《GIS空間信息基礎》課件

GIS空間信息基礎投稿人：GIS概述地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(GIS)是一種用于采集、存儲、管理、分析和可視化地理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。地理空間數(shù)據(jù)GIS處理與地理位置相關的數(shù)據(jù)，包括地圖、衛(wèi)星圖像、傳感器數(shù)據(jù)和人口統(tǒng)計信息?？臻g分析GIS使得用戶能夠分析空間模式、關系和趨勢，以得出有見地的結論。應用廣泛GIS在眾多領域都有應用，包括城市規(guī)劃、環(huán)境管理、災害響應和農(nóng)業(yè)。GIS的發(fā)展歷程1萌芽階段20世紀50年代2發(fā)展階段20世紀60年代3應用階段20世紀70年代4普及階段20世紀80年代GIS的核心技術1空間數(shù)據(jù)采集包括遙感、GPS、數(shù)字化等，用于獲取地球表面的空間信息。2空間數(shù)據(jù)處理對采集到的數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換、精度校正、投影變換等處理。3空間數(shù)據(jù)分析對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，提取有用的信息，解決實際問題。4空間數(shù)據(jù)可視化將分析結果以地圖、圖表等形式展示，方便用戶理解和應用?？臻g信息數(shù)據(jù)采集技術航空攝影從飛機或無人機獲取地面圖像。衛(wèi)星遙感利用衛(wèi)星傳感器獲取地球表面信息。全球定位系統(tǒng)利用衛(wèi)星信號確定位置坐標。野外數(shù)據(jù)采集通過實地測量和觀察獲取數(shù)據(jù)。遙感技術數(shù)據(jù)采集通過傳感器獲取地面信息，例如衛(wèi)星或飛機上的傳感器。數(shù)據(jù)處理將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可解釋的信息，包括校正、增強和分類。數(shù)據(jù)分析對處理后的數(shù)據(jù)進行分析以提取有意義的信息，例如土地覆蓋變化或環(huán)境監(jiān)測。全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡由多顆衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡，覆蓋全球。位置確定接收衛(wèi)星信號，計算用戶位置。時間同步利用衛(wèi)星時間信號，實現(xiàn)時間同步。地理信息采集技術遙感技術利用傳感器獲取地面目標的電磁輻射信息。全球定位系統(tǒng)通過衛(wèi)星信號確定地面位置，獲取坐標信息。地理信息測量技術使用儀器直接測量地面目標的距離、角度和高程。非接觸式數(shù)據(jù)采集遙感利用衛(wèi)星或飛機傳感器獲取地表信息。航空攝影使用航空器拍攝照片，獲取地面影像。激光掃描利用激光發(fā)射器測量地面目標的距離，生成三維模型。接觸式數(shù)據(jù)采集全站儀測量距離、角度和高程等數(shù)據(jù)，用于創(chuàng)建精確的地理空間模型。地面探地雷達利用電磁波探測地下結構，用于考古、地下設施勘測等。地質(zhì)鉆探鉆取巖心樣品，分析土壤和巖石類型，用于地質(zhì)調(diào)查和工程建設。空間數(shù)據(jù)建模1模型用符號來表示空間實體、屬性和空間關系2抽象將現(xiàn)實世界轉(zhuǎn)化為計算機可理解的形式3理解提供一種框架來組織和分析空間信息矢量數(shù)據(jù)模型點、線、面矢量數(shù)據(jù)模型將地理空間實體表示為點、線和面。幾何坐標每個實體都由一組坐標定義，表示其在空間中的位置。屬性信息矢量數(shù)據(jù)模型還包含與每個實體相關的屬性信息，例如名稱、類型和描述。柵格數(shù)據(jù)模型定義柵格數(shù)據(jù)模型將空間數(shù)據(jù)表示為一個規(guī)則網(wǎng)格，每個網(wǎng)格單元稱為像元，每個像元存儲一個屬性值，可以是數(shù)字、字符或其他數(shù)據(jù)類型。優(yōu)點柵格數(shù)據(jù)模型結構簡單，易于理解和處理，適合表示連續(xù)性空間數(shù)據(jù)，如地形、溫度、降雨量等。缺點柵格數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)量大，空間精度受網(wǎng)格大小限制，不適合表示離散性空間數(shù)據(jù)，如道路、河流等。復合數(shù)據(jù)模型優(yōu)勢綜合了矢量和柵格模型的優(yōu)點，能更全面、更真實地反映地理實體。應用適用于多種地理信息系統(tǒng)，如城市規(guī)劃、資源管理和環(huán)境監(jiān)測等。類型常見類型包括對象關系模型、面向?qū)ο竽Ｐ秃突旌夏Ｐ偷?。地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS強大的商業(yè)GIS軟件，提供全面的功能，涵蓋數(shù)據(jù)管理、分析、可視化和應用程序開發(fā)。QGIS開源GIS軟件，提供廣泛的功能，適合學習和開發(fā)應用，尤其適合非商業(yè)用途。GoogleEarthPro基于網(wǎng)絡的GIS軟件，提供全球地理信息可視化和分析，易于使用，適合大眾用戶。地理信息系統(tǒng)軟件分類桌面GIS軟件用于在個人計算機上進行地理空間數(shù)據(jù)分析、管理和可視化。