地理信息系统教程第一章概论第一节GIS概念（一）地理信息1．数据2．信息3．地理信息4．地理数据5．地理信息特征（1）空间相关性（2）空间区域性（3）空间多样性（4）空间层次性（二）信息系统1．概念2．类型（三）地理信息系统1．定义基本内涵（4）2．基本特征（1）数据的空间定位特征（2）空间关系处理的复杂性（3）海量数据管理能力，来自：1）地理数据2）空间分析（四）外延第二节GIS功能（一）基本功能需求1．位置2.条件3.趋势4.模式5.模拟（二）GIS基本功能1．数据采集功能2．数据编辑处理3．数据存储、组织与管理功能4．空间查询与空间分析功能5．数据输出功能第三节GIS组成（一）硬件系统（二）软件系统（三）网络（四）空间数据1．数据类型：（1）某个已知坐标系中的位置（2）实体间的空间相关性（3）与几何位置无关的属性（五）人员第四节GIS类型1（一）与相关学科关系（二）与其他信息系统区别与联系1．GIS与机助制图系统的区别与联系2．GIS与数据库系统的区别与联系3．GIS与CAD的区别与联系4．GIS与遥感图像处理系统的区别与联系（三）GIS应用范畴1．测绘、地图制图2．资源管理3．灾害监测4．环境保护5．精细农业6．电子商户7．电子政务（四）地理信息系统发展历程1．地理信息系统的开拓期（20世纪五六十年代）2．地理信息系统的巩固发展期（20世纪70年代）3．地理信息系统技术大发展时期（20世纪80年代）4．地理信息系统的应用普及时代（20世纪90年代至今）第二章地理空间数学基础第一节地球空间参考（一）三类地球表面几何模型1．地球的自然表面2．相对抽象的面:大地水准面大地体3．地球椭球面：地球椭球4．数学模型（二）坐标系统1．坐标系统的分类及基本参数2．球面坐标系统建立（1）天文地理坐标系（2）大地地理坐标系（3）空间直角坐标系3．平面坐标系（1）高斯平面直角坐标系（2）地方独立平面直角坐标系（三）高程基准1．概念高程是表示地球上一点至参考基准面的距离，就一点位置而言，它和水平量值一样是不可缺少的。
它和水平量值在一起，统一表达点的位置。
2．我国主要高程基准（1）1956年黄海高程系（2）1985年国家高程基准23．深度基准（1）概念：是指海图图载水深及其相关要素的起算面。
通常取当地平均海面向下一定深度为这样的起算面，即深度基准面。
确定原则：1）保证航行安全2）充分利用航道（2）注意事项第二节空间数据投影（一）地图投影概念1．长度变形与长对比2．面积变形与面积比3．角度变形（二）投影方法 1.几何透视法 2.数学解析法（三）投影分类1．按地图投影的构成方法分类（1）几何投影1）按辅助投影面的类型划分：方位投影，圆柱投影，圆锥投影2）按投影面与地球自转轴间的方位关系划分：正轴投影，横轴投影，斜轴投影3）按投影面与地球的位置关系划分：割投影，切投影（2）非几何投影①伪方位投影②伪圆柱投影③伪圆锥投影④多圆锥投影2．按地图投影的变形性质分类（1）等角投影（2）等面积投影（3）任意投影和等距投影3．常用地图投影概述（1）高斯-克吕格投影—横轴切圆柱等角投影（2）横轴墨卡托投影（UTM）—横轴割圆柱等角投影（3）兰伯特等角投影（Lambert conformal conic）4．地图投影的选择第三节空间坐标转换（一）概念:把空间数据从一种空间参考系映射到另一种空间参考系中。
Or称投影变换（二）空间直角坐标的转换（三）投影解析转换1．同一地理坐标基准下的坐标变换2．不同地理坐标基准下的坐标变换（四）数值拟合转换1．多项式拟合变换2．数值—解析变换第四节空间尺度（一）观测尺度：指研究的区域大小或空间范围。
（二）比例尺1．意义：图上长度与地面之间的长度比例2．表示：数字式，文字式，图解式（三）分辨率：成像细节分辨能力的一种度量，也是图像中目标细微程度的指标，他表示景物信息的详细程度。
（四）操作尺度：指对空间实体、现象的数据进行处理操作时采用的最佳尺度，不同操作尺度3影响处理结果的可靠程度或准确度。
第五节地理格网空间区域框架方法：常规地图在按区域存储和表达空间信息方面有着一套完整的规则。
（一）地理格网标准1．地理格网的含义：指按一定的数学规则对地球表面进行划分而形成的格网。
2．格网划分体系：地理坐标格网，直角坐标格网3．格网系统（1）10*10格网系统（2）4*6格网系统（3）直角坐标格网系统4．格网设计原则：（1）科学性（2）系统性（3）实用性（4）可扩展（二）区域划分标准1．区域多边形系统含义原则：（4）2．行政分区3．综合自然分区4．管理分区（三）国家基本比例尺地形图标准1．分幅：矩形分幅，经纬线分幅2．编号第三章空间数据模型第一节地理空间与空间抽象（一）地理空间与空间实体1．空间位置特征2．属性特征3．时间特征4．空间关系特征（二）空间认知与抽象第二节数据概念模型（一）对象模型（二）场模型（1）规则分布的点（2）不规则分布的点（3）规则矩形区（4）不规则多边形区（5）不规则三角形区（6）等值线（三）网络模型（四）概念模型的选择第三节空间数据与空间关系（一）空间数据类型及其表示1．空间数据类型（1）几何图形数据（2）影像数据（3）属性数据（4）地形数据（5）元数据2．空间数据的表示：点，线，面（二）空间关系1．空间拓扑关系（1）邻接关系（2）关联关系（3）包含关系（4）连通关系4意义：①拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何坐标关系有更大的稳定性，不随投影变换而变换。
