GIS 地理信息系统-地理空间和空间数据基础
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唆瞎藻赂陶除祷湍吓委笨多圃芯贫添捶扫群嗓疑起夯疙糖渔里访瞳堂债宋第一讲GIS概论第一讲GIS概论程效益、服务效益 2、间接效益： 科学决策效益、快速决策效益
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地理信息系统名词解释大全(整理版本)
地理信息系统名词解释大全地理信息系统Geographic Information System GIS作为信息技术的一种, 是在计算机硬、软件的支持下, 以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础, 以具有空间内涵的地理数据为处理对象, 运用系统工程和信息科学的理论, 采集、存储、显示、处理、分析、输出地理信息的计算机系统, 为规划、管理和决策提供信息来源和技术支持。
简单地说, GIS就是研究如何利用计算机技术来管理和应用地球表面的空间信息, 它是由计算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体, 采用地理模型分析方法, 适时提供多种空间的和动态的地理信息, 为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
地理信息系统属于空间型信息系统。
地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息, 具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
地理信息科学与地理信息系统相比, 它更加侧重于将地理信息视作为一门科学, 而不仅仅是一个技术实现, 主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。
地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时, 还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
地理数据是以地球表面空间位置为参照, 描述自然、社会和人文景观的数据, 主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。
地理信息流即地理信息从现实世界到概念世界, 再到数字世界（GIS）, 最后到应用领域。
数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号, 是客观对象的表示, 是信息的表达, 只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。
信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统, 它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。
包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。
四叉树数据结构是将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n, 且n ≥1）, 直到子象限的数值单调为止。
GIS入门基础知识点
GIS⼊门基础知识点 ⾃从国企辞职以后，找了⼀份关于GIS开发的⼯作，好多从事这个都是地理信息科学⽅⾯的专业。
由于⾃⼰才疏学浅，只能从头⼊门学起，先是⼤致了解公司的业务以及产品，学习⼀下相关地理信息的基础知识。
⾸先今天简单的学习了⼀下地理信息基础知识：1、坐标系统：地理坐标系 平⾯坐标系2、地图投影：圆柱投影 圆锥投影 ⽅位投影 ⾼斯-克吕格投影3、地理空间数据：GIS操作的对象为空间数据数据的组织形式有：⽮量结构 栅格结构3.1、栅格结构：将研究区域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素。
它由⾏，列号定义，并包含⼀个代码，表⽰像素的属性类型或者量值⽐如遥感影像就是典型的栅格结构优点：数据结构简单，空间数据的叠加和组合⼗分⽅便，数字模拟⽅便。
缺点：图形数据量⼤，如果⽤⼤像素减少数据时，精度和信息量受损失。
地图输出不够精美，美欧表达拓扑关系。
投影变换花费时间多。
3.2、⽮量数据结构：Vector Data：在直⾓坐标系中，⽤x,y坐标来表⽰地图图形或者地理实体的数据。
