農(nóng)業(yè)信息技術(shù) chapter5 地理信息系統(tǒng)

1、農(nóng)業(yè)信息技術(shù)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)第五章地理信息系統(tǒng)第五章地理信息系統(tǒng)3& 地理信息系統(tǒng)的基本概念& GIS的構(gòu)成& GIS的基本原理& GIS的軟件系統(tǒng)& 3S集成與農(nóng)業(yè)應(yīng)用第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念一、地理信息系統(tǒng)的定義二、GIS 的產(chǎn)生與發(fā)展三、GIS的基本特征四、GIS的類型五、GIS的主要用途一、地理信息系統(tǒng)的定義第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System，簡稱，簡稱GIS)，是是20世紀(jì)世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展起來的集地理空間數(shù)據(jù)處理與年代開始迅速發(fā)展起來的集地理空間數(shù)據(jù)處

2、理與計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的一門邊緣技術(shù)學(xué)科，是以地理空間數(shù)據(jù)庫計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的一門邊緣技術(shù)學(xué)科，是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯的理論，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示等功能，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。示等功能，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。二、 GIS 的產(chǎn)生與發(fā)展起步階段起步階段 發(fā)展階段發(fā)展階段 應(yīng)用階段應(yīng)用階段 成熟階段成熟階段 普及階段普及階段 1960 美美 R.F.Tomlinson 數(shù)字地圖數(shù)字地圖

3、1965 W.L. Garrison 提出提出GIS術(shù)語術(shù)語 加拿大土地管理局加拿大土地管理局 CGIS 信息論信息論系統(tǒng)論系統(tǒng)論控制論控制論 硬件技術(shù)硬件技術(shù) 軟件技術(shù)軟件技術(shù) 未被廣泛認(rèn)可未被廣泛認(rèn)可 從事的人員有限從事的人員有限 項(xiàng)目的投資強(qiáng)度非常小項(xiàng)目的投資強(qiáng)度非常小 少數(shù)專家左右著少數(shù)專家左右著GISGIS的發(fā)展的發(fā)展 地學(xué)地學(xué)第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念成立了一些和成立了一些和GIS相關(guān)的組織相關(guān)的組織一些企業(yè)開始涉足一些企業(yè)開始涉足GIS市場市場 計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)地圖交互編輯技術(shù)地圖交互編輯技術(shù)地圖數(shù)字化地圖數(shù)字化 得到一定的發(fā)展得到一定的發(fā)展 理論和技術(shù)上沒有什么突破理論

4、和技術(shù)上沒有什么突破 1970s起步階段起步階段 發(fā)展階段發(fā)展階段 應(yīng)用階段應(yīng)用階段 成熟階段成熟階段 普及階段普及階段 二、 GIS 的產(chǎn)生與發(fā)展第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)推廣數(shù)據(jù)庫技術(shù)推廣 GIS數(shù)據(jù)處理能力、空間分析功能、人數(shù)據(jù)處理能力、空間分析功能、人機(jī)交互對話、地圖的輸入、編輯和輸出機(jī)交互對話、地圖的輸入、編輯和輸出技術(shù)均有了較大發(fā)展技術(shù)均有了較大發(fā)展大批商業(yè)化大批商業(yè)化GIS軟件軟件1980s起步階段起步階段 發(fā)展階段發(fā)展階段 應(yīng)用階段應(yīng)用階段 成熟階段成熟階段 普及階段普及階段 二、 GIS 的產(chǎn)生與發(fā)展第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本

5、概念起步階段起步階段 發(fā)展階段發(fā)展階段 應(yīng)用階段應(yīng)用階段 成熟階段成熟階段 普及階段普及階段 計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)迅速發(fā)展計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)迅速發(fā)展GIS已成為支持多種硬件平臺的高技術(shù)已成為支持多種硬件平臺的高技術(shù)產(chǎn)品，并利用產(chǎn)品，并利用Windows開發(fā)工具與多開發(fā)工具與多媒體技術(shù)，為用戶提供了多窗口環(huán)境媒體技術(shù)，為用戶提供了多窗口環(huán)境與更為良好用戶界面與更為良好用戶界面空間技術(shù)發(fā)展新階段（需求應(yīng)用）空間技術(shù)發(fā)展新階段（需求應(yīng)用） 1990s二、 GIS 的產(chǎn)生與發(fā)展第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念起步階段起步階段 發(fā)展階段發(fā)展階段 應(yīng)用階段應(yīng)用階段 成熟階段成熟階段 普及階段普及階段 1990s后

6、期到后期到21世紀(jì)初世紀(jì)初 應(yīng)用領(lǐng)域已達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域已達(dá)100多個(gè)多個(gè)廣義的地理空間性質(zhì)的自然資源管理、廣義的地理空間性質(zhì)的自然資源管理、國土整治及生態(tài)建設(shè)、土地及房地產(chǎn)管國土整治及生態(tài)建設(shè)、土地及房地產(chǎn)管理、市政工程及城市管理等理、市政工程及城市管理等 社會治安、消防、運(yùn)輸、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)、通社會治安、消防、運(yùn)輸、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)、通訊、環(huán)境保護(hù)、石油、氣象、水利、地訊、環(huán)境保護(hù)、石油、氣象、水利、地質(zhì)、農(nóng)林業(yè)等質(zhì)、農(nóng)林業(yè)等 向數(shù)據(jù)挖掘、模型模擬、預(yù)報(bào)與預(yù)測、向數(shù)據(jù)挖掘、模型模擬、預(yù)報(bào)與預(yù)測、智能化決策分析、虛擬現(xiàn)實(shí)地理信息系智能化決策分析、虛擬現(xiàn)實(shí)地理信息系統(tǒng)、統(tǒng)、WebGIS方向發(fā)展方向發(fā)展二、 GIS

7、的產(chǎn)生與發(fā)展第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念三、GIS的基本特征地圖是地理學(xué)的第二地圖是地理學(xué)的第二代語言，而代語言，而GISGIS將成為將成為地理學(xué)的第三代語言地理學(xué)的第三代語言陳述彭陳述彭影像表示的形體模型影像表示的形體模型（如遙感影像）（如遙感影像）地圖表示的地理模型地圖表示的地理模型數(shù)表展示的人文經(jīng)濟(jì)數(shù)表展示的人文經(jīng)濟(jì)社會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)社會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)GISGIS模型模型區(qū)域研究綜合區(qū)域研究綜合思維工具思維工具地理空間地理空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫適時(shí)提供多種空間的適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，和動(dòng)態(tài)的地理信息，用于決策服務(wù)用于決策服務(wù)第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念三、GIS的基本特征第一節(jié) 地理信息

8、系統(tǒng)的基本概念1.地理信息系統(tǒng)是一個(gè)空間型的信息系統(tǒng)，具有采集、管理、分析和地理信息系統(tǒng)是一個(gè)空間型的信息系統(tǒng)，具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力，具有空間性和動(dòng)態(tài)性。輸出多種地理空間信息的能力，具有空間性和動(dòng)態(tài)性。2. 以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有區(qū)域以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有區(qū)域空間分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測的能力?？臻g分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測的能力。3. GIS的操作對象是地理數(shù)據(jù)，既有空間數(shù)據(jù)，又有屬性數(shù)據(jù)，并通過的操作對象是地理數(shù)據(jù)，既有空間數(shù)據(jù)，又有屬性數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將二者聯(lián)系在一起共同管理、分析和應(yīng)用，從而提數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

