地理信息系统导论知识点总结.docx
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地理信息系统导论知识点总结
《地理信息系统导论》复习资料（要点）
陈诗吉（编）《地理信息系统导论》复习资料（要点）第一章GIS概述第一节GIS概念一、数据、信息和地理
信息1、数据
（1）定义：
数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。
（2）数据项可以按目的组织成数据结构
。
但数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
2、信息信息源自数据，信息是经过加工后的数据，它对接受者有用，对决策或行为有现实或潜在的价值。
目前，学术界对信息尚未形成一致的定义。
广义的认为，信息是物质运动状态和状态改变的方式，它通过数字、语音、图像、文本、图形等媒体形式来表现，它蕴含着事物相互间联系、发展
趋势、过程规律等。
3、信息的基本属性包括客观性、传输性、共享性、适应性、等级性、可压缩性、扩散性、增殖性、转换性等。
信息最主要的特点：
（1）客观性：
任何信息都是与
客观事实紧密相关的，这是信息正确性和精确度的保证。
（2）传输性：
信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备（包括远程终端）和以一定的形式或
格式提供给有关用户，也包括信息在系统内各个子系统之间的流转和交换。
（3）共享性：
信息与实物不同，信息可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。
（4）适用
性：
可为决策提供支持。
4、信息与数据既有区别又有联系
（1）信息是与物理介质有关的数据表达；数据中所包含的意义就是信息。
（2）数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有
多种多样的形式，也可以由一种数据形式转换为其他数据形式，但其中包含的信息的内容不会改变。
（3）数据是信息的载体，但并不就是信息。
只有理解了数据的含义，对数据做出解释，
才能提取数据中所包含的信息。
（4）数据是原始事实，信息是数据处理的结果。
信息必须是有意义或有用的；使用的信息必须是完整、精确、相关和及时的。
（5）人的知识、经验作用
到数据上，可以得到信息，而获得信息量的多少，与人原有的知识水平有关。
5、地理数据和地理信息
（1）地理数据是对与地球表面位置相关的地理现象和过程的客观表示。
（2）地理
信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息，表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，也是相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。
（3）地理信息主要特性：
地域性和
层次性、复杂性和多维性、动态性和时序性等。
二、系统、信息系统和GIS1、系统
（1）定义：
由相互联系、相互依存又相互协调的事物构成的统一体称为系统。
（2）特征：
①总体性
：
系统的构成元素按照统一性要求而构成一个集合。
②关联性：
系统的各元素相互联系、相互作用、相互影响。
③功能性（目的性）：
系统具有特定功能，为特定目标服务。
④环境适应性：
其他外部元素构成系统的环境，系统与环境要进行物质、能量、信息的交换，系统有适应外部环境变化的功能。
（3）从系统论观点来看，地球就是一个既有序又复杂的相互联系的系统。
2、信息系统
（1）定义：
指具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。
（2）类型：
从操作、管理的角度来考虑，信息系统可分
为一般管理信息系统（MIS）和空间信息系统（SIS）。
由于地理信息系统（GIS）涉及地球空间信息及相关内容，所以有人就把GIS看成SIS。
3、GIS定义由于研究和应用领域的侧重点不同
，人们对GIS的理解仍然存在着分歧。
从20世纪60年代至今有代表性的定义有：
