《环境遥感与数字图像处理》

—读书笔记

在老师的要求和指导下，我对《地理信息科学》核心课程进行了一定的自我学习，现将我所学到的知识和感想陈列如下所述。

一、书本内容简介

首先，第一单元的内容主要是介绍一些必须的定义，这些基本的定义包括：地理信息，数字化地理信息，地理信息技术。下面将就这些定义，结合我所学习到的知识作一些相关的介绍。

第一个介绍的是地理信息这个定义，是地理信息科学最基本的概念。地理信息是关于位于地球表面的一些相关信息，例如关于某一物体位于地球表面的哪个位置，或者在某一个给定的位置的物体是什么，它具有一定的特点，如它可以是详细的描述，如某一城市的所有建筑物的位置，或者森林中某一颗树的具体位置，当然，地理信息亦可以是较为广泛的信息，如一片区域的天气，或者一个国家的人口密度，当然，地理信息也还有其他特点，如地理信息经常是相对静止的的，同时信息量又是巨大的。

第二个介绍的是数字化地理信息，所谓的数字化地理信息指地理信息以数字化的形式表达，在字母表中只用到0和1这两个字节进行编码，数据以有序的字节进行表达，一旦将其编写为数字化的形式，它将像其他信息包。当然数字化地理信息具有其他数字化信息的其他特征，在这里就不再累赘介绍了。

第三个要介绍的是地理信息技术，地理信息技术是指收集和处理地理信息的技术。主要有三种类型：全球定位系统、遥感、地理信息系统。下面对这三种技术分别进行详细介绍：全球定位系统（GPS）是一个地球轨道卫星传输精确定时信号的系统，这些信号由一个特殊的电子设备接收，能够提供地球表面位置的直接测量，通常这些位置用经纬度或其他标准体系来表示。遥感（RS）是用地球轨道卫星来捕获地球表面和大气层以下的信息，卫星主要取决于其分辨率及哪部分电磁波谱能够被感应到，然后信号被传送到地球接收站，在这里信号被转换为可传播的数字图像。地理信息系统（GIS）是一个可用于地理信息输入、存储、操作、输出的系统。GIS是既是一套电脑操作系统也是一种软件，可实际用于解决问题、决策支持和帮助计划。这三大地理信息技术，对于地理信息的应用和发

展带来了很大的帮助。

GIS这块内容是比较重要的，文章介绍了GIS的一些特点，以及其操作方法，比如我看见了一个东西，我如何去知道了解它。当然后面文中还很详细的介绍了GIS的相关运用，GIS可以运用于通讯公司，运输业，农业，林业。具体的用途我在这就不作详细的介绍了。同时，在最后，文章还强调了一下GIS科学所遇到的一些问题，如 如何去提升GIS，怎样去得到一个有代表性的数据，如何测量的更加精准等等，在这也就不在一一列举了，总之，从这里，我学到了很多关于GIS的知识体系。文章还强调了一些GIS的原则（disciplines，我的理解），这些原则给我们从事GIS工作起到了很好的帮助。

随后的第二部分是对于对地理信息科学中的基本地理概念进行了相关的介绍工作，空间术语中的世界，地球上的位置，地球的绘图，空间的关系等等的一些地理信息中比较常用的概念的介绍。下面，我也就我所学到的知识，对其中的某些概念，作一些简单的叙述，因为篇幅有限，我不可能一一作详细的列举和解释。

首先，对于空间术语中的世界。对于空间术语中的世界这一概念的理解，在人类的观点上，世界是由对象、事件、过程和背景环境组成。认知的学习是人类及其他职能生物对知识的获取、存储、检索以及使用。认知包括感觉、知觉、思维、想象、推理和解决问题、记忆、学习和语言。空间认知是对世界空间属性的认知，包括位置、大小、距离、方向、形状、模式、运动和对象间的关系。

