北京大学课程地理信息系统概论课件.ppt

第一章 地理信息系统概论 邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月数据和信息(Data & Information)n n数据:指某一目标定性、定量描述的原始资料，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能转换成的数据等形式 –原始事实原始事实–如：员工姓名，如：员工姓名，–数据可以有数值、图形、声音、视觉数据等数据可以有数值、图形、声音、视觉数据等n n信息:是向人们或机器提供关于现实世界新的是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体物理设备形式的改变而改变它不随载体物理设备形式的改变而改变 –以一定规则组织在一起的事实的集合以一定规则组织在一起的事实的集合信息和数据的关系信息信息= =数据数据+ +说明说明数据是信息的载体数据是信息的载体信息系统n信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。

n一个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素 信息系统分类信息系统分类(Cont.)n n事务处理系统事务处理系统(Transaction Process System, TPS)(Transaction Process System, TPS)主主要用以支持操作层人员的日常活动它主要负责要用以支持操作层人员的日常活动它主要负责处理日常事务处理日常事务 n n管理信息系统管理信息系统(Management Information System, (Management Information System, MIS):MIS):需要包含组织中的事务处理系统，并提供了需要包含组织中的事务处理系统，并提供了内部综合形式的数据，以及外部组织的一般范围内部综合形式的数据，以及外部组织的一般范围和大范围的数据和大范围的数据 n n决策支持系统决策支持系统(Decision Support System, DSS)(Decision Support System, DSS)是一是一组处理数据和进行推测的分析程序，用以支持管组处理数据和进行推测的分析程序，用以支持管理者制定决策。

理者制定决策 n n人工智能和专家系统人工智能和专家系统 专家系统专家系统(Expert System, ES)(Expert System, ES)能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统 空间和地理空间n nSpace–从数学、物理学、哲学、认知心理学可以有从数学、物理学、哲学、认知心理学可以有不同的定义不同的定义n nGeographical Space–Geographic space is large-scale space, i.e., Geographic space is large-scale space, i.e., space that is beyond the human body and that space that is beyond the human body and that may represented by many different geometries may represented by many different geometries at many different scales. at many different scales. 地理空间信息n n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，它是对地理数据的解释。

n n其最主要的特征：–所有的信息都具有地理位置参照所有的信息都具有地理位置参照–人类社会中人类社会中70-80%70-80%的信息具有空间特性的信息具有空间特性地理信息系统n n地理信息系统(Geographical Information System, GIS)是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少有空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分地理信息系统的三种定义视角n nIn 1991, David Maguire synthesized various GIS In 1991, David Maguire synthesized various GIS definitions into three distinct yet overlapping views, which definitions into three distinct yet overlapping views, which he termed: the map, the database, and the spatial analysis he termed: the map, the database, and the spatial analysis views. views. n nThe map view focuses on cartographic aspects of GIS, The map view focuses on cartographic aspects of GIS, viewing GIS as map processing or display systems in viewing GIS as map processing or display systems in which the emphasis is on the ability of such systems to which the emphasis is on the ability of such systems to produce high quality maps and charts.produce high quality maps and charts.n nThe database view of GIS emphasizes the importance of The database view of GIS emphasizes the importance of well-designed and implemented database systems in which well-designed and implemented database systems in which complex analytical operations that require the use of many complex analytical operations that require the use of many types of geographical data can be preformed.types of geographical data can be preformed.n nThe spatial analysis view of GIS focuses on analysis and The spatial analysis view of GIS focuses on analysis and modeling in which GIS is seen more as a spatial modeling in which GIS is seen more as a spatial information science than a technology. information science than a technology. GIS的组成GIS软件的功能GIS和相关技术n n遥感n n全球导航卫星系统(GNSS)n n测绘n n制图n n…地理信息的应用以及相关学科GIS&GIScience&GIServicen nGIScience –a science which deals with generic issues that a science which deals with generic issues that surround the use of GIS technology, hamper its surround the use of GIS technology, hamper its successful implementation, or contribute to the successful implementation, or contribute to the understanding of its capabilities. understanding of its capabilities. n nGIService第二章第二章 从现实世界到比特世界从现实世界到比特世界 邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月 地理信息流与地理信息科学三个领域 1．对现实世界的地理认知 n n认知的含义 n n环境映象与模型 n n地图认知模型 n n地理客体的科学认知 n n地图是客观世界的形象——符号——概括模型 制图活动过程 地图编制者的认识模型 地图使用者的认识模型 2．现实世界的抽象 n n现实世界 n n概念世界 n n地理空间世界 n n维度世界 n n项目世界 现实世界 概念世界 地理空间世界 维度世界 项目世界 3．比特世界．比特世界n n比特世界 现实世界与数学模型的关系 3．比特世界．比特世界n n GIS GIS空间数据建模空间数据建模 空间数据模型的三个层次 3．比特世界．比特世界n nGIS空间数据模型的概念与分类 –GISGIS空间概念数据模型空间概念数据模型 –空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型» »结构化逻辑数据模型结构化逻辑数据模型 » »面向操作的逻辑数据模型面向操作的逻辑数据模型 –物理数据模型物理数据模型 设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库总体存储结构等。

总体存储结构等总体存储结构等总体存储结构等 第三章第三章 空间数据模型空间数据模型邬邬 伦伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．空间数据模型的基本问题 n n概念 :空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供着基本方法 n n类型 :–基于对象（要素）（基于对象（要素）（FeatureFeature）的模型）的模型–网络（网络（NetworkNetwork）模型）模型–场（场（FieldField）模型 1．空间数据模型的基本问题n nGIS空间数据模型的学术前沿 –时空数据模型时空数据模型 : :核心问题是研究如何有效地核心问题是研究如何有效地表达、记录和管理现实世界的实体及其相互表达、记录和管理现实世界的实体及其相互关系随时间不断发生的变化关系随时间不断发生的变化–三维空间数据模型三维空间数据模型 : :三维矢量模型和体模型三维矢量模型和体模型–分布式空间数据模型：分布式空间数据库管分布式空间数据模型：分布式空间数据库管理系统和联邦空间数据库理系统和联邦空间数据库–CASECASE分布式空间数据模型工具分布式空间数据模型工具 2．场模型．场模型n n1. 场的特征–空间结构特征和属性域空间结构特征和属性域–连续的、可微的、离散的连续的、可微的、离散的 –各向同性和各向异性各向同性和各向异性 –空间自相关空间自相关在各向同性与各向异性场中的旅行时间面 强空间正负自相关模式 2．场模型．场模型n n2. 栅格数据模型 –栅格数据模型是栅格数据模型是基于连续铺盖的，基于连续铺盖的，它是用二维铺盖它是用二维铺盖或划分覆盖整个或划分覆盖整个连续空间；铺盖连续空间；铺盖可以分为规则的可以分为规则的和不规则的，后和不规则的，后者可当做拓扑多者可当做拓扑多边形处理边形处理三角形、方格和六角形划分 栅格数据模型 3．要素模型 n n1. 基本概念 1 1）欧氏平面上的空间对象类型）欧氏平面上的空间对象类型3．要素模型2 2）离散欧氏平面上的空间对象）离散欧氏平面上的空间对象3．要素模型3 3）要素模型和场模型的比较）要素模型和场模型的比较 3．要素模型n n2. 矢量数据模型 4．基于要素的空间关系分析 n n1. 1. 基本概念基本概念 地理要素之间的空间区位关系可抽象为点、线（或弧）、多边形地理要素之间的空间区位关系可抽象为点、线（或弧）、多边形（区域）之间的空间几何关系（区域）之间的空间几何关系 。

4．基于要素的空间关系分析n n2. 2. 拓扑空间关系分析拓扑空间关系分析 2.1 2.1 拓扑属性拓扑属性 拓扑属性拓扑属性: :在拓扑变换下能够保持不变的几何属性，又在拓扑变换下能够保持不变的几何属性，又称为拓扑关系称为拓扑关系 2.2 2.2 点集拓扑学点集拓扑学 点集拓扑学是拓扑描述的数学基础点集拓扑学是拓扑描述的数学基础 2.3 92.3 9交模型交模型 9-9-交模型所述拓扑关系交模型所述拓扑关系 4．基于要素的空间关系分析n n3. 3. 方向空间关系分析方向空间关系分析– –方向关系描述方向关系描述 – –方向关系识别方向关系识别 – –度量空间关系分析度量空间关系分析 – –空间指标量算空间指标量算 – –地理空间的距离度量地理空间的距离度量 5．网络结构模型．网络结构模型n1. 网络空间(a) (b)Konigsberg Park中的图形理论模型5．网络结构模型．网络结构模型n n2. 网络模型 网状模型将数据组织成有向图结构结构中结网状模型将数据组织成有向图结构。

结构中结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间的关点代表数据记录，连线描述不同结点数据间的关系有向图（系有向图（DigraphDigraph）的形式化定义为：）的形式化定义为： Digraph = (Vertex,{Relation})Digraph = (Vertex,{Relation}) 其中其中VertexVertex为图中数据元素（顶点）的有限非为图中数据元素（顶点）的有限非空集合；空集合；RelationRelation是两个顶点（是两个顶点（VertexVertex）之间的关）之间的关系的集合系的集合6．时空模型．时空模型n n时空数据模型概述时空数据模型概述 – –研究概述研究概述 – –TGISTGIS的研究思路的研究思路 n n时空数据模型设计的基本思想时空数据模型设计的基本思想 – –根据应用领域的特点（如宏观变化观测与微观变化观测）和根据应用领域的特点（如宏观变化观测与微观变化观测）和客观现实变化规律（同步变化与异步变化、频繁变化与缓慢客观现实变化规律（同步变化与异步变化、频繁变化与缓慢变化），折中考虑时空数据的空间变化），折中考虑时空数据的空间/ /属性内聚性和时态内聚性属性内聚性和时态内聚性的强度，选择时间标记的对象。

的强度，选择时间标记的对象 – –同时提供静态（变化不活跃）、动态（变化活跃）数据建模同时提供静态（变化不活跃）、动态（变化活跃）数据建模手段（静态、动态数据类型和操作）手段（静态、动态数据类型和操作） – –数据结构里显式表达两种地理事件：地理实体进化事件和地数据结构里显式表达两种地理事件：地理实体进化事件和地理实体存亡事件理实体存亡事件– –时空拓扑关系一般指地理实体空间拓扑关系的拓扑事件间的时空拓扑关系一般指地理实体空间拓扑关系的拓扑事件间的时态关系时态关系 7．三维模型．三维模型n n三维三维GISGIS的功能的功能 –三维三维GISGIS所的功能主要有数据编码：据的组织和所的功能主要有数据编码：据的组织和重构：变换：查询重构：变换：查询 逻辑运算：计算：分析：建立逻辑运算：计算：分析：建立模型模型 视觉变换系统维护视觉变换系统维护n n三维数据结构三维数据结构 –八叉树三维数据结构八叉树三维数据结构 用八叉树来表示三维形体用八叉树来表示三维形体 7．三维模型．三维模型体元形式的三维数据线性八叉树编码 编码 7．三维模型．三维模型-- --借助三维显示技借助三维显示技术，通过离散的术，通过离散的高程点形成等高高程点形成等高线图、截面图、线图、截面图、多层平面和透视多层平面和透视图，可以把这些图，可以把这些最初都是人工完最初都是人工完成的工作，用各成的工作，用各种计算机程序迅种计算机程序迅速高效地完成。

速高效地完成 通过“围墙”状的剖面表示三维数据 第四章第四章 空间参照系统和地图投影空间参照系统和地图投影 邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．地球椭球体基本要素 n n1 1．．1 1地球椭球体地球椭球体 – –地球的形状地球的形状 – –地球的大小地球的大小 – –椭球体的半径椭球体的半径 – –高程高程 n n1 1．．2 2地图比例尺地图比例尺 – –比例尺表示法比例尺表示法比例尺表示法比例尺表示法» »数字比例尺数字比例尺数字比例尺数字比例尺» »文字比例尺文字比例尺文字比例尺文字比例尺» »图解比例尺或直线比例尺图解比例尺或直线比例尺图解比例尺或直线比例尺图解比例尺或直线比例尺» »面积比例尺面积比例尺面积比例尺面积比例尺– –比比例例系系数数（（SFSF）） : :表表明明确确定定的的比比例例尺尺与与实实际际比比例例尺尺数数值值之之间间的的关系 2．坐标系 现实世界和坐标空间的联系 2．坐标系n n2．．1地理坐标地理坐标–纬度（纬度（LatitudeLatitude））–经度（经度（LongitudeLongitude））–地面上点位的确定地面上点位的确定: :通常用经度和纬度来决通常用经度和纬度来决定。

定 2．坐标系n n2．．2平面上的坐标系平面上的坐标系–平面直角坐标系平面直角坐标系 –平面极坐标系平面极坐标系 n n2．．3直角坐标系的平移和旋转直角坐标系的平移和旋转–坐标系平移坐标系平移 –坐标系旋转坐标系旋转 –坐标系平移和旋转坐标系平移和旋转 3．地图投影的基本问题 n n3 3．．1 1基本概念基本概念 地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应关系一一对应关系 n n3 3．．．．2 2地图投影的分类地图投影的分类– –按变形性质分类按变形性质分类 » »等角投影等角投影» »等积投影等积投影» »等距投影等距投影 – –按构成方法分类按构成方法分类 » »几何投影几何投影» »非几何投影非几何投影 – –按照投影面积与地球相割或相切分类按照投影面积与地球相割或相切分类 » »割投影割投影» »切投影切投影 4．高斯——克吕格投影 n n又称横轴墨卡托投影又称横轴墨卡托投影 高斯——克吕格投影示意 高斯——克吕格投影的分带 5．地形图的分幅和编号 n n由国家主管部门制定统一的图幅分幅和编号系由国家主管部门制定统一的图幅分幅和编号系统统 1：50万、1：20万、1：10万地形图的分幅和编号示例 邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月第五章第五章 GIS中的数据中的数据 空间数据的特点n nSpatially relatedSpatially related– –Can be assigned coordinates or any Can be assigned coordinates or any spatial reference.spatial reference.– –On the surface of the earth.On the surface of the earth.– –Involves location and organization.Involves location and organization.n nScaleScale– –Can be from general to specific.Can be from general to specific.– –Simple to complex.Simple to complex.– –A satellite can generate one A satellite can generate one terabyte (10terabyte (101212 bytes) of information bytes) of information per day.per day.n nDynamicsDynamics– –Spatial dynamics (variations in Spatial dynamics (variations in space).space).– –Temporal dynamics (variations in Temporal dynamics (variations in time).time).Coordinate systemScaleTime 1Time 2空间数据的三个侧面n n空间特征：表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。

