gis原理與應(yīng)用--簡(jiǎn)化

1、第一講,GIS原理與應(yīng)用(專升本),主要內(nèi)容,第1章 地理信息系統(tǒng)的科學(xué)基礎(chǔ)第2章 地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論第3章 地理信息系統(tǒng)概論第4章 地理信息系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)第5章 地理空間信息基礎(chǔ),地球系統(tǒng)科學(xué)（Earth System Science）是研究地球系統(tǒng)的科學(xué)。地球系統(tǒng)，是指由大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈（包括人類自身）等四大圈層組成的作為整體的地球。它包括了自地心到地球的外層空間十分廣闊的范圍，是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。研究

2、內(nèi)容：研究組成地球系統(tǒng)的各個(gè)圈層之間的相互關(guān)系、相互作用機(jī)制、地球系統(tǒng)變化規(guī)律和控制變化的機(jī)理。研究方法：系統(tǒng)方法，是地球系統(tǒng)科學(xué)的主要科學(xué)思維方法；分析與綜合統(tǒng)一的方法，從地球系統(tǒng)科學(xué)的概念和所要解決的問題來看，這也是地球系統(tǒng)科學(xué)的科學(xué)思維方法；模型方法，針對(duì)地球系統(tǒng)科學(xué)所要解決的問題及其特點(diǎn)，建立正確的數(shù)學(xué)模型，或地球的虛擬模型、數(shù)字模型，是地球系統(tǒng)科學(xué)的主要科學(xué)思維方法之一。,第1章 GIS的科學(xué)基礎(chǔ),地球信息科學(xué)（Geo-In

3、formatics, 或 Geo Information Science, 簡(jiǎn)稱 GISci）是地球系統(tǒng)科學(xué)的組成部分，是研究地球表層信息流的科學(xué)，或研究地球表層資源與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的綜合信息流的科學(xué)。就地球信息科學(xué)的技術(shù)特征而言，它是記錄、測(cè)量、處理、分析和表達(dá)地球參考數(shù)據(jù)或地球空間數(shù)據(jù)學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)。研究問題：研究地球表層的資源、環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等一切現(xiàn)象的信息流過程，或以信息作為紐帶的物質(zhì)流、能量流，包括人流、物流、資金流等等的

4、過程。研究方法：遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、和全球定位系統(tǒng)（GPS）等高新技術(shù)的綜合集成，即 “3S”技術(shù)。,GIS的科學(xué)基礎(chǔ),地理信息科學(xué)（Geographic Information Science）是信息時(shí)代的地理學(xué)，是地理學(xué)信息革命和范式演變的結(jié)果。它是關(guān)于地理信息的本質(zhì)特征與運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門科學(xué)，研究對(duì)象是地理信息，是地球信息科學(xué)的重要組成成分。主要研究在應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)地理信息進(jìn)行處理、存貯、提取以及管理和分析過程

5、中所提出的一系列基本理論和技術(shù)問題。地球空間信息科學(xué)(Geo Spatial Information Science 簡(jiǎn)稱 Geomatics)是以全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)為主要內(nèi)容，并以計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為主要技術(shù)支撐，用于采集、量測(cè)、分析、存貯、管理、顯示、傳播和應(yīng)用與地球和空間分布有關(guān)數(shù)據(jù)的一門綜合和集成的信息科學(xué)和技術(shù)。,GIS的科學(xué)基礎(chǔ),地理信息系統(tǒng)（ Geographic Informat

6、ion Systems）是地球空間信息科學(xué)的重要內(nèi)容之一。它更多地強(qiáng)調(diào)在技術(shù)層面對(duì)地球空間信息的存儲(chǔ)、處理和空間分析利用。因而人們認(rèn)為將地理信息系統(tǒng)稱之為一門空間信息管理和分析的技術(shù)更為合適。,GIS的科學(xué)基礎(chǔ),GIS 以采集、存貯、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面(含大氣層在內(nèi))與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。GIS作為集計(jì)算機(jī)、地理學(xué)、測(cè)繪遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)為一體的新興邊緣學(xué)科。GIS 研

7、究計(jì)算機(jī)技術(shù)與空間地理分布數(shù)據(jù)的結(jié)合，通過一系列空間操作和分析方法，為地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和工程設(shè)計(jì)乃至企業(yè)經(jīng)營(yíng)提供對(duì)規(guī)劃、管理和空間決策有用的信息。,第2章 GIS的基礎(chǔ)理論,2.1 地理系統(tǒng)理論 地理系統(tǒng)是指某一個(gè)特定時(shí)間和特定空間的，由兩個(gè)以上相互區(qū)別又相互聯(lián)系、相互制約的地理要素或過程所組成的，并具有特定的功能和行為，與外界環(huán)境相互作用，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)和具有自組織功能的整體。地理系統(tǒng)是一種宏觀范圍的時(shí)空有序結(jié)構(gòu)，具有自組織功

