地理信息系统GISGeographicInformationSystem.ppt

2023年4月25日,地理信息系统 GISGeographic Information System,参考资料,地理信息系统原理、方法和应用邬伦、刘瑜、张晶、马修军、韦中亚、田原编著，科学出版社，北京大学地理教学丛书，2001地理信息系统导论陈述彭，鲁学军，周成虎，科学出版社，1999地理信息系统概论黄杏元，汤勤，高等教育出版社，1989地理信息系统原理和方法边馥苓，测绘出版社，1996实用地理信息系统陈俊，宫鹏，科学出版社，1998当代GIS的若干理论与技术龚建雅，武汉测绘科技大学出版社，1999,参考资料,数据结构严蔚敏，吴伟民，清华大学出版社计量地理学张超，杨秉庚，高等教育出版社http:/http:/,主要讲课内容,有关概念发展动态基本知识有关软件专题和讨论数字地球专题和讨论WebGIS专题和讨论元数据专题和讨论GIS相关的软件和应用开发上机实习与考核建立有关应用系统（ArcGIS/MapInfo/MapGIS/Geomedia）,信息含义,狭义定义两次不定性之差，对认识事物的差别。广义定义是主体（人、生物或机器）与外部客体（环境、其他人、生物或机器）之间相互联系的一种形式是主体和客体之间的一切有用的消息或知识是表征事物特征的一种普遍形式本讲义定义是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识是数据、消息中所包含的意义不随载体的物理设备形式的改变而改变,信息特点,客观性任何信息都是与客观事实紧密相关的实用性对生产、管理和决策十分重要传输性可在各系统和终端间流转和交换共享性可传输给多个用户共享，本身并无损失,数据,指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像等数据是用以载荷信息的物理符号，本身并无意义信息可以离开信息系统而独立存在数据与计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变信息与数据是不可分离的数据包含原始事实，数据中包含的意义就是信息，但本身不是信息信息由数据表达，信息是数据处理的结果人的知识、经验作用到数据上可以得到信息,地理信息,地理信息是表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形的总称。地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，是对地理数据的解释。地理信息中的位置是通过数据进行标识的。地理信息具有区域性、多维结构和动态变化的特性。,地理信息,区域性通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识多维结构特性在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构时序特征按时间尺度将地理信息化分为：超短期（台风、地震）短期（江河洪水、低温季节）中期（土地利用、作物估产）长期（城市规划、水土流失治理）超长期（地壳变动）,地理数据,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、时态特征：空间位置描述地物所在位置，用大地经纬度坐标，或用地物间的相对位置关系（空间上的距离、邻接、重叠、包含等）来定义属性特征非空间数据，属于一定地物，描述其特征的定性或定量指标，包括语义与统计数据时态特征地理数据采集和地理现象发生的时刻或时段人类认识世界的过程：地理实体地理数据地理信息,信息系统,系统具有特定功能的、相互有机联系的多要素构成的整体要素间通过信息流联系信息系统具有数据采集、管理、分析、表达能力的系统能为决策提供有用的信息,信息系统,信息系统的管理层次和类型操作层（底层）事务处理系统（TPS，Transaction Process System），处理日常事务，执行日常工作和计划战术层（中间层，管理层）管理信息系统（MIS，Management Information System），包括TPS，内部和外部的数据战略层（顶层，决策层）决策支持系统（DSS，Decision Support System），从MIS中获得信息，帮助制定好的决策。交互式，分析决策模型，推测分析程序，制定方向专家层（附加层，智能层）人工智能和专家系统（ES，Expert System），模拟仿真，智能推理，制作决策，解释理由。五个部分：知识库、推理机、解释系统、用户接口、知识获取。