空间特征又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示，例如笛卡尔坐标等n n属性特征：表示实际现象或特征，例如变量、级别、数量特征和名称等等n n时间特征：指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等等三个侧面空间特征n n是GIS区别于其它的软件的根本特征n n是由于地物或现象的空间分布所带来n n通常是通过特定空间参照系下的坐标直接表达n n基于坐标的派生数据–定量的度量信息：面积、周长、质心、距离定量的度量信息：面积、周长、质心、距离等等–定性的空间关系：拓扑关系、方位关系定性的空间关系：拓扑关系、方位关系n nCB-GIS和PB-GIS时间特征n n空间数据涉及时间特征的几个方面–地物的生命周期（产生、消亡）地物的生命周期（产生、消亡）–地物的移动（移动点）地物的移动（移动点）–属性的时效性属性的时效性n n相关的问题–时间关系时间关系时空关系时空关系n n时态GIS–数据模型是其关键（时空立方体模型等）数据模型是其关键（时空立方体模型等）专题属性特征n n地物所固有的，不是由于地物空间分布所带来的特征n n如某地的年降雨量、土地酸缄类型、人口密度、交通流量、空气污染程度等。

n n这类特征在其它类型的信息系统中均可存储和处理n n专题属性特征通常以数字、符号、文本和图像等形式来表示空间数据与专题数据空间数据的时态特征数据的测量尺度 (1/2)n n命名命名(Nominal)(Nominal)量量– –定定性性而而非非定定量量，，不不能能进进行行任任何何算算术术运运算算，，如如一一个个城城市的名字市的名字n n次序次序(Ordinal)(Ordinal)量量 – –线性坐标上不按值的大小，而是按顺序排列的数，线性坐标上不按值的大小，而是按顺序排列的数，例如，事故发生危险程度的级别由大到小被标为例如，事故发生危险程度的级别由大到小被标为1 1，，2 2，，3 3，，…… n n间隔间隔(Interval)(Interval)量量 – –不参照某个固定点，而是按间隔表示相对位置的数不参照某个固定点，而是按间隔表示相对位置的数按间隔量测的值相互之间可以比较大小，并且它们按间隔量测的值相互之间可以比较大小，并且它们之间的差值大小是有意义的之间的差值大小是有意义的 n n比率比率(Ratio)(Ratio)量量– –比率测量尺度的测量值指那些有真零值而且测量单比率测量尺度的测量值指那些有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据。

位的间隔是相等的数据数据的测量尺度(2/2)n nGIS数据测量尺度示例PointLineAreaQuantitativeOrdinalQualitative51015Each dot represents500 personsProportional symbolsLargeMediumSmallQTownAirportFlowContour30 4050HighwayRoadStreetRoadBoundaryRiver10020Population densityHigh impactLow impactSwampDesertForrest不同测量尺度数值可以进行的运算命名量命名量==,!===,!=……次序量次序量==,!=,>,<==,!=,>,<……间隔量间隔量==,!=,>,<,+,-==,!=,>,<,+,-……比率量比率量 ==,!=,>,<,+,-,*,/==,!=,>,<,+,-,*,/……空间数据质量n n在GIS的几个主要因素中，数据是一个极为重要的因素在计算机软件、硬件环境选定之后，GIS中数据质量的优劣，决定着系统分析质量以及整个应用的成败GIS提供的空间数据的分析方法被广泛用于各种领域，用于决策领域的数据，其质量要求应该是可知的或可预测的。

n n研究空间数据质量的目的在于加强数据生产过程中的质量控制，提高数据质量空间数据质量的重要性GeographicDatabaseQuery and AnalysisSpatial Data Input and ManagementOutput: DisplayHelp Prevent“Garbage in，，Garbage out！！”G I G I S S空间数据质量的相关概念(1/7)n n准确性（Accuracy）n n精度（Precision）n n空间分辨率（Spatial Resolution）n n比例尺（Scale）n n误差（Error）n n不确定性（Uncertainty）空间数据质量的相关概念(2/7)n n准确性（Accuracy）–一个记录值（测量或者观察值）与它的真实值一个记录值（测量或者观察值）与它的真实值之间的接近程度；之间的接近程度；–空间数据的准确性通常是根据所指的位置、拓空间数据的准确性通常是根据所指的位置、拓扑或者非空间属性来分类的；扑或者非空间属性来分类的；–可以误差（可以误差（ErrorError）来衡量空间数据的准确性；）来衡量空间数据的准确性；空间数据质量的相关概念(3/7)n n精度（Precision）–数据精度表示数据对现象描述的详细程度数据精度表示数据对现象描述的详细程度–数据精度和数据准确性的区别数据精度和数据准确性的区别：： » »精度低的数据不一定准确度也低；精度低的数据不一定准确度也低；» »数据精度如果超出了测量仪器的已知准确度，这数据精度如果超出了测量仪器的已知准确度，这样的纪录数字在效率上是冗余的；样的纪录数字在效率上是冗余的；例如：在设计精度为例如：在设计精度为0.1mm0.1mm的数字化仪上测量返回的坐的数字化仪上测量返回的坐标数据为（标数据为（10.11mm,12.233mm10.11mm,12.233mm），其中就含有冗余的），其中就含有冗余的数据；数据；空间数据质量的相关概念(4/7)n n空间分辨率（Spatial Resolution）–分辨率是两个可测量数值之间最小的可辨识的分辨率是两个可测量数值之间最小的可辨识的差异；差异；–空间分辨率可以看作是记录变化的最小幅度；空间分辨率可以看作是记录变化的最小幅度；–空间分辨率示例：地图上最细线宽度对应的地空间分辨率示例：地图上最细线宽度对应的地理范围，遥感图像上一个像素代表的实际地理理范围，遥感图像上一个像素代表的实际地理范围大小范围大小–空间分辨率空间分辨率 ∝∝ 数据精度数据精度空间分辨率示例Real WorldVector DataRaster Data1 pixel = 10mX10m 分辨率分辨率 = 10m10M10M1 Pixel空间数据质量的相关概念(5/7)n n比例尺（Scale）–地图上一个记录的距离和它地图上一个记录的距离和它所表现的所表现的“ “真实世界真实世界” ”的距的距离之间的一个比例；离之间的一个比例；–如右图中，这幅地图的比例如右图中，这幅地图的比例尺尺=10cm:1000m=1:10000=10cm:1000m=1:10000–比例尺是刻画数据精度的量比例尺是刻画数据精度的量（如最小线宽为地图的空间（如最小线宽为地图的空间分辨率）；分辨率）；空间数据质量的相关概念(6/7)n n误差（Error）–描述测量值和真实值之间的差别；描述测量值和真实值之间的差别；–在大部分情况下，误差的大小是很不准确的，在大部分情况下，误差的大小是很不准确的，因为待测量的真实值往往无法得到；研究如何因为待测量的真实值往往无法得到；研究如何给出误差大小的最佳估计以及误差传播规律，给出误差大小的最佳估计以及误差传播规律，是很有用的；是很有用的；–误差的分析包括误差的分析包括: : 位置误差（如点、线、多边形位置误差（如点、线、多边形的位置误差）；属性误差；位置和属性误差之的位置误差）；属性误差；位置和属性误差之间的联系；间的联系；空间数据质量的相关概念(7/7)n n不确定性（Uncertainty）–对于空间信息科学技术来说，数据的正确性与对于空间信息科学技术来说，数据的正确性与错误并存，正常与异常并存，精确与粗糙并存，错误并存，正常与异常并存，精确与粗糙并存，质量高与质量低并存，什么时候是正确的，什质量高与质量低并存，什么时候是正确的，什么时候不正确的，这些都属于不确定性现象；么时候不正确的，这些都属于不确定性现象；–GISGIS中数据的不确定性包括：位置的不确定性、中数据的不确定性包括：位置的不确定性、属性的不确定性、时域的不确定性、逻辑上的属性的不确定性、时域的不确定性、逻辑上的不一致性以及数据的布完整性；不一致性以及数据的布完整性；–研究不确定性可以更好的了解测量数据的性质研究不确定性可以更好的了解测量数据的性质？？？？空间数据质量问题的来源（1/2）n n空间现象自身存在的不稳定性–分布的不确定性、属性类型划分和表达多样性分布的不确定性、属性类型划分和表达多样性等；等；n n空间现象的表达–测量误差、地图投影、数值采样和量化等；测量误差、地图投影、数值采样和量化等；n n空间数据处理中的误差–投影转换、地图数字化与扫描矢量化、格式转投影转换、地图数字化与扫描矢量化、格式转换、数据抽象（聚类、归并等）、空间分析、换、数据抽象（聚类、归并等）、空间分析、可视化等；可视化等；n n空间数据使用中的误差：–生产者和使用者对数据的解释和理解不同，可生产者和使用者对数据的解释和理解不同，可通过空间数据的元数据来沟通；通过空间数据的元数据来沟通；空间数据质量问题的来源（2/2）n nP99 P99 表表5-1 5-1 空间数据误差的主要来源空间数据误差的主要来源数据数据数据数据处处理理理理过过程程程程误误差来源差来源差来源差来源数据搜集数据搜集野外野外测测量量误误差：差：仪仪器器误误差、差、记录误记录误差差遥感数据遥感数据误误差：差：辐辐射和几何射和几何纠纠正正误误差、信息提取差、信息提取误误差差地地图图数据数据误误差：原始数据差：原始数据误误差、坐差、坐标转换标转换、制、制图综图综合及印刷合及印刷数据数据输输入入数字化数字化误误差：差：仪仪器器误误差、操作差、操作误误差差不同系不同系统统格式格式转换误转换误差：差：栅栅格格- -矢量矢量转换转换、三角网、三角网- -等等值线转换值线转换数据存数据存储储数数值值精度不精度不够够空空间间精度不精度不够够：每个格网点太大、地：每个格网点太大、地图图最小制最小制图单图单元太大元太大数据数据处处理理分分类间类间隔不合理隔不合理多多层层数据叠合引起的数据叠合引起的误误差差传传播：插播：插值误值误差、多源数据差、多源数据综综合分析合分析误误差差比例尺太小引起的比例尺太小引起的误误差差数据数据输输出出输输出出设备设备不精确引起的不精确引起的误误差差输输出的媒介不出的媒介不稳稳定造成的定造成的误误差差数据使用数据使用对对数据所包含的信息的数据所包含的信息的误误解解对对数据信息使用不当数据信息使用不当空间数据的误差分析（1/3）n n空间数据误差的类型（1）–空间数据误差分为：几何误差、属性误差、空间数据误差分为：几何误差、属性误差、时间误差和逻辑误差；逻辑误差和几何误差时间误差和逻辑误差；逻辑误差和几何误差为为GISGIS特有特有–逻辑误差：语义角度判断数据的合理性逻辑误差：语义角度判断数据的合理性空间数据的误差分析（2/3）n n空间数据误差的类型（2）–几何误差：空间数据表达的位置信息误差，几何误差：空间数据表达的位置信息误差，在二维平面上主要反映在点（位置）误差和在二维平面上主要反映在点（位置）误差和线（位置）误差上；线误差分布可以用线（位置）误差上；线误差分布可以用EpsilonEpsilon模型（等宽）或者误差带模型（不等模型（等宽）或者误差带模型（不等宽）来描述宽）来描述图：折线误差的分布（误差带模型）图：折线和曲线的误差 图：曲线的误差分布（误差带模型）空间数据的误差分析（3/3）n n其他数据质量问题–地图数据的质量问题地图数据的质量问题» »地图固有误差、地图材料变形、地图扫描及数字化地图固有误差、地图材料变形、地图扫描及数字化误差；误差；–遥感数据的质量问题遥感数据的质量问题» »遥感仪器观测过程误差（表现为空间分辨率、光谱遥感仪器观测过程误差（表现为空间分辨率、光谱分辨率、几何畸变以及辐射误差等）、图像处理和分辨率、几何畸变以及辐射误差等）、图像处理和解译过程误差（校正匹配、解译判读、分类等）解译过程误差（校正匹配、解译判读、分类等）–测量数据的质量问题测量数据的质量问题» »选定的大地坐标系及投影、环境影响、测量仪器精选定的大地坐标系及投影、环境影响、测量仪器精度、操作误差、偶然误差等度、操作误差、偶然误差等空间数据质量的控制n n应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手，分别用一定的方法减少误差；n n常见的数据质量空间方法有：–传统的手工方法传统的手工方法与原始地图或者属性数据比较；与原始地图或者属性数据比较；–元数据方法元数据方法阅读元数据了解数据质量的信息；阅读元数据了解数据质量的信息；–地理相关法地理相关法利用空间数据描述的地理特征要素自身的相关性利用空间数据描述的地理特征要素自身的相关性空间数据元数据n n元数据（Metadata）是描述数据的数据，如数据的内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息；n n常见的元数据：图书馆卡片、磁盘的标签、地图的制图元素（图名、图例、比例尺、制图单位、制图时间等）等；n n元数据的内容：对数据集的描述、数据质量的描述、数据处理信息的说明、数据转换方法的描述、数据更新、集成等说明空间数据元数据内容及示例。

数据生产者数据生产时间数据质量数据组织空间参照系数据内容以及其他属性元数据的主要作用n n帮助数据生产者管理和维护空间数据；n n便于数据用户查询检索地理空间数据；n n帮助用户了解数据，以便就数据是否能够满足其需求做出这功能的判断；n n提供有关信息，以便用户或者GIS软件进行数据的处理和转换；n n在空间数据及其应用迅速发展的今天，元数据成为数据共享和有效使用的重要工具元数据提高数据查找效率地理信息系统与元数据n n基于元数据的GIS功能扩展：–差错功能（差错功能（DebuggingDebugging））–数据浏览功能（数据浏览功能（Browsing or CatalogBrowsing or Catalog））–程序自动生成（程序自动生成（Program GenerationProgram Generation））n n基于元数据的数据集成：–基于元数据可以实现对数据自动解释与处理，基于元数据可以实现对数据自动解释与处理，使得不同格式、精度、类型的数据可以很好使得不同格式、精度、类型的数据可以很好的协同完成一个指定的任务（？？？）的协同完成一个指定的任务（？？？）第六章第六章 空间数据获取空间数据获取与处理邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．地图数字化．地图数字化n n地图数据类型地图数据类型–空间数据（或图形数据）空间数据（或图形数据）空间数据（或图形数据）空间数据（或图形数据） 空间数据是构成地图内容要素的几何图形。