8、能。地理系統(tǒng)的自組織，是指系統(tǒng)在無外界的強(qiáng)迫（制）條件下，系統(tǒng)自發(fā)形成的有序行為，能自身調(diào)節(jié)功能的行為。地理系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了從混沌到平衡狀態(tài)。混沌可用混沌理論研究；平衡狀態(tài)可用協(xié)同論、人與自然相互作用理論/人地系統(tǒng)論、整體性與分異性理論/地帶性規(guī)律、地理空間結(jié)構(gòu)與空間功能/區(qū)位理論等來描述。,地理信息理論,地理信息理論：地理科學(xué)理論與信息科學(xué)理論相結(jié)合的產(chǎn)物。研究地理信息熵、地理信息流、地理空間場(chǎng)、地理實(shí)體電磁波、地理信息關(guān)聯(lián)等。地理

9、信息熵：用來度量地理信息載體的信息能量，即地理信息載體的信息與燥聲之比，簡(jiǎn)稱“信燥比”，是評(píng)價(jià)地理信息載體的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。地理信息流：由于物質(zhì)和能量在空間分布上存在著不均衡現(xiàn)象所產(chǎn)生的，它依附于物質(zhì)流和能量流而存在，也是物質(zhì)流、能量流的性質(zhì)、特征和狀態(tài)的表征和知識(shí)。地理空間場(chǎng)理論：地理能量場(chǎng)信息理論，不同的地理實(shí)體可形成不同的地理空間或地理空間場(chǎng)；不同地理實(shí)體的地理空間可以形成某些特殊的地理空間或地理空間場(chǎng)；不同的地理空間或地理空間場(chǎng)具

10、有不同的能量信息的空間分布特征。,地理信息理論,地理信息關(guān)聯(lián)性理論，是從事物間的聯(lián)系、依存和制約的普遍性原則出發(fā)，研究地理信息間的內(nèi)在聯(lián)系和機(jī)理，把握龐雜和瞬間變化的信息之間的相互關(guān)系，發(fā)揮地理信息綜合集成的優(yōu)勢(shì)，更全面、客觀、及時(shí)地認(rèn)識(shí)世界，以次作為指導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展研究種進(jìn)行模擬、評(píng)估和預(yù)測(cè)，以及指導(dǎo)高水平的地理信息共相的基礎(chǔ)理論。 GIS相關(guān)理論問題：空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)中表示，地理空間數(shù)據(jù)的采集，空間數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量，海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和

11、網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)分析，空間數(shù)據(jù)的表達(dá)與顯示，變化的檢測(cè)與空間數(shù)據(jù)的更新，數(shù)據(jù)的共享與交換、數(shù)據(jù)的安全性，GIS的應(yīng)用與管理。,地理(地球)空間認(rèn)知理論,地理（地球）空間認(rèn)知是研究人們?cè)鯓诱J(rèn)識(shí)自己賴以生存的環(huán)境，包括其中的諸事物、現(xiàn)象的相互位置、空間分布、依存關(guān)系，以及它們的變化規(guī)律。這里之所以強(qiáng)調(diào)“空間”這一概念，是因?yàn)檎J(rèn)知的對(duì)象是多維的、多時(shí)相的，它們存在于地球空間之中。 地理（地球）空間認(rèn)知包括感知過程、表象過程、記憶過程和思維過

12、程等基本過程。,地理（地球）空間認(rèn)知通常是通過描述地理環(huán)境的地圖或圖象來進(jìn)行的。地圖空間認(rèn)知中有認(rèn)知制圖和心象地圖概念。認(rèn)知制圖可發(fā)生在地圖的空間行為過程中，也可發(fā)生在地圖使用過程中?？臻g行為是指人們把原先已知的長(zhǎng)期記憶和新近獲取的信息結(jié)合起來后決策過程的結(jié)果，其能力可用計(jì)算機(jī)模擬，模擬結(jié)果的正確程度完全取決于模擬模型和輸入數(shù)據(jù)是否客觀地、正確地反映現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。心象地圖是不呈現(xiàn)在眼前的地理空間環(huán)境的一種心理表征，在過去對(duì)同一地理環(huán)境多次感

13、知的基礎(chǔ)上形成，它是簡(jiǎn)介和概括的，具有不完整性、變形性、差異性和動(dòng)態(tài)交互性?？赏ㄟ^實(shí)地考察、閱讀文字資料、使用地圖等方式建立。,地理(地球)空間認(rèn)知理論,第3章 GIS概論,3.1 基本概念 信息：用文字、數(shù)字、符號(hào)、語言、圖形、圖象等介質(zhì)或載體，表示事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)和知識(shí)，作為生產(chǎn)、建設(shè)、經(jīng)營(yíng)、管理、分析和決策的依據(jù)。 其特點(diǎn)：客觀性、適用性、可傳輸性、共享性 。

