《地理信息系统》读书报告
1.地理信息系统概念
地理信息系统，英文简称GIS（Geographic Information System）。是在计算机支持下，对空间地理相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示输出，并采用地理模型分析方法，提供多种空间地理信息，为地学研究和决策服务的空间信息系统。
2.地理信息系统的组成
地理信息系统主要由硬件、软件、数据、算法和人员五部分组成。硬件和软件为地理信息系统建设提供环境；数据是GIS的重要内容；算法为GIS建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其它几个组成部分。
硬件主要包括计算机和网络设备，存储设备，数据输入，显示和输出的外围设备等等。
软件主要包括以下几类：操作系统软件 、数据库管理软件 、系统开发软件 、GIS 软件，等等。
3.地理信息系统的空间数据结构及其存储方式
数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。空间数据结构包括栅格数据结构(显式表示 )和矢量数据结构(隐式表示 )两种。
3.1栅格数据结构
栅格数据结构是最简单最直观的空间数据结构，它实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。栅格数据的存储可以逐行进行，这与扫描数据的生成相一致；也可以分块进行，以适用于数据处理中的面状作业。栅格数据中，很多像元取相同的值，数据冗余明显，为了节省存储空间，设计产生了以下五种栅格数据存储的压缩编码。
全栅格式存储：用非压缩格式时，存放的是每个像元的灰度值。若每个象元规定N比特，则其灰度值范围可在0到2N—1之间；若每个象元只规定1比特，则灰度值仅为0和1，这就是所谓二值图像，0代表背景，1代表前景。
链式编码：链式编码又称为弗里曼链码(Freeman，1961)或边界链码。链式编码主要是记录线状地物和面状地物的边界。它把线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为：东＝0，南＝3，西＝2，北＝1等。
行程编码：行程编码(Run Length Code)是栅格数据的一种压缩格式,是通过三元组序列来表示的。每个三元组的三个元素分别存储灰度值的起始列号、灰度值和该灰度值的像元个数。(图3-1）
图3-1 多区域栅格地图及行程编码表示
块式编码：块码是行程编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，把多边形范围划分成由象元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。块式编码数据结构中包括3个内容：块的原点坐标（可以是块的中心或块的左下角象元的行、列号）和块的大小（块包括的象元数），再加上记录单元的代码组成。（图3-2）
图3-2 块式编码分解示意图
四叉树编码：将图像区域按四个大小相同的象限四等分，一直等分到子象限上仅含一种属性代码为止。而块状结构则用四叉树来描述。按照象限递归分割的原则所分图像区域的栅格阵列应为2n×2n（n为分割的层数）的形式。
图3-3 四树杈分解过程
四树杈编码又可分为：
（1）规则四叉树：用五个字段来表示树中的每个结点，其中一个用来描述该结点的特性（有目标、空白、非结点），其余四段用于存放四结点的指针。
（2）线性四叉树：将四叉树转换成一个线性表，表的每个元素与一个结点相对应，结点之间的层次关系在元素中描述。（图3-4）
图3-4 线性可排序四叉树编码示意图
3.2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。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。
除数学上的精确坐标假设外，矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。
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。按照其功能和方法矢量数据结构的编码形式可分为：实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式。
实体式数据结构是指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化。
索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，具体方法是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。
双重独立式数据结构（DIME）采用了拓扑编码结构，是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的节点及相邻面域来予以定义。
链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结
构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。
4.地理信息系统数据采集方式
（1）手工方式：通过手工在计算机终端上输入数据，主要是键盘输入。
（2）手扶跟踪化数字方式：是一种图形数字化设备，是目前常用的地图数字化方式。
（3）扫描方式：扫描仪是一种图形、图象输入设备，可以快速地将图形、图象输入计算机系统，是目前发展最快的数字化设备（4）影像处理和信息提取方式：从遥感影像上直接提取专题信息。
（5）数据通讯方式：联网方式下，信息系统内部各子系统之间以及与其它信息系统之间实现信息交流和信息共享的主要方式。
5.地理信息系统的空间分析方法
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。基于空间分析内容的需求，地理信息系统的空间分析方法主要由以下几种：
5.1叠加分析
大部分GIS软件是以分层的方式组织地理景观，将地理景观按主题分层提取，同一地区的整个数据层集表达了该地区地理景观的内容。地理信息系统的叠加分析是将有关主题层组成的数据层面，进行叠加产生一个新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。叠加分析不仅包含空间关系的比较，还包含属性关系的比较。叠加分析可以分为以下几类：
（1）视觉叠加：将同一地区的同一比例尺的不同含义的图像、地图进行叠合，从而获得更多的空间信息或改善视觉效果，以便用户直观地判断不同地理实体的空间关系。
视觉复合只是改善了视觉效果，各属性层数据结构不变，也不生成新数据。
（2）栅格数据叠加：将单个栅格单元数据作为提取和分析的逻辑