空间数据是构成地图内容要素的几何图形– –语义数据语义数据语义数据语义数据( (属性数据属性数据属性数据属性数据) ) 又称为非几何数据，包括定性数据和定量数据又称为非几何数据，包括定性数据和定量数据 1．地图数字化．地图数字化n n数字化仪数字化 –手扶跟踪数字化手扶跟踪数字化 » »距离流方式（距离流方式（Distance StreamDistance Stream））» »时间流方式（时间流方式（Time StreamTime Stream）） –曲线离散化算法曲线离散化算法 曲线的离散算法 1．地图数字化．地图数字化n n扫描矢量化处理流程 2．空间数据录入后的处理．空间数据录入后的处理n n图形坐标变换 –基本坐标变换基本坐标变换 (a)平移(b)缩放(c)图形旋转 2．空间数据录入后的处理．空间数据录入后的处理n n图形坐标变换 –基本坐标变换基本坐标变换 –仿射变换仿射变换仿射变换2．空间数据录入后的处理．空间数据录入后的处理n n图形拼接 图幅拼接(a)拼接前；(b)拼接中的边缘不匹配；(c)调整后的拼接结果2．空间数据录入后的处理．空间数据录入后的处理n n拓扑生成 –图形修改图形修改 –建立拓扑关系建立拓扑关系 第七章第七章 空间数据管理空间数据管理 邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．空间数据库 1.1 地理信息系统与一般管理信息系统的比较两者的区别：两者的区别： – –硬件硬件 – –软件软件 – –信息处理的内容和采用目的信息处理的内容和采用目的 共同之处：共同之处： 以计算机为核心的信息处理系统，都具有数据量大和数以计算机为核心的信息处理系统，都具有数据量大和数据之间关系复杂的特点，也都随着数据库技术的发展在不断据之间关系复杂的特点，也都随着数据库技术的发展在不断的改进和完善。

的改进和完善 1.2 空间数据库n n概念概念 ：：某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合 n n特点特点 ：：– –数据量特别大数据量特别大 ; ;– –既有属性数据，又有空间数据既有属性数据，又有空间数据 ; ;– –数据应用广泛数据应用广泛 n n数据库管理系统数据库管理系统 GISGIS数据管理方法的数据管理方法的数据管理方法的数据管理方法的4 4种主要类型种主要类型种主要类型种主要类型 ：：» »开发独立的数据管理服务开发独立的数据管理服务 » »在商业化的在商业化的DBMSDBMS基础上开发附加系统基础上开发附加系统 » »使用现有的使用现有的DBMSDBMS，对系统的功能进行必要扩充，对系统的功能进行必要扩充 » »重新设计一个具有空间数据和属性数据管理和分析功能的数据库重新设计一个具有空间数据和属性数据管理和分析功能的数据库系统系统 1.3 GIS内部的数据结构n n矢量结构和栅格结构 –矢量模型矢量模型 ：：现实世界的要素位置和范围可以采用现实世界的要素位置和范围可以采用点、线或面表达，与它们在地图上表示相似，每一点、线或面表达，与它们在地图上表示相似，每一个实体的位置是用它们在坐标参考系统中的空间位个实体的位置是用它们在坐标参考系统中的空间位置（坐标）定义。

置（坐标）定义 –栅格模型栅格模型 ：：在栅格模型中，空间被规则地划分为在栅格模型中，空间被规则地划分为栅格（通常为正方形）地理实体的位置和状态是栅格（通常为正方形）地理实体的位置和状态是用它们占据的栅格的行、列来定义的用它们占据的栅格的行、列来定义的 矢量结构和栅格结构 2．栅格数据结构及其编码 n n基本概念n n特点n n编码方式I 什么是栅格数据结构（Raster) ？n n 栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针I 什么是栅格数据结构（Raster) ？n n栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。

物或现象的非几何属性特征 n n栅格结构表示的地表是不连续的，是量化和近栅格结构表示的地表是不连续的，是量化和近似离散的数据每一个单元格对应一个相应的似离散的数据每一个单元格对应一个相应的地块I 什么是栅格数据结构（Raster) ？Real worldGridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagonsRASTERRASTER栅格数据结构示例（a）点 （b）线 （c）面n n栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的，栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的，但并不是必须如此其单元格形状可以随应用的但并不是必须如此其单元格形状可以随应用的需要进行具体设定，比如设置为三角形需要进行具体设定，比如设置为三角形n n栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元大小之比大小之比n n栅格尺寸越小，其分辨率越高，数据量也越大栅格尺寸越小，其分辨率越高，数据量也越大栅格数据的形状、尺寸及相关问题引申思考：栅格数据的投影与变形问题？引申思考：栅格数据的投影与变形问题？n n由于栅格结构对地表的离散，在计算面积、长度、由于栅格结构对地表的离散，在计算面积、长度、距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大，则距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大，则造成较大的误差造成较大的误差 。

n n由于栅格单元中存在多种地物，而数据中常常只由于栅格单元中存在多种地物，而数据中常常只记录一个属性值，这会导致属性误差比如，遥记录一个属性值，这会导致属性误差比如，遥感数据中的感数据中的“ “混合像元混合像元” ”问题栅格数据的形状、尺寸及相关问题II 栅格数据结构的特点 n n属性明显属性明显–数据中直接记录了数据属性或指向数据属性数据中直接记录了数据属性或指向数据属性的指针，因而我们可以直接得到地物的属性的指针，因而我们可以直接得到地物的属性代码代码n n定位隐含定位隐含–所在位置则根据行列号转换为相应的坐标，所在位置则根据行列号转换为相应的坐标，也就是说定位是根据数据在数据集中的位置也就是说定位是根据数据在数据集中的位置得到的栅格结构是按一定的规则排列的，得到的栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体的位置很容易隐含在格网文件所表示的实体的位置很容易隐含在格网文件的存储结构中的存储结构中 II 栅格数据结构的特点 n n栅格数据结构结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是易于同遥感影像的结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便III 决定栅格单元代码的方式 n n基本原则：在决定栅格代码时尽量保持地表的真实性，保证最大的信息容量 。

n n注意：每一个单元可能对应多个地物种类或多个属性值比如遥感图像中的“混合像元”III 决定栅格单元代码的方式 1. 1.中心点法 –处理方法：处理方法： 用处于栅格中心处的地物类型用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码或现象特性决定栅格代码 –常用于具有连续分布特性的地理要素，如常用于具有连续分布特性的地理要素，如降雨量分布、人口密度图等降雨量分布、人口密度图等 例如：中心点O落在代码为C的地物范围内，按中心点法的规则，该矩形区域相应的栅格单元代码为CIII 决定栅格单元代码的方式 2. 面积占优法–处理方法：以占栅格区域面积比例最大的处理方法：以占栅格区域面积比例最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码地物类型或现象特性决定栅格单元的代码 –面积占优法常用于分类较细，地物类别斑面积占优法常用于分类较细，地物类别斑块较小的情况块较小的情况 例如：所示的例子中，显见B类地物所占面积最大，故相应栅格代码定为B III 决定栅格单元代码的方式 3. 重要性法 – –处理方法：根据栅格内不同地物的重要性，选取处理方法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码 – –重要性法常用于具有特殊意义而面积较小的地理重要性法常用于具有特殊意义而面积较小的地理要素，特别是点、线状地理要素，如城镇、交通要素，特别是点、线状地理要素，如城镇、交通枢纽、交通线、河流水系等，在栅格中代码应尽枢纽、交通线、河流水系等，在栅格中代码应尽量表示这些重要地物量表示这些重要地物 例如：假设A类最重要的地物类型，即A比B和C类更为重要，则栅格单元的代码应为AIII 决定栅格单元代码的方式 4.百分比法 –处理方法：根据栅格区域内各地理要素所处理方法：根据栅格区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码占面积的百分比数确定栅格单元的代码 –适用于地物面积具有重要意义的分类体系适用于地物面积具有重要意义的分类体系 例如：可记面积最大的两类BA，也可以根据B类和A类所占面积百分比数在代码中加入数字 III 决定栅格单元代码的方式 5.其他方法 –根据具体的应用内容，栅格单元的代码确根据具体的应用内容，栅格单元的代码确定方式还可以采用其他方法，如插值方法定方式还可以采用其他方法，如插值方法（平均值就是其中之一），或使用特定的（平均值就是其中之一），或使用特定的计算函数等。

计算函数等IV．栅格数据编码n n栅格数据编码方法分为两大类：–直接栅格编码直接栅格编码 –压缩编码方法压缩编码方法 » »链码链码链码链码 » »游程长度编码游程长度编码游程长度编码游程长度编码 » »块码块码块码块码 » »四叉树四叉树四叉树四叉树 直接栅格编码n n直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都从左到右逐个象元进行记录，也可以奇数行地从左到右而偶数行地从右向左记录，为了特定目的还可采用其他特殊的顺序 一些常用的栅格排列顺序压缩编码方式n n压缩编码的目的就是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，其类型分为–信息无损编码信息无损编码» »编码过程中没有任何信息损失，通过解码操作可编码过程中没有任何信息损失，通过解码操作可以完全恢复原来的信息以完全恢复原来的信息 –信息有损编码信息有损编码» »为了提高编码效率，最大限度地压缩数据，在压为了提高编码效率，最大限度地压缩数据，在压缩过程中损失一部分相对不太重要的信息，解码缩过程中损失一部分相对不太重要的信息，解码时这部分难以恢复时这部分难以恢复 压缩编码方式n n在地理信息系统中的压缩编码多采用信息无损编码，而对原始遥感影像进行压缩时也可以采取有损压缩编码方法。

压缩编码方式1 链码（链码（Chain Codes））n链式编码又称为弗里曼链码（Freeman，1961）或边界链码该编码方法将数据表示为由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链n基本方向可定义为：东＝0，东南＝1，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，东北＝7 等八个基本方向n例如，确定原点为像元（10，1），则某个多边形边界按顺时针方向的链式编码为：10，1，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6其中前两个数字10 和1 表示起点为第十行第一列，从第三个数字开始每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以0—7 的整数代表链码（Chain Codes）链码（Chain Codes）n优点：链式编码对多边形的表示具有很强的数据压缩能力，且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，比较适于存储图形数据n缺点：对叠置运算如组合、相交等则很难实施，对局部修改将改变整体结构，效率较低，而且由于链码以每个区域为单位存储边界，相邻区域的公共边界被重复存储会产生冗余。

压缩编码方式2 游程长度编码（游程长度编码（Run-Length Codes））它的基本思路是：对于一幅栅格图像，它的基本思路是：对于一幅栅格图像，常常有行（或列）方向上相邻的若干点常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容方法压缩那些重复的记录内容 游程长度编码（Run-Length Codes）n n其实现方法有两种–一种编码方案是，只在各行（或列）数据的一种编码方案是，只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数，从而实现数据的压缩代码重复的个数，从而实现数据的压缩 –另一种游程长度编码方案就是逐个记录各行另一种游程长度编码方案就是逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码（或列）代码发生变化的位置和相应代码 游程长度编码示例按第一种编码方法，此数据游程长度编码：（0，1），（4，2），（7，5）；（4，5），（7，3）；（4，4），（8，2），（7，2）；（0，2），（4，1），（8，3），（7，2）；（0，2），（8，4），（7，1），（8，1）； (0，3)， (8，5)； (0，4)， (8，4)； (0，5)， (8，3)。

用44个整数表达了原始数据中的64个栅格游程长度编码示例按第二种编码方法，此数据游程长度编码（沿列方向）：（1，0），（2，4），（4，0），（1，4），（4，0）；（1，4），（5，8），（6，0）；（1，7），（2，4），（4，8），（7，0）；（1，7），（2，4），（3，8），（8，0）；（1，7），（3，8）；（1，7），（6，8）；（1，7），（5，8） 游程长度编码优缺点n n优点–压缩效率较高，且易于进行检索，叠加合并压缩效率较高，且易于进行检索，叠加合并等操作，运算简单，适用于机器存储容量小，等操作，运算简单，适用于机器存储容量小，数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码解数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况码运算增加处理和操作时间的情况 n n缺点–对于图斑破碎，属性和边界多变的数据压缩对于图斑破碎，属性和边界多变的数据压缩效率较低，甚至压缩后的数据量比原始数据效率较低，甚至压缩后的数据量比原始数据还大 压缩编码方式3 块码（块码（Chain Codes）） 块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成。

块码编码示例其块码编码为：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)压缩编码方式4 四叉树四叉树编码编码四叉树编码将整个图像区逐步分解为四叉树编码将整个图像区逐步分解为一系列仅包含单一类型的方形区域，最一系列仅包含单一类型的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元小的方形区域为一个栅格象元四叉树编码 其其基本基本分割方法分割方法是将一幅栅格地图是将一幅栅格地图或图像等分为四部分逐块检查其或图像等分为四部分逐块检查其栅格栅格属性值属性值(或灰度或灰度)。

如果某个子区的所有栅如果某个子区的所有栅格值都具有相同的值则这个子区就不格值都具有相同的值则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区这样依次地分割，直到割成四个子区这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止 四叉树编码 由上而下的方法运算量大，耗时较由上而下的方法运算量大，耗时较长因而实践中可以采用从下而上的方长因而实践中可以采用从下而上的方法建立四叉树编码对栅格数据按如下法建立四叉树编码对栅格数据按如下的顺序进行检测：如果每相邻四个栅格的顺序进行检测：如果每相邻四个栅格值相同则进行合并，逐次往上递归合并，值相同则进行合并，逐次往上递归合并，直到符合四叉树的原则为止这种方法直到符合四叉树的原则为止这种方法重复计算较少，运算速度较快重复计算较少，运算速度较快 四叉树编码 采用四叉树编码时，为了保证四叉树分解能不断地进行下去，要求图像必须为2n×2 n的栅格阵列，对于非标准尺寸的图像需首先通过增加背景的方法将图像扩充为2 n ×2 n的图像 四叉树的结构方式n n四叉树结构按其编码的方法不同分为常规四叉树和线性四叉树：–常规四叉树：除了记录叶结点之外，还要记录常规四叉树：除了记录叶结点之外，还要记录中间结点。