美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）关于GIS的定义：
由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该
系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。
归纳上述定义，可以认为GIS是一个发展的概念，内容主要有两个部分。
其一，地理
信息系统是一门交叉学科；其二，地理信息系统是一个技术系统。
总之，GIS是组织、存储、管理、表达和分析处理空间信息的软件工具，它以实体的空间位置信息为主线，集经济、社会、
环境、科技、文化等各类信息，为各种应用服务。
它一方面可以形成自己的产业，另一方面又可以推进空间信息应用与产业的发展，是空间技术应用领域的主要软件基础，具有广阔的应用前
景。
从GIS概念的提出到现代对GIS概念的理解，是一门不断发展、不断完善的学科和技术。
从20世纪80年代至今，先后经历了从GISystem（80s-90s）到GIScience（90s-00s）再到
GIService（00s-）的发展，形成了理论研究、技术开发、工程应用与产业化管理的完善体系，三个不同侧重阶段的发展时期。
三、GIS与相关学科GIS作为传统科学与现代技术相结合的产
物，为各门涉及空间数据分析的学科提供了新的技术方法，而这些学科又都不同程度地提供了一些构成地理信息系统的技术与方法。
与GIS相关的学科。
1、GIS与地理学及地学数据处理系统
（1）GIS是地理技术学科的主要内容；地理学为GIS提供了丰富的空间分析方法。
（2）地学数据处理系统为地理信息系统提供符合一定标准和数据格
式的信息系统，既可作为GIS的外部数据处理，为GIS准备数据，又可作为GIS内部数据处理。
2、GIS与地图学及电子地图
（1）GIS是地图的一个延续，脱胎于地图，并成为地图信息的又一
种新的载体形式；地图是GIS的重要数据来源之一，地图学理论与方法对GIS有重要的影响；地图强调的是基于可视化理论对数据进行符号化表达，而GIS则注重于信息分析；地图具有一定的图
示空间分析功能，但它对信息是一种静态的表达；GIS在专业化地学分析模型支持下，其空间分析功能要强大，可以方便地与其他数据集成，并对信息实现多维动态表达。
（2）电子地图系
统（EMS）声、图文、多媒体集成；查询检索和分析决策功能；图形动态变化功能；良好用户界面、读者可以介入地图生成；多级比例尺的相互转换。
一个好的电子地图（制图）系统应具有
GIS的基础功能。
3、地理信息系统与计算机科学
（1）GIS与桌面制图：
桌面制图系统的目的是产生地图，“地图”是其数据库，只有极其有限的数据管理、空间分析以及个性化能力；桌
面制图系统是在桌面计算机上进行操作的；GIS的桌面制图通过编辑器为用户提供交互式界面对图形进行操作。
（2）GIS与CAD的区别和联系（3）GIS与CAM区别和联系（4）GIS与
DBMS（或MIS）数据库管理系统第二节GIS构成一般认为构成GIS要素应具备：
①应有处理地理数据的能力。
②在统一的地表定位坐标系统下，以特定的数据模型输入、组织、存储和管
理地理数据，并允许用户访问和以可视化的形式表示地理数据。
③拥有一套特殊的用于处理和分析地理数据的基本工具。
④要有很强的地理数据的输出功能。
若从人机系统来看，GIS是由硬
件、软件、数据、应用环境（即方法和人员）等要素组成。
若只从计算机系统来看，GIS则由输入系统、输出系统和处理系统三大部分构成。
一、GIS硬件主要包括计算机、输入与输出设备
以及计算机网络通信设备。
二、GIS软件1、主要功能GIS软件包括执行地理数据输入、存储、管理处理、分析和输出功能的计算机程序以及用户接口。
2、典型的GIS软件系统结构以
空间数据库为引擎，系统结构有三层，即：
一为界面层，由图形用户界面和应用程序接口构成；二为工具层，由数据输入和输出以及数据处理与分析软件构成；三为数据管理层，包括数据存
储和管理。
三、GIS数据GIS数据是系统分析的对象与处理的内容。
相应的区域数据包括位置数据、属性数据和时间数据。
GIS则将把这些数据集成在一起统一管理。
