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地理信息系统导论陈述彭科学出版社第一章绪论第一节地理信息系统地理信息系统：一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术二、地理信息的特征地理信息：有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识三大要素：空间位置、属性特征、时域特征特征：信息的一般特性+区域分布性、数据量大、信息载体的多样性三、信息系统的主要类型信息系统：具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统基本组成：计算机硬件、软件、数据和用户类型：事务处理系统、决策支持系统第二节地理信息系统组成及其功能一、地理信息系统的组成数据输入子系统、数据存储与检索子系统、数据输入与分析子系统、输出子系统二、地理信息系统的功能1.地理信息系统的基本功能：数据采集、检验与编辑（获取数据，保证库中数据内容上与空间上的完整性、数据值逻辑一致无错等）；数据格式化、转换、概化（数据操作）；数据的存储与组织（数据集成的过程）；查询、检索、统计、计算功能；空间分析（核心）和显示2.空间分析与模型分析功能三个层次：空间检索（“空间索引”是关键）、空间拓扑叠加分析、空间模拟分析（GIS系统外部的空间模型分析、内部的空间模型分析、混合型）第二章地理空间与空间数据基础第一节地理空间二、地理空间的数学建构4类几何模型：自然面、相对抽象-大地水准面、椭球体模型（以大地水准面为基准）、数学模型三、地理空间坐标系的建立：二维欧几里得空间（笛卡尔平面直角坐标系）四、地理空间的距离度量2种度量方法：沿真实的地球表面进行；沿地球旋转椭球体的距离量算（欧几里得、曼哈顿、时间）；五、地理空间的表达1、矢量：0-3维矢量2、栅格3、三角形不规则网（TIN）---地理连续面六、地理空间的拓扑三个重要的拓扑概念：连接性（弧段在结点处的相互联接关系）、多边形区域定义（多个弧段首尾相连构成了多边形的内部域）、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）2、空间关系：拓扑（相邻、包含、相交等）、顺序（前后左右等）、度量（实体之间距离等）第二节空间数据模型与结构一、概述数据建模：选择数据模型对现实世界数据进行组织》》》选择数据结构进行表达该数据模型》》》选择适合记录该数据结构的文件格式二、空间数据模型3、空间数据模型：矢量、栅格、三角网三、空间数据结构栅格（完全栅格结构、游程编码、Morton顺序和Morton坐标、区域四叉树）矢量（Spaghetti结构、Roessel拓扑数据结构、表面格网数据结构）四、空间数据组织与编码第三节空间数据质量一、概念数据质量相关：误差（数据与真值）、准确度（计算或估算值与真值）、精密度、不确定性三、质量问题的来源自身存在的不稳定性、表达、处理中的误差、使用中的误差第四节空间数据的元数据三、空间数据元数据的获取与管理第一阶段：根据要建的数据库内容而设计的元数据（普通+专指性）第二阶段：元数据随数据的形成同步产生第三阶段：上述数据收集到以后根据需要产生的四、应用（帮助用户获取数据、数据质量控制、数据集成中的应用、数据存贮和功能的实现）原因：完整性、可扩展性、特殊化、安全性、差错功能、浏览功能、程序生成第一节空间数据输入四、空间坐标的转换1、矢量转换：表格坐标-投影坐标-地理坐标-工作投影坐标2、栅格转换：重采样三种方法：最邻近方法、线性内插、三次卷积五、空间数据类型转换：2、栅格向矢量转换：多边形边界提取》》》边界线追踪》》》去除多余点及曲线圆滑》》》拓扑关系生成第二节空间数据压缩编码一、影像压缩编码多灰度采用保真度编码，允许极小误差；二值影像和少灰度信息保持编码，不允许误差存在变换编码、熵编码、行程编码、跳白块编码、线性四叉树编码二、自适应二维行程编码基于线性四叉树的二维Morton行程编码、n-Morton行程编码、自适应二维行程编码三、数字高程模型数据和多灰度影像的压缩信息保持压缩、保真度压缩第三节地理空间数据库一、传统的数据库模型1、层次模型与树结构2、网状模型与图结构3、关系模式与二维表结构三、面向对象的数据库系统第四节可视化与空间查询二、影