结点之间借助指针联系，每个结点中间结点结点之间借助指针联系，每个结点需要用六个量表达：四个叶结点指针，一个父需要用六个量表达：四个叶结点指针，一个父结点指针和一个结点的属性或灰度值这些指结点指针和一个结点的属性或灰度值这些指针不仅增加了数据贮存量，而且增加了操作的针不仅增加了数据贮存量，而且增加了操作的复杂性常规四叉树主要在数据索引和图幅索复杂性常规四叉树主要在数据索引和图幅索引等方面应用引等方面应用四叉树的结构方式n n四叉树结构按其编码的方法不同分为常规四叉树和线性四叉树：–线性四叉树：只存贮最后叶结点的信息包括叶结线性四叉树：只存贮最后叶结点的信息包括叶结点的位置、深度和本结点的属性或灰度值所谓深点的位置、深度和本结点的属性或灰度值所谓深度是指处于四叉树的第几层上由深度可推知子区度是指处于四叉树的第几层上由深度可推知子区的大小线性四叉树叶结点的编号需要遵循一定的的大小线性四叉树叶结点的编号需要遵循一定的规则，这种编号称为地址码，它隐含了叶结点的位规则，这种编号称为地址码，它隐含了叶结点的位置和深度信息最常用的地址码是四进制或十进制置和深度信息最常用的地址码是四进制或十进制的的MortonMorton码。

码四叉树编码示例  其中最上面的结点叫根结点，它对应整个图形此树共有4层结点，每个结点对应一个象限，如第2层4个结点分别对应于整个图形的四个象限，排列次序依次为南西（SW）、南东（SE）、北西（NW）和北东（NE），不能再分的结点称为终止结点（又称叶子结点），可能落在不同的层上，该结点代表的子象限具有单一的代码，所有终止结点所代表的方形区域覆盖了整个图形从上到下，从左到右为叶子结点编号，共有40个叶子结点，也就是原图被划分为40个大小不等的方形子区（最下面的一排数字表示各子区的代码） 四叉树编码示例四叉树编码的优缺点优点：四叉树编码具有可变的分辨率，树的深度随数据的破碎程度而变化，并且有区域性质，压缩数据灵活，许多数据和转换运算可以在编码数据上直接实现，大大地提高了运算效率，并支持拓扑“洞”（嵌套多边形）的表达，是优秀的栅格压缩编码之一 缺点：其最大不足是其不稳定性，即同样的原始数据应用不同的算法进行编码可能会得到不同的编码结果不利于数据分析压缩编码方式5 其他编码其他编码还有很多编码方法，如傅立叶变换、小还有很多编码方法，如傅立叶变换、小波变换、余弦变换等，常常用于遥感原波变换、余弦变换等，常常用于遥感原始数据的压缩。

由于它们多数是有损压始数据的压缩由于它们多数是有损压缩，一般不用于需要进行分析的栅格数缩，一般不用于需要进行分析的栅格数据在四叉树基础上发展而来的八叉树据在四叉树基础上发展而来的八叉树目前也是研究热点之一目前也是研究热点之一引申思考：栅格压缩编码和常见文件压缩方法（Zip,Rar ）的异同？压缩编码的相关问题n n同所有的数据结构问题一样，压缩编码过程的主要矛盾也是数据量压缩和运算时间之间的矛盾：为了更有效地利用空间资源，减少数据冗余，不得不花费更多的运算时间进行编码 n n好的压缩编码方法就是要在尽可能减少运算时间的基础上达到最大的数据压缩效率，并且是算法适应性强，易于实现 常见栅格压缩编码方法总结：n n链码的压缩效率较高，已经近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域的性质，区域运算困难 n n游程长度编码既可以在很大程度上压缩数据，又最大限度地保留了原始栅格结构，编码解码十分容易但对破碎数据处理效果不好n n块码和四叉树编码具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，但运算效率是其瓶颈其中四叉树编码可以直接进行大量图形图像运算，效率较高，是很有前途的方法 3．矢量数据结构及其编码 n n基本概念n n特点n n编码方式I．矢量数据结构基本概念．矢量数据结构基本概念n n前导概念：矢量（起点－前导概念：矢量（起点－> >终点）终点）n n矢量数据结构矢量数据结构 ：通过记录坐标的方式尽可能精：通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。

确定义n n在一般情况下，其精度比栅格数据结构高得多在一般情况下，其精度比栅格数据结构高得多其精度仅受数字化设备的精度和数值记录字长其精度仅受数字化设备的精度和数值记录字长的限制 I．矢量数据结构基本概念．矢量数据结构基本概念几何体的类型I．矢量数据结构基本概念．矢量数据结构基本概念矢量数据的类型Buildings. PolygonStreams, LineWells, PointRoads, LineZoning,PolygonMAP SHEETSI．矢量数据结构基本概念．矢量数据结构基本概念 矢量结构允许最复杂的数据以最小的数据冗余进行存储，相对栅格结构来说，数据精度高，所占空间小，是高效的空间数据结构II．矢量数据结构特点．矢量数据结构特点1 定位明显其定位是根据坐标直接存储的，无需任何推算2 属性隐含 属性则一般存于文件头或数据结构中某些特定的位置上 II．矢量数据结构特点．矢量数据结构特点矢量数据结构图形运算的算法总体上比栅格数据结构复杂的多，在叠加运算、邻域搜索等操作时比较困难，有些甚至难以实现，但其也有便利和独到之处，在计算长度、面积、形状和图形编辑、几何变换操作中，矢量结构有很高的效率和精度。

III．矢量数据编码．矢量数据编码n n编码方法 ：–点实体点实体–线实体线实体–多边形多边形 » »坐标序列法坐标序列法坐标序列法坐标序列法 » »树状索引编码法树状索引编码法树状索引编码法树状索引编码法 » »拓扑结构编码法拓扑结构编码法拓扑结构编码法拓扑结构编码法 (X,Y)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)LinePoint(X5,Y5)(X,Y)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)Polygon(X,Y)III．矢量数据编码．矢量数据编码n n点实体 点是空间上不能再分的地理实体，可以是具体的或抽象的，如地物点、文本位置点或线段网络的结点等，由一对x、y坐标表示 对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码 点实体数据编码数据编码III．矢量数据编码．矢量数据编码n n线实体线实体对于线实体，在数字化时即进行量化，就对于线实体，在数字化时即进行量化，就是用一系列足够短的直线首尾相接表示一条曲是用一系列足够短的直线首尾相接表示一条曲线，当曲线被分割成多而短的线段后，这些小线，当曲线被分割成多而短的线段后，这些小线段可以近似地看成直线段，而这条曲线也可线段可以近似地看成直线段，而这条曲线也可以足够精确地由这些小直线段序列表示，矢量以足够精确地由这些小直线段序列表示，矢量结构中只记录这些小线段的端点坐标，将曲线结构中只记录这些小线段的端点坐标，将曲线表示为一个坐标序列，坐标之间认为是以直线表示为一个坐标序列，坐标之间认为是以直线段相连，在一定精度范围内可以逼真地表示各段相连，在一定精度范围内可以逼真地表示各种形状的线状地物种形状的线状地物 线实体矢量数据编码矢量数据编码唯一标识码是系统排列序号；线标识码可以标识线的类型；起始点和终止点号可直接用坐标表示；显示信息是显示时的文本或符号等；与线相联系的非几何属性可以直接存储于线文件中，也可单独存储，而由标识码联接查找。

III．矢量数据编码．矢量数据编码n n多边形实体编码 “多边形”在地理信息系统中是指一个任意形状、边界完全闭合的空间区域其边界将整个空间划分为外部和内部多边形数据是描述地理信息的最重要的一类数据在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等多边形实体编码 多边形矢量编码不但要表示位置和属性，更为重要的是要能表达区域的拓扑性质，如形状、邻域和层次等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图资料进行显示和操作，由于要表达的信息十分丰富，基于多边形的运算多而复杂，因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要 多边形实体编码 多边形矢量编码除有存储效率的要求外，一般还要求所表示的各多边形有各自独立的形状，可以计算各自的周长和面积等几何指标；各多边形拓扑关系的记录方式要一致，以便进行空间分析；要明确表示区域的层次，如岛-湖-岛的关系等因此，它与机助制图系统仅为显示和制图目的而设计的编码有很大不同 多边形实体编码方法n n坐标序列法（坐标序列法（Spaghetti方式）方式） n n树状索引编码法树状索引编码法 n n拓扑结构编码法拓扑结构编码法 坐标序列法（坐标序列法（Spaghetti方式）方式）由多形边界的x、y坐标对集合及说明信息组成，是最简单的一种多边形矢量编码 坐标序列法（坐标序列法（Spaghetti方式）示例方式）示例图形数据10：x1,y1；x2,y2；x3,y3；x4,y4；x5,y5；x6,y6；x7,y7；x8,y8；x9,y9；x10,y10；x11,y11；20：x1,y1；x12,y12；x13,y13；x14,y14；x15,y15；x16,y16；x17,y17；x18,y18；x19,y19；x20,y20；x21,y21；x22,y22；x23,y23；x8,y8；x9,y9；x10,y10；x11,y11；30：x33,y33；x34,y34；x35,y35；x36,y36；x37,y37；x38,y38；x39,y39；x40,y40；40：x19,y19；x20,y20；x21,y21；x28,y28；x29,y29；x30,y30；x31,y31；x32,y32；50：x21,y21；x22,y22；x23,y23；x8,y8；x7,y7；x6,y6；x24,y24；x25,y25；x26,y26；x27,y27；x28,y28； 编码数据坐标序列法的优缺点坐标序列法的优缺点n n优点优点– –文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示 n n缺点缺点– –多边形之间的公共边界被数字化和存储两次，由此产生多边形之间的公共边界被数字化和存储两次，由此产生冗余和碎屑多边形；冗余和碎屑多边形；– –每个多边形自成体系而缺少邻域信息，难以进行邻域处每个多边形自成体系而缺少邻域信息，难以进行邻域处理，如消除某两个多边形之间的共同边界；理，如消除某两个多边形之间的共同边界；– –岛只作为一个单个的图形建造，没有与外包多边形的联岛只作为一个单个的图形建造，没有与外包多边形的联系；系；– –不易检查拓扑错误。

这种方法可用于简单的粗精度制图不易检查拓扑错误这种方法可用于简单的粗精度制图系统中树状索引编码法树状索引编码法 采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，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 树状索引编码法示例树状索引编码法示例图形数据树状索引编码法示例树状索引编码法示例线与多边形之间的树状索引树状索引编码法示例树状索引编码法示例点与边界线之间的树状索引 树状索引编码法示例树状索引编码法示例形成的文件记录 树状索引编码法的优势和不足树状索引编码法的优势和不足 树状索引编码消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并相邻多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信息可以通过对多边形文件的线索引处理得到，但是比较繁琐，因而给相邻函数运算，消除无用边，处理岛状信息以及检查拓扑关系带来一定的困难，而且两个编码表都需要以人工方式建立，工作量大且容易出错 拓扑结构编码法拓扑结构编码法 要彻底解决邻域和岛状信息处理问题必须建立一个完整的拓扑关系结构，这种结构应包括以下内容：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x、y坐标值，即外包矩形信息）。

采用拓扑结构编码可以较好地解决空间关系查询等问题，但增加了算法的复杂性和数据库的大小 矢量数据结构编码总结矢量数据结构编码总结 矢量编码保证了信息的完整性和运算的灵活性，这是由矢量结构自身的特点所决定的目前并没有统一的最佳的矢量结构编码方法，在具体工作中应根据数据的特点和任务的要求而灵活设计扩展内容：扩展内容：n n DIME(DIME(双重独立坐标地图编码，双重独立坐标地图编码，双重独立坐标地图编码，双重独立坐标地图编码，Dual Independent Dual Independent Map Encoding)Map Encoding)编码系统编码系统编码系统编码系统DIMEDIME是美国人口调查局在人口调查的基础上发是美国人口调查局在人口调查的基础上发展起来的，它通过有向编码建立了多边形、边界、展起来的，它通过有向编码建立了多边形、边界、节点之间的拓扑关系，节点之间的拓扑关系，DIMEDIME编码成为其它拓扑编码编码成为其它拓扑编码结构的基础它采用树状索引以减少数据冗余并间结构的基础它采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，方法是对所有边界点进行数字化，接增加邻域信息，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，形成树状索引联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。

结构 4．矢栅结构的比较及转换算法 n n栅格结构与矢量结构的比较栅格结构与矢量结构的比较 优点缺点矢量数据1．数据结构紧凑、冗余度低2．有利于网络和检索分析3．图形显示质量好、精度高1．数据结构复杂2．多边形叠加分析比较困难栅格数据1．数据结构简单2．便于空间分析和地表模拟3．现势性较强1．数据量大2．投影转换比较复杂4．矢栅结构的比较及转换算法n n相互转换算法 –矢量格式向栅格格式的转换矢量格式向栅格格式的转换 » »内部点扩散算法内部点扩散算法» »复数积分算法复数积分算法» »射线算法和扫描算法射线算法和扫描算法 » »边界代数算法边界代数算法 4．矢栅结构的比较及转换算法射线算法单个多边形的转换多个多边形的转换 4．矢栅结构的比较及转换算法n n相互转换算法 –栅格格式向矢量格式的转换栅格格式向矢量格式的转换 » »1 1）多边形边界提取：）多边形边界提取：» »2 2）边界线追踪）边界线追踪» »3 3）拓扑关系生成）拓扑关系生成» »4 4）去除多余点及曲线圆滑）去除多余点及曲线圆滑 5．空间索引机制 空间索引就是指依据空间对象的位置和形状或空间对空间索引就是指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，其中包含空间对象的概要信息，如对象的标识、结构，其中包含空间对象的概要信息，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。

外接矩形及指向空间对象实体的指针 n n索引类型索引类型 – –格网型空间索引格网型空间索引 – –BSPBSP树空间索引树空间索引 – – KDBKDB树空间索引树空间索引 – –R R树和树和R+R+树树– –CELLCELL树树 R树 R+树 BSP树 CELL树 6．空间信息查询 n n基于属性特征查询基于属性特征查询一般来说，基于属性信息的查询操作主要是在属性数一般来说，基于属性信息的查询操作主要是在属性数据库中完成的据库中完成的 n n基于空间关系和属性特征的查询（SQL） n n一种空间扩展SQL查询语言——GeoSQL GeoSQL的实现过程 第八章第八章 空间分析空间分析邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．空间查询与量算 n n空间查询空间查询 – –基于空间关系查询基于空间关系查询 – –基于空间关系和属性特征查询基于空间关系和属性特征查询– –地址匹配查询地址匹配查询 n n空间量算空间量算 – –几何量算几何量算 : :包括线的长度计算包括线的长度计算 和面状地物的面积和面状地物的面积 。

