第四章 GIS软件工程的分析方法

使用地理信息系统进行矢量数据分析的方法使用地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）进行矢量数据分析是一种重要的地理信息处理方法。

矢量数据是基于地理空间位置的数据形式，通常由点、线和面构成，具有较高的精度和准确性。

在GIS领域，矢量数据的分析方法可以帮助我们深入理解地理现象，并为决策提供科学依据。

接下来，本文将介绍一些常用的矢量数据分析方法。

首先，简单的空间查询是GIS中常见的矢量数据分析方法之一。

通过空间查询，我们可以根据特定的空间关系来检索目标要素。

例如，我们可以使用"在多边形内"这一空间关系，找出某一范围内的房屋数量。

这种方法可以快速筛选出满足特定条件的要素，为进一步的分析提供基础。

其次，空间统计分析是另一种常用的矢量数据分析方法。

它可以帮助我们发现地理现象的分布规律和相互关系。

例如，我们可以通过空间聚类分析找出城市中的热点区域，从而指导城市规划和资源分配。

另外，还可以进行空间插值分析，通过已知点的数据推断未知点的值，从而获得连续的空间分布。

这些统计方法可以帮助我们更好地理解地理现象，并为相关决策提供支持。

此外，网络分析也是GIS中常见的矢量数据分析方法之一。

网络分析主要用于研究基于网络结构的问题，如最短路径、服务区域等。

以交通规划为例，我们可以利用网络分析方法找出最短交通路径，优化交通流量分配，提高交通效率。

通过网络分析，我们可以更好地理解和改进现有的交通网络，提供有效的决策支持。

此外，矢量数据的空间模型分析也是GIS中的重要研究方向。

空间模型分析主要研究地理要素之间的空间关系和相互作用。

例如，我们可以通过网格格局分析研究城市用地的布局和功能分区，从而指导城市规划和土地利用。

另外，也可以使用空间变异性分析研究地理现象在空间上的分布特征和变化趋势。

这些模型分析方法可以帮助我们更好地理解地理现象的内在规律和机制。

综上所述，使用地理信息系统进行矢量数据分析是一种重要的地理信息处理方法。

gis技术GIS技术（地理信息系统技术）是一种地理学、计算机科学和信息技术的综合应用技术。

通过将地理信息与数据库技术、网络技术和软件工程技术等相结合，可以构建出以地球表面上的地理空间信息为基础，以数据挖掘、空间分析、模拟和可视化技术为支撑的信息系统。

GIS不仅可以为人们提供更为准确和丰富的地理空间信息，还能为人类社会的可持续发展提供有力的科技支持。

一、 GIS技术的基本概念GIS技术是一个复杂的技术系统，其中包含众多的术语、工具和方法。

为了更好地理解GIS技术，我们需要了解以下几个基本概念。

1）地理信息地理信息（Geographic Information）是指用来表达地球表面特征的数据，一般包括地形、地貌、气候、生态、社会经济等各种自然和人文方面的信息。

地理信息最基本的单位是地理位置，即三维坐标系中的经度、纬度和高度。

GIS技术就是将这些地理位置信息与其他属性信息相结合，构建出多维度、多角度的地理信息体系。

2）GIS数据GIS数据是指按一定的格式和规则组织、描述、存储和处理的地理信息数据。

GIS数据按照其空间关系可以分为矢量数据和栅格数据两类。

矢量数据以点、线和面等基本图形作为要素，用坐标、属性和拓扑关系等信息来描述地物的空间特征。

矢量数据适用于精细的空间分析和图形表示。

栅格数据则将地图像素化，将地图上的对象分成许多小块（单元格），用数值来表示地物属性。

栅格数据适用于面积计算、图像分析和数字地形模型等领域。

3）GIS功能GIS功能包括数据管理、空间分析、数据查询、数据可视化等多项服务。

GIS数据管理主要包括数据输入、存储、编辑、更新、转换等。

空间分析应用各种统计和数学方法，通过对数据表格进行计算、分析、汇总和预测，探索数据之间空间关系和地理现象发生的原因。

数据查询是指针对用户需要进行数据检索和筛选，用户可以根据自己的需求选择所需的数据信息。

数据可视化则主要是通过图表、地图、场景等展示手段，将地理信息数据以人类可以感知的形式，直观地一、二、三维地进行展示，更好的理解空间和地理现象。

第一章1、GIS是在计算机软、硬件支持下，采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并以回答用户问题等为主要任务的技术系统。

