GIS导论实验报告（实验总结）

年级：2013级

实验一

实验一，我感觉还不能很熟练的应用Mapinfo的功能以及菜单栏、工具栏中各个图标的功能,所以当我开始做实验一时碰到的问题还是不少的，首先是对Mapinfo软件的相关操作功能不太了解，比如加载数据的图标，如何使打开的图变大缩小，如何浏览做完后的实验成果图，以及在实验过程中，哪些步骤是不能省略掉的，比如使用控制图层在缩放范围内显示的这个小实验，就要注意打开几个图层的界面看起来非常复杂，通过图层控制来操作，可以使图层在缩放范围内显示，这就需要在图层控制的对话框中哪些框框该打钩，哪些不该打钩，这样所显示的效果就会不一样。只有熟练掌握了Mapinfo的基本操作，以及步骤间的衔接才能完成实验。最后还是自己耐心的看书和实践中去找答案和解决问题。在这个实验中我学会了如何Mapinfo软件的基本操作和怎么样制作地图图层以及如何使用模板创建专题地图。在制作这个实验的过程中体会了很多，也感觉在做专题地图和地图制作时的整个过程充满着趣味性，使我对地图的相关制作有了一定的了解。

实验二

实验二，因为已经对MapInfo软件操作功能有了一个初步的了解了，所以当在开始着手制作实验二是实验相关操作步骤时，在对FUZHOU.JPG图像进行屏幕跟踪化过程时和后面进行的图像加载和配准时碰到的问题也相对较少也比较熟练。从实验二开始要用ArcView 软件时由于刚接触这个软件所以在做这部分的实验时制作速度显然比较慢碰到的问题也还有的，面对许多功能按钮不熟悉时只能查找资料和问同学，但最终还是把实验二给做了，以下是我总结的注意点。

1. 做屏幕跟踪这个实验时，在MapInfo中打开图像文件时，注意选择文件类型是栅格图像，然后点击一下所要打开的福州市行政图，这样呈现出所要的画面。

2. 编辑控制点的时候，至少选择三个点且三个点不要都在一条直线上，那样配准不成功。

3. 选择合适的绘图工具，注意选中的是面状的绘图工具，选择线状的话跟踪完后不会出现实验所需的效果。

4在用鼠标画行政区时，注意拐点处必须点一下，画出来会更准确，注意在没画完不要双击，在画重叠部分时，注意激活。

5.在新建表示注意字段的类型时，图层分类要清晰。

6. 投影、坐标系设置时，要设置地图单位为米。

实验三

实验三是对MamInfo和ArcView这两个软件一起搭配操作的制图实验操作。从实验数据格式的转换到投影变换的过程，都需要对这两个软件功能有所了解。虽然通过书本中的案例可以很容易的得出操作结果，但为了进一步了解这个转换过程中每一个相关信息和转换的含义，自己还是在书本上查找答案，和在制图操作实验中的注意点。

1.在第一步的数据格式转换中，注意不要把底图文件也选进去。

注意文件的命名，不要存得太深，最好可以放在根目录下，用英文命名，勿用中文命名。

2. 数据格式转换的对话框中，要指明文件类型为MapInfo TAB格式。

3. 打开属性表，查看相关属性时，要注意点击一下属性表再去操作相应的步骤，否则就找不到相关的工具图标。

4. 投影变换时先要打开ArcView程序，选择“file”命令，点击“ extensions”命令，进行设置。

5. 空间数据内插所选择的“ extensions”复选框与投影变换选择的不同，

注意选择地图单位为米，距离单位不用设置.。

6.实验三相比前几个实验，这个实验在操作的过程中相对繁琐和复杂，特别是在做空间内插中的等值线的参数设置和数据的载入弄错了好几次才终于把空间内插的实验数据的载入好。在加载数据和核密度估算的过程中对“属性性”进行查找“COUT”字段和在相关分析是对数据的载入也是比较麻烦的，但总之实验三的还是重在对GiS相关软件的操作和理解，只有在这些基础上才能更好的处理投影和空间内插等操作。

实验四

先前经过了几次对实验的操作，已经对MapInfo等软件的相关功能的了解比较清楚了，所以在做实验四时，碰到的问题也就比较少了，只是缺乏动手去实践操作，在制作专题地图时我们一定要更有耐心和毅力的去实验操作。

1.创建坡度专题专题图时，首先要在Available Extension(可选的扩展模块)列表框中，选中Spatial Analyst(空间分析)复选框，这样打开的Plne图才能进行操作。

2.激活图层要选择Surface命令进行编辑。

3.激活坡度图前，注意先点击下相应的图层，否则就会出现实验操作不当等问题。

4.创建河流垂直剖面图时，要注意各个步骤间的衔接性，该点击操作的别忘了点击。

5.挖方和填方所加载的数据，格式为TIN格式的数据Crtin1和Crtin2，将鼠标往下拉即可看到，且要设置地图单位和距离单位都为米，这是与之前的实验有所不同的地方。

6.实验四在做三维显示是由于在加载时格式出错一直达不到预期的效果在3D scene(三维图景)中的Add Theme(添加专题)命令时在将图层加载时将二维转三维时要记住是先对选择 Theme(专题)的3D properties(三维属性)然后再做相关的操作。

实验五

注意点：

1.要记得设置地图和距离单位为米。

2.在创建缓冲区的对话框中，选中As multiple rings，否则所产生的缓区位一条带子。

3.在增加字段计算时，要点击缓冲区。

4.缓冲区查询时，进行的每一步操作都有其针对的操作对象，所以操作前应想想接下来的步骤是针对哪个区域进行的，操作前要点击一下，才能达到实验效果。

5.在本次实验中，利用不同的软件进行缓冲区分析，注意在用MapInfo软件时，在选择合适的数据分解函数以便分割数据这步，注意总人口量和合计男、合计女要选择面积比率，很有实际意义，可以应用到我们的生活中。

