一.绪论

1.GIS特征:地理信息除具有一般的特性外(客观性,适用性,可传输性和共享性)还具有独特特性①空间分布性②数据量大③信息载体的多样性.

2.GIS概念:是在计算机硬软件系统的支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理数据进行采集,储存,管理,运算,分析,显示和描述的技术系统.GIS is a

computer software tool used for assembling, storing, and displaying geographical information.

3.GIS发展:①国际发展状况(GIS的开拓期20世纪xx年代,GIS的巩固发展期20世纪xx年代,GIS技术打发展时期20世纪xx年代)②国内发展状况(起步阶段20世纪xx年代,发展年代xx年代,快速发展阶段xx年代)

4.GIS的组成:计算机硬件系统,软件系统,地理空间数据,用户和网络.GIS功能：数据输入,数据存储与管理,数据分析与处理,数据输出与表示模块和用户接口模块.

5.GIS开发研究分四个阶段:系统分析,系统设计,系统实施,系统评价与维护.

6.GIS建立的过程①可行性研究②系统设计③建立系统的实施计划④系统实验⑤系统运行.GIS设计基本要求:加强系统适用性,降低系统开发和应用成本,提高系统的生命周期.

7.地理数据:是各种地理特征和现象间关系的符号化表示,包括空间位置,属性特征及时域特征三部分.描述方法: ?显示描述也称栅格数据结构?隐示描述也称矢量数据结构.

8.GIS软件:SupperMap、ArcGis、MapGis世界上第一个实用的地理信息系统——加拿大地理信息系统.

9.地图数字化方法:手扶跟踪数字化,扫描矢量化.

10.DEM数据结构:等高线,不规则三角形,正方形网格.

11.GIS产品输出的类型:地图,形象,统计报表.

12.GIS的应用①测绘与地图制图地图数据获取与成图的技术流程发生了根本的改变,地图成图周期大大缩短,地图成图精度大幅度提高,地图品种大大丰富②资源管理资源清查是GIS最基本的智能,此时系统的主要任务是将各种来源的数据汇集在一起,并通过系统的统计和分析功能,按多种边界和属性条件,提供区域多种条件组合形式的资源统计和进行原始数据的快速再现③城乡规划城市与区域规划中要处理许多不同性质和不同特点的问题,它涉及资源环境人口交通经济教育文化金融等多个地理变量和大量数据④灾害监测GIS和遥感监测的数据可以有效地用于森林火灾的预测预报洪水灾情监测土壤干旱监测洪水淹没损失的估算及农业病虫害监测,为灾害评估预测急救指导应急响应等提供决策支持⑤环境保护GIS可用于环境信息的建库管理环境变化的监测分析与预报为实现环境监测与管理科学化自动化提供最基本的条件⑥国防军事现代战争的一个基本特点就是3S技术被广泛地运用到从战略构思到战术安排的各个环节,它往往在一定程度上决定了战争的成败⑦精细农业在精细农业中,结合3S技术可以定量获取田区影响作物的生长因素及最终生成的空间差异性信息,在监测的基础上运用科技手段调控,最终使得田区资源潜力得到均衡利用,同时获取尽可能高的产量,如作物估产,病虫害监测治理等⑧电子商务GIS在电子商务中的应用主要集中在物流管理方面⑨电子政务有效促进政府职能部门工作的现代化网络化和透明化进程⑩交通运输结合GPS,GIS技术可以实现车辆定位跟踪路径分析路线选择等功能同时还可进行交通道路规划设计城市交通管理交通肇事分析等?人口管理在人口管理中应用GIS极大地推进了人口管理技术发展?警务大部分信息与空间位置或空间分布有关?医疗卫生将GIS用于传染病监控,可以大幅度提高对于大规模疾病的监测水平与大规模疾病爆发的响应速度?公共服务,GIS在公众服务方面提供基础的地理信息服务.