,地理信息系统,是一种决策支持系统（DSS），具有信息系统的各种特点存储和处理的信息是经过地理编码的（Geo）地理位置及与该位置有关的地物属性信息是信息检索（Index）的重要部分现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，由空间位置参考信息（空间数据）和非位置信息（属性数据）两部分组成,地理信息系统的特征,具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性。由计算机系统支持进行空间地理数据管理，由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。,地理信息系统的类型,专题地理信息系统（Thematic GIS）有限目标和专业特点，为专门目的服务区域地理信息系统（Regional GIS）区域综合研究，全面信息服务，不同规模地理信息系统工具或外壳（GIS Tools）软件包：图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算、多种输出通用工具外壳：添加数据内容就可形成普遍的、基本的地理信息系统,什么是GIS？,我们当今面临世界的最主要的挑战是人口过多，环境污染，森林破坏，自然疾病等。这些都与地理因素有关不论是从事一种新的职业，还是寻找生长某种作物的最合适的土壤，或是计算最佳的行车路线，这些本地问题也都有地理因素可以说，凡是要用到地图的行业都要和地理因素打交道,什么是GIS？,地图制作和地理分析已不是新鲜事，但GIS执行这些任务比传统的手工方法更好更快。而且，在GIS技术出现之前，只有很少的人具有利用地理信息来帮助做出决定和解决问题的能力今天，GIS 已是一个全球拥有数十万的人员和数十亿美元的产业。GIS已在全世界的中学、学院、大学里被讲授。在每个领域里的专家不断地意识到按地理的观点来思考和工作所带来的优越性。,什么是GIS？,地理信息系统(GIS,Geographic Information System)是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使 GIS与其他信息系统相区别，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。,GIS的定义,陈述彭等（1999，地理信息系统导论）：由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。,GIS的定义,DoE(1987)：A system for capturing storing checking,manipulating analyzing and displaying data which are spatially referenced the Earth.对以地球为空间参考的数据进行获取、存储、检查、处理、分析和显示的系统。,GIS的定义,Aronoff(1989)：Any manual or computer based set of procedures used to store and manipulate geographically referenced data.任何用于存储和处理与地理有关数据的手工或基于计算机的过程。,GIS的定义,Carter(1989)：An institutional entity,reflecting an organizational structure that integrates technology with a database,expertise and continuing,financial support over time.一个机构实体，反映有组织的结构，集成了数据库、专门技术和延伸、金融支持等技术。,GIS的定义,Parker(1988)：An information technology which stores,analyses,and displays both spatioal and non-spatial data.一种存储、分析和显示空间和非空间数据的信息技术。