1、第一講,GIS原理與應用(專升本),主要內容,第1章 地理信息系統(tǒng)的科學基礎第2章 地理信息系統(tǒng)的基礎理論第3章 地理信息系統(tǒng)概論第4章 地理信息系統(tǒng)的技術基礎第5章 地理空間信息基礎,地球系統(tǒng)科學（Earth System Science）是研究地球系統(tǒng)的科學。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，是一個復雜的非線性系統(tǒng)。研究

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

3、formatics, 或 Geo Information Science, 簡稱 GISci）是地球系統(tǒng)科學的組成部分，是研究地球表層信息流的科學，或研究地球表層資源與環(huán)境、經濟與社會的綜合信息流的科學。就地球信息科學的技術特征而言，它是記錄、測量、處理、分析和表達地球參考數(shù)據(jù)或地球空間數(shù)據(jù)學科領域的科學。研究問題：研究地球表層的資源、環(huán)境和社會經濟等一切現(xiàn)象的信息流過程，或以信息作為紐帶的物質流、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）等高新技術的綜合集成，即 “3S”技術。,GIS的科學基礎,地理信息科學（Geographic Information Science）是信息時代的地理學，是地理學信息革命和范式演變的結果。它是關于地理信息的本質特征與運動規(guī)律的一門科學，研究對象是地理信息，是地球信息科學的重要組成成分。主要研究在應用計算機技術對地理信息進行處理、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問題。地球空間信息科學(Geo Spatial Information Science 簡稱 Geomatics)是以全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)為主要內容，并以計算機和通信技術為主要技術支撐，用于采集、量測、分析、存貯、管理、顯示、傳播和應用與地球和空間分布有關數(shù)據(jù)的一門綜合和集成的信息科學和技術。,GIS的科學基礎,地理信息系統(tǒng)（ Geographic Informat

6、ion Systems）是地球空間信息科學的重要內容之一。它更多地強調在技術層面對地球空間信息的存儲、處理和空間分析利用。因而人們認為將地理信息系統(tǒng)稱之為一門空間信息管理和分析的技術更為合適。,GIS的科學基礎,GIS 以采集、存貯、管理、分析和描述整個或部分地球表面(含大氣層在內)與空間和地理分布有關的數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。GIS作為集計算機、地理學、測繪遙感學、環(huán)境科學、城市科學、信息科學和管理科學為一體的新興邊緣學科。GIS 研

7、究計算機技術與空間地理分布數(shù)據(jù)的結合，通過一系列空間操作和分析方法，為地球科學、環(huán)境科學和工程設計乃至企業(yè)經營提供對規(guī)劃、管理和空間決策有用的信息。,第2章 GIS的基礎理論,2.1 地理系統(tǒng)理論 地理系統(tǒng)是指某一個特定時間和特定空間的，由兩個以上相互區(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，并能自動調節(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空有序結構，具有自組織功

8、能。地理系統(tǒng)的自組織，是指系統(tǒng)在無外界的強迫（制）條件下，系統(tǒng)自發(fā)形成的有序行為，能自身調節(jié)功能的行為。地理系統(tǒng)發(fā)展經歷了從混沌到平衡狀態(tài)?；煦缈捎没煦缋碚撗芯?；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、地理空間結構與空間功能/區(qū)位理論等來描述。,地理信息理論,地理信息理論：地理科學理論與信息科學理論相結合的產物。研究地理信息熵、地理信息流、地理空間場、地理實體電磁波、地理信息關聯(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，簡稱“信燥比”，是評價地理信息載體的質量標準。地理信息流：由于物質和能量在空間分布上存在著不均衡現(xiàn)象所產生的，它依附于物質流和能量流而存在，也是物質流、能量流的性質、特征和狀態(tài)的表征和知識。地理空間場理論：地理能量場信息理論，不同的地理實體可形成不同的地理空間或地理空間場；不同地理實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；不同的地理空間或地理空間場具