– –形状量算形状量算 – –质心量算质心量算 – –距离量算距离量算 欧拉数各向同性和各向异性的距离表面欧氏距离、曼哈顿距离和一种非欧氏距离 2．空间变换 n n基于栅格结构的空间变换可分为三种方式：–单点变换；单点变换；–邻域变换；邻域变换；–区域变换区域变换3．再分类 n再分类（Reclassification）：根据不同的需要对原始数据再次进行分类和提取的过程4．缓冲区分析 n n邻近度：描述了地理空间中两个地物距离相近的程描述了地理空间中两个地物距离相近的程度度 n n缓冲区：地理空间目标的一种影响范围或服务范围地理空间目标的一种影响范围或服务范围n n缓冲区分析：给定一个空间对象或集合，确定它们给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由邻域半径的邻域，邻域的大小由邻域半径R R决定 点、线、多边形的缓冲区 4．缓冲区分析n n缓冲区计算的基本问题是双线问题 –角分线法角分线法角分线法角分线法–凸角圆弧法凸角圆弧法凸角圆弧法凸角圆弧法 5．叠加分析．叠加分析n n叠加分析 ：将有关主题层组成的数据层面，进行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。

两层或多层要素所具有的属性分为以下五类–视觉信息叠加视觉信息叠加 –点与多边形叠加点与多边形叠加 –线与多边形叠加线与多边形叠加 –多边形叠加多边形叠加 –栅格图层叠加栅格图层叠加 多边形叠加分析 多边形叠加产生碎屑多边形多边形的不同叠加方式6．网络分析．网络分析n n网络数据结构 ：主要有主要有链（链（链（链（LinkLink）和结点n n主要网络分析功能 –路径分析路径分析 –计算最短路径的计算最短路径的DijkstraDijkstra算法算法 –资源分配资源分配 带权的有向图和邻接矩阵7．空间插值．空间插值n n空间插值空间插值 ：：用于将离散点的测量数据转换为连续的用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面数据曲面 – –空间内插算法空间内插算法 – –空间外推算法空间外推算法 n n空间插值的数据源空间插值的数据源 – –摄影测量得到的正射航片或卫星影象摄影测量得到的正射航片或卫星影象– –卫星或航天飞机的扫描影象卫星或航天飞机的扫描影象– –野外测量采样数据，采样点随机分布或有规律的线野外测量采样数据，采样点随机分布或有规律的线性分布（沿剖面线或沿等高线）性分布（沿剖面线或沿等高线）– –数字化的多边形图、等值线图数字化的多边形图、等值线图 各种不同的采样方式7．空间插值．空间插值n n空间插值方法空间插值方法 – –整体插值方法整体插值方法 » »边界内插方法边界内插方法边界内插方法边界内插方法 » »趋势面分析趋势面分析趋势面分析趋势面分析 » »变换函数插值变换函数插值变换函数插值变换函数插值 – –局部插值方法局部插值方法 » »最近邻点法：泰森多边形方法最近邻点法：泰森多边形方法最近邻点法：泰森多边形方法最近邻点法：泰森多边形方法 » »移动平均插值方法：距离倒数插值移动平均插值方法：距离倒数插值移动平均插值方法：距离倒数插值移动平均插值方法：距离倒数插值 » »样条函数插值方法样条函数插值方法样条函数插值方法样条函数插值方法 » »空间自协方差最佳插值方法：克里金插值空间自协方差最佳插值方法：克里金插值空间自协方差最佳插值方法：克里金插值空间自协方差最佳插值方法：克里金插值 8．空间统计分类分析 分类评价中常用的数学方法分类评价中常用的数学方法 n n主成分分析（Principal Component Analysis，PCA） n n层次分析法 n n系统聚类分析 n n判别分析 第九章第九章 数字地形模型与地形分析数字地形模型与地形分析 邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．概述．概述n n数字地形模型（DTM, Digital Terrain Model） n n它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制。

1．． DTM和和DEMn n基本概念– –数字地形模型数字地形模型数字地形模型数字地形模型 （（（（DTMDTM）：地形表面形态属性信息的数字表）：地形表面形态属性信息的数字表）：地形表面形态属性信息的数字表）：地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述 – –数字高程模型数字高程模型数字高程模型数字高程模型 （（（（DEMDEM）：高程）：高程）：高程）：高程Z Z关于平面坐标关于平面坐标关于平面坐标关于平面坐标X X，，，，Y Y两个自两个自两个自两个自变量的连续函数，数字高程模型（变量的连续函数，数字高程模型（变量的连续函数，数字高程模型（变量的连续函数，数字高程模型（DEMDEM）只是它的一个有）只是它的一个有）只是它的一个有）只是它的一个有限的离散表示限的离散表示限的离散表示限的离散表示n nDEM的表示法 – –数学方法数学方法数学方法数学方法 – –图形方法图形方法图形方法图形方法 DEM的表示方法 2．．DEM的主要表示模型的主要表示模型n n2．．1规则格网模型规则格网模型n n2．．2等高线模型等高线模型n n2．．3不规则三角网（不规则三角网（TIN）模型）模型n n2．．4层次模型层次模型等高线等高线和相应的自由树三角网的一种存储方式3．．DEM模型之间的相互转换模型之间的相互转换n n不规则点集生成不规则点集生成TIN TIN 3．．DEM模型之间的相互转换模型之间的相互转换n n格网DEM转成TIN –保留重要点（保留重要点（VIPVIP）法）法 –启发丢弃法启发丢弃法 (DH—Drop Heuristic )(DH—Drop Heuristic )VIP方法示意 DH方法转换格网DEM成TIN 3．．DEM模型之间的相互转换模型之间的相互转换n n等高线转成格网等高线转成格网DEM DEM – –使用局部插值算法使用局部插值算法 往往往出现问题往出现问题– –解决方法是使用针对解决方法是使用针对等高线插值的专用方等高线插值的专用方法法 等值线插值造成“阶梯地形” 3．．DEM模型之间的相互转换模型之间的相互转换n n利用格网DEM提取等高线 n nTIN转成格网DEM 4．DEM的建立 n nDEM数据采集方法 –地面测量地面测量地面测量地面测量 –现有地图数字化现有地图数字化现有地图数字化现有地图数字化 –空间传感器空间传感器空间传感器空间传感器 –数字摄影测量获取数字摄影测量获取DEM DEM n nDEM数据质量控制 渐进采样5．DEM的分析和应用 n n格网DEM应用 –地形曲面拟合地形曲面拟合 –立体透视图立体透视图 –通视分析通视分析 –流域特征地貌提取与地形自动分割流域特征地貌提取与地形自动分割 – DEMDEM计算地形属性计算地形属性 5．DEM的分析和应用n n三角网DEM分析应用 –三角网内插三角网内插 –等高线追踪等高线追踪 利用TIN生成等高线 第十一章第十一章 空间数据表现与地图制图空间数据表现与地图制图 邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．空间分析过程及其模型 n n空间分析过程 1 1）明确分析的目的和评价准则；）明确分析的目的和评价准则；2 2）准备分析数据；）准备分析数据；3 3）进行空间分析操作；）进行空间分析操作；4 4）进行结果分析；）进行结果分析；5 5）解释、评价结果（如有必要，返回步骤）解释、评价结果（如有必要，返回步骤1 1）；）；6 6）结果输出（地图、表格和文档）。

结果输出（地图、表格和文档）1．空间分析过程及其模型n n空间分析建模 –概念概念 ：：通过作用于原始数据和派生数据的一组顺通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间决策序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间决策过程进行的模拟过程进行的模拟–地图模型实例地图模型实例 （食草动物栖息地质量评价模型（食草动物栖息地质量评价模型 ））– 地图模型实现地图模型实现 食草动物栖息地质量评价模型 表 国家森林公园选址模型步骤操作命令找出所有森林地区1为林地 ，0为非林地再分类合并森林分类图属性相同的相邻 多边形的边界归组找出距公路或铁路0.5公里的地区缓冲区分析找出距公路或铁路1公里的地区缓冲区分析找出非城市区用地 1为非市区，0为市区再分类找出森林地区、非市区、且距公路或铁路0.5至1公里范围内的地区拓扑叠加分析合并相同属性的多边形归组木材毁坏量回归预测模型通过流程图表现的GIS模型 2．空间决策支持模型 n n空间决策过程的复杂性 空间决策过程 2．空间决策支持模型n n空间决策分析的理论和方法 –效用理论效用理论 –决策树决策树 –贝叶斯决策贝叶斯决策 决策树示例 2．空间决策支持模型n n空间决策支持系统 DSS的组成部分 2．空间决策支持模型n n通用智能空间决策支持系统结构体系 2．空间决策支持模型n n空间决策支持系统的模型管理系统 模型管理系统应具有下列功能：模型管理系统应具有下列功能：– –帮助用户选择与分析有关的模型；帮助用户选择与分析有关的模型；– –对多种类型的模型进行分类和维护以支持各种层次对多种类型的模型进行分类和维护以支持各种层次的决策过程；的决策过程；– –能将模型子模块组合复杂的模型；能将模型子模块组合复杂的模型；– –提供恰当的数据结构满足查询、分析、显示；满足提供恰当的数据结构满足查询、分析、显示；满足与数据库的嵌入或数据交换；满足模型与描述性知与数据库的嵌入或数据交换；满足模型与描述性知识的交流；识的交流；– –提供用户咨询和结果解释的友好界面。

提供用户咨询和结果解释的友好界面3．专家系统 n n专家系统的基本组成 4．数据仓库与空间数据挖掘 n n数据仓库数据仓库 （（Data Data WarehouseWarehouse）） 数据仓库体系结构 4．数据仓库与空间数据挖掘n n数据挖掘（Data Mining） 知识挖掘过程 4．数据仓库与空间数据挖掘n n空间数据挖掘 –统计分析方法统计分析方法统计分析方法统计分析方法 –基于概括的方法基于概括的方法基于概括的方法基于概括的方法 –聚类方法聚类方法聚类方法聚类方法 –空间关联规则（空间关联规则（空间关联规则（空间关联规则（Spatial Association RuleSpatial Association Rule））））方法方法方法方法 5．GIS空间分析与空间动态建模 n nGISGIS与空间动态模型的结合方式与空间动态模型的结合方式 – –松散结合松散结合– –交互界面交互界面– –镶嵌结合镶嵌结合 n n元胞自动机元胞自动机 元胞自动机（元胞自动机（Cellular AutomataCellular Automata，， CACA）是定义在）是定义在一个具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上的，一个具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上的，按照一定局部规则，在离散的时间维上演化的动力学按照一定局部规则，在离散的时间维上演化的动力学系统。

系统 5．GIS空间分析与空间动态建模n n元胞自动机与GIS集成应用中的局限性 –简单性与真实性的矛盾问题简单性与真实性的矛盾问题简单性与真实性的矛盾问题简单性与真实性的矛盾问题 –空间划分问题空间划分问题空间划分问题空间划分问题 –时间对应问题时间对应问题时间对应问题时间对应问题 –转换规则定义问题转换规则定义问题转换规则定义问题转换规则定义问题 –与与与与GISGIS集成的问题集成的问题集成的问题集成的问题 6．空间相互作用与位置．空间相互作用与位置——分配模型分配模型n n空间优化模式 空间优化模式用于解决位置空间优化模式用于解决位置————分配问题分配问题n n空间优化模式的分类 n n静态——离散空间优化模式的数学表达：线性规划 空间优化模式分类 第十二章第十二章 3S集成技术集成技术 邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．遥感简介．遥感简介n n遥感遥感(Remote Sensing)(Remote Sensing)：通常是指通过某种传感器装置，：通常是指通过某种传感器装置，在不与研究对象直接接触的情况下，获得其特征信息，在不与研究对象直接接触的情况下，获得其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术。

学技术n n遥感技术的基础，是通过观测电磁波，从而判读和分遥感技术的基础，是通过观测电磁波，从而判读和分析地表的目标以及现象，其中利用了地物的电磁波特析地表的目标以及现象，其中利用了地物的电磁波特性，即性，即“ “一切物体，由于其种类及环境条件不同，因一切物体，由于其种类及环境条件不同，因而具有反射或辐射不同波长电磁波的特性而具有反射或辐射不同波长电磁波的特性” ” n n遥感也可以说是一种利用物体反射或辐射电磁波的固遥感也可以说是一种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波，识别物体以及物体存在环有特性，通过观测电磁波，识别物体以及物体存在环境条件的技术境条件的技术 几种常见地物（水、绿色植被、裸旱地）的电磁波反射曲线1．遥感简介．遥感简介n n遥感器（Remote Sensor）：接收从目标反射或辐射电磁波的装置n n遥感平台（Platform）：是搭载这些遥感器的移动体，包括飞机、人造卫星等，甚至地面观测车也属于遥感平台n n遥感分为被动式遥感（Passive Remote Sensing）和主动式遥感（Active Remote Sensing）两种 多光谱扫描仪示意图[Curran]1．遥感简介．遥感简介n n首先，遥感器不与研究对象直接接触，也就是说，这里的“遥”并非指“遥远”；n n其次，遥感的目的是为了得到研究对象的特征信息；n n最后，通过传感器装置得到的数据，在被使用之前，还要经过一个处理过程。

遥感数据过程 1．遥感简介：．遥感简介：遥感数据的处理 n n通常是图像形式的遥感数据的处理，主要包括纠正（包括辐射纠正和几何纠正）、增强、变换、滤波、分类等功能 数字图像处理的主要功能 n n1 1）图像纠正）图像纠正）图像纠正）图像纠正n n2 2）增强）增强）增强）增强n n3 3）滤波）滤波）滤波）滤波n n4 4）变换）变换）变换）变换n n5 5）分类）分类）分类）分类图：遥感图像几何畸变的各种情形2．全球定位系统简介．全球定位系统简介n n全球定位系统(GPS, Global Positioning System)：是一种利用人造地球卫星进行点位测量导航的技术n n全称是NAVSTAR(NAVigation Satellite Timing And Ranging)/GPS2．．1 GPS系统介绍系统介绍n nGPS系统包括三大部分：n n空间部分——GPS卫星星座n n地面控制部分——地面监控系统n n用户设备部分——GPS信号接收机2．．1．．1 GPS卫星及其星座卫星及其星座n n由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成n n均匀分布在六个相互夹角为60度的轨道平面内。

n nGPS卫星用L波段两种频率的无线电波（1575.42MHz和1227.6MHz）向用户发射导航定位信号，同时接收地面发送的导航电文以及调度命令 2．．1．．2地面控制系统地面控制系统n n：包括位于美国科罗拉多的主控站以及分布全球的三个注入站和五个监测站组成，实现对GPS卫星运行的监控 2．．1．．3 GPS信号接收机信号接收机n n捕获捕获GPSGPS卫星发射的卫星发射的信号，并进行处理，信号，并进行处理，根据信号到达接收机根据信号到达接收机的时间，确定接收机的时间，确定接收机到卫星的距离到卫星的距离 图：GARMIN手持式GPS接收机 2．．2 GPS定位基本原理定位基本原理n nGPSGPS定位基本原理是定位基本原理是利用测距交会确定点利用测距交会确定点位 图：测距交会定位示意图2．．3 GPS误差和纠正误差和纠正造成GPS定位误差的因素：n n由于卫星轨道变化n n以及卫星电子钟不准确n n以及定位信号穿越电离层和地表对流层时速度的变化n n最为严重的误差则是由于美国军方人为降低信号质量造成的，这种误差可高达100米3．．GIS与遥感的集成及具体技术与遥感的集成及具体技术GIS与遥感的集成，可以三个不同的层次[Ehlers]：n n分离的数据库，通过文件转换工具在不同系统之间传输文件；n n两个软件模块具有一致的用户界面和同步的显示；n n集成的最高目的是实现单一的、提供了图像处理功能的GIS软件系统。