实验六：

注意点：

1.在Available Extension(可选的扩展模块)列表框中选中Geoprocessing(地学处理)模块，与之前的实验选择不一样。

2.使用“查询器”查询时，在此之前要选中属性表，然后输入查询语句。

3．链接时均要选中其中的一条。

4.土地事宜性的缓冲分析时地图和距离单位为米。

5.掌握图层的叠加并对叠加后的图层进行分析，能在实际中解决问题。

6.注意在土地适宜性查询分析，赋值后属性表并未能像指导书那样值集中显示。

7.在做叠加及缓冲分析时，注意所点的选择不一样。

实验七

注意点:

1. 设置地图单位为米，距离单位不进行设置，应牢记哪些实验时两者都设计，哪些实验时只设计其中一个。

2. 图例编辑，接下来的增加字段名等步骤应熟练于掌。

3.图层控制编辑显示对话框时，应注意实验要求是什么，不能盲目乱点。

4..将所学地图学知识应用到实验中。

5.专题地图的创建要细心，要明白自己实验目的是什么，接下来的步骤是否都合理.。

6.在输出地图布局时，在选择工程窗口中，单击Layout（布局）图标，单击New（新建）按钮，新建地图布局。

7.在打开工程窗口时，是双击Layout(布局)按钮，弹出布局模板，然后再选择Ｌayout(布局)，Use Template(应用模板)命令，再对弹出的Template Manager(模板管理器)对话框进行设置。

实验总体体会

通过对ＧＩＳ导论实验的相关操作，让我对自己本专业的地理信息科学这个专业有了很大认识，对我们这的专业未来是向哪方面发展的有了一定的见解，使我更加扎实的掌握了有关地图制作的基本知识，而且掌握了专题地图的制作方法和空间内插、叠加分析等试验操作并学会用Mapinfo等软件。巩固课堂上所学的地图编绘与制作的基本原理、综合理论和方法，从而提高我们的专业水平和动手能力。 本次课程实验设计在制图过程中虽然遇到了不少的问题，但经过一次又一次的思考，一次又一次的实践，并通过同学间互相帮助以及向各师兄的询问，最终完成了专题地图、地形分析等的实验制作。在制图过程中也暴露出了自己在这方面的知识欠缺和对软件不不熟悉。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵，只有将理论与实践结合起来才是最好的效果。

过而能改，善莫大焉。在课程实验学习过程中，我们不断发现错误和不足，不断改正，不断领悟，不断获取。在制图过程中，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程实验学习终于顺利完成了，在设计中学习到了曾经不知道不懂的东西。所以在今后的学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的去探究，然后一一进行解决，只有这样，才能很好的完成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，收获喜悦，收获成功！

课程学习和实验的操作诚然是一门专业课必须要去做的，可以使很多专业知识以及专业技能上桌面GIS的功能与菜单操作以及对地形分析等等的实验操作的提升，同时又是一门辩思课，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计专题地图和数据处理让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程实验学习，我掌握了专业软件件的简单运用；掌握了地图专题制作的不同方法，地图匹配，属性编辑，数据处理，地形分析，缓冲区分析和网络分析以及如何提高地图质量，地图美观，也掌握了制图方法和技术，也懂得了很多的专业术语和知识。

地理信息系统分析与应用的实验内容主要包括专题地图的制作，GIS的矢量化分析，数据误差校正，GIS数据格式转换，空间内插等等。每一步都需要大家仔细的揣摩研究，而且需要有清晰的思路，思路确定了，也就在整体上把握住方向，接下来，就是把它细化，一步一步完成每一个实验模块。不过这个过程曲折可谓一言难尽。整个半天都是对着电脑，不然就是翻阅书本。再此期间我失落过，因为自己不懂的地方还很多。在做GIS实验的点点滴滴让我回味无穷，好多数据都是一边做一边为后面的操作打基础的，如果出现误差或者错误，就会导致后面的一些实验操作无法正常的开展和完成，这更是使我体会到了只有耐心细心和恒心，才能做好事情。本次的这些实验加强了我们动手、思考和解决问题的能力，也进一步巩固和加深了我对地理信息系统原理和方法的理解，提高

了综合运用本课程所学的知识和对知识的加强理解。培养了我查阅资料的能力和独立思考，解决问题的能力。通过实际操作，应用软件的分析方法，并培养了严认真的工作作风，在制作实验操作的过程中有些问题不是很理解，但当我做完了这些实验后，有些问题就迎刃而解了。操作时经常会遇到这样那样的错误，有的是因为粗心造成的，也有的是用错了方法，总之就是实现不了。同时在实验的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学的知识点理解得不够透彻，掌握得不牢固。

我认为，在这学期的GIS实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这也是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

回顾起此课程设计，感慨颇多，从理论到实践，在这学期的学习中，可以说得是苦多于甜，累，但是可以学到很多很多的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，也学到了很多在书本上所没有学到过的知识。在实验操作与设计的过程中遇到问题也颇多，但可喜的是最终都得到了解决。

此次课程实验学习给自己最大的感触是，不管什么样的软件，懂的也好不懂的也好，都要动手去用，只有自己操作了，才会真正明白其中的用处，其次是，在遇到困难的时候，不要总是一个人在那捣鼓，同学间应该互相的帮助，有时候向别人学习，会比自己一个人在哪儿毫无头绪的摸索更好。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，俗话说的好，读书破万卷下笔如有神，没有学不会只有不肯学！我坚信，只要下一番功夫就能有理想的收获！

通过这次实验，让我更加了解到地理信息系统原理与方法的重要性，以及它对我们资源勘查专业发展发挥的重要作用。学习，我觉得结果并不是最重要的，很多结果并不美好，但是学习这个过程是不可少的。当自己把本课程所有的实验做完后，才领悟到老师所说话的含义，要掌握一种新的软件，得随着实践的演练，通过循序渐进的学习，才能更好的掌握它。这次实验，学到的东西很多。