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在聯(lián)系和機理，把握龐雜和瞬間變化的信息之間的相互關系，發(fā)揮地理信息綜合集成的優(yōu)勢，更全面、客觀、及時地認識世界，以次作為指導可持續(xù)發(fā)展研究種進行模擬、評估和預測，以及指導高水平的地理信息共相的基礎理論。 GIS相關理論問題：空間數(shù)據(jù)的計算機中表示，地理空間數(shù)據(jù)的采集，空間數(shù)據(jù)的精度和質量，海量數(shù)據(jù)的存儲和

11、網絡傳輸，數(shù)據(jù)分析，空間數(shù)據(jù)的表達與顯示，變化的檢測與空間數(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的應用與管理。,地理(地球)空間認知理論,地理（地球）空間認知是研究人們怎樣認識自己賴以生存的環(huán)境，包括其中的諸事物、現(xiàn)象的相互位置、空間分布、依存關系，以及它們的變化規(guī)律。這里之所以強調“空間”這一概念，是因為認知的對象是多維的、多時相的，它們存在于地球空間之中。 地理（地球）空間認知包括感知過程、表象過程、記憶過程和思維過

12、程等基本過程。,地理（地球）空間認知通常是通過描述地理環(huán)境的地圖或圖象來進行的。地圖空間認知中有認知制圖和心象地圖概念。認知制圖可發(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期記憶和新近獲取的信息結合起來后決策過程的結果，其能力可用計算機模擬，模擬結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，在過去對同一地理環(huán)境多次感

13、知的基礎上形成，它是簡介和概括的，具有不完整性、變形性、差異性和動態(tài)交互性。可通過實地考察、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、語言、圖形、圖象等介質或載體，表示事件、事物、現(xiàn)象等的內容、數(shù)量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關于現(xiàn)實世界新的事實和知識，作為生產、建設、經營、管理、分析和決策的依據(jù)。 其特點：客觀性、適用性、可傳輸性、共享性 。

14、數(shù)據(jù)：對某事件、事務、現(xiàn)象進行定性、定量描述的原始資料，含文字、數(shù)字、符號、語言、圖形圖象及其轉換形式。 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。信息處理的實質是對數(shù)據(jù)進行處理，在這個意義上，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：是有關地理實體的性質、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對表達地理特征和地理現(xiàn)象之間關系的地理數(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、結構和時序特征。 地理數(shù)據(jù)：是各種地理特征和現(xiàn)象之間關系的符號化表示。包括空間位置特征、屬性特征及時態(tài)特征三個基本特征部分，它們是GIS技術發(fā)展的根本點，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)部分或全部由計算機系統(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)描述地理實體所在的空間絕對位置以及實體間存在的空間關系的相對位置?？臻g位置

16、可由定義的坐標參照系統(tǒng)描述，空間關系可由拓撲關系，如鄰接、關聯(lián)、連通、包含、重疊等來描述。 屬性特征有時又稱為非空間特征，是屬于一定地理實體的定性、定量指標，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)計數(shù)據(jù)等。 時態(tài)特征是指地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時刻或時段。時態(tài)數(shù)據(jù)對環(huán)境模擬分析非常重要，正受到GIS學界的重視。地理信息的空間位置、屬性特征和時態(tài)特征是GIS技術發(fā)展的根本點，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,GIS是一種特定的、十分重要的空間型信息系統(tǒng)?？啥x為，在計算機硬件、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理、計算、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)。GIS特點：外殼是計算機化的技術系統(tǒng)，由若干相互關聯(lián)的子系統(tǒng)構成操作的對象是空間數(shù)據(jù)，即由點、線、面這三類基本要素組成的地理實體技術優(yōu)勢在于它的數(shù)據(jù)綜合、模擬和空間分析評價能力的成功應用

