1、1 地理信息的概念 定义：是指与研究对象的空间地理分布有关的信息 ,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。 特性： 1）地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。这是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志； 2）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。 3）时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数 据的变化。 可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震）、 短期的（如江河洪水、秋季低温）中
2、期的（如土地利用、作物估产）长期的（如城市化、水土流失）超长期的（如地壳变动、气候变化） 实时的 GIS 系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。 2 地理信息系统的概念 GIS 是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用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。 3 GIS 的构成 应用人员， 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 软系统件，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统 硬件系统，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 应用模型
3、，解决某一专门应用的应用模型，是 GIS 技术产生社会经济效益的关键所在 4 地理信息的基本功能和应用领域 a.数据采集与输入 b.数据编辑与更新 c.数据存储与管理 d.数据显示与输出 e 空间查询与分析 e1 空间查询 e2 叠加分析 e3 缓冲区分析 e4 网络分析 e5 地形分析 第二章 1 地理实体的三个基本特征 a 属性特征 用以描述事物或现象的特性，即用来说明“是什么”，如事物或现象的类别、等级、数量、名称等 b空间特征 用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系，故又称几何特征和拓扑 特征，如中国与印度之间边界界桩的经纬度，中国与印度之间的邻接关系 c时间特征 用以描述事物或
4、现象随时间的变化，如学生人数的逐年变化。 2 地理实体的数据类型 属性数据 描述空间对象的属性特征的数据，也称非几何数据。即说明“是什么”，如类型、等级、名称、状态等描述时间特征的数据也可以归为这一类。 几何数据 描述空间对象的空间特征的数据 ，也称位置数据、定位数据。即说明“在哪里”，一般用经纬度或 X、 Y坐标来表示。 关系数据 描述空间对象之间的空间关系的数据，一般通过拓扑关系表达。如空间数据的相邻、包含等，主要是指拓扑关系。拓扑关系是一种对空间关系进行明确定义的数学方法 3 空间数据结构的概念 是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储
5、和处理。空间数据结构分为基于矢量的数据结构和基于栅格的数据结构两种基本类型。 3.1 矢量、栅格数据结构的概念 矢量数据结构 通过记录空间对象的坐标及其空间 关系来表达地理实体的一种数据结构。 A. 点实体：记录点坐标和属性代码； B. 线实体：记录两个或一系列采样点的坐标，并加属性代码； C. 面实体：记录边界上一系列采样点的坐标，由于多边形封闭，边界为闭合环，加面域属性代码。 栅格数据结构 是指将地表区域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、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值。 A. 点实体：由单个像元来表达 B. 线实体：由在一定方向上连接成串的
6、相邻像元的集合来表达。 C. 面实体：由聚集在一起的相邻像元的集 合来表达。 4 拓扑关系的概念，类型 拓扑关系：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。 类型： 最基本拓扑关系 拓扑关联：指存在于空间图形中的不同拓扑元素之间的关系 结点与弧段：如结 b与弧 3,2,5 ，多边形与弧段：面 C与弧 4,5,3。 拓扑邻接：指存在于空间图形中的相同拓扑元素之间的关系。多边形之间 ,结点之间邻接矩阵 ,1 邻结； 0 不邻结 其它拓扑关系 拓扑包含：指存在于空间图形中的面与其它元素之间的关系 ,如面状实体包含哪些点、线状实体 层次关系：指存在于空间图形中的相同拓扑元素之间的 等级关系，如连
7、云港市各个区 拓扑连通：拓扑元素之间的通达关系，如点连通度，面连通度 5 拓扑关系的意义 A. 拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。不需要利用坐标或距离就可以确定一个地理实体相对于另一个地理实体的空间位置关系，并且这种拓扑数据较之几何数据具有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化 B. 有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题 C. 根据拓扑关系可重建地理实体。 6 栅格坐标系统的确定 栅格坐标系统的确定 由于栅格编码一般用于区域性 GIS，原点的选择常具有局部性质。但为了 便于区域的拼接，栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横