 

第二篇：GIS总结

第一讲

一 地理信息系统的定义

地理信息系统（GIS）是采集、存储、管理、表达和分析处理空间信息的软件工具，它以实体的空间位置信息为主线，集成经济、社会、环境、科技、文化等各类信息，为各种应用服务。

数据  对客观世界的表示，在GIS中主要是指对地球表面与自然环境的表示。

信息 加工提炼过的数据、数字、字符、图表中有意义的事物。信息具有共享性、客观性。

信息系统 能够对数据进行采集、处理、分析、输出、传输，回答用户提问的系统。

地理信息  是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征等一切有用的知识。它是对地理特征与地理现象之间的地理数据的解释，而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、属性特征以及时域特征三部分组成。

二 地理信息的特点：

数据量大    一张精度适当的地图，其数据量超过百万字的书籍，相当于一张光盘的容量。例如，城市地理信息系统处理的数据量预期将达到百万GB；

区域分布性  地理现象在空间分布上是不均匀的，有的区域分布密集，有的区域分布稀疏。例如综合性大都市，数据的数据结构相当复杂，所涉及的内容相当广泛；

信息载体的多样性  地理信息的第一载体是地理实体的物质和能量本身。其次，还有描述地理实体的文字、数字、地图和影像等符号信息载体以及纸质、磁带、光盘等物理介质载体。

三GIS 定义的分类

面向数据处理过程的定义（数字处理系统）

面向专题应用的定义（专题信息系统）

工具箱定义（基础地理信息系统）

数据库定义（空间数据库管理信息系统）

四 五大功能

1数据的采集与编辑：数据的采集与编辑主要用于获取数据，保证GIS数据库中的数据在内容与空间上的完整性。方法：定位设备，数字化设备，数据交换，数据内容与相应设备，误差探测与编辑，边界匹配

2数据的存储与组织：数据的存储与组织是一个数据集成的过程，也是建立GIS数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。空间数据管理的主要任务是在空间数据之间建立拓扑关系。属性数据的组织有文件系统、层次结构、网络结构与关系数据库管理系统等。目前被广泛采用的主要是关系数据库系统。在数据的存储与组织中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体

3数据的处理与管理：数据格式化(Data formation)是指不同数据间的变换，  尤其是矢量数据与栅格数据之间的转化。数据转换(Data transfer)涉及到数据比例尺的缩放、平移、旋转等方面，其中最主要的是投影变换。几何变换方法，坐标变换（回忆矩阵的知识）

4数据的表达与可视化：用户利用地理信息系统的显示功能不仅可以观察查询和分析的结果，而且还可以进行信息的表达输出。

5数据的空间分析与应用：分析功能包括查询、检索、统计计算、空间分析、模型分析等方面。查询、检索、统计计算是GIS以及许多数据信息系统应具备的最基本的分析功能，而空间分析功能才是GIS的核心，也是GIS与其它系统区别的重要标志。模型分析是指GIS支持下处理分析问题的方法体现，是GIS应用深化的重要体现。

四. 城市地理信息系统的应用领域

城市地下管线控制和分析，城市布局分析，城市设计，城市控制性规划，灾害评价和水土保持，土地利用/土地覆被变化研究，智能交通，海洋渔业，数字城市等

五. 城市地理信息系统的发展趋势

1理论发展趋势

2技术发展趋势

3应用发展趋势

主要技术发展方向(P20)

1面向对象的组件式GIS发展

2 Web GIS 的应用

3高分辨率遥感影像与GIS结合

4三维GIS和虚拟现实

5移动GIS(无线通讯)

第二讲： GIS的地理空间定位系统

GIS研究的对象是具有城市与区域内涵的地理数据，地理数据与其位置的识别联系在一起，它是通过公共的地理基础（空间参考系统）来实现的。

GIS的研究对象是具有空间内涵的地理数据。地理数据与其位置的识别联系在一起，它是通过公共的地理基础——统一的空间参考系统来实现。

空间参照系统是指确定空间目标平面位置和高程的平面坐标和高程系，这两个系统均与地球椭球面有关。

大地经度L、大地纬度B和大地高度H

地面上的点P地的大地子午面NPS与起始大地子午面所构成的二面角L，叫点P地的大地经度，由起始子午面起算，向东为正，向西为负。点P地对于椭球的法线P地Kp与赤道面的夹角B，叫做点P地的大地纬度，由赤道面起算，向北为正，向南为负。点P地沿法线到椭球面的距离H叫做大地高，从椭球面起算，向外为正，向内为负。

我国的大地坐标系

1我国采用了两种不同的大地坐      标系，即1954年北京坐标系和80国家大地 坐标系，它们均属参心大地坐标系(p40)。

2不同的参考椭球确定不同的参心坐标系。

3相同的地球椭球元素，但定位和定向不同，    也将构成不同的参心坐标系。

4把地面大地网归算到地球椭球面上，确定它    同大地的相关关系位置，这就是所谓椭球的定位和定向问题 。

1954年北京坐标系

1属参心大地坐标系；

2采用克拉索夫斯基椭球参数（a=6878245m，扁率 = 1：298.3）；

3多点定位；

4εx  = εy  = εz；；

5大地原点是原苏联的普尔科沃；

6大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；高程异常是以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为水准起算值，按我国天文水准路线推算出来的；