9、將二者聯(lián)系在一起共同管理、分析和應(yīng)用，從而提供了認(rèn)識地理現(xiàn)象的一種新的方式方法。供了認(rèn)識地理現(xiàn)象的一種新的方式方法。三、GIS的基本特征第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念4. 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下，利用空間分析模型，完成空間地理數(shù)據(jù)管在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下，利用空間分析模型，完成空間地理數(shù)據(jù)管理、地理分析、地理決策。計(jì)算機(jī)支持是地理信息系統(tǒng)的重要特理、地理分析、地理決策。計(jì)算機(jī)支持是地理信息系統(tǒng)的重要特征。征。5. 能夠?qū)臻g信息數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化輸出，表達(dá)形象直觀，便于決策能夠?qū)臻g信息數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化輸出，表達(dá)形象直觀，便于決策應(yīng)用。應(yīng)用。6. 與地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、管理科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、遙感、與地球科學(xué)、

10、環(huán)境科學(xué)、管理科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、遙感、GPS、空間、空間數(shù)據(jù)庫、圖形圖像處理及各種應(yīng)用技術(shù)有著不可分割的密切關(guān)系。數(shù)據(jù)庫、圖形圖像處理及各種應(yīng)用技術(shù)有著不可分割的密切關(guān)系。四、GIS的類型第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念n 大致分為應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)和工具型地理信息系統(tǒng)。n 根據(jù)研究范圍，分為全球信息系統(tǒng)、區(qū)域信息系統(tǒng)和國家信息系統(tǒng)；n 根據(jù)其研究內(nèi)容，分為專題信息系統(tǒng)和綜合信息系統(tǒng)；n 按照使用的數(shù)據(jù)模型，分為矢量信息系統(tǒng)、柵格信息系統(tǒng)和矢柵混合系統(tǒng)等。 四、GIS的類型（一）專題信息系統(tǒng)（一）專題信息系統(tǒng)（Thematic Information SystemThematic Informat

11、ion System）l 森林動(dòng)態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)森林動(dòng)態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)l 水資源管理信息系統(tǒng)水資源管理信息系統(tǒng)l 礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)l 農(nóng)作物估產(chǎn)信息系統(tǒng)農(nóng)作物估產(chǎn)信息系統(tǒng)l 草場資源管理信息系統(tǒng)草場資源管理信息系統(tǒng)l 水土流失信息系統(tǒng)等水土流失信息系統(tǒng)等 具有有限目標(biāo)和專業(yè)特點(diǎn)的具有有限目標(biāo)和專業(yè)特點(diǎn)的GISGIS，為特定的專門目的服務(wù)。，為特定的專門目的服務(wù)。第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念（二）區(qū)域信息系統(tǒng)（二）區(qū)域信息系統(tǒng)（Regional Information SystemRegional Information System）以區(qū)域綜合研究和全面的信息服務(wù)為目標(biāo)以區(qū)域綜合

12、研究和全面的信息服務(wù)為目標(biāo)四、GIS的類型第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念l 加拿大國家信息系統(tǒng)加拿大國家信息系統(tǒng)l 美國橡樹嶺地區(qū)模式信息系統(tǒng)美國橡樹嶺地區(qū)模式信息系統(tǒng)l 美國圣地亞哥縣信息系統(tǒng)美國圣地亞哥縣信息系統(tǒng)l 我國黃河流域信息系統(tǒng)等我國黃河流域信息系統(tǒng)等自然分區(qū)或流域?yàn)閱挝蛔匀环謪^(qū)或流域?yàn)閱挝籰 國家級的區(qū)域信息系統(tǒng)國家級的區(qū)域信息系統(tǒng) l 地區(qū)或省級地區(qū)或省級l 市級和縣級等市級和縣級等行政分區(qū)行政分區(qū)l 北京市水土流失信息系統(tǒng)北京市水土流失信息系統(tǒng)l 海南島土地評價(jià)信息系統(tǒng)海南島土地評價(jià)信息系統(tǒng)l 河南省冬小麥估產(chǎn)信息系統(tǒng)等河南省冬小麥估產(chǎn)信息系統(tǒng)等 區(qū)域性專題信息系統(tǒng)區(qū)域性專題

13、信息系統(tǒng)四、GIS的類型第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念許多實(shí)際的地理信息系統(tǒng)是介于上述二者之間許多實(shí)際的地理信息系統(tǒng)是介于上述二者之間 （三）地理信息系統(tǒng)工具（三）地理信息系統(tǒng)工具（GIS ToolGIS Tool）一組具有圖形圖像數(shù)字化、存貯管理、查詢檢索、分析運(yùn)算一組具有圖形圖像數(shù)字化、存貯管理、查詢檢索、分析運(yùn)算和多種輸出等和多種輸出等GISGIS基本功能的軟件包基本功能的軟件包 l 專門設(shè)計(jì)研制的專門設(shè)計(jì)研制的l 在完成了實(shí)用在完成了實(shí)用GIS后抽取掉具體區(qū)域或?qū)ｎ}的地理空間數(shù)據(jù)后抽取掉具體區(qū)域或?qū)ｎ}的地理空間數(shù)據(jù)后得到的后得到的四、GIS的類型第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念五、GIS

14、的主要用途信息查詢信息查詢繪制圖件繪制圖件預(yù)測預(yù)報(bào)預(yù)測預(yù)報(bào)模擬分析模擬分析管理與決策管理與決策特定位置存在什么、周邊環(huán)境如何特定位置存在什么、周邊環(huán)境如何查找滿足一定條件的地方所處位置查找滿足一定條件的地方所處位置地圖：數(shù)據(jù)來源地圖：數(shù)據(jù)來源 / 一種成果一種成果過去及現(xiàn)在空間格局變化分析過去及現(xiàn)在空間格局變化分析 未來變化過程未來變化過程假設(shè)數(shù)據(jù)假設(shè)數(shù)據(jù)GIS進(jìn)行模擬進(jìn)行模擬分析可能結(jié)果分析可能結(jié)果與專家系統(tǒng)相結(jié)合，開發(fā)空間決策支持系統(tǒng)與專家系統(tǒng)相結(jié)合，開發(fā)空間決策支持系統(tǒng)第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本概念第二節(jié) GIS的構(gòu)成 一、硬件系統(tǒng)二、軟件系統(tǒng)三、地理空間數(shù)據(jù)四、系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員

15、一、硬件系統(tǒng)（一）硬件系統(tǒng)構(gòu)成（一）硬件系統(tǒng)構(gòu)成1.數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸入設(shè)備： 圖形手扶跟蹤數(shù)字化儀、大幅面圖形圖像掃描儀、圖形手扶跟蹤數(shù)字化儀、大幅面圖形圖像掃描儀、各種類型的數(shù)字測量設(shè)備、鍵盤、通訊端口等。各種類型的數(shù)字測量設(shè)備、鍵盤、通訊端口等。 第二節(jié) GIS的構(gòu)成 一、硬件系統(tǒng)（一）硬件系統(tǒng)構(gòu)成（一）硬件系統(tǒng)構(gòu)成2. 數(shù)據(jù)存貯設(shè)備數(shù)據(jù)存貯設(shè)備： 光盤、硬盤、磁帶及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。光盤、硬盤、磁帶及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。第二節(jié) GIS的構(gòu)成 硬盤硬盤 磁帶機(jī)磁帶機(jī) 磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器 磁盤陣列磁盤陣列 一、硬件系統(tǒng)（一）硬件系統(tǒng)構(gòu)成（一）硬件系統(tǒng)構(gòu)成3. 計(jì)算機(jī)主機(jī)計(jì)算機(jī)主機(jī)： 大型、中型