二.空间信息基础

1.地球空间几何模型描述四类①地球的自然表面,它是一个起伏不平十分不规则的表面包括海洋底部高山高原在内的固体地球表面②相对抽象的面,即大地水准面③模型就是以大地水

准面为基准建立起来的地球椭球体模型④数学模型:是在解决其他一些大地测量学问题时提出来的,如类地形面,准大地水准面,静态水平衡椭球体等.

2.地理坐标系概念:以地理极(南极北极)为极点,地理极是地轴与托球迷的交点,建立地理空间坐标系,主要目的是确定地面点的位置,也就是求出地面点对大地水准面的关系,它包括地面点在大地水准面上的平面位置和地面店到大地水准面的高度.

4.地理空间实体分为:点,线,面三种要素,分别用点状,线状,面状符号来表示.

5.空间数据特征:①空间特征:表示现象的空间位置或现在所处的地理位置②属性特征:表示现象的特征③时间特征:指现象或物体随时间的变换.

6.空间数据拓扑关系:空间数据用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置,属性及其边界的信息;空间数据元数据指对于这些空间数据的描述或说明.①邻接关系:空间图形中同类元素之间的拓扑关系②关联关系:空间图形中不同元素之间的拓扑关系③包含关系:空间图形中同类但不同级元素之间的拓扑关系.

7.元数据:元数据(Meta Data)是关于数据仓库的数据,指在数据仓库建设过程中所产生的有关数据源定义,目标定义,转换规则等相关的关键数据.

8.空间数据元数据:用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置,属性及其边界的信息,空间数据元数据指对于这些空间数据的描述或说明.

9.空间数据内插方法:趋势面拟合技术,局部拟合技术及维护.

三.空间数据结构

1.数据结构即数据组织的形式,是适合于计算机存储,管理和处理的数据逻辑结构,对空间数据而言,则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述.

2.空间数据库: 是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合.

3.空间数据结构是地理信息系统沟通信息的桥梁,只有充分理解地理信息系统所采用的特定数据结构,才能正确有效地使用.空间数据结构有栅格数据结构和矢量数据结构组成.

4.栅格数据结构:是最简单直观的数据结构,又称为网络结构或像元结构,是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网络阵列,每个网络作为一个象元或像素,由行号列号定义,并包含一个代码表示该像素的属性类型或量值,或仅仅包含指向其属性记录的指针.

5.栅格结构数据4途径:①目读法,在专题图上均匀划分网格,逐个网络地决定其代码,最后形成栅格数字地图文件②数字化仪手扶或自动跟踪数字化地图,得到矢量结构数据后,再转换为栅格结构③扫描数字化:逐点扫描专题地图,将扫描数据重采样再编码得到的栅格数据文件④分类影像输入:将经过分类解译的遥感影像数据直接或重采样后输入系统作为栅格数据结构的专题地图.

6.栅格数据压缩编码方式①链式编码:又称弗里曼链码或边界链码,链式编码主要是记录线装地物和面状地物的边界②游程长度编码:是栅格数据压缩的重要编码方法,基本思路是:一幅栅格图像常有行(或列)方向上相邻的若干点具有相同的属性代码,因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容.③块状编码：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,再加上记录但愿的代码组成.④四叉树编码:机构的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四个部分,逐块检查其格网属性值(或灰度).

7.矢量数据结构:即通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点线面等地理试题,坐标空间设为连续,允许任意位置,长度和面积的精确定义.是计算机对地理实体的隐式描述.

8.矢量数据结构编码基本内容:①点实体,包括由单独一对xy坐标定位的一切地理或制图实体②线实体,可以定义为直线元素组成的各种线性要素,直线元素有两对以上的xy坐标定义③面实体,多边形数据时描述地理空间信息的最重要的一类数据.

9.矢量数据结构编码方法:实体式,索引式,双重独立式,链状双重独立式.

10.矢量数据分析基本方法①包含分析,确定要素之间是否存在着直接的联系,即矢量点线面之间是否存在空间位置的联系.通过计算点到点,点到线之间的距离,利用最小距离阈值判断包含的结果②矢量数据的缓冲区分析③叠置分析?多边形叠置分析,指同一地区,同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠置?矢量数据与栅格数据间的叠置分析,此方法可以快速地获取区域内部散点的综合空间信息④矢量数据的网络分析,是选择最佳路径,选择最佳布局中心的位置,使人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置.

