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1、地理信息系统工程第1章 地理信息系统基础1.1GIS基本概念1.1.1GIS的定义地理信息系统（Geographic Information System ,GIS）是为特定的应用目标而建立的空间信息系统，是在计算机软件、硬件及网络支持下，对有关空间数据进行预处理、输入、存储、查询、检索、处理、分析、显示、更新和提供应用的技术系统。1.1.2GIS的构成（四部分）p1871、硬件构成（五部分）2、软件构成（三部分）3、地理要素4、系统开发、管理与应用人员1、硬件构成（1）计算机主机：（2）数据输入设备：图形数字化仪 图像扫描仪 键盘 通讯端口等（3）数据存储设备：硬盘、磁带、光盘及相应的驱动程
2、序；（4）数据输出设备：显示器、打印机、绘图仪等；（5）网络设备：布线系统、网桥、路由器、交换机等；2、软件系统（三部分组成）（1）系统软件：是指由计算机厂家提供的，为用户开发和使用计算机提供方便的操作系统，常用的有：UNIX、Windows2000/XP、Windows NT、Vista等；（2）GIS专业软件：应用支持对空间数据输入、存储、转换、输出和与用户接口，一般指具有强大功能的通用GIS软件，他包含了处理地理信息的各种高级功能，可作为其他应用系统建设的平台，其代表产品为ARC/INFO、MAPGIS、SuperMap等；（3）数据库软件：Orcal、SQL、Server等。3、地理数
3、据地理数据是GIS操作的对象，具体描述地理实体的 空间特征 属性特征 时间特征他的空间表示形式可以抽象为 点 线 面数据结构 矢量数据 栅格数据4、系统开发、管理和应用人员进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发、采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务等。1.1.3 GIS的分类（1）专题地理信息系统：有限目标和专业特点（2）区域地理信息系统：区域综合研究和全面信息服务（3）地理信息系统工具：是一种具有图形图像数字化、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。1.1.4 GIS与其他学科的关系1、GIS与地图学GIS以地图数据库为基础，其最终产品
4、之一是地图；两者都是地理学的信息载体，同样具有存储、分析和显示功能；GIS是地图学理论、方法与功能的延伸，都是空间信息处理的科学；地图学强调图形信息传输，GIS则强调空间数据处理和分析。2、GIS与一般事务数据库系统GIS的基础是数据库；数据库技术的特点：数据存储、检索查询、管理有效。但无图形的拓扑关系、无空间概念；GIS能够处理空间数据，其工作过程主要是处理空间实体的位置、空间关系及空间实体的属性。3、CIS与CADGIS与CAD系统都有空间坐标，都能描述图形数据的拓扑关系，处理属性数据；CAD：处理规则几何图形及其组合，属性库功能相对较弱，采用几何坐标系；GIS：处理自然目标，难度较大，属
5、性库内容结构复杂，功能强大，图形属性互操作频繁，采用大地坐标，具有强大的空间分析功能。1.2 GIS主要功能1.2.1 数据采集与输入将系统外部原始数据传输到GIS内部，并将这些数据由外部格式转换为系统便于处理的内部格式。1.2.2数据编辑与更新图形编辑和属性编辑图形编辑：拓扑关系建立、图形整饰、图形拼接、图形变换、投影变换等；属性编辑：数据更新是指以新的数据项或记录替换数据文件或数据库中相应的数据项或记录；1.2.3、数据存储和管理数据存储是将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储设备上。空间数据存储与管理是GIS数据管理的核心，各种图形和图像信息都以严密的逻辑结构存放于空间数据库中；属性
6、数据的管理一般直接利用关系型数据库软件，如Orcal、SQL、Server等。1.2.4空间查询和分析空间查询：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。主要包括：图形查询 属性查询 图形和属性互查 地址匹配空间分析：是对空间数据的分析技术，主要包括：缓冲区分析 叠加分析 网络分析 空间插值 统计分析1.2.5数据显示与输出数据显示是将中间处理过程和最终结果显示在屏幕上，通过人机交互方式来选择显示的对象与形式，对于图形数据，根据要素的信息量和密集程度，可选择放大或缩小显示；数据输出是指经系统处理分析，可以直接提供给用户各种地图、图表、数据报表或文字报告。1.3 GI
7、S的发展1.3.1 分布式GIS1.3.2 智能GIS与空间数据挖掘1.3.3 GIS、RS、GPS 的集成1.3.4 时空系统1.3.5 三维GIS1.3.6 移动GIS第2章 基础地理信息系统功能与组成2.1概述21.1基础地理信息系统概念基础地理信息系统（Fundamental Geographical Information System ,FGIS）是以基础地理数据为管理对象，实现对基础地理信息数据的采集、录入、处理、存储、查询、分析、显示、输出、更新、共享的信息系统，他具有完善的基础地理数据管理体系和数据服务体系。2.1.2 建设目标（1）建设基础地理数据库（2）建立信息网络基础设