⽮量数据⼀般通过记录坐标的形式来尽可能的将地理实体的空间表现出准确⽆误。
点实体：在⼆维空间中，点实体⽤⼀对坐标x,y来确定位置。
⾯实体优点：⾯向⽬标的，不仅能表达属性编码，⽽且容易定义和操作单个空间实体。
完整的描述拓扑关系。
表⽰地理数据的精确度⾼，图形输出精确美观。
严密的数据结构，数据量⼩。
图形数据和属性数据的恢复更新，综合都能实现。
缺点：数据结构复杂，⽮量多边形叠加算法复杂。
4、什么是4D数据？4D:（DRG,DLG,DOM,DEM）通过地理信息系统分析处理得到的DLG,DOM,DEM,DTM等信息产品DOM:数字正射影像图（Digital Orthophoto Map）:利⽤数字⾼程模型对扫描处理的数字化的航空相⽚，遥感影像，经过逐个象元纠正，按图幅范围裁切⽣成的影像数据DOM是需要DEM进⾏⼆次加⼯的，也是4D产品中最为⾼级额产品。
GIS_3_地理空间与空间数据基础
任意水准面 HA
大地水准面
H´B HB
铅垂线
11
黄海海面
1952-1979年平 均海水面为0米
水准原点 1985国家高
程基准， 72.2604米
12
地理参考系统
Z 笛卡尔坐标
.M
Z X
X
Y
Z
.M
d
q 纬度
a 经度
X
极坐标
Y Y
13
地理空间的距离度量
➢ 距离度量的两种方式
✓ 沿真实的地球表面进行距离量度 ✓ 沿旋转椭球体表面进行距离量度（大圆弧长）
➢特征
✓ 定位明显，属性隐含
✓ 形象直观（点：如独立树、水准点；线：如铁路、 河流；面：如土地类型）
✓ 特别适合于模拟离散（非连续变化）的空间数据
✓ 其模拟空间数据的精度较高，但其精度与坐标点的
数量、质量有直接关系
52
形象直观
定位明显 属性隐含
53
适于模拟 离散数据
54
数据精度 与点的数 量与质量
➢ 旋转椭球体有多种：不同测定者、不同计算年代、
不同测定方法、不同测定地区，对椭球体的描述方法 不同
➢ 我国不同时期采用的椭球体：
✓ 1953年以前：海福特椭球体 ✓ 1953年—1978年：克拉索夫斯基（Krasovsky） ✓ 1978年以后：1975国际椭球体
7
地理空间坐标系的建立
➢ 地理坐标（球面坐标）
技术 数字模拟 投影变换
矢量格式 严密 小 高
复杂、高效 不一致
抽象、昂贵 不易实现 容易实现 不容易
复杂、高费用 不方便 快
栅格格式 简单 大 低
简单、低效 一致
地理信息系统中的空间数据分析与建模
地理信息系统中的空间数据分析与建模地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种利用计算机软硬件系统对地理空间数据进行采集、储存、管理、分析和展示的技术。
在当今信息技术快速发展的背景下，GIS在各个领域都得到了广泛的应用。
其中，空间数据分析与建模是GIS的核心功能之一。
空间数据分析是GIS的基础，它利用地理信息系统的技术和工具，对地理空间数据进行处理和分析，揭示地理对象以及地理对象之间的关系和规律。
空间数据分析可以包括多方面的内容，比如地理特征提取、空间模式分析、路径分析等。
通过对空间数据进行分析，可以帮助我们深入了解地理现象的内在规律，从而为决策提供科学依据。
空间数据建模是GIS中的另一个重要环节，它是将现实世界中的地理对象抽象为计算机可识别的模型，以便进行数据管理、分析和可视化等操作。
在地理信息系统中，空间数据建模可以包括三维建模、地图建模、空间关系建模等。
通过空间数据建模，我们可以将复杂的地理现象转化为简洁的模型，使得地理数据的存储和处理更加高效和准确。
在GIS中，空间数据分析与建模的应用广泛涉及到各个领域。
在城市规划中，利用GIS技术可以对城市的用地分布、道路网络、人口密度等进行分析，优化城市规划方案。
在环境保护方面，GIS可以帮助监测和评估环境污染程度，为环境治理和保护提供可靠的数据支持。
在交通管理中，GIS可以进行交通流量分析、路线规划等，优化交通系统的布局和调控。
随着技术的不断进步，GIS的应用正在朝着更加复杂和智能化的方向发展。
例如，结合人工智能技术，可以对大规模的遥感影像数据进行自动分类和分析，实现高精度的土地利用和覆盖监测。
同时，与物联网技术结合，可以将传感器数据与空间数据进行融合，实现对现实世界的实时感知和分析。
然而，空间数据分析与建模中也存在一些挑战和难点。
首先，地理空间数据的处理和分析需要大量的计算资源和存储空间，尤其是针对海量和高分辨率的遥感影像数据，需要建立高效的算法和平台进行处理。
第二章 地球空间与空间数据基础
遥感图像及地图表示
五、地理信息的数字化表述
地理信息的数字化表述，就是使计算机能够识别 地理事物的形状。
Open GIS对地理空间的认识模型
九个抽象层次
尺度世界 （尺度语言）
项目世界 （project）