16、、小型機(jī)、工作站和微型計(jì)算機(jī)。大型、中型、小型機(jī)、工作站和微型計(jì)算機(jī)。第二節(jié) GIS的構(gòu)成 工作站工作站中型機(jī)中型機(jī) 小型機(jī)小型機(jī)大型機(jī)大型機(jī)微機(jī)微機(jī)一、硬件系統(tǒng)（一）硬件系統(tǒng)構(gòu)成（一）硬件系統(tǒng)構(gòu)成4. 數(shù)據(jù)輸出設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備： 圖形圖形/圖像顯示器、矢量圖像顯示器、矢量/柵格繪圖儀、行式柵格繪圖儀、行式/點(diǎn)陣打印機(jī)等。點(diǎn)陣打印機(jī)等。 第二節(jié) GIS的構(gòu)成 （二）硬件系統(tǒng)配置類型（二）硬件系統(tǒng)配置類型1. 簡單型配置簡單型配置2. 基本型配置基本型配置3. 專業(yè)型配置專業(yè)型配置4. 網(wǎng)絡(luò)型配置網(wǎng)絡(luò)型配置一、硬件系統(tǒng)第二節(jié) GIS的構(gòu)成 1. 簡單型配置簡單型配置滿足滿足GIS軟件軟件的基本要

17、求的基本要求 編輯編輯 查詢查詢 檢索檢索 分析分析 制表制表 制圖制圖 受限受限輸入設(shè)備輸入設(shè)備存儲設(shè)備存儲設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)更新成果表達(dá)成果表達(dá)-2. 基本型配置基本型配置 地理信息更新和表達(dá)地理信息更新和表達(dá) GISGIS功能全面發(fā)揮功能全面發(fā)揮 3. 專業(yè)型配置專業(yè)型配置高分辨率高分辨率圖形工作站圖形工作站圖像處理器圖像處理器全站型速測儀全站型速測儀GPS 接收機(jī)接收機(jī)4. 網(wǎng)絡(luò)型配置網(wǎng)絡(luò)型配置二、軟件系統(tǒng)第二節(jié) GIS的構(gòu)成 l 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)l 匯編程序匯編程序l 編譯程序編譯程序l 診斷程序診斷程序l 庫程序庫程序l 各種維護(hù)使用手各種維護(hù)使用手冊、程序說明等冊、

18、程序說明等 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件GIS GIS 軟件和其他支撐軟件軟件和其他支撐軟件應(yīng)用分析程序應(yīng)用分析程序l 數(shù)據(jù)庫管理軟件數(shù)據(jù)庫管理軟件l 計(jì)算機(jī)圖形軟件計(jì)算機(jī)圖形軟件包包l CADl 圖像處理軟件等圖像處理軟件等 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入 交互編輯交互編輯 數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作 查詢檢索查詢檢索 整飭輸出整飭輸出 用戶接口用戶接口 l 根據(jù)地理專題根據(jù)地理專題或區(qū)域分析?；騾^(qū)域分析模型編制的用于型編制的用于某種特定應(yīng)用某種特定應(yīng)用任務(wù)的程序，任務(wù)的程序，是系統(tǒng)功能的是系統(tǒng)功能的擴(kuò)充與延伸擴(kuò)充與延伸 三、地理空間數(shù)據(jù)（一）信息與數(shù)據(jù)（一）信息與數(shù)據(jù)第二節(jié) GIS的構(gòu)成 l 信

19、息（信息（information）是向人們或機(jī)器提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)的知）是向人們或機(jī)器提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體物理設(shè)備形式的改變識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體物理設(shè)備形式的改變而改變。而改變。l 數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)（data）是指某一目標(biāo)定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、）是指某一目標(biāo)定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、文字、符號、圖形、圖像以及它們所能轉(zhuǎn)換成的各種形式。文字、符號、圖形、圖像以及它們所能轉(zhuǎn)換成的各種形式。表表 示示數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)名稱 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)長度類類 型型數(shù)值型數(shù)據(jù)數(shù)值型數(shù)據(jù)字符型數(shù)據(jù)字符型數(shù)據(jù)圖表

20、數(shù)據(jù)圖表數(shù)據(jù)音頻數(shù)據(jù)音頻數(shù)據(jù)視頻數(shù)據(jù)視頻數(shù)據(jù)（二）地理信息與地理數(shù)據(jù)（二）地理信息與地理數(shù)據(jù)l 地理信息（地理信息（geographical information）關(guān)于地理圈（大氣、生物、）關(guān)于地理圈（大氣、生物、土壤、巖石、水）或地理環(huán)境中地理實(shí)體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動(dòng)狀土壤、巖石、水）或地理環(huán)境中地理實(shí)體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表征和一切有用的知識，是對地理數(shù)據(jù)的解釋。態(tài)的表征和一切有用的知識，是對地理數(shù)據(jù)的解釋。1. 1. 地理信息地理信息區(qū)區(qū) 域域 性性經(jīng)緯網(wǎng)等建立地理坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)空間位置標(biāo)識經(jīng)緯網(wǎng)等建立地理坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)空間位置標(biāo)識 多維結(jié)構(gòu)多維結(jié)構(gòu)二維空間基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多專題的第三維結(jié)構(gòu)二維空

21、間基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多專題的第三維結(jié)構(gòu) 時(shí)序特征時(shí)序特征超短期超短期 / / 短期短期 / / 中期中期 / / 長期長期 / / 超長期超長期 三、地理空間數(shù)據(jù)第二節(jié) GIS的構(gòu)成 l 地理數(shù)據(jù)（地理數(shù)據(jù)（geographical data）是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素）是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱，是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號化表示。和圖形等的總稱，是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號化表示。2. 2. 地理數(shù)據(jù)（地理數(shù)據(jù)（geographical datage

22、ographical data）（二）地理信息與地理數(shù)據(jù)（二）地理信息與地理數(shù)據(jù)三、地理空間數(shù)據(jù)第二節(jié) GIS的構(gòu)成 空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)（spatial data）單個(gè)的或群體的以空間位置為參照的數(shù)據(jù)，描述地物所在位單個(gè)的或群體的以空間位置為參照的數(shù)據(jù)，描述地物所在位置，或地物間的相對位置關(guān)系，如空間上的距離、鄰接、重置，或地物間的相對位置關(guān)系，如空間上的距離、鄰接、重疊、包含等。疊、包含等。屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)（attribute data）一定地物、描述其特征的定性或定量指標(biāo)，包括語義數(shù)據(jù)與一定地物、描述其特征的定性或定量指標(biāo)，包括語義數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，通常以數(shù)字、符號、文本和圖像等形式來表示。

23、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，通常以數(shù)字、符號、文本和圖像等形式來表示。時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)（temporal data）描述地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生時(shí)刻或時(shí)段的數(shù)據(jù)。描述地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生時(shí)刻或時(shí)段的數(shù)據(jù)。圖 形圖 像文 字表 格數(shù) 字?jǐn)?shù)字化儀數(shù)字化儀掃描儀掃描儀鍵鍵 盤盤磁帶機(jī)磁帶機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)建立者建立者GISl 是系統(tǒng)程序作用的對象是系統(tǒng)程序作用的對象l 是是GIS所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過模型抽象的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過模型抽象的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容l 以地球表面空間位置為參照的自然、社會和人文經(jīng)濟(jì)景觀數(shù)據(jù)以地球表面空間位置為參照的自然、社會和人文經(jīng)濟(jì)景觀數(shù)據(jù)三、地理空間數(shù)據(jù)第二節(jié) GIS的構(gòu)成 （三）地理

