地理信息系統原理復習資料(word文檔良心出品)

緒論第一章0、地理信息系統基本概念0.1、地理（空間）數據：地理空間數據是指以地球表面空間位置為參照的自然、社會和人文景觀數據，可以是圖形、圖像、文字、表格和數字等，由系統的建立者通過數字化儀、掃描儀、鍵盤、磁帶機或其他通訊系統輸入 GIS,是系統程序作用的對象,是GIS所表達的現實世界經過模型抽象的實質性內容。0.2、地理（空間）信息：是指表征地理圈或地理環境固有要素或物質的數量、質量、分布特征、聯系和規律等的數字、文字、圖像和圖形等的總稱。0.3地理信息系統：是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統，該系統設計支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問題。說明：.是計算機系統.操作對象：空間數據.基本功能：采集、管理、處理、分析、建模、顯示.其技術優勢在于其數據綜合、模擬和分析評價能力，實現地理空間過程演化的模擬和預測.與地理學和測繪學關系密切GIS的定義框架 GIS在信息系統中的地位和分類0.4GIS的基本構成GIS主機：大型、中型、小型機，工作站 /服務器、微型計算機GIS外部設備：.輸入設備：數字化儀、掃描儀、解析和數字攝影測量設備、全站儀等.輸出設備：繪圖儀、打印機、圖形顯示終端等.數據存貯與傳送設備：磁帶機、光盤機、活動硬盤、 U盤、MP3等GIS網絡設備：布線系統、網橋、路由器、交換機等0.5GIS組成一軟件 一空間數據一人員0.6GIS的功能.數據采集：數據是GIS的血液，貫穿于GIS的各個過程.數據編輯與處理：原始數據不可避免的存在誤差， 需要對其編輯和格式轉換等處理， 因此GIS應提供強大的、交互式的編輯功能，包括圖形編輯、數據變換、數據重構、拓撲建立、數據壓縮、圖形數據和屬性數據的關聯。.數據存儲、組織和管理：GIS的數據結構：矢量數據結構、柵格數據結構GIS數據的組織和管理：文件-關系數據庫混合管理、全關系型數據管理、面向對象數據管理.空間查詢和空間分析空間分析：GIS提供的空間分析工具如查詢、幾何量算、緩沖區分析、疊置分析、地形分析等，這些工具是有限的；應用分析：應用分析是無限的，不同的應用目的可能構建不同的應用模型， GIS空間分析為建立和解決復雜的應用模型提供了基本工具。GIS空間分析和應用分析是“零件”和“機器”的關系。應用 GIS解決實際問題的關鍵就是如何將這些零件搭配成能夠用來解決問題的“機器”。.數據輸出：GIS脫胎于計算機制圖，因而 GIS的一個主要功能就是計算機地圖制圖；屬性數據也要報表輸出等。0.7GIS的主要應用領域通過對世界進行建模和制圖， GIS為行業決策提供更好的支持，包括：交通運輸、自然資源管理、城市管理、電力、電信、國土資源管理第二章地理空間與空間數據（GIS的地學基礎）1、地理空間：在空間信息系統中，地理空間被定義為絕對空間和相對空間兩種形式。絕對空間是具有屬性描述的空間位置的集合，由一系列不同位置的空間坐標值組成；相對空間是具有空間屬性特征的實體的集合，是由不同實體之間的空間關系構成。絕對空間地球模型①地球的物理表面水準面：當海洋靜止時，自由水面與該面上各點的重力方向（鉛垂線）成正交的面大地水準面：在眾多的水準面中，有一個與靜止的平均海水面相重合，并假想其穿過大陸、島嶼形成一個閉合曲面。它實際是一個起伏不平的重力等位面一一地 —球物理表面。它所包圍的形體稱為大地體地水準面的意義：一級逼近1）.地球形體的一級逼近：對地球形狀的很好近似，其面上高出與面下缺少的相當。.