地理点列世界 （坐标几何）
地理空间世界 （GIS语言）
地理几何 特征世界
概念世界
现实世界
（自然语言） （基本语言）
地理要素 集合世界
地理要素 世界
GIS的三个抽象层次
现实世界 地理实体或者现象
概念世界
2
4
12 24
48
96 192
1
4
16 144 576 2304 9216 36864
1
4
36 144 576 2304 9216
第二节 地理空间坐标系与地图投影
地理空间坐标系的主要目的，是确定空间 实体在地理空间中的位置，最直接的方法是用 地理坐标（经度、纬度）和高程来表示。
地理坐标系——球面坐标系
地图投影
平面直角坐标系 （笛卡尔平面直角坐标系、欧几里德空间系）
一、在椭球面上表示点位置的坐标系统
（一）大地坐标系
大地坐标系是大地测 量中以参考椭球面为 基准面的坐标系。
根据不同的应用，域可以表示二维和三维地理 空间。
三、地图对地理空间的描述
地图上各种内容要素之间的关系，是按照 地图投影建立的数学规则，使地面上各点和地 图平面上的相应点保持一定的函数关系，从而 在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和
GIS地理信息系统空间数据结构解析
GIS地理信息系统空间数据结构解析GIS是地理信息系统的英文缩写，即Geographic Information System。
它是一种利用计算机和软件技术来收集、管理、分析和展示地理空间数据的工具。
GIS空间数据结构是指在地理信息系统中用来组织和存储地理空间数据的方式和方法。
GIS空间数据结构的核心是地理空间数据的表示方法。
在GIS中，地理空间数据可以分为两种类型：矢量数据和栅格数据。
矢量数据以几何实体为基本单位，通过点、线、面等几何对象来描述地理现象的空间分布。
而栅格数据以网格为基本单位，通过将地理空间划分为规则的网格单元来表示地理现象的分布。
矢量数据通常由三要素组成：空间位置、属性信息和拓扑关系。
空间位置是指地理现象在地球表面上的位置，可以用点、线、面等几何对象来表示。
属性信息是指地理现象的有关属性和属性值，例如地名、面积、人口等。
拓扑关系是指不同几何对象之间的空间关系，例如点和线之间的相交、包含等关系。
在矢量数据的存储和管理上，常用的数据结构包括点、线和多边形数据结构。
点数据结构采用坐标表示地理位置，通常使用点图层进行存储和管理。
线数据结构由多个点连接而成，可以表示河流、道路等线状地理现象。
多边形数据结构由多条线构成封闭的区域，可以表示湖泊、行政区等面状地理现象。
除了矢量数据外，栅格数据也是GIS中常用的一种数据结构。
栅格数据将地理空间划分为规则的网格单元，每个网格单元包含一个数值或类别信息。
栅格数据适用于连续变化的地理现象，例如地形高程、气候等。
在栅格数据存储和管理上，常用的数据结构包括二维数组和图像数据结构。
在GIS空间数据结构中，数据之间的空间关系是一个重要的概念。
常见的空间关系包括相交、邻接、包含等。
相交是指两个地理现象在地理空间上有交集，邻接是指两个地理现象在地理空间上相连或相邻，包含是指一个地理现象包含另一个地理现象。
GIS空间数据结构的选择取决于具体的应用需求和数据特点。
矢量数据适用于描述点、线、面等离散的地理现象，可以准确表示地理位置和拓扑关系。
gis空间分析原理与方法
gis空间分析原理与方法GIS（地理信息系统）是一种以地理空间数据为基础，利用计算机技术进行数据管理、空间分析和空间可视化的系统。
GIS空间分析是GIS系统中最核心和重要的功能之一，它基于地理空间数据，通过一系列的理论和方法，揭示地理现象之间的空间关系和规律。
本文将介绍GIS空间分析的原理和方法。
一、GIS空间分析的原理GIS空间分析的原理包括空间对象和空间关系。
1. 空间对象在GIS中，地理空间数据可以表示为不同的空间对象，如点、线、面等。
每个空间对象都有其特定的几何形状和属性信息。
2. 空间关系空间关系指的是空间对象之间的相对位置和相互作用。
常见的空间关系有邻接关系、包含关系、重叠关系等。
空间关系能够帮助我们理解地理现象之间的联系和相互影响。
二、GIS空间分析的方法GIS空间分析方法包括空间查询、空间统计、空间插值和空间模型等。
1. 空间查询空间查询是根据特定的空间条件，在地理空间数据集中提取与条件匹配的数据信息。
常见的空间查询操作有点查询、线查询和面查询等。
2. 空间统计空间统计是通过对地理空间数据的属性信息进行统计和分析，揭示地理现象的空间分布和规律。
常见的空间统计方法有点密度分析、热力图和聚类分析等。
3. 空间插值空间插值是通过已知的有限样本点，推算未知位置处的属性值。
常见的空间插值方法有反距离加权插值法、克里金插值法和样条插值法等。