11.栅格结构和矢量结构比较？矢量结构:位置明显,属性隐含.栅格结构：属性明显，位置隐含㈠矢量模型的优点①数据存储量小②空间位置精度高③空间关系描述全面,对线状,网络状事物的分析方便④空间和属性数据综合查询与更新方便⑤普通地图可直接手工数字化㈡栅格模型优点①数据结构简单②多种地图叠合分析方便③容易描述边界复杂、模糊的事物，便于处理三维连续表面④能直接处理数字图象信息⑤能直接用栅格状设备输出图形㈢与栅格相比，矢量的缺点是①数据结构复杂②多种地图叠合分析较困难③边界复杂模糊的事物难以描述④不能直接处理数字图象信息㈣与矢量相比，栅格的缺点是①数据储存量大②空间位置精度低③难以表达线状,网络状的事物④输出地图不美观⑤普通地图须按矢量方式数字化.

12.栅格数据结构向矢量数据结构转换一是矢量向栅格转换:①点的变化,将点和线实体的角点的笛卡尔坐标转换到预定分辩率和已知位置值的矩阵中②矢量线段的变化,是曲线在数字化时输入多个点,形成折线,由于点多而密集,折线在视觉上形成了曲线,通过直线转换网格法完成交换③多边形数据的变换,测试过角点后，剩下线段处理,这时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边界,记录其位置与属性值.二是栅格向矢量转换：①基于图像数据的矢量化方法有二值化,细化和跟踪.②基于再生栅格数据的矢量化方法:边界线追踪,拓扑关系生成,去除多余点及曲线圆滑.

13.栅格数据的分析处理方法①聚类聚合分析(聚类分析,聚合分析)多层面复合叠置分析(视觉信息复合,叠加分类模型)窗口分析(分析窗口的类型:矩形窗口,圆形窗口,环形窗口,扇形窗口,窗口内统计分析的类型)追踪分析等几种基本的分析模型类型.

14.栅格单元代码决定方法:中心点面积占优法,重要性法,百分比法.

15.其他数据结构:矢栅一体化数据结构,镶嵌数据结构,三维数据结构.

四.空间数据库

1.数据库:是为了一定目的,在计算机系统中以特定的结构组织,存储和应用相关数据的集合.

2.空间数据库特点:①数据量特别大,地理系统是一个复杂的综合体,要用数据来描述各种地理要素,尤其是要素的空间位置,其数据量往往大的惊人.②不仅有地理要素的属性数据,还有大量的空间数据.③数据应用的面相当广如地理研究,环境保护,土地利用与规划,资源开发,生态环境等等.

3.数据库主要特征：①数据集中控制特征②数据冗余度小的特征③数据独立性的特征④复杂的数据模型⑤数据保护特征.

4.数据组织方式:①数据项:是可以定义数据的最小单位也称元素,基本项等②记录,由若干相关联的数据项组成③文件,是一给定类型的记录的全部具体值得集合④数据库,是比文件更大的数据组织.

5.数据模型分为:①层次模型,是数据处理中发展较早,技术上也比较成熟的一种数据模型②网状模型,是数据模型的另一种重要结构,它反映着现实世界中实体间更为复杂的联系③关系模型,在层次模型与网络模型中,实体间的联系主要是通过指针来实现的,即把有联系的实体用指针连接起来.

6.面向对象数据库:是指无论怎样复杂的事例都可以准确地由一个对象表示，这个对象是一个包含数据集和操作集的实体.

7.属性数据即空间实体的特征数据一般包括名称,等级,数量,代码,等多种形式.

8.编码原则：①编码的系统性和科学性②编码的一致性③编码的标准化和通用性④编码的简捷性⑤编码的扩展性.编码内容:登记部分,分类部分,控制部分.