18、更強調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象的特征、內容以及所要解決的問題的性質。 2、按照表達空間數(shù)據(jù)維數(shù)，可分為 2 維、2.5 維和布滿整個三維空間的真三維GIS，以及考慮時間維的時態(tài)GIS，或 4維GIS。3、按照地理空間數(shù)據(jù)模型或數(shù)據(jù)結構，可分為地理相關模型、地理關系模型、面向對象的模型的GIS。 4、按照內容來分，可以分為專題GIS、綜合GIS和GIS工具

19、。,GIS的分類,GIS的構成,完整的GIS主要有五個部分組成，即硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)（基本軟件、應用軟件、用戶界面、通訊界面）、地理空間數(shù)據(jù)庫、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問題模式問題模擬問題,GIS與相關學科的關系,GIS發(fā)展簡史,GI

20、S在技術發(fā)展導引和應用驅動兩大動力因素作用下，得到了快速的發(fā)展。這主要歸因于三個因素，一是計算機技術的發(fā)展，二是空間技術（特別是遙感技術）的發(fā)展，牽引著 GIS 的發(fā)展，三是對海量空間數(shù)據(jù)處理、管理和綜合空間決策分析應用的推動，驅使著 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)的地學處理。 2、1970年代為 GIS 的鞏固發(fā)展時期，注重空間地理信息的管理。 3、1980年代為 GIS 大

21、發(fā)展時期，注重于空間決策支持分析。 4、1990 年代為 GIS的用戶時代。 5、21 世紀初期為 GIS 的空間信息網格時代。,第4章 GIS的技術基礎,4.1 數(shù)據(jù)采集技術4.1.1 遙感數(shù)據(jù)采集技術 衛(wèi)星遙感 航空和低空遙感地面車載遙感4.1.2 數(shù)字測圖技術 全站儀、三維激光掃描儀或其它聯(lián)機測角儀器和數(shù)字測圖記錄、處理軟件組成。 4.1.3 GPS技術采集GIS數(shù)據(jù),計算機網絡工程技術,計算機網絡

22、工程技術是GIS網絡化的基礎?，F(xiàn)代網絡技術的發(fā)展為構建企業(yè)內部網GIS、因特網GIS、移動GIS和無線GIS提供了多種網絡互聯(lián)方式。,現(xiàn)代通信技術,,通信技術是傳遞信息的技術。通信系統(tǒng)是傳遞信息所需的一切技術、設備的總稱，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、計算機等）連接起來的數(shù)據(jù)傳遞網絡。通信系統(tǒng)是建立網絡 GIS必不可少的信息基礎設施，寬帶高速的通信網絡俗稱“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，一個大型網絡，需要利用多種通信方式建立GIS的通信網絡。,軟件工程技術,軟件工程是一門指導計算機軟件開發(fā)和維護的工程學科。采用工程的概念、原理、技術和方法來開發(fā)和維護軟件，把經過時間考驗，證明正確的管理技術和當前最好的開發(fā)技術結合起來，就是軟件工程。 把軟件工程的概念、原理、技術和方法與 GIS 軟件設計開發(fā)和維護的工程活動結合起來，便產生了 GIS 軟件工程。與一般意義上的軟件工程不同，GIS 軟件工程既是一項軟

24、件工程，又是一項特別關乎數(shù)據(jù)組織與管理的信息工程雙重工程活動交互的復雜特點。,軟件工程技術,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對象的方法組件對象方法,信息安全技術,地理信息是一種重要和特殊的信息資源，在網絡信息時代，地理信息的傳輸安全是 GIS 工程設計和建設應當高度關注的問題。對地理信息（數(shù)據(jù)）的安全性要求，應當滿足：信息的保密性、信