7 1954年北京坐标系建立后，30多年来用它提供的大地点成果是局部平差结果（制作了国家系列比例尺地形图）。

地理空间数据统一坐标体系转换的关键技术

     我国地图坐标体系分类：

北京1954 坐标系

西安1980 坐标系

地方独立坐标系

国家2000大地坐标系

1980国家大地坐标系

v  属参心大地坐标系；

      采用既含几何参数又含物理参数的四个椭球基本参数。数值采用1975年国际大地测量学联合会（IUG）第16届大会上的推荐值，其结果是：

v  地球长半轴= 6378140m

v  地心引力常数×质量 GM = 3.986005×1014m3/s2

v  地球重力场二阶带谐数Ｊ２＝1.08263×10–3

v  地球自转角速度ω＝7.292115×10–5rad/s。

v  多点定位。在我国按10×10间隔，均匀选取922个点组成弧度测量方程，按最小解算大地原点起始数据（p41)；

定向明确。地球椭球的短轴平行于地球质心指向1968.0地极原点(JYD)的方向，起始大地子午面平行于我国起始天文子午面，ωx ＝ωy ＝ωz ＝0；

54和80坐标系的相互转换

    用参数法实现坐标转换。根据大地微分公式, 用已知控制点数据建立误差方程解算出转换参数。然后,用解算的参数进行坐标转换计算。

 地方独立坐标系与国家坐标系的转换 

直接变换法

间接变换法

α表示椭球扁率, R表示椭球半径, m表示长度变化率,

常用的解算转换参数有三种方法:

三参数法微分公式

五参数法微分公式

七参数法微分公式

国家坐标系与地方坐标系

直接转换法

⑴计算地方系对国家系的旋转角

⑵计算平移量

⑶进行坐标变换

      根据地方坐标系与国家坐标系之间的关系，推出其转换公式如下 :

Ｘ国家 =Ｘ0+ｘ地方ｃｏｓα+ ｙ地方ｓｉｎα

Ｙ国家 =Ｙ0-ｘ地方ｓｉｎα+ ｙ地方ｃｏｓα

间接变换方法

地图投影

将椭球面上各点的大地坐标按照一定的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标，通常称为地图投影。

根据投影变形性质的分类

1 等角投影: 保证投影后的由任意两条微分线段构成的角度      不产生变形，使得投影前后的形状保持不变。

2 等面积投影：保证投影前后的面积保持不变。

3 任意投影：它既不保持角度不变，又不保持面积不变               ，同时存在长度、角度、面积的变形。

根据投影探求方法的分类

1 透视几何投影: 完全依据透视的原理，根据视点、物点、像点之间的几何关系来建立投影方程（3D）。

2 几何解析投影：根据经纬线形状确定投影方程的基本形式，如圆锥投影、圆柱投影等。

3 解析投影：它事先并不人为确定经纬线的形状，其投影后的经纬线形状与投影方程的形式完全依据人们给出的条件逐步推求得到，如高斯-克吕格投影。

高斯-克吕格投影

它是一种横轴等角切圆柱投影。

高斯投影的条件：1 中央经线和地球赤道投影成为直线且为投影的对称轴；

   2 等角投影；

   3 中央经线上没有投影变形；

高斯投影变形具有以下的特点：

Ø  中央经线上没有变形

Ø  同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大

Ø  同一条经线上，纬度越低，变形越大

Ø  等变形线为平行于中央经线的直线

地理格网(P43)

  按一定的数学规则对地球表面进行划分形成地理格网，可以用于表示呈面状分布、以格网作为统计单元的地理信息。通过对地理格网划分及编码规则的深入分析研究，规定我国地理信息系统采用三种地理格网系统：

1         4 0× 6 0格网系统

2         直角坐标格网系统

3   自行设计

高程系统

空间点的高程是以大地水准面为基准来建立的。我国曾规定采用青岛验潮站求得的1956年黄海平均海水面，作为我国统一的高程基准。从1985年起，我国开始改用“1985年国家高程基准”，凡由该基准起算的高程在工程和地形测量中均属于1985年黄海高程系统。1985年国家高程基准与1956年国家高程基准之水准点间的转换关系为：

H85 = H56 – 0.029m

式中H85，H56分别表示新旧高程基准水准原点的正常高。

凡不按1956年黄海平均海水面或1985年国家高程基准作为高程起算数据的高程系统均称为局部高程系统。

独立坐标系的转化

Ø  联合平差转换法

Ø  最小二乘变换法

Ø  简易相似变换法

Ø  坐标函数拟合法

地图投影与GIS的关系（ppt上有图不方便复制就把点打出来可以自己再看下课件）

地理基础（ 地图投影）——核心

数据获取（数据源地图的投影）

数据标准化预处理（按照某一参照系数字化）

数据存储（统一的坐标存储）

数据输出（具有相应投影的地图）

数据应用（检索查询、覆盖分析等）

数据处理（投影转换）

第三讲：GIS数据组成及特点

GIS数据分类（P57）

1 图形数据：数字化的数据

2 图像数据：航空和航天数据

3 实体属性数据：空间定位型关系和属性数据

4 统计数据：描述型数据

空间数据（几何数据）
——矢量和栅格模式

所谓栅格数据是: 将制图区域的平面表象按一定的分解力作行和列的规则划分,就形成了一个阵列,其中每个栅格也称”像元”或”像素”.根据所表示的表像信息,各个像元可用不同的”灰度值”来表示,但每个像元被认为是内部一致的基本单元.换句话说:由平面表像对应位置上像元灰度值所组成的矩阵形式的数据就是栅格数据.

栅格数据的点线面

点：表示为单个像元。

线：在一定方向上连接成串的相邻像元的集合。

面：由聚集在一起的相邻像元的集合。

四方向相邻和八方向相邻

栅格数据的获取

1.遥感方法获取(航天与航空);
2.图片扫描获取(纸介质的地图等扫描);
3.矢量数据转换而来;
4.由平面上行距,列距固定的点抽样而来
主要包括: (1)中心归属法;(2)面积占优法;(3)长度占优法.