24、空間數(shù)據(jù)（三）地理空間數(shù)據(jù) 四、系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員骨架：計(jì)算機(jī)硬件骨架：計(jì)算機(jī)硬件 精髓：精髓：GISGIS軟件軟件 血液：地理數(shù)據(jù)血液：地理數(shù)據(jù) 大腦：大腦：GISGIS用戶用戶 系統(tǒng)組織、管理、維護(hù)系統(tǒng)組織、管理、維護(hù)數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)擴(kuò)充完善、應(yīng)用程序開發(fā)數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)擴(kuò)充完善、應(yīng)用程序開發(fā)靈活采用地理分析模型提取多種信息靈活采用地理分析模型提取多種信息第二節(jié) GIS的構(gòu)成 第三節(jié) GIS的基本原理一、地理空間數(shù)據(jù)與地圖二、地圖的基本原理三、數(shù)字地圖的存儲、顯示與輸出四、GIS的空間數(shù)據(jù)管理五、GIS的空間數(shù)據(jù)分析與處理一、地理空間數(shù)據(jù)與地圖l 地理空間數(shù)據(jù)地理空間數(shù)據(jù)-表格或地圖表示

25、表格或地圖表示l 地圖（地圖（map）是經(jīng)過概括并用形象符號表示的地球表面在平面上的）是經(jīng)過概括并用形象符號表示的地球表面在平面上的圖形，用來表示各種自然和社會現(xiàn)象的分布狀況和聯(lián)系。圖形，用來表示各種自然和社會現(xiàn)象的分布狀況和聯(lián)系。l 地圖是一種圖解圖像模型，可以獲得一個(gè)地區(qū)或整個(gè)地球表面的地圖是一種圖解圖像模型，可以獲得一個(gè)地區(qū)或整個(gè)地球表面的同一時(shí)間的空間表象。同一時(shí)間的空間表象。l 地圖表達(dá)的對象可以是具體的（如居民點(diǎn)、植被、土壤等）和抽地圖表達(dá)的對象可以是具體的（如居民點(diǎn)、植被、土壤等）和抽象的（如人口密度、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、影響范圍）、現(xiàn)實(shí)的（如河網(wǎng)、象的（如人口密度、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、影響范圍

26、）、現(xiàn)實(shí)的（如河網(wǎng)、道路、城市土地利用）和預(yù)期的（如規(guī)劃的灌溉網(wǎng)、規(guī)劃的道路道路、城市土地利用）和預(yù)期的（如規(guī)劃的灌溉網(wǎng)、規(guī)劃的道路和土地利用規(guī)劃）。還可表示自然現(xiàn)象的發(fā)生發(fā)展過程，如表示和土地利用規(guī)劃）。還可表示自然現(xiàn)象的發(fā)生發(fā)展過程，如表示城市化過程的城市擴(kuò)散圖、土地利用變化圖，反映土壤侵蝕速率城市化過程的城市擴(kuò)散圖、土地利用變化圖，反映土壤侵蝕速率圖等。圖等。第三節(jié) GIS的基本原理二、地圖的基本原理第三節(jié) GIS的基本原理（一）地圖上的坐標(biāo)及坐標(biāo)映射體系（一）地圖上的坐標(biāo)及坐標(biāo)映射體系 l 地圖實(shí)際上是將地球表面的特征以點(diǎn)、線、面的形式映射到一個(gè)地圖實(shí)際上是將地球表面的特征以點(diǎn)、線、面

27、的形式映射到一個(gè)二維平面上，通過采用平面坐標(biāo)系（二維平面上，通過采用平面坐標(biāo)系（planar coordinate systems）確定地圖位置與地面位置的對應(yīng)關(guān)系。確定地圖位置與地面位置的對應(yīng)關(guān)系。l 平面坐標(biāo)系又稱平面坐標(biāo)系又稱xy坐標(biāo)系或笛卡爾坐標(biāo)系（坐標(biāo)系或笛卡爾坐標(biāo)系（Cartesian coordinate systems）。）。l 位置總是與坐標(biāo)（位置總是與坐標(biāo)（x,y）密切相聯(lián)。地球是個(gè)橢圓形的球體，經(jīng)度）密切相聯(lián)。地球是個(gè)橢圓形的球體，經(jīng)度和緯度常用于表示地球表面上任何一點(diǎn)的位置，其單位為度、分、和緯度常用于表示地球表面上任何一點(diǎn)的位置，其單位為度、分、秒（秒（DMS）。但是

28、，經(jīng)度和緯度不能用作平面坐標(biāo)系中的）。但是，經(jīng)度和緯度不能用作平面坐標(biāo)系中的x、y坐坐標(biāo)，因?yàn)橥瑯拥慕?jīng)度差所反映的地面距離是隨緯度而變的。例如，標(biāo)，因?yàn)橥瑯拥慕?jīng)度差所反映的地面距離是隨緯度而變的。例如，度的經(jīng)度差值間的地面距離，在赤道上是度的經(jīng)度差值間的地面距離，在赤道上是111公里，在兩極上則公里，在兩極上則為為0。二、地圖的基本原理第三節(jié) GIS的基本原理（一）地圖上的坐標(biāo)及坐標(biāo)映射體系（一）地圖上的坐標(biāo)及坐標(biāo)映射體系 l 根據(jù)不同的需要，采用適合的坐標(biāo)映射體系將地球表面映射到平面上。根據(jù)不同的需要，采用適合的坐標(biāo)映射體系將地球表面映射到平面上。l 常用的映射體系有若干種，各自都在不同方面

29、產(chǎn)生某些程度的失真：常用的映射體系有若干種，各自都在不同方面產(chǎn)生某些程度的失真： 名名 稱稱形狀形狀面積面積距離距離方向方向備注備注麥開托（麥開托（Mercator）不失真不失真確定失真確定失真愈近兩極，愈近兩極，失真愈大失真愈大有些失真有些失真通用橫向麥開托（通用橫向麥開托（Universal Transverse Mercator）不失真不失真愈遠(yuǎn)離中央經(jīng)愈遠(yuǎn)離中央經(jīng)線，失真愈大線，失真愈大失真情況同失真情況同面積面積有些失真有些失真在映射大面積區(qū)在映射大面積區(qū)域時(shí)不適用。域時(shí)不適用。橫向麥開托（橫向麥開托（Transverse Mercator）不失真不失真確定失真確定失真有些失真有些失

30、真有些失真有些失真艾爾伯斯等積錐（艾爾伯斯等積錐（Albers Equal-Area Conic）有些失真有些失真不失真不失真有些失真有些失真有些失真有些失真蘭伯特等形錐（蘭伯特等形錐（Lambert Conformal Conic）不失真不失真有些失真有些失真有些失真有些失真有些失真有些失真二、地圖的基本原理第三節(jié) GIS的基本原理（二）地理信息在地圖上的表示（二）地理信息在地圖上的表示 類類 別別地理特征的地理特征的舉例：城市舉例：城市地圖元素地圖元素空間信息空間信息spatial 位置和形狀以及特征位置和形狀以及特征之間空間關(guān)系之間空間關(guān)系經(jīng)緯坐標(biāo)經(jīng)緯坐標(biāo)點(diǎn)、線、面點(diǎn)、線、面屬性信息屬性

