地理信息系统

1.数据（data）是通过数字化或直接记录下来的可以被识别的符号，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。 2,。信息 狭义：为人们获得信息前后对事物认识的差别

广义：信息是指主体(人、生物和机器)与外部客体(环境、其它人、生物和机器)之间相互联系的一种形式。

数据是信息的表达形式，是信息的载体；信息是数据中蕴含的含义，是数据的内容。

 地理数据：是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等

的数字、文字、图像和图形的总称。

 地理信息：是地理数据所蕴含和表达的地理含义，具有空间特征、属性特征及时序

特征三部分。

地理信息系统

• 系统：是具有特定功能的、相互联系的许多要素所构成的一个整体。

• 信息系统：是具有数据采集、管理、分析和表达能力的系统，它能够为单一的或有

组织的决策过程提供有用信息。

GIS定义：

GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、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 GIS的基本构成 一、系统硬件

1、数据处理设备：大型机、图形工作站、服务器和PC；

2、数据输入设备：数字化仪、图像扫描仪，以及各种数字测量设备等； 3、数据输出设备：绘图仪和计算机显示器。 二、系统软件

用户界面，GIS应用软件，GIS基本功能软件，标准软件（图形、数据库等），系统库，操作系统（系统调用、设备运行、网络等） 三、空间数据

 在某个已知坐标系中的位置：即用几何坐标标识地理实体的空间位置，如经纬度、

平面直角坐标、极坐标等。  实体间的空间相关性：地理事物点、线、面实体间的空间联系，用拓扑关系(Topology)

来表示。

 与几何位置无关的属性(Attribute)：分为定性和定量的两种。

定性——包括名称、类型、特性等，如气候类型、土地利用等。 定量——包括数量和等级等，如面积、长度、土地等级。 四、应用人员

系统开发人员，地理信息系统的最终用户 五、应用模型

由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。

GIS的功能 数据变换 数据采集与编辑 数据重构 资源管理 区域规划 国土监测 数据存储与管理 数据处理与变换 数据抽取 基 本 空间分析与统计 产品制作与显示 二次开发和编程 功 拓扑叠合 能 缓冲区建立 数字地形分析 空间集合分析 应 GIS功能 用 功 能 辅助决策

GIS的功能

一、基本功能

数据采集与编辑：数字化 不同性质的专题或层

数据存储与管理：矢量栅格模型、数据库管理、空间数据库 数据处理和变换：

数据变换：投影变换、几何纠正、比例尺缩放、误差改正和处理等 数据重构：数据拼接、数据裁剪、数据压缩、结构转换等 数据抽取：类型选择、窗口提取、布尔提取和空间内插等 空间分析和统计

叠合分析,。缓冲区分析，数字地形分析，空间集合分析 产品制作与显示

地图图形输出：点符号图、动线图、点值图、晕线图、等值线图、立体图等。

产品制作与显示：设置显示环境、定义制图环境、显示地图要素、定义自行符号、字符大小与颜色、标注图名和图例以及绘图文件编辑。 二次开发和编程

开发语言：C，C++，VB，VC++，Delphi…）定制自己的菜单，可视化用户应用界面。

二、应用功能 资源管理

土地评价，水利工程，水文地质，水资源管理，地籍管理

区域规划

城市供水，物流运输，电力线路，道路规划，污水管网 国土监测

地质灾害，森林火灾，环境监测 辅助决策

商业服务，无线通讯，房产估计，突发事件，警力

GIS的发展概况

从GIS的发展历史来看，每十年都上一个台阶：

 20世纪60年代：开拓发展阶段，机助制图、量算分析  70年代：巩固阶段，大容量、图形化人机交互

 80年代：突破阶段，微机GIS软件产品、应用扩展  90年代：社会化阶段，空间信息产业、WebGIS  新世纪：空间信息基础设施、数字城市、数字地球 发展趋势——GIS与其他技术的结合更加紧密

遥感技术（RS）

全球定位系统（GPS） 计算机辅助制图（CAD） 多媒体技术 虚拟现实技术

网络化程度越来越高 —— WebGIS 组件式的二次开发平台

GIS —— 虚拟现实技术 商业化GIS 全球化GIS

第二章

一、空间数据及其特征

－空间数据是表征地理空间系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图形和图像等的总称。 空间特征