,GIS的定义,Dueker(1979)：A special case of information systems where the database consists of observations on spatially distributed features,activities,or events,which are definable in space as points,lines,or areas.A GIS manipulates data about these points,lines,and areas to retrieve data for ad hoc queries and analysis.一个空间信息系统的例子，数据库由对空间分布特征、活动性、事件进行观察所组成，在空间可定义点、线、面。GIS为特定的查询和分析来处理这些关于点、线、面的数据，从而提取有关信息。,GIS的定义,Smith et al.(1987)：A database system in which most of the data are spatially indexed,and upon which a set of procedures operated in order to answer queries about spatial entities in the database.一个数据库系统，其中大多数数据是空间索引的，依靠它可以操作一系列的过程，从而回答在这个数据库中关于空间实体的请求。,GIS的定义,Ozemoy,Smith and Sicherman(1981)：An automated set of functions that provides professionals with advanced capabilities for the storage,retrieval,manipulation,and display of geographically located data.一个多功能自动系统，提供专业的地理数据存储、提取、处理和显示的先进功能。,GIS的定义,Burrough(1986)：A powerful set of tools for collecting,storing,retrieving at will,transforming and displaying spatial data from the real world.强大的工具集合，能从真实世界中按照意愿采集、存储、提取空间数据，并转换和显示它们。,GIS的定义,Cowen(1988)：A decision support system involving the integration of spatially referenced data in a problem-solving environment.是在解题环境中关于集成空间相关数据的决策支持系统。,GIS的定义,Koshkariov,Tikunov and rofimov(1989)：A system with advanced geo-modeling capabilities.具有先进的地理模型能力的系统。,GIS的定义,Devine and Field(1986)：A form of MIS(Management Information System)that allows map display of the general information.是一种MIS管理信息系统，可以用地图显示通常的信息。,GIS的特点,电子地图、数字地图分层，标准图件输出空间数据库、空间数据库管理系统包括经纬度、高程，再加上时间维，共四维空间分析、决策预测系统统计、处理、综合、分析、图形图象显示,2023年4月25日,参见“关于GIS.ppt”,GIS有哪些功能,GEOGRAPHIC,INFORMATION,SYSTEM,从数据到信息,管理过程的综合,研究模型集成，流量分析，比例尺改变,开发GIS应用的重要性,计算机性能的提高地理数据的频繁使用环境信息需求的增长综合信息分析和预测现代化的管理和决策,GIS的应用领域,政府宏观决策管理现代城市规划管理城市地下综合管网管理GPS车船导航与监控军事情报分析与决策国土区划分析管理地籍管理警力分布指挥系统环保信息分析管理农林生态分布决策,GIS的应用领域,农业商业/行销电气环境联邦政府森林地质水文,土地利用规划 