地理信息系统基础复习

1、GIS基础复习地理信息系统基础GIS的发展GIS的概念框架和理论 GIS的空间信息基础GIS的数据获取与处理GIS的数据结构空间数据的组织和管理第一部分、GIS发展趋势 GIS的起因 GIS的发展史 GIS与相关学科的关系GIS的发展1）GIS的开拓期（60年代）2）GIS的巩固发展时期（70年代）3）GIS技术大发展时期（80年代）4）GIS应用普及时期（90年代）5）网络GIS和因特网GIS时期（90年代中期）GIS与相关学科地理学遥感制图学CAD与 计算机图形学测量与摄影测量第二部分 GIS的基本概念和理论 GIS的基本概念 GIS的基本组成 GIS的功能 GIS的类型 GIS基本内容 GIS与其他系统的区别一、GIS的基本概念数据、信息和地理信息 信息系统和地理信息系统 GIS定义GIS是由计算机硬件、软件和不 同方法组成的系统，该系统设计用来 支持空间数据采集、管理、处理、分 析、建模和显示，以便解决复杂的规 划和管理问题。 美国联邦数字地图协调 委员会（FICCDC）二、GIS的组成概论系统软件系统硬件空间 数据 用户GIS的组成硬件基本配置输入设备专用设备常规设备GPS全

2、数字摄影 测量工作站解析和数字 摄影测量仪器遥感与遥感 图象处理系统全站仪扫描仪数字化仪键盘、鼠标处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备绘图仪终端打印机GIS的组成硬件应用模式单机模式： 由基本外设、处理 设备和输出设备构 成 适用于小型GIS建 设 数据传输与资源共 享不方便GIS的组成硬件应用模式局域网模式： 部门或单位内部 GIS建设 专线连接 资源共享较方便输 出用户组1输 入GIS中央 数据库与网管Intranet用户组nGIS的组成硬件应用模式广域网模式： 用户分布地域广 泛，不适合专线 连接 公共通讯连接 资源共享方便 局部范围为局域 网，通过若干通 道与广域网连接输入GIS中央 数据库 （服务器）图象 处理系统局域网 用户组输出多媒体 系统用户用户主 干 网InternetGIS的组成软件结构操作系统 （系统调用、设备运行、网络等）系统库 （编程语言、数学库等）标准软件 （图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件用户界面GIS软件基础软件系统软件GISGIS的组成软件GIS软件空间数据输入 与转换空间数据库 管理系统图形与属性 数据编辑

3、制图 与输出空间查询 与分析GISGIS的组成空间数据栅格结构矢量结构 GIS的操作对象为空间数据 空间数据特征：几何、属性、 时间数据； 空间数据组织：矢量结构、栅 格结构； 空间数据管理：几何数据：文件属性数据：关系数据库GIS的组成管理人员咨 询管 理信息管 理数据整 理GIS的开发是以人为本的系统 工程。 业务素质与专业知识是GIS工 程及应用成功的关键。不但对GIS的技术和功能有足 够的了解，而且要具备组织管 理管理的能力。技术培训、硬件维护与更新、 系统升级、数据更新、文档管 理、数据共享建设等。三、GIS的功能（基本功能和应用功 能）基本功能：数据采集与输入；数据编辑、处理与变 换；数据存储与管理；空间查询与分析 ；产品制作与输出；二次开发与编程 应用功能：资源管理；区域与城市规划； 国土监测；辅助决策五、GIS基本内容计算机软件、硬件 空间数据获取 空间数据表达与数据结构 空间数据处理 空间数据管理 空间数据分析 空间数据的显示与可视化 GIS应用 GIS项目管理、开发、质量保证与标准化 GIS教育与培训第三部分 GIS的空间地学基础地球模型坐标参考系统地图投影地图比例

4、尺地理数据特征空间对象拓扑关系的生成地理数据：特征属性特征：描述空间对象的特性，即是 什么，如对象的类别、等级、名称、数 量等。 空间特征：描述空间对象的地理位置以 及相互关系，又称几何特征和拓扑特征 ，前者用经纬度、坐标表示，后者如交 通学院与电力学院相邻等。 时间特征：描述空间对象随时间的变化地理数据：类型属性数据：描述空间对象属性特征的数据， 又称非几何数据，如类型、名称、性质等， 一般通过代码给予表达 几何数据：描述空间对象空间特征的数据， 也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、 坐标表达 关系数据：描述空间对象的空间关系的数据 ，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关 系表达。空间对象：类型0空间对象一般按地形维数进行归类划分 0点：零维 0线：一维 0面：二维 0体：三维 0时间：通常以第四维表达，但目前GIS还 很难处理时间属性。 0空间对象的维数与比例尺是相关的空间对象：描述要素0 编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类 码 表识空间对象的类别，而识别码对每个空间对象 进行表识，是唯一的。0 位置：坐标形式给出空间对象的空间位置0 类型：空间对象所属的实体类型，或

5、有那些实体组成0 行为：空间对象所具备的行为和功能0 属性：空间对象所对应的非几何信息0 说明：实体数据来源、精度等0 关系：与其他实体之间的关系空间对象：空间关系表达0 描述空间对象之间的空间相互作用关系 0 方法q 绝对关系: 坐标、角度、方位、距离等； q 相对关系：相邻、包含、关联等 0 相对关系类型 q拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等 q顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右 、东、西、南、北等。 q度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。 0 地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在GIS中的空 间关系则必须显式的进行定义和表达。 0 空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格 式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法进行描述空间对象：拓扑空间关系0 基于点集拓扑理论 0 拓扑元素： q 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的 连接点 q 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段 和线段 q 面：若干弧段组成的多边形 0 基本拓扑关系 q 关联：不同拓扑元素之间的关系 q 邻接：相同拓扑元素之间的关系 q 包含：面与其他

