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地理信息系统导论一、课程说明课程编号：010514Z10课程名称：地理信息系统导论/Introduction to Geographical Information Systems课程类别：专业核心课程学时/学分：48/3先修课程：自然地理学、地图学概论、数据结构与算法、计算机基础适用专业：地理信息科学教材、教学参考书：1.地理信息系统教程，汤国安等，高等教育出版社，2007.42.地理信息系统原理、方法和应用，邬伦等，高等教育出版社，20003.地理信息系统导论（第五版），Kang-tsung Chang著，陈健飞等译，科学出版社，2010.74.地理信息系统与科学，Paul A. Longley, Michael F.Goodchild等著，张晶、刘瑜等译，机械工业出版社，2007.7二、课程设置的目的意义地理信息系统（GIS）导论是地理信息科学专业的必修核心课程。
通过本课程的学习，使学生掌握地理信息系统的基本概念，了解地理信息系统的基本原理和方法，初步掌握GIS软件操作的基本技能和应用，特别是构建基于GIS的地学思维与地学语言表达新模式。
初步搭建起地理信息系统专业的知识结构体系和框架，为后续的专业学习奠定坚实的基础。
三、课程的基本要求知识：掌握地理信息系统的基本概念、基本原理和基本方法；掌握空间数据模型、空间数据结构、空间数据采集与处理、空间数据库、空间分析原理与方法、数字高程模型、地理信息可视化等知识；了解学科发展前沿及应用前景，熟练掌握1-2种地理信息系统平台的使用；能力：熟悉行业内主要GIS软件的特征与功能，具备应用地理信息系统平台软件解决行业问题的能力；具有运用GIS软件解决一般的GIS工作中涉及的一般性数据编辑、处理的能力；具有初步的利用GIS平台软件进行GIS空间分析与应用的能力；利用帮助文档及网上资料进行自学GIS软件的能力；素质：既能独立工作，又具有团队合作精神，适应竞争学会合作；具有良好的心理承受能力及科学的工作心态；四、教学内容、重点难点及教学设计五、实践教学内容和基本要求本课程安排有16学时的实验，要求学生通过实验加深对课堂讲授知识的理解和基本方法的掌握。
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。
《地理信息系统导论》复习资料（要点）陈诗吉（编）《地理信息系统导论》复习资料（要点）第一章GIS概述第一节GIS概念一、数据、信息和地理信息1、数据（1）定义：数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。
（2）数据项可以按目的组织成数据结构。
但数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
2、信息信息源自数据，信息是经过加工后的数据，它对接受者有用，对决策或行为有现实或潜在的价值。
目前，学术界对信息尚未形成一致的定义。
广义的认为，信息是物质运动状态和状态改变的方式，它通过数字、语音、图像、文本、图形等媒体形式来表现，它蕴含着事物相互间联系、发展趋势、过程规律等。
3、信息的基本属性包括客观性、传输性、共享性、适应性、等级性、可压缩性、扩散性、增殖性、转换性等。
信息最主要的特点：（1）客观性：任何信息都是与客观事实紧密相关的，这是信息正确性和精确度的保证。
（2）传输性：信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备（包括远程终端）和以一定的形式或格式提供给有关用户，也包括信息在系统内各个子系统之间的流转和交换。
（3）共享性：信息与实物不同，信息可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。
（4）适用性：可为决策提供支持。
4、信息与数据既有区别又有联系（1）信息是与物理介质有关的数据表达；数据中所包含的意义就是信息。
（2）数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以由一种数据形式转换为其他数据形式，但其中包含的信息的内容不会改变。
（3）数据是信息的载体，但并不就是信息。
只有理解了数据的含义，对数据做出解释，才能提取数据中所包含的信息。
（4）数据是原始事实，信息是数据处理的结果。
信息必须是有意义或有用的；使用的信息必须是完整、精确、相关和及时的。
（5）人的知识、经验作用到数据上，可以得到信息，而获得信息量的多少，与人原有的知识水平有关。