4. 空间模型空间模型是对地理现象和过程进行建模和模拟，从而预测和分析未来的空间变化。
常见的空间模型有流域模型、土地利用模型和城市增长模型等。
三、GIS空间分析的应用GIS空间分析在各个领域都有广泛的应用，如城市规划、环境保护、农业管理和风险评估等。
1. 城市规划GIS空间分析可以帮助城市规划师分析和评估不同用地类型之间的空间关系，进行最优用地布局和交通规划。
2. 环境保护GIS空间分析可以用于环境监测和评估，分析污染源的扩散范围和影响程度，制定环境保护措施和应急预案。
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Section2 空间数据模型与结构
空间数据结构
栅格结构
Morton顺序和Morton坐标
栅格的扫描次序对游程编码的效率有较大影响 Morton序：“Z”序，如图2.19（C），以2*2的模 式递推排序，如图2.20。四个象限的遍历次序是： 西南——东南——西北——东北 可用Morton地址建立Morton索引，便于空间查 询，可大大提高某些操作的效率
Section1 地理空间
地理空间的拓扑（空间关系）
拓扑空间关系
点点、点线、点面、线线、线面、面面 相邻、相交、包含、覆盖、分离… 熟记P27-28 图2.13，并可举出实例； 龙源湖和电视塔是什么关系？
Section1 地理空间
地理空间的拓扑（空间关系）
顺序空间关系
用上下左右、东南西北等定性表述，较难解决 点点、点线、点面、线线、线面、面面
Section2 空间数据模型与结构
空间数据结构
栅格结构
完全栅格结构（无压缩，空间损耗大）
BSP：波段顺序组织 BIL：逐行 BIP：逐Cell
Section2 空间数据模型与结构
空间数据结构
栅格结构
游程编码
压缩效果好 规则：逐行，相同属性值的临近Cell被合并为一 个游程，用（长度，属性值）来表示；每行一个 游程 可以跨行或跨列游程
前四在某些情况下还可以表达出来（夹角、距离） 后二涉及的情况较为复杂
度量空间关系
主要是指空间对象的距离关系
定量：如A点距离B线最近距离30M 定性：A城离B城较近
Section2 空间数据模型与结构
概述
经过数据描述后的现实世界，才能用GIS处理 模型——对现实世界的简化表达
Section 1 地理空间
地理空间的距离测量（距离类型）
（旅行）时间距离
定义：从空间一点到另外一点的时间度量值 不具备对称性 不满足三角不等式
Section 1 地理空间
地理空间的表达（类型）
矢量表达法
0维矢量
点（xi，yi）或（xi，yi，zi） 无大小、方向
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲 可能的500个地震位置
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间数据
属性特征数据
时间属性——地理实体的时间变化和数据采集 的时间 专题数据——实体所具有的各种数据，用图表、 图像、符号或文本来呈现 属性常通过分级来体现差别
节省存储空间 降低表达精度 如：人口分布图、瓦斯地质图etc…
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间数据模型
最主要两种：矢量数据模型和栅格数据模型 栅格（数据）模型
用栅格矩阵来表达，使用面域表达空间对象 容易用计算机实现，图层间容易进行叠加操作， 不利于比例尺变换、投影变化等操作 位置隐含、属性明显 数据量较大，若提高分辨率，则数据量呈几何 级增长，故需采用压缩算法加以解决
2013-7-14
Section 1 地理空间
地理空间的表达（类型）
矢量表达法
1维矢量
线 （x1，y1）、（x2，y2）…（xn，yn）或（x 1，y1，z1）、（x2，y2，z2）…（xn，yn，zn） 有方向：起点（ x1，y1，z1），终点（xn，yn， zn），有长度，无宽度和高度 可以表达闭合线 线的弧段不能与自身相交，可分解为多个弧段， 如P20图2.5所示 距离表达：空间欧式距离、平面投影距离
电离层—》地幔莫霍面 大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、土壤圈
Section 1 地理空间
地理空间（Geo-Spatial）的分类
绝对地理空间：具有属性描述的空间位置的集 合，由空间坐标值组成 相对地理空间：具有空间、属性特征的实体集 合，由不同实体的空间关系构成
Section 1 地理空间
Section2 空间数据模型与结构
空间数据结构