GIS作为遥感图像的应用n nGIS作为图像处理工具作为图像处理工具n n遥感数据作为遥感数据作为GIS的信息来源的信息来源4．．GIS与全球定位系统的集成及与全球定位系统的集成及具体技术具体技术n n1 1）定位）定位）定位）定位n n2 2）测量）测量）测量）测量n n3 3）监控导航）监控导航）监控导航）监控导航图：GIS与GPS集成的系统结构模型5．． 3S集成综述集成综述图：3S的相互作用与集成5．． 3S集成综述集成综述n n三者之间的相互作用形成了三者之间的相互作用形成了“ “一个大脑，两只一个大脑，两只眼睛眼睛” ”的框架，即的框架，即RSRS和和GPSGPS向向GISGIS提供或更新提供或更新区域信息以及空间定位，区域信息以及空间定位，GISGIS进行相应的空间进行相应的空间分析，以从分析，以从RSRS和和GPSGPS提供的浩如烟海的数据中提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据策的科学依据 n nGISGIS、、RSRS和和GPSGPS三者集成利用，构成为整体的、三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了系统，提高了GISGIS的应用效率。

的应用效率 n nRSRS、、GISGIS、、GPSGPS集成的方式可以在不同的技术集成的方式可以在不同的技术水平上实现水平上实现 第十三章第十三章 网络地理信息系统网络地理信息系统邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月本章内容1.计算机网络技术基础2.分布式地理信息系统3.WebGIS—万维网地理信息系统WebGIS—万维网地理信息系统3.1 WebGIS概述–什么是WebGIS?–为什么需要WebGIS？–WebGIS具有什么特点？–WebGIS能做什么?–WebGIS的应用–WebGIS的组成什么是WebGIS(定义)？定义1 WebGIS是是(1)(1)基于基于WebWeb的的GISGIS，，(2)(2)不需要购买不需要购买GISGIS软件WebGIS = GIS + Web – GIS SoftwareWebGIS = GIS + Web – GIS Software定义2 WebGIS指在Internet/Intranet网络环境下，基于TCP/IP和WWW协议，以支持标准Htlm的浏览器为统一的客户端，通过Web Server向Gis Server提出GIS服务请求的一种技术。

定义3 WebGIS是指支持在Internet上发布地理信息和服务，而用户可以随时随地获得分布的空间数据和服务的一种技术，它是Web技术和GIS技术相结合的产物为什么需要WebGIS?n扩展GIS应用范围，通过在Internet发布GIS数据和服务可以满足更广泛用户的GIS需求，GIS由专业系统转变为公众信息系统；n从多个数据源集成数据，通过Internet可以集成各种异构数据源的数据，降低了数据散发成本，提高了地理数据共享程度； n空间信息基础设施的需要，运用基于Web的GIS技术，通过Internet，可以构造跨地区、跨部门的地理信息服务网络WebGIS具有什么特点？n基于Web标准nTCP, HTTP, Html, XML等n平台无关n通常，无论客户机是何种操作系统，只要支持通用的Web浏览器，用户就可以访问WebGIS数据和服务n分布式n全球化的Client/Server，GIS数据和服务分布在Internet的不同服务器上，当需要时进行集成n互操作n数据在不同的WebGIS之间无缝传输,一个应用系统可以调用另一个系统的功能，来完成逻辑上的统一的任务基础技术标准、协议网络通讯协议TCP/IP文件传输协议HTTP文件格式HTML, XML(SVG, GML)客户端扩展Plug-in, ActiveX, JavaApplet, VBScript, JavaScript服务器端扩展CGI, PHP, Server API, JSP, Servelet, ASP, ASP.NET, Web ServiceWebGIS的特点-传统GIS vs. WebGIS共享性差系统成本高没有面向大众集中式软件操作复杂培训成本访问范围广，面向大众资源共享发布速度快，范围广，维护方便数据来源丰富、分布存储分布式计算系统建设投资少操作简单跨平台传统GIS的问题：WebGIS的优点：WebGIS的特点-不足n网络带宽限制(WebGIS最大的问题就是数据传输量)n复杂地理信息的查询、分析和处理n图形信息的表达困难总结：带宽问题，功能问题、可视化问题等WebGIS能做什么(功能)？nWebGlS继承了大部分或者全部传统GIS软件所具有的功能；nWebGIS侧重于空间数据和服务的共享。

从Internet的任意节点，用户都可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间信息检索和空间分析； n从应用趋势上看，WebGIS从在Internet上简单地发布地理信息发展到实现地理信息互操作和地理信息Web服务； n发展现状和趋势是越来越多的GIS应用架构在Web上WebGIS的应用WebGIS的用户可以分为：–公众用户(外网)–专业用户(内网)–其它应用(服务平台)根据用户划分，我们将WebGIS应用分为：–空间数据发布–空间查询检索–多用户数据编辑–空间模型服务–Web资源的组织–GIS服务平台WebGIS的组成客户端：浏览器服务器端：Web服务器、Map服务器、GIS服务器和空间数据库图1：WebGIS的组成WebGIS的组成1.Web浏览器是用户和WebGIS的交互接口，用来显示地图和实现客户端的查询和分析功能；2.Web服务器响应来自Web浏览器的请求，通过CGI、Servlet将请求传递给Map服务器，并从Map服务器得到请求结果发还给浏览器；3.Map服务器是WebGIS的核心，它负责将Web服务器转发过来的用户请求分配给相应的GIS服务器或空间数据库，并能够实现网络的负载平衡；4.GIS服务器是WebGIS的底层GIS软件，它提供了空间数据的存取、查询、分析、处理等功能；5.空间数据库是用来存储和管理空间数据；6.浏览器和服务器之间是通过超文本传输协议HTTP来发送请求和结果数据，数据传输的格式有基于栅格的、基于矢量的和基于XML的；7.以上不同的服务器可以部署在不同的计算机上。

3.2 WebGIS的技术框架–WebGIS的网络传输协议–WebGIS的体系结构–WebGIS的实现技术WebGIS的网络传输协议nWebGIS的网络传输协议包括：–请求/响应协议–数据传输模型n请求/响应协议的实现一般有两种方法–自定义协议»客户端通过JavaApplet或插件和Map服务器直接建立一个TCP连接，客户端和服务器通过这个连接传输请求和响应；»这种方式高效，但比较封闭，不能满足互操作的需求，并且需要采用专门的端口来实现，这种方式容易受到防火墙的阻隔 –基于http协议»浏览器和服务器之间通过超文本传输协议(HTP)来发送请求和信息；»开放性，例如OGC的WMS、WFS和WCS BrowserBrowserWeb ServerWeb ServerHTTPHTTPApplication Application ExtensionExtensionJavaAppletJavaApplet自定义协议自定义协议BrowserWeb ServerHTTPApplication ExtensionCGIWMS命令实例-GetMaphttp://www2.demis.nl/mapserver/request.asp?Service=WMS&Version=1.1.0&Request=GetMap&BBox=-20,-40,60,40&SRS=EPSG:4326&Width=400&Height=400&Layers=Countries,Borders,Coastlines&Format=image/gifWebGIS的网络传输协议n数据传输模型，数据传输模型规定了WebGIS在Internet上传递数据的格式。

目前，实际应用中主要有3种传输模型： –基于栅格的数据传输模型–基于矢量的数据传输模型–基于XML的数据传输模型基于栅格的数据传输模型p数据格式：rasterp栅格文件类型：一般是JPG或GIFp客户端：浏览器p服务器端：需要对WEB服务器进行扩展，工作流程一般为：①服务器响应客户端用户的请求，②调用底层GIS提供的功能，③最后动态生成地图栅格，返回给客户端基于栅格的数据传输模型优点：①带宽要求不高②客户端不需要安装任何额外软件，一般的浏览器都支持③数据安全，原始数据保存在服务器上，客户只得到动态生成的地图栅格缺点：①和矢量格式相比，地图质量差②客户端交互功能差，比如选择地物，移动地物，编辑地物③客户端不作任何事情，服务器的负载大基于矢量的数据传输模型数据格式：vector矢量文件类型：自定义格式客户端：浏览器＋插件或JavaApplet，可以进行本地操作服务器端：需要对WEB服务器进行扩展，工作的一般流程：①服务器响应客户端用户的请求，②调用底层GIS提供的功能，③将用户要求的数据以矢量的形式返回给客户端基于矢量的数据传输模型优点：①在地理数据不大的情况下，传输速度比栅格快②矢量数据可以在本地进行处理，例如放大，缩小，漫游，选择地物，编辑地物等，不需要每一个操作都由服务器来完成，减少了服务器负载缺点：①客户端需要安装任何额外软件②在客户端编辑，存在数据一致性问题③如果是海量数据，网络数据传输量大④数据版权问题基于XML的数据传输模型p栅格数据的应用具有局限性；p矢量数据功能强，但是矢量格式一般采用自定义格式，封闭不开放，不利于数据共享和互操作；p扩展标记语言(extensible markup language,XML ) 是一种可提供描述结构化资料的格式, 详细来说, XML 是一种用来描述数据的语言, 它提供了一种独立的运行程序的方法来共享数据, 它是用来自动描述信息的一种新的标准语言它已经在很多行业得到了应用, 制定了各种与本行业有关的基于XML 的规范；基于XML的数据传输模型p广泛用于描述地理信息的XML编码主要有SVG和GML：pSVG是一种基于XML的描述矢量图形的标记语言，它已经成为W3C的标准。

用户可以下载插件(例如Adobe公司的SVGViewer)，在浏览器中显示和操作SVG矢量数据 pOGC的GML(Geography Markup Language )是一种用于地理信息（包括地理要素的几何和属性）的表达、传输和存储的XML编码 第十四章第十四章 地理信息系统应用实例地理信息系统应用实例 邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．城市规划、建设管理 n n地图更新地图更新 n n土地区划管理土地区划管理 n n建筑审批处的内部工作管理建筑审批处的内部工作管理 利用GIS进行建筑审批工作协调 2．农业气候区划 n n农业气候区划信息系统（农业气候区划信息系统（ACDISACDIS）系统结构）系统结构 n n系统工作流程系统工作流程 n n“ “3S”3S”在项目中的应用在项目中的应用 – –利用利用利用利用GISGIS对农业气候区划综合要素空间查询和管理对农业气候区划综合要素空间查询和管理对农业气候区划综合要素空间查询和管理对农业气候区划综合要素空间查询和管理 – –利用利用利用利用GISGIS对气候资源进行小网格推算模式研究对气候资源进行小网格推算模式研究对气候资源进行小网格推算模式研究对气候资源进行小网格推算模式研究 – –GISGIS在农业气候资源分析中的应用在农业气候资源分析中的应用在农业气候资源分析中的应用在农业气候资源分析中的应用 – –利用利用利用利用“ “3S”3S”提取农业背景信息参与区划计算提取农业背景信息参与区划计算提取农业背景信息参与区划计算提取农业背景信息参与区划计算 – –利用利用利用利用GISGIS建立集区划建立集区划建立集区划建立集区划——资源动态监测资源动态监测资源动态监测资源动态监测——高产栽培技高产栽培技高产栽培技高产栽培技术为一体的信息服务系统术为一体的信息服务系统术为一体的信息服务系统术为一体的信息服务系统 农业气候区划工作基本流程图 江西省万安县脐橙种植区划 3．大气污染监测管理 包头市大气二氧化硫分布图 增加不同参数污染源的污染分布图新添加污染源造成的污染人群变化结果表（单位：万人）浓度单位：mg/m30.00-0.050.05-0.150.15-0.250.25-1.6新源强：100000mg/s新源高：150米46.0515.332.100.80新源强：1000000mg/s新源强：150米36.2024.302.731.04新源强：1000000mg/s新源强：200米41.0220.022.330.89未添加前大气状况49.8315.612.030.804．道路交通管理 n n路廓设计 n n道路管理 –道路管理涉及的属性道路管理涉及的属性 –动态分段动态分段 n n流量和路径分析 –道路网络拓扑道路网络拓扑 –用于道路网络分析的数据结构用于道路网络分析的数据结构 –流量和网络分析的具体应用和相关模型流量和网络分析的具体应用和相关模型 路网的两种表现方式网络连通矩阵路口的转向和道路连通矩阵，其中第2，3条道路禁止左转5．地震灾害和损失估计 包括以下四个步骤：n n1）估计地表震动灾害）估计地表震动灾害n n2）估计次生的地震灾害）估计次生的地震灾害n n3 ）估计对于建筑物的损害）估计对于建筑物的损害n n4 ）估计可以用金钱衡量和不可以用金钱）估计可以用金钱衡量和不可以用金钱衡量的损失衡量的损失 地震损失评估过程 基于GIS的地震损失评估过程 （1） 基于GIS的地震损失评估过程（2） 6．地貌．地貌在地貌研究中采用在地貌研究中采用GISGIS技术具体实现步骤为：技术具体实现步骤为：n n1 1）研究地貌信息内涵和地貌系统的特点。