14、數(shù)據(jù)：對(duì)某事件、事務(wù)、現(xiàn)象進(jìn)行定性、定量描述的原始資料，含文字、數(shù)字、符號(hào)、語言、圖形圖象及其轉(zhuǎn)換形式。 信息和數(shù)據(jù)密不可分。信息來源于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是信息的載體，但并不就是信息。信息處理的實(shí)質(zhì)是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在這個(gè)意義上，信息處理和數(shù)據(jù)處理是可以不加區(qū)分的。,基本概念,地理信息：是有關(guān)地理實(shí)體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表征和一切有用的知識(shí)，它是對(duì)表達(dá)地理特征和地理現(xiàn)象之間關(guān)系的地理數(shù)據(jù)的解釋。 地理信息的特性：空間分布性、數(shù)據(jù)量大、多維

15、結(jié)構(gòu)和時(shí)序特征。 地理數(shù)據(jù)：是各種地理特征和現(xiàn)象之間關(guān)系的符號(hào)化表示。包括空間位置特征、屬性特征及時(shí)態(tài)特征三個(gè)基本特征部分，它們是GIS技術(shù)發(fā)展的根本點(diǎn)，也是支持地理空間分析的三大基本要素。信息系統(tǒng)：是具有采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)能力，并能回答用戶一系列問題的系統(tǒng)。 信息系統(tǒng)部分或全部由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持，并由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素組成。,空間位置數(shù)據(jù)描述地理實(shí)體所在的空間絕對(duì)位置以及實(shí)體間存在的空間關(guān)系的相對(duì)位置?？臻g位置

16、可由定義的坐標(biāo)參照系統(tǒng)描述，空間關(guān)系可由拓?fù)潢P(guān)系，如鄰接、關(guān)聯(lián)、連通、包含、重疊等來描述。 屬性特征有時(shí)又稱為非空間特征，是屬于一定地理實(shí)體的定性、定量指標(biāo)，即描述了地理信息的非空間組成成分，包括語義數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。 時(shí)態(tài)特征是指地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)刻或時(shí)段。時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境模擬分析非常重要，正受到GIS學(xué)界的重視。地理信息的空間位置、屬性特征和時(shí)態(tài)特征是GIS技術(shù)發(fā)展的根本點(diǎn)，也是支持地理空間分析的三大基本要素。

17、,空間位置數(shù)據(jù)及其特征,GIS概念與特點(diǎn),GIS是一種特定的、十分重要的空間型信息系統(tǒng)?？啥x為，在計(jì)算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、計(jì)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。GIS特點(diǎn)：外殼是計(jì)算機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng)，由若干相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成操作的對(duì)象是空間數(shù)據(jù)，即由點(diǎn)、線、面這三類基本要素組成的地理實(shí)體技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于它的數(shù)據(jù)綜合、模擬和空間分析評(píng)價(jià)能力的成功應(yīng)用

18、更強(qiáng)調(diào)組織體系和人的因素的作用,1、GIS按照范圍大小可分為全球的、區(qū)域的和局部的三種，分別適用于所研究對(duì)象的特征、內(nèi)容以及所要解決的問題的性質(zhì)。 2、按照表達(dá)空間數(shù)據(jù)維數(shù)，可分為 2 維、2.5 維和布滿整個(gè)三維空間的真三維GIS，以及考慮時(shí)間維的時(shí)態(tài)GIS，或 4維GIS。3、按照地理空間數(shù)據(jù)模型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可分為地理相關(guān)模型、地理關(guān)系模型、面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷腉IS。 4、按照內(nèi)容來分，可以分為專題GIS、綜合GIS和GIS工具

19、。,GIS的分類,GIS的構(gòu)成,完整的GIS主要有五個(gè)部分組成，即硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)（基本軟件、應(yīng)用軟件、用戶界面、通訊界面）、地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)、空間分析模型和系統(tǒng)管理人員、系統(tǒng)開發(fā)人員和數(shù)據(jù)處理及分析人員。,GIS的功能,GIS作為空間信息的處理、管理和分析系統(tǒng)，其功能遍歷數(shù)據(jù)采集、分析、決策應(yīng)用的全部過程，并能回答和解決以下五類問題： 位置問題條件問題變化趨勢(shì)問題模式問題模擬問題,GIS與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,GIS發(fā)展簡(jiǎn)史,GI

20、S在技術(shù)發(fā)展導(dǎo)引和應(yīng)用驅(qū)動(dòng)兩大動(dòng)力因素作用下，得到了快速的發(fā)展。這主要?dú)w因于三個(gè)因素，一是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，二是空間技術(shù)（特別是遙感技術(shù)）的發(fā)展，牽引著 GIS 的發(fā)展，三是對(duì)海量空間數(shù)據(jù)處理、管理和綜合空間決策分析應(yīng)用的推動(dòng)，驅(qū)使著 GIS 向前發(fā)展。 1、1950~60 年代為 GIS 的開拓期，注重于空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理。 2、1970年代為 GIS 的鞏固發(fā)展時(shí)期，注重空間地理信息的管理。 3、1980年代為 GIS 大