25、息的認證、信息的不可否認性以及信息的完整性。,當前可利用的信息安全技術包括：公鑰基礎設施（PKI）（單鑰密碼、數(shù)據(jù)加密標準、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（包過濾防火墻、狀態(tài)/動態(tài)檢測防火墻、應用程序代理防火墻、網絡地址轉換、個人防火墻）和信息偽裝技術（疊像技術、數(shù)字水印、替聲技術）。,信息安全傳輸?shù)谋Ｗo方式有認證傳輸方式、加密傳輸方式、混合傳輸方式。,網絡空間信息傳輸存在的問題,在網絡 GIS 環(huán)境，空間

26、信息的傳輸模式主要是客戶/服務器、瀏覽器/服務器和客戶/瀏覽器/服務器模式。信息傳輸?shù)哪Ｊ接悬c對點、一點對多點、多點對一點和多點對多點等。 （1）大量結果數(shù)據(jù)的觸發(fā)問題（2）大量用戶的并發(fā)訪問問題（3）網絡傳輸?shù)膸拞栴}（4）網絡傳輸?shù)牧髁繂栴}（5）網絡傳輸?shù)乃俾蕟栴}（6）網絡傳輸?shù)慕尤雴栴}（7）網絡傳輸?shù)男畔踩珕栴},網絡接入技術,1 、廣域網連接，即提供因特網服務的大型主機和眾多主機構成的網絡，通過路由器和租用通信線路

27、接入因特網。 2、局域網連接，即眾多個人計算機可以先連接成局域網，然后通過服務器與因特網連接。如果每個機器沒有獨立的IP，則在服務器上安裝代理系統(tǒng)，通過代理系統(tǒng)接入因特網。 3、撥號連接（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（CATV）為基礎的接入方式；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,1、局域網： （1）基于高速局域網的多媒體信息傳輸技術。典型的有：100Base-VGanyLAN, 成為需求優(yōu)先局域網。 （2）令牌環(huán)，是令牌環(huán)路網的簡稱，用令牌環(huán)的方式控制訪問，并且可以分配優(yōu)先權，實時數(shù)據(jù)優(yōu)先權高，普通數(shù) 據(jù)優(yōu)先權低。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)議是標準令牌環(huán)協(xié)議的

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

30、概念提出的依據(jù)和關鍵技術；通過系統(tǒng)生成虛擬環(huán)境，用戶通過計算機進入虛擬的三維環(huán)境，可以運用視、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行交互作用，乃至操縱虛擬環(huán)境中的對象，完成用戶需要的各種虛擬過程。 虛擬現(xiàn)實技術可應用于“數(shù)字工程”中的工程設計、數(shù)據(jù)可視化、飛行模擬、模擬實驗等多個方面，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)實技術的發(fā)展須有大容量數(shù)據(jù)存儲，快速數(shù)據(jù)處

31、理和寬帶信息通道的技術支撐。,第5章 地理空間信息基礎,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。在地理學上，地理空間是指物質、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結構過程、功能關系上的分布方式、格局及其在時間上的延續(xù)。地理空間上至大氣電離層，下至地幔莫霍面。地球表層地基準是陸地表面和大樣表面，是人類活動最頻繁的區(qū)域，人地關系最復雜、最緊密。 在 GIS 中，地理空間被定義為絕對空間和相對空間兩種形式。絕對空間是具有屬性

32、描述的實體的空間位置的集合，它由一系列不同位置上的實體的空間坐標值組成；相對空間是具有空間屬性特征的實體的集合，它由不同實體之間的空間關系構成。 為了表達地理空間信息，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)大地測量學的研究，球表面幾何模型分為四類：地球的自然表面模型、地球的相對抽象表面模型、地球的旋轉橢球體模型和地球的數(shù)學模型。 1、地球的自然表面模

33、型 2、地球的相對抽象表面模型 由大地水準面描述的模型。假設當海水面處于完全靜止的平衡狀態(tài)時，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連續(xù)、閉合的水準面構成的地表模型。以大地水準面為基準，就可以利用水準測量對地球自然表面任意一點進行高程測量。,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、地球的旋轉橢球體模型 地球的旋轉橢球體模型，是為了測量成果計算的需要，選用一個同大地體相近的、可以用數(shù)