8、坐标轴作为栅格系统的坐标轴。 6.1 栅格单元尺寸的原则方法 栅格单元的尺寸 1） 原则：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。栅格太大，忽略较小图斑，信息被丢失；栅格太小，会增加存储数据量 2） 方法：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式： H = (min|Ai|)1/2 H 为栅格单元边长 , Ai 为区域所有多边形的面积 7 栅格单元代码的确定 栅格代码 (属性值 )的确定 1、中心点法：取位 于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。 2、面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者。 3、重要性法：取重要的属性值为栅格属性值。 4、长度占优法：每个栅格单元的值由该栅格中
9、线段最长的实体的属性来确定。 8 栅格数据结构的特点 用离散的量化栅格值表示空间对象 (通常是规则格网 ) 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 存在几何和属性偏差 面向位置的数据结构 ,难以建立空间对象之间的关系 比例尺大小为栅格 (像元 )的大小与地表相应单元的大小之比。 9 矢量与栅格数据结构的比较 第三章 1 GIS 数据源有哪些 a 地图数据 存储介质、现势性、投影转换 b 遥感、航空影象和数据 分辨率、变形规律、纠正、解译特征 c 实测数据 d 数字数据 格式、精度 e 统计数据、文本数据 f 多媒体，辅助 GIS 空间分析和查询 2 GIS 数据质量的概
10、念 GIS 的数据质量，是指 GIS 中空间数据 (几何数据和属性数据 )的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。 误差是指数据与真值的偏离。 3 地理控制基础的内容 地理控制基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分 内容： 1 统一的地图投影系统 2 统 一的地理格网坐标系统（地理参照系） 3 统一的地理编码系统 4 GIS 中地图投影的设计与配置一般原则 a 与相应比例尺的国家基本图投影系统一致。 B 系统一般只考虑至多采用两种投影系统，一种应用于大比例尺的数据处理与输出、输入，另一种服务于小比例尺。 C 所用投影以等角投影为宜。 d 所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所采用的网格系
11、统在投影带中应保持完整。 5 连接地理实体与计算机中表现形式为 编码 ； 标识码 是联系实体的几何信息和属性信息的关键字 ； 实体几何数据与属性数据的连接纽带 公共标识符 (关键字 ) 6 代码的功能 a 鉴别 代码代表对象的名称，是鉴别对象的惟一标识。 b 分类 当按对象的属性分类并分别赋予不同的类别代码时，代码又可作为区分分类对象类别的标识。 c 排序 当按对象产生的时间、所占的空间或其他方面的顺序关系排列并分别赋予不同的代码时，代码又可作为区别对象排序的标识。 7 地理目标数据分层的目的 是为了便于空间数据的 管理 对所有地理目标的管理就简化为对各数据层的管理。 查询 对地理目标数据进行
12、查询，只需要对某一层地理目标数据进行查询即可，因而可加快查询速度。 显示 不需要分层后的地理目 标数据由于任意选择需要显示的图层，因而增加了图形显示的灵活性 分析 对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析 8 GIS 数据质量的基本内容 a 位置精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的质量。 b 属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。 c 逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等。 d 完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性等 e 现势性：如数据的采集时间、数
13、据的更新时间等 9 GIS 数据质量误差产生的原因 a 空间现象自身存在的不稳定性 b 空间现象的表达 （如由椭球体到平面必然产生误差） c 空间数据处理中的误差 d 空间数据使用中的误差 10 空间数据误差的类型 GIS 空间数据的误差可分为源误差和处理误差 (1)源误差，是指数据采集和录入中产生的误差，包括： A 遥感数据：摄影平台、传感器的结构及稳定性、分辩率等 b 测量数据：人差 (读数误差等 )、仪差 (仪器不完善等 )、环境 (干扰等 ) c 属性数据：数据的录入、数据库的操作等 d GPS 数据：信号的精度、接收机精度、定位方法、 处理算法等 e 地图：控制点精度，编绘、清绘、制
14、图综合等的精度 f 地图数字化精度：纸张变形、数字化仪精度、操作员的技能等 (2)处理误差，是指 GIS 对空间数据进行处理时产生的误差，如： 1 几何纠正； 2 坐标变换； 3 几何数据的编辑； 4 属性数据的编辑； 5 空间分析 (如多边形叠置等 )； 6 图形化简 (如数据压缩 )； 7 数据格式转换； 8 计算机截断误差；9 空间内插； 10 矢量栅格数据的相互转换。 11 空间数据标准的概念 是指空间数据的名称、代码、分类编码、数据类型、精度、单位、格式等的标准形式。每个地理信息系统都必须具有相应的空间数据标准 12 空间数据交换标准的方式 由于空间数据模型的不同，空间数据的定义、表