21、發(fā)展時(shí)期，注重于空間決策支持分析。 4、1990 年代為 GIS的用戶時(shí)代。 5、21 世紀(jì)初期為 GIS 的空間信息網(wǎng)格時(shí)代。,第4章 GIS的技術(shù)基礎(chǔ),4.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)4.1.1 遙感數(shù)據(jù)采集技術(shù) 衛(wèi)星遙感 航空和低空遙感地面車載遙感4.1.2 數(shù)字測(cè)圖技術(shù) 全站儀、三維激光掃描儀或其它聯(lián)機(jī)測(cè)角儀器和數(shù)字測(cè)圖記錄、處理軟件組成。 4.1.3 GPS技術(shù)采集GIS數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

22、工程技術(shù)是GIS網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為構(gòu)建企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)GIS、因特網(wǎng)GIS、移動(dòng)GIS和無線GIS提供了多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方式。,現(xiàn)代通信技術(shù),,通信技術(shù)是傳遞信息的技術(shù)。通信系統(tǒng)是傳遞信息所需的一切技術(shù)、設(shè)備的總稱，泛指通過傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)將大量用戶終端（如電話、傳真、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等）連接起來的數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡(luò)。通信系統(tǒng)是建立網(wǎng)絡(luò) GIS必不可少的信息基礎(chǔ)設(shè)施，寬帶高速的通信網(wǎng)絡(luò)俗稱“信息高速公路”。,光纖通信衛(wèi)星通信數(shù)字微波

23、通信,一般來講，一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)，需要利用多種通信方式建立GIS的通信網(wǎng)絡(luò)。,軟件工程技術(shù),軟件工程是一門指導(dǎo)計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)和維護(hù)的工程學(xué)科。采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)和維護(hù)軟件，把經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)，證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前最好的開發(fā)技術(shù)結(jié)合起來，就是軟件工程。 把軟件工程的概念、原理、技術(shù)和方法與 GIS 軟件設(shè)計(jì)開發(fā)和維護(hù)的工程活動(dòng)結(jié)合起來，便產(chǎn)生了 GIS 軟件工程。與一般意義上的軟件工程不同，GIS 軟件工程既是一項(xiàng)軟

24、件工程，又是一項(xiàng)特別關(guān)乎數(shù)據(jù)組織與管理的信息工程雙重工程活動(dòng)交互的復(fù)雜特點(diǎn)。,軟件工程技術(shù),一、軟件開發(fā)的基本模型 瀑布模型演化模型螺旋模型噴泉模型組件對(duì)象模型二、軟件的開發(fā)方法生命周期方法快速原型法面向?qū)ο蟮姆椒ńM件對(duì)象方法,信息安全技術(shù),地理信息是一種重要和特殊的信息資源，在網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，地理信息的傳輸安全是 GIS 工程設(shè)計(jì)和建設(shè)應(yīng)當(dāng)高度關(guān)注的問題。對(duì)地理信息（數(shù)據(jù)）的安全性要求，應(yīng)當(dāng)滿足：信息的保密性、信

25、息的認(rèn)證、信息的不可否認(rèn)性以及信息的完整性。,當(dāng)前可利用的信息安全技術(shù)包括：公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）（單鑰密碼、數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)、公開密鑰數(shù)字簽名、數(shù)字簽名與數(shù)字信封、數(shù)字證書）、防火墻技術(shù)（包過濾防火墻、狀態(tài)/動(dòng)態(tài)檢測(cè)防火墻、應(yīng)用程序代理防火墻、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換、個(gè)人防火墻）和信息偽裝技術(shù)（疊像技術(shù)、數(shù)字水印、替聲技術(shù)）。,信息安全傳輸?shù)谋Ｗo(hù)方式有認(rèn)證傳輸方式、加密傳輸方式、混合傳輸方式。,網(wǎng)絡(luò)空間信息傳輸存在的問題,在網(wǎng)絡(luò) GIS 環(huán)境，空間

26、信息的傳輸模式主要是客戶/服務(wù)器、瀏覽器/服務(wù)器和客戶/瀏覽器/服務(wù)器模式。信息傳輸?shù)哪Ｊ接悬c(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)和多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等。 （1）大量結(jié)果數(shù)據(jù)的觸發(fā)問題（2）大量用戶的并發(fā)訪問問題（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸拞栴}（4）網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧髁繂栴}（5）網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俾蕟栴}（6）網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕尤雴栴}（7）網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔踩珕栴},網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù),1 、廣域網(wǎng)連接，即提供因特網(wǎng)服務(wù)的大型主機(jī)和眾多主機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，通過路由器和租用通信線路

27、接入因特網(wǎng)。 2、局域網(wǎng)連接，即眾多個(gè)人計(jì)算機(jī)可以先連接成局域網(wǎng)，然后通過服務(wù)器與因特網(wǎng)連接。如果每個(gè)機(jī)器沒有獨(dú)立的IP，則在服務(wù)器上安裝代理系統(tǒng)，通過代理系統(tǒng)接入因特網(wǎng)。 3、撥號(hào)連接（PSTN）：仿真終端方式和 SLIP/PPP方式。 4、寬帶連接：數(shù)字用戶線方式(ADSL、VDSL、HDSL、SDSL 等)；HFC方式，即以有線電視網(wǎng)（CATV）為基礎(chǔ)的接入方式；FTTx方式，使用光纖傳輸方式的接入方式。 5、通過