34、學方法來表達的旋轉橢球來代替地球，且這個旋轉橢球是由一個橢圓繞其短軸旋轉而成的。它是以大地水準面為基礎的。凡是與局部地區(qū)（一個或幾個國家）的大地水準面符合得最好的旋轉橢球，稱為參考橢球。4、地球的數(shù)學模型 地球的數(shù)學模型，是在解決其它一些大地測量學問題時提出來的，如類地形面、準大地水準面、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。主要有地理坐標系和投影坐標系。 1、地理坐標系 為確定地面點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、投影坐標系統(tǒng) 投影坐標系統(tǒng)（平面坐標系），將橢球面上的點，通過投影的方法投影到平面上時，通常使用平面坐標系統(tǒng)。平面坐標系統(tǒng)分為平面極坐標系統(tǒng)和平面直角坐標系統(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過投影變化后在笛卡爾坐標系中的地球表層特征空間。它的理論基礎是旋轉橢球體

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。在計算機顯示和地圖輸出時，需要將地球球面上的實體表示在平面上。 1、地圖投影的概念 轉換三維地球表面到二維地圖平面的數(shù)學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,我國常用的地圖投影的情況為： 我國基本比例尺地形圖（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； 我

38、國 1:100 萬地形圖采用了 Lambert 投影，其分幅原則與國際地理學會規(guī)定的全球統(tǒng)一使用的國際百萬分之一地圖投影一致。 我國大部分省區(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施。,5.1 地理空間信息的描述方法,四、地理坐標系轉換 通常是指兩個地

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

40、用符號將這些內容要素表現(xiàn)出來。地圖上各種要素之間的關系，是按照地圖投影建立的數(shù)學規(guī)則，使地表各點和地圖平面上的相應各點保持一定的函數(shù)關系，從而在地圖上準確表達空間各要素的關系和分布規(guī)律，反映它們之間的方向、距離和面積。 在地圖學上，把地理空間實體分為點、線、面三種要素，分別用點狀、線狀、面狀符號來表示。 六、影像對地理空間的描述 影像是記錄了地理實體分布的寫照模型。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)是用坐標對、坐標串和封閉的坐標串表示實體點、線、面的位置及其空間關系的一種數(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)學上的概念，運用到 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點，點在二維歐氏空間中用唯一的實數(shù)對（x, y）來表示，在三維空間中用唯一的實數(shù)組（x, y, z）來表示。在數(shù)學上，點沒有大小和方向。在GIS 中，點的類型包括實體點、標記點、面標識點、結點和節(jié)點等,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線狀要素，或者空間實體對象之間的邊界，包括線段、弦列、拓撲連線、弧段、鏈、環(huán)等。 線段是兩個結點之間的連線 。 弦列是點的

43、序列，表示一串互相聯(lián)結無分支的線段。但連接點為結點或節(jié)點?；《问切纬梢磺€點的軌跡，該曲線可由數(shù)學函數(shù)定義 。 在不支持曲線的 GIS 中，弧段是由弦列近似表達的。拓撲連線是兩個結點或節(jié)點的連線，其方向可由結點或節(jié)點的順序確定,5.1 地理空間信息的描述方法,鏈是一個非相交線段和（或）弧的無分支而有方向的序列，包括全鏈、面鏈和網鏈。全鏈是可以顯式定位其左右多邊形和起結點、終結點的鏈，它是一個二維拓撲面的組成部分（a）。面

44、鏈是一條可顯式左右多邊形但不能確定起結點、終結點的鏈，它也是一個二維拓撲面的組成部分（b）。網鏈是一個可顯式定位起結點、終結點，但不能定位其左右多邊形的鏈，它是網絡的組成部分。,5.1 地理空間信息的描述方法,環(huán)是一個不相交的鏈或弦列、或弧的閉合序列，一個環(huán)表示一個閉合的邊界，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，則應以交點為界，將該一維矢量分成幾個一維矢量。,二維矢量表示地理空間的一個面狀要素，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)表達中，柵格由一系列的柵格坐標