四、GIS方法
GIS方法，即GIS应用模型，是面向实际应用，在较高层次上对基础的空间分析功能集成并与专业模型接口、研制解决应用问题的模型方法。
GIS应用模型是客观世界到信息世界的映射，它反
映了人类对客观世界的认知水平，也是GIS技术产生社会、经济、生态效益的所在。
五、GIS人员一般GIS人员可以分为三类：
高级技术人员（GIS专家或受过GIS基本训练的系统分析员、系
统设计人员）、一般技术人员（代码设计员、数据录入员、系统管理员）、管理人员（领导决策者、各开发阶段的公关协调人员）。
第三节GIS功能一、GIS基本功能和核心功能GIS基
本功能包括：
空间数据/信息采集、空间数据/信息处理（包括编辑）、空间数据/信息存储、空间数据/信息分析、模型分析及空间数据/信息输出等。
空间分析功能是GIS的核心功能，也是
GIS与其它系统区别的重要标志。
二、GIS应用功能GIS应用模型分析是GIS支持下处理和分析问题的方法体现，也是GIS应用深化的重要体现。
GIS典型的应用有：
专题地图制图及空间分析
；地理数据的导入、导出；多媒体可视化或虚拟表达。
第四节GIS类型一般地，可根据GIS的研究内容、功能和作用等对GIS类型进行划分。
按功能分为应用功能（工具型、应用型、大
众型）、软件功能（专业、桌面、手持、组件等）。
按数据结构分为矢量GIS、栅格GIS和矢—栅GIS。
按维数分为2DGIS、2.5DGIS、3DGIS、TGIS。
按软件和支持环境分为GIS模块、集成
GIS、核心GIS等。
第五节GIS发展简史一、世界GIS发展简史二、中国GIS发展简史三、全球GIS发展趋势当前，GIS正向着集成化、产业化和社会化发展规律方向迈进。
从单机
、二维、封闭向开放、网络、多维、动态的方向发展。
总的表现为：
①GIS已成为一门综合性技术，即GIS集成技术、3S技术（包括一般GIS、RS和GPS）和地球信息科学等名词的出现。
②GIS
产业化的发展势头强劲。
③GIS网络化已构成当今社会的热点。
④地理信息科学的产生和发展。
具体的体现在：
①软、硬件发展。
②数据资源日益丰富，共享机制健全。
③GIS学科成熟、
④GIS理论技术研究走向深入。
⑤应用领域更为广阔。
⑥GIS建设开发走上高效率的技术路线。
第二章GIS的地理基础第一节地球空间的认知及表达人类认识地球可以说经历了三次
大飞跃，第一次“地理大发现”对地球是球体的认识，第二次“哥白尼的日心说”对地球绕日运动的认识，第三次“数字地球”对地球信息的认识，则有助于人类监控地球，人们对地球科学
的认知走过了艰难的历程。
从日地关系来看，地球空间包括被太阳风包围着的、受地球磁场控制的空间区域，也是各种应用卫星、空间站和载人飞船运行的主要空间区域，是地球最重要的
宇宙环境。
地理学主要研究地球表层的环境特点及演变规律。
空间实体，是人们用于概括表达对表层（现实世界）有意义的环境，是对现实世界有意义的东西的统称。
对于空间实体来说，
它是有形状的，可用维度表达。
一、地理实体和地理数据1、地理实体和地理数据概念
（1）地理实体：
GIS的研究对象是地理实体，即指地球表层自然现象和社会经济要素中不能再分割
的单元，可进一步简化、抽象分为点、线、面、体等实体类型。
（2）地理数据：
用于描述空间要素的空间位置。
①离散要素：
是指观测值是不连续的、形成分离的要素，并可单个识别。
②
连续要素：
是指观测值是连续的要素。
2、地理数据与地理实体的关系地理数据是地理实体的概括，反映地理实体在地表分布的定位数据是依据一定的地表定位参照系统。
地理数据是各
种地理特征和现象间关系的符号化表示，反映了实体空间、属性和时间三个特征，也是地理空间分析的三大基本要素。
（1）空间特征：
包括地理位置和空间关系，定位数据描述地物所在位
置，这种位置既可以根据大地参照系定义，也可以定义为地物间的相对位置关系。
（2）属性特征：
又称为非空间特征，是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标。
（3）时间特征
：
是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段，反映时序变化等。