栅格数据的基本运算

1.栅格图像的平移(向左一格,再向上一格)

2.两个栅格图像的算数组合

3.两个栅格图像的布尔逻辑组合

4.其它栅格图像的基本运算
(1)栅格灰度值乘上或加上一个常数;
(2)栅格灰度值求其正弦,余弦等,方根,对数,指数等;
(3)将某些栅格灰度值置成常数等;
(4)求一个栅格图像中元素灰度值之和;
(5)找出一个栅格图像中元素灰度值最大和最小等;
(6)求出两个栅格图像对应灰度值的数量积;
(7)将两层栅格图像对应灰度值比较,并把一个较大     的元素记录到结果栅格图像中;
(8)进行”二值图像”处理等等.

栅格数据的宏运算

1.扩张2.侵蚀3.加粗4.减细5.填充(带有边界条件的逐步加粗法)

计算机的具体实现方法: (1)  开辟一个数组IA存放原始图像；（2）为存放中间结果及最后结果，另开辟一个数组IB；（3）将IA中的原图拷贝到IB中；（4）对IA中的每一个灰度值为“1”的像元，在IB中相应位置右侧一列及二列处分别置“1”。

栅格数据运算的具体应用

（1）两要素之间有粘连现象

（2）三线公路的绘制（两次加粗，异或运算，或运算）

（3）各种面积量算

（4）指定范围内填充规定的图案

（5）栅格图像的叠置分析

矢量模式与栅格模式比较

栅格模式

优点：

1、数据结构简单

2、叠加操作更易实现、更有效

3、能有效表达空间可变性

4、便于做图像的有效增强

缺点：

1、数据量大，需要压缩。

2、难以表达拓扑关系。

3、图形输出不美观，有锯齿。

矢量模式

优点：

1、数据结构更严密。

2、提供有效的拓扑编码，便于拓扑操作。

3、图形输出美观。

缺点：

1、数据结构复杂。

2、叠加操作不方便。

3、表达空间变化性能力差。

4、不能做增强处理。

栅格数据的压缩技术(p67)

1长度(变长)编码法（Length Codes)

2 改变扫描顺序法（Exchange Orders)

3链式编码(Chain Codes)

4游程长度编码(Run-Length Codes)

5块式编码(Block Codes)

6四叉树编码(Quadtree Encoding)

矢量数据拓扑结构组织

矢量数据拓扑结构，即基本要素点线面和实体之间具有邻接、关联和包含的拓扑关系,与长度面积无关。

什么叫拓扑？

Topology一词来自希腊文，它的原意是“空间关系的研究—或为形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能保持不变的几何属性——拓扑属性。

基本拓扑要素概念(P57)：

      线段（ARC，弧段），在线段的中间与其他任何线段不存在任何相关关系，在线段的端点才与其他的线段有关系。线段是有向线段，它的方向有首尾端点确定。

     结点(NODE)，即线段的两端点，可以分为首结点和尾结点。

     多边形(POLYGON), 由数条线段有序的首尾连接而成。

      层（LAYER）, 具有相同属性的拓扑要素的组合。

基本拓扑关系：

 拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含

算子（重点）不方便打希望大家再看看课件注意平移变换时原点点是不变量这个特殊情况下的算子

栅格与矢量模式的选择与转换

栅格和矢量均有各自的特点。

从点、线、面实体转化为规则单元，这是矢量数据栅格化（p71)。

从栅格单元转换到几何图形的过程，称为栅格数据矢量化(p72)。

第四讲：GIS数字化技术(P77)

数字化的步骤

确定数字化技术路线

地图预处理

数字化地图

确定数字化技术路线

采取的方式

精度要求

选择数字化底图

数字化的要素

如何分幅分层

DEM数据获取和处理的技术方案

第五讲 GIS专题制图(P88)

专题地图的概念

专题地图又称专门地图，它是突出而完善的表示一种或几种自然和社会现象，是内容专题化的地图。

专题地图的基本特征

n         图上的主要内容，大部分是普通地图上所没有的专门要素(经济指标)；

n         图上所显示的现象往往是地面上所看不到或无法直接进行量测的(人口分布)；

n         编图的资料往往是科学研究成果、文献记载、论文报告、统计和勘测等文字资料(地质报告)；

n         具有独特的图式和特殊的表示方法；

n         不仅能够单独地或综合地说明各种自然和社会经济现象的产生、发展、分布以及相互制约的特征，同时还能显示出社会经济体制和政治体制等方面的特征(台湾问题)。

专题图的表示方法

1点数法

2、符号法

3、等值线法

4、运动线法

5、线状符号法

6、区域法

7、质底法

8、定位图表法

9、分级统计法

10、分区统计图表法

专题地图的地理基础底图

普通地图是编制专题地图的地理基础。

  地理基础底图的主要作用是：

    1．在编绘专题要素时，作为转绘专题要素的基础；

    2．底图上的各地理要素，用来作为使用专题内容时的定位、定向以及说明现象的分布特点与分布规律等。并指出专题要素与周围地理环境的相互制约关系。

专题地图的应用

专题制图的特色之一是大部分图形的制作是采用统计数据制作的，通过对统计数据的分析、加工、处理，进行符号化后表示在专题地图上。

     GIS提供了多种常用的专题制图的表示方法；提供了专题符号的设计功能；专题地图的图面配置和整饰功能。用户可根据专题地图所属数据库的内容进行多种专题分析，诸如彩色晕喧、多种柱状图等，实现了用户选择各种地图符号进行符号化的可视化目的。

第六讲：空间数据库技术(P100)