服務器GIS軟件為多個用戶提供地理空間數(shù)據(jù)訪問、處理和分析服務。移動GIS軟件允許用戶在移動設備上進行地理空間數(shù)據(jù)采集、查看和分析。WebGIS軟件通過網(wǎng)絡提供地理空間數(shù)據(jù)訪問和分析服務。開源GIS軟件免費使用開源GIS軟件通常免費提供，降低了使用成本。靈活定制用戶可以根據(jù)自身需求修改和擴展軟件功能。社區(qū)支持開源社區(qū)提供了豐富的文檔、教程和技術支持。商業(yè)GIS軟件ArcGIS是全球最受歡迎的GIS軟件之一MapInfo是領先的GIS軟件，提供地圖繪制和地理空間分析QGIS是一款功能強大的開源軟件，支持各種地理空間數(shù)據(jù)GIS數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)采集從現(xiàn)實世界獲取數(shù)據(jù)，例如衛(wèi)星圖像、航空攝影和地面測量。數(shù)據(jù)存儲將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，以確保數(shù)據(jù)完整性和一致性。數(shù)據(jù)處理對數(shù)據(jù)進行處理和分析，以提取有價值的信息。地理信息數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)描述地理要素位置、形狀和屬性的數(shù)字信息。屬性數(shù)據(jù)描述地理要素的非空間屬性，例如名稱、類型和人口等。元數(shù)據(jù)描述數(shù)據(jù)來源、質(zhì)量和格式等信息，方便數(shù)據(jù)理解和管理?？臻g數(shù)據(jù)類型點數(shù)據(jù)描述空間中單個位置的信息，例如城市、河流交叉點等。點數(shù)據(jù)通常用坐標對來表示。線數(shù)據(jù)描述空間中具有長度和方向的信息，例如道路、河流、邊界等。線數(shù)據(jù)通常由一系列坐標點組成。面數(shù)據(jù)描述空間中具有面積和形狀的信息，例如湖泊、森林、建筑物等。面數(shù)據(jù)通常由封閉的邊界線組成。體數(shù)據(jù)描述三維空間中的信息，例如地下管道、建筑物內(nèi)部結構等。體數(shù)據(jù)通常用體積和表面來表示。地理數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型用點、線、面等幾何元素表示地理實體的空間位置和屬性信息。柵格數(shù)據(jù)模型將空間劃分為網(wǎng)格，每個網(wǎng)格單元存儲一個屬性值，用于表示地物的空間分布。復合數(shù)據(jù)模型將矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型結合，以更好地表達地理實體的空間特征?？臻g數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(OODBMS)常用于存儲和管理空間數(shù)據(jù)。文件系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件通常使用文件系統(tǒng)來存儲和管理空間數(shù)據(jù)，例如shapefile、GeoTIFF和GeoJSON。云存儲云存儲服務，如AmazonS3和GoogleCloudStorage，為存儲和訪問大規(guī)?？臻g數(shù)據(jù)提供了經(jīng)濟高效的解決方案?？臻g數(shù)據(jù)組織層次模型數(shù)據(jù)按層次結構組織，類似于樹形結構。每個數(shù)據(jù)節(jié)點可以包含多個子節(jié)點，形成一個樹狀結構。例如，一個國家可以包含多個省份，每個省份可以包含多個城市，等等。網(wǎng)絡模型數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡的形式組織，每個數(shù)據(jù)節(jié)點代表一個對象，節(jié)點之間通過邊連接，邊代表對象之間的關系。例如，城市之間通過道路連接，形成一個道路網(wǎng)絡。關系模型數(shù)據(jù)以表格的形式組織，每個表格代表一個數(shù)據(jù)實體，表格中的行代表實體的記錄，列代表實體的屬性。例如，一個城市表格可以包含城市名稱、人口、面積等屬性。GIS分析技術空間拓撲分析分析空間實體之間的拓撲關系，例如相鄰、包含和交叉。緩沖區(qū)分析創(chuàng)建指定距離內(nèi)的緩沖區(qū)，用于分析空間實體的影響范圍。疊加分析將多個空間數(shù)據(jù)層疊加在一起，識別不同數(shù)據(jù)之間的空間關系。網(wǎng)絡分析分析網(wǎng)絡結構，例如道路、河流和管道，以尋找最佳路徑或分配資源?？臻g拓撲分析鄰接兩個空間要素是否相鄰。包含一個空間要素是否完全包含另一個空間要素。交叉兩個空間要素是否相互交叉。重疊兩個空間要素是否部分重疊。緩沖區(qū)分析1定義區(qū)域基于點、線或面要素創(chuàng)建一定距離范圍內(nèi)的緩沖區(qū)區(qū)域。2空間分析用于識別目標要素周圍一定范圍內(nèi)的其他要素，分析要素之間的空間關系。3應用場景例如，分析道路兩側一定范圍內(nèi)的居民區(qū)分布情況，或識別水體周邊一定范圍內(nèi)的污染源。疊加分析將兩個或多個不同主題的空間數(shù)據(jù)層疊加在一起，進行綜合分析。例如，將土地利用數(shù)據(jù)與人口密度數(shù)據(jù)疊加，可以分析不同土地利用類型的人口分布情況。網(wǎng)絡分析路徑分析尋找兩個地點之間最短或最