起伏波動在制圖學中可忽略：對大地測量和地球物理學有研究價值，但在制圖業務中，均把地球當作正球體。.重力等位面：可使用儀器測得海拔高程（某點到大地水準面的高度）。②地球的數學表面在測量和制圖中就用旋轉橢球體來代替大地球體，這個旋轉橢球體通常稱為 地球橢球體,簡稱橢球體。二級逼近它是一個規則的數學表面，所以人們視其為 地球體的數學表面，也是對地球形體的二級逼近，用于測量計算的基準面。三級逼近確定與局部地區大地水準面符合最好的一個地球橢球體 一一參考橢球體,這項工作就是參考橢球體定位通過數學方法將地球橢球體擺到與大地水準面最貼近的位置上，并求出兩者各點間的偏差，從數學上給出對地球形狀的三級逼近。③我國采用的參考橢球自1980年開始采用GRS1975（國際大地測量與地球物理學聯合會 IUGG1975推薦）新參考橢球體系，并確定陜西涇陽縣永樂鎮北洪流村為“ 1980西安坐標系”大地坐標的起算點。1.1.2常見投影方法地圖投影：在地球橢球面和平面之間建立點與點之間函數關系的數學方法，稱為地圖投影地圖投影的實質： 是將地球橢球面上的經緯線網按照一定的數學法則轉移到平面上。1）高斯-克呂格投影（等角橫切橢圓柱投影）此投影無角度變形，中央經線無長度變形。為保證精度，采用分帶投影方法：經差6°或3°分帶，長度變形<0.14%中國國家基本比例尺地形圖采用高斯 -克呂格6。分帶投影：：1萬（3。分帶）：2.5萬、1：5萬、1：10萬、1：25萬、1：50萬。2）墨卡托投影（正軸等角圓柱投影）特點：不僅保持了方向和相對位置的正確，而且使等角航線在圖上表現為直線。這一特性對航海具有重要的實用價值。3）通用橫軸墨卡托投影 ——UTM投影4）LABERT投影：由于我國位于中緯度地區，我國小比例尺基本地形圖（1:100萬地形圖）采用蘭勃投影Lamberts（正軸等角割圓錐投影），中國地圖和分省地圖經常采用 Alberts（正軸等積割圓錐投影）1.1.3投影配置原則地理信息系統中地圖投影配置的一般原則為：（1）配置的投影系統應與相應比例尺的國家基本圖（基本比例尺地形圖，基本省區圖或國家大地圖集）投影系統一致；一般最多只采用兩種投影系統，一種服務于大比例尺的數據處理與輸入輸出，另一種服務于中小比例尺的數據處理與輸入輸出；（3）用投影以等角投影為宜；（4）用投影應能與網格坐標系統相適應，即所用的網格系統在投影帶中應保持完整。（總結：地理信息系統中的地理空間，通常就是指經過投影變換后放在笛卡兒坐標中的地球表層特征空間，它的理論基礎在于旋轉橢球體和地圖投影變換。）2、空間信息空間信息是有關地理空間中的物質的性質、 特征和運動狀態的表征和一切有用的知識， 它是對表達地理特征與地理現象之間關系的地理數據的解釋。地理空間信息描述法①常規描述方法②數字化描述方法空間現象及其表達測內；位置編碼：屬性建立關系：表達遺.感影像空間數據征系為

特關行擇軍合選抽綜測內；位置編碼：屬性建立關系：表達遺.感影像空間數據征系為

特關行擇軍合選抽綜空間對象類型空間對象一般按地形維數進行歸類劃分點：零維有位置，無寬度和長度；抽象的點線：一維有長度，但無寬度和高度。用來描述線狀實體，通常在網絡分析中使用較多度量實體距離面：二維具有長和寬的目標。通常用來表示自然或人工的封閉多邊形。一般分為連續面和不連續面體：三維有長、寬、高的目標。通常用來表示人工或自然的三維目標，如建筑、礦體等三維目標時間：通常以第四維表達，但目前 GIS還很難處理時間屬性。空間對象的維數與比例尺是相關第三節空間數據的類型和關系■GIS是以空間數據為骨干的信息系統地理要素必然要與空間數據掛鉤必然帶有一地理要素必然要與空間數據掛鉤必然帶有一定的屬性空間數據的拓撲關系?