31、信息attribute 非空間屬性的描述性非空間屬性的描述性信息信息城市名稱、級別、城市名稱、級別、人口等人口等符號、文字、顏色等符號、文字、顏色等二、地圖的基本原理第三節(jié) GIS的基本原理（二）地理信息在地圖上的表示（二）地理信息在地圖上的表示 1 1空間信息在地圖上的表示空間信息在地圖上的表示點(diǎn)（點(diǎn)（Point）：）： 用一個(gè)獨(dú)立的位置來代表，具有一對（用一個(gè)獨(dú)立的位置來代表，具有一對（x，y）坐）坐標(biāo)和至少一個(gè)屬性，邏輯上不能再分。標(biāo)和至少一個(gè)屬性，邏輯上不能再分。太小而無法用線特征和面積特征來表示太小而無法用線特征和面積特征來表示不具備面積特征（如油井、道路交叉點(diǎn)等）不具備面積特征（如

32、油井、道路交叉點(diǎn)等）在某個(gè)比例尺或分辨率以及某個(gè)特殊問題在某個(gè)比例尺或分辨率以及某個(gè)特殊問題二、地圖的基本原理第三節(jié) GIS的基本原理（二）地理信息在地圖上的表示（二）地理信息在地圖上的表示 1 1空間信息在地圖上的表示空間信息在地圖上的表示線（線（Line）：）： 是具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，由一組有序的坐是具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，由一組有序的坐標(biāo)點(diǎn)相連接而成，線上每個(gè)點(diǎn)有不多于二個(gè)的鄰點(diǎn)。標(biāo)點(diǎn)相連接而成，線上每個(gè)點(diǎn)有不多于二個(gè)的鄰點(diǎn)。寬度太窄小而無法表示為一個(gè)面積區(qū)域（如水寬度太窄小而無法表示為一個(gè)面積區(qū)域（如水渠、道路）渠、道路）本身就沒有寬度（如地形等高線，區(qū)域邊界，本身就沒有寬度（如地

33、形等高線，區(qū)域邊界，地質(zhì)界線等）地質(zhì)界線等）二、地圖的基本原理第三節(jié) GIS的基本原理（二）地理信息在地圖上的表示（二）地理信息在地圖上的表示 1 1空間信息在地圖上的表示空間信息在地圖上的表示面（面（Area）：）： 是所有具相同屬性的點(diǎn)的集合，由一個(gè)封是所有具相同屬性的點(diǎn)的集合，由一個(gè)封閉的圖形區(qū)來代表，其邊界包圍著同一性質(zhì)的一個(gè)區(qū)域，閉的圖形區(qū)來代表，其邊界包圍著同一性質(zhì)的一個(gè)區(qū)域，其內(nèi)部點(diǎn)可以有多于三個(gè)的鄰點(diǎn)，面內(nèi)點(diǎn)具有至少一個(gè)相其內(nèi)部點(diǎn)可以有多于三個(gè)的鄰點(diǎn)，面內(nèi)點(diǎn)具有至少一個(gè)相同屬性。如同一土地類型、同一行政區(qū)劃等。同屬性。如同一土地類型、同一行政區(qū)劃等。2 2屬性信息在地圖上的表示

34、屬性信息在地圖上的表示l 圖例空間實(shí)體與非空間屬性的聯(lián)系圖例空間實(shí)體與非空間屬性的聯(lián)系二、地圖的基本原理第三節(jié) GIS的基本原理（二）地理信息在地圖上的表示（二）地理信息在地圖上的表示 三、數(shù)字地圖的存儲、顯示與輸出l 數(shù)字地圖是指與傳統(tǒng)的地圖相區(qū)別的、在數(shù)字地圖是指與傳統(tǒng)的地圖相區(qū)別的、在GIS中中以數(shù)據(jù)庫形式保存的地理信息。以數(shù)據(jù)庫形式保存的地理信息。l GIS并不以圖形或圖像文件的形式保存地圖，而并不以圖形或圖像文件的形式保存地圖，而是存儲著地圖元件的空間信息數(shù)據(jù)庫和描述性是存儲著地圖元件的空間信息數(shù)據(jù)庫和描述性信息數(shù)據(jù)庫。信息數(shù)據(jù)庫。l GIS中信息分為空間信息和屬性信息兩種中信息分為

35、空間信息和屬性信息兩種 第三節(jié) GIS的基本原理（一）空間信息的存儲（一）空間信息的存儲l GIS中也采用平面坐標(biāo)系，通過中也采用平面坐標(biāo)系，通過點(diǎn)、線、面三種基本地圖元素點(diǎn)、線、面三種基本地圖元素來反映空間信息。來反映空間信息。元元 素素別別 名名表示方法表示方法點(diǎn)點(diǎn)一個(gè)獨(dú)立的一個(gè)獨(dú)立的（x，y）坐標(biāo)）坐標(biāo)對對線段線段弧弧 arc一系列有序的一系列有序的（x，y）坐標(biāo)）坐標(biāo)對對面面： 由由一條或多一條或多條弧圍成條弧圍成多邊形多邊形polygon一系列有序的一系列有序的（x，y）坐標(biāo)）坐標(biāo)對，其中起點(diǎn)對，其中起點(diǎn)與終點(diǎn)的坐標(biāo)與終點(diǎn)的坐標(biāo)相同。相同。點(diǎn)號點(diǎn)號坐標(biāo)坐標(biāo)（x，y）12,423,23

36、5,346,2l 由于同一種元素往往不只一個(gè)，所以，要對每一個(gè)元素賦于一由于同一種元素往往不只一個(gè)，所以，要對每一個(gè)元素賦于一個(gè)順序號或標(biāo)識符，存儲時(shí)順序號與坐標(biāo)（或坐標(biāo)系列）保持個(gè)順序號或標(biāo)識符，存儲時(shí)順序號與坐標(biāo)（或坐標(biāo)系列）保持一一對應(yīng)的關(guān)系一一對應(yīng)的關(guān)系 （一）空間信息的存儲（一）空間信息的存儲弧號弧號坐標(biāo)對坐標(biāo)對（x，y）系列）系列11,53,66,57,621,12,34,2.56,3 7,3l 由于同一種元素往往不只一個(gè)，所以，要對每一個(gè)元素賦于一由于同一種元素往往不只一個(gè)，所以，要對每一個(gè)元素賦于一個(gè)順序號或標(biāo)識符，存儲時(shí)順序號與坐標(biāo)（或坐標(biāo)系列）保持個(gè)順序號或標(biāo)識符，存儲時(shí)順

37、序號與坐標(biāo)（或坐標(biāo)系列）保持一一對應(yīng)的關(guān)系一一對應(yīng)的關(guān)系 （一）空間信息的存儲（一）空間信息的存儲多邊多邊形號形號坐標(biāo)對坐標(biāo)對（x,y）系列）系列11,42,6 3,6 4,5 2,3.51,422,23,34,3 5,4 6,25,13,12,2l 由于同一種元素往往不只一個(gè)，所以，要對每一個(gè)元素賦于一由于同一種元素往往不只一個(gè)，所以，要對每一個(gè)元素賦于一個(gè)順序號或標(biāo)識符，存儲時(shí)順序號與坐標(biāo)（或坐標(biāo)系列）保持個(gè)順序號或標(biāo)識符，存儲時(shí)順序號與坐標(biāo)（或坐標(biāo)系列）保持一一對應(yīng)的關(guān)系一一對應(yīng)的關(guān)系 （一）空間信息的存儲（一）空間信息的存儲l 在數(shù)字地圖中，各對象之間的空間關(guān)系通過用拓?fù)鋵W(xué)在數(shù)字地圖中

