地理信息系统完整版

第1章

1、GIS定义P4

由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统。该系统设计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的问题。2、GIS中“S”含义的演变P6

20世纪90年代以前，“S”的含义多以系统来解释。当时多从技术和方法的角度来论述地理信息系统，强调的是面向资源、环境、区域等领域对空间数据进行采集、处理、管理、分析的计算机技术系统。20世纪90年代，通过对地理信息系统理论的研究，认为地理信息系统并不仅仅是技术，还有许多理论需要不断的探索与研究，运用“科学”（Science）来解释GIS显得更为贴切。21世纪，随着信息化、网络化、数字化向纵深发展，互联网与空间地理信息系统相互交织，数字地球、智慧地球逐步从理念转为应用，地理信息服务逐渐融入到百姓的日常生活中，“S”的含义演变为“Service”

3、GIS的基本构成P8

一个实用的GIS需要一定的环境支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，其运行环境主要由5个部分组成，即系统硬件、系统软件、地理空间数据、系统应用人员及应用模型，其核心是软、硬件系统。

系统软件包括GIS专业软件（GIS基础软件：ArcGIS、MapInfo，MapGIS、SuperMap、GeoStar等）、数据库软件（Oracle、SQL Server）、系统管理软件(主要指计算机操作系统)、系统开发工具软件（Visual C ++、Visual Basic、Delphi、Java）地图组件（ESRI的ArcObjects、MapObjects、ArcEngine,MapInfo的MapX）4、GIS的基本功能P14

1、数据采集与输入

2、数据处理与更新

3、数据存储与管理

4、空间查询与分析

5、产品制作与输出

6、二次开发与编程

同：两者都有坐标系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也能管理非空间数据。异：CAD表达图形关系偏弱，CAD属性功能偏弱，CAD数据量不是很大；GIS通常管理一个区域，且数据类型为多尺度、多源数据。

7、GIS与MIS的异同P24

同：都能管理数据。异：GIS比一般的MIS系统在计算机软硬件的配置上要复杂得多，功能也更多。

8、GIS与电子地图的异同P25

同：都是空间信息的载体，同样具有存储、分析和显示的功能。异：电子地图偏重于地图的表达效果，对可视化要求高，而GIS则强调空间数据处理与分

析。

9、GIS 与遥感影像处理系统的异同 P25

遥感影像处理系统是专门用于对遥感影像进行分析和处理的软件，主要强调对遥感图像的图像处理与专题信息提取，并以此作为GIS 的重要信息源，但缺少空间关系的描述以及信息查询与空间分析功能。

10、GIS 的发展史 P26

1、1996年，世界上第一个地理信息系统—加拿大地理信息系统。Tomlinson 为“GIS 之父”

2、GIS 技术发展趋势：1）3S 集成：“3S ”是地理信息系统（GIS ）、遥感（RS ）和卫星定位系统（GPS ）的英文缩写的简称。“3S ”集成的意义在于“3S ”的结合应用。2）数字地球：即一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的和三维显示的地球。3）网格GIS 。4)虚拟现实GIS 5)移动GIS ：是建立在移动计算环境、有限处理能力的移动终端条件下，提供移动中的、分布式的移动地理信息服务的GIS ，是一个集GIS 、GPS 、移动通信三大技术于一体的系统。

第2章

1、空间参照系统 P37

1）2008年7月1日启用我国的地心坐标系——2000年国家大地坐标系，英文名称为China Geodetic Coordinate System 2000，英文缩写为CGCS2000。

2）WGS —84坐标系，是目前GPS 所采用的地心坐标系。

2、地图投影 P41

1）地图投影的内涵：地图投影的实质就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立地面点位的地理坐标（B ，L ）与地图上相对应的平面直角坐标（X ，Y ）之间一一对应的函数关系，并研究其变形的问题。

2)地图投影的变形：用地图投影的方法将球面展为平面，虽然可以保持图形的完整和连续，但它们与球面上的经纬线网形状并不完全相似，如某个方向的一段距离、一个角度或某块区域投影到平面上，必然与原来的距离、角度/形状、面积产生差异，这一差异称为投影变形。可以分为长度、面积和角度变形三种。

3、空间坐标变换 P55

几何纠正：1）高次变换2）二次变换3）仿射变换：公式??????++=++=''''''''''''''b y b x b y a y a x a x 仿射变换是使用最多的一种几何纠正方式，只考虑x 和y 方向上的变形，其特征为：直线变换后仍为直线；平行线变换后仍为平行线；不同方向上的长度比发生变化。实际使用中，往往利用4个以上的点进行纠正，利用最小二乘法处理，以提高变换的精度。

