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1、1地理空间数据和信息的特殊复杂性 2具备可视化功能 3区域性和层次性4数据量大 5注重空间分析第二节 地理信息系统的分类GIS与CAD的共同点GIS与CAD的不同点都有空间坐标系统都能将目标和参考系联系起来都能描述图形数据的拓扑关系都能处理属性和空间数据CAD研究对象为人造对象规则几何图形及组合GIS处理的数据大多来自现实世界，较之人造对象更为复杂，数据量更大；数据采集方式多样化图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱GIs属性库构造复杂功能强大CAD中的拓扑关系较为简单强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁一般采用几何坐标系GIS采用地理坐标GIS与CAM的共同点GIS与CAM的

2、不同点都有地图输出，空间查询，分析和检索功能CAM侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图输出机制；它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系；他与数据库的联系通常是一些简单的查询。CAM是GIS的重要组成局部综合图形和属性数据进展深层次的空间分析，提供辅助决策信息第三节 地理信息系统的组成空间数据GIS的操作对象为空间数据空间数据特征：几何、属性、时间数据；空间数据组织：矢量构造、栅格构造；空间数据管理： 几何数据：文件 属性数据：关系数据库应用人员地图生产者、地图出版者、地图使用者、地理学专家、数据采集者、数据库设计者、数据库管理者、系统开发人员G

3、IS应用人员：包括系统开发人员和GIS技术的最终用户，他们的业务素质和专业知识是GIS工程及其应用成败的关键。GIS应用人员的职责：人是GIS中重要的构成因素，仅有系统软件、硬件和数据还构不成完整的地理信息系统，需要人进展系统组织、管理、维护和数据更新、应用程序开发、信息提取、为地理决策提供效劳。 GIS只是一种技术手段和工具，它的作用在很大程度上取决于用户的水平、技能和经历。应用模型 GIS应用模型是为*一特定的实际工作而建立的运用地理信息系统的解决方案，其构建和选择也是系统应用成败至关重要的因素。虽然GIS为解决各种现实问题提供了有效的根本工具，但对于*一专门应用目的的解决，必须通过构建专

4、门的应用模型，例如土地利用适宜性模型、选址模型、洪水预测模型、人口扩散模型、森林增长模型、水土流失模型、最优化模型和影响模型等。 应用模型是地理信息系统技术产生社会效益的关键所在，也是地理信息系统生命力的重要保证。第四节 地理信息系统的根本功能一、数据采集与编辑数据采集：是将系统外部的原始数据传输给系统部，并将这些数据从外部格式转换为系统便于处理的部格式的过程。数据编辑：图形：主要包括图形修改、增加和删除、图形整饰图形变换、图幅拼接、投影变换、误差校正和建立拓扑关系等。属性：通常与数据库管理结合在一起完成，主要包括属性数据的修改、删除和插入等操作。二、数据的处理和变换数据变换：指对数据从一种数

5、学状态转换为另一种数学状态，包括投影变换、辐射纠正、比例尺缩放、误差改正和处理等；数据重构：指对数据从一种几何形态转换为另一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据压缩、构造转换等；数据抽取：指对数据从全集合到子集的条件提取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间插三、数据存储与管理数据存储 是将数据以*种记录格式存储在计算机部或外部的存储介质上。数据管理 是处理数据存取和数据运行的各种管理控制。空间数据管理是GIS数据管理的核心。四、空间查询、统计与分析包括叠加分析、缓冲区分析、网络分析、地形分析等空间查询与分析是GIS的核心，是GIS区别于其它信息系统的本质特征。 主要包括数据操作运算、数

6、据查询检索、数据综合分析。 综合分析功能 可以提高系统评价、管理和决策的能力，分析功能可在系统操作运算功能的支持下建立专门的分析软件来实现，主要包括信息量测、属性分析、统计分析、二维模型分析、三维模型分析和多要素综合分析等。 五、产品制作与演示设置地图围、投影、比例尺，组织地图要素显示顺序，定义文字字形字号，设置地图符号大小和颜色，标注图名和图例，以及图形编辑等六、二次开发和编程 提供开发环境，可供用户在自己的编程环境中调用地理信息系统函数库，或将*些功能做成组件供用户开发语言调用。用户可以方便地编制自己的地理信息系统应用程序，生成可视化界面，完成各项应用功能的开发。第五节 地理信息系统的应用

