计性质的空间数据、遥感数 据、地学专题空间数据等。
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地图是记录地理信息的一种图形语言形
式。GIS脱胎于地图，并成为地图信息 的又一种新的载体形式，它具有存储、 分析、显示等功能，尤其是计算机制图 为地图的数字表示、操作和显示提供了 成套方法，为GIS的图形输出设计提供 了技术支持。同时，地图仍是目前GIS 的重要数据来源之一。
经济与管理实验教学中心
第一节地理信息系统
一、地理信息系统(GIS)概述 (一)地理信息系统(GIS)的产生
GIS萌芽于20世纪60年代初，美国麻省
理工学院首次提出计算机图形学术，并 证明了交互计算机图形学是一个可行的、 有用的研究领域，从而显示出这一科学 分支的独立地位。
经济与管理实验教学中心
经济与管理实验教学中心
目前对GIS的认识可归为三个相互独 立又相互关联的观点。
一是地图观点，强调GIS作为信息载体
与传播媒介的地图功能，认为GIS是一 种地图数据处理与显示系统，因此，每 个地理数据集可看成是一张地图，通过 地图代数实现数据的操作与运算，其结 果仍然再现为一张具有新内容的地图。 测绘及各专题地图部门非常重视GIS的 快速生产高质量地图的能力。
空间数据的管理技术
物流活动常处于运动的和非常分散的状
态，因此地理信息系统(GIS)和全球定位 系统(GPS)等技术能够将物品移动的空间 数据进行有效的管理。本章对GIS和GPS， 从概述、定义、分类、特征、组成与功 能、运行机理和在物流信息系统中的作 用进行介绍，使读者了解空间数据管理 的实用技术的原理。
经济与管理实验教学中心
GIS与相关学科
地理学
制图学
CAD与 计算机图形学
测量与摄影测量
遥感
经济与管理实验教学中心
地学数据的处理分为两个层次： 1．以数据格式、数据量、存在介质、精度、 空间表示法等为特征的GIS外部数据处理，其 目的是为GIS利用数据做准备，如遥感数字图 像的校正、图像增强、图像分类； 2．在GIS内部数据的处理，它包括水平方向 的专题层内部数据处理、垂直方向上的专题层 之间的数据处理、适于不同比例尺需要的变焦