3、地理数据与比例尺用地理数据表示现实世界经历了一定的对地理实体的概括和综合过程的。
在GIS中，地理数
据对地理实体概括描述的程度主要以地图比例尺表示。
地图比例尺定义为地图上一条直线段的长度与其在地面上相应的水平投影长度之比。
GIS中常使用图解式比例尺（随着显示在计算机屏幕
上的地图的放大或缩小，图解比例尺相应地按比例拉长或缩短）。
GIS表达地理实体主要与数据库中的数据量多少有关；GIS中地理数据的精度及其所表示的地理实体的详略程度，主要取决
于原始地图或影像资料的比例尺。
4、地理数据的分类与编码
（1）属性数据编码在GIS中，通常把与几何数据的表示密切相关的属性数据用编码的形式表示，并与几何数据一起管理。
编
码是指确定属性数据的代码的方法和过程。
代码是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。
编码的直接产物就是代码，而分类分
级则是编码的基础。
（2）分类编码的原则分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开的过程。
分类的基本原则：
科学性、系统性
、可扩性、实用性、兼容性、稳定性、不受比例尺限制及灵活性等。
（3）分类码和标识码分类码是直接利用信息分类的结果制定的分类代码，用于标记不同类别信息的数据。
分类码一
般由数字、或字符、或数字字符混合构成。
标识码是间接利用信息分类的结果，在分类的基础上，对某一类数据中各个实体进行标识，以便能按实体进行存储和逐个进行查询检索。
标识码
通常由定位分区和各要素实体代码两个码段构成。
二、地理实体类型及空间关系1、地理实体空间基本类型及表示方法按空间分布特征，地理实体类型可划分为点、线、面、体。
相应地
实体的维数就有0、1、2、3维之分。
（1）点状：
包括实体点、注记点、内点、角点、节点等。
点有特定位置，不能按比例尺表示。
（2）线状：
包括线段、边界、链、弧段、网络等呈线
状或带状延伸分布。
在GIS中，看成具有相同属性的点的轨迹、线或折线，由一系列的有序集坐标表示，并有实体长度、弯曲度、方向性等特性。
（3）面状或体状：
即多边形或多面体，呈
面状分布，且其分布面积和实际形状轮廓能按比例表示。
离散型面状实体呈不连续的区域分布，连续型面状实体在空间上每一点呈连续的区域分布。
复杂实体可由简单实体组合来表达。
用点、线、面两两之间组合可表达复杂的空间问题。
在地图上，通过地图概括或比例尺改变，实体维数的表示可以改变。
在GIS中，实体维数的表示是根据比例尺改变的。
2、地理实体的
空间关系
（1）拓扑关系：
指满足拓扑几何学原理的空间数据点间的相互关系，即用结点、圆弧和多边形所表示的实体之间的邻接、关联和包含等关系，或指虽图形保持连续状态下变形，但
图形关系不变的性质。
种类：
依系统元素之间的关系可分为关联性、邻接性、连通性、包含性等。
①关联性：
指不同类要素之间。
②邻接性：
指同类元素之间。
③连通性：
是衡量网络复杂
性的程度，常用于网络分析中确定路径或分析街道是否相通等。
④包含性：
指面状的实体包含了哪些线（弧）、点或面状实体。
拓扑关系表达：
GIS领域目前对于拓扑关系的表达普遍采用
Egenhofer的9交叉模型。
意义：
①拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化，即使脱离坐标系，也能确定地理实体之间的空
间位置关系。
②拓扑有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。
③根据拓扑关系可重建地理实体，这对于虚拟GIS发展很有利。
（2）距离关系：
用于描述空间实体之间
的距离等关系。
（3）方向关系：
描述空间实体之间在空间上的排列次序，如前后、左右、上下、东、南、西、北等方位关系。
三、地理数据、地理实体与图层在GIS中，地理数据是以图
层为单位进行组织和存储的。
一幅图层表示一种类型的地理实体，是一个独立的数据集。
由于一幅图层反映某一特定的主题，因此，它又称为专题数据层。
图层表示法是以图层为结构表示和
存储综合反映某一地区的自然、人文现象的地理分布特征和过程的地理数据，这种方法实际上源自传统的专题地图表示法。