研究地貌信息内涵和地貌系统的特点n n2 2）结合）结合GISGIS工具建立地貌信息专题分析系统工具建立地貌信息专题分析系统n n3 3）在地貌信息系统的支持下，建立综合的定）在地貌信息系统的支持下，建立综合的定量地貌分析模型量地貌分析模型n n4 4）开发机制地貌制图系统作为地貌信息系统）开发机制地貌制图系统作为地貌信息系统的输出系统的输出系统区域地貌离散分析7．医疗卫生 n n GIS与流行病研究 n nGIS与医疗设施分布 n n3联系流行病学与医疗实施规划—空间决策支持系统 宾西法尼亚州1981-1988年爱滋病的扩散情况 1954年英国霍乱病流行地区霍乱病死者居住位置分布图病人到全科医师的主要流动方向 8．军事 n n国外军事地理信息系统（MGIS）现状 n n国外军事应用系统示例 n nMGIS的发展方向 第十五章第十五章 地理信息系统应用项目地理信息系统应用项目组织和管理组织和管理 邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．．GIS应用项目简介应用项目简介1．．1 GIS应用模式与分类应用模式与分类按照其应用模式可以分为两类：按照其应用模式可以分为两类：n n科学研究工具科学研究工具n n办公服务系统办公服务系统 按照规模分为三类：按照规模分为三类：n n小型小型GISGISn n中型中型GISGISn n大型大型GIS GIS 还可按照应用领域划分还可按照应用领域划分地理信息系统应用的划分表:GIS应用的三元划分示例名称规模应用模式和层次领域XX小流域水土流失系统小型科学研究工具环境XX城区土地划拨系统中型空间事务处理系统地籍XX林场管理系统中型空间管理信息系统林业XX大城市市政管理系统大型空间管理信息系统城市管理XX省可持续发展决策支持系统大型空间决策支持系统资源与环境根据场模型和要素模型对GIS应用领域进行划分[N.R. Adam& A Gangopadhyay]1．．2开发开发GIS应用的方式应用的方式n n一是通过购买，在一是通过购买，在组织中实施组织中实施n n二是请软件开发商二是请软件开发商来开发来开发n n三是由组织内部的三是由组织内部的人员开发，可以是人员开发，可以是专业的地理信息系专业的地理信息系统人员，也可以是统人员，也可以是最终用户。

最终用户实施方案用户开发购买通用平台购买完整软件购买完整系统购买服务承包开发合作开发对提供者依赖性低低高很高很高很高中到系统运行时间长长-中长短很短很短长-中长长-中长初始费用低中等中等高高高中等人力费用高中等低低很低低中等风险和不确定性高较低低低中等高中等灵活性完全可以完全可以中等中等不定高完全可以对用户技术要求很高高中等中等很低中等高现有资源的利用高高中等低很低低中等-高1．．3 GIS应用项目应用项目项目生存周期[J. Gido]图：地理信息系统项目过程（A：表示用户自行建立系统；B表示通过招标由GIS开发商建立）2．应用项目策略性规划．应用项目策略性规划n n应用项目策略性规划工作对应于项目生命周期的识别需求阶段n n主要目的是确定要建立怎样的GIS应用，组织现有的条件，包括资金、人员、设备、场地等等，能否支持GIS的建立和应用 GIS项目策略性规划五个主要部分：n n1）机构的状况分析和调查）机构的状况分析和调查n n2）机构的）机构的GIS系统开发目标系统开发目标n n3）系统开发的可行性）系统开发的可行性n n4）系统开发的方案选择）系统开发的方案选择n n5））GIS系统决策规划书的起草系统决策规划书的起草3．应用项目合同．应用项目合同n n1 1）引言）引言）引言）引言n n2 2）定义）定义）定义）定义n n3 3）标的）标的）标的）标的n n4 4）授权及限制）授权及限制）授权及限制）授权及限制n n5 5）交付与安装）交付与安装）交付与安装）交付与安装n n6 6）移交与验收）移交与验收）移交与验收）移交与验收n n7 7）培训）培训）培训）培训n n8 8）维护）维护）维护）维护n n9 9）期限）期限）期限）期限n n1010）报酬与支付）报酬与支付）报酬与支付）报酬与支付n n1111）纳税）纳税）纳税）纳税n n1212）所有权的归属）所有权的归属）所有权的归属）所有权的归属n n1313）保密与限制竞争）保密与限制竞争）保密与限制竞争）保密与限制竞争n n1414）担保和赔偿）担保和赔偿）担保和赔偿）担保和赔偿n n1515）违约处理）违约处理）违约处理）违约处理n n1616）争议处理）争议处理）争议处理）争议处理n n1717）终止）终止）终止）终止n n1818）条款的完整性）条款的完整性）条款的完整性）条款的完整性n n1919）不可抗力）不可抗力）不可抗力）不可抗力n n2020）法律的选择）法律的选择）法律的选择）法律的选择n n2121）生效）生效）生效）生效4．应用项目实施性规划．应用项目实施性规划——软硬件配置软硬件配置n n1）系统数据量n n2）用户数目，并发访问情况n n3）现有网络环境n n4）投资规模n n5）GIS应用在整个系统中的位置，是一个纯粹的GIS系统还是与其它系统结合而成的综合信息系统5．子项目划分和进度安排．子项目划分和进度安排n n划划划划分分分分子子子子项项项项目目目目：：：：按按按按照照照照整整整整个个个个项项项项目目目目、、、、项项项项目目目目、、、、任任任任务务务务、、、、子子子子项项项项目目目目、、、、具具具具体体体体工工工工作作作作、、、、步步步步骤骤骤骤等等等等六六六六个个个个层层层层次次次次，，，，进进进进行行行行自自自自顶顶顶顶向向向向下下下下地地地地划分。

划分表：常用的GIS项目任务[宫鹏]项目目规划划1.可行性分析2.市场调查3.技术调查和评价4.起草报告试点点项目目1.数据收集2.数据数字化3.数据转换4.数据质量控制5.制图6.设备购买7.设备安装数据数据库生成生成1.数据库概念设计2.数据库详细设计3.数据收集4.数据数字化5.数据转换6.数据编辑7.数据质量控制8.数据修改9.自动化编程数据数据输出出1.制图2.数据制表3.自动化编程GIS分析分析1.分析模型定义2.分析模型的过程设计3.分析模型实施4.分析制图5.分析制表6.分析自动化编程7.分析报告生成应用系用系统开开发1.系统的用户需求分析2.系统的设计3.系统设计报告起草4.系统编程5.系统测试6.系统运行报告和安装7.系统培训8.系统的用户报告9.系统维护报告10.系统维护的技术服务其它其它1.人员技术培训2.项目管理3.系统维护4.数据安全备案5.项目技术会议6.项目中期报告7.项目终期报告5．子项目划分和进度安排．子项目划分和进度安排n n进进进进度度度度安安安安排排排排：：：：项项项项目目目目进进进进度度度度安安安安排排排排是是是是管管管管理理理理者者者者在在在在进进进进入入入入设设设设计计计计和和和和实实实实施施施施阶阶阶阶段段段段之之之之前前前前需需需需要要要要完完完完成成成成的的的的，，，，要要要要在在在在时时时时间间间间和顺序上安排各个子项目和顺序上安排各个子项目和顺序上安排各个子项目和顺序上安排各个子项目 -- --里程碑表示法里程碑表示法里程碑表示法里程碑表示法 -- --甘特图法甘特图法甘特图法甘特图法 -- --关键路径法关键路径法关键路径法关键路径法 -- --墙纸法墙纸法墙纸法墙纸法表：里程碑表示法任务编码主要内容负责小组预计完成日期实际完成日期任务内容和编码1998年（季度）1999年（季度）一二三四一二三四项目目规划划试点点项目目1.数据收集2.数据数字化3.数据编辑4.质量控制应用用软件开件开发1.分析模型定义2.模型定义3.编程实现项目管理目管理甘特图法表现项目进度6．项目预算．项目预算6．．1 项目预算的主要内容项目预算的主要内容n n1）人力费用n n2）材料和办公用品费用n n3）设备费用n n4）软件费用n n5）软件和硬件维护费用n n6）内部服务费用n n7）其他费用 6．．2项目预算的方法项目预算的方法n n上溯法n n下溯法n n单价法n n根据项目参加人员的费用做预算的方法。

7．人员管理．人员管理7．．1 地理信息系统应用项目中的人员地理信息系统应用项目中的人员n n项目管理人员 n n系统开发人员 n n数据录入和处理人员 n n开发支持人员 n n领域专家 n n用户 n n其它支持人员 7．．2 对人员需求的了解对人员需求的了解——进行进行管理的基础管理的基础与工作有关的需求因素包括：与工作有关的需求因素包括：n n1 1）工资或奖金的多少）工资或奖金的多少n n2 2）在机构内的职位和责任范围）在机构内的职位和责任范围n n3 3）人际关系）人际关系n n4 4）工作的挑战性）工作的挑战性n n5 5）个人的被承认程度）个人的被承认程度n n6 6）所拥有的自由度）所拥有的自由度n n7 7）享受各种待遇的程度，如医疗保险、假期等等）享受各种待遇的程度，如医疗保险、假期等等n n8 8）物质方面，包括办公条件等等）物质方面，包括办公条件等等7．．3 人员的组织管理人员的组织管理n n1 1）工作的内容）工作的内容）工作的内容）工作的内容n n2 2）工作的安排）工作的安排）工作的安排）工作的安排n n3 3）交流）交流）交流）交流n n4 4）项目背景和发展要求的回顾）项目背景和发展要求的回顾）项目背景和发展要求的回顾）项目背景和发展要求的回顾n n5 5）层次）层次）层次）层次n n6 6）新技术）新技术）新技术）新技术n n7 7）会议）会议）会议）会议n n8 8）交流手段）交流手段）交流手段）交流手段8．开发和数据管理．开发和数据管理8．．1软件开发管理软件开发管理管理中遵循的原则管理中遵循的原则 ：n n1）用分阶段的生命周期计划严格管理）用分阶段的生命周期计划严格管理n n2）坚持进行阶段评审）坚持进行阶段评审n n3）实行严格的产品控制）实行严格的产品控制n n4）采用现代程序设计技术）采用现代程序设计技术n n5）结果应能够清楚地审查）结果应能够清楚地审查n n6）开发小组的人员应该少而精）开发小组的人员应该少而精n n7）承认不断改进软件工程实践的必要性）承认不断改进软件工程实践的必要性8．．2数据管理数据管理以下原因可能造成项目的混乱甚至失败：n n1）数据质量不能达到项目要求；n n2）数据没有完全输入或处理，造成项目延期；n n3）数据重复录入或处理，造成人员和时间的浪费；n n4）进行数据处理和模型运算时，没有及时采用最新的数据。

9．项目控制与评估．项目控制与评估n n1）程序：数量和质量n n2）数据：数量和质量n n3）参与人员：工作时间和效率n n4）资金：使用情况和使用效率n n5）设备：占用情况和效率10．软件研制和开发的质量管理．软件研制和开发的质量管理——对于对于GIS软件开发组织的指导软件开发组织的指导10．．1 ISO-9000系列标准系列标准n n1 1））ISO-9000ISO-9000质量管理和质量保证标准质量管理和质量保证标准————选择和选择和使用的导则使用的导则n n2 2））ISO-9001ISO-9001质量体系质量体系————设计设计/ /开发，生产，安开发，生产，安装和服务中的质量保证模式装和服务中的质量保证模式n n3 3））ISO-9002ISO-9002质量体系质量体系————生产和安装中的质量保生产和安装中的质量保证模式证模式n n4 4））ISO-9003ISO-9003质量体系质量体系————最终检验和测试中的质最终检验和测试中的质量保证模式量保证模式n n5 5））ISO-9004ISO-9004质量管理和质量体系要素质量管理和质量体系要素————导则导则10．．2软件过程改进的软件过程改进的CMM模型模型CMM模型共有五个成熟度级别：n n1）初始级）初始级(Initial)n n2）可重复级）可重复级(Repeatable)n n3）定义级）定义级(Defined)n n4）管理级）管理级(Managed)n n5）持续优化级）持续优化级(Optimizing)图：CMM模型中的五个成熟度级别，其关键过程范围[CMU SEI]第十六章第十六章 地理信息系统软件工程技术地理信息系统软件工程技术邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．软件工程简介．软件工程简介1．．1 基本概念基本概念n n计算机软件工程是一类求解的工程。

n n它应用计算机科学、数学及管理科学等原理，借鉴传统工程的原则、方法，创建软件以达到提高质量，降低成本的目的 图：软件工程框架[王立福]软件工程四条基本原则：n n1 1）选取适宜的开发模型，可以认识需求易变性，并加）选取适宜的开发模型，可以认识需求易变性，并加以控制，以保证软件产品满足用户的需求；以控制，以保证软件产品满足用户的需求；n n2 2）采用合适的设计方法，通常要考虑实现软件的模块）采用合适的设计方法，通常要考虑实现软件的模块化、抽象与信息隐蔽、局部化、一致性以及适应性等化、抽象与信息隐蔽、局部化、一致性以及适应性等特征；特征；n n3 3）提供高质量的工程支持，在软件工程中，软件工具）提供高质量的工程支持，在软件工程中，软件工具与环境对软件过程的支持颇为重要；与环境对软件过程的支持颇为重要；n n4 4）重视开发过程的管理，软件工程的管理，直接影响）重视开发过程的管理，软件工程的管理，直接影响可用资源的有效利用、生产满足目标的软件产品，提可用资源的有效利用、生产满足目标的软件产品，提高软件组织的生产能力等问题高软件组织的生产能力等问题 1．．2 软件工程活动软件工程活动n n软件工程活动包括需求、设计、实现、确认及支持等n n它们对应于软件开发活动的不同阶段。