38、，各對象之間的空間關(guān)系通過用拓?fù)鋵W(xué)（topology）的方法來表述。）的方法來表述。 l 拓?fù)涫怯脕砬宄卮_定物體之間的空間位置關(guān)系的一拓?fù)涫怯脕砬宄卮_定物體之間的空間位置關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法種數(shù)學(xué)方法 。l 在在GIS中應(yīng)用拓?fù)鋵W(xué)，可使數(shù)據(jù)的存儲更加高效，便中應(yīng)用拓?fù)鋵W(xué)，可使數(shù)據(jù)的存儲更加高效，便于更快地處理更大量的數(shù)據(jù)。于更快地處理更大量的數(shù)據(jù)。（一）空間信息的存儲（一）空間信息的存儲GIS中的拓?fù)鋵W(xué)概念：中的拓?fù)鋵W(xué)概念：l 弧與弧相互連接于節(jié)點(diǎn)弧與弧相互連接于節(jié)點(diǎn)l 多邊形由相互連接的弧圍成多邊形由相互連接的弧圍成l 弧具有方向，并且有左右鄰面弧具有方向，并且有左右鄰面軌點(diǎn)軌點(diǎn)verti

39、ces弧上的點(diǎn)弧上的點(diǎn)確定弧的形狀確定弧的形狀節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)nodes弧的端點(diǎn)弧的端點(diǎn)每條弧具有兩每條弧具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（起始個(gè)節(jié)點(diǎn)（起始節(jié)點(diǎn)和終了節(jié)節(jié)點(diǎn)和終了節(jié)點(diǎn)）點(diǎn)）弧和弧于弧和弧于結(jié)點(diǎn)處相結(jié)點(diǎn)處相連接連接（一）空間信息的存儲（一）空間信息的存儲2 2：弧編號：弧編號 （6 6）：節(jié)點(diǎn)編號）：節(jié)點(diǎn)編號 ：多邊形編號：多邊形編號弧弧號號始節(jié)點(diǎn)始節(jié)點(diǎn) 終結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)x,y 坐標(biāo)坐標(biāo)對對1135,3 5,5 8,52348,5 20,5 20,434520,4 20,1 18,145118,1 5,1 5,35237,4 8,56217,4 6,3 7628779641065弧弧- -節(jié)點(diǎn)的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的拓?fù)涠?/p>

40、邊多邊形號形號弧弧 系系 列列24，6，7，10，833，10，947，5，2，951，5，668多邊形多邊形- -弧的拓?fù)浠〉耐負(fù)? 2：弧編號：弧編號 （6 6）：節(jié)點(diǎn)編號）：節(jié)點(diǎn)編號 ：多邊形編號：多邊形編號弧號弧號左側(cè)左側(cè)多邊形多邊形右側(cè)右側(cè)多邊形多邊形1152143134125546257248269431032弧弧- -左右多邊形拓?fù)渥笥叶噙呅瓮負(fù)? 2：弧編號：弧編號 （6 6）：節(jié)點(diǎn)編號）：節(jié)點(diǎn)編號 ：多邊形編號：多邊形編號在在GIS數(shù)據(jù)文件中，空間信息存儲的記錄結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)文件中，空間信息存儲的記錄結(jié)構(gòu)：點(diǎn)點(diǎn)弧弧多邊形多邊形字段數(shù)字段數(shù)262字段字段點(diǎn)代號點(diǎn)代號弧代號弧代號多邊

41、形代號多邊形代號坐標(biāo)對坐標(biāo)對起始結(jié)點(diǎn)起始結(jié)點(diǎn)弧代號系列弧代號系列終了結(jié)點(diǎn)終了結(jié)點(diǎn)左側(cè)多邊形代號左側(cè)多邊形代號右側(cè)多邊形代號右側(cè)多邊形代號坐標(biāo)對系列坐標(biāo)對系列（二）屬性信息的存儲（二）屬性信息的存儲l 與空間信息的存儲很相似，記錄的字段數(shù)（即與空間信息的存儲很相似，記錄的字段數(shù)（即項(xiàng)目數(shù)）因該特征具有的信息項(xiàng)數(shù)而異。項(xiàng)目數(shù)）因該特征具有的信息項(xiàng)數(shù)而異。l 一個(gè)地理特征的屬性信息數(shù)據(jù)文件更象一個(gè)表一個(gè)地理特征的屬性信息數(shù)據(jù)文件更象一個(gè)表格格, 每一條記錄就相當(dāng)于一個(gè)表行，所以，描述每一條記錄就相當(dāng)于一個(gè)表行，所以，描述性信息數(shù)據(jù)文件又叫做特征屬性表（性信息數(shù)據(jù)文件又叫做特征屬性表（Feature

42、attribute table）。）。區(qū)域道路圖區(qū)域道路圖弧號弧號坐標(biāo)對系列坐標(biāo)對系列1 3,5 5,52 5,5 8,53 8,5 11,54 6,9 5,8 5,7 5,6 5,55 5,5 4,4 4,16 8,5 8,7道路圖的空間數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)道路圖的空間數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)弧號弧號類型類型路面材料路面材料寬度寬度車道數(shù)車道數(shù)名名 稱稱1 一級一級公路公路瀝青瀝青484N Main ST2 一級一級公路公路瀝青瀝青484N Main ST3 一級一級公路公路瀝青瀝青484N Main ST4 高速高速公路公路混凝土混凝土604Highway 425 高速高速公路公路混凝土混凝土604Highw

43、ay 426 居民區(qū)居民區(qū)街道街道瀝青瀝青322Elm ST道路圖的屬性數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)道路圖的屬性數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)（三）數(shù)據(jù)文件間的連接（三）數(shù)據(jù)文件間的連接l 在空間和屬性數(shù)據(jù)文件中，有一個(gè)共同字段，即識別碼在空間和屬性數(shù)據(jù)文件中，有一個(gè)共同字段，即識別碼（ID ）可以是記錄號，也可以是用戶指定的識別代）可以是記錄號，也可以是用戶指定的識別代號。必須是唯一的。號。必須是唯一的。l GIS通過識別碼存取和交換信息，在空間信息數(shù)據(jù)和描述通過識別碼存取和交換信息，在空間信息數(shù)據(jù)和描述性信息數(shù)據(jù)之間建立一一對應(yīng)關(guān)系。性信息數(shù)據(jù)之間建立一一對應(yīng)關(guān)系。l 通過用識別碼作橋梁，可以將空間信息和屬性信息合并存通過

44、用識別碼作橋梁，可以將空間信息和屬性信息合并存儲，也可以將同一空間對象的兩個(gè)或多個(gè)特征屬性表合并儲，也可以將同一空間對象的兩個(gè)或多個(gè)特征屬性表合并為一個(gè)文件存儲。為一個(gè)文件存儲。（四）數(shù)字地圖的顯示與輸出（四）數(shù)字地圖的顯示與輸出數(shù)字地圖顯示數(shù)字地圖顯示l GIS能實(shí)時(shí)地訪問空間信息數(shù)據(jù)庫并讀取其中的空間信息能實(shí)時(shí)地訪問空間信息數(shù)據(jù)庫并讀取其中的空間信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出相應(yīng)的圖形。數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出相應(yīng)的圖形。在在ArcView GIS中，稱之為中，稱之為“添加主題添加主題”。 l GIS同時(shí)訪問相應(yīng)的屬性信息數(shù)據(jù)庫，打開對應(yīng)的特征屬同時(shí)訪問相應(yīng)的屬性