地方政府制图军事风险管理场所规划运输水和废水,国外的GIS应用项目,波罗的海流域的土地覆盖和人口密度GIS分析系统（联合国环境规划署）海湾地区军事、环境综合地理信息系统（美国国家情报研究中心）城市发展与可持续发展地理信息系统（洛杉矶市政府）,国内的GIS应用项目,国务院综合国情GIS（9202工程）（全国行政首脑机关办公决策服务系统的子系统）总理办公室的电子地图检索和显示系统防汛气象服务系统气象信息（国家气象局）水情信息（国家防总办、水利部）遥感信息（国家遥感中心）基础空间信息（国家测绘局）全国贫困县统计图表矿产资源及口岸分布交通、旅游资源分布,国内的GIS应用项目,山东淄博市周村区资源、社会、经济、环境可持续发展决策支持系统香港综合地理信息系统公安110计算机辅助指挥系统南宁市土地信息系统山东资源管理信息系统四川人口土地经济分析决策系统青藏高原隆升与盆地沉积地理信息系统贵州小流域地质灾害地理信息系统,国内的GIS应用项目,首都机场地下综合管网分析管理系统南京炼油厂管网分析管理系统黑龙江佳木斯城市规划管理系统珠江三角洲地区地籍管理系统湛江GPS监控系统北京武警某部实时指挥系统,GIS如何工作地理参考系统,地理信息包含有明确的地理参照系统，例如经度和纬度坐标，或者是国家网格坐标。也可以包含间接的地理参照系统，例如地址、邮政编码、人口普查区名、森林位置识别、路名等。一种叫做地理编码的自动处理系统用来从间接的参照系统，如地址描述，转变成明确的地理参照系统，如多重定位。这些地理参考系统可以使你定位一些特征，例如商业活动、森林位置，也可以定位一些事件，例如地震，用于做地表分析。,GIS的组成硬件、软件、数据、人员、方法,硬 件硬件是GIS所操作的计算机。今天，GIS软件可以在很多类型的硬件上运行。从中央计算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境软 件GIS软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：输入和处理地理信息的工具 数据库管理系统(DBMS)支持地理查询、分析和视觉化的工具 容易使用这些工具的图形化界面(GUI),GIS的组成硬件、软件、数据、人员、方法,数 据一个GIS系统中最重要的部件就是数据了。地理数据和相关的表格数据可以自己采集或者从商业数据提供者处购买。GIS将把空间数据和其他数据源的数据集成在一起，而且可以使用那些被大多数公司用来组织和保存数据的数据库管理系统，来管理空间数据人 员GIS技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么价值。GIS的用户范围包括从设计和维护系统的技术专家，到那些使用该系统并完成他们每天工作的人员方 法成功的GIS系统，具有好的设计计划和自己的事务规律，这些是规范而且对每一个公司来说具体的操作实践又是独特的,GIS如何工作,GIS就是用来存储有关世界的信息，这些信息是可以通过地理关系连接在一起的所有主题层集合。这个简单却非常有力和通用的概念，对于解决许多真实世界的问题具有无价的作用，这些问题包括：跟踪传输工具、记录计划的详细资料，模拟全球的大气循环等。,GIS如何工作矢量和栅格模式,GIS工作于两种不同的基本地理模式矢量模式和栅格模式在矢量模式中，关于点、线和多边形的信息被编码并以x、y坐标形式储存。一个点特征的定位，例如一个钻孔，可以被一个单一的x、y坐标所描述。线特征，例如公路和河流，可以被存储于一系列的点坐标。多边形特征，例如销售地域或河流聚集区域，可以被存储于一个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于描述一些离散特征，但对连续变化的特征，例如土壤类型或赶往医院的开销等，就不太有用。栅格模式发展为连续特征的模式。栅格图象包含有网格单元，有点像扫描的地图或照片。,GIS的任务 输入、处理、管理、查询和分析、可视化,输入在地理数据用于GIS之前，数据必须转换成适当的数字格式。从图纸数据转换成计算机文件的过程叫做数字化。对于大型的项目，现代GIS技术可以通过扫描技术来使这个过程全部自动化，对于较小的项目，需要手工数字化（使用数字化桌）。目前，许多地理数据已经是GIS兼容的数据格式。这些数据可以从数据提供商那里获得并直接装入GIS中。处理对于一个特殊的GIS项目来说，有可能需要将数据转换成或处理成某种形式以适应你的系统。例如，地理信息适用于不同的比例尺（街道中心线文件的比例尺也许是1:100,000；人口边界是1:50,000；邮政编码是1:10,000）。在这些信息被集成以前，必须转变成同一比例尺。这可以是为了显示的目的而做的临时变换，也可以是为了分析所做的永久变换。GIS技术提供了许多工具来处理空间数据和去除不必要的数据。,管理对于小的GIS项目，把地理信息存储成简单的文件就足够了。但是，当数据量很大而且数据用户数很多时，最好使用一个数据库管理系统（DBMS），来帮助存储、组织和管理数据。