一个图层
只能用于描述单一地理实体（点、线或面）。
1、地理数据或实体分层基本原则和方法
（1）在划分图层时遵循基本的原
则：
①不同的图形对象类型存放在不同的图层。
②基础地理数据作为单独图层。
③依系统对各种数据的处理方式不同而分层存放。
（2）实施的方法：
①专题分层：
每图层对应一个专题，包
含某一种或某一类数据或实体。
②时间序列分层：
把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。
③几何特征分层：
把点、线、面不同的几何特征数据分成不同的层。
2、地理数据或实体分
层的目的
（1）便于空间数据的管理：
空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管理就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管理起
来就相对简单。
（2）加快空间数据查询速度：
对分层的空间数据进行查询时，不需要对所有空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进行查询即可。
（3）增加了空间数据显示的灵
活性：
分层后的空间数据，便于任意选择需要显示的图层。
（4）有利于进行空间分析：
对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析，特别有利于地图的叠加分析。
3、处理数据
时应注意的问题
（1）某些空间数据库管理系统要求把点、线、面实体分别组织、存储在不同的图层中。
（2）同一种几何类型，但功能不同的地理实体应分别组织、存储在不同的图层中
。
（3）反映同一地理实体但具有不同比例尺或不同资料来源的地理数据应分别组织、存储在不同的图层中。
（4）对来源于不同部门或需要经常更新的地理数据应分别组织、存储在不同
的图层中。
（5）当研究的区域范围较广时，由于地理数据量大，应注意合理分幅，然后再将各分幅数据分别存储，构建所需的图层。
第二节地球形状与地球空间模型一、地球的形状
长期以来，人们对地球形状的认识常描述为球体、或椭球体、或不规则的椭球体、或具有高低起伏的扁球体。
在研究地球形状时，主要视精度的需求而定。
对现实世界的数据表达可以采用
地球空间模型。
地图和GIS其实都是地球模型，地图以图形符号来记载和表示地理数据；GIS以数字形式来记载和表示地理数据。
二、地球空间模型1、地球的自然表面：
是一个高低起伏、
不规则的表面，包括海陆表面。
2、地球大地水准面：
假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面，也就
是地球引力场的等势面，称为大地水准面。
3、地球椭球体模型：
以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型，表面是个规则的数学表面，椭球体的大小通常用两个半径——长半径a（
也叫赤道半径）和短半径b（也叫极半径），或由一个半径和扁率u或偏心率e来决定。
对于旋转椭球体的描述，由于计算年代不同，所用方法不同；测定地区不同，其描述方法也不同。
一
百多年来，各国研究者对地球椭球体进行了众多研究，提出了多组地球椭球体参数。
不同的GIS软件，所提供的旋转椭球体模型种类有不同。
我国于1954年开始采用前苏联克拉索夫斯基椭球
体作为地球表面几何模型，即1954年北京坐标系。
20世纪70年代末建立了新的1980西安坐标系，采用了国际大地测量与地球物理联合会（IUGG）提供的椭球体。
1984年后采用了世界大地坐标
（WGS84）椭球体，建立的是国家大地坐标系。
2008年7月1日后启用2000
国家大地坐标系。
它是全球地心坐标系在我国使用的具体体现。
同时，国家测绘局公告2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8至10年。
应用GIS技术来模拟、反
演区域地理过程或现象是地学应用的重要发展趋势，但地表不同区域参数的选择是GIS地学应用模型构建的关键。
第三节空间参照基础的坐标系一、坐标系统与GIS有关的坐标系统主