②利用拓扑关系有利于空间要素的查询。
③可以根据拓扑关系重建地理实体。
2．顺序空间关系3．度量空间关系第四节空间逻辑数据模型（一）矢量数据模型（二）栅格数据模型（三）矢量—栅格一体化数据模型（四）镶嵌数据模型1．规则镶嵌数据模型2．不规则镶嵌数据模型：Voronoi图，Delaunay三角网，不规则三角网TIN（五）面向对象数据模型1．分类2.概括3.联合4.聚集5.继承6.传播第四章空间数据结构第一节矢量数据结构（一）实体数据结构（二）拓扑数据结构1．索引式结构2．双重独立编码结构3．链状双重独立编码结构第二节栅格数据结构1．栅格数据的参数一个栅格数据由以下几个参数决定：1.栅格形状2.栅格单元大小3.栅格原点4.栅格的倾角2．栅格单元值的选取方法：1.中心点法2.面积占优法3.重要性法4.百分比法（二）完全栅格数据结构组织基本方式：1．基于像元2．基于层3．基于面域（三）压缩栅格数据结构1．游程长度编码结构2．四叉树数据结构3．二维行程编码结构4．链码结构5．影像金字塔结构第三节矢栅一体数据结构（一）栅格数据结构矢量数据结构的比较5第四节镶嵌数据结构（一）Voronoi数据结构（二）TIN数据结构第五节三维数据结构（一）八叉树数据结构（二）三维边界表示法第五章空间数据组织与管理第一节空间数据库概述（一）空间数据库①数据量特别大②数据应用广泛第二节空间数据管理（一）空间数据基本特征1．空间特征2．非结构化特征3．空间关系特征4．多尺度与多态性5．分类编码特征6．海量数据特征（二）矢量数据的管理1．文件-关系数据库混合管理2．全关系数据库管理3．对象-关系数据库管理（三）栅格数据的管理1．文件管理方式2．文件-数据库管理方式3．关系数据库管理（四）空间数据库引擎6第三节空间数据组织（一）图幅数据组织（二）空间数据的图库管理（三）属性数据组织第四节空间索引（一）对象范围索引（二）格网索引（三）四叉树空间索引（四）R树与R+树空间索引第五节空间数据库查询语言（一）标准查询语言（二）扩展SQL处理空间数据第六章空间数据采集与处理第一节概述（一）数据源分类获取方式①地图数据②遥感影像数据③实测数据④共享数据⑤其他数据（二）数据源特征1．地图数据2．遥感影像数据3．实测数据4．统计数据5．共享数据6．多媒体数据7．文字资料数据（三）空间数据采集与处理的基本流程1．数据源的选择2．采集方法的确定3．数据的编辑与处理4．数据质量控制与评价5．数据入库第二节数据采集（一）空间数据的采集1．野外数据采集（1）平板测量（2）全野外数字测图（3）空间定位测量2．地图数字化（1）手扶跟踪数字化（2）扫描矢量化3．摄影测量方法（1）摄影测量原理①航空摄影采用垂直摄影②地面摄影采用倾斜摄影或交向摄影7（2）数字摄影测量的数据处理流程4．遥感图像处理基本处理流程：（1）观测数据的输入（2）再生、校正处理（3）变换处理（4）分类处理（5）处理结果的输出（二）属性数据采集1．属性数据来源（1）社会环境数据（2）自然环境（3）资源与能源2．属性数据的分类3．属性数据的编码（1）属性数据编码方案的制定①列出全部制图对象清单。
②制定对象分类、分级原则和指标，将制图对象进行分类、分级。
③拟定分类代码系统。
④代码及其格式。
⑤层建立代码和编码对象的对照表。
（2）层次分类编码法（3）多元分类编码法第三节数据编辑（一）图形数据编辑1．出现错误有：伪节点，悬挂节点，碎屑多边形，不正规的多边形2．方法：叠合比较法，目视检查法，逻辑检查法，（二）属性数据编辑（1）属性数据与空间数据是否正确关联，标识码是否惟一，不含空值；（2）属性数据是否准确，属性数据的值是否超过其取值范围等。
采用方法①可以利用逻辑检查，检查属性数据的值是否超过其取值范围。
属性数据之间国属性数据与地理实体之间是否有荒谬组合。
②把属性数据打印出来进行人工校对，这和用校园来检查空间数据准确性相似。
第四节数学基础变换（一）几何校正1．地形图的纠正（1）四点纠正法（2）逐网格纠正法2．遥感影像纠正（二）坐标变换81．投影变化：正解，反解2．仿射变换3．相似变换4．橡皮拉伸（三）栅格数据重采样1．最邻近像元法2．双线性插值法3．双三次卷积法：卷积第五节数据重构（一）数据结构转换1．矢量数据向栅格数据转换：二值化2．栅格数据向矢量数据的转换（二）数据格式转换（1）外部数据交换方式-主要方式（2）标准空间数据交换标准方式（3）空间数据的互操作方式：语义数据模型第六节图形拼接1．逻辑一致性的处理2．识别和检索相邻图幅3．相邻图幅边界点坐标数据的匹配4．相同属性多边形公共边界的删除第七节拓扑生成1．点线拓扑关系的建立：拓扑2．多边形拓扑关系的建立3．网络拓扑关系的建立第八节数据压缩1．栅格数据的压缩2．矢量数据的压缩（1）间隔取点法（2）垂距法和偏角法（3）分裂法第九节数据质量评价与控制1．误差（error）：数据与其真值之间差异。
2．准确度（accuracy）:量测值与真值之间的接近程度。
可用误差衡量。
3．偏差（bias）:基于一个面向全体测量值的统计模型，通常以平均误差来描述。