卻皈映的地理空間信息能郭信息應包括 屬性信息空間數據的拓撲關系?卻皈映的地理空間信息能郭信息應包括 屬性信息?拓撲結構是明確定義空間關系的一種數于方法U?在GIS中，它不但用于空間數據的組蛆,而且在空間分析和應用中都具有非常重要的意義。空間數據的基本特征屬性特征：描述空間對象的特性，即是什么，如對象的類別、等級、名稱、數量等。空間特征：描述空間對象的地理位置以及相互關系，又稱幾何特征和拓撲特征，前者用經緯度、坐標表示，后者如交通學院與電力學院相鄰等。時間特征：描述空間對象隨時間的變化空間數據的拓撲關系拓撲概念拓撲一詞來自于希臘文，意思是“形狀的研究”。拓撲學是幾何學的一個分支， 它研究在拓撲變換下能夠保持不變的幾何屬性一一拓撲屬性拓撲關系的重要的意義

根據拓撲關系，不需要利用坐標或距離，可以確定一種空間實體相對于另一種空間實體的位置關系。利用拓撲關系有利于空間要素的查詢。可以根據拓撲關系重建地理實體。拓撲表的建立口鼻I:惴此耳 晨：審均年"事窿It率見方前益中敬字前加號為怕反方向2.7元數據元數據的內容根據拓撲關系，不需要利用坐標或距離，可以確定一種空間實體相對于另一種空間實體的位置關系。利用拓撲關系有利于空間要素的查詢。可以根據拓撲關系重建地理實體。拓撲表的建立口鼻I:惴此耳 晨：審均年"事窿It率見方前益中敬字前加號為怕反方向2.7元數據元數據的內容者及數據生產歷史等的說明對數據質量的描述，如數據精度、數據的邏輯一致性、數據完整性、分辨率、源數據的比例尺等對數據處理信息的說明，如量綱的轉換等數據轉換方法的描述對數據庫的更新、集成方法等的說明元數據的主要作用幫助數據生產單位有效地管理和維護空間數據，建立數據文檔提供有關數據生產單位數據存儲、數據分類、數據內容、數據質量、數據交換網絡(clearinghouse)及數據銷售等方面的信息，便于用戶查詢檢索地理空間數據提供通過網絡對數據進行查詢檢索的方法或途徑，以及與數據交換和傳輸有關的輔助信息第三章GIS空間數據結構數據結構數據結構即指數據組織的形式，是適合于計算機存儲、管理和處理的數據邏輯結構。空間數據結構是指空間數據適合于計算機存貯、管理、處理的邏輯結構。在GIS中，數據結構是系統完善的一個關鍵，它不僅決定了數據操作的效率，同時也影響了系統的靈活性和通用性。數據、數據元素1、數據：數據是客觀事物的符號表示。2、數據元素、數據項：數據元素是數據的基本單位，它也可以再由不可分割的數據項組成。數據結構的形式定義：數據結構名稱數據模型在數據庫中用數據模型來抽象、數據模型應滿足三方面要求能比較真實地模擬現實世界容易為人所理解便于在計算機上實現數據模型白三要素：=（D,S）其中D為數據元素的有限集，S是D上關系的有限集表示和處理現實世界中的數據和信息。 通俗地講數據模型就是現實世界的模擬。數據結構數據操作數據的約束條件數據結構是對系統靜態特性的描述;數據操作是對系統動態特性的描述柵格數據結構柵格結構是將地理空間劃分成若干行、若干列，稱為一個象元陣列，其最小單元稱為象元或象素。每個象元的位置由行列號確定，其屬性則以代碼表示。每個柵格單元只能存在一個值。以柵格數據結構表示的地理空間關系稱為圖象 （image）或格網（grid）。壓縮編碼

