GIS原理复习资料01

1、第一章：GIS: 是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。GIS的组成：用户（GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户）；软件（支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统）；硬件（各种设备-物质基础）；数据（系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础）硬件配置：输入 （数字化、解析测图仪、扫描仪 遥感处理设备等） 存贮处理 （计算机 硬盘 光盘 等存储设备） 输出 （打印机 绘图仪 显示终端 等 ） 网络（服务器、网络适配器、传输介质、调制解调器等网络设备） 功能（硬件配置）软件配置 ：GIS用户界面、GIS数据库、操作系统、GIS硬件、GIS专业平台软件、GIS用软件系统的基本功能：数据采集、管理、分析和表达，所以每个GIS系统都是由若干具有一定功能的模块组成。第二章：1、地理空间的数学基础：主要包括地球空间参考（解决地球的空间定位与数学描述问题），空间数据投影及坐标转换（解决如何把地球曲面信息展布到二维平面），空间尺度（规定在多大的详尽程度研究空间

2、信息）及地理格网（建立组织空间信息空间区域框架方法）。地图投影概念：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影地图投影的实质：建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（，）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系： x=f1(, ) y=f2(, )当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。 2、空间数据 : 内容：(位置、形状、尺寸 、识别码（名称）实体的角色、功能、行为、实体的衍生信息时间测量方法、编码方法、空间参考系等 ) 基本特征：（空间特征：地理位置和空间关系；属性特征名称、等级、类别等；时间特征）数据类型：（几何数据（空间数据、图形数据） ；关系数据实体间的邻接、关联包含等相互关系 ；属性数据各种属性特征和时间元数据）数据结构：（矢量、栅格、TIN（专用于地表或特殊造型） RDBMS属性表-采用MIS较成熟）依据数据来源的不同分为：地图数据 、地形数据 、属性数据 、元数据 、影象数据3、实体的空间特征 ：空间维数：（有0，1，2，3 维之分，点、线、面、体）空间特征类型（点状实体、线状实体、面状实

3、体、体状实体）点状实体：（有特定位置，维数为0的物体，用来代表一个实体）线状实体：（具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，特性：实体长度：（从起点到终点的总长）；弯曲度：（用于表示像道路拐弯时弯曲的程度）；方向性：（水流方向，上游下游，公路，单、双向之分）面状实体（是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由一封闭曲线加内点来表示；面状实体的如下特征：1）面积范围 2）周长3）独立性或与其它地物相邻如中国及其周边国家4）内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5）重叠性与非重叠性： 如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠）体、立体状实体：立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性，立体状实体一般具有以下一些空间特征：体积，如工程开控和填充的土方量。每个二维平面的面积。周长内岛含有弧立块或相邻块。 断面图与剖面图。 4、实体间空间关系：拓扑空间关系、 顺序空间关系、度量空间关系5、拓扑关系的种类：关联性、邻接性、连通性、方向性、包含性、层次关系6、主要的拓扑关系：

4、拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含7、矢量数据的获取方式：由外业测量获得、由栅格数据转换获得、跟踪数字化8、栅格数据结构 ：又称为网格结构，它是将地表划分成为紧密相邻的网格阵列。每个网格的位置由行列号定义。它包含一个代码，以表示该网格的属性或指向属性记录的指针点：由单个栅格表达。线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格表达。面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格表达栅格结构的建立：手工获取、扫描仪扫描、由矢量数据转换而来、遥感影像数据、格网DEM数据栅格数据结构的组织方法：方法a：以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示为一个列数组； 方法b：每层每个象元的位置、属性一一记录，结构最简单，但浪费存储；方法c：以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和多边形内各象元的坐标。栅格数据编码方法: 直接栅格编码、行程编码（变长编码）、块码 - 游程编码向二维扩展、链式编码、四叉树编码、栅格数据结构 ：十进制的Morton码-MD A 0A 1A 4A 5A 2 B 3B 6B 7A 8A 9B 12B 13A 10A 11B 14B 151、一种按位操作的方法：如行为2、列为