28、ISP的接入方式,信息傳輸?shù)募夹g(shù),1、局域網(wǎng)： （1）基于高速局域網(wǎng)的多媒體信息傳輸技術(shù)。典型的有：100Base-VGanyLAN, 成為需求優(yōu)先局域網(wǎng)。 （2）令牌環(huán)，是令牌環(huán)路網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，用令牌環(huán)的方式控制訪問，并且可以分配優(yōu)先權(quán)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)高，普通數(shù) 據(jù)優(yōu)先權(quán)低。其數(shù)據(jù)速率有 4Mb/s 和 16Mb/s 兩種。 （3）FDDI，光纖分布式數(shù)據(jù)接口，F(xiàn)DDI 協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)令牌環(huán)協(xié)議的

29、拓寬，其數(shù)據(jù)速率為 100Mb/s。2、基于廣域網(wǎng)的多媒體信息傳輸技術(shù) IP 分組交換網(wǎng)，是世界上最大的計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)，由多種不同技術(shù)的子網(wǎng)構(gòu)成，而 IP 協(xié)議提供這些網(wǎng)絡(luò)工作站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信功能。,主要有數(shù)據(jù)編碼壓縮技術(shù)和客戶端緩存技術(shù)。,網(wǎng)上信息的處理技術(shù),虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù),虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，它綜合集成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、仿真、人工智能、微電子等科學(xué)技術(shù)。被認(rèn)為是數(shù)字地球

30、概念提出的依據(jù)和關(guān)鍵技術(shù)；通過系統(tǒng)生成虛擬環(huán)境，用戶通過計(jì)算機(jī)進(jìn)入虛擬的三維環(huán)境，可以運(yùn)用視、聽、嗅、觸等感官與人體的自然技能感受逼真的虛擬環(huán)境，身臨其境地與虛擬世界進(jìn)行交互作用，乃至操縱虛擬環(huán)境中的對(duì)象，完成用戶需要的各種虛擬過程。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可應(yīng)用于“數(shù)字工程”中的工程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)可視化、飛行模擬、模擬實(shí)驗(yàn)等多個(gè)方面，提供地理環(huán)境的各種信息作全視角、多層次的查詢、分析、決策、發(fā)布。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展須有大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，快速數(shù)據(jù)處

31、理和寬帶信息通道的技術(shù)支撐。,第5章 地理空間信息基礎(chǔ),5.1地理空間信息的描述方法“空間”的概念是GIS的重要概念。在地理學(xué)上，地理空間是指物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過程、功能關(guān)系上的分布方式、格局及其在時(shí)間上的延續(xù)。地理空間上至大氣電離層，下至地幔莫霍面。地球表層地基準(zhǔn)是陸地表面和大樣表面，是人類活動(dòng)最頻繁的區(qū)域，人地關(guān)系最復(fù)雜、最緊密。 在 GIS 中，地理空間被定義為絕對(duì)空間和相對(duì)空間兩種形式。絕對(duì)空間是具有屬性

32、描述的實(shí)體的空間位置的集合，它由一系列不同位置上的實(shí)體的空間坐標(biāo)值組成；相對(duì)空間是具有空間屬性特征的實(shí)體的集合，它由不同實(shí)體之間的空間關(guān)系構(gòu)成。 為了表達(dá)地理空間信息，就需要建立地理空間信息的描述模型和方法。,一、地球空間模型描述 地球表面的幾何模型是定義合適的地理參照系統(tǒng)的依據(jù)。根據(jù)大地測(cè)量學(xué)的研究，球表面幾何模型分為四類：地球的自然表面模型、地球的相對(duì)抽象表面模型、地球的旋轉(zhuǎn)橢球體模型和地球的數(shù)學(xué)模型。 1、地球的自然表面模

33、型 2、地球的相對(duì)抽象表面模型 由大地水準(zhǔn)面描述的模型。假設(shè)當(dāng)海水面處于完全靜止的平衡狀態(tài)時(shí)，從海平面延伸到所有大陸下部，且與地球重力方向處處正交的一個(gè)連續(xù)、閉合的水準(zhǔn)面構(gòu)成的地表模型。以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)，就可以利用水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)地球自然表面任意一點(diǎn)進(jìn)行高程測(cè)量。,5.1 地理空間信息的描述方法,5.1地理空間信息的描述方法,3、地球的旋轉(zhuǎn)橢球體模型 地球的旋轉(zhuǎn)橢球體模型，是為了測(cè)量成果計(jì)算的需要，選用一個(gè)同大地體相近的、可以用數(shù)