投影变换：解析变换法、数值变换法、数值解析变换法

4、空间尺度 P58

所谓尺度，在概念上是指研究者选择观察（测）世界的窗口。选择尺度时必须考虑观察现象或研究问题的具体情况。在进行空间分析时，从获取信息到数据处理、分析往往会涉及到4种尺度问题，即观测尺度、比例尺、分辨率、操作尺度，并且这些尺度之间是紧密相关的。

5、地形图的分幅与编号P63

根据国家标准GB/F1398~92《国家基本比例尺地形图分幅和编号》规定，我国基本比例尺地形图均以1:100万地形图为基础，按规定的经差和纬差划分图幅》（详见书本62-63页）

第3章

1、空间实体特征P67

1）空间特征：空间特征表达了地理事物和现象的客观存在性、几何形态的多样性和空间相关性，相应的空间特征又包括空间位置特征、空间几何特征、空间关系特征等。

2）属性特征：属性特征也称为专题特征或功能特征，通过属性数据表达空间内在的性质和相关关系》属性数据从性质上分为定性和定量两种类型。

3）时间特征：时间特征是指空间实体随着时间变化而动态变化的过程。2、离散对象和连续场P68

1）离散对象：人们认为在地理空间中，只有明确边界的各类地物所占据的地方才是需要表达的，并称之为离散对象，如道路、河流、房屋、农田等。离散对象的特点就是具有可数性。离散对象除边界明确外，还需要用维数来区分。由于点（Point）没有方向与大小，称之为零维；线（Line）只有长度，没有宽度，称之为一维；区域(Area)或多边形具有面的概念及面积、周长等属性，称之为二维。

2)连续场：在地表连续分布的地理现象称为连续场，如空气中污染度的变化、地表中的温度变化、土壤中的湿度变化、河流中的水流变化以及地表的高度变化等。

3、空间拓扑关系P71

1）定义：空间拓扑关系是指图形发生连续状态下的变形，但图形之间的邻接关系、关联关系和包含关系保持不变的性质。

2）意义：空间数据的拓扑关系对地理信息系统的数据处理和空间分析具有重要的意义。

3）分类：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含（详见书71-72页）

4、空间数据模型P73

1）定义：空间数据模型就是对现实世界进行认知、简化和抽象表达的方式，是把抽象结果组织成有用的且能反应地理空间某些特征的数据集的过程，是地理信息系统的理论与方法的基础。

2）分类：空间概念数据模型：空间概念数据模型是地理空间中事物与现象的抽象描述，是地理数据的语义解释，是面向用户的数据模型。“实体联系模型”（Entity—Relationship Model）是最著名的概念数据模型之一。

空间逻辑数据模型

空间物理数据模型

3）常用空间数据模型：

1、对象模型：也称作要素模型，是将连续地理空间中的地理现象和事件抽象成不连续的、可被观测的、具有地理参考的空间要素（Feature）或空间实体

（Entity）。

2、场模型：也称作域模型，是把地理空间中的现象作为连续分布的空间信息的集合，如土地植被覆盖、土壤组分、大气污染程度、地形高度以及温度场、应力场等这些具有连续变化性质的空间现象适用于场模型表达。根据不同的应用，场模型可以表现为二维或三维。在不考虑时间变化时，二维空间场一般采用6种具体的场模型来描述，即规则分布的点、不规则分布的点、规则矩形区、不规则多边形区、不规则三角形区、等值线

3、网络模型：网络模型把地理现象抽象为链、结点等空间对象，同时表达对象间的连通关系。

5、矢量数据结构P78

1）定义：矢量数据结构是通过记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表现点、线、多边形等地理实体的数据组织结构。

2）分类：按照其功能和方法可分为实体数据结构（Spaghetti数据结构或称为面条数据结构）和拓扑数据结构。

实体数据结构：指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。详细表达表格见P79。

拓扑数据结构：主要特点是点相互独立，点连成线，线构成面。详细拓扑数据结构文件表格见P80。

6、栅格数据结构P81

1）定义：栅格结构式最简单最直观的空间数据结构，又称为网格结构（Raster 或Grid Cell）或像元结构（Pixel），是指将地球表面划分为大小均匀、紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素，有行、列号定义，并包含一个代码，表示该像素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。

