地里信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)一、緒論1、空間信息（空間特征）包括位置信息、非位置信息、時(shí)間信息。位置信息——位置信息用定位數(shù)據(jù)（或稱幾何數(shù)據(jù)）來(lái)記錄。用點(diǎn)、線、面符號(hào)描述，包括它們之間的聯(lián)系。非位置信息——屬性信息，描述物體的質(zhì)和量。如水井的深度、涌水量、水質(zhì)等。時(shí)間信息——空間物體的時(shí)序變化與發(fā)展過程與規(guī)律位置信息和屬性信息各自獨(dú)立并隨時(shí)間發(fā)生變化。2、地理信息——是表征地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。地理信息的特點(diǎn):空間分布性，地理信息屬于空間信息，其位置的識(shí)別是與數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的，這是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著的標(biāo)志。具有多維結(jié)構(gòu)的特征，即在二維空間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多專題的第三維結(jié)構(gòu)，而各個(gè)專題型、實(shí)體型之間的聯(lián)系是通過屬性碼進(jìn)行的，這就為地理系統(tǒng)各圈層之間的綜合研究提供了可能。（如采礦點(diǎn)）地理信息系統(tǒng)——是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，以采集、儲(chǔ)存、管理、檢索、分析和描述空間物體的定位分布及與之相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，并回答用戶問題等為主要任務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。4、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展的四個(gè)階段：1960年代起源階段、1970年代發(fā)展鞏固階段、1980年代大發(fā)展階段、1990年代至今應(yīng)用普及時(shí)代5、系統(tǒng)軟件：國(guó)外美國(guó)ERSI公司的ArcGIS、Intergraph公司的MGE、MapInfo、加拿大阿波羅科技集團(tuán)公司的TitanGIS等。國(guó)內(nèi)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的MapGIS、北京超圖公司的SuperMap、北京大學(xué)的Citytar、武漢大學(xué)的GeoStar、北京靈圖公司的VRMap、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院的VIEWGIS等。6、地理信息系統(tǒng)的類型：WebGIS、三維GIS、時(shí)態(tài)GIS。7、地理信息系統(tǒng)組成：計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、地理空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用分析模型、系統(tǒng)開發(fā)管理和使用人員5各部分。8、地理信息系統(tǒng)功能：數(shù)據(jù)采集與輸入，數(shù)據(jù)編輯與更新，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與管理，空間查詢與分析，空間決策支持，數(shù)據(jù)顯示與輸出。地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用：資源清查、城鄉(xiāng)規(guī)劃災(zāi)害監(jiān)測(cè)、土地調(diào)查、環(huán)境管理、城市管網(wǎng)、作戰(zhàn)指揮、宏觀決策、城市公共服務(wù)、交通、導(dǎo)航、電子服務(wù)。二、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際就是像元陣列，即像元按矩陣形式的集合，柵格中的每個(gè)像元是柵格數(shù)據(jù)中最基本的信息存儲(chǔ)單元，其坐標(biāo)位置可以用行號(hào)和列號(hào)確定。由于柵格數(shù)據(jù)是按一定規(guī)律排列的，所以表示的實(shí)體位置關(guān)系是隱含在行號(hào)、列號(hào)之中的。網(wǎng)格中每個(gè)元素的代碼代表了實(shí)體的屬性或?qū)傩缘木幋a，根據(jù)所表示實(shí)體的表象信息差異，個(gè)像元可用不同的“灰度值”來(lái)表示。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng)單元大小之比。2、四叉樹編碼：將圖像區(qū)域按四等分分割，每個(gè)象限僅含一種屬性代碼或符合既定要求的少數(shù)幾種屬性時(shí)，則停止繼續(xù)分割，否則繼續(xù)分割。3、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：代表地圖圖形的各離散點(diǎn)平面坐標(biāo)（x,y）的有序集合，矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種最常見的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要用于表示地圖圖形元素幾何數(shù)據(jù)之間及其與屬性數(shù)據(jù)之間的關(guān)相互系。