数据库的概念

为了一定的目的，以特定的结构组织、存储、应用的相关联的数据的集合。

数据库的组成

Ø  数据集：结构化的相关数据的集合体，包括数据本身和数据间的联系。

Ø  物理存储介质：指计算机的外存储器和内存储器。

Ø  数据库软件：其核心是数据库管理系统(DBMS)。主要任务是对数据库进行管理和维护。

数据库的主要特征

Ø  数据集中控制：数据集中控制和管理，保证了不同用户和应用可以共享数据；

Ø  数据独立：数据独立于应用程序，给数据库的使用、调整、优化和进一步扩充提供了方便，提高了数据库应用系统的稳定性；

Ø  数据冗余度小：数据统一定义、组织和存储，集中管理，避免了不必要的数据冗余，提高了数据的一致性；

Ø  数据结构化：采用复杂的数据模型组织和管理数据；

Ø  数据保护功能：在多用户共享数据资源的情况下，对用户使用数据有严格的检查，对数据库规定密码和存取权限，拒绝非法用户进入数据库，以确保数据的的安全性、一致性和并发控制。

数据组织方式

数据项，记录，文件，数据库

传统数据库与空间数据库的比较

面向对象的技术

面向对象方法：Object-Oriented Paradigm，简称OO 。对问题领域进行自然的分割，以更接近人类通常思维的方式建立问题领域模型，以便对客观的信息实体进行结构模拟和行为模拟，从而使设计出的系统尽可能直接的表现问题求解的过程。

面向对象的数据库系统：采用面向对象方法建立的数据库系统。

基本概念

Ø  对象：

    含有数据和操作方法的独立模块，可以认为是数据和行为的统一体。

对象的特征：

具有一个唯一的标识，以表明其存在的独立性

具有一组描述特征的属性，以表明其在某一时刻的状态

具有一组表示行为的操作方法，用以改变对象的状态

2. 面向对象数据库系统的特性

Ø    基本特性（与常规数据库相同）

Ø    面向对象的特性

基本特性

数据模型，永久性，并发性，事物管理，恢复功能，查询语言，辅存管理，安全管理，抽象性，封装性，多态性

数据库设计的原理与方法(P106)

以数据库为基础的信息系统通常称为数据库应用系统。它一般具有信息的采集、组织加工和传播等功能。仿照软件生存期的定义，一般将数据库系统生存期划分为七个阶段：规划、需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计、实现和运行维护。其中前五个阶段称为“分析和设计阶段” ，后两个阶段称为“实现和运行阶段”。本节主要介绍数据库设计的前四个阶段中的主要内容和方法。

1．规划

        进行建立数据库的必要性和可行性分析，确定数据库系统在组织和管理信息中的地位，以及各个数据库之间的关系。

2．需求分析

        这是整个数据库设计过程中比较费时、复杂同时也是很重要的一步。主要收集数据库所有用户的信息内容和处理要求，并加以规范化和分析。在分析用户需求时，要确保用户目标的一致性。

3．概念设计

        概念设计的目标是产生反映企业组织信息需求的数据库概念结构，即概念模式。概念模式不依赖于计算机系统和具体DBMS，概念模式的设计过程称为概念设计。概念设计的主要内容包括数据抽象（局部概念模式设计）和全局概念模式设计。

4．逻辑设计

     逻辑设计又称为“实现设计”，逻辑设计的目的是从概念结构中（如ER图）导出特定DBMS可处理的数据库的逻辑结构（数据库模式和外模式），这些模式在功能、性能、完整性和一致性约束以及数据库的可扩充性等方面均应满足用户的各种要求。

ER模型

ER模型即实体联系模型，它是概念设计的主要方法和最常用的表达形式。ER模型的基本语义单位是实体与联系。ER模型可以形象地用图表表示，称为ER图。在ER图中，以矩形框表示实体类型，用椭圆表示实体类型和联系类型的属性，所有类型和属性都以相应的名称记入框内。联系类型和相关实体类型间以直线相连，并在直线的两端标明联系的种类（1：M，M：N或1：1）。

建立ER模型的基本步骤：

       1）     确定实体类型：如客户和销售商。

       2）     确定联系类型：销售活动或订货活动。

       3）     确定实体类型和联系类型画出ER图。

       4）确定实体类型与联系类型的属性：对于客户，其属性有客户的编号、姓名、地址等；对于联系类型，其属性有客户编号、销售编号、商品名称、销售量等。

ER模型的基本成分是实体、联系和属性。在准确模拟现实时，还应对基本的ER模型进行扩展。对ER模型的扩展主要包括以下几方面内容：

1）弱实体的划分与依赖联系：有些实体对另外一些实体有很强的依赖关系，如职工子女和职工之间。称前者为弱实体，二者之间的联系称为依赖联系。

2）子类和超类：有时某个实体类型中所有实体同时也是另一实体类型中的实体，如中间销售商和销售商。称前一实体类型是后一实体类型的子类，后一实体类型称为超类。

3）ER模型的操作：在利用ER模型进行数据设计时，常常要对ER图进行各种变换，即ER模型的操作。

实体类型的分裂，实体类型的合并

利用ER模型进行概念设计大致分为三个步骤：

1）设计局部ER模式

2）全局ER模式的优化

3）ER模型向数据模型的转换

ER模型的优点

        一是接近人的思维，容易理解；二是与计算机无关，用户容易接受。因此，ER模型已成为软件工程的一个重要设计方法。尽管如此，但现有的数据库不能直接接受ER模型，主要是ER模型只能说明实体间语义联系，还不能进一步说明详细数据结构。一般遇到一个实际问题，总是先设计一个ER模型，然后再转换成计算机已实现的数据模型。

数据字典(P110)

数据字典是数据库中各类数据描述的集合，或者说是元数据及相关数据操作的集合。它的主要功能是存储和检索元数据(P194,P195)。

数据字典的主要内容包括：

1）数据项：数据的最小单位。包括数据项名、含义、别名、类型、长度、取值范围、与其它数据项的逻辑联系等内容。

2）数据结构：是若干数据项地有序集合。包括数据结构名、组成成分等内容。

3）数据流(P193)：

         可以是数据项，也可以是数据结构，表示某一加工过程的输入或输出。包括数据流名、说明、流入流出的过程名、组成成分等内容。

4）数据存储：

        加工过程中存储的数据，如手工文档或计算机文件。包括数据存储名、说明、输入输出数据流、组成成分的数据量、存取方式、操作方式等内容。

5）加工过程：

     包括加工过程名、说明、输入输出数据流、加工的简 要说明。数据字典在需求分析阶段建立，在数据库设计过程中不断修改充实和完善。

第八讲：WEBGIS原理与方法

l  WebGIS是Internet和www技术应用于GIS开发的产物，是实现GIS互操作的一条最佳解决途径。从Internet的任意节点，用户都可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间信息检索和空间分析。

