地理信息科学基础理论_崔铁军

这是一篇关于地理信息科学基础理论_崔铁军的思维导图。地理环境空间广大，地理事物多种多样，地理关系错综复杂。学习地理尤其要注意学习方法，只有掌握好学习方法，才能化难为易，学得扎实而灵活。

地理信息科学基础理论

• 1.地理信息科学概论
  • 计算机信息科学：以信息为主要研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容，以计算机等技术为主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要目标的综合性学科。
  • 1.1 地理信息科学的形成与发展
    • 1.1.1 计算机辅助地图制图
      • 概念
        • 根据地图制图原理，利用电子计算机和图像输入、输出等设备，通过应用数据库技术和图形的数字处理方法，实现地图信息的离散化、编辑、传输、处理，最后以自动或人机结合动方式输出地图。简称机助制图，数字制图或自动化制图。
      • 制图过程
        • 1.编辑准备阶段
        • 2.数字化阶段
        • 3.计算机处理阶段
        • 4.图形输出阶段
      • 系统组成
        • 硬件系统
          • 组成
            • 1.图形输入设备，数字化器2.电子计算机3.图形输出设备
        • 软件系统
          • 程序
            • 1.数据采集、编辑和管理2.基本绘图操作3.绘制地图的点、线和面状符号4.插值和绘制等值线5.三维图形表示6.建立地图数学基础和地图投影转换7.图表和统计地图的显示8.屏幕显示系统9.距离和面积的量算10.其他分析和处理程序。
          • 软件
            • 国外：AutoCAD、CorelDRAW、Illustrator、Freehand、Photoshop国内：MapCAD、方正智绘
      • 地图数据特点
        • 1.地图比例尺影响
        • 2.按地图印刷色彩分层管理
        • 3.地图图幅限制了数据范围
        • 4.强调数据可视化，忽略了实体的空间关系
    • 1.1.2 地理信息系统
      • 概念
        • 以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
      • 定义
        • GIS是由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源评价与管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划管理决策服务。
        • 本书认为，地理信息系统是地理信息与信息系统的集成产物，具有进行空间数据的采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的计算机信息系统。
      • 特征
        • 1.地理信息系统的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成。
        • 2.地理信息系统的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。
        • 3.地理信息系统的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟预测。
        • 4.地理信息系统重视对拓扑结构的管理，重视拓扑关系的自动生成，强调与空间相关的查询统计，强调空间分析，强调三维模型分析。
        • 5.地理信息系统中“地理”的概念并非指地理学，而是广义的、地理坐标参照系统中的坐标数据、属性数据以及以此为基础而挖掘出来的信息。
        • 6.地理信息系统是一种以地理（空间）坐标为骨干的信息系统。
      • 系统组成
        • 计算机硬件系统
          • 包括计算机主机、输入设备、存储设备和输出设备。
        • 计算机软件系统
          • 1.计算机系统软件2.地理信息系统软件及其支撑软件，包括地理信息系统工具或地理信息系统实用软件程序3.应用程序
        • 地理信息数据
          • 1.反应事物地理空间位置的信息，称空间信息或空间数据。2.与地理位置有关的反映事物其他特征的信息，称属性信息或属性数据。
        • 人员
      • 系统功能
        • 1.地理信息数据输入与处理。
          • 数据处理包括数据变换、数据重构、数据抽取。
        • 2.地理空间数据管理。
        • 3.空间数据编辑。
        • 4.空间数据分析。
          • 空间数据几何量测。
          • 空间集合分析。
          • 叠加分析。
          • 缓冲区分析。
          • 网络分析。
          • 数字地形分析。
          • 空间数据统计。
        • 5.空间数据输出管理。
      • 体系结构
        • 1.单机地理学习系统。
        • 2.网络地理信息系统。
          • 集中式结构
          • 分布式结构
            • C/S结构
            • Web结构
              • 浏览器/Web服务器结构浏览器/应用服务器/数据库服务器结构
        • 3.嵌入式地理学习系统。
      • 应用
        • 1.GIS用于全球环境变化动态监测。
        • 2.资源管理。
        • 3.资源配置。
        • 4.城市规划和管理。
        • 5.土地信息系统和地籍管理。
        • 6.生态、环境管理与模拟。
        • 7.应急响应。
        • 8.地学研究与应用。
        • 9.商业与市场。
        • 10.基础设施管理。
        • 11.选址分析。
        • 12.网络分析。
        • 13.可视化应用。
