第一章绪论一、地理信息系统的概念GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。

二、地理信息系统( Geographic Information System)不同领域、不同专业对GIS的理解不同，有三种基本观点：1.数据库观点2.地图观点3.分析工具观点三、GIS与IS的区别1、GIS的对象是空间数据和属性数据2、GIS具有统一的编码系统3、具有统一的地理坐标（根本区别）4、GIS中的数据是不同类型的海量空间数据的统一管理5、GIS中的数据拓扑关系明确，具有强大的空间分析功能。

四、GIS与CAD共同点：都有空间坐标系统；都能将目标和参考系联系起来；都能描述图形数据的拓扑关系；都能处理属性和空间数据GIS与CAD 不同点:CAD：一般采用几何坐标系；ＣＡＤ研究对象为人造对象—规则几何图形及组合；CAD中的拓扑关系较为简单；图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱；GIS:GIS采用地理坐标系;GIS处理的数据大多来自于现实世界，较之人造对象更复杂，数据更大；数据采集的方式多样化；强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁；GIS的属性库结构复杂，功能强大第二章空间数据结构概念即空间数据的组织形式，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。

•空间数据结构狭义上指空间图形数据格式，即适用于计算机存贮、管理和处理的地理图形数据的逻辑结构。

•地理信息系统中，主要有矢量和栅格两种结构栅格数据结构1、图形表示点：单个栅格。

线：沿线走向有相同属性值的一组相邻栅格。

面：沿线走向有相同属性值的一片栅格。

2、栅格结构建立（1）栅格数据获取途径栅格数据结构•手工获取•扫描仪扫描•遥感影像数据•格网DEM数据•矢量数据转换（2）栅格系统确定a、栅格坐标系b、栅格单元的尺寸c、栅格代码（属性值）的确定当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一定方法来确定栅格属性值。

•中心点法•面积占优法•重要性法•长度占优法3、栅格数据组织方法——针对一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件。

4、栅格数据编码空间数据编码，是空间数据结构的组织与实现。

它是在数据结构的指导下，将地理数据按特定的数据结构转换为适合于计算机存储和处理的数据的过程。

由于地理信息系统的数据量极大，一般采用压缩数据的编码方式以减少数据冗余。

数据压缩：将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一项技术。

无损压缩有损压缩矢量数据结构2. 空间关系特征（1）空间实体组合现实世界的许多地理现象比较复杂，往往需要由不同空间实体组合形成的空间关系来描述。

空间关系是GIS数据要表达的重要内容，是空间查询、空间分析、空间辅助决策的基本关系。

为了便于对GIS空间数据进行提取，存储，查询，更新等，应建立统一的标准SQL 空间查询语言。

线—面关系1、区域包含线：某省的水系分布情况，水网密度。

2、线通过区域：某公路是否通过某县。

3、线环绕区域：中国与哪些国家接壤。

4、线与区域分离：某高速公路距离某小区多远。

面—面关系1.包含2.相邻3.相切4.重叠5.相交6.相离（2）空间关系类型•方向空间关系•度量空间关系•拓扑空间关系（3）拓扑关系定义：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。

将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。

主要的拓扑关系：拓扑关联、拓扑邻接、拓扑包含。

拓扑关系的表达拓扑关系具体可由4个关系表来表示：（1）面--链关系：面构成面的弧段（2）链--结点关系：链链两端的结点（3）结点--链关系：结点通过该结点的链（4）链—面关系：链左面右面拓扑关系的意义对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为：1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。

2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。

如某县的邻接县，--面面相邻问题。

又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。

3）根据拓扑关系可重建地理实体(拓扑重建)。

3. 矢量数据获取•外业测量•栅格数据转换•跟踪数字化4. 矢量数据组织矢量数据表示时应考虑以下问题：矢量数据自身的存贮和处理。

与属性数据的联系。

矢量数据之间的空间关系(拓扑关系)。

5.矢量数据编码方式（1）实体式（面条模型）（2）索引式（树状）（3）双重独立式编码（4）链状双重独立式编码—是常用的拓扑数据结构3.常用数据模型数据库领域常采用的数据模型(逻辑数据模型) 有层次模型网状模型关系模型其中应用最广泛的是关系模型。

层次数据库模型存储方法网络数据库模型存储方法关系数据库模型关系是一个二维表，表的每行对应一个记录，每列对应一个域。

第三章空间数据的地理参照系1，如何在地理参照系中表示地面点的空间位置经纬度坐标系（地理坐标），平面直角坐标系，高程系统2，地图投影：将地球椭球上的点映射到平面上的方法投影变形分类：长度变形，角度变形，面积变形长度变形：长度比和1的差值，和点位，方向有关角度变形：实际地面角度和投影后的角度之差面积变形：面积比和1的差值，和点位有关3，投影的分类：4，GIS数据质量的内容位置精度：描述几何数据的质量，如平面精度，位置精度属性精度：反映属性数据的质量，如要素分类的正确性，属性编码的正索性逻辑一致性：如多边形的闭合精度，结点匹配精度，拓扑关系的正确性现势性：如数据的采集时间和更新时间5，GIS空间数据的误差分类：6，空间数据的交换方式：外部数据交换标准，空间数据互操作协议，空间数据共享平台，统一的数据库接口第四章空间数据的处理一、投影变换：当系统所使用的数据是来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的几何数据转换成所需要投影的几何数据，这就需要进行地图投影变换。

