gis原理与应用(专升本)

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1、第五讲GIS原理与应用(专升本)地球系统科学是研究地球系统的科学。地球系统，是指由大气圈、 水圈、岩石圈和生物圈（包括人类自身）等四大圈层组成的作为 整体的地球。它包括了自地心到地球的外层空间的十分广阔的范 围，是一个复杂的非线性系统。地球信息科学是地球系统科学的组成部分，是研究地球表层信息流 的科学，或研究地球表层资源与环境、经济与社会的综合信息流 的科学。就地球信息科学的技术特征而言，它是记录、测量、处 理、分析和表达地球参考数据或地球空间数据学科领域的科学。地理信息科学是信息时代的地理学，是地理学信息革命和范式演变 的结果。它是关于地理信息的本质特征与运动规律的一门科学， 研究对象是地理

2、信息，是地球信息科学的重要组成成分。第1章 GIS的科学基础地理信息系统（Geographic Information Systems）是地球空间信息科学的重要内容之一。它更多地强调在技术层面对地球空 间信息的存储、处理和空间分析利用。因而人们认为将地理 信息系统称之为一门空间信息管理和分析的技术更为合适。第1章 GIS的科学基础GIS GIS 以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面( (含大含大 气层在内气层在内) )与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。GISGIS作为集计算机、地理学、

3、测绘遥感学、环境科学、城市科学作为集计算机、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。GIS GIS 研究计算机技术与空间地理分布数据的结合，通过一系列空研究计算机技术与空间地理分布数据的结合，通过一系列空间操作和分析方法，为地球科学、环境科学和工程设计乃至企间操作和分析方法，为地球科学、环境科学和工程设计乃至企 业经营提供对规划、管理和空间决策有用的信息。业经营提供对规划、管理和空间决策有用的信息。第2章 GIS的基础理论地理系统是指某一个特定时间和特定空间的，由两个以上相互 区别又相互联系、相互制约的地理要素或

4、过程所组成的，并 具有特定的功能和行为，与外界环境相互作用，并能自动调 节和具有自组织功能的整体。地理信息理论是地理科学理论与信息科学理论相结合的产物。 主要研究地理信息熵、地理信息流、地理空间场、地理实体 电磁波、地理信息关联等的理论。GIS相关理论问题：空间数据计算机表示，地理空间数据采集，空间数据精度和质量，海量数据存储和网络传输，数据分析 ，空间数据表达与显示，变化的检测与空间数据更新，数据 共享与交换、数据安全性，GIS应用与管理。第2章 GIS的基础理论地理（地球）空间认知是研究人们怎样认识自己赖以生存的环境，地理（地球）空间认知是研究人们怎样认识自己赖以生存的环境， 包括其中的诸

5、事物、现象的相互位置、空间分布、依存关系，以及包括其中的诸事物、现象的相互位置、空间分布、依存关系，以及 它们的变化规律。这里之所以强调它们的变化规律。这里之所以强调“ “空间空间” ”这一概念，是因为认知的这一概念，是因为认知的对象是多维的、多时相的，它们存在于地球空间之中。对象是多维的、多时相的，它们存在于地球空间之中。 地理（地球）空间认知包括感知过程、表象过程、记忆过程和思维地理（地球）空间认知包括感知过程、表象过程、记忆过程和思维 过程等基本过程。过程等基本过程。地理（地球）空间认知通常是通过描述地理环境的地图或图象来进地理（地球）空间认知通常是通过描述地理环境的地图或图象来进 行的

6、。地图空间认知中有行的。地图空间认知中有认知制图认知制图和和心象地图心象地图概念。概念。第3章 GIS概论3.1 基本概念 信息：用文字、数字、符号、语言、图形、图象等介质或载体 ，表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人 们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产 、建设、经营、管理、分析和决策的依据。 其特点：客观性 、适用性、可传输性、共享性 。 数据：对某事件、事务、现象进行定性、定量描述的原始资料 ，含文字、数字、符号、语言、图形图象及其转换形式。 信息和数据密不可分。信息来源于数据，数据是信息的载体， 但并不就是信息。信息处理的实质是对数据进行处理，在这 个意义