一个数据库管理系统DBMS就是用来管理一个数据库一个数据的完整收集的计算机软件。有许多不同的DBMS设计，但在GIS中，关系数据库管理系统的设计是最有用的。在关系数据库系统设计中，概念上数据都被存储成一系列的表格。不同表格中的共同字段可以把它们连接起来。这个令人惊讶的简单设计被广泛地应用，主要是由于它的灵活性以及在使用GIS和不使用GIS时，都被广泛地采用。,GIS的任务 输入、处理、管理、查询和分析、可视化,查询和分析一旦你拥有一个包含你的地理信息的多功能的GIS系统，你可能开始提出象下面这样的一些简单问题：这个角落上的这块土地属于谁？两个地方之间的距离是多少？工业用地的边界在哪里？有关分析的问题可能是：适合于盖新房子的所有地点在哪里？生长橡树的最好的土壤类型是什么？如果我要在这里建一条高速公路，它将如何影响交通？,GIS的任务 输入、处理、管理、查询和分析、可视化,查询和分析GIS提供简单的鼠标点击查询功能和复杂的分析工具，为管理者和类似的分析家提供及时的信息。当你分析地理数据用于寻找模式和趋势，或提出“如果怎么样”设想时，GIS技术实际上正在被使用。现代的GIS具有许多有力的分析工具，但是有两个是特别重要的。1.接近程度分析在这片水域周围100米范围内有多少房子？这家商店附近10公里范围内共有多少消费者？在这口井周围500米范围内紫花苜蓿这种植物占多大面积？GIS技术使用一个叫做缓冲的处理方法，来确定特征间的接近关系。2.覆盖范围分析不同数据层的综合方法叫做覆盖。简单的说，它可以是一个可视化操作，但是分析操作需要一个或多个物理连接起来的数据层。覆盖，或空间连接，可以将税收数据与土地、斜坡、植被或土地所有者等集成在一起。,GIS的任务 输入、处理、管理、查询和分析、可视化,可视化对于许多类型的地理操作，最终结果最好是以地图或图形来显示。图件对于存储和传递地理信息是非常有效的。制图者已经生产了上千年的地图，GIS为扩展这种制图艺术和科学提供了崭新的和激动人心的工具。地图显示可以集成在报告、三维观察、照片图象和例如多媒体的其他输出中。,GIS的任务 输入、处理、管理、查询和分析、可视化,相关技术,桌面制图桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的主要目的是产生地图：地图就是数据库。大多数桌面制图系统只有及其有限的数据管理、空间分析以及个性化能力。桌面制图系统在桌面计算机上进行操作，例如PC机，Macintosh以及小型UNIX工作站。计算机辅助设计CAD计算机辅助设计(CAD)系统促进了产生建筑物和基本建设的设计和规划。这种设计需要装配固有特征的组件来产生整个结构。这些系统需要一些规则来指明如何装配这些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系统已经扩展可以支持地图设计，但管理和分析大型的地理数据库的工具很有限。,相关技术,遥感和GPS遥感是一门使用传感器对地球进行测量的科学和技术，例如，飞机上的照相机，全球定位系统（GPS）接收器，或其他设备。这些传感器以图象的格式收集数据，并为利用、分析和可视化这些图象提供专门的功能。由于它缺乏强大的地理数据管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。DBMS数据库管理系统数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其中包括地理数据。DBMS使存储和查找数据最优化，许多GIS为此而依靠它。相对于GIS而言，它们没有分析和可视化的工具。,GIS能为你做什么,进行地理信息查询和分析GIS搜索数据库并进行地理信息查询的能力，节约了许多公司数以百万计的美元。GIS可以：缩短回答客户请求的时间 找到适合于开发的土地 在粮食、土壤和天气之间找寻相关关系 电气线路故障定位改进机构集成许多采用了GIS的机构发现其主要效益之一是改进了它们自己的机构和资源的管理。由于GIS具有将数据集合和地理信息链接起来的能力，促使它们之间共享和交流局部信息。通过产生可共享的数据库，一个部门可从另一个部门的工作中得到好处，这是由于数据只需采集一次，但应用多次。,GIS能为你做什么,做出好的决定一个古老的格言“好的信息导致好的决定”，对于GIS和其他信息系统来说都是正确的。然而，一个地理信息系统（GIS），并不是一个自动决策系统，而是一个查询、分析和支持作出决策处理的图件数据工具。GIS技术已经被用于帮助完成一些任务，例如：为计划调查提供信息，帮助解决领土争端，以最小化视觉干扰为原则设置路标。