9.编码方法:①列出全部制图对象清单②制定对象分类分级原则和指标,对制图对象进行分类分级③拟定分类代码系统④设定代码及其格式,设定代码使用的字符和数字,码位长度码位分配等⑤建立代码和编码对象的对照表.常用的编码方法: ①层次分类编码法:是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码,它的优点是能明确百事出分类对象的类别,代码结构有严格的隶属关系.②多源分类编码法:又称独立分类编码法,是指对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码,各位数字代码之间并没有隶属关系.

10.图形数据采集:①野外数据采集(a平板测量b全野外数字测图c空间定位测量)②地图数字化(a手扶跟踪数字化b扫描矢量化)③摄影测量方法(a摄影测量原理b数字摄影测量的数据处理流程)④遥感图像处理(a观测数据的输入b再生校正处理c变换处理d分类处理e处理结果的输出).

11. 地形图纠正分为四点纠正法或逐网格纠正法①由于受地形图介质及存放条件等因素的影响,地形图的实际尺寸发生变形②在扫描过程中,工作人员的操作会产生一定的误差③由于遥感影像本身就存在着集合变形④由于所需地图图幅的投影与资料的投影不同，或需将遥感影像的中心投影或多中心投影转换为正射投影等⑤扫描时，由于受扫描仪幅面大小的影响,有时需将一幅地形图或遥感影像在拼接时难以保证精度.

12.图像解译过程包括图像的成像原理,图像的成像时间,图像的解译标志,成像地区的地理特征,地图,植被气候学以及区域内有关人类活动的各种信息.遥感图像的解译有目视判读和计算机自动解译两种方法，自动解译分为监督分类和非监督分类两种.

13.图幅拼接步骤①逻辑一致性的处理②识别和检索相邻图幅③相邻图幅边界点坐标数据的匹配④相同属性多边形公共边界的删除.

16.误差:误差类型：源误差、操作误差操作误差:a由计算机字长引起的误差b由拓扑分析引起的误差c数据分类和内插引起的误差.源误差:a地面测量数字数据的误差，来源于地面测量的数字数据中含有控制测量和碎部测量误差.b地图数字化数据的误差,①制图误差主要有以下10个方面:控制点展绘误差,编绘误差,综合误差,绘图误差,地图复制误差,分色板套合误差,绘图材料的变形误差,归化到同一比例尺所引起的误差,特征夸大误差,特征的定义②数字化误差c遥感数据误差, ①数据获取误差②数据预处理误差③数据转换误差④人工判读误差.

六.地理信息系统空间分析原理与方法

1.模型分类:概念模型,物理模型,数字模型.

2.模型构建步骤:建立概念模型,建立定量模型,模型检验,模型应用,以上四个步骤相互联系,相互制约,循环往复,不断修正,直至完成整个模型的构建.

3.地理空间:指地球表面及近地表空间,是地球大气圈水圈生物圈岩石圈和土壤圈交互作用的区域,地球上最复杂的物理过程,化学过程,生物过程地球化学过程就发生在该区域.

4.地学模型:是利用地理建模的思想和方法,对自然地理对象的抽象和概括.它除具有一般模型的结构性,简单性,清晰性,客观性,可信性等特点外还具有自身的特性(复杂性,空间性,时间性,模糊性)地学模型包括几种形式：①逻辑模型②物理模型③数学模型④图像模型.

5.空间数据模型抽象层次:空间概念模型,逻辑数据模型,物理数据模型.

6.空间概念数据模型包括:场模型,对象模型,网络模型.

7.常用空间逻辑数据模型:矢量数据模型,栅格数据模型,面向对象模型等.

8.地理信息系统中视觉信息复合包括①面状图线状图和点状图之间的复合②面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域边界之间的复合③遥感影像与专题地图的复合④专题地图与数字高程模型复合显示立体专题图⑤遥感影像与DEM复合生成真三维地物景观.

9.网络基本组成部分:链,障碍,拐角点,中心,站点.网络分析基本方法:路径分析,地址匹配,资源分配.