像地图的构成与空间对象关联的图形要素（点、线、不规则多边形、像元点）+地图注记四、空间信息查询1、空间索引：依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系，按一定的顺序排列的一种数据结构（包含空间对象的概要信息）格网型、BSP树、KDB树、R/R+树、CELL树2、查询方式：基于空间特征、基于属性特征、基于空间关系和属性特征第四章空间信息模型分析第一节空间信息模型基本概念空间信息模型：通过针对存在于空间实体之间的信息及其变化机制的模拟和分析来研究人类生存环境的发展规律的模型一、模型和域模型：把一个（源）域的组成部分表现在另一个（目标）域种的一种结构建模的目的：把源域简单化、抽象化模型的有用性判断：模拟源域的效果和在两个域间转换的难易程度二、模型质量准确性（Accuracy）：经模型转换后源域和目标域的匹配精确性（Precision）：目标域中量测的精细程度三、是域还是对象基于域的模型：把空间存在信息作为连续的空间分布信息的集合来处理基于对象的模型：把空间存在信息作为不连续的可被识别的、具有地理参照的实体来处理第二节基于域的空间信息模型一、域的特征：域：一系列等值面组成1、空间结构特征和属性域：属性域包含以下测量值：名称、序数、间隔、比率2、连续的、可微分的、离散的域：3、各项同性域与各项异性域：空间域内部各种性质是否随方向变化方向而变化4、空间自相关及其他空间模式描述参数：空间自相关：空间域中的值聚集程度的一种度量很强的正空间自相关一个空间域中的类似的数值有集聚的倾向空间自相关为零属性值和空间相邻程度没有明显联系负的空间自相关类似的属性值在空间上有相互排斥的倾向第三节基于对象的空间信息模型一个实体必须符合三个条件：可被识别、重要（与问题相关）、可被描述（静态属性、行为特征、结构特征）一、空间对象：对象存在于空间中（“嵌入空间”：欧氏空间、度量空间、拓扑空间、面向集合的空间）二、空间操作：静态的（不会使运算对象发证本质变化）和动态的（改变一个或多个运算对象）第四节数字地面模型一、定义数字地面模型（DTM）：描述地面特性的空间分布的有序数值阵列数字高程模型（DEM）：一种地面特性（由X、Y水平坐标系统来描述）的DTM二、DTM的实现DTM按空间结构分类：规则格点（格网）、散点、等值线、曲面、线路、平面多边形、空间格网的生成方法：反距离权插值（IDW）、双线性插值（不规则采样点、规则采样点）、趋势面插值、样条插值、克吕格插值第五节空间信息分析的基本方法1、空间信息量算：空间信息分析的定量化基础质心量算、几何量算、形状量算2、空间信息分类：主成分分析法：通过数理统计分析，将众多要素的信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量，选择信息最丰富的少数因子进行各种聚类分析、层次分析法（AHP）：把相互关联的要素按隶属关系划分为若干层次，请有经验的专家们对各层次各因素的相对重要性给出定量指标，利用数学方法，综合各人给出的权值、系统聚类分析：根据实体间的相似程度，逐步合并为若干类别，其相似程度由距离或相似系数定义判别分析：根据理论与实践预先确定出等级序列的因子标准，再将分析的地理实体安排到序列的合理位置上3、叠加分析：两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作，其结果将原来要素分割生成新的要素分类：多边形叠加、点与多边形叠加、线与多边形叠加4、网络分析：对地理网络（交通网络）、城市基础设施建设（各种网线、电力线、电话线、供排水线）进行地理分析和模型化基本组成部分和属性：链、障碍、拐角点、中心、站点路径分析（静态求最佳路径、动态分段技术、N条求最佳路径分析、最短路径、动态最佳路径分析）、地址匹配、资源分配5、缓冲区分析：针对点线面实体自动建立周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形6、空间统计分析：常规统计分析、空间自相关分析（认识空间分布特征，选择适宜的空间尺度来完成空间分析——Moran I指数）、回归分析（两组或多组变量之间的相关关系）、趋势分析（模拟地理特征的空间分布与时间过程）、专家打分模型第六节地学模型分析基于理化原理的理论模型、基于原理和经验的混合模型、基于变量之间统计关系或启发式的经验模型。