GIS可以用于帮助一个新房址的选定，以使其受环境影响最小，在低风险区域，离人口聚集地近。可以以地图和附加报告的方式简洁而清晰的提供这个信息，使决策者集中精力于实际的问题，而不是花时间去理解数据。由于GIS结果能够很快地获得，多个假想的结果可以被高效地评价。,GIS能为你做什么,制图图件在GIS中占有重要的一席之地。GIS的制图方法比传统的人工或自动绘图方法要灵活得多。它开始于数据库的创建。已经存在的纸张图件可以进行数字化，并可以把计算机兼容的信息转换到GIS中。以GIS为基础的图形数据库是可以延续的，比例尺也不受限制。图件可以以任何地点为中心，比例尺任意，使用突出效果的特殊字符有效地显示所选择的信息。地图集和地图丛书的特征可以用计算机程序编码，并与最终的数据库产品相比较。在其他GIS中使用的数字化产品还可以来自数据库的简单拷贝。在一个大的组织机构中，地形数据库可以被其他部门用作参考构架。,GIS软件参考价格(法郎),2023年4月25日,GIS空间基础,苗放成都理工大学,地理信息系统的空间特征,空间实体及其描述空间实体：在GIS中不可再分的最小单元描述：识别码、位置、空间特征、实体的行为和功能、衍生信息、补充描述,空间实体的分类,点状实体点point：有特定位置，维数为0的物体实体点Entity point：用来代表一个实体注记点Text point：用于定位注记内点Label point：用于负载多边形的属性，存在于多边形内结点Node：表示线的终点和起点角点Vertex：表示线段和弧段的内部点,空间实体的分类,线段,边界,单向线,弧,多边线,网络链,完整链,弦环,弧环,定向链码,左,右,线状实体,面状实体在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。有如下空间特性：面积范围周长独立性或与其他地物相邻内岛或锯齿状外形重叠性与非重叠性,内部区域,简单多边形,复杂多边形,格网/像素阵列,空间实体的分类,立体状实体立体状实体一般具有以下的一些空间特征：体积，如工程开掘和填充的土方量每个二维平面的面积周长内岛或锯齿状外形含有孤立块或相邻块断面图与剖面图,空间实体的分类,点点,点线,点面,住宅,学校,海岸线,码头,肺癌病例,区域,线点,线线,线面,镇,乘车线路,河流,小路,这条线路过镇上吗？,小路穿过河流吗？,河流在区域内吗？,学校和住宅接近吗？,码头在海岸线上吗？,肺癌病在区内分布,实体类型组合,面点,面线,面面,该邮政区包括学校吗？,该区域包括铁路吗？,区域彼此影响吗？区域重叠吗？,实体类型组合,作为记录事件或属性的基本成分作为没有空间特性发生改变的实体的一个属性作为观察空间实体变化的参考,1950,多边形面积,1980,1970,变化,A,37.6,41.1,-3.5,B,42.3,47.2,-4.9,C,45.7,39.5,+6.2,C,A,B,A,B,A,B,A,B,C,1960,车祸日期,类型,1,10.12.88,撞车,2,26.12.88,打滑,3,1.01.89,撞墙,7,16.09.89,闯红灯,1,2,3,4,5,6,7,区域,1980,人口,1990,人口,A,46019,49265,B,12174,-,C,56174,61234,A,B,C,不同时间对现象的观察,特殊事件发生的时间,可修改的空间单元,空间实体的时间维,单一特性,0,2,4,6,8,10,12,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,(3,10),(6,9),(7,10),(10,7),(9,5),(4,6),3,8,(1,7),(3,5),(5,5),(5,3),(6,1),(3,3),空间实体在地理信息系统中的表示,空间实体在地理信息系统中的表示,多种特征的表示,+1,+2,+3,+4,线号,x,y,坐标对,1,1,3 3,4 5,3 7,4,2,1,1 3,2 5,1 7,2,点号,x,y,坐标对,1,2,4,2,3,2,3,5,3,4,6,2,多边线号,x,y,坐标对,1,2,5 2,6 3,7 4,6 4,5 2,5,2,3,2 3,3 4,3 5,4 7,3 6,1,5,1 4,2 