46、或像元所處柵格矩陣的行列號（i, j）定義其位置，每個像元獨立編碼，并載有屬性。柵格單元的大小代表空間分辨率，表示表達的精度。在影像中，柵格單元的值是柵格內的平均灰度。,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?？臻g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)計信息，以解決兩個同類目標的不同特征問題，如道路的寬度、等級、路面質量等。第一類特征一般用類型編碼來表達，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記錄，描述一個地理實體特征的屬性，用空間數(shù)據(jù)對象的聯(lián)接則通過特征的標識碼找到對應關系。,5.2 矢量數(shù)據(jù)的屬性描述,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關系,一、矢量數(shù)據(jù)的表示類型 從前面的內容知道，表示地理現(xiàn)象的空間矢量數(shù)據(jù)可以表示為點

48、、線、面三類。但按其表示的內容，又可進一步分為七種不同的類型。它們表示的內容如下： 類型數(shù)據(jù)，如考古地點，道路線、土壤類型等； 面域數(shù)據(jù)，如多邊形的中心點，行政區(qū)界線、行政單元等； 網絡數(shù)據(jù)，地下管線的設施、管線網、供水區(qū)域等； 樣本數(shù)據(jù)，氣象站、航線、實驗區(qū)等； 曲面數(shù)據(jù)，高程點、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； 符號數(shù)據(jù)，點狀符號、線狀符號和面狀符號等。,二、矢量數(shù)據(jù)的空間關系 空間關

49、系是指地理實體之間存在的與空間特性有關的關系，如度量關系、順序關系和拓撲關系等。是刻畫數(shù)據(jù)組織、查詢、分析和推理的基礎。空間關系的描述和表達，是 GIS區(qū)別于 CAD 等計算機圖形處理系統(tǒng)的主要標志?？臻g關系的研究，直接影響 GIS 的設計、開發(fā)與應用。1、拓撲空間關系 拓撲空間關系是 GIS 中重點描述的空間關系?！巴負洹保═opology）一詞來源于希臘文，它的原意是“形狀的研究”。拓撲學是幾何學的一個分支，它研究在拓撲變換下

50、能夠保持不變的幾何屬性，即拓撲屬性。在變換中，圖形的有些屬性會消失，有的屬性則保持不變。前者稱為非拓撲屬性，后者稱為拓撲屬性。象拉伸、壓縮這樣的變換，稱為拓撲變換。,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關系,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關系,在 GIS 中，連接性、多邊形區(qū)域定義、鄰接性是三個重要的拓撲概念。,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關系,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關系,5.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關系,空間拓撲關系用來描述空間實體之

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

52、間的距離關系。這種距離關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)的類型和空間關系,5.4 元數(shù)據(jù),一、元數(shù)據(jù)的概念 原意是關于數(shù)據(jù)變化的描述?，F(xiàn)在的含義一般認為元數(shù)據(jù)就是“關于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。元數(shù)據(jù)并不是一個新的概念。實際上，傳統(tǒng)的圖書館卡片、出版圖書的介紹、磁盤的標簽、拍攝照片的說明、產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、精度、出版單位、日期等。 元數(shù)據(jù)的

53、作用： 幫助數(shù)據(jù)生產者有效管理和維護空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔； 提供數(shù)據(jù)生產者對數(shù)據(jù)產品的說明信息，便于用戶查詢利用空間數(shù)據(jù)； 提供通過計算機網絡查詢數(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)的質量信息，對數(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。,5.4 元數(shù)據(jù),二、元數(shù)據(jù)的標準,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)的獲取是個復雜的過程，相對于基礎數(shù)據(jù)的形成時間，它的獲取可分為三個