45、信息數(shù)據(jù)庫，打開對應(yīng)的特征屬性表，并通過識別碼在二者之間建立聯(lián)系。用戶可方便性表，并通過識別碼在二者之間建立聯(lián)系。用戶可方便地進(jìn)行雙向查詢。地進(jìn)行雙向查詢。（四）數(shù)字地圖的顯示與輸出（四）數(shù)字地圖的顯示與輸出數(shù)字地圖輸出數(shù)字地圖輸出也可以把結(jié)果按一定的比例放大也可以把結(jié)果按一定的比例放大或縮小并轉(zhuǎn)換為一個(gè)或縮小并轉(zhuǎn)換為一個(gè)BMP或其它或其它格式的圖形文件，供圖形圖像軟格式的圖形文件，供圖形圖像軟件處理。件處理。第三節(jié) GIS的基本原理四、GIS的空間數(shù)據(jù)管理（一）（一）GISGIS的數(shù)據(jù)來源的數(shù)據(jù)來源 l 現(xiàn)有的地圖現(xiàn)有的地圖 數(shù)字化儀掃描儀數(shù)字化儀掃描儀l 以計(jì)算機(jī)圖形圖像文件形式存放的影像

46、資料（衛(wèi)片及航片等）以計(jì)算機(jī)圖形圖像文件形式存放的影像資料（衛(wèi)片及航片等）l 表格資料表格資料 直接顯示為視圖特征屬性表數(shù)據(jù)庫文件及文本文件直接顯示為視圖特征屬性表數(shù)據(jù)庫文件及文本文件l 繪圖軟件（如繪圖軟件（如Auto CAD）繪制的圖形）繪制的圖形l 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù)l 全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)第三節(jié) GIS的基本原理四、GIS的空間數(shù)據(jù)管理（二）（二）GISGIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 類型類型定義定義優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)矢量矢量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)用在坐標(biāo)參考系中的坐用在坐標(biāo)參考系中的坐標(biāo)來定義點(diǎn)、線、面等標(biāo)來定義點(diǎn)、線、面等地理要素的空間位置地理要素的空間位置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗數(shù)

47、據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低，有利于網(wǎng)余度低，有利于網(wǎng)絡(luò)和檢索分析，圖絡(luò)和檢索分析，圖形顯示質(zhì)量好、精形顯示質(zhì)量好、精度高度高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多復(fù)雜，多邊形疊加邊形疊加分析比較分析比較困難困難柵格柵格數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)將地球表面劃分為大小將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，以規(guī)則陣列來表示列，以規(guī)則陣列來表示空間地物或者現(xiàn)象分布空間地物或者現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織的數(shù)據(jù)組織數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，便數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，便于空間分析和地表于空間分析和地表模擬，顯示性較強(qiáng)模擬，顯示性較強(qiáng)數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)量大，投影轉(zhuǎn)換投影轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜比較復(fù)雜第三節(jié) GIS的基本原理四、GIS的空間數(shù)據(jù)管理（二）（二

48、）GISGIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第三節(jié) GIS的基本原理四、GIS的空間數(shù)據(jù)管理l 空間數(shù)據(jù)編碼是根據(jù)地理信息系統(tǒng)的目的和任務(wù)所收集的、空間數(shù)據(jù)編碼是根據(jù)地理信息系統(tǒng)的目的和任務(wù)所收集的、經(jīng)過審核的地形圖、專題地圖和遙感影像等資料按照特定的經(jīng)過審核的地形圖、專題地圖和遙感影像等資料按照特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適合于計(jì)算機(jī)存儲和處理的數(shù)據(jù)的過程。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適合于計(jì)算機(jī)存儲和處理的數(shù)據(jù)的過程。l 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼方式主要有坐標(biāo)序列編碼、樹狀索引編碼矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼方式主要有坐標(biāo)序列編碼、樹狀索引編碼和二元拓?fù)渚幋a等。和二元拓?fù)渚幋a等。l 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼方式主要有直接?xùn)鸥窬幋a、鏈碼、行

49、程編柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼方式主要有直接?xùn)鸥窬幋a、鏈碼、行程編碼、塊碼、四叉樹碼等。碼、塊碼、四叉樹碼等。 （二）（二）GISGIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) l矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1 1）矢量數(shù)據(jù)的概念）矢量數(shù)據(jù)的概念l 在圖面上，空間目標(biāo)的點(diǎn)、線、面等特征用采樣點(diǎn)在圖面上，空間目標(biāo)的點(diǎn)、線、面等特征用采樣點(diǎn)x、y坐標(biāo)對記錄的數(shù)據(jù)，即為矢量數(shù)據(jù)。坐標(biāo)對記錄的數(shù)據(jù)，即為矢量數(shù)據(jù)。l 在在GIS中，除了記錄空間目標(biāo)的幾何圖形數(shù)據(jù)外，還要考中，除了記錄空間目標(biāo)的幾何圖形數(shù)據(jù)外，還要考慮與這個(gè)目標(biāo)有關(guān)的屬性信息以及空間目標(biāo)之間的相互慮與這個(gè)目標(biāo)有關(guān)的屬性信息以及空間目標(biāo)之間的相互關(guān)系，以滿足空間查

50、詢和空間分析的需要。關(guān)系，以滿足空間查詢和空間分析的需要。l 屬性數(shù)據(jù)通常用表格方式存貯，一般用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理屬性數(shù)據(jù)通常用表格方式存貯，一般用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理l 幾何圖形數(shù)據(jù)，則涉及空間拓?fù)潢P(guān)系幾何圖形數(shù)據(jù)，則涉及空間拓?fù)潢P(guān)系l矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2 2）矢量拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）矢量拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) l 來自遙感、數(shù)字?jǐn)z影測量的數(shù)據(jù)、掃描的數(shù)據(jù)和格網(wǎng)數(shù)字地面模型都是柵格形式。來自遙感、數(shù)字?jǐn)z影測量的數(shù)據(jù)、掃描的數(shù)據(jù)和格網(wǎng)數(shù)字地面模型都是柵格形式。l 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，易于快速進(jìn)行空間疊加和空間分析，節(jié)省空間。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，易于快速進(jìn)行空間疊加和空間分析，節(jié)省空

51、間。2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1 1）柵格矩陣）柵格矩陣 l 柵格數(shù)據(jù)是二維表面上地理數(shù)據(jù)的離散量化值。每一層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)是二維表面上地理數(shù)據(jù)的離散量化值。每一層的象元值組成象元陣列（即二維數(shù)組），其中行、列號的象元值組成象元陣列（即二維數(shù)組），其中行、列號表示它的位置表示它的位置 x y y yy x x xy y y xy y x x 在計(jì)算機(jī)內(nèi)，這個(gè)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，這個(gè)44階的矩陣通階的矩陣通常是以左上角開始逐行逐列存貯常是以左上角開始逐行逐列存貯 ：xyyyyxxxyyyxyyxx x y y yy x x xy y y xy y x x 1x3y1y3x3y1x2y2x8對對節(jié)省了空間節(jié)省

52、了空間l 地理數(shù)據(jù)一般有較強(qiáng)的相關(guān)性，就是說相鄰象元的值往往是地理數(shù)據(jù)一般有較強(qiáng)的相關(guān)性，就是說相鄰象元的值往往是相同的。這樣就可以用某種編碼方法來進(jìn)行壓縮。相同的。這樣就可以用某種編碼方法來進(jìn)行壓縮。l 按行掃描，將相鄰等值的象元合并，并記錄行程長度和它的按行掃描，將相鄰等值的象元合并，并記錄行程長度和它的值，稱為行程編碼。值，稱為行程編碼。 2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2 2）行程編碼）行程編碼l 如果在行與行之間不間斷地連續(xù)編碼，則有：如果在行與行之間不間斷地連續(xù)編碼，則有：1x4y3x3y1x2y2x=7對對l 以柵格數(shù)據(jù)二維空間分布的特點(diǎn)，將空間區(qū)域按照四個(gè)象限進(jìn)以柵格數(shù)據(jù)二維空間分