WebGIS的关键特征面向对象、分布式和互操作。

WebGIS的基本特征

1、WebGIS是集成的全球化的客户/服务器网络系统

2、WebGIS是交互系统

3、WebGIS是分布式系统

4、WebGIS是动态系统

5、WebGIS是跨平台系统

6、WebGIS能访问Internet异构环境

7、WebGIS是图形化的超媒体信息系统

第九讲   GIS空间分析
---查询与量算(P129)

空间分析:是指用于分析空间目标的一系列技术处理, 其目的是：

1)描述与认知空间数据分布特征，如点线面的空间分异状况；

2)解释空间现象与空间模式的形成机理，如城市土地利用变化研究；

3)调控在地理空间上发生的事件，如水资源的合理配置；

(4)预测预报，如洪水的预测预报。

空间分析的主要方法

(1)   基于地图的空间图形分析，如GIS中的缓冲区、叠加分析、数字高程模型(DEM),数字地面模型等(DTM)；

(2)  空间动力学分析，有城市扩张模型(驱动力等)、空间价格竞争模型(区位优势)、空间择位模型（中心地等）；

(3)   空间信息分析，是指根据数据或统计方法建立的模型，如空间聚类、空间自相关、回归模型等。实际上，同一种空间分析方法和模型可以归属于不同的类型。例如，中心地属于空间信息分析模型，但中心地的形成又追求服务距离最短的动力学机制，可归属于空间动力学模型。

空间信息查询与量算

    查询和定位空间对象，并对空间对象进行量算是GIS的基本功能之一，它是GIS进行高层次分析的基础。在GIS中，为进行高层次分析，往往需要查询定位空间对象，并用一些简单的量测值对地理分布或现象进行描述，如长度、面积、距离等。实际上，空间分析首先始于空间查询和量算，它是空间分析的定量基础。

空间查询

1、按属性信息的要求来查询定位空间位置

2、根据对象的空间位置查询有关的属性信息

空间查询

1、基于空间关系查询

简单的点线面相互关系拓扑查询包括：

面面查询:如与某个多边形相邻的多边形有哪些(主区与邻区)；

面线查询:如某个多边形内包含哪些线(县内有多少公路里程数)；

面点查询:如某个多边形内有哪些点状地物(某县内多少个邮局)；

线面查询:如某条线经过的多边形有哪些(某铁路经过哪些省)；

线线查询:如与某条河流相连的支流有哪些(长江与它的支流)；

线点查询:如某条道路上有哪些桥梁，

点面查询:如某个点落在那个多边形内(1000万以上人口的城市)；

点线查询:如某个结点由哪些线相交而成(公路交叉口)

2、基于空间关系和属性特征查询

面积

    多边形的面积是一个重要指标。多边形边界可以分解为上下两半，其面积就是上半边界下的积分值与下半边界下的积分值之差。设面状物体的轮廓边界由一个点的序列P1 (x1 , y1), P2 ( x2, y2 ), …，Pn (xn,  yn)表示，其面积为:

标准面积指数：

    

式中：S为标准面积指数；A为区域面积；As为与区域面积相等的等边三角形面积。

    该指标把等边三角形作为标准形状。计算时，先换算出等边三角形，把等边三角形叠置在区域范围上，求出区域范围与等边三角形的交与并的面积，计算交与并的面积的比值S，0<S<1。

标准面积指数能反映城市形状的破碎程度。城市形状越破碎，则其与等边三角形的交集越小而并集越大，所以其比值越小。不过，通常认为圆才是真正的紧凑形状，而并不是等边三角形。

第十讲 数字城市

数字城市的内容

1  三维地理信息是数字城市的基础信息

三维地理信息是数字城市的基础框架，是其他信息的空间定位和载体，同时也是数字城市面向公众用户的直观界面。

2  信息高速公路是数字城市的基础设施

  宽带互联网、IP技术、WAP技术是实现数字城市的基本技术条件。

3  数字政府、数字企业、数字小区、数字旅游等是数字城市的具体表现

  数字城市通过政府上网、电子商务、一卡通、房地产交易、远程教育、娱乐等与人们的日常生活和工作结合在一起。

4         3S技术是数字城市的技术基础，是数字城市运行的技术支撑。

  地理信息系统(Geographic Information System)

  遥感技术(Remote Sensing)

  卫星定位技术(Global Positioning System)

5         "数字城市"的体系结构

 “数字城市”虽然不只含有一个系统，但从广义上说仍属于计算机及网络所支持的系统群集。因而它具有计算机信息系统的基本特征，有比较严密的逻辑结构

数字城市关键技术

1         地理信息空间技术

  地理信息系统（GIS）为庞大的城市数据提供了管理、存储和维护的有效手段

  遥感（RS）技术中数字摄影测量技术、航空摄影测量与高分辨率卫星遥感技术和激光扫描技术提供了数据获手段

  全球定位系统（GPS）提供动态目标的定位

2         信息高速公路和计算机网络技术

  万维网的扩展速度是其他任何技术所无法比较的，通过万维网，公众可以使用网页上能访问到的三维景象和数码城市的景象数据和城市数据，为了保证用户得到实时的数据，数据必须运行在信息高速公路上

3  虚拟现实技术

虚拟现实(VR)是指为用户提供一种模拟现实的或操作的环境，使用户具有仿佛置身于现实世界一样的临境感(三维视觉、听觉、触觉等多重感觉)