7、GIS能解决哪些问题位置问题，*个地方有什么？条件问题，符合*些条件的地理对象在哪里？变化趋势问题，*个地方发生的*个事件及其随时间的变化过程？模式pattern问题，分析已经发生的或正在发生的事件的形成因素？模型问题，*个地方如果具备*种条件会发生什么问题？一、资源管理资源的清查、管理和分析是GIS应用最广泛的领域，也是目前趋于成熟的主要应用领域，包括森林和矿产资源的管理、野生动植物的保护、土地资源潜力的评价和土地利用规划以及水资源的时空分布特征研究等。二、区域规划 区域规划是GIS应用的一个重要方面。区域规划和城市规划中涉及到诸多方面和众多因素，如人口、交通、经济、文化、教育、金融和根底设

8、施等多个地理变量和大量数据。GIS技术能够进展多要素分析，它具有为规划部门快速提供大量信息的能力。三、国土监测、预测 在GIS中，预测主要采用统计方法，通过分析历史资料和建立数学模型，对事物进展定量分析，并对事物的未来作出判断和预测，例如洪水预报模型。 监测是借助遥感遥测数据的搜集，利用GIS对环境污染、森林火灾、洪水灾情等进展监视推测，为环境治理和救灾抢险决策提供及时准确的信息。四、辅助决策 GIS在其多要素空间数据库的支持下，通过构建一系列决策模型，并对这些决策模型进展比拟分析，为各部门决策提供科学的依据，辅助政府部门决策的制定。 总之，随着社会的进步，科技的开展，GIS的应用将越来越广泛

9、，必将产生巨大的经济效益和社会效益。第六节 地理信息系统开展概况一、国际开展状况1. 开拓阶段20世纪60年代注重空间数据的地学处理。 1963年，加拿大测量学家R. T. Tomlinson首先提出GIS这一术语，并建立加拿理信息系统CGIS； 1969年，ESRI 环境系统研究所建立； 1969年， Integraph公司建立中国市场不能比mapinfo和arcgis,其他国家里用的比拟多，也是很重要的，如geomidia。2. 稳固开展阶段20世纪70年代注重空间地理信息的实用性管理，受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视1978年，ERDAS公司成立（现在和ESRI合并）3. 大开展阶

10、段20世纪80年代1981年，ESRI ARC/INFO GIS发布；1985年，GPS成为可运行系统美国开发的；1986年，MapInfo建立中小型软件使用方便；1986年，SPOT卫星首次发射地学空间数据处理中重要的数据来源；1987年，地理信息系统的国际杂志出版；1988年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER公开的数据标准格式；1988年，GIS World 首次发行；1989年，Ingegraph 发布MGEGIS模块；4. 应用普及阶段20世纪90年代, 注重GIS社会应用与效劳，GIS技术迅猛开展。 数字地球：我相信我们需要一个数字地球1998年美国副总统戈尔，即一种可以嵌入海

11、量数据、多分辨率和三维的地球。 掀起全球数字风暴5.国外主流GIS软件ARC/INFOArcView、ArcObject、ArcIMSMGEModular GIS EnvironmentGeoMedia（Intergraph公司的）MapInfoMapinfo Proserver、Map*、Map*treme、 SpatialWare二、我国GIS的开展1.准备阶段70年代1974年引进美国地球资源卫星图像，开展遥感图像处理和分析工作。1976年召开第一次遥感技术规划会议，先后开展京津唐红外遥感试验，*哈密航空遥感试验，*渤海湾地区环境遥感研究，*农业土地资源遥感调查等工作。国家测绘局系统开展