其次是地球上的位置，对于地球上的位置这一概念是很重要的，因为我们地理信息系统研究的就是地球，因此，地球上位置的精确性是一个非常重要的要求。这就涉及到了我们的坐标体系，坐标体系可以分为平面测量坐标体系和三维坐标体系。平面测量坐标系顾名思义可知是一个二维平面内的二维坐标体系，而三维的坐标系顾名思义可知是在两个正交的平面上的坐标系。同时，还有一个比较重要的概念地面位置参考系统，包括参考椭圆体和大地基准测量系统。还有全球坐标系统，其系统可以参考全球的地理位置，包括经度、纬度、高度当然还有地球中心定点笛卡尔坐标也可以用来定义三维位置。ECEF X,Y,Z笛卡儿坐标是通过参考椭球体的重心来定义三维位置的。还有通用横轴墨卡托投影（UTM）以及军事网格参考系统(MGRS)、世界地理参考系统(GEOREF)。

除了全球化的一些全球坐标系，往往还有一些区域坐标系，区域坐标系统是在许多具体的区域上定义的，往往涉及国家、州或省地区。这些区域坐标系包括：横轴墨卡托投影网格系统，通用极坐标球面系统（UPS），国家平面坐标系（SPC）以及公共土地矩形分区测量（USPLS）。

同时，这部分还强调了一些对于GIS不确定性的介绍，不确定性分析如此重要主要有以下四个原因：在某些司法管辖区的强制数据质量报告；保护声誉的需要；作为一种维护诉讼的方式；以及作为基本科学追求知识的一部分。目前已经提出了一个处理不确定性的策略，包括考虑应用程序的类型和要做的决定的性质；确定信息产品的错误并与手头任务的错误类型相比较；采取其他或减少不确定性或吸收它的方法。在不确定性管理中的进一步方向包括：智能系统；在基于知识的条件下推理不确定性；重新设计系统以防止误用；利用风险管理技术在最后决定的时候了解信息转化为风险的不确定性。

第三部分就是讲了地理信息技术在社会实践中的应用，因为地理信息系统具有较好的信息价值，对于我们定位具有较大的帮助，也让我们能够获取到更多的地球表面的信息，因此，地理信息技术已经有了较为广泛的应用。前面已经提到，地理信息技术包括：全球定位系统（GPS）、遥感、地理信息系统（GIS）三种技术，这些技术方法需要根据信息技术、信息管理和企业的具体环境来进行应用。拿全球地位系统来说，由于它良好的地位特性，可以较好运用到交通运输系统中，现在我们已经熟知的GPS导航，就是一个较为成功的例子，再拿遥感来说，由于其较好的说明了各个地区地球表面的信息，所以可以广泛的运用到制图，测量和气象等方面，从这些应用我们可以看出，对于不同的地理信息技术具有不同的应用方法，我们要根据他的特点，从优而择，尽可能发挥每个地理信息技术最大的作用，使之为我们服务。而且，对地理信息的管理和分析有很多不同的社会视角，比如普通群众、非官方组织、政府机构、教育机构、GIT工厂及其他工厂等。我们需要对能够说明GI技术相关的价值和问题的网络资源进行不断的研究。文中还主要介绍了在土地利用和资源管理方面的应用。

二、感想与体会

学了这门课，感触颇多，首先，这门课程让我了解了什么是地理信息，可以

说这是一个原来没有接触过的方面，其次，这些地理信息知识，对于我今后的学习具有很大的帮助，我想这些知识，对于我今后的工作和学习会具有深远的意义，另外，对于这些内容的学习让我更加深刻的了解了GIS技术让我知道了其巨大的应用价值，我个人认为这是一个非常有用的技术，我将尽自己最大的努力学好这门课程。软件学习对我来说会有一定的难度，我的英语不是很好 ，我将多花些时间在英语学习上，多看一些老师提供的英语书籍，我想这会对我的软件学习提供极大的便利。另外，因为没有学过这方面的知识，很多东西还仍未理解透彻，我将在今后的学习中向老师和同学进行请教，尽快提升自己的能力。为今后的学习和工作打下坚实的基础。最后，再次感谢老师的辛勤教诲。

 

第二篇：地理信息系统

一 信息的特点：

1 客观性 2 适用性 3 传递性 4 共享性 二 地理信息的特征：

1 空间特征 2 属性特征 3 时序特征

三 地理信息系统的定义（GIS） 地理信息系统是由计算机硬件、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。 四 地理信息系统的基本构成：