7、上，信息处理和数据处理是可以不加区分的。基本概念地理信息：是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和 一切有用的知识，它是对表达地理特征和地理现象之间关系 的地理数据的解释。 地理信息的特性：空间分布性、数据量 大、多维结构和时序特征。 地理数据：是各种地理特征和现象之间关系的符号化表示。包括空间位置特征、属性特征及时态特征三个基本特征部分， 它们是GIS技术发展的根本点，也是支持地理空间分析的三大基本要素。信息系统：是具有采集、管理、分析和表达数据能力，并能回 答用户一系列问题的系统。 信息系统部分或全部由计算机系 统支持，并由硬件、软件、数据和用户四大要素组成。基本概念地理信息系统（GI

8、S）是一种特定的、十分重要的空间型信息系统。可定义为，在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部 分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采 集、存储、管理、计算、分析、显示和描述的技术系统。GIS特点：外壳是计算机化的技术系统，由若干相互关联的子系统构成操作的对象是空间数据，即由点、线、面这三类基本要素组成的 地理实体技术优势在于它的数据综合、模拟和空间分析评价能力的成功应用更强调组织体系和人的因素的作用GIS的构成与功能完整的GIS主要有五个部分组成，即硬件系统、软件系统、地理空间数据库、空间分析模型和系统管理人员、系统开发 人员和数据处理及分析人员。GIS作为空间信息的处理、管

9、理和分析系统，其功能遍历数据采集、分析、决策应用的全部过程，并能回答和解决以下 五类问题：位置问题、条件问题、变化趋势问题、模式问题 、模拟问题。第4章 GIS的技术基础4.1 数据采集技术4.1.1 遥感数据采集技术 卫星遥感、航空和低空遥感、地面车载遥感4.1.2 数字测图技术全站仪、三维激光扫描仪或其它联机测角仪器和数字测图记录、处理软件组成。 4.1.3 GPS技术采集GIS数据4.2 计算机网络工程技术GIS网络化的基础。现代网络技术的发展为构建企业内部网GIS、因 特网GIS、移动GIS和无线GIS提供了多种网络互联方式第4章 GIS的技术基础4.3 现代通信技术传递信息的技术。光

10、纤通信、卫星通信、数字微波通信。一般来讲，一个大型网络，需要利用多种通信方式建立GIS的通信网络。4.4 软件工程技术把软件工程的概念、原理、技术和方法与 GIS 软件设计开发和维护的工程活动结合起来，便产生了 GIS 软件工程。GIS 软件工程既是一项软件工程，又是一项特别关乎数据组织与管理的信息工程双重工程活动交互的复杂特点。包括软件开发的基本模型（瀑布模型、演化模型、螺旋模型、喷泉模型、组件对象模型）和软件的开发方法（生命周期方法、快速原型法、面向对象的方法、组件对象方法）。第4章 GIS的技术基础4.5 信息安全技术信息安全技术包括公钥基础设施（PKI）、防火墙技术和信息伪装技术。信息

11、安全传输的保护方式有认证传输方式、加密传输方式、混合传输方式。4.6 网络空间信息传输技术包括网络接入技术（广域网连接、局域网连接、拨号连接、宽带连接通过 ISP的接入方式）、信息传输的技术 （局域网、基于广域网的多媒体信息传输技术）和网上信息的处理技术（数据编码压缩技术和客户端缓存技术）。4.7 虚拟现实与仿真技术数字地球、数字城市、数字流域第5章 地理空间信息基础 地理空间信息的描述方法一、地球空间模型球表面几何模型分为四类：地球的自然表面模型、地球的相对抽象表面模型、地球的旋转椭球体模型和地球的数学模型。二、地理空间参照系的建立 在 GIS 中，所有的空间数据都必须纳入统一的地理空间参照