15、达和存储方式也不同，因而数据交换也需要统一的标准。 1 外部数据交换标准 这类标准通常是 ASCII 码文件，用户可以通过阅读说明书来直接读写这种外部数据格式。 GIS 的外部数据交换格式通常包括：矢量数据交换格式；栅格数据交换格式；数字高程模型交换格式。 特点：自动化程度不高，速度较慢等，但它可解决不同 GIS 之间的数据转换 问题。它仍然是实现数据共享的主流方式。 2 空间数据互操作协议 制定一套各方都能接受的标准空间数据操纵函数，通过调用这些函数以互相操作对方的数据。 特点：比外部数据交换标准方便，但由于各种软件存储和处理空间数据的方式不同，空间数据的互操作函数又不可能很庞大，因此往往不
16、能解决所有问题。 3 空间数据共享平台 服务器存放空间数据，采用客户机 /服务器体系结构，各种 GIS 通过一个公共的平台在服务器存取所有数据，以避免数据的不一致性。 特点：思路较好，但现有的 GIS 软件各有自己的底层，要统一平台目前难以实现 4 统一 数据库接口 在对空间数据模型有共同理解的基础上，各系统开发专门的双向转换程序，将本系统的内部数据结构转换成统一数据库的接口。 特点：这种方式的前提，首先要求对现实世界进行统一的面向对象的数据理解，这不易实现的。目前：外部数据交换标准仍是实现数据共享的主流方式 13 空间元数据的定义，主要作用 空间元数据 (Geospatial Metadat
17、a)：地理的数据和信息资源的描述性信息。是通过对地理空间数据的内容、质量、条件 和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关数据的数据。 作用 ：（ 1）确定一套地理空间数据的存在性及其位置和其对于某种应用的适宜性，确定空间数据的存储方法、表达方法和使用方法。 2） 用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源 3）帮助数据使用者查询所需空间信息 4）用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心 5）提供数据转换方面的信息 14 GIS 空间数据互操作的含义和其对于 GIS 的必要性 指异构环境下两个或两个以上的实体可以 互相通信和协作，以完成某一特定任务，这些实体
18、包括程序、对象、系统运行环境等。 必要性： 1）解决基础数据的共享问题的需要 2） GIS 应用趋向 多学科综合和集成化 3） GIS 走向社会化的需要 4）是 Internet GIS 发展的需要 15 OPENGIS 的概念 OGIS，也叫开放式地理数据交换规程，它是由开放地理信息系统协会 (Open GIS Consortium)制定的一系列开放标准和接口。 Open GIS 规范是 OGC 规范的最高层次，是利用软件统一地表示地理数据和地理处理的规范系统。 第四章 1 矢量图形数据的编辑（重要） 2 空间索引的概念 空间索引 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 ,
19、按一定的顺序排列的一种数据结构。它包含 空间对象的概要信息，通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。 3 仿射变换 仿射变换的特性：实质是两坐标系间的旋转变换。 1 直线变换后仍为直线； 2 平行线变换后仍为平行线； 3 不同方向上的长度比发生变化 4 投影变换的方法 1 解析变换法：找出两投影间坐标变换的解析计算公式的两种方法： A.反解变换法 先解出原地图投影点的地理 ， ，对于 x， y 的解析关系式，将其代入新图的投影公式中求得其坐标。 B.正解变换法 直接求出两种投影点的直角坐标关系式。 2 数值变换法 原投 影点的坐标解析式不知道，或不易
20、求出两投影之间坐标的直接关系，利用若干同名数字化点 (对同一点在两种投影中均已知其坐标的点 )，采用插值法、有限差分法或多项式逼近的方法，即用数值变换法来建立两投影间的变换关系式。 3 数值解析变换法 当已知新投影的公式，但不知原投影的公式时，可先通过数值变换求出原投影点的地理坐标，然后代入新投影公式中，求出新投影点的坐标。 5 数据压缩的概念 是指从所取得的数据集合中抽出一个子集，使得该子集在规定的精度范围内较好地逼近原集合，且尽可能降低其数据量的数据处理过程。 5.1 矢量数据压缩的方法 5.2 栅格数据的压缩概念、方法（重要） 概念：是指为了删除冗余数据，减少数据存储量，节省存储空间，加
21、快后继处理速度，对栅格数据所做得处理方法。 1 游程编码压缩方法 是指将原始栅格阵列的行或列中属性值相同的连续若干个栅格单元进行合并，并映射成 一个游程，以减少数据存储冗余度的编码压缩方法。 每个游程的数据结构为（ A， P）整数对。 其中 A 代表属性值或属性值的指针， P 代表连续相同属性值的栅格个数 （游程编码压缩方法是一种无损失的压缩编码结构 ） 2 链式编码压缩 用从某一起点开始沿 8 个方向前进的单位矢量链来表示线状地物或多边形的边界，从而达到压缩数据量的方法。 建立步骤： 1）首先定义一个 3 3 窗口，对中间栅格的走向的 8 种可能进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进
22、行追踪，得到矢量链。如下图所示： 3 块状编码压缩 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，再加上记录单元的代码组成。数据对格式 (初始行、列，半径，属性值 ) 4 四叉树编码压缩方法 是指将栅格或图像沿中央 位置等分成四部分，如果某一子区的所有网格都具有同样的属性值，则这个子区就不再继续分割；否则，就要把这个子区再等分成四个区域，直到每个子区都含有相同的属性值为止，据此再进行编码的方法。 一种可变分率的非均匀网格系统，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。 5 空间数据结构的转换 5.1 点对象的栅格化 5.2 面对象的栅格化