二、实质：建立两平面场之间的一一对应关系，建立关系方程式。

三、方法：解析变换法，数值变换法，数值解析变换法。

四、解析变换法：反解变换法，(x,y)~(fai,naimuda)~(X,Y)五、正解变换法：（x,y）~（X,Y）六、&另外两种办法公式不好打，自己参考书P105七、空间数据的压缩处理：矢量数据压缩的目的是删除冗余数据，减少数据的存储量，节省存储空间，加快后继处理的速度。

八、1.道格拉斯~普克法基本思路是对每条曲线的首末点连一条直线，求所有点到直线距离，找出最大者d_max，与给定的限差D比较，若小于限差，这条曲线上的中间点全部舍去，否则保留d_max对应点，并以此为界把曲线划分为两部分，对这两部分重复使用上述方法。

九、2.垂距法基本思路是每次顺序取曲线上三点，计算中间点与其他两点连线的垂直距离，并与限差比较。

如果小于限差，则去掉中间点，否则保留。

然后顺序取下三点继续处理，直到线结束。

十、3.光栏法基本思路是定义一个扇形区域，判断曲线上的点在扇形外还是内，确定保留还是舍去。

光栏口径d根据压缩量大小自己定义。

十一、栅格数据的压缩：1直接栅格编码2游程长度编码3四叉树编码十二、坐标变换类型：1坐标系不变（集合变换）2坐标系变换（坐标变换，投影变换）十三、几何变换：1仿射变换2二次，高次变化十四、2数值变换的公式十五、点线拓扑关系的建立1 在图形采集和编辑中实时建立2在图形采集和编辑之后自动建立(常用)二、多边形拓扑关系的建立1、链（线）的组织自动剪断线清除微短线清除重叠坐标及自相交2、结点匹配：自动结点平差3、拓扑查错：是否存在悬挂（或重叠）结点和线段，若无，把结点和线段按一定结构存储并编号。

4、拓扑构面：把线段结点关系转换成弧段结点关系，自动构建多边形并填充。

三、构建多边形的方法1. 顺时针构多边形，多边形在链的右侧。

2. 搜索最靠右边的链：指从链的一个端点出发，在这条链的方向上最右边的第一条链。

3. 多边形面积计算顺时针方向构成时，面积为正；反之，面积为负。

详细算法1.顺序取一个结点为起始结点（取完为止），取过该结点的任一条链为起始链。

2.取这条链的另一结点，找这个结点上靠这条链最右边的链，作为下一条链。

3.判断是否回到起点：是，已形成一多边形，记录之，并转4；否，转2。

4.取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一条边作为新的起始链，转2；若这条链已用过两次，即已成为两个多边形的边，则转1。

四、投影变换假定x,y为原图坐标，X，Y为新图坐标，原坐标变换为新坐标的基本方程式为：1、解析变换法(投影关系已知)1）反解变换法(又称间接变换法)2）正解变换法(又称直接变换法)2、数值变换法用数值多项式逼近两投影间的(投影关系未知)变换关系式。

例如，采用二元三次多项式进行变换:通过选择10个以上的两种投影之间的共同点，并组成最小二乘法的条件式，进行解算系数注：实际中的数值变换，受区域大小、点密度、点精度、变换精度等多方面影响。

不是一个二元三次多项式就可以概括的。

3、数值解析变换法当已知新投影的公式，但不知原投影的公式时，可先通过数值变换求出原投影点的地理坐标φ，λ，然后代入新投影公式中，求出新投影点的坐标。

五、矢量数据压缩•道格拉斯普克法：基本思路是对每条曲线的首末点连一条直线，求所有点到直线距离，找出最大者d_max，与给定的限差D比较，若小于限差，这条曲线上的中间点全部舍去，否则保留d_max对应点，并以此为界把曲线划分为两部分，对这两部分重复使用上述方法。

此法适合于已经数字化的矢量线的压缩•垂距法：基本思路是每次顺序取曲线上三点，计算中间点与其他两点连线的垂直距离，并与限差比较。

如果小于限差，则去掉中间点，否则保留。

然后顺序取下三点继续处理，直到线结束。

第五章1·DEM表示方法：等高线法，TIN（不规则三角网），格网DEM.DEM应用（地形分析）：1、坡度图、坡向图生成2、地形自动分类3、自动绘制等高线4、地形可视化分析（1、剖面分析2、通视分析3、地形三维图绘制）5、流域水文分析（1、流域追踪或水系生成2、淹没范围计算，库容计算，线路挖填方量计算等。

）2·TIN 生成算法•递归生长算法•凸包收缩法•逐点插入法3·TIN生成的优化原则：•网形唯一；•尽量让每个三角形都是锐角三角形或三边长度近似相等；•没有多余点落在任意一个三角形内。

4·叠置分析：将同一地区的两组或两组以上的要素（地图）进行叠置，以产生新的特征（新的图形或属性的分析方法。

5·叠置分析步骤：a）对原始数据（多边形）形成拓扑关系b) 多层多边形数据的空间叠置，形成新层。

c）对新层中的多边形重建拓扑。

删除无意义多边形。

d) 建立新多边形与新属性的连接。

还可进行属性相同的相邻多边形合并。

6·空间叠置的方式：7·栅格叠置的作用：•类型叠置，获取新的类型。