2）栅格单元代码确定方法：中心点法、面积占优法、重要性法、百分比法3）栅格数据结构的压缩编码：

1、游程长度编码

2、四叉树编码（Quad—Tree Code）：其基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四部分，逐块检查其网格属性值（或灰度），如果子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再划分成四个子区。这样逐渐向下递归分割，查到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。Morton码生成规则P88

7、矢栅一体化数据结构P89

8、曲面数据结构P91

1）V oronoi数据结构：

泰森多边形（V oronoi图或Dirichlet图）是由一组连接两邻点直线的垂直平分线组成的连续多边形。

泰森多边形特性：1、每个泰森多边形内仅含一个离散点数据2、泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近3、位于泰森多边形上的点到其两边的离散点的距离相等4、N个在平面上有区别的点，按照最邻近原则划分平面，每个点与它的最近邻区域相关联。

2）TIN数据结构：TIN数据结构常用来描述具有连续分布的覆盖面，如地形、降水量、温度、磁场等。表示和存储这些要素的基本要求是必须便于连续现象在任一点的内插计算，因此经常采用不规则三角网来拟合连续分布现象的覆盖表面，称为TIN（Triangulated Irregular Net wok）。

3)Grid数据结构：Grid模型是考虑到采样密度和分布的非均匀性，经内插处理后形成规则的平面分割格网。

第四章

1、空间数据源分类：P105

定义：地理信息系统的数据源是指建立地理信息系统数据库所需要的各种类型数据的来源。

分类：传统地图数据、遥感影像数据、DEM数据、测量数据、文本统计数据、其他电子数据

2、CAD数据转换成ArcGIS数据的方法P126

利用ArcGIS的ArcToolbox模块的转换工具ArcToolbox-ConversionTools-To Geodatabase-Import from CAD，可将DWG文件转换为File Geodatabase文件。转换得到的File Geodatabase文件中包含Point、Line、Area和CadDoc4个图层以及XtrProp、XData、TxtProp、MSLink、Entity、CadLayer、Attrib7张属性表。可以再ArcGIS中直接浏览空间图形以及转换后的属性表。这些属性表和空间图形要素通过EntID字段关联。经过转换后数据中每个要素通过EntID字段可以在对应的属性表中找到对应的属性，其中，在CAD数据中的地类符号、高程点注记等转换后在ArcGIS中以点的形式存在，字段Txt值即为注记的文本值。

3、矢量线的栅格化P128

1）行差小于列差

2）列差小于行差

4、面（多边形）的栅格化P129

又称多边形填充法或区域填充法，就是在用矢量表示的多边形内部的所有栅格点上赋以相应的多边形代码，形成栅格阵列。

可采用边界代数算法、内部点扩散算法、包含检验法等方法

对于包含检验法——铅垂线法 P133

5、栅格数据向矢量数据转换 P133

1）二值化：关键是在灰度级的最大值和最小值之间选取一个阀值，阀值可根据人工设定。虽然人工设定的值往往不是最佳阀值，但在扫面图比较清晰时，该方法是行之有效的。

2）细化：可分为剥皮法和骨架法两大类

3）跟踪

4）压缩

6、空间数据压缩方法中的 道格拉斯——普克法 P139

步骤：1）连接曲线首、末点为直线，直线所涵盖点序称全程。

2）由全程各点对该直线作垂线

3）求各点到垂足的垂距，取垂距最大且大于给定限差的点

4）连接首点与所取点为直线，连接末点到所取点为直线；对两线分别递归进行（2）、（3）、（4）步骤，直至再取不到点为止。在进行操作前需先确定临界值。

7、空间数据内插： P141

定义：设已知一组空间数据，它们可以是离散点的形式，也可以是分区数据的形式，现在要从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系式能最好地逼近这些空间数据，并能根据该关系式推求出区域范围内其他任意点或任意分区的值，这种通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法称为空间数据的内插。

8、整体内插方法 P141

整体内插方法是由研究区域内所有采样点的数据建立多项式函数，再用多项式函数对整个研究区域的表面进行拟合的方法。

9、局部分块内插 P142

主要方法：线性内插、双线性多项式内插、双三次多项式、克里金内插等 克里金插值：根据变异函数模型而发展起来的一系列地统计空间差值方法 适合用在样本数据量较大、分布较均匀的空间的空间分析中。