6、元素之间的关系 q 层次：相同拓扑元素之间的层次关系 q 拓扑元素量之间的关系：欧拉公式 0 点、线、面之间的拓扑关系第四部分 GIS数据的获取和处理复习、巩固、学习的内容空间数据获取来源分类空间数据采集方法汇总空间数据编辑投影变换坐标平移、变换空间数据误差纠正空间数据压缩空间插值GIS的数据来源分类表第一手数据第二手数据非电子数据电子数据全站仪、GPS数据 地球物理、地球化学 遥感数据地图 专题地图 统计图表平板测量数据 工程测量数据 笔记 航空、遥感相片 人口普查 社会经济调查 各种统计资料已建各种数据库 GIS数据数据质量信息q数据采集日期(现势性) q位置精度(几何精度) q分类精度(属性精度) q完整性 q数据采集与编码方法数据编辑内容与方法q 空间数据编辑的必要性 修正数据输入错误 维护数据的完整性和一致性 更新地理信息 q 空间数据编辑内容 数据不完整、重复 空间数据位置不正确 空间数据比例尺不准确 空间数据变形 几何和属性连接有误 属性数据不完整 q 主要方法 叠合比较法 目视检查法 逻辑检查法常见数据输入错误q图纸移动 q图纸变形 q制图误差 q数字化误差 q各种误差

7、将影响到GIS数据处理的各个环节数据格式转换q数据结构转换 相同数据结构的不同组织形式转换 n矢量拓扑结构变换 n栅格数据转换 不同数据结构转换 n矢量到栅格 n栅格到矢量 q不同介质转换第五部分 GIS的空间数据结构矢量数据结构栅格数据结构0定义： q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。 q点：空间的一个坐标点； q线：多个点组成的弧段； q面：多个弧段组成的封闭多边形； 0获取方法 q定位设备（全站仪、GPS、常规测量等） q地图数字化 q间接获取 栅格数据转换 空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据） 0矢量数据表达 q简单数据结构 q拓扑数据结构 q属性数据组织矢量数据结构矢量数据表达简单数据结构0只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记 录拓扑关系。又称面条结构。 0存储： q独立存储：空间对象位置直接跟随空间对 象； q点位字典：点坐标独立存储，线、面由点 号组成 0特征 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独 立性和一致性 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻

8、烦 0适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析矢量数据结构（续）矢量数据表达拓扑数据结构0不仅表达几何位置和属性，还表示 空间关系0表达对象：关联关系0表达方式 全显式表达 部分显式表达矢量数据结构拓扑结构：是否需要拓扑结构?q 应用目的 制图或一般查询，可不要拓扑 结构 空间分析，则应建立拓扑关系q 服务对象和系统数据结构 面状目标：面-弧、弧-面 网络目标：点-弧、弧-点矢量数据结构（续）矢量数据结构：属性数据表达与组织q属性特征类型l 类别特征：是什么l 说明信息：同类目标的不同特征q属性特征表达l 类别特征：类型编码l 说明信息：属性数据结构和表格q属性表的内容取决于用户q图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记 录号 实现。矢量数据结构：特点用离散的点描述空间对象与特征，定位明显 ，属性隐含 用拓扑关系描述空间对象之间的关系 面向目标操作，精度高，数据冗余度小 与遥感等图象数据难以结合 输出图形质量好0 定义以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数 据表示空间对象的属性特征。或者说，栅格数据结构就是像元阵 列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间

9、对象的类型 、等级等特征。 每个栅格单元只能存在一个值。 0 对于栅格数据结构 点：为一个像元 线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。 面：聚集在一起的相邻像元集合。 0获取方式： 遥感数据 图片扫描数据 矢量数据转换 手工方式 0栅格数据坐标系 0栅格数据压缩编码方案 0栅格数据的分层 0栅格数据的组织方法 0栅格数据特点栅格数据结构栅格数据结构：压缩编码方案AAAA ARAA ARAA ARAARAAA AAAA AAGG AAGG GGGG GAGG GAGG AAAAAARA AAAR AAAR RAAA14325876 1 2 3 4 5 6 7 801 234567起点行列号，单位矢量 R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码游程长度编码逐行编码 数据结构: 行号, 属性, 重复次数 1, A, 4, R, 1, A, 4块状编码正方形区域为记录单元 数据结构: 初始位置, 半径, 属性 (1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),NE SWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码栅格数据结构：特点离散的量化栅格值表示空间对象位置隐含,属性明显数据结构简单,易于遥感数据结合,但数 据量大几何和属性偏差面向位置的数据结构,难以建立空间对 象之间的关系矢 量 栅 格 数 据 比 较矢量数据 优点：表示地理数据的精度较高严密的数据结构，数据量小完整的描述空间关系图形输出精确美观图形数据和属性数据的恢复 、更新、综合都能实现面向目标，不仅能表达属性 ，而且能方便的记录每个目 标的具体属性信息缺点：数据结构复杂矢量叠置较为复杂数学模拟比较困难技术复杂，特别是软硬件栅格数据优点：数据结构简单空间数据的叠置和组合方便各类空间分析很易于进行数学模拟方便缺点：图形数据量大用大像元减少数据量时，精 度和信息量受损地图输出不美观难以建立网络连接关系投影变换比较费时第六部分 空间数据组织

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