12、了一系列航空摄影测量和地形测量。1977年诞生了第一由计算机输出的全要素地图计算机制图。2.试验阶段80年代围绕建立数据规和标准、空间数据库建立、数据处理和分析算法及系统分析和应用软件开发建立1:100万国土根底信息系统和全国土地信息系统建立了1:400万全国资源与环境信息系统和1:250万水土保持信息系统。开场GIS软件系统的研制和应用1986年创立第一个开放型高新技术开发试验室资源与环境信息系统国家重点实验室。1987年在举行了国际地理信息系统学术讨论会3.全面开展阶段90年代经济信息化根底设施和重大信息工程纳入国家方案，中国成为欧洲伽利略方案的重要合作伙伴，北斗定位系统区域定位也在不断推

13、进。一些国家级和地方级的GIS相继建立，并投入运行和应用；一些涉及数字化空间信息技术的标准和规已经公布执行；一些专业遥感基地建立；初步建成相当规模数字测绘基地；很多高校设立地理信息学科和工程相关专业；一些专门从事地理信息产业活动的高科技企业活泼在市场中。1994年正式成立中国GIS协会，以指导、协调和推动全国GIS的开展。九五期间，国家第一次将开展具有我国自主的地理信息系统软件产品列入重中之重科技攻关方案；涌现了一批具有自主知识产权的GIS软件产品和软件企业，和一批优秀的根底软件平台，如MapGIS、SuperMap、Geostar测绘科技大学吉奥之星等一些国家重要工程，如载人空间飞船试验，以

14、国产GIS软件为根底的应用系统投入了实用。GeoStar测绘大学MapGIS中国地质大学SuperMap 中科院超图公司一定的国际市场CityStarRegion Management大学第二章 空间数据构造第一节 地理空间实体一、地理空间的概念 是指地球外表及近地表空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该区域。二、地理空间实体的概念就是对复杂地理事物和现象进展简化抽象得到的结果，简称空间实体。三、地理空间实体的典型特征与一定的地理空间位置相关，并具有一定的几何形态，分布状况以及彼此之间的相互关系。

15、四、空间实体的计算机表达1、空间分幅 2、主题分层 3、时间分段 5、计算机中的数据逻辑构造隐式表示法：采用没有大小的点来表示点记录坐标称为矢量数据构造显式表示法：采用有固定大小的点来表示像元称为栅格数据构造五、空间数据-表达空间实体的数据1、空间数据的根本特征1空间特征：指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系2属性特征：指空间对象的专题属性3时间特征：指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。2、空间数据的分类：1按几何特征:点、线、面2表示容可以分为：p273按数据发布形式：DLG、DRG、DEM、DOM 数字线画图、数字栅格图、数字高程模型、数字正射影像DEM的主要表

16、示模型散点高程模型；等高线、地形特征线；规则格网模型Grid；不规则三角网TIN数字正射影像图DOMDOM是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片遥感相片，经逐象元进展纠正，再按影像镶嵌，根据图幅围剪裁生成的影像数据。一般带有公里格网、图廓外整饰和注记的平面图。3、空间关系1度量空间关系度量空间关系主要指空间实体间距离关系。距离度量可以定量化，如按欧氏距离计算得出A实体距离B实体500m；或应用与距离相关的概念，如远、近等进展定性地描述。2空间顺序关系顺序关系是基于空间实体在地理空间的分布，采用上下、左右、前后、东南西北等方向性名词描述3拓扑关系拓扑Topology：来自于希腊文，原意是

17、形状的研究拓扑学：几何学的分支，研究在拓扑变换（任意伸缩或变形，但不扭结或折叠）下能够保持不变的几何属性地图上的拓扑关系拓扑关系是明确定义空间构造关系的一种数学方法。是指图形在保持连续状态下的变形缩放、旋转和拉伸等，但图形关系不变的性质。组成一个图形的各元素结点、弧段、面域之间都存在着二元关系，即邻接关系和关联关系。在地图上这种关系可以借助图形来识别，而在计算机中这种关系需用拓扑关系加以定义。拓扑关系的类型a、拓扑邻接同类元素之间b、拓扑关联不同元素之间c、拓扑包含同类但不同级的元素之间拓扑关系的表达拓扑关系的意义a、不需要利用坐标或者计算距离，就可以确定一种实体相对于另一种实体的空间位置关系