也是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。

）2、GIS软件技术发展经历以下五个阶段：集成式GIS/模块式GIS、核心式GIS、组件式GIS、万维网GIS.3、GIS发展的各阶段特点4、GIS用户：GIS最终用户，GIS专业人士，GIS开发商/系统集成商4、GIS构成：硬件、软件、数据、人员、方法。

5、GIS产品模式可归结为：数字地图、桌面制图、桌面GIS、专业化GIS。

6、地理信息系统的类型：工具型地理信息系统、应用型地理信息系统（专题地理信息系统、区域地理信息系统）、大众地理信息系统。

第二章1、GIS软件的主要特点（1）在存储技术上，传统的GIS采用两库结构，即空间数据库和属性数据库的分离。

（2）在数据组织与处理模式上，传统的GIS仍然沿袭地图处理的模式。

在实现上，将空间数据组织成物理实体（点、线、面等）、图层、地图和图库几个层次。

（3）在网络和分布式环境下系统组成方面，传统的GIS支持树型的系统结构和主－从工作模式，上下级数据交换基本上以图层为单位进行。

（4）在空间数据管理范围方面，目前的GIS可以比较有效地处理二维空间数据，并能较好地处理DEM 数据、实现三维实体的表面显示。

（5）在数据共享和功能共享方面，虽然目前开始注意元数据问题，已经解决了不同格式空间数据之间转换问题，可以实现有缝的数据共享。

但是GIS功能共享和互操作问题尚未得到解决。

以系统为中心的问题没有得到根本克服。

因此，传统的GIS软件的特点可以简要地归纳为：以系统为中心，以地图为基础，二维处理，静态管理，尺度割裂，数据集中。

2、GIS软件开发过程中的问题：1）经费预算经常突破，完成时间一再拖延。

2）开发的软件不能满足用户的要求。

3）开发的软件可维护性差。

第一章1.GIS 研究内容：数据采集、数据存储、数据处理和分析、数据输出2.GIS 设计含义：遵循软件工程的原理和方法，结合GIS 开发的特点要求，对GIS软件从定义、设计、地理模型库设计、GIS 实施、GIS 测试维护各个阶段进行工程化规范的体系。

3.GIS 设计目标：通过改进设计方法，做好项目组织管理，增强实用性，降低成本，延长系统生命周期。

4.GIS 设计的基本原则：标准化、先进性、兼容性、高效性、可靠性、通用性。

5.GIS 设计的内容：（1）软件设计：首先，进行系统的工程管理，保证了系统建设的进度和软件质量；其次，针对GIS 软件设计特点，采用最适合的软件生存周期模型，确保了系统的用户接受度和系统功能设置的合理性；最后，对系统技术实现方案进行设计，确保软件开发风格的同意和功能模块之间的有机联系。

（2）数据库设计：取决于设计者的开发经验，工程组织和数据源准备等方面。

同时，数据库设计与整个系统设计的相关环节是紧密结合的，有必要将软件工程的方法和工具应用于数据库设计中。

6.GIS 设计的特点：（1）GIS 处理的是空间数据，具有数据量庞大，实体种类繁多，实体间的关联复杂等特点。

（2）GIS 设计以空间数据为驱动。

（3）GIS 工程投资大，周期长，风险大，涉及部门繁多。

第二章1.GIS 工程学结构体系：GIS工程学结构体系主要由任务，基础理论和方法论三方面组成。

GIS2.系统定义：由相互作用、相互依赖的若干组成部分构成的具有一定功能的有机整体。

3.系统工程学特点：①研究的对象是一个表现为普遍联系、相互影响、规模和层次都极其复杂的大工程。

②知识结构复杂，是自然科学和社会科学交叉的边缘学科。

③工程学是方法学，是泛化系统的研究方法。

④是目的性很强的应用科学。

4.结构法生命周期法：它要求设计过程必须严格的按阶段进行，只有前一阶段完成之后，才能开始下一阶段的工作，同时，它要求在系统建立之前就必须严格地定义和描述用户的需求。