34、學(xué)方法來表達(dá)的旋轉(zhuǎn)橢球來代替地球，且這個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球是由一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的。它是以大地水準(zhǔn)面為基礎(chǔ)的。凡是與局部地區(qū)（一個(gè)或幾個(gè)國(guó)家）的大地水準(zhǔn)面符合得最好的旋轉(zhuǎn)橢球，稱為參考橢球。4、地球的數(shù)學(xué)模型 地球的數(shù)學(xué)模型，是在解決其它一些大地測(cè)量學(xué)問題時(shí)提出來的，如類地形面、準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面、靜態(tài)水平衡橢球體等。,二、地理空間參照系的建立 地理空間參照系是表示地理實(shí)體的空間參照系統(tǒng)，在 GIS 中，所有的空間數(shù)據(jù)都必須納入統(tǒng)一的地

35、理空間參照系。主要有地理坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系。 1、地理坐標(biāo)系 為確定地面點(diǎn)的位置而定義的空間參照系。,5.1 地理空間信息的描述方法,2、投影坐標(biāo)系統(tǒng) 投影坐標(biāo)系統(tǒng)（平面坐標(biāo)系），將橢球面上的點(diǎn)，通過投影的方法投影到平面上時(shí)，通常使用平面坐標(biāo)系統(tǒng)。平面坐標(biāo)系統(tǒng)分為平面極坐標(biāo)系統(tǒng)和平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。,5.1 地理空間信息的描述方法,GIS的地理空間通常是指經(jīng)過投影變化后在笛卡爾坐標(biāo)系中的地球表層特征空間。它的理論基礎(chǔ)是旋轉(zhuǎn)橢球體

36、和地圖投影變換。,三、地圖投影的概念 地圖投影在 GIS 中是必須的。在計(jì)算機(jī)顯示和地圖輸出時(shí)，需要將地球球面上的實(shí)體表示在平面上。 1、地圖投影的概念 轉(zhuǎn)換三維地球表面到二維地圖平面的數(shù)學(xué)處理方法稱之為地圖投影。它是一種透視投影 。,5.1 地理空間信息的描述方法,由于要將不可展的地球橢球面展開為平面，且不能有斷裂，那么圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，因而投影變形是不可避免的。投影變形通常包括三種，即長(zhǎng)度變形、角度

37、變形和面積變形。,2、地圖投影的方法 地圖投影的方法主要由圓錐投影、圓柱投影、平面（方位）投影等，它們均包括正軸、斜軸、橫軸等投影方式，在此基礎(chǔ)上又分為相切、相割方式兩種情況 。,5.1 地理空間信息的描述方法,我國(guó)常用的地圖投影的情況為： 我國(guó)基本比例尺地形圖（1:100 萬、1:50 萬、1:25 萬、1:10 萬、1:5 萬、1:2.5、1:1 萬、1:5000）除 1:100 萬外均采用高斯—克呂格投影為地理基礎(chǔ)； 我

38、國(guó) 1:100 萬地形圖采用了 Lambert 投影，其分幅原則與國(guó)際地理學(xué)會(huì)規(guī)定的全球統(tǒng)一使用的國(guó)際百萬分之一地圖投影一致。 我國(guó)大部分省區(qū)圖以及大多數(shù)這一比例尺的地圖也多采用Lambert投影和屬于同一投影系統(tǒng)的Albers投影； Lambert 投影中，地球表面上兩點(diǎn)間的最短距離（即大圓航線）表現(xiàn)為近于直線，這有利于地理信息系統(tǒng)中和空間分析量度的正確實(shí)施。,5.1 地理空間信息的描述方法,四、地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 通常是指兩個(gè)地

39、理坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換。分為地理坐標(biāo)之間的直接轉(zhuǎn)換或經(jīng)由大地坐標(biāo)之間的間接轉(zhuǎn)換。如從NAD1927 到WGS1984 的轉(zhuǎn)換。 大地坐標(biāo)系統(tǒng)是一個(gè)地心坐標(biāo)系統(tǒng)，經(jīng)由大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換的關(guān)系可由下圖描述。,5.1 地理空間信息的描述方法,轉(zhuǎn)換方法：三參數(shù)法、七參數(shù)法。,五、地圖對(duì)地理空間的描述 地圖是地理空間實(shí)體的圖形模型。它是按照一定的比例、一定的投影原則，有選擇地將復(fù)雜的三維地理實(shí)體的某些內(nèi)容投影繪制在二維平面媒體上，并

40、用符號(hào)將這些內(nèi)容要素表現(xiàn)出來。地圖上各種要素之間的關(guān)系，是按照地圖投影建立的數(shù)學(xué)規(guī)則，使地表各點(diǎn)和地圖平面上的相應(yīng)各點(diǎn)保持一定的函數(shù)關(guān)系，從而在地圖上準(zhǔn)確表達(dá)空間各要素的關(guān)系和分布規(guī)律，反映它們之間的方向、距離和面積。 在地圖學(xué)上，把地理空間實(shí)體分為點(diǎn)、線、面三種要素，分別用點(diǎn)狀、線狀、面狀符號(hào)來表示。 六、影像對(duì)地理空間的描述 影像是記錄了地理實(shí)體分布的寫照模型。寫真的程度受攝影比例尺的影像，或空間分辨率的影響。,5.