53、布的特點(diǎn)，將空間區(qū)域按照四個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割（行遞歸分割（2n2n且且nl），直到子象限數(shù)值單調(diào)為止，最后），直到子象限數(shù)值單調(diào)為止，最后得到一棵四分叉的倒向樹。得到一棵四分叉的倒向樹。3 3）四叉樹編碼）四叉樹編碼2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 類型類型特點(diǎn)特點(diǎn)指針指針?biāo)牟鏄渌牟鏄湓谧咏Y(jié)點(diǎn)與父結(jié)點(diǎn)之間設(shè)立指針，由于指針占用的在子結(jié)點(diǎn)與父結(jié)點(diǎn)之間設(shè)立指針，由于指針占用的空間較大，難以達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的空間較大，難以達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的線性線性四叉樹四叉樹不需要記錄中間結(jié)點(diǎn)和使用指針，僅記錄葉結(jié)點(diǎn)，不需要記錄中間結(jié)點(diǎn)和使用指針，僅記錄葉結(jié)點(diǎn)，并用地址碼表示葉結(jié)點(diǎn)的位置并用地址碼表示葉結(jié)點(diǎn)的位置3 3）

54、四叉樹編碼）四叉樹編碼2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 四叉樹壓縮編碼原理圖四叉樹壓縮編碼原理圖 l 雖然柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn)，但柵格結(jié)構(gòu)精雖然柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn)，但柵格結(jié)構(gòu)精度低，并難以建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。度低，并難以建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。l 這些缺點(diǎn)正好可以用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加以克服，這些缺點(diǎn)正好可以用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加以克服，所以許多所以許多GIS既含有柵格結(jié)構(gòu)又保持矢量結(jié)構(gòu)，既含有柵格結(jié)構(gòu)又保持矢量結(jié)構(gòu)，以形成一種混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并提供空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以形成一種混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并提供空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。功能。 3. 矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)l 數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的工具，它是衡

55、量數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的工具，它是衡量數(shù)據(jù)庫能力強(qiáng)弱的主要標(biāo)志之一。數(shù)據(jù)庫能力強(qiáng)弱的主要標(biāo)志之一。類型類型層次模型層次模型一對多一對多 （樹形結(jié)構(gòu)（樹形結(jié)構(gòu) ）網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型無主從關(guān)系無主從關(guān)系 關(guān)系模型關(guān)系模型數(shù)學(xué)化模型，將數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為數(shù)學(xué)化模型，將數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定條件的二維表，亦稱關(guān)系滿足一定條件的二維表，亦稱關(guān)系 （三）（三）GISGIS的數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)模型第三節(jié) GIS的基本原理四、GIS的空間數(shù)據(jù)管理第三節(jié) GIS的基本原理四、GIS的空間數(shù)據(jù)管理（四）矢量與柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換（四）矢量與柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換l 矢量數(shù)據(jù)包含有拓?fù)湫畔?，而柵格?shù)據(jù)則

56、易于表示面狀矢量數(shù)據(jù)包含有拓?fù)湫畔?，而柵格?shù)據(jù)則易于表示面狀要素，特別是地圖數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)的混合處理，已成為要素，特別是地圖數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)的混合處理，已成為當(dāng)前地理信息系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。當(dāng)前地理信息系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。l 系統(tǒng)對矢量、柵格和專業(yè)數(shù)據(jù)的共同管理和處理，已成系統(tǒng)對矢量、柵格和專業(yè)數(shù)據(jù)的共同管理和處理，已成為空間信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本標(biāo)準(zhǔn)，這種共同管理和處理為空間信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本標(biāo)準(zhǔn)，這種共同管理和處理的主要內(nèi)容就是矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換、的主要內(nèi)容就是矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換、表示和運(yùn)算。表示和運(yùn)算。 第三節(jié) GIS的基本原理四、GIS的空間數(shù)據(jù)管理（四）矢量與柵

57、格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換（四）矢量與柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換l 矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的根本任務(wù)是通過一個(gè)有限的矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的根本任務(wù)是通過一個(gè)有限的工作存儲區(qū)，使得矢量和柵格數(shù)據(jù)之間不可避免的讀寫工作存儲區(qū)，使得矢量和柵格數(shù)據(jù)之間不可避免的讀寫操作，限制在最短的時(shí)間范圍內(nèi)。操作，限制在最短的時(shí)間范圍內(nèi)。l 根據(jù)轉(zhuǎn)換處理時(shí)，基于弧段數(shù)據(jù)文件和多邊形數(shù)據(jù)文件根據(jù)轉(zhuǎn)換處理時(shí)，基于弧段數(shù)據(jù)文件和多邊形數(shù)據(jù)文件的不同，分別采用不同的算法：的不同，分別采用不同的算法：（1）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法（2）復(fù)數(shù)積分算法）復(fù)數(shù)積分算法（3）射線算法和掃描算法）射線算法和掃描算法（4）邊界代數(shù)算法）邊界代數(shù)算法第

58、三節(jié) GIS的基本原理四、GIS的空間數(shù)據(jù)管理（四）矢量與柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換（四）矢量與柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換l 柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換是提取具有相同編號的柵格柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換是提取具有相同編號的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓?fù)潢P(guān)系，并表集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓?fù)潢P(guān)系，并表示成矢量格式邊界線的過程。示成矢量格式邊界線的過程。l 步驟包括多邊形邊界提取（即使用高通濾波將柵格圖像步驟包括多邊形邊界提?。词褂酶咄V波將柵格圖像二值化）、邊界線跟蹤（即對每個(gè)弧段由一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另二值化）、邊界線跟蹤（即對每個(gè)弧段由一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)搜索）、拓?fù)潢P(guān)系的生成和曲線光滑等。一個(gè)節(jié)

59、點(diǎn)搜索）、拓?fù)潢P(guān)系的生成和曲線光滑等。第三節(jié) GIS的基本原理五、GIS的空間數(shù)據(jù)分析與處理l 它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過各種幾何的邏輯運(yùn)它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過各種幾何的邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段，提取和傳輸算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段，提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，解決人們所涉及到的地理空間實(shí)際問題，地理空間信息，解決人們所涉及到的地理空間實(shí)際問題，特別是隱含信息，滿足輔助決策的需要。特別是隱含信息，滿足輔助決策的需要。l 空間數(shù)據(jù)分析是對分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)的技術(shù)的統(tǒng)稱?？臻g數(shù)據(jù)分析是對分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)的技術(shù)的統(tǒng)稱。基于空間圖形數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算基于空間圖形數(shù)據(jù)的

60、分析運(yùn)算基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運(yùn)算基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運(yùn)算空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)算空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)算l 可以分為可以分為第三節(jié) GIS的基本原理五、GIS的空間數(shù)據(jù)分析與處理（一）空間插值（一）空間插值 l 空間插值常用于將離散點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面?？臻g插值常用于將離散點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面。l 對于收集的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，要按照一定方法推演出整個(gè)區(qū)域的對于收集的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，要按照一定方法推演出整個(gè)區(qū)域的參數(shù)分布，以便與其它空間現(xiàn)象的分布模式進(jìn)行比較。參數(shù)分布，以便與其它空間現(xiàn)象的分布模式進(jìn)行比較。l 通常包括空間內(nèi)插和外推兩種算法。通常包括空間內(nèi)插和外推兩種算法。n 空間內(nèi)插法是一種通過已知點(diǎn)的數(shù)據(jù)推求