通過記錄坐標(biāo)的方式，盡可能地將點(diǎn)、線、面地理實(shí)體表現(xiàn)得精確無(wú)誤。其坐標(biāo)空間假定為連續(xù)空間，不必象柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)那樣進(jìn)行量化處理。因此矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長(zhǎng)度和大小。4、點(diǎn)實(shí)體：包括由單獨(dú)一對(duì)x,y坐標(biāo)定位的一切地理或制圖實(shí)體。線實(shí)體：線實(shí)體可以定義為直線元素組成的各種線性要素，直線元素由兩對(duì)x,y坐標(biāo)定義。面實(shí)體：多邊形數(shù)據(jù)是描述地理空間信息的最重要的一類數(shù)據(jù)，在區(qū)域?qū)嶓w中，具有名稱屬性和分類屬性的，多用多邊形表示。5、拓?fù)鋵傩浴诘貓D圖形的連續(xù)變換中，如鄰接性、包含性、相交性和空間目標(biāo)的幾何類型（點(diǎn)、線、面特征類型）等保持不變，這類在連續(xù)變形中保持不變的屬性稱拓?fù)鋵傩浴；就負(fù)潢P(guān)系關(guān)聯(lián)：不同拓?fù)湓刂g的關(guān)系鄰接：相同拓?fù)湓刂g的關(guān)系包含：面與其他元素之間的關(guān)系層次：相同拓?fù)湓刂g的層次關(guān)系拓?fù)湓亓恐g的關(guān)系：歐拉公式6、矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較矢量數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小、空間位置精度較高、用網(wǎng)絡(luò)連接法能完整描述拓?fù)潢P(guān)系、輸出簡(jiǎn)單，繪圖細(xì)膩、精確、美觀，可對(duì)圖形及其屬性進(jìn)行檢索，更新和綜合，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，獲取數(shù)據(jù)慢，多種地圖疊合分析困難，不能直接處理數(shù)字圖像信息，空間分析不容易實(shí)現(xiàn)，邊界復(fù)雜、模糊的事物難以描述，數(shù)據(jù)輸出費(fèi)用較高。柵格數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、空間位置精度低、難于建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系、輸出速度快，但繪圖粗糙、不美觀，便于面狀數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，獲取數(shù)據(jù)快，多種地圖疊合分析方便，能直接處理數(shù)字圖像信息，空間分析易進(jìn)行，容易描述邊界復(fù)雜、模糊的事物，技術(shù)開發(fā)費(fèi)用低。三、GIS的地理數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1、凡與局部（一個(gè)或幾個(gè)國(guó)家）的大地水準(zhǔn)面符合得最好的旋轉(zhuǎn)橢球稱為參考橢球。2、大地控制：大地控制的任務(wù)——確定地面上的點(diǎn)在地球橢球體上的位置和高程。地理坐標(biāo)系、中國(guó)大地坐標(biāo)系、高程、大地控制網(wǎng)3、地圖投影的分類:等角投影：角度不變；等面積投影：面積不變；任意投影：角度、面積、長(zhǎng)度均變形中國(guó)GIS中地圖投影的應(yīng)用大于1：50萬(wàn)采用高斯—克呂格投影。1：100萬(wàn)時(shí)采用正軸等角割圓錐投影。5、我國(guó)規(guī)定1:2.5萬(wàn)—1:50萬(wàn)地形圖均采用經(jīng)差6°分帶，大于等于1:1萬(wàn)比例尺地形圖采用經(jīng)差3°分帶。四、地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入1、GIS數(shù)據(jù)來(lái)源：地圖數(shù)據(jù)——包括普通地圖和專題地圖，是GIS的主要數(shù)據(jù)來(lái)源。遙感數(shù)據(jù)——大面積、動(dòng)態(tài)、近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源，是GIS數(shù)據(jù)更新的重要手段。測(cè)量數(shù)據(jù)——野外使用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、視距儀測(cè)量方位、角度、距離數(shù)據(jù)，或GPS數(shù)據(jù)，補(bǔ)充缺乏的數(shù)據(jù)，需要控制點(diǎn)。數(shù)據(jù)資料——必不可少的屬性數(shù)據(jù)源報(bào)告——重要參考資料，對(duì)確定專題內(nèi)容的屬性特征起重要作用。數(shù)據(jù)輸入：（1）野外數(shù)據(jù)采集：平板測(cè)量，全站儀測(cè)量，GPS測(cè)量。（2）地圖數(shù)字化：掃描儀簡(jiǎn)介，掃描數(shù)字化前的準(zhǔn)備工作，柵格掃描數(shù)據(jù)到矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，其他類型的自動(dòng)數(shù)字化儀器（3）數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量（4）遙感影像處理（5）現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（10）用其他連接變化的特征代替高程后，DEM還可以表示