18、；b、利用拓扑数据有利于空间要素的查询；铁路通过哪些地区、*县与那些县邻接c、以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。如建立封闭多边形，实现道路选取，进展最正确路径计算等。第二节 地理空间定位系统地理坐标系统一、地表的几何模型1、地球自然外表地球自然外表是一个起伏不平，十分不规则的外表。有高山、深谷、丘陵和平原，还有江河湖海，最高点珠峰8844.43米，最深处马里亚那海沟-11034米，且地球是一个椭球体。这个上下不平的外表无法用数学公式表达，也无法进展计算。2、水准面球体为寻求一种规则曲面来代替地球自然外表，人们设想当海洋静止时，平均海水面穿过大陆和岛屿，形成一个闭合曲面，该面上的各点与重力方

19、向铅垂线成正交，即水准面。水准面包围的球体，叫球体，它是对地球形体的一级逼近。3、地球椭球体面地球椭球体受地球部物质密度不均等多因素影响而产生重力异常，水准面仍不规则，但整体上，它起伏微小，且形状接近一个扁率极小的椭圆绕球体短轴旋转的规则椭球体，称地球椭球体。其外表是一规则数学外表，可用数学公式表达，所以在测量和制图中用它替代地球自然外表。地球形体二级逼近。由于定位方法和最逼近的方式不同，地球椭球体分为两类：1局部参考椭球体：地球局部贴合水准面2平均椭球体：全球围贴合水准面参考椭球体、平均椭球体、大水准面的关系1局部参考椭球体这种与局部地区的水准面符合得最好的一个地球椭球体，称为局部参考椭球体

20、。局部参考椭球体是具体国家测量控制网的根底，测量控制网无法在海上和难于涉足的陆地布设或进展，更不能够跨越国界。因此各国只能详细把握本国的水准面，测算出最贴合本国水准面的参考椭球面，因为这个参考椭球面是可用数学函数写出的，所以我们才在它的帮助下确定地表*处在这个椭球面上平面坐标。我国最早采用联延伸过来的克拉索夫斯基椭球。 属参心坐标系，地心和参考椭球球心不重合2平均椭球体在全球围贴合水准面作用：研究大尺度的全球问题时需要用用一个假想的数学球体把全球地表模拟在一个地心坐标系中，比方：全球定位。随着技术进步可以更准确确定地面点属地心坐标系，地心和椭球体球心重合二、定位就是求出地面点对水准面的关系，包

21、括确定地面点在水准面的平面位置球面坐标和地面点到水准面的高度1、控制网我国面积辽阔，在960万平方公里上进展测图的工作，需要分成假设干单元测区进展，而且测量的精度要符合统一的要求，为此必须建立统一的控制网，作为测制地图的根底。控制网分平面三角网和高程控制网水准测量，黄海平均海水面2、三类坐标系地心坐标系：与平均椭球相联系，地心半径观测点与地心的连线加地心经纬度，表达观测地点在全球地心系统中的具体位置，GPS观测直接得到的地理坐标理论就是这种，我国自2008年7月1日起启用2000国家坐标系，这个坐标系是全球地心坐标系在我国的具体表达参心坐标：与参考椭球相联系，经度：本初子午面与*点子午面夹角，

22、纬度：赤道面和过*点垂直线与参考椭球面垂直的法线，除两极和赤道，垂直线不过参考椭球的中心的夹角，高：陆地上*点距参考椭球面的垂直距离。三者合起来确定实际点相对参考椭球的位置。54、80都是这种地理球面坐标系：天文经纬度，借助重力方向铅垂线来定义，铅垂线是水准面的垂线，天文经纬度用于天文观测。地面上任一点都有自己的铅垂线、垂直线、地心半径。由于地球形状略扁，且不规则，三条线相互偏离，偏离程度不同，铅垂线与垂直线相当接近，即经纬度和天文经纬度相当接近；垂直线偏离地心半径相对较大。经纬度与地心纬度数值差异相对明显。地球当正球体时三线合一，三种经纬度没有差异3、坐标系坐标系是测量中以参考椭球面包括局部