目录一、内容及要求说明 (1)1.1 内容介绍 (1)1.2 要求说明 (1)二、建立网络模型及网络分析 (1)2.1 构建网络要素集 (1)2.2 网络分析 (3)三、实习总结 (10)一、内容及要求说明1.1 内容介绍本课程实习主要是熟悉任意一个GIS平台，掌握建立网络模型的方法，熟悉GIS的网络分析（或路径分析功能）。

1.2 要求说明数据来源：全国主要道路数据、MapGIS或ArcGIS示范数据等其他来源。

根据数据建立网络要素集，在模型基础上进行网络分析，它包括路径分析、服务区分析、最近设施点分析、OD成本矩阵分析、多路径配送分析和位置分配分析等。

本次实习主要介绍路劲分析、服务区分析和最近设施点分析。

二、建立网络模型及网络分析网络分析是GIS空间分析的重要功能。

进行网络分析之前需要针对基础数据建立网络要素集，再对网络要素集进行网络分析。

2.1 构建网络要素集数据位于C:\Users\Administrator\Desktop\GIS软件工程网络分析，具体构建过程如下。

（1）启动ArcCatalog，建立文件夹连接，如图1所示；图1. 建立文件夹连接图2. 扩展模型对话框（2）点击菜单栏的【自定义】->【扩展模块】，打开扩展模型对话框，勾选Network Analyst模块，过程如图2所示；（3）文件夹连接成功后，新建【个人地理数据库】或【文件地理数据库】，命名为ecityGDB.gdb，过程如图3；（4）建立地理数据库之后，新建【要素数据集】，命名为ecityDataSet，如图4所示；建立的投影坐标选择为WGS-84，过程如图5所示，其他步骤默认即可；（5）创建的要素数据集此时没有数据，需要导入全国主要道路网数据，选择要素为全国的主要道路网数据，命名新生成的要素数据为ChinaRoad，过程如图6所示；图3. 新建文件数据库 图4. 新建要素数据集图5. 投影坐标选择 图6. 导入要素数据图7. 连通性选择 图8. 高程建模（6）依据导入的要素数据，进行【网络要素集】的新建，建立过程复杂，名称为ecityDataSet_ND，选择参与到网络数据集中的要素类为ChinaRoad，连通性选择策略选为【端点】，如图7；利用高程进行建模时【字段】选为GBCODE，如图8所示；在【为网络数据集指定属性】步骤时添加“RoadLength”属性，在“添加新属性”对话框选择类型为“成本”，单位为“米”，数据精度为“双精度”，确认后关闭该对话框，如图9所示；完成后出现新建的属性，双击Roadlength，弹出“赋值器”对话框，选择该属性的【类型】属性为“字段”，【值】为“LENGTH”，如图10所示；建立网络要素集，效果如图11所示。

名词解释1．数据：是通过数字化或直接记录下的可以被鉴别的符号，是一种未经加工的原始资料。

2．信息：是向人们或机器提供的关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体物理形式的改变而改变。

3．地理信息系统：是由两个部分组成的。

一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

4．对象模型：也称为要素模型，将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立对象分布在该空域中。

5．场模型：也称域模型，是把地理现象作为连续变量或体来看待，如大气污染度、地表温度、土壤湿度和地形地貌等。

6．数据处理：就是对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数据形式进行编辑运算，清除数据冗余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式。

7．空间内插：是一种通过已知点数据推求同一区域其他未知点数据的计算方法。

8．空间外推：则是通过已知区域数据，推求其他区域数据的方法。

9．元数据：是关于数据的描述性数据信息，说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息。

其目的是促进数据集的高效利用，并为计算机辅助软件工程服务。

10．数据库：是以一定的组织形式存储在一起的互相有关联的数据集合。

11．数据模型：就是表达实体与实体之间的联系方式，数据库中的数据结构、操作集合和完整性规则集合组成数据库的数据模型。

12．空间数据的查询：一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性条件和空间约束条件的地理对象。

13．缓冲区分析：是GIS的基本空间操作功能之一，是指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。

14．叠置分析：是将有关主题层数据层面进行叠加，产生新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。