1 系统硬件 2 系统软件 3 空间数据 4 应用人员 5 应用模型

五 地理数据的种类

1 资源管理 2 区域规划 3 国土监测 3 辅助决策 七 发展态势

1 地理信息系统已成为一门综合性技术 2 地理信息系统产业化的发展势头强劲

3 地理信息系统网络化已构成当今社会的热点 4 地理信息系统科学的产生和发展 八 地理空间的定义

地理空间一般指上至大气电离层、下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。 九 平面控制网

平面控制网用以确定物体在地球上的平面位置，通常是地理经纬度坐标。（38）

十一 4D

GIS的空间数据可按照数据发布形式分为4D数据： 1 数字线画图数据DLG

2 数字栅格图数据DRG

3 数字高程模型数据DEM

4数字正射影像数据DOM

十二 空间数据的基本特征

1 空间特征（定位数据）：空间关系称为拓扑特征（拓扑数据）

2属性特征

3时间特征

十三 空间数据的基本信息

1 定位信息

2 属性信息

3 拓扑信息

十四 空间数据的拓扑关系

类型：

1 拓扑邻接

2 拓扑关联

3 拓扑包含

会看P462-3 2-4 2-5 2-6

十五 空间数据表示的基本方法

1 空间分幅

2 属性分层

3 时间分段

十六 空间数据结构的类型

空间数据结构可以划分为基于矢量模型（矢量数据结构）和基于栅格模型的数据结构（栅格数据结构）

十七 矢量数据

1 定义: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。

2 优点：能很好的表达地理实体的空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低 3 缺点：对于多层空间数据的叠合分析比较困难

4 主要类型：

实体数据结构，其主要特点：1 数据按点、线或多边形为单位进行组织，数据结构直观简单 2 每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数据化

两次和存储两次，容易造成数据冗余和产生不一致性

3 点、线或多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，彼此

不关联

4 岛（内部没有其他的内容）或洞只作为一个单个图形，没有

与外界多边形的联系

拓扑数据结构，其主要特点：点是相互独立的，点连成线，线构成面。每条线始于起始节点，

止于终止节点，并与左右多边形相邻接。

会看P512-8

十八 栅格数据

1 定义：是指将空间分割成有规则的网格，称为栅格单元，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形式

2 优点：表达地理要素比较直观，容易实现多层数据的叠合操作，便于与遥感图像及扫描输

入数据相匹配使用

3 缺点: 数据精度取决于网格的边长，当网格边长缩小时，网格单元的数量将呈几何级数递

增，造成存储空间的迅速增加；由于相邻网格单元属性值的相关性，造成栅格数据的冗余度大；栅格数据对于网络分析比较困难

4 主要存储类型:

1）栅格矩阵结构

2）游程（行程）编码结构:游程指栅格矩阵一行内相邻同值栅格的数量，也称为行程。游程

编码结构是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及

合并栅格的数量（即游程），其目的是压缩栅格数据量，消除数

据间的冗余。

数据冗余度Re的计算 Re?1?Q mn

Q为相邻属性值变化次数的累加和（行程之和）m为行数 n为

列数

会看P56的2-19

3）四叉树结构：四叉树的存储的两种，即常规四叉树和线性四叉树

会看P57的2-20会看P58的2-21

十九 曲面数据结构

会看P59的2-22 会看P60的2-23 知道 TIN 是不规则三角网

二十 空间数据的变换

空间数据的变换即空间数据坐标系的变换，其实质是建立两个坐标系坐标点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换。