变异函数：当空间点x 在一维x 轴上变化时，区域化变量Z （x ）在点x 和x+h 处的值Z(x)与Z(x+h)差的方差的一半为区域化变量Z(x)在x 轴方向上的变异函数，记为()h γ，即：[]{}21(,)()()2x h E Z x Z x h γ=

-+ []()211

(,)()()2()N h i

i h i x h Z x Z x N h γ+==-∑

10、逐点内插： P146

1）移动拟合法：是用二次多项式来拟合地面高程，即：

22=P Z Ax Bxy C y D x Ey F +++++。通常把坐标原点平移到待定点，用待定点

为圆心的圆周内6个数据点求解函数的待定系数，计算p Z 。

2）加权平均法：采用多个邻近点的加权平均水平面移动拟合法进行内插，其公式：11

=n

i i

i p n i i W Z Z W

==∑∑

第五章

1、矢量数据管理 P157

1）数据文件管理

2）文件——关系数据库混合管理

3）全关系数据库管理

4）对象——关系数据库管理

2、栅格数据管理 P162

1）数据文件管理

2）全关系数据库管理

3、地图切片 P164

地图切片是指将大幅影像切分为大量相同分辨率的切片图。

用户每次查看影像时，实际只对少量的切片图进行操作，这样大大提高了计算机的性能，在网络应用中，降低了服务器的压力。

4、影像金字塔结构 P164

影像金字塔是指在同一空间参照下，根据用户需要以不同的分辨率进行存储与显示，形成分辨率由粗到细、数据量由小到大的金字塔结构。

这种结构有利于图像在移动和缩放过程中的快速显示。

X-Y -Z 的立体坐标系组织结构是将影像金字塔级别定义为Z ，把地图切片按照X-Y 方向进行排序，这种组织方式更能满足实际的应用，而且结构简单易懂。

5、ArcSDE 数据库引擎 P168

ArcSDE 是一个基于关系型数据库的地理数据库服务器，是对关系型数据库的一个扩展。它可以运行于Oracle 、SQL 、Server 、DB2、Informix 等大型数据库之上，与数据库间形成一种Client /Server 三重体系结构。

空间数据库连接的两种方式：

1）应用服务器连接：一种通用连接方式，可以使用ArcGIS 的客户端应用程

序ArcCatalog 来建立连接

2）直接连接：跳过ArcSDE ，直接使用ArcGIS 的客户端软件连接数据库，

是借助ArcGIS 中已包含的ArcSDE 的部分功能。同样使用ArcGIS 的客

户端应用程序ArcCatalog 来建立连接

ArcSDE 五大特点：

1）是ArcGIS 的专用的地理数据共享服务器

2）是一个高效的地理数据服务器

3）可以管理海量的无缝地理数据

4）是一个地理数据事务处理系统

5）是一个安全的地理数据库

6、空间数据的组织P170

总原则：空间分层、平面分块

7、空间数据分类P170

空间数据的分类是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层，为数据采集、存储、管理、查询和共享提供依据。

8、空间数据编码P171

空间数据编码是指将空间数据分类的结果，用一种易于被计算机和人识别的符号表示。

我国空间要素编码采用6位十进制数字码表示。左起第一位为大类码，采用1~8编码；左起第二位为中类码，在大类基础上细分形成的要素类；左起第三、四位为小类码，在中类基础上细分形成的要素类；左起第五、六位为子类码，在小类基础上细分形成的要素类。

9、地理编码P173

地理编码又称地理匹配，是指建立地点描述与坐标对应关系的过程。

10、数据入库与更新P175

数据入库与更新是把不同来源、格式、特点的数据在逻辑上或物理上有机地集中，从而为企业提供全面的数据共享支持。

11、空间数据库系统P176

1）临时数据库：地理空间进行数据处理的临时存储空间。数据处理人员在临时数据库中可进行数据的入库、检查、编辑等数据处理和维护工作。由于临时数据库与现势数据库的结构完全一致，经过在临时数据库中检查确认的数据可以最大限度地保证数据结构的正确性，用临时数据库中的数据对现势数据库进行数据更新还可以保证最小的时间开销和最少的操作步骤。

2）现势数据库：最具现势性的地理空间数据，是向用户提供的成果数据。现势数据库只进行临时数据库和显示数据库之间的数据提取和复制操作，一般不支持数据处理人员直接进行现势数据的处理和修改。