3,2,1,2,1,2,1,2,3,4,5,6,实体坐标,标识码,x,y,坐标对,1,1,5,5,5,2,5,5,8,5,3,8,5,10,5,4,5,9,4,8,3,7,4,6,5,5,5,5,5,4,6,3,5,2,4,1,3,6,8,5,8,1,实体属性,标识号,道路类型,路面材,料,宽度,行车道数,道路名称,1,2,柏油,48,4,解放路,2,2,柏油,48,4,珞瑜路,3,2,柏油,48,4,中北路,4,1,混凝土,60,4,胜利路,5,1,混凝土,60,4,中山路,6,4,柏油,32,2,鲜花路,带有属性的空间特征的表示,空间实体在地理信息系统中的表示,空间问题条件定位间接推理空间参考,空间问题论述,空间问题条件定位路径选取定位选取资源分配开销安排,空间问题论述,空间问题条件定位间接推理项目选址灾害预测与预报环境分析长度、体积、坡度等量算,空间问题论述,空间问题条件定位间接推理空间参考 坐标方式邻接性识别线性定位物，如公路上的公里点最小尺寸的封闭矩形地名或数字代码地块、分区以及其他外形规则或不规则的空间块，诸如地图边界或境界线,空间问题论述,华盛顿,纽约,15,250英里,(a)坐标方式,邻,邻,(b)邻接性,(c)封闭矩形,马德里,伦敦,巴黎,罗马,(d)地名方式,地图图幅,国家疆界,(e)地块分区,一般空间特性统计特性复杂特性,空间特性,一般空间特性长度：河流长度、湖泊边界、公路长度表面积：湖泊、岛屿、某区域面积体积：土方量、库容量规则外形：圆形、方形不规则外形：海岸线、湖泊水崖线方向：山丘的坡向线、面中心：道路中心线、城市中心坡度,空间特性,一般空间特性统计特性最大值和最小值的范围平均值及变化值,空间特性,一般空间特性统计特性复杂特性不相连地物（如学校）的分布模式居宅建筑发展的安排方式，或农场划分土地等交通信号灯的距离，以及从不同位置到达城市中心的总计开销时间各地区的相邻地区数航空交通系统的网络穿越某区域的候鸟走向现象的连续性，如道路的延伸、城市变迁等,空间特性,空间关系拓扑空间关系顺序空间关系度量空间关系,空间关系,空间关系,拓扑属性和非拓扑属性拓扑属性一个点在一个弧段的端点一个弧段是一个简单弧段（自身不相交）一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的外部一个点在一个环的内部一个面是一个简单面（面上没有岛）一个面的连接性（给定面上任意两点，从一点可以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）非拓扑属性两点之间的距离一个点指向另一个点的方向弧段的长度一个区域的周长一个区域的面积,区域定义弧段节点拓扑,空间关系,空间关系,区域定义邻接性多边形弧段拓扑,弧段列表,邻接矩阵,多边形列表,区域定义邻接性连通性,弧,始结点,终结点,a,1,2,b,2,3,结点,1,2,3,4,结点,连接到,1,-,1,0,0,1,2,2,1,-,1,0,2,1,3,5,3,0,1,-,1,3,2,4,6,弧段列表,连通矩阵,结点列表,空间关系,1,2,3,4,5,6,7,a,b,c,d,e,g,f,区域定义邻接性连通性方向性（略）包含性（略）,空间关系,点、线、面三类基本数据之间的6种关系：点点：两点间的距离，一致性检验，点点影射点线：点、线之间的距离点区域：包含，确定区域的中心位置，在小比例尺上表示为一点线线：二条线的一致性鉴别，线段的连续性问题，二条线是否相交，计算一条线或线段网络长度线区域：一条公路是否通过一个区域，一条河流是否流经一个垦区；线和区域相交，将原来的区域划分，形成新的区域区域区域：单要素图的重叠覆盖，区域的面积量算，二区域的相邻、包含等,空间处理方法,空间处理方法,线和点的基本操作内插法和外插法多边形操作,线和点的基本操作线交叉线段交叉点在多边形内的处理质心的确定基于点数据的某些空间统计,0,2,2,1,3,空间处理方法,例如右图，线与面相交：0：没有交点1：一个交点2：两个交点3：三个交点,空间处理方法,线和点的基本操作内插法和外插法最近值内插：从最近的数据点取值线性内插：基于两点的简单直线内插基于三点或更多点的曲线内插：样条函数随机内插:基于一定数目的已知点模型内插:建立一定的模型来内插,F(u),F(u),F(u),F(u),F(u),u,u,u,u,u,最近值内插,线性内插,样条内插,随机内插,模型内插,空间处理方法,线和点的基本操作内插法和外插法多边形操作线与多边形交叉多边形的合并与交叉面积计算面积内插多边形的外形量测多边形分割缓冲区生成多边形覆盖处理（多边形叠加）,线与多边形交叉,多边形的合并与交叉,面积计算,剪切前,剪切后,多边形分割：用长方形窗口剪一个物体,多边形,缓冲器,骨架、纲要,缓冲器的生成,多边形覆盖处理,识别线段建立多边形最小的外围矩形根据点在多边形内的处理来判断某多边形的线段是否在覆盖图形的某多边形内寻找表示边界的线段的交叉点为新线段建立记录，并生成相应的拓扑从可能的线段中，重新组合生成新多边形，这需要根据线段的连通性来判断如果有新多边形生成，需要重新标识，并重新分配属性,空间数据转换维数的改变位置的改变地图投影；几何变换：等面积变换（旋转）；相似变换（缩放）；橡皮变换：拓扑；投影；仿射。