柵格數據結構：壓縮編碼方案鏈式編碼起點行列號，單位矢量R:11,5）.322332,3游程長度編碼嘉鑫布號，雌重復次數塊狀編碼正方形區域為記錄單.元數據結構：初始位置,半徑,屬性（1/3AMi,51R}Q,62Ab…四叉樹編碼NWNESWSE1,A,4PR,塊狀編碼正方形區域為記錄單.元數據結構：初始位置,半徑,屬性（1/3AMi,51R}Q,62Ab…四叉樹編碼NWNESWSE30GGGAGGAAGAAA30柵格數據結構：特點離散的量化柵格值表示空間對象位置隱含，屬性明顯幾何和屬性偏差數據結卞^簡單，易于遙感數據結合，但數據量大面向位置的數據結構，難以建立空間對象之間的關系（矢量數據和柵格數據優缺點比較）矢量數據結構概述矢量數據結構是另一種常見的圖形數據結構，它是用一系列有序的 x、y坐標對表示點、線、面（多邊形）等地理實體的空間位置。矢量結構的特點：屬性隱含，定位明顯矢量型數據結構按其是否明確表示各地理實體的空間相互關系可分為實體型和拓撲型兩大類。編碼方案實體式實體式數據結構：是指構成多邊形邊界的各個線段，以多邊形為單元進行組織。實體式數據結構中，邊界坐標數據和多邊形單元一一對應，各個多邊形邊界都單獨編碼和數字化。優點：編碼容易、數字化操作簡單、數據編排直觀缺點：相鄰多邊形的公共邊界數字化兩次； 缺少多邊形的鄰域信息和圖形的拓撲關系； 島只作為一個單個圖形，沒有建立與外界多邊形的聯系。索引式索引式數據結構采用樹狀索引以減少數據冗余并間接增加鄰域信息，具體方法是對所有邊界點進行數字化，將坐標對以順序方式存儲，由點索引與邊界線號相聯系，以線索引與各多邊形相聯系，形成樹狀索引結構。優點：消除了相鄰多邊形邊界的數據冗余和不一致。缺點：處理麻煩，工作量大雙重獨立式雙重獨立式數據結構最早由美國人口統計局研制， 用來進行人口普查分析和制圖， 簡稱DIME（DualIndependentMapEncoding）系統或雙重獨立式的地圖編碼法。DIME的特點是采用了拓撲編碼結構。雙重獨立式數據結構是對圖上網狀或面狀要素的任何一條線段，用其兩端的節點及相鄰面域來定義。5.3.35.3.35.3.35.3.3鏈狀雙重獨立式鏈狀雙重獨立式數據結構是 DIME數據結構的一種改進。在DIME中，一條邊只能用直線兩端點的序號及相鄰的面域來表示，而在鏈狀數據結構中，將若干直線合為一個弧段(或鏈段)，每個弧段可以有許多中間點。鏈狀雙重獨立式數據結構中，主要有四個文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標文件、結點文件。矢量數據結構的特點.用離散的點描述空間對象與特征，定位明顯，屬性隱含.用拓撲關系描述空間對象之間的關系.面向目標操作，精度高，數據冗余度小.與遙感等圖象數據難以結合.輸出圖形質量好，精度高第五章Gis的建庫流程數據源的分類數據源分類遙感數據地圖數據實測數據1:,7...數數字化數據多媒體數據按獲取方式按表現方式3s數據源地圖數據：數據源分類遙感數據地圖數據實測數據1:,7...數數字化數據多媒體數據按獲取方式按表現方式3s數據源地圖數據：1)地圖存儲介質的缺陷。由于地圖多為紙質，在不同的存放條件下存在不同程度的變形，具體應用時，須對其進行糾正。(2)地圖現勢性較差。傳統地圖更新周期較長，造成現存地圖的現勢性不能完全滿足實際需要。(3)地圖投影的轉換。使用不同投影的地圖數據進行交流前，須先進行地圖投影的轉換。遙感數據數據源分類示意圖數據源的選擇考慮的因素①是否能夠滿足系統功能的要求；②所選數據源是否已有使用經驗。③系統成本數據源的選擇考慮的因素①是否能夠滿足系統功能的要求；②所選數據源是否已有使用經驗。③系統成本空間數據采集采集儀器--數字化設備：數字化設備：數字化儀、掃描儀、攝影測量設備特 點：范圍大，速度快使用范圍：大面積GIS數據采集、資源普查等數字化手扶跟蹤數字化儀定位設備：野外測量：大平板、全站儀、 GPS、移動測繪系統特點：精度高、效率較低適合范圍：小范圍GIS數據采集或局部數據更新(Digitizer)掃描儀(Scanner)屏幕跟蹤數字化5.75.7拓撲數據編輯5.75.7拓撲數據編輯三物理坐標、用戶坐標地球坐標羥度、緯度1數字化儀、掃描儀坐標」t戶標t