3）历史数据库：用来存储现势数据库更新后形成的历史数据。历史数据库与现势数据库的结构基本相同，只是其所管理的数据是被更新的成果数据。12、数据入库（增量识别）P179

数据入库前首先要进行增量识别，判断发生变化的数据，把更新的数据添加到数据库中。

13、数据库整合的主要内容P180

空间数据整合是从空间和事件两方面来对多源、多格式、异构的空间数据进行处理，以满足信息更新与共享的需要。各个不同的行业其空间数据整合的内容不同。

14、空间索引P182

空间索引就是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系，按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息，瑞对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。

常见的空间索引一半采取自顶而下、逐级划分空间的方式建立，比较有代表性的是：实体范围索引、格网索引、四叉树索引、BSP树索引、KDB树索引、R 树索引、R+树索引、CELL树索引等。

第六章

GIS基本功能

1）数据采集与输入2）数据编辑3）数据存储与管理

4）数据显示与输出5）空间查询与分析（空间查询，叠合分析，缓冲区分析，网络分析，地形分析）

一·空间分析的概念与分类P194

1 空间分析的概念

空间分析是基于空间数据的分析技术，它以地学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成和空间演变等信息。

2 空间分析的一般分类

1）空间几何分析，网络分析，空间统计分析，数字地形分析

2）咨询式分析(query mode)

集合分析、查询分

3）技术方法上

基于矢量数据的空间分析，基于栅格数据的空间分析

4）产生式分析(product mode)

DEM分析、叠合分析、缓冲区分析、网络分析

二·数字高程模型P195

1 数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)

表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学表达为：z = f ( x, y ) 。

2 数字地面模型(Digital Terrain Model, DTM)

当z为其他二维表面上连续变化的地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM，及将数字地形模型的地面特征用于描述地面高程。

3数字地面模型分类

DTM在形式上包括：规则格网(Grid)；不规则三角网(Triangulated Irregular Network, TIN)；等高线、等深线、地形特征线，如山脊线、谷底线、海岸线及坡度变换线等。（不规则三角网是一系列无重复的三角形来模拟地球表面，它是描述三维表面的常用方法，是从高程点产生的，也可以由等高线，多边形生成。规则格网DEM储存量最小便于使用容易管理，是目前运用最广的一种三维数据格式。但其缺点是不能准确地表示地形的结构，在格网大小一定的情况下，无法表示地形的细部，将局部地形平坦化了。）

4 DEM数据采集方法P196

1）直接从地面测量，例如用GPS，全站仪，野外测量等

2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取，如立体坐标仪观测及空三加密法，解析测图，数字摄影测量等。

3）从现有地形图上采集，利用数字化仪对已有地图上的信息（如等高线）进行数字化。

5 DEM空间内插方法

1)常用的数据处理：数据格式的转换，坐标系的变换，数据编辑，数据分块，数据内插。

2)概念：DEM内插就是根据参考点的高程求出其他待定点的高程，在数学上属于插值问题。

3)分类：内插点的分布范围：整体内插，分块内插，逐点内插

4)常见的内插方法：距离加权法，移动拟合法，双线性多项式内插，样条函数内插，最小二乘配置法拟合内插，有限元法

6地学分析与应用P197

1）地形因子的自动提取-1

坡度：地表单元的法向与Z轴的夹角，即切平面与水平面的夹角。在计算出各地表单元的坡度后，可对不同的坡度设定不同的灰度级，可得到坡度图。

2）地形因子的自动提取-2

坡向：地表单元的法向量在水平面上的投影与X轴之间的夹角。在计算出每个地表单元的坡向后，可制作坡向图，通常把坡向分为东、南、西、北、东北、西北、东南、西南8类，再加上平地，共9类，用不同的色彩显示，即可得到坡向图。

3）地形因子的自动提取-3

面积与体积计算：用投影面积与曲面面积之比计算地表粗糙度，分析地表起伏状况

计算两个不同时期面积和体积的差异，分析地表形态变化状况。（如背斜的隆起与向斜的凹陷、沟谷的堆积与山峰的销蚀、火山爆发前与爆发后的形态）

4）地形因子的自动提取-4

等值线自动生成：等值线是是指属性值相等的点相连得到的曲线，“值”可以是高程、温度、降水量、大气压，甚至商服繁华度、文化水平等等，根据等高线的疏密程度、走势等可分析谷脊特征

