地理空间及其表达.doc

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1、地理空间及其表达地理空间: 地理空间是物质、能量、信息的数量及行为在地理范畴中的广延性存在形式。特指形态、结构、过程、关系、功能的分布方式和分布格局同时在某一静止时刻的延续。 地理空间被定义为绝对空间和相对空间两种形式。绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列的空间坐标值组成。相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，它是由不同实体之间的空间关系构成。地理空间的表达:地理空间的表达是地理数据组织、存储、运算、分析的理论基础。地理空间中的空间对象复杂多变，但通过抽象和归类，其表达方法主要有如下几种类型。 矢量表达法 栅格表达法 面向对象的表达方法矢量表达法: 矢量表达法主要表现了空间实体

2、的形状特征。包括（1）0维矢量（2）一维矢量（3）二维矢量（4）三维矢量零维矢量: 0维矢量为空间中的一个点（point）。点在二维、三维欧氏空间中分别用(x,y)和(x,y,z)来表示。在数学上，点没有大小、方向。 点包括如下几类实体：实体点（Entity point）：代表一个实体。如钻孔点、高程点、建筑物和公共设施。注记点（Text point）:用于定位注记。内点（Label point）:存在于多边形内，用于标识多边形的属性。结点（Node）:表示弧段的起点和终点。角点(Vertex)或中间点:表示线段或弧段的内部点。 点对象: 1）注记点：用于定位注记2）实体点：用来代表一个实体3

3、）内点：用于负载多边形的属性，存在于多边形内。4）角点、结点Vertex：表示线段和弧段上的连接点。 一维矢量 一维矢量表示空间中的线划要素，它包括线段、边界、弧段、网络等。用有序的坐标对表示： 在二维欧氏空间中，形式是(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(xn,yn) (n=1)在三维欧氏空间中，形式是(x1,y1,z1)(x2,y2,z2)(x3,y3,z3), (xn,yn,zn) (n=1) 一维矢量自身的空间关系主要有如下几种： (1)坐标序列中的首点和末点统称为结点，且分别为首结点和末结点。位于首尾结点间的点 为拐点或中间点或角点。2) 首尾结点可以重合，即弧段首尾相接

4、。相应的数学表达式为： x1=xn y1=yn3) 弧段不能与自身相交。如果相交，需以交点为界把弧段分为几个一维矢量。 二维矢量 二维矢量表示空间的一个面状要素，在二维欧氏平面上是指由一组闭合弧段所包围的空间区域。所以，二维矢量又称多边形，是对岛、湖泊、地块、储量块段、行政区域等现象的描述。在三维欧氏空间中二维矢量为空间曲面。目前通过二维矢量对空间曲面的表达主要有等高线和剖面法两种。等高线通过设置等间距，把具有相同高程值的点连接起来形成等高线（一维矢量），这些等高线就可完成对空间曲面的描述。 是按一定的间距和剖面方向切割空间曲面，切割而成的多组剖面就完成了对空间曲面的描述。 二维矢量的主要参数

5、 面积：指封闭多边形的面积。对于三维欧式空间中的空间曲面而言，还包括其在水平面上的投影面积。周长：如果形成多边形的弧段为折线，那么，周长为各折线段长度之和；多边形由曲线组成，则计算方法较为复杂，如积分法。 凹凸性：用于二维矢量的形态描述。凸多边形是指多边形内所有边之间的夹角小于180 。反之，则为凹多边形。走向、倾角和倾向：在描述地形、地层的特征要素时常使用这些参数。 三维矢量三维矢量用于表达三维空间中的现象和物体，是由一组或多组空间曲面所包围的空间对象，它具有体积、长度、宽度、高度、空间曲面的面积、空间曲面的周长等属性。栅格表达法栅格表达法主要描述空间实体的级别分布特征及其位置。栅格类似于矩

6、阵。在栅格表达中，对空间实体的最小表达单位为一个单元或象素(Cell或Pixel)，依行列构成的单元矩阵叫栅格(Grid),每个单元通过一定的数值表达方式（如颜色、灰度级）表达诸如环境污染程度、植被覆盖类型等空间地理现象 0维矢量就是表现为具有一定数值的栅格单元，一维矢量就表现为按线性特征相连接的一组相邻单元，二维矢量则表现为按二维形状特征连续分布的一组单元。 栅格表示法的精度与分辨率有关。地理信息系统基础：GIS 基本概念 数据、信息、地理信息 信息系统 地理信息系统数据与信息数据（Data）是对某一对象定性、定量描述的、未经加工的原始资料。数字、文字、符号、图像都是数据。信息（Inform

7、ation）来源于数据。数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，是对数据的内容和解释。例如，从实地或社会调查数据中可获取到各种专门信息；从测量数据中可以抽取出地面目标或物体的形状、大小和位置等信息；从遥感图像数据中可以提取出各种地物的图形大小和专题信息。地理信息地理信息是有关地理实体和现象的性质、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与地理现象之间关系的地理数据的解释。指与空间地理分布有关的信息，是表示地表物体和环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图形、图像的总称。地理信息的特征具有信息的一般特性，还具有以下独特特性：（1）空间分布性。地理信息具有