TIN变换；合并拓扑改变,空间处理方法,例：建立线和面的拓扑特征,寻找线的交叉点将线分裂为线段识别连接点，并标识所有节点如果有必要，需要进行节点匹配处理捕捉节点成为线段对节点进行线段集成，并进行节点周围编辑对线段进行集成，并生成封闭多边形对不可分多边形进行边界集成，并进行多边形链编辑设计多边形识别码，并测试质心生成多边形最小边界矩形,基础地理数据种类,数字线划图（DLG）数字栅格图（DRG）数字正射影象图（DOM）数字高程模型（DEM）,三维可视地理信息系统,是一套以数字正射影象（DOM）、数字地面模型（DEM）、数字线划图（DLG）和数字栅格图（DRG）作为综合处理对象的GIS系统该系统结合了三维可视化技术（Visual）与虚拟现实技术（Virtual Reality），完全再现管理环境的真实情况，把所有管理对象都置于一个真实的三维世界里，真正做到了管理意义上的“所见即所得”。,地理参考系统,.,M,X,Y,Z,Z,X,Y,.,M,Z,X,d,q,笛卡尔坐标,极坐标,a,经度,纬度,Y,地理参考系统,在圆盘面上的投影在锥体上的投影LAMBERT系统在柱面上的投影MERCATOR 系统UTM 系统,LAMBERT,Projection on a conetangent to a parallel right与纬线相切的圆锥投影,兰伯特投影,Universal Transverse Mercator,Cylindre tangent to a meridian与子午线相切的圆柱,UTM：通用横断面莫卡托圆柱面投影法,组织数据,原始图件模拟数据,组织形式矢量模式,组织形式栅格模式,栅格-矢量,A,B,C,D,E,F,G,H,I,x,y,列=250,行=80,矢量格式,栅格格式,列=250,行=80,栅格格式,象素：(图元)“较小的象元由其定位和其属性来描述”,象素,数字图象=矩阵系统(网格),行和列定义单独的单元(象素),栅格格式,相对原点的数字图象,象素大小,相对原点的地理坐标系统,矩形工作区域,不规则工作区域,象素：由其位置和其属性所表征,1,1:,0,0:,dX,dY,可以很好地表现数据结构紧凑的数据结构完整的拓扑描述高精度的图形可以查询、更新和产生图形数据及其属性,矢量模式,数据结构复杂结合大量的图层面较为困难由于每个单元的拓扑形式不同，因此仿真较困难显示和绘制价格昂贵昂贵的技术在多边形内部的空间分析不可能,优点,缺点,栅格模式,简单的数据结构可能并容易将绘图和遥感数据结合起来容易进行空间分析由于每个空间单元的相似性，容易进行仿真价廉的技术但软件发展重要,数据量增加迅速使用低分辨率的数据会丢失一些重要的结构地图质量较低定义网状构造困难投影系统改变困难,优点,缺点,GIS图层和属性数据库,数据库管理系统的功能,数据库管理系统的功能共享数据 使数据互相独立适应特殊需求合理的处理工具详细的数据目录,数据模型,数字化,地图的元素点-线-面更新与地图元素相关连的地名(定量和/或定性属性的概念)区分以下概念比例尺-分辨率-精度,数字制图,栅格-主题分析,对一个现象的不同测量级别和其信息含量：NOMINAL名义的:Identification识别ORDINAL 顺序的:Identification and grade 识别和等级CARDINAL主要的:Identification,grade and meaning of value intervals识别、等级和蕴含的间距价值,栅格-主题分析,柱状图（Histogram）分类（Classification）掩模（Mask）,例子：,栅格-主题分析,柱状图,栅格-主题分析,分类,地图,0 255,%,栅格-主题分析,分类图像Beauce 1995,栅格-主题分析,栅格-空间分析,栅格-空间分析,例子:最小水平距离接近:Thiessen 多边形,栅格-空间主题分析,例子:光滑:低通滤波,模型滤波纹理索引DEM应用索引,栅格-空间主题分析,相关丰度（Relative Richness）R=n/nmax*100 其中 n=不同分类数目变异（Diversity）H=-sum(p*ln(p)其中 sum=所有分类之和p=每个分类基本百分比ln=对数优势（Dominance）D=Hmax-H其中 H=变异 Hmax=最大的变异=ln(n)n=不同分类数目ln=对数(Turner,M.