23、和平均为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用经度、纬度和高度表示。坐标系确实立包括选择一个椭球、对椭球进展定位找最正确拟合点和确定起算数据。一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。参考椭球一旦确定，则标志着坐标系已经建立。1定位需要的参数参考椭球体：长轴赤道半径、短轴极半径、地球扁给定测量原点局部定位的地球椭球体经纬度：经度，参考椭球面上*一点的子午面与本初子午面间的两面角纬度，参考椭球面上*一点的垂直线与赤道面的夹角原点亦称基准点，即国家水平控制网中推算坐标的起标点。原点并不是指中国的几何中心。建国初期，我国使用的测量坐标系统是从前联测过来的，其坐标原点是前联玻尔可夫天文台

24、，这种状况与我国的建立和开展极不相称。从年开场组织人力，搜集分析了大量资料，并根据原点的要求，对、等地的地形、地质、构造、天文、重力和测量等因素实地考察、综合分析，最后将我国的原点，确定在泾阳县永乐镇石际寺村境。原点的整个设施由中心标志、仪器台、主体建筑、投影台等四大局部组成。高出地面米多的立体建筑共七层，顶层为观察室，设仪器台；建筑的顶部是玻璃钢制成的整体半圆形屋顶，可用电控翻开以便观测天体；中心标志埋设于主题建筑的地下室中央。居中的一座正方体的红色石基座。为了保证原点的稳定性，基座下灌注有4根13米高的水泥桩柱，直达地球部岩层。 坐标为东经10855、北纬3432，海拔高度417.20米。

25、2我国的坐标系统1954空间直角坐标系参考椭球：Krassovsky椭球测量原点：前联普尔科沃天文台Z轴：平行于地球质心指向地极原点JYD1968的方向*轴：在起始子午面与Z轴垂直指向经度0方向Y轴：与Z、*轴构成右手直角坐标系1980空间直角坐标系1975国际椭球泾阳县永乐镇2000国家坐标系CGCS2000原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心Z轴BIH（国际时间局）1984定义的协议地球极CTP *轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面历元2000.0的交点Y轴与Z轴、*轴构成右手正交坐标系3WGS84空间直角坐标系平均椭球：WGS-84椭球原点：地球质心BIH（国际时间局）198

26、4定义的协议地球极CTPBIH1984的零子午面与CTP赤道的交点高程一、定义指的是*点沿铅垂线方向到绝对基面的距离，称绝对高程，简称高程。*点沿铅垂线方向到*假定水准基面的距离，称假定高程。二、分类常用的高程系统共有正高、正常高、力高和高程4种 1、正高是指从一地面点沿过此点的重力线到水准面的距离。是天文地理坐标（，Hg）的高程分量。因此，水准面则是正高的定义根底。2、正常高是指从一地面点沿过此点的正常重力线到似水准面的距离。因此，似水准面则是正常高的定义前提。我国规定采用的高程系统是正常高系统。如果不是进展科学研究，只是一般使用，正常高系统结果在国也可以称为海拔高度。3、高是指从一地面点沿

27、过此点的地球椭球面的法线到地球椭球面的距离。是地理坐标B，L，H的高程分量H。三、高程基准高程基准是推算国家统一高程控制网中所有水准高程的起算依据，它包括一个水准基面和一个永久性水准原点。水准基面，通常理论上采用水准面，它是一个延伸到全球的静止海水面，也是一个地球重力等位面，实际上确定水准基面则是取验潮站长期观测结果计算出来的平均海面。中国以港验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海面作为中国的水准基面，即零高程面。中国水准原点建立在验潮站附近，并构成原点网。用精细水准测量测定水准原点相对于黄海平均海面的高差，即水准原点的高程，定为全国高程控制网的起算高程。用GPS可以测得高，要求算上面所说的高程用高减去高程异常。四、目前常用高程我国目前正在使用的是1985年国家高程基准