5）地形因子的自动提取-5

a:淹没边界的计算：计算高程小于既定阈值的区域，可分析该区域的淹没面积和淹灌填充体积。如水利工程修建对周围区域的影响

b:地学剖面分析意义：可以以线代面，反映研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等。如果在地形剖面上叠加其它地理变量，如坡度、土壤、植被、土地利用现状等，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。

c:地学剖面的绘制：可在GRID或TIN上进行。

已知两点的坐标A(x1，y1)，B(x2，y2)，则可求出两点连线与格网或三角网的交点，并内插交点上的高程，以及各交点之间的距离。然后按选定的垂直比例尺和水平比例尺，按距离和高程绘出剖面图。剖面图不一定必须沿直线绘制，也可沿一条曲线绘制。

d:可视性分析：在设定的视点上分析可见与不可见的空间对象，比根据地形特点来选择军事了望塔的位置和高度，或分析雷达的屏蔽效应

6）DEM应用

a:作为国家地理信息的基础数据

b:土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计

c:为军事目的而进行的三维显示

d:景观设计与城市规划

e；作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与分析

f:虚拟现实(Virtual Reality)

三·空间查询P208

1概念：空间查询是空间分析基础，任何空间分析都开始于空间查询。

2空间查询特性：回答用户的简单问题；不改变空间数据库数据；不产生新的空间实体和数据；空间查询技术由简单到复杂

3双向查询：图形查属性，属性查图形。

4空间数据的查询属于数据库的范畴，一般定义为从数据库中找出所有满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象。

5属性约束条件：带比较运算符的逻辑表达式。

6空间约束条件：带空间谓词的逻辑表达式。

7空间谓词由地理对象间的空间关系演变而来，如包含、相交、相离、重叠、距离、方向等。

8空间查询的方式

给出图形信息：如鼠标点取，拉框等方式

检索其相应属性

检索其空间拓扑关系

给出属性特征条件

检索对应的空间实体

查询属性

单纯查询：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系

联合查询：将空间数据与属性数据联合查询。

9空间数据查询种类：几何参数查询；空间定位查询；空间关系查询；属性查询1）几何参数查询：包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标的周长或面积等。实现：查询属性库或空间计算

2）空间定位查询：给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。

按点查询：给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性——点的捕捉。

开窗查询——按矩形、圆、多边形查询。分为该窗口包含和穿过的区别。

实现：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在查询开窗内的判别计算，检索到目标。——空间运算方法

3)空间关系查询

相邻分析检索——通过检索拓扑关系

面—面（如查询与面状地物相邻的多边形）

线—线（与某干流A相连的所有支流）

点—点（A与B是否相通）

相关分析检索（不同要素类型之间的关系）——通过检索拓扑关系线—面（我国边境线总长度）

点—线（自来水GIS中，与某阀门相关的水管）

点—面

包含关系查询

查询某个面状地物所包含的空间对象。

通过叠置分析检索

穿越查询

某公路穿越了某些县，采用空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算哪些面或线与之相交。

落入查询

一个空间对象落入哪个空间对象之内。——空间运算

缓冲区查询

根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。

4)属性查询

查找:仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应的属性记录或图形。

在屏幕上已有一个属性表，用户任意点取记录，对应的图形以高亮显示。

实现：执行数据库查询语言，找到满足要求的记录，得到它的目标标识，再通过目标标识在图形数据文件中找到对应的空间对象，并显示出来。

SQL查询

Select 属性项 From 属性表 Where 条件 or 条件 and 条件

实现：交互式选择各项，输入后，系统再转换为标准的SQL，由数据库系统执行，得到结果，提取目标标识，在图形文件中找到空间对象并显示。10空间查询的方法

基于关系查询语言扩充的空间查询方法

可视化空间查询方法

基于自然语言的查询方法

超文本查询方法

可视化空间查询方法

可视化查询:是指将查询语言的元素，特别是空间关系，用直观的图形或符号表示。查询主要使用图形、图像、图标、符号来表达概念。具有简单、直观、易于使用的特点。

缺点：当空间约束条件复杂时，很难用图符描述；用二维图符表示图形之间的关系时，可能会出现歧义；难以表示“非”关系等。

超文本查询:图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些“热点”（HotSpot），“热点”可以是文本、键等。用鼠标点击“热点”后，可以弹出说明信息、播放声音、完成某项工作等。但超文本查询只能预先设置好，用户不能实时构建自己要求的各种查询。

四·空间缓冲分析P211

1空间缓冲区分析(Spatial buffer analysis)：指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或主体邻近对象的辐射范围或影响程度，以便为某项分析或决策提供依据。