1．．2．．1需求分析需求分析建立需求面临着三个方面的困难：n n1）问题空间的理解）问题空间的理解n n2）人与人之间的通信）人与人之间的通信n n3）需求的不断变化）需求的不断变化 1．．2．．2系统设计系统设计n n要解决“怎么做”的问题 n n设计阶段划分为总体设计和详细设计 1．．2．．3实现阶段实现阶段n n在软件实现阶段，要将设计的结果变换成程序设计语言编写的程序n n首先要确定程序设计语言，其影响因素包括：开发人员对语言的熟悉程度，语言的可移植性，编译程序的效率，编译工具的支持等 1．．2．．4确认活动确认活动n n系统完成后的软件测试是主要的确认活动 n n软件测试的技术分为两类：白盒测试技术和黑盒测试技术 1．．2．．5软件维护软件维护软件维护活动的类别：软件维护活动的类别：n n1）改正性维护n n2）适应性维护n n3）完善性维护n n4）预防性维护 1．．3结构化方法和面向对象方法结构化方法和面向对象方法1．．3 结构化方法和面向对象方法结构化方法和面向对象方法n n结构化分析和设计结构化分析和设计 -- --基于模块化的思想，采用基于模块化的思想，采用“ “自顶向下，逐步求精自顶向下，逐步求精” ”的的技术对系统进行划分，分解和抽象是它的两个基本手技术对系统进行划分，分解和抽象是它的两个基本手段段 -- --将软件视为一个数据变换装置，接受各种输入，通过将软件视为一个数据变换装置，接受各种输入，通过变换产生输出变换产生输出一个典型的数据流图：飞机订票1．．3 结构化方法和面向对象方法结构化方法和面向对象方法n n面向对象的分析和设计面向对象的分析和设计 -- --客观世界是由许多各种各样的类组成的，每种对象都客观世界是由许多各种各样的类组成的，每种对象都有各自的内部状态和运动规律，对象之间的作用和联有各自的内部状态和运动规律，对象之间的作用和联系就构成了各种不同的系统系就构成了各种不同的系统 -- --使解决问题的方法空间与客观世界的问题空间结构达使解决问题的方法空间与客观世界的问题空间结构达成一致成一致 --UML(Unified modeling language--UML(Unified modeling language，统一建模语言，统一建模语言) )用UML表达的线几何体类以及和其它类的关系（OpenGIS Consortium） 1．．4开发过程模型开发过程模型n n软件开发模型是软件开发全部过程、活动和任务的结构框架。

n n软件开发模型能够清晰、直观的表达软件开发过程，明确规定要完成的主要活动和任务n n可以作为软件项目工作的基础 1．．4．．1瀑布模型瀑布模型1．．4．．2演化模型演化模型n n主要针对事先不能完整定义需求的软件开发n n用户可以先给出核心需求，当开发人员将核心需求实现后，用户提出反馈意见，以支持系统的最终设计和实现 1．．4．．3螺旋模型螺旋模型n n1）制定计划——确定软件目标，选定实施方案，弄清项目开发的限制条件n n2）风险分析——分析所选方案，考虑如何识别和消除风险n n3）实施工程——实施软件开发n n4）客户评估——评价开发工作，提出修正建议1．．4．．4喷泉模型喷泉模型2．．GIS领域的体系结构和构件领域的体系结构和构件（图：GIS领域）GIS领域体系结构：一个工作流视图基于DCP的GIS体系结构和构件：一个实现视图[OpenGIS Consortium]3．．GIS需求分析需求分析3．．1 GIS需求获取需求获取n n1 1）物理环境）物理环境）物理环境）物理环境，物理设备的位置以及其分布的集中程度；，物理设备的位置以及其分布的集中程度；n n2 2）接口）接口）接口）接口，与其它软件系统的接口以及对数据格式的要求；，与其它软件系统的接口以及对数据格式的要求；n n3 3）用户或人的因素）用户或人的因素）用户或人的因素）用户或人的因素，包括系统用户熟练程度，使用系统需要接受，包括系统用户熟练程度，使用系统需要接受的训练；的训练；n n4 4）功能）功能）功能）功能，系统要完成什么，性能如何；，系统要完成什么，性能如何；n n5 5）文档）文档）文档）文档，需要哪些文档以及其针对的读者；，需要哪些文档以及其针对的读者；n n6 6）数据）数据）数据）数据，数据格式、数据精度、数据量、接收和发送数据的频率；，数据格式、数据精度、数据量、接收和发送数据的频率；n n7 7）资源）资源）资源）资源，使用系统需要的设备，开发需要的人力资源、计算机资，使用系统需要的设备，开发需要的人力资源、计算机资源、时间表；源、时间表；n n8 8）安全性）安全性）安全性）安全性，对访问信息的控制程度，数据的备份等；，对访问信息的控制程度，数据的备份等；n n9 9）质量保证）质量保证）质量保证）质量保证，对系统的可靠性要求，平均系统出错时间，可移植，对系统的可靠性要求，平均系统出错时间，可移植性，可维护性等。

性，可维护性等3．．2 GIS需求规约需求规约n n在需求获取阶段，得到了用自然语言描述的用户需求，但是其中存在着不一致性和二义性，这些问题要通过需求规约解决 对对Coad/YourdonCoad/Yourdon方法的扩展方法的扩展——GeoOOA——GeoOOA（部分，（部分，George George KÖstersKÖsters））基本类和GeoOOA类GeoOOA 中的整体部分关系1）覆盖 2）包含 3）分割4．数据管理设计．数据管理设计n n数据管理部分设计的目的是确定在数据管理系统中存储和检索数据的基本结构，其原则是要隔离数据管理方案的影响，不管该方案是普通文件、关系数据库、面向对象数据库或者是其它方式的三种主要的数据管理方法n n1）普通文件管理）普通文件管理n n2）关系型数据库管理系统（）关系型数据库管理系统（RDBMS））n n3）面向对象的数据库管理系统）面向对象的数据库管理系统 4．．1全部采用文件管理全部采用文件管理n n将所有的数据都存放于一个或者多个文件中，包括结构化的属性数据 4．．2文件结合关系数据库管理文件结合关系数据库管理(a)通过文件管理空间数据 (b)通过关系数据库管理属性数据图：同时使用文件和关系数据库管理GIS数据，其中利用地物ID建立记录之间的连接关系4．．3全部采用关系数据库管理全部采用关系数据库管理图：集成化的GIS数据管理4．．4采用面向对象数据库采用面向对象数据库(OO-DBMS)管理管理5．界面设计．界面设计5．．1界面设计原则界面设计原则n n1）对人分类）对人分类n n2）描述人和他们的任务脚本）描述人和他们的任务脚本n n3）设计命令层）设计命令层n n4）设计详细的交互）设计详细的交互 n n5）继续做原型）继续做原型n n6）设计用户界面类）设计用户界面类n n7）根据图形用户界面进行设计）根据图形用户界面进行设计5．．2 GIS界面设计中的要素界面设计中的要素n n数据选择 n n数据表现 n n数据处理 n nSQL n n可视化 5．．3 GIS界面样式界面样式5．3．1基于命令行的GIS界面 5．3．2菜单驱动的GIS界面 5．3．3采用数据流图的GIS图形用户界面 6．．GIS中的设计模式中的设计模式一个设计模式包括四个基本部分：n n1）模式名称）模式名称n n2）问题）问题n n3）解决方案）解决方案n n4）后果）后果 7．在．在GIS项目中使用项目中使用CASE工具工具——空间空间过程支持与空间数据配置管理过程支持与空间数据配置管理n nCASE（计算机辅助软件工程，Computer-Aided Software Engineering），是辅助计算机软件开发的计算机技术，包括在软件开发、维护过程中提供计算机辅助支持以及在软件开发、维护过程中引入工程化方法。

CASE工具的类型n n管理工具管理工具n n编辑工具编辑工具n n配置管理工具配置管理工具n n原型工具原型工具n n方法支持工具方法支持工具n n语言处理工具语言处理工具n n程序分析工具程序分析工具n n测试工具测试工具n n调试工具调试工具n n文档工具文档工具n n再工程工具再工程工具 第十七章第十七章 地理信息系统标准地理信息系统标准邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．地理信息系统标准简介．地理信息系统标准简介n n标准和规范按照其使用状态，分为两种：即实标准和规范按照其使用状态，分为两种：即实际使用的标准和法律意义上的标准际使用的标准和法律意义上的标准 n n信息技术的标准和规范信息技术的标准和规范 -- --硬件设备的标准硬件设备的标准 -- --软件方面的标准软件方面的标准 -- --数据和格式的标准数据和格式的标准 -- --数据集标准数据集标准 -- --过程标准过程标准 地理信息标准对地理信息系统应用的意义 2．．ISO/TC211地理信息标准地理信息标准n n它是对与地球上位置直接或间接有关的物体或现象信息的结构化标准。

n n该标准共分为25个部分ISO/TC211地理信息标准（一） n n1 1）参考模型）参考模型）参考模型）参考模型(Reference (Reference Model) Model) n n2 2）综述）综述）综述）综述(Overview) (Overview) n n3 3）概念化模式语言）概念化模式语言）概念化模式语言）概念化模式语言(Conceptual Schema (Conceptual Schema Language) Language) n n4 4）术语定义）术语定义）术语定义）术语定义(Terminology) (Terminology) n n5 5）一致性和测试）一致性和测试）一致性和测试）一致性和测试(Conformance and Testing)(Conformance and Testing)n n 6 6）专用标准）专用标准）专用标准）专用标准(Profiles) (Profiles) n n7 7）空间模式）空间模式）空间模式）空间模式(Spatial Shema) (Spatial Shema) 8 8）时间尺度子模式）时间尺度子模式）时间尺度子模式）时间尺度子模式(Temporal Subshema)(Temporal Subshema)n n9 9）应用模式规则）应用模式规则）应用模式规则）应用模式规则(Rules for (Rules for Application Schema) Application Schema) n n1010）要素分类方法）要素分类方法）要素分类方法）要素分类方法(Feature (Feature cataloguing methodology) cataloguing methodology) n n1111）坐标空间参照系统）坐标空间参照系统）坐标空间参照系统）坐标空间参照系统(Spatial referencing by (Spatial referencing by coordinates) coordinates) n n1212）基于地理标识的间接参）基于地理标识的间接参）基于地理标识的间接参）基于地理标识的间接参考系统考系统考系统考系统(Spatial referencing by (Spatial referencing by geographic identifiers)geographic identifiers)n n 13 13）质量原则）质量原则）质量原则）质量原则(Quality (Quality principles)principles)n n1414）质量评价过程）质量评价过程）质量评价过程）质量评价过程(Quality (Quality Evaluation Procedures)Evaluation Procedures)ISO/TC211地理信息标准（二）n n1515）元数据）元数据）元数据）元数据(Metadata) 16(Metadata) 16））））空间信息定位服务空间信息定位服务空间信息定位服务空间信息定位服务(Positioning Service)(Positioning Service)n n 17 17）地理信息描述）地理信息描述）地理信息描述）地理信息描述(Portrayal) (Portrayal) n n1818）编码）编码）编码）编码(Encoding) (Encoding) n n1919）服务）服务）服务）服务(Service) (Service) n n2020）功能标准）功能标准）功能标准）功能标准(Functional (Functional standards) standards) n n2121）图像和栅格数据）图像和栅格数据）图像和栅格数据）图像和栅格数据(Imagery and gridded data)(Imagery and gridded data)n n2222）职员的资格认证）职员的资格认证）职员的资格认证）职员的资格认证(Qualifications and (Qualifications and Certification of Personnel) Certification of Personnel) n n2323）覆盖几何和功能的模式）覆盖几何和功能的模式）覆盖几何和功能的模式）覆盖几何和功能的模式(Schema for coverage (Schema for coverage geometry and functions) geometry and functions) n n2424）图像和栅格数据的成分）图像和栅格数据的成分）图像和栅格数据的成分）图像和栅格数据的成分(Imagery and gridded data (Imagery and gridded data components) components) n n2525）简单要素的访问）简单要素的访问）简单要素的访问）简单要素的访问————SQLSQL选项选项选项选项(Simple feature (Simple feature access - SQL option)access - SQL option)ISO/TC 211标准前20个部分之间的关系 3．开放的地理数据互操作规范．开放的地理数据互操作规范——OpenGISn nOpenGIS(Open Geodata Interoperation Specification,OGIS-开放的地理数据互操作规范)n n由美国OGC(OpenGIS协会，OpenGIS Consortium)提出。

n nOGC是一个非赢利性组织，目的是促进采用新的技术和商业方式来提高地理信息处理的互操作性(Interoperablity)OpenGIS规范主要定义的三个模型： n n1）开放的地理数据）开放的地理数据(Open Geodata)模型模型n n2））OpenGIS服务服务n n3）信息团体模型）信息团体模型1）开放的地理数据）开放的地理数据(Open Geodata)模型模型n n定义了一个概括的、公用的基本地理信息类型集合，该集合可以被应用于特定领域的地理数据建模 2））OpenGIS服务服务服务模型中的主要组成为：n n要素实例(Feature Instance)的创建过程n n获取地理数据的方法n n时空参照系统的获取和转换n n语义转换3）信息团体模型）信息团体模型n n信息团体模型的目的是建立一种途径，使得信息团体或用户维护对数据进行分类和共享所遵循的定义；实现一种有效的、更为精确的方式，使不同信息团体之间可以共享数据 OpenGIS抽象规范各个主题之间的依赖关系[OGC]遵循遵循OpenGISOpenGIS规范，规范，地理信息处理的在不同分布计算地理信息处理的在不同分布计算“ “场景场景” ”上实现上实现[OGC][OGC]第十八章第十八章 地理信息系统和社会地理信息系统和社会邬 伦北京大学地球与空间科学学院北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所遥感与地理信息系统研究所20042004年年1212月月1．．GIS的社会化的社会化1．．1实验室的实验室的GIS到社会化的到社会化的GIS(图：地理信息系统的社会化) 1．．2 GIS社会化的影响社会化的影响n n“GIS发展的将来就是没有GIS” n n从应用角度来看，GIS的社会化意味着每个人都可以方便的使用GIS功能。

2．．GIS社会化的其它问题社会化的其它问题2．．1 产业产业n n数据生产 n nGIS软件生产和系统集成 n n GIS服务 n n GIS工程监理 GIS软件生产和系统集成过程中三个阶段的活动2．．2政策政策n n GIS标准和规范 n n基础空间数据的建立和共享 n n其它领域应用GIS的规定 n nGIS产业的运行规范 2．．3 法律法律n n1）计算机犯罪）计算机犯罪n n2）软件版权）软件版权n n3）隐私权）隐私权n n4）网络法律问题）网络法律问题2．．4 教育和评估认证教育和评估认证n n目目前前，，进进行行GIS培培训训和和教教育育的的机机构构主主要要包包括括职职业业学学校校、、社社区区学学院院、、大大学学和和学学院院、、GIS软件开发商、使用软件开发商、使用GIS的单位等的单位等2．．4．．1培训方式培训方式n n1）工作室培训和短期课程培训班）工作室培训和短期课程培训班n n2）远程教学）远程教学n n3）大学和学院的）大学和学院的GIS课程课程n n4））GIS认证认证n n5））GIS学位学位2．．4．．2评估和认证的主要途径评估和认证的主要途径n n1）认证（）认证（Certification））n n2）许可证（）许可证（Licensing））n n3）授权（）授权（Accreditation））3．社会对GIS发展的影响 图：GIS技术演化的图示[E. Sheppard]具体影响GIS发展的因素包括：n n1 1）社会，特别是军事部门，对于全球定位的）社会，特别是军事部门，对于全球定位的需求的紧迫程度需求的紧迫程度n n2 2）私营企业主导）私营企业主导GISGIS开发的程度开发的程度n n3 3）潜在的客户希望采用）潜在的客户希望采用GISGIS解决的问题和他们解决的问题和他们预期的付出预期的付出n n4 4）影响数据可用性和成本的因素）影响数据可用性和成本的因素n n5 5）地理学不再视为理论性的学科，这样可以）地理学不再视为理论性的学科，这样可以利用地理学对利用地理学对GISGIS的开发和应用进行评估的开发和应用进行评估。