使得城市中的地理信息从原有的符号化、水平化、静止化的状态，进入了动态、时空变换、多维的可交互的环境中。

4   分布式数据库管理技术

第十一讲:  空间叠置分析

叠置分析 (Overlay)P132

叠置分析的概念

叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠置产生一个新要素层的操作，其结果将原来要素分割成新的要素，新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。也就是说，叠置分析不仅生成了新的空间关系，还将输入数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，进而产生用户需要的结果或回答用户提出的问题(如:区域土地类型统计)。

叠置分析的类型

1）多边形叠置

这个过程是将两层中的多边形要素叠置，产生输出层中的新多边形要素，同时它们的属性也将联系起来，以满足建立分析模型的需要。多边形叠置可以按Union、Intersect、Identity等不同运算方式进行，其输出层中多边形分别为输入层的并集、输入层的交集、输入层的并集被第一个输入层边界裁剪后剩余的部分。

叠置过程可分为几何求交和属性分配两步。几何求交的过程中间可能产生碎屑多边形（Sliver Polygon）,可以设定一定的模糊容限消除它;属性分配就是将输入的不同层属性传递给输出层。

多边形叠置运算方式

UNION (并集)

INTERSECT(交集)

IDENTITY (并集被第一个输入层边界裁切后剩余部分)

2）点与多边形叠置

   点与多边形的叠加分析，实质是计算包含关系（包含分析），判断各个点的归属（落在哪个多边形内）。叠置的结果是为每点产生一个新的属性。例如，井位与规划区叠加，可找到包含每个井的区域。

在完成点与多边形几何关系计算后，还要进行属性信息处理。最简单的方式是将多边形属性信息叠加到其中的点上（或反之）。如有多点分布在同一多边形，则要采取一些特殊的规则。

点与多边形的叠加通常不产生新的数据层，只是把属性信息叠加到原图层中，然后通过属性查询间接获得点与多边形叠加的需要信息。

3) 合成叠置与统计叠置

多边形叠置就是地理数据层的叠加，分为合成叠置与统计叠置。

合成叠置是将同一地区、同一比例尺的两组或更多的多边形要素的数据文件进行叠置，根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形。

统计叠置是将多边形数据层叠加，进行多边形范围的属性特征的统计分析。

合成叠置得到一张新的叠置图，产生了许多新的多边形，每个多边形内都具有两种以上的属性

统计叠置的目的是统计计算一种要素在另一种要素中的分布特征，叠置的结果是统计报表。

叠置的结果是统计报表。

叠置分析有栅格和矢量两种方法。栅格的叠置算法很简单，相当于两个矩阵的算术或逻辑运算，但栅格的精度没有矢量高。矢量的叠置算法复杂，但能保证计算的精度。

第一步:是将两幅矢量图叠加在一起，找出弧之间的所有相交点。

矢量叠置一般经过三个步骤的计算。

第一步:将所有的线段在与另一层的线段相交的位置打断；

第二步:重新建立弧-多边形拓扑关系；

第三步:设置多边形标识点，传递属性。

矢量叠置算法的主要时间消耗在前两个步骤上。

假设已给定同一地区、同一比例尺而反映不同属性的两幅地图（例如坡度图与土层厚度图），表示为两个图层。假定每幅图各包含一个多边形，现在将它们叠置得到合成图。怎样产生叠置图呢？( 见书本P134)

第一步:是将两幅矢量图叠加在一起，找出弧之间的所有相交点。

第二步，重构弧-多边形拓扑关系。

十二讲: 空间缓冲分析(Buffer)(P138)

缓冲区分析

缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一。

缓冲区定义

所谓缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。

从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小根据邻域半径R值确定。

所谓缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。

从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小根据邻域半径R值确定。

B= U B i

另外，还有特殊形态的缓冲区，如点对象有三角形、矩形、圆形；线对象有双侧对称，双侧不对称或是单侧缓冲区，对于面对象有内侧和外侧缓冲区。

栅格缓冲区的建立

将栅格数据表示为一个二值(0,1)矩阵(M×N)，其中“0”像元为空白位置，“1”元素为空间物体所占据的位置。经过距离变换，计算出每个“0”元素与最近的“1”元素的距离，即背景像元与空间物体的最小距离。假设缓冲区的宽度为d，则缓冲区边界就是距离为d的各个背景像元的集合。

距离的计算

某像元Pij与“1”像元的欧氏距离的计算可通过其行号差aij与列号差bij得到，dij =  。欧氏距离变换的方法是，首先设“1”元素Pij的aij=bij=0，设“0”元素的aij=bij=MAX(M, N)；然后计算各个像元及其周围8个像元的欧氏距离值并刷新aij和bij值，这时aij和bij表示了该像元与最邻近的“1”像元的行号差及列号差；最后通过公式dij=              计算它与“1”像元（空间物体）的最小距离。

距离的计算

欧氏距离变换的精度受栅格尺寸的影响，可以通过减小栅格的尺寸而获得较高的精度。其计算速度也较快。

栅格方法原理简单，但精度较低，而且内存开销较大，难以实现大数据量的缓冲区分析。

矢量缓冲区的建立

矢量缓冲区常见的有角平分法和叠置算法。角平分法由三步组成，即逐个线段计算简单平行线，尖角光滑矫正和自相交处理。尖角光滑矫正除角平分线法之外，还可采取圆弧法，但矫正过程都很复杂，难以完全地实现。叠置方法分两步完成。首先求出点、线段等基本元素的缓冲区，然后通过对基本元素缓冲区的叠置运算，求解折线、面边界等复杂目标的缓冲区。

叠置算法-基元的合并

方法是在交点处将基元边界元素分裂打断，再判断其是否落入其它基元内部，并删除落入基元内部的边界元素。基本运算包括求交运算，以及点在多边形内的判断。