地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征，以及相邻地理现象和过程的空间关系。前者为定位特征，后者为拓扑特征。 属性特征

地理现象和过程所具有的专属性质，如名称、分类、质量和数量等。 时间特征

一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况。

空间数据的计算机表示的基本方法

 空间分幅

 将整个地理空间划分为许多子空间，再选择要表达的子空间。

 属性分层

 将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表示。

 时间分段

 将时间特征的地理数据按其变化规律划分为不同的时间段数据，再逐一表

示。

空间数据结构的类型 一、矢量数据结构

 利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数

据组织方式。

 矢量数据结构的核心是坐标点 实体数据结构

 直接将地图翻译描述，只记录空间对象的位置坐标。不记录相互之间的关系。  每条记录都有首末坐标，每条记录都是单独的实体。

 没有共享的公共边。矢量型多边形公共边界需重复输入。  重复存储，存在数据冗余，难以确保数据性和一致性。  结构简单，但无法表达边界和多边形之间的关系。

 不适合复杂的空间分析，在不以分析为目的CAD系统中广泛使用。 拓扑数据结构

 最广泛使用的矢量数据模型，

 借用了拓扑学（Topology）的原理来描述空间事物。  通过拓扑关系，识别地图中的空间数据关系。  不仅记录空间位置和几何特性，还记录空间关系 拓扑数据结构的优缺点 拓扑数据结构特点：

 空间关系明确，不完全依赖于具体的坐标位置。多边形的公共边界、网络的结点表

达简单，

 便于分析、查询，尤其是点、线、面之间的相邻关系的查询和分析。

优缺点：

 图形的修改方便，可由软件检查数据输入的错误，容易保证数据质量  便于叠合分析、网络分析等  数据结构复杂，软件复杂

 建立拓扑关系需花计算时间（当地图覆盖范围很大，数据量很大时）

二、栅格数据结构

栅格数据结构是指将空间分割成为有规则的网格（栅格单元），在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织方式。 栅格矩阵结构

Raster数据是二维表面上地理数据的离散量化值，每一层的pixel值组成像元阵列（即二维

数组），其中行、列号表示它的位置。 例如影像： A A A A A B B B A A B B A A A B 在计算机内是一个4 × 4阶的矩阵。但在外部设备上，通常是以左上角开始逐行逐列存贮。如上例存贮顺序为：

A A A A A B B B A A B B A A A B 当每个像元都有唯一一个属性值时，一层内的编码就需要m行×n列×3(x,y和属性编码值)个存储单元。数字地面模型就属此种情况。

游程编码结构 书

四叉树结构

栅格矩阵结构：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）；

游程编码结构：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用；

四叉树结构：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。

矢量与栅格数据结构的比较 数据量 位置精度 数据结构 多重属性 数据输入 数据更新 分析功能 投影变换 绘图输出 适用对象

矢量模型 小 高 复杂 方便 栅格模型 大 低 简单 缺乏 成组分类 点、线、面相互关系 丰富 手工数字化、野外实测、扫描、遥感、矢量转换、空间扫描后处理、栅格转换 插值 局部的 成片的 点、线、面相互关系、网边界模糊的连续表面的分析、络、叠合 多层叠合、地图代数 容易 精细、丰富 复杂 概括的、简化的、反映连续表面的 几何形态明确、边界确切 几何形态不明确、边界模糊 矢量与栅格数据结构的比较 优 点 ① 便于面向实体的数据表达(土壤类、土地利用单元等)； ② 数据结构紧凑、冗余度低； ③ 有利于网络分析； ④ 图形显示质量好、精度高。 ① 数据结构相对简单； ② 空间分析和地理现象的模拟均比较容易； ③ 有利于与遥感数据的匹配应用和分析； ④ 输出方法快速，成本比较低廉。 缺 点 ⑤ 数据结构较复杂； ⑥ 软件与硬件的技术要求比较高； ⑦ 多边形叠合等分析比较困难； ⑧ 显示与绘图成本比较高。 ⑤ 图形数据量大； ⑥ 投影转换比较困难； ⑦ 栅格地图的图形质量相对较低； ⑧ 现象识别的效果不如矢量方法。 矢量数据结构 栅格数据结构