测绘工程技术专业地理信息系统数据处理地理信息系统数据的处理和分析方法地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种以地理空间数据为基础，通过数据采集、存储、管理、分析和展示等功能，实现对地理现象进行综合研究和综合管理的技术体系。

在测绘工程技术专业中，地理信息系统数据处理和分析是重要的一项工作，本文将讨论地理信息系统数据的处理和分析方法。

一、地理信息系统数据处理方法地理信息系统数据处理主要包括数据采集、数据存储和数据预处理三个方面。

1. 数据采集数据采集是地理信息系统数据处理的第一步，也是最基础的一步。

数据采集可以通过多种手段进行，如卫星遥感、航空摄影测量、GPS 定位等。

在数据采集过程中，要确保采集到的数据准确性和完整性，可采用数据校核和数据验证等方法。

此外，还需注意数据采集过程中的数据格式和数据量，以便后续处理和分析。

2. 数据存储数据存储是地理信息系统数据处理的重要环节，好的数据存储方案可以提高数据的查询和检索效率。

一般来说，地理信息系统的数据存储采用数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）进行管理。

常见的DBMS有Oracle、SQL Server和PostgreSQL等。

在选择DBMS时，需要考虑数据类型和查询需求，以及系统的可扩展性和安全性等因素。

3. 数据预处理数据预处理是地理信息系统数据处理的关键步骤，它包括数据清洗、数据转换和数据融合等过程。

在数据清洗中，需要去除数据中的错误、缺失和重复等无效信息，以确保数据的准确性和一致性。

数据转换是将原始数据转换为地理信息系统所需的格式，如将数据投影、坐标转换等。

数据融合是将来自不同数据源的信息整合起来，形成一个完整的数据集。

二、地理信息系统数据分析方法地理信息系统数据分析是在数据处理的基础上，通过计算和模型等方法，对地理信息进行综合分析和建模。

1. 空间分析空间分析是地理信息系统数据分析的核心内容之一。

本课程教学的主要内容包括四个主要模块：模块一：基本概念和理论要点1：概述地理信息系统的基本概念：信息、数据、地理数据、地理信息；地理信息系统及其重要类型；地理信息功能概述；地理信息系统的研究内容；地理信息系统发展简史要点2：从现实世界到比特世界对现实世界的地理认知：认知与认知模型；现实世界的抽象：现实世界－概念世界－地理空间世界－纬度世界－项目世界；比特世界要点3：空间数据模型空间数据模型基本概念；场模型；要素模型；基于要素的空间关系分析；网络结构模型；时空模型；三维模型要点4：空间参照系与地图投影（本部分系针对非地理专业学生设置，不是正式授课内容）地球椭球体；坐标系；地图投影基本问题；高斯-克吕格投影；地形图的分幅与编号要点5：GIS中数据数据涵义与类型；数据的测量尺度：命名量－次序量－间隔量－比率量；地理信息系统数据质量：数据质量来源与控制；空间数据元数据：元数据的基本概念－元数据的应用－元数据的获取－元数据的存储与功能实现。

模块二：地理信息系统的框架与功能要点1：空间数据获取与处理地图数字化：概述－地图数据类型－数字化仪数字化－扫描矢量化及常用算法；空间数据录入后处理：坐标变化－图形拼结－拓扑生成。

要点2：空间数据管理空间数据库：空间数据库－GIS内部数据结构；栅格数据及其编码：栅格数据结构－决定栅格单元代码的方式－编码方法；矢量数据结构及其编码：矢量数据结构－编码方法；矢量与栅格结构的比较与转换算法；空间索引机制；空间信息查询：基于属性特征的查询－基于空间关系和属性特征的查询（SQL）－空间扩展SQL查询语言（GSQL）。

要点3：空间分析空间查询与量算；空间变换；再分类；缓冲区分析；叠加分析；网络分析；空间插值；空间统计分类分析要点4：数字地形模型(DTM)与地形分析DEM与DTM；DEM的主要表示方法：规则网格模型－等高线模型－TIN模型－层次模型；DEM 模型的相互转换：不规则点生成TIN-网格DEM转成TIN；等高线转为格网DEM－利用格网DEM提取等高线－TIN转为格网DEM；DEM建立：DEM数据采集方法－数字摄影测量－DEM数据质量控制；DEM的分析与应用：格网DEM应用－TIN分析应用。