二十一 地图投影的定义

地图投影是使空间信息在地球表面上的位置和地图平面位置一一对应起来的数学法则 二十二 矢量与栅格数据结构比较

二十三 点的栅格化

设矢量坐标点(x,y)，转换后的栅格单元行列值为(I,J),则有（dx，dy分别是栅格单元在x，y方向上的长度）例题P81的3-13

?y?ymin??x?xmin?I?? ?I?????dx??dy??二十四 基于多边形数据的栅格化方法

1 内点填充法

2 边界代数法

3 包含检验法

二十五 了解由栅格向矢量的转换的方法，二值化、细化和跟踪等矢量化步骤P89 二十六 遥感与GIS数据的融合常用的方法具体表现为：

1 遥感影像与数字线画图（DLG）的融合

2 遥感影像与数字地形模型（DEM）的融合

3 遥感影像与数字栅格图（DRG）的融合

二十七 不同格式数据之间的融合，主要有以下几种方式：

1 基于转换器的数据融合

2 基于数据标准的数据融合

3 基于公共接口的数据融合

4 基于直接访问的数据融合

二十八 数据压缩的定义

数据压缩即从空间坐标数据集合中抽取一个子集，使这个子集在规定的精度范围内最好地原集合，而又取得尽可能大的压缩比。

二十九 空间数据的内插法的定义

空间数据的内插法是通过已知点或多边形分区的数据，推求任意点或多边形分区数据的方法 三十 数据内插

定义：通过已知点或多边形分区的数据，推求任意点或多边形分区数据的方法就称为空间数据的内插

数据内插的方法：

1 分块内插法

1） 线性内插法

2） 双线性多项式内插法

3） 二元样条函数内插法（双三次多项式）

2 逐点内插法

1） 移动拟合法

2） 加权平均法

3） 克里金法

三十一 多边形连接编辑

会看P106的3-6到P108的3-11

三十二 空间数据库

空间数据库简称数据库，其主要为GIS提供数据的存储和管理方法，一个完整的数据库系统包括数据库存储系统、数据库管理系统（DBMS）和数据库应用系统

三十三 空间数据库系统由空间数据库存储、空间数据库管理系统和GIS应用组成 三十四 空间数据库设计的过程和步骤

1 需求分析（地理现象和过程）

2 概念设计（数据库的概念模型）

3 逻辑设计（数据库的逻辑模型）

4 物理设计（数据库的存储模型）

5空间数据库

三十五 空间数据库概念模型设计

1 概念模型设计阶段要产生反应GIS需求的数据库概念模

2 常用的概念模型

1） 语义数据模型

定义：语义数据模型的模型结构是由若干种抽象所组成，用这些抽象来描述空间实体的

基本语义特征，再根据语义模型结构规则把这些抽象结合起来形成模型

常用模型实体-联系模型（E-R模型）

实体:是对客观存在的起独立作用的事物的一种抽象

联系:是实体间有意义的相互作用或对应关系

属性:是对实体和联系特征的描述

2） 面向对象的数据模型

对象与实体一样是客观世界的一种描述，它由数据和对数据的操作组合而成

基本概念:

对象:一个对象就是现实世界中一个事物的模型表达，它具有一个唯一的名称标识，

并把自身的状态和内在的功能封装在一起

消息:是对象之间相互请求或相互协作的唯一途径，分为公有和私有两类，（公有消

息是属于同一个对象的消息，其中有些是可由其他对象向它发送；私有消息

是由它自己向自身发送

类:是对一组对象的抽象描述，它将该组对象所具有的共同特征集中起来，以说明

该组对象的能力和性质，类的确定方法是归纳

继承及类之间的层次关系

继承是现实世界中对象之间的一种独特关系，它使得某类对象可以自然地拥有另外

一类对象的某些特征和功能，从对象的数量上可分为单继承和多继承两种，单继承可以直接从曲线对象类中派生出来；多继承既可以继承曲面对象的特征，又具有曲线对象的特征。被继承的类称为超类或基类，继承其他类的称为子类或派生类