用坐地球坐標羥度、緯度1數字化儀、掃描儀坐標」t戶標t

用坐地圖坐標

直角坐標物理坐標地圖投影變換屏幕顯示坐標5.3.4坐標轉換轉換的實質：建立兩個坐標系之間的數學關系轉換的意義：.將設備坐標轉換為地理要素的實際坐標.減少各種變形(投影變形、掃描變形、紙張變形等 )轉換通過配準來實現5.4.1地圖配準地圖配準是將控制點配準為參考點的位置，從而建立兩個坐標系統之間一一對應關系。控制點就是當前沒有配準前的點的坐標，參考點就是希望配準后的坐標。圖像之間的配準主要包括兩方面的內容： 其一，是確定足夠數量的配準控制點 (RCP,RegistrationControlPoint);其二，是根據這些配準控制點確定兩幅或多幅圖像的像素之間的坐標對應關系。5.4.2地圖配準的基本步驟.5.4.2地圖配準的基本步驟.添加柵格圖像/矢量地圖.定義投影.啟動配準環境.添加控制點.地圖配準/空間鏈接.查看結果控制點的選取：對應點控制點的數量：通常是均勻分布于地圖上，數量不少于1個，2個，3個，根據地圖配準的函數模型的復雜程度，通常可以給出5個，但是太多也會有問題。誤差的產生是必然的，但也是有限的，否則數字化的結果將產生變形。懸掛節點(DanglingNode)偽節點懸掛節點(DanglingNode)偽節點(PseudoNode)弧段方向多標識點錯誤1.定位錯誤：手扶跟蹤數字化中的人為誤差掃描和跟蹤過程中產生的誤差數字化地圖轉換為現實世界坐標中產生的誤5.6非拓撲數據編輯.刪除、移動、剪切和粘貼.分割和合并.線條的簡化、加密和平滑.拓撲錯誤6.76.7拓撲查詢輯弧段和多邊形。同時，5.7.1 輯弧段和多邊形。同時，地圖編輯過程始于地圖拓撲關系的構建。 這一步確保計算機能夠辨認地圖上單獨的節點、在地圖要素之間建立拓撲關系的過程能夠消除某些數字化錯誤。第二步是指出地圖上存在的數字化錯誤的類型。第三步是消除數字化錯誤。基于拓撲的相關軟件：ArcGIS作為一個可伸縮的平臺，無論是在桌面，在服務器，在野外還是通過 Web,為個人用戶也為群體用戶提供GIS的功能。訂正數字化錯誤的方法：全局方法：全局方法即把一些指定容差值應用于整幅地圖以消除數字化錯誤。 如ARC/INFO中的CLEAN命令，對輸入的圖層使用兩個容限差：懸掛長度和模糊容差。5.7.2拓撲構建的步驟1、裁剪相交弧段2、根據“模糊容差”捕捉節點3、構建拓撲表4、根據“懸掛長度”編輯弧段5、重新構建拓撲表5.8空間數據質量 誤差是GIS的本質5.8.1誤差的概念數據與其真值之間的差異。誤差的概念是完全基于數據而言的， 沒有包含統計模型在內，從某種程度上講，它只取決于量測值，因為真值是確定的。如測量地面某點高程為 1002.4m,而其真值為1001.3m,則該數據誤差為0.9m6、空間分析與空間建模-一（GIS是空間數據處理理論和方法的集成化實現。 包含了大部分的空間分析技術，是GIS的技術特色。）6.1空間分析空間分析是基本的，解決一般問題的理論和方法，空間模型是復雜的，解決專門問題的理論和方法。空間模型應用模型建立過程比較復雜，有些還不能用數學方法描述，空間分析技術為解決復雜的應用模型提供基本的分析工具基本空間分析技術空間查詢與統計緩沖區分析疊置分析網絡分析數字高程模型與數字地形分析空間查詢空間查詢是空間分析基礎，任