2根据空间实体对邻近对象作用性质的不同，可采用不同的分析模型，主要有：线性模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大呈线性衰减的情况。二次模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大呈二次形式衰减时。指数模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大呈指数形式衰减时。五·叠加分析P214

1叠加分析（Spatial Overlay analysis）：又称叠合分析、叠置分析，在统一空间参照系统条件下，每次将同一地区两个地理对象的图层进行叠合，以产生空

间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。可分为空间合成叠加和空间统计叠加两种

空间合成叠加是用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域，或对叠加后产生的多重属性进行新的分类。空间统计叠加是用于提取某个区域范围内某些专题内容的数量特征。

2矢量GIS叠加分类点与多边形叠加，线与多边形叠加和多边形叠加

3多边形叠加分析功能类型：合并(Union)；相交( Intersect)；一致( Identity)；相减( Erase)；更新( Update)；差异(Symmetrical Difference)

4数据结构与叠加分析是基于矢量数据结构的叠加分析，参与分析的两个图层均为矢量数据。优点：数据量小缺点：运算过程比较复杂

5基于栅格数据结构的叠加分析的特点：参与叠加分析的两个图层均为栅格数据。优点：运算过程比较简单缺点：数据量大

6栅格叠加分析的条件：两个或多个相同地区栅格图层；相同的栅格单元大小；不同图层间对应栅格进行运算；运算结果生成新的栅格图层；目的是产生新的空间信息；又称为“地图代数”

7栅格叠加分析的方法：点变换方法；区域变换方法；邻域变换方法；栅格叠合分析

8地图代数主要有三种类型：数学运算；函数运算；统计运算；数学运算；数学运

算术运算符：+，-，*，/

逻辑运算符：And, Or, Xor, Not

关系运算符：==, >, <, <>, >=, <=

函数运算包括：

指数、对数函数：Exp, Log；

算术函数：Abs，IsNull；

三角函数：Sin, Cos, ASin；

幂函数：Pow, Sqrt；

六·空间网络分析P218

1网络分析是运筹学模型中的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好，如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的运输费用最低等。其基本思想则在于人类活动总是趋于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。

2网络分析理论基础

图的基本知识：

图：图G是由一个非空集合V（G）={Vi}和V（G）中元素的无序对的一个集合E （G）={ek} 所构成的二元组（V（G），E（G）），称作图。其中Vi叫顶点，ek叫边或弧；

无向图：弧没有方向性的图；

回路：能构成自行闭合的路；

树：不存在回路的连通图；

连通图：任意两个结点之间都存在一条路的图；

图的数据结构

邻接矩阵：在描述顶点间邻接关系的矩阵。

3网络分析的基本概念

1）网络（Network）的概念：线状要素相互连接所形成的一个线状模式。如道路网，管线网，电力网，河流网等。

2) 网络分析（Network Analysis）的定义：依据网络拓扑关系，通过考察网络元素的空间与属性数据，以图论和运筹学为基础，对网络的性能特征进行分析与计算的技术。

3)网络的作用是将资源从一个位置移动到另一个位置

4)网络的基本元素

链（Link）: 网络中连接节点并具有运输能力的线段（弧段）。

结点（Node）:网络中分布的中间点、交点等，弧段交点。

结点中的特殊类型

a:障碍（Barrier）:禁止网络上流动的点。

b: 拐点（Turn）:出现在网络中的分割点上，其状态有属性和阻力，如拐弯的时间和限制。

c:中心（Center）:是接受或分配资源的位置，其状态包括资源容量（如总量），阻力限额（中心到链的最大距离或时间）。

d:站点（Stop）:在路径选择中资源增减的结点，其状态属性有资源需求。

4最短路径分析

最短路径含义:在网络中从起点经一系列特定的结点至终点的资源运移的最佳路线，即阻力最小的路径。

最短路径类型 :单源点之间的最短路径 ; 所有点对之间的最短路径

目前主要采用戴克斯徒拉在1959年提出的算法

七·地理信息系统建模P226

1 GIS应用模型的分类

1)根据所表达的空间对象分为：

理论模型，又称为数学模型：是应用数学分析方法建立的数学表达式，反映地理过程本质的理化规律，如地表径流模型、海洋和大气环流模型等;

经验模型：基于变量之间的统计关系或启发式关系的模型，是通过数理统计方法和大量观测实验建立的模型，如水土流失模型、适宜性分析模型等;