3)功能重载和多态性（用来实现信息传递）

重载：实际上意味着实现特殊功能的方法不仅以名称来区分，而且用它所带来的参数来区分

多态：是指同一个消息可以根据发送消息对象的不同采用都种不同的行为方式

4） 概括和聚集

概括：把一组具有相同特征和操作的类归纳在一个更一般的超类中

聚集：反应了嵌套对象的概念，嵌套对象是由一些其他对象组成的，它是用来描述更高

层次对象的一种形式

三十六 关系数据模型的基本概念

关系：是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一个域，对应的列的名字称为

属性

关键字:关系中的某一属性组，若它的值唯一的标识了一个元组，则称该属性为候选关键字，

若有多个，则选其一为主属性，其他为非主属性

关系模式:关系的描述称为关系模式，它包括关系名、属性名、属性向域的映射及属性间的

依赖关系等

关系数据库:一系列关系的集合构成一个关系数据库

关系完整性:即关系的正确性、相容性和有效性，包括三类:实体完整性（设属性A是基本关

系R的主关键字组成部分即主属性，则属性A不能取空值）、参照完整性（）和

用户自定义的完整性，其中实体完整性和参照完整性是关系数据模型必须满足的

完整性约束条件

三十七 空间数据库关系数据模型的逻辑设计理论的组成部分

数据依赖

函数依赖

1） 最基本的函数依赖是主关键字决定关系模式中的非关键字

2） 完全函数依赖

3） 传递函数依赖

4） 多值依赖

范式（关系满足某种规范化的形式）

1） 第一范式（1NF）:是一个关系模式所要遵循的最基本的条件，即关系中的每个

属性必须是原子的、不可分割的数据项

区分P128的4-16

2） 第二范式（2NF）:在满足1NF的基础上，每一个非主属性完全依赖于该关系

的关键字

3） 第三范式（3NF）:在满足2NF的基础上，其非关键字属性即非主属性机非函数

依赖，也不传递依赖于关键字，即属于3NF的关系，其非关键属性之间都是独

立的，不存在函数依赖关系

4） BC范式（BCNF）:关系模式R是第三范式，且没有一个非关键字属性是完全函

数依赖于其他的非关键字属性，是关系模式R称为扩充第三范式的模式，即BC

范式模式

三十八 空间元数据及其应用

元数据是“关于数据的数据”，它反映了某项数据自身的一些特征，空间元数据是指在空间数据库中用于描述空间数据的内容、质量、表示方式、空间参数和管理方式等特征的数据，是实现地理空间信息共享的核心标准之一

三十九 空间数据库引擎(SDE)是一个间接的技术方法。它在GIS应用软件和关系型空间数据库之间建立了一个中间层，由SDE为GIS应用软件提供在关系数据库里存储、存取、查询和分析空间数据库的相应功能

四十 空间分析

定义：空间分析是基于空间数据的分析技术，它是以地球科学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间构成、空间演变等信息

分类：产生式分析:通过分析可以获得新的信息，尤其是综合信息，主要有数据地形模型分

析、叠合分析、空间临近性分析、网络分析和空间统计分析等

查询式分析:回答用户所提出的问题，空间叠合分析和空间数据查询等

四十一 数字地形模型（DTM）简单地说就是用数字化的形式表达的地形信息，可分为：1）数字高程模型（DEM） 2）派生的地形模型

四十二 地形因子包括地形的坡度、坡向、表面粗糙度、高程变异，以及谷脊特征等与地形有关的信息，这些信息都可以通过对数字高程模型的计算而获得

四十三 坡度和坡向计算

1） 空间矢量分析法P148

2） 拟合曲面法P150

四十四 地形剖面计算

地形剖面线表现的是在地表从一个点出发到另一点沿途的地形变化情况。通常以横坐标表示平面上的距离，纵坐标表示地形的高度

四十五 空间叠合分析

空间叠合分析是指相同的空间坐标系统条件下，将同一地区两个不同地理特征的空间和属性数据重叠相加，以产生空间区域的多重性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系，根据所采用的数据结构的不同，分为基于矢量数据的叠合分析（根据叠合对象图形特征的不同，分为点与多边形的叠合、线与多边形的叠合和多边形和多边形的叠合三种类型）和基于栅格数据的叠合分析（称为地图代数，包含了一系列可以进行叠合分析的计算方法）两种类型 四十六 多边形和多边形的叠合