12、系。主要有地理坐标系和投影坐标系。三、地图投影概念：转换三维地球表面到二维地图平面的数学处理方法。方法：圆锥投影、圆柱投影、平面（方位）投影等，它们均包括正轴、斜轴、横轴等投影方式，在此基础上又分为相切、相割方式两种情况 。 地理空间信息的描述方法四、地理坐标系转换 指两个地理坐标系统之间的转换。转换方法：三参数法、七参数法。五、地图对地理空间的描述 按照一定的比例、一定的投影原则，有选择地将复杂的三维地理实体的某些内容投影绘制在二维平面媒体上，并用符号将这些内容要素表现出来。用点状、线状、面状符号来表示点、线、面。 六、影像对地理空间的描述影像是记录了地理实体分布的写照模型。七、地理信息的数

13、字化描述地理信息是以数字化的形式存在的。表达地理数据的几何空间数据主要有三种数据类型，即矢量数据、栅格数据和数字高程模型数据。矢量数据一、矢量数据的属性描述 矢量数据除几何特征外，还具有属性特征。空间属性特征分为两种，一种是类别特征；第二种是具体的说明信息。二、矢量数据的表示类型 除点线面外，还可按内容分为：类型数据、面域数据、网络数据、样本数据、曲面数据、文本数据、符号数据等。三、矢量数据的空间关系 空间关系是指地理实体之间存在的与空间特性有关的关系，如度量关系、顺序关系和拓扑关系等。空间拓扑关系用来描述空间实体之间的相邻 、包含、相交、相离和重合等空间关系，包括面-面、面-点、面-线、线-

14、线、线-点、点-点等多种形式上的空间关系。 元数据一、元数据的概念 元数据就是“关于数据的数据”。信息界，元数据被定义为：提供关于信息资源或数据的一种结构化的数据,是对信息资源的结构化的描述。其作用为：描述信息资源或数据本身的特征和属性,规定数字化信息的组织,具有定位、发现、证明、评估、选择等功能。二、元数据的标准三、空间元数据的获取与管理获取可为三个阶段，数据收集前、数据收集中和数据收集后。首先根据建设数据库的内容设计元数据，其次是元数据随数据的形成同步产生。第三阶段，最后是根据需要和设计，对元数据进行描述和管理。元数据的获取方法主要有五种，即键盘输入、关联表、测量法、计算法和推理等。6.1

15、地理空间数据模型的概念地理空间数据模型是人们在对地理空间的充分认识与完整的地理空间认知模型（或概念模型）的基础上，并用计算机能够识别和处理的形式化语言来定义和描述现实世界地理实体、地理现象及其相互关系的逻辑模型。地理空间数据结构是地理空间数据模型的物理描述；地理空间数据模型是定义地理空间数据结构的基础，地理空间数据结构是地理空间数据模型的具体实现。就某一建模角度来讲，地理空间数据模型是相对独立存在的，而地理空间数据结构则随定义它的空间数据库及数据库管理系统的改变而改变。地理空间认知模型、地理空间数据模型、地理空间数据结构，构成了对地理实体、现象及其关系，从地理现实世界到计算机世界的三个表达层次

16、。第6章 地理空间数据模型地理空间数据模型概念数据库模型是数据特征的抽象，它不是描述个别数据，而是描述数据的共数据库模型是数据特征的抽象，它不是描述个别数据，而是描述数据的共 性。严格地说，一个数据库的数据模型应能描述数据的以下特征：性。严格地说，一个数据库的数据模型应能描述数据的以下特征：静态特静态特 性性，包括实体和实体具有的特性、实体间的联系等，通过构造基本数据结，包括实体和实体具有的特性、实体间的联系等，通过构造基本数据结 构类型来实现；构类型来实现；动态特性动态特性，现实世界中的实体及实体间的不断发展变化，现实世界中的实体及实体间的不断发展变化， 通过对数据库的检索、插入、删除和修改等操作来实现；通过对数据库的检索、插入、删除和修改等操作来实现；数据间的相互制数据间的相互制 约与依存关系约与依存关系，通过一组完整性规则来实现。数据模型不同，描述和实现，通过一组完整性规则来实现。数据模型不同，描述和实现 方法也不同，相应支持软件方法也不同，相应支持软件数据库管理系统也就不同。数据库管理系统也就不同。数据模型反映了现实世界中的实体之间的各种联系。实体间的联系有两数据模