5、3的栅格的MD步骤：(1)行、列号为二进制 Ib= 1 0 Jb= 1 1(2)I行J列交叉 1 1 0 1 = 13(3)再化为十进制. 实质上是按左上、右上、左下、右下的顺序，从零开始对每个栅格进行自然编码。起始行列号从0计把一幅2n2n的图像压缩成线性四叉树的过程A 0A 1A 4A 5A 2 B 3B 6B 7A 8A 9B 12B 13A 10A 11B 14B 151、按Morton码把图象读入一维数组。2、相邻的四个象元比较，一致的合并，只记录第一个象元的Morton码。循环比较所形成的大块，相同的再合并，直到不能合并为止。3、进一步用游程长度编码压缩。压缩时只记录第一个象元的Morton码。右图的压缩处理过程为：1、按Morton码读入一维数组。Morton码：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15象 元 值： A A A B A A B B A A A A B B B B2、四相邻象元合并，只记录第一个象元的Morton码。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 12 A A A B A A B B A B3、由于不能进一步合并，则用

6、游程长度编码压缩。 0 3 4 6 8 12 A B A B A B9、矢、栅优缺点： 优点 缺点矢量1、便于面向现象（土壤类，土地利用单元等）2、结构紧凑，冗余度低，便于描述线或边界。3、利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。4、 图形显示质量好，精度高。 1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难。 2、多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差。 3、不能像数字图像那样做增强处理 4、软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。 栅 格 1、 结构简单，易数据交换。 2、叠置分析和地理（能有效表达空可 变性）现象模拟较易。 3、利于与感遥数据的匹配应用和分析，便于图像处理。 4、 输出快速，成本低廉。 1、现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。 2、图形数据量大，数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题。 3、投影转换困难。 4、图形质量转低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。矢量数据结构:点：XY单点；线：X1Y1,X1Y2,X3Y3.XnYn闭合串；面：X1Y1,X1Y2,X

7、3Y3.XnYn闭合环；X1Y1,X1Y2,X3Y3.XnYn闭合环。矢量数据的获取方式：由外业测量获得、由栅格数据转换获得、跟踪数字化。矢量数据的组织：点：坐标对（x,y） 线：坐标对系列(x1,y1).(xn,yn) 面：首尾相同的坐标串矢量数据组织 ：几何位置坐标文件关 系 表连接点：坐标对（x,y线：坐标对系列(x1,y1).(xn,yn)面：首尾相同的坐标串+识别符及有关属性、其它属性矢量数据编码方式：实体式：（spaghetti）- 面条模型:以实体为单位记录其坐标1234567891011 1213 1415PPP多边形坐标串P1P2索引式（树状）：对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与边（线）、线与多边形的索引文件。（点线面图如上：）点号坐标1x1,y1点文件：线文件：弧段号起点终点点号A527,8,9,10 面文件：面号弧段号P1A,B,C双重独立式编码：是一种拓扑编码结构点文件：点号坐标1x1,y1线文件：线文件是以线段为记录单位线号左多边形 右多边形 起点终点L210P1P2210面文件：面号线号P1L210,L109在DIME中做如下改进：将以线段为记录单位改

8、为以弧段为单位链状双重独立式码链状双重独立式编码-拓扑数据结构 ：弧段坐标文件：弧段号坐标系列（串)Ax2,y2,X10,y10弧段文件：链面，链结点关系：弧段号 左多边形 右多边形 起点终点AP1P225面文件：面号弧段号 P1A,B,-C点拓扑文件： 结点链关系 ：点号 弧段号 2A,B,D注：在拓扑结构中，多边形（面）的边界被分割成一系列的线（弧、链、边）和点（结点）等拓扑要素，点、线、面之间的拓扑关系在属性表中定义，多边形边界不重复。道格拉斯普克法，又称分裂法。该算法实现的基本思路是：对每一条曲线的首末点虚连一条直线，求其它所有点与该直线的距离，并找出其中的最大距离值dmax，用dmax与限差相比：若dmax，这条曲线上的中间点全部舍去； 若dmax，保留dmax对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分曲线重复上述操作，直至整条曲线处理结束。【特点】：压缩效果好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大。垂距法的基本思路是：每次顺序取曲线上的三个点，计算中间点与其它两点连线的垂线距离di，并与限差比较。若di，则中间点去掉；若di，则中间点保留。然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束。间隔取点法的基本思路是：每隔n个点取一点，或每隔一规定的距离取一点，但首末点一定要保留。例如对一曲线每隔一个点（n=1）取一点进行压缩，其过程和结果如下图所示。空间插值：通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法

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