混合模型：模型中既有基于理论原理的确定性变量，也有应用经验加以确定的不确定性变量，如资源分配模型、位置选择模型等

2GIS应用模型的构建

1 步骤

2、途径

1) GIS环境内的模型建造。指应用者利用GIS软件的宏语言发展各自所需的空间分析模型。这种构模法能充分地利用GIS软件本身所具有的资源，模型建造和开发的效率比较高。如arcgis的建模工具。

2)GlS外部的模型建造。这种方法是基于应用GIS的空间数据库和输出功能，而模型分析功能则主要是利用其他应用领域的软件。这种构模法虽然运行效率受到很大影响，但实现了软件的嫁接，无需在GIS环境中重编分析软件，并具有广泛的适用性。如matlab与gis的集成使用。

3)独立开发一个gis软件系统。

第七章

1、GIS可视化P233

GIS可视化是指利用地图学、计算机图形图像技术对地学信息进行输入、处理、查询、分析操作，利用图形、图像，结合图表、文字、报表，以可视化形式，实现交互处理和显示的理论、技术和方法。

2、数字地图P233

优点：1）易于保存、携带与传输

2）支持地图无极缩放、漫游及地图查询与量算等

3）地图编辑与更新更容易实现

3、全要素地图P234

全要素地形图的内容包括水系、地貌、植被、居民地、交通、境界、独立地物等。它们具有统一的大地控制、地图投影和分幅编号，统一的比例尺系统（1：1万、1：2.5万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万、1：100万），统一的编制规范和地图式符号，属于国家基本比例尺地形图。它们是编制各类专题图的基础。

4、虚拟现实系统P235

虚拟现实系统，又称VR，是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域。

VR用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回使用户产生临场感。该技术集成了计算机图形（CG）技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理技术等的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

5、虚拟现实的基本特征P248

1）沉浸感：是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度，甚至超越真实，如实现比现实更逼真的照明和音响效果等。

2）交互性：是指用户对虚拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。例如，用户可以用手直接抓取虚拟环境中的物体，这时手有触摸感，并可以感觉物体的重量，场景中被抓的物体也立刻随着手的移动而移动。

3）想象力：是指用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位的获取知识，发挥主观能动性，寻求解答并形成新的概念。

6、虚拟现实P248

虚拟现实是一门直接来自于应用三维涉及众多学科的新的实用技术，是集计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术等为一体的综合集成技术。

7、虚拟现实的关键技术P248

1）环境建模技术2）立体声合成和立体显示技术

3）触觉反馈4）交互技术5）系统集成技术

第八章

1、GIS设计方法P253

●结构化设计方法

1）以结构化分析为基础，自顶向下，逐步求精和模块化的过程

2）要求设计过程必须严格地按阶段进行，每个阶段有明确任务和目标。

前阶段的成果是后阶段的依据。适用于静态需求。

3）通常将软件设计工作划分为概要设计和详细设计

4）设计思路清晰，符合人们处理问题的习惯，易学易用，模块层次分明，便于开发和调试，程序可读性强

●原型化设计方法

1）确定用户需求

2）开发初始原型

3）利用原型来提炼用户需求

4）修正和改进原型

●面向对象设计方法

设计过程的注意事项：

2、GIS设计的主要内容

1）系统分析2）系统设计3）系统实施4）系统运行与维护

3、系统分析P256

●需求调查

1）访谈2）问卷调查3）会议研讨

●需求分析

1）业务需求2）用户需求3）功能需求

●可行性分析

1）数据源的调查和评估2）技术可行性评估

3）经济效益评估4）社会效益评估

4、系统设计P260

●功能设计

●数据库设计

●系统配置

●界面设计

5、系统实施P263

●编码

●空间数据库建立

1）数据准备与预处理：数据源的选择、数据采集存储原则、数据准备与预处理2）数据采集3）数据处理4）空间数据库建立●调试与安装

调试：是软件开发过程中最艰巨的脑力劳动

步骤：1）选择足够的测试数据对程序进行试验，记录发生的错误。

2）定位程序中错误的位置，即确定是哪个模块内部发生了错误或模

块间调用的错误。

3）通过研究程序源代码，找到故障原因并改正错误。

安装：1）系统硬件的安装2）软件系统的安装3）系统的综合调试

6、系统运行与维护P266

主要内容：1）数据的维护2）软件的维护3）硬件设备的维护