8、设（3）输出符合标准或符合用户要求的各种数据（4）实现面向政府、企事业单位、社会公众的网上基础地理信息数据服务（5）为其他专题信息系统提供标准化、权威化、多比例尺的公共基础地理平台（6）实现基础地理信息的动态或实时更新。2.1.3与NSDI的关系NSDI: 国家空间数据基础设施基础地理信息数据是NSDI的核心组成部分。基础地理信息数据+现代网络=空间数据基础设施（SDI）SDI包括四部分：（1）空间数据框架集 空间定位控制数据 地形框架数据土地利用框架数据地籍测绘数据航测和遥感影像数据交通、水系、界限等与空间位置相关的基本自然人文信息，作为权威的数据是SDI的核心。（2）空间数据协调、管理与分
9、发体系 权威的空间数据和地理信息协调领导机构从事空间数据获取和加工的骨干生产组织，专门从事空间数据维护更新和数据分发的单位，是SDI建设的核心。（3）空间数据交换标准信息共享机制的法规和政策技术标准他是SDI建设的关键（4）空间数据交换网络大量空间数据的生产者、管理者和用户相连接的一个广域的工作站，是SDI建设的中枢。2.2 基础地理信息系统功能1、数据采集与加工2、数据检查与入库3、数据更新与维护4、数据查询和浏览5、数据输出与转换6、数据发布与共享7、元数据管理2.3 系统建设总体要求与工作流程2.3.1 建设原则1、实用性原则2、先进性原则3、开放性原则4、标准化原则5、安全性原则6、现
10、势性原则7、网络化原则2.3.2 技术要求（1）空间参考系：统一的高程、平面控制系统（2）时间参考系：公历纪元、北京时间（3）数据内容：空间定位数据、多比例尺的矢量、栅格数据、多分辨率DEM、DOM数据、地名数据、专题数据。（4）数据格式（5）数据质量要求：完整性、逻辑一致性、位置精度、属性精度、现势性等（6）位置精度要求（7）属性精度要求（8）现势性要求（9）数据入库与处理、数据库数据的质量及其控制等应符合有关标准（10）安全与保密（11）系统基本功能要求：输入、输出、存储、处理、查询、更新及应用服务等基本功能。2.3.3工作流程数据库系统设计数据建库系统开发与集成系统测试验收用户培训及运行
11、维护2.4 基础地理数据的内容与特点2.4.1 基础地理数据的内容基础地理数据是描述地表形态及其所附属的自然以及人文特征和属性的总称。按照基础地理信息标准数据基本规定（GB21139-2007）基础地理信息数据反映和描述地球表面测量控制点水系数据居民点及设施交通、管线境界与政区地貌、植被与土质、地名DOM、地名等有关自然和社会要素的为位置、形态和属性特征。2.4.2基础地理数据分类1、按数据模型和结构分类矢量数据和栅格数据2、按数据表达分类DLG：数字线划地图DOM：数字正射影像图DEM：数字高程模型DRG：数字栅格地图3、按其他分类方式电子数据与非电子数据大、中、小比例尺数据2.4.3 基础
12、地理数据的特点（1）基础性（2）权威性（3）现势性和动态性（4）抽象性（5）多尺度性（6）多样性（7）复杂性2.5 基础大量数据的采集2.5.1 采集方法（1）全野外数据采集（2）航空摄影测量和航天遥感（3）原图数字化技术2.5.2基础地理数据库1、基础地理数据库的组成基础地理数据库存储、管理各类基础地理数据、是基础地理信息系统各种功能实现的基础。包含的数据内容：1)控制测量数据库控制测量数据库是控制测量成果及其管理软件的集合。点名、点号、等级、类别、各种系统的坐标、点之记等。2）数字线划数据库利用计算机存储的各种数字地形数据及其数据管理软件的集合。政区、居民地、交通与管网、水系及附属设施、地
13、貌、地名、测量控制点等内容、3）数字正射影像图数据库是数字正射影像图数据及其管理软件的集合。4）数字高程数据库数字高程模型是定义在X、Y域或离散点（规则或不规则）的以高程表达地面起伏形态的数据集合。数字高程模型数据库是计算机存储的数字高程模型数据及其管理软件的集合。5）数字栅格数据库数字栅格地图是现有纸质地图经计算机处理的栅格数据文件，数字栅格数据库是数字栅格地图及其管理软件的集合。6）地名数据库地名数据库是计算机存储的各种地名信息数据及其数据管理软件的集合。各级政区、居民地、交通地名和各类自然地理地名信息。7）元数据库元数据库是描述数据库/子库和库中各数字产品的元数据构成的数据库。包括系统各
14、数据库及与数字产品有关的基本信息、数据志信息、空间数据表示信息、参考数据信息、数据质量信息、要素分层信息、发行信息、和元数据参考信息。2、基础地信息数据库建设方式（p197）2.6 基础地理数据更新2.6.1 数据更新的步骤确定更新策略、变化信息获取、变化数据采集、现势数据生产、现势数据提供。1、确定更新策略（1）更新周期（2）更新内容（3）更新精度（4）更新范围（5）组建专门的更新队伍2、变化信息获取（1）专业队伍进行现势调查、发现变化（2）将卫星遥感影像与现有数据比较，发现变化（3）根据其他渠道获取变化信息3、变化数据采集（1）人工数据采集（2）交互式数据采采集（3）自动数据采集4、现势数据采集多源、多尺度数据集的融合过程，即将新采集的变化信息与原有数据库中未变化的数据融合，从而形成新的形势数数据库。5、现势数据提供2.6.2数据库更新（p200）1、数据更新的方法其一：对成果数据库及信息服务数据库的更新；