要有：
地理坐标，属于球面坐标系统；投影坐标，属于平面坐标系统。
1、球面坐标一般模式：
由基圈、始圈和终圈构成的球面三角。
2、常见的坐标系
（1）地理坐标系：
属于球面坐标
系，它的基圈是赤道，始圈是本初子午线，终圈是所在地的经线，纬线和经线相交定点，用纬度（φ）和经度（λ）表示，即（φ，λ）。
地球表面空间要素的位置是基于用经、纬度值表示
的地理坐标系。
（2）平面坐标系：
若把地球曲面视为平面，或地球曲面投影后的平面，可用狄卡尔直角坐标系（x，y）表示地面的位置，单位“米”或“千米”。
GIS用户通常是在平面上
对地图要素进行处理，地球表面空间要素的位置是基于用x轴和y轴表示的平面坐标系。
（3）高程系：
如果考虑高度，对应于每一个空间点位置，可以用大地坐标系的形式表示，即（φ，λ
，h），也可用空间大地直角坐标系表达，即（x，y，z）表示。
目前，国内常见高程系有黄海高程系和地方高程系。
二、地图投影1、地图投影的基本问题定义：
将地球椭球面上的点映
射到平面上来的方法。
每一种投影都与一个坐标系统相联系。
坐标系统是一套说明某一物体地理坐标的参数，其中参数之一就为“投影”。
投影关系说明如何将图形物体显示于平面上，而坐
标系统则显示出地形地物所在的相对位置。
2、地图投影与GIS地图是GIS的主要数据来源，在采集地图数据并输入GIS的过程中，就要考虑地图投影的系统配置。
为确保GIS在同一系统内或
在不同系统之间的信息（或数据）能够实现
交换和共享，配准是第一步。
否则后续所有基于GIS的空间分析、处理及应用都是不可能的。
可以说地图投影对GIS的影
响是渗透在GIS建设的各个方面，下图可以反映出地图投影与GIS的关系。
3、地图投影在GIS中的作用
（1）GIS以地图方式显示地理信息。
地图是平面，而地理信息则是在地球椭球面上
，因此地图投影在GIS中不可缺少。
投影是一个GIS项目的首要任务。
（2）GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输
出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换转换成指定投影的平面坐标。
（3）在GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本
地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。
4、统一地图投影系统
（1）地球曲面转换成平面是应用了地图投影的原理，在空间信息系统中投影系统配置要统一。
（2）空间信息系统中地图投影配置的一般原则：
①所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图（基本比例尺地形图、基本省区图或国家大地图集）投影系统一致。
②系统一般只考虑至多
采用两种投影系统，一种服务于大比例尺的数据处理与输入输出，另一种服务于中小比例尺。
③为保证不变形或变形少，选用投影以等角投影为宜。
④所用投影应能与网格坐标系统相适应，
即所采用的网格系统在投影带中应保持完整。
5、统一的地图投影系统的意义为GIS选择和设计一种或几种适用的地图投影系统和网格坐标系统，可以为各种地理信息的输入、输出及匹配
处理提供一个统一的定位框架，使各种来源的地理信息和数据能够具有共同的地理基础，并在这个基础上反映出它们的地理位置和地理空间关系特征。
6、面向数字地球的投影问题数字地
球是美国前副总统戈尔于1998年提出的，其基本概念是指可以嵌入海量地理数据的多分辨率和三维的地球表示，是虚拟地球，是现实地球的模型。
目前，有关这方面的研究已有一定的进展
，典型的成果是球面格网模型的建立（球面四元三角网QTM）及其在全球参考系统中的应用。
第四节地球时间系统一、时间的本质和含义这种物质运动变化的序列和持续的性质，就是
时间的本质。
时间不能完全脱离于空间，而必须和空间结合在一起，空间目标的表征和现象是随时间变化而变化的。
时间有时刻和时段两重含义。
二、量时原则和时间计量系统时间
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