数据模型和数据文件的中间媒介，和数据模 型实则一体，后者是数据表达的概念模型， 前者是数据表达的物理实现 对应于数据模型，主要有两种数据结构
栅格结构：图像处理系统、栅格GIS 矢量结构：CAD、矢量GIS 大多数GIS软件同时支持两者
Section 1 地理空间
地理空间的数学建构
地球椭球体
三轴 赤道扁率小——双轴地球椭球体 椭球体多样，我国主要采用克拉索夫斯基椭球 体
长轴a=6378245m 短轴c=6356863m 扁率：1-c/a=1/298.3
Section 1 地理空间
地理空间的数学建构
香港理工大学校园建 筑
2013-7-14
Section 1 地理空间
地属性特征和位置 由栅格单元呈现为陈列，每个单元用行号和列号表达 点用一个栅格单元表示，点的颜色表示该点属性 线用一组相连接的栅格单元表示 面用相连接的一片栅格单元区域表示 精度：单元越小，精度越高，同时存储空间越大 每个栅格单元都有属性值，该属性值是单元的中心点 的值。如此约定后，可以进行各种栅格运算
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间对象
简单空间对象和复合空间对象
焦作市（一个点） Turkey、埃及、俄罗斯、乌兹别克斯坦等国家 面 扎陵湖和鄂陵湖 …
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间对象
简单空间对象和复合空间对象
焦作市（一个点） Turkey、埃及、俄罗斯、乌兹别克斯坦等国家 面 扎陵湖和鄂陵湖 …
香港城市道路网分布
2013-7-14
Section 1 地理空间
地理空间的表达（类型）
矢量表达法
2维矢量
面或多边形： 由闭合线围成的区域 面积参数 凹凸性参数：任意边夹角小于180度，称之为凸 多边形，反之为凹多边形 单调性参数：任意点向若干直线段上投影的投影 点仍保留原来次序，则说面的点链是单调的 走向、倾角、倾向参数
D（i，j）>=0 D（i，j）=D（j，i）——对称性 满足三角不等式——a+b>c
Section 1 地理空间
地理空间的距离测量（距离类型）
曼哈顿距离（出租车距离）
定义：两点在南北方向上的距离加上东西方向 的距离。
D（i，j）=|xi-xj|+|yi-yj|
满足对称性和三角不等式 主要用于城市规划 路线图不唯一
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间对象
抽象空间实体而得
据空间维分：点、线、面、表面和体 自然空间对象和人工空间对象
受采样限制的空间对象，如国界、河流形状… 受定义限制的空间对象，如植被覆盖面… 不规则的人为空间对象，如居民区、人工湖等 规则的人为空间对象，如栅格正方形图元…
邻接性（Contiguity）（二义性的解决）
如P25 图2.11 解决规则
弧段具有方向性，沿弧段运行时，其组成的多边 形对象位于弧段的右边，弧段的这个运动方向为 正方向 弧段运行至某个结点时，以该结点为轴逆时针旋 转弧段，选取尚未走过的弧段且正方向离开结点 的第一个弧段； 如上，重复处理所有弧段
地理空间的数学建构
Vanicek E. Kraskiwsky，1982，四类 自然面——近似梨形的地球固体表面
难以用数学表达，几何测量难度较高
抽象面——大地水准面
平均海水静止面向陆地延伸，处处与地球重力 方向正交的一个连续、闭合的水准面 便于测定高程 重力线不均导致面同样难以数学表达
选用一种数据结构表达指定数据模型
选择一种记录选定数据结构的数据文件
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型——空间数据
空间/地理数据=空间特征数据+属性特征数据 属性特征数据=时间属性数据+专题属性数据 空间特征数据
实体位置（最基本） 拓扑关系（很重要） 几何特征——长度、面积等
Section2 空间数据模型与结构
41
2013-7-14
Section2 空间数据模型与结构
空间数据模型
TIN模型
用三角形拟合地表，用来描述数字高程表面。 要求三角形尽可能等边，地表平缓处稀采点， 用大三角形表示，起伏大处密采点，用小三角 形表示
泰森模型
和TIN模型转换，TIN的三角形三边的垂直平分 线构成交点连接而成，如图2.18
投 影
建立在平面上的直角坐标系统，用
（x，y）表达地理对象位置
Section 1 地理空间
地理空间的距离测量类型
沿真实地球表面进行测量
情况复杂 难以测定
沿地球椭球体的距离进行测量
Section 1 地理空间
地理空间的距离测量（距离类型）
欧几里得距离
最一般的数学距离表达方法 D（i，j）特点
数学模型
类地形面（Telluriod） 准大地水准面 静态水平衡椭球体 …