41、1 地理空間信息的描述方法,七、地理信息的數(shù)字化描述 在 GIS 中，地理信息是以數(shù)字化的形式存在的。表達(dá)地理信息的地理數(shù)據(jù)的幾何空間數(shù)據(jù)主要有三種數(shù)據(jù)類型，即矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。 （1）矢量數(shù)據(jù) 矢量數(shù)據(jù)是用坐標(biāo)對(duì)、坐標(biāo)串和封閉的坐標(biāo)串表示實(shí)體點(diǎn)、線、面的位置及其空間關(guān)系的一種數(shù)據(jù)格式。,5.1 地理空間信息的描述方法,矢量本身是數(shù)學(xué)上的概念，運(yùn)用到 GIS中，則不同的空間特征具有不同的矢量維數(shù)。

42、（1）零維矢量表示空間中的一個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)在二維歐氏空間中用唯一的實(shí)數(shù)對(duì)（x, y）來表示，在三維空間中用唯一的實(shí)數(shù)組（x, y, z）來表示。在數(shù)學(xué)上，點(diǎn)沒有大小和方向。在GIS 中，點(diǎn)的類型包括實(shí)體點(diǎn)、標(biāo)記點(diǎn)、面標(biāo)識(shí)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)等,5.1 地理空間信息的描述方法,（2）一維矢量表示空間中的一個(gè)線狀要素，或者空間實(shí)體對(duì)象之間的邊界，包括線段、弦列、拓?fù)溥B線、弧段、鏈、環(huán)等。 線段是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的連線 。 弦列是點(diǎn)的

43、序列，表示一串互相聯(lián)結(jié)無分支的線段。但連接點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)。弧段是形成一曲線點(diǎn)的軌跡，該曲線可由數(shù)學(xué)函數(shù)定義 。 在不支持曲線的 GIS 中，弧段是由弦列近似表達(dá)的。拓?fù)溥B線是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)的連線，其方向可由結(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)的順序確定,5.1 地理空間信息的描述方法,鏈?zhǔn)且粋€(gè)非相交線段和（或）弧的無分支而有方向的序列，包括全鏈、面鏈和網(wǎng)鏈。全鏈?zhǔn)强梢燥@式定位其左右多邊形和起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)的鏈，它是一個(gè)二維拓?fù)涿娴慕M成部分（a）。面

44、鏈?zhǔn)且粭l可顯式左右多邊形但不能確定起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)的鏈，它也是一個(gè)二維拓?fù)涿娴慕M成部分（b）。網(wǎng)鏈?zhǔn)且粋€(gè)可顯式定位起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)，但不能定位其左右多邊形的鏈，它是網(wǎng)絡(luò)的組成部分。,5.1 地理空間信息的描述方法,環(huán)是一個(gè)不相交的鏈或弦列、或弧的閉合序列，一個(gè)環(huán)表示一個(gè)閉合的邊界，但不包括封閉的區(qū)域。包括 G-環(huán)和GT-環(huán)。前者由無方向鏈組成（a），后者由全鏈或面鏈組成（b）,5.1 地理空間信息的描述方法,一維矢量可以閉合，即弧段首尾相接

45、，存在 x1=xn, y1=yn , 或 z1=zn。但弧段不能自身相交。如果相交，則應(yīng)以交點(diǎn)為界，將該一維矢量分成幾個(gè)一維矢量。,二維矢量表示地理空間的一個(gè)面狀要素，在二維歐氏平面上是指由一組閉合弧段包圍的空間區(qū)域。由于面狀要素是由閉合分弧段決定的，故二維矢量又稱為多邊形。面狀要素包括內(nèi)面、G-多邊形、GT-多邊形、廣義多邊形、虛多邊形等。,5.1 地理空間信息的描述方法,（2）柵格數(shù)據(jù) 柵格數(shù)據(jù)表達(dá)中，柵格由一系列的柵格坐標(biāo)

46、或像元所處柵格矩陣的行列號(hào)（i, j）定義其位置，每個(gè)像元獨(dú)立編碼，并載有屬性。柵格單元的大小代表空間分辨率，表示表達(dá)的精度。在影像中，柵格單元的值是柵格內(nèi)的平均灰度。,5.1 地理空間信息的描述方法,（3）數(shù)字高程模型數(shù)字高程模型是 GIS 表示 2.5 維地形數(shù)據(jù)的重要格式。是由平面坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)共同定義的地形表面模型。,5.1 地理空間信息的描述方法,矢量數(shù)據(jù)除幾何特征外，還具有屬性特征。空間屬性特征分為兩種，一種是類別特征

47、，即它是什么；第二種是具體的說明信息，或者統(tǒng)計(jì)信息，以解決兩個(gè)同類目標(biāo)的不同特征問題，如道路的寬度、等級(jí)、路面質(zhì)量等。第一類特征一般用類型編碼來表達(dá)，第二類特征用屬性表格來說明。屬性數(shù)據(jù)表格的一行稱為一個(gè)記錄，描述一個(gè)地理實(shí)體特征的屬性，用空間數(shù)據(jù)對(duì)象的聯(lián)接則通過特征的標(biāo)識(shí)碼找到對(duì)應(yīng)關(guān)系。,5.2 矢量數(shù)據(jù)的屬性描述,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系,一、矢量數(shù)據(jù)的表示類型 從前面的內(nèi)容知道，表示地理現(xiàn)象的空間矢量數(shù)據(jù)可以表示為點(diǎn)