第一章1. 地理信息系统：GIS是一个发展的概念。
不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有统一的GIS定义。
一般采用GIS是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统这一说法。
（第5页）2. GIS 的基本组成一般包括（软件），（硬件），（数据），（方法），（人员）五部分。
（第10 页）GIS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，是系统的核心，按其功能分为GIS专业软件，数据库软件和系统管理软件等。
GIS硬件（各种设备-物质基础，用以存储、处理、传输和显示地理信息或空间数据，主要包括：GIS主机，GIS外部设备，GIS网络设备等）。
数据（系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础，它具体描述实体的空间特征、属性特征和时间特征）。
用户（GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户）。
3. GIS 的基本功能：空间数据采集、空间数据存储喝管理、空间数据分析、空间数据输出及二次开发。
GIS的核心功能：空间分析功能。
GIS的应用功能：专题地图及空间分析、地理环境资源调查与数据库维护、多媒体可视化或虚拟表达。
GIS的一般功能：叠加分析、缓冲分析（第18页）4. GIS发展简史：（1）上世纪60年代：开拓阶段，加拿大的CGIS （1963 年开始实施，1971 年建成）（2）70年代：巩固阶段，发达国家相继建设各种专题、规模、类型的GIS （3）80年代：技术突破阶段，栅格扫描输入、遥感图像处理等技术取得突破（4）90年代：社会化阶段，国家级乃至全球性的地理信息系统成为关注焦点，数字地球战略（5）21世纪以来：网络GIS、移动GIS、…（6）地理信息系统-地理信息科学-地理信息服务随发展进行形成了理论研究、技术开发、工程应用与产业化管理的完善体系。
（第26页表 1.10）5. GIS发展趋势：（1）软硬件发展（IT 领域的软硬件向着云计算、高性能和智能化发展）（2）数据资源日益丰富，共享机制的健全。
地理空间技术、纳米技术和生物技术被美国劳工部列为三大新兴产业。
地理信息系统（GIS）是用于采集、存储、查询、分析和显示地理空间数据的计算机系统。
GIS组成：硬件、软件、专业人员、基础设施、模型（方法）。
GIS的作用：空间数据输入、属性数据管理、数据显示、数据探查、数据分析、GIS建模。
CGIS 60-80年代，加拿大地理信息系统。
国外软件：ArcGis,Mapinfo,Autodesk map 国内软件：SuperMap（超图）MapGis,吉奥之星。
地理空间数据是具有地理参照的。
地球表面的空间要素是以地理坐标系统为参照，用经纬度值来表示的。
而这些要素在地图上显示时，他们通常是基于投影坐标系统，用x，y表示。
地理关系数据模型将空间要素的空间数据和属性数据分别储存。
两者通过要素ID连接起来。
近年来，基于对象的数据模型将几何形状和属性存储在唯一系统中。
栅格数据模型使用格网和格网像元来表示如高程、降水等连续要素。
投影是将数据及从地理坐标转成投影坐标。
重新投影是从一种投影坐标转成另一种投影坐标。
经纬网——球面坐标。
投影——平面坐标。
1.PARAMETER[“False-Nothing”0.0] PARMETER[“Scale-Factor”,0.9996]高斯投影PARAMETER[“Latitude-Of-Origin”,0.0] 回点在赤道上即时投影可以根据不同坐标系统显示其数据集。
软件包使用现有投影文件并自动将数据集转换成通用坐标系统。
即时投影不是真的改变数据集的坐标系统。
即时投影存储在数据框里，不能改变、代替原始数据信息。
1.矢量数据模型用点、线、面和体等几何对象来表示简单的空间要素。
2.第一代Auto CAD .DXF非拓扑，文件格式；第二代ArcInfo Coverage COV 拓扑，文件格式，地理关系数据模型；第三代ArcInfo Shapefile .SHP非拓扑，文件和数据库，地理关系数据模型，存储点线面数据；第四代。
