《地理信息系统概论》笔记
黄杏元 自己看吧 第一章 导论
第一节 地理信息系统基本概念 1 学科特点
GIS是一门典型的交叉性学科
因此，学生要学好GIS，首先必须要做好“GIS” Gentlemanlike, Intelligence, Smile。 GIS是一门实践性很强的学科
因此，要重视技能训练，重点掌握ArcInfo等基础GIS软件的操作和使用。 GIS是一门迅速发展中的学科
因此，要经常阅读有关的文献资料，掌握GIS学科的发展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自己的能力。
2 数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。数据是客观对象的表示，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息；数据是信息的表达，信息则是数据的内容。
3 地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
4 地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。
第二节 GIS的基本构成及功能
1系统硬件 由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。
2系统软件 由系统管理软件、数据库软件和基础GIS软件组成，用于执行GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。
3空间数据库 由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。
4应用模型 由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。 基本功能：
? 数据采集与编辑；
数据存储与管理；? 数据处理和变换；? 空间分析和统计；? 产品制作与显示；? ? 二次开发和编程。
第三节 GIS的发展透视 发展趋势：
GIS已成为一门综合性技术； GIS产业化的发展势头强劲； GIS网络化已构成当今社会的热点；
第二章 地理信息系统的数据结构 第一节 地理空间的表达 地理空间的概念
? GIS中的概念常用“地理空间”(geo-spatial)来表述，一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象；
? 地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成； ? GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；
? 目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，现在规定的高程起算基准面为1985国家高程基准。 空间实体的表达
在计算机中，现实世界是以各种数字和字符形式来表达和记录的；? ? 对现实世界的各类空间对象的表达有两种方法，分别称为矢量表示法（矢量数据模型）和栅格表示法（栅格数据模型）,如下图。
第二节 空间数据
GIS的空间数据特征
? 空间特征是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系； 属性特征是指空间对象的专题属性；?
时间特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。? 地理空间数据的来源
? 地图数据
地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要得信息源 遥感数据?
各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）包含着及其丰富的地理内容，尤其是先进的卫星遥感技术的广泛应用，能为地理信息系统提供源源不断的、现势性很强的数据 统计数据、实测数据及各种文字报告?
各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等
地理空间数据的类型:
1. 类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。 2. 面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行政单元 3. 网络数据：道路交叉点、街道和街区等。
4. 样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区等。 5. 曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。 6. 文本数据：如地名、河流名和区域名称。 7. 符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等。
地理空间数据的拓扑关系: 拓扑邻接：同类元素之间的拓扑关系。 拓扑关联：不同类元素之间的拓扑关系。 拓扑包含：同类不同级元素之间的拓扑关系。
图：拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3
拓扑关联：N1/е1、е3 、е6 ；P1/е1、е5 、е6 拓扑包含：P3与P4
地理空间数据的拓扑关系的表示:
弧段号 起结点 终结点 左多边形 C1 N1 N2 P2 P1 C2 N3 N2 P1 P4 C3 N1 N3 P1 ? C4 N1 N4 ? P2
右多边形 C5 N2 N5 P2 P4 C6 N4 N5 P3 P2 C7 N5 N6 P3 P4 C8 N4 N6 ? P3 C9 N7 N7 P4 P5 C10 N3 N6 P4 ? 地理空间数据的拓扑关系的表示:
（1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标和距离 （2）利于空间要素查询 （3）重建地理实体
第三节 空间数据结构 1矢量数据结构
矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。 特点：定位明显，属性隐含。
矢量数据的输入，是指将分类和编码的空间对象图形转换为一系列x、y坐标，然后按照确定的数据结构加入到线段或标示点的计算机数据文件中去； (1) 手工数字化法； (2) 数据结构转换法。 2栅格数据结构
栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。 特点：属性明显，定位隐含。
栅格数据的输入方法包括透明格网采集输入、扫描数字化输入及其它数据传输或转换输入等；
栅格结构编码
直接栅格编码是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。
1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1
游程长度编码只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数。
（1，3），（0，1），（1，2），（0，4），（1，3），（0，2），（1，1） 四叉树编码是根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n×2 n，且n>1），直到子象限的数值单调为止。 1
2 3 4 5
6 7 10 11 8 9 12 13 3矢量与栅格数据结构的比较
优 点 缺 点
矢量数据结构 1.便于面向现象(土壤类、土地利用单元等)；2.数据结构紧凑、冗余度低；3.有利于网络分析；4.图形显示质量好、精度高。 1.数据结构复杂；2.软件与硬件的技术要求比较高；3.多边形叠合等分析比较困难；4.显示与绘图成本比较高。
栅格数据结构 1.数据结构简单；2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；4.输出方法快速，成本比较低廉。 1.图形数据量大；2.投影转换比较困难；3.栅格地图的图形质量相对较低；4.现象识别的效果不如矢量方法。
第四节 空间数据结构的建立 需求分析 图层叠加
空间数据的编码：是指将数据分类的结果，用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程，编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成。例如，我国基础地理信息数据的分类代码由六位数字组成，其代码结构如下所示：
大类码 小类码 一级代码 二级代码 识别位
大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩充。 矢量化 错误检验