48、、線、面三類。但按其表示的內(nèi)容，又可進(jìn)一步分為七種不同的類型。它們表示的內(nèi)容如下： 類型數(shù)據(jù)，如考古地點(diǎn)，道路線、土壤類型等； 面域數(shù)據(jù)，如多邊形的中心點(diǎn)，行政區(qū)界線、行政單元等； 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，地下管線的設(shè)施、管線網(wǎng)、供水區(qū)域等； 樣本數(shù)據(jù)，氣象站、航線、實(shí)驗(yàn)區(qū)等； 曲面數(shù)據(jù)，高程點(diǎn)、等高線、等值區(qū)域等； 文本數(shù)據(jù)，地名、河流名稱和區(qū)域名稱等； 符號(hào)數(shù)據(jù)，點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)等。,二、矢量數(shù)據(jù)的空間關(guān)系 空間關(guān)

49、系是指地理實(shí)體之間存在的與空間特性有關(guān)的關(guān)系，如度量關(guān)系、順序關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系等。是刻畫數(shù)據(jù)組織、查詢、分析和推理的基礎(chǔ)?？臻g關(guān)系的描述和表達(dá)，是 GIS區(qū)別于 CAD 等計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng)的主要標(biāo)志?？臻g關(guān)系的研究，直接影響 GIS 的設(shè)計(jì)、開發(fā)與應(yīng)用。1、拓?fù)淇臻g關(guān)系 拓?fù)淇臻g關(guān)系是 GIS 中重點(diǎn)描述的空間關(guān)系。“拓?fù)洹保═opology）一詞來源于希臘文，它的原意是“形狀的研究”。拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個(gè)分支，它研究在拓?fù)渥儞Q下

50、能夠保持不變的幾何屬性，即拓?fù)鋵傩浴Ｔ谧儞Q中，圖形的有些屬性會(huì)消失，有的屬性則保持不變。前者稱為非拓?fù)鋵傩?，后者稱為拓?fù)鋵傩?。象拉伸、壓縮這樣的變換，稱為拓?fù)渥儞Q。,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系,在 GIS 中，連接性、多邊形區(qū)域定義、鄰接性是三個(gè)重要的拓?fù)涓拍睢?5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系,空間拓?fù)潢P(guān)系用來描述空間實(shí)體之

51、間的相鄰、包含、相交、相離和重合等空間關(guān)系。 主要包括面-面、面-點(diǎn)、面-線、線-線、線-點(diǎn)、點(diǎn)-點(diǎn)等多種形式上的空間關(guān)系,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系,2、空間順序關(guān)系 空間順序關(guān)系描述空間實(shí)體之間在空間上的排序，如實(shí)體之間的前后、左右和東、南西、北等方位關(guān)系。同拓?fù)潢P(guān)系的形式化描述類似，也具有面-面、面-點(diǎn)、面-線、線-線、線-點(diǎn)、點(diǎn)-點(diǎn)等多種形式上的空間關(guān)系。 3、度量空間關(guān)系 度量空間關(guān)系用于描述空間實(shí)體之

52、間的距離關(guān)系。這種距離關(guān)系可以定量描述為特定空間中的某種距離。,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系,5.4 元數(shù)據(jù),一、元數(shù)據(jù)的概念 原意是關(guān)于數(shù)據(jù)變化的描述?，F(xiàn)在的含義一般認(rèn)為元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。元數(shù)據(jù)并不是一個(gè)新的概念。實(shí)際上，傳統(tǒng)的圖書館卡片、出版圖書的介紹、磁盤的標(biāo)簽、拍攝照片的說明、產(chǎn)品的說明等都是元數(shù)據(jù)。地圖的元數(shù)據(jù)表現(xiàn)為地圖類型、圖例、圖名、比例尺、參照系、圖廓坐標(biāo)、精度、出版單位、日期等。 元數(shù)據(jù)的

53、作用： 幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)者有效管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔； 提供數(shù)據(jù)生產(chǎn)者對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的說明信息，便于用戶查詢利用空間數(shù)據(jù)； 提供通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)查詢數(shù)據(jù)的方法和途徑，便于數(shù)據(jù)交換和傳輸；幫助用戶了解數(shù)據(jù)的質(zhì)量信息，對(duì)數(shù)據(jù)的使用作出正確判斷； 提供空間數(shù)據(jù)互操作的基礎(chǔ)。,5.4 元數(shù)據(jù),二、元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn),5.4 元數(shù)據(jù),三、空間元數(shù)據(jù)的獲取與管理 空間元數(shù)據(jù)的獲取是個(gè)復(fù)雜的過程，相對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的形成時(shí)間，它的獲取可分為三個(gè)