8、空间定位的特点，先定位后定性，并在区域上表现出分布式特点，其属性表现为多层次。（2）数据量大。地理信息既有空间特征，又有属性特征，另外地理信息还随着时间的变化而变化，具有时间特征，因此其数据量很大。（3）数据格式多样化，电子地图、遥感数据、资源环境数据、各种测量数据、电子表格等各有不同的数据格式，增加了数据融合的工作强度。信息系统信息系统的基本组成信息系统是具有采集、存储、管理、分析和表达数据能力的系统。信息系统由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成、另外，智能化的信息系统还包括知识。地理信息系统是以地理学为理论依托，对整个地球表面空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、

9、显示和描述的信息系统。它所处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感数据、属性数据等，用于分析现象和过程。地理信息系统是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、编辑、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统GIS地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。GIS可以回答的问题1）位置（Locations）即在某个特定的位置有什么。2）条件（Condit

10、ions）即什么地方有满足某些条件的东西。3）变化趋势（Trends）该类问题需要综合现有数据，以识别已经发生了或正在发生变化的地理现象。4）分布规律（Patterns）该类问题是分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。（如交通事故：地点？与时间有关？是不是在特定的路口？在这些路口有什么？5）模型建模（Models）假如某类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案。（如超市学校选址问题）地理信息系统的构成人员people软件software硬件hardware数据data 规则、流程、模型地理信息系统的构成：计算机硬件系统；计算机软件系统；地理空间数据；系统开发、管理和使用人员计算机硬件系

11、统包括各类计算机处理、终端、输入输出设备；软件是支持数据信息的采集、存贮加工、再现和回答用户问题的计算机程序系统；地理空间数据则是系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。 GIS硬件配置一般包括四个部分：1、计算机主机；2、数据输入设备：数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等；3、数据存贮设备：光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等；4、数据输出设备：笔式绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。 系统软件：系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有Windows98/Nt/2000/2

12、003/XP/Win7、Linux等。系统软件关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。基础软件：数据库软件 用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、 SQL Server、 DB2、 Sybase、Informix、Ingress、access等。Oracle、Informix、Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间数据类型。地理信息系统软件GIS 软件 获取数据 存储数据 数据查询 数据分析 数据可视化 输出数据地理信息系统基本功能数据采集、处理存储与编辑 数据查询、统计、计算功能 空间分析功能 显示表达功能G

13、IS专业软件ESRI公司的ArcGIS；MapInfo公司的MapInfo；北京超图公司的SuperMap；中地数码公司的MapGIS；武大吉奥公司的GeoStar地理空间数据地理空间数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括自然、社会和人文景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等形式。地理空间数据可由GIS系统建立或者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他通讯系统输入GIS，或者是历史积累数据的相应转换结果，是系统程序作用的对象，是现实世界经过模型抽象、并使用GIS系统的表达。地理空间数据包括空间数据、属性特征、时域特征、关系数据、及应用分析模型等部分。空间数据数据描述地物所在

14、位置、形状、大小。这种位置既可以根据大地参照系定义，如大地经纬度坐标，也可以定义为地物间的相对位置关系，如空间上的相邻、包含等；属性数据有时又称非空间数据，是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标。时域特征是指地理数据采集或地理现象发生存在时间/时刻/时段情况。关系数据是地理要素之间的空间关系，如相邻、关联、包含等。应用分析模型是人们在解决实际问题中所总结、归纳或推理出的能够科学地描述和解决实际问题的一些数学模型。系统开发、管理和使用人员人是GIS中的重要构成因素。地理信息系统从其设计、建立、运行到维护的整个生命周期，处处都离不开人的作用。仅有系统软硬件和数据还构不成完整的地理信息系统，需要

15、人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。应该指出的是：地理信息系统只是一种技术手段或工具，它的作用，是人自身分析思想的延伸。它的作用在很大程度上取决于用户（规划人员，管理人员，领导者）的水平、技能和经验。系统可快速地采集和显示所需的资料（按地理位置分布的空间信息），执行指定的分析计算，提供结果信息，帮助用户制定决策，但系统本身并不作决策，它只是辅助和支持用户，而不是代替用户决策。 GIS应用基本内容应用领域 应用环境 单机应用 网络应用 移动应用GIS应用领域土地规划和管理 城市规划、建设、运营、管理 资源领域 环境领域GIS软件的发展60年代初期，地理信息系统处于萌芽和开拓期，GIS应用刚刚起步。如加拿大地理信息系统CGIS用于土地调查，加拿大统计局的GPDSR系统用于资源普查数据的处理，美国人口调查局利用GBF/DIME进行人口统计数据的处理。进入70年代，地理信息系统进入巩固发展期，美国地质调查局