Union (并) Intersect(相交) Identity(一致) Erase(差除) Update(更新) P161 四十七 栅格数据的叠合分析

（关系运算的结果是一个二值栅格数据，0值表示不符合关系条件的区域，1值表示符合要求的区域）

四十八 空间缓冲区

定义：在地球科学工作中，为分析影响范围而建立的缓冲区

矢量缓冲区的建立：

点缓冲区：以点状实体为圆心，以缓冲区距离为半径绘圆

线缓冲区：以边界为参考线，作参考线的平行线，再考虑端点圆弧，即可建立缓冲区 面缓冲区：以边界为参考线，作参考线的平行线，再考虑端点圆弧，即可建立缓冲区

多重缓冲区

栅格缓冲区的建立：

对需要做缓冲区的栅格单元作距离扩散，即计算其他栅格到需要做缓冲区的栅格的距

离，按照设定的缓冲区距离提取出符合要求的栅格单元

确定空间缓冲区半径的模型：

线性函数模型

幂函数模型

指数函数模型

四十九 图的定义

顶点的无序对叫做边，由边组成的图称作无向图，即图中由边连接的两个顶点不存在方向性 顶点的有序对叫做弧，由弧组成的图称作有向图，即图中由弧连接的两个顶点具有方向性 边或弧上带有权重的图就称为网络，由一个顶点出发到另一个顶点所经过的顶点序列称为一条路径

五十 看P169的领接矩阵 看P170的最短路径

五十一 GIS应用模型的分类：

1） 基于理化原理的理论模型，又称为数学模型，是应用数学方式建立的表达式，反应地理

过程本质的理化规律，如地表径流模型、海洋与大气环流模型

2） 基于变量之间的统计关系或启发式关系的模型，又称为经验模型，是通过理化统计方式

和大量观测实验建立的模型，如水土流失模型、适应性分析模型

3） 基于原理和经验的混合模型，这类模型中既有基于理论原理的确定性变量，也有应用经

验加以确定的不确定性变量，如资源分配模型、位置选择模型

五十二 GIS应用模型的构建实际包括目的导向分析和数据导向操作，步骤包括：明确分析的目的和评价准则；准备分析数据；结果分析；解释、评价结果（如有必要，返回第一步）；结果输出（地图、表格和文档）

五十三 系统设计流程

应用型GIS的设计，大致可分为四个主要阶段：系统分析、系统设计、系统实施、系统运行和维护，这四个阶段构成了系统的生命周期

生命周期设计法:是系统设计按阶段进行，预计规定每一阶段的开发目标和任务，然后按照一定的准则顺序开发实施。

原型化设计法: 根据用户需求,由用户与开发人员共同商定其中重要和基本的开发目标，然后选择一个试验区，设计出初步方案，在较短时间内开发出一个能满足用户基本需求的初步原型或系统雏形，交用户使用，经一段时间运行，根据用户意见对原型加以修改或填充，产生一个新的原型版本，如此反复和迭代，最后形成一个比较完善和质量较高的应用型GIS。 原型化设计法相比较生命周期设计法的优点：用户能积极的产于新系统的设计实现，开发人员及时获取用户反馈意见，能更快看到系统的实际效果，系统的开发的风险降到最低。 五十四 系统分析从系统观点出发，通过对事物进行分析与综合，找出各种可行方案，为系统设计提供依据

五十五 系统设计

1） 总体设计

2） 详细设计

3） 系统实施

4） 系统运行和维护

五十六 地理信息标准化的内容

1） 统一的名词术语内涵

2） 统一的数据采集原则

3） 统一的时间定位框架

4） 统一的数据分类标准

5） 统一的数据编码系统

6） 统一的数据组织结构

7） 统一的数据记录格式

8） 统一的数据质量含义

五十七 地理信息的系统评价

1） 系统效率

2） 系统可靠性

3） 可扩展性

4） 可移植性

5） 系统的效益

五十八 地理信息系统产品及其类型

1） 按输出的载体类型分类

常规地图，数字地图

2） 按输出的内容和形式分类

全要素地形图，各类专题地图（是突出表现一种或几种自然或社会经济要素的地图，主要由地理基础和专题内容两部分组成），遥感影像地图，统计图表与数据报表 五十九 正、反解计算的定义

正解:把地理坐标转为投影坐标的变换

反解: 把投影坐标反算地理坐标的变换

六十 虚拟现实：是指采用各种技术，来营造一个使人感觉置身于类似于现实世界的环境中，其具有如下特征：立体感的额视觉效果；存在感；多感知性；闭环交互方式；动态显示