        • 14.分布式地理信息应用。
        • 15.个人车辆移动导航服务。
        • 16.军事应用。
    • 1.1.3 地理信息服务
      • 定义
        • 地理信息系统服务是把实时空间定位（惯性导航定位、无线电定位导航、GPS、北斗和移动通信定位）技术，地理信息系统、移动无线通信技术（无线电专网、蜂窝移动通信和卫星通信）、计算机网络通信技术以及数据库技术等现代高新技术有机地集成在一起，实现地理信息收集、处理、管理、传输和分析应用的网络化，在网络环境下为地理信息用户提供实时、高精度和区域乃至全球的多尺度地理信息，对移动目标实现实时动态跟踪和导航定位服务的系统。
      • 模式
        • 1.基于Internet和Web Service的模式2.基于无线通信和移动终端的模式3.以位置服务为主的模式4.提供数字产品方式的模式
      • 技术
        • 1.地理信息获取技术
        • 2.地理信息处理技术。
        • 3.地理信息传输技术。
        • 4.地理信息终端技术。
        • 5.地理信息表现技术。
      • 体系结构
        • 1.地理空间信息快速发现。
        • 2.地理信息变化消息的甄别与认证。
        • 3.地理信息变化数据的快速采集。
        • 4.网络化地理空间数据库管理系统。
        • 5.地理空间数据网络服务平台。
        • 6.地理信息移动服务终端。
        • 7.移动目标位置服务平台。
        • 8.地理信息集成与应用。
      • 服务领域
        • 电子政务电子商务面向公众辅助决策
    • 1.1.4 地理信息科学产生
      • 定义
      • 与地球信息科学区别
      • 与地理信息系统区别
  • 1.2 地理信息科学的体系
    • 1.2.1 地理信息科学研究内容
      • 研究内容：地理空间认知、地理信息时空基准、表达与可视化、空间尺度、空间数据可视化、空间数据解译和不确定性。
      • 地理信息机制研究
      • 地理信息技术方法与技术研究
        • 地理空间数据获取技术多源、多尺度地理信息数据融合处理技术空间数据融合技术空间数据安全技术地理信息传输技术地理信息标准化与规范化空间数据共享和互操作技术空间数据可视化空间数据分析地理信息综合空间数据挖掘技术
      • 地理模拟和推演
    • 1.2.2 地理信息科学基本理论体系
      • 李德仁：基准、标准、时空变化、认知、不确定性、解译与反演、表达与可视化7大理论问题
      • 1.时空理论
      • 2. 空间认知理论
      • 3. 地理信息表达与可视化理论
      • 4. 空间尺度理论
      • 5. 地理信息传输理论
      • 6. 地理信息的解译
      • 7. 不确定性理论
    • 1.2.3
  • 1.3 地理信息科学与其他科学的关系
  • 1.4 地理信息科学的发展趋势
  • 1.5 本书内容和基础知识
• 2.认知与地理空间认知
  • 2.1 认知与认知科学
  • 2.2 空间认知
  • 2.3 地理空间认知
• 3.地理信息概念
  • 3.1 信息概念
  • 3.2 地理信息
• 4.地理实体表达
  • 4.1 地理实体及其描述
  • 4.2 地理实体的数据描述
  • 4.3 基于对象的地理实体矢量表示
  • 4.4 基于场的地理实体栅格表示
  • 4.5 矢栅结构的比较及转换算法
  • 4.6 地理空间数据的特性
• 5.地理信息时空基准
  • 5.1 空间与时间
  • 5.2 地理空间
  • 5.3 地理空间基准及变换
  • 5.4 地理格网
• 6.地理信息可视化与尺度
  • 6.1 视觉与感受
  • 6.2 地理信息可视化
    • 可视化：指在人通过视觉观察并在头脑中形成客观事物的影像的过程。
    • 6.2.1 视觉变量与感受理论
      • 1 地图符号学
        • 1 符号
          • 定义：具有某种代表意义的标识，来源于规定或者约定俗称。
          • 基本特征：1 抽象性；2 普遍性；3 多变性。
        • 2 地图符号
          • 定义：表示各种事物现象的线划图形、色彩、数学语言和记注的总和，也称地图符号系统。
          • 特点
            • 1.符号应与实际事物的具体特征有联系2.符号之间应有明显的差异3.同类事物的符号应该类似4.简单、美观、便于记忆、使用方便
          • 功能
            • 1.地图是空间信息的符号模型2.地图符号是空间信息传递的手段3.地图符号构成的符号模型，不受比例尺缩小的限制4.地图符号提供地图极大的表现力5.地图符号能再现客体的空间模型
        • 3 地图符号学
          • 定义：研究和建立作为地图语言的地图符号系统的理论。包括三方面：结构、意义、实用性。
      • 2 地图符号视觉变量
        • 定义
          • 地图上能引起视觉变化的基本图形、色彩因素称为视觉变量，也叫图形变量。
        • 组成
          • 1.形状2.位置3.尺寸4.色彩5.网纹6.方向7.亮度
      • 3 视觉变量的视觉感受效果
        • 1.整体感与选择感2.等级感3.数量感4.质量感5.动态感6.立体感
    • 6.2.4 可视化的一般原则
      • 1.符号运用
        • 1.符号的定位；2.易读性；3.视觉差异性；4.原始数据与派生数据制图中的符号配置。
      • 2.颜色运用
        • 属性：色相、色值、彩度
        • 原则
          • 1 感情色彩2 习惯用色3 色彩方案
      • 3 注记运用
        • 1 字体变化2 字体类型3 字体摆放
      • 4 图面配置
        • 1 主题突出2 图面平衡3 图形－背景4 视觉层次
      • 5 制图内容的一般安排
        • 1 主图2 副图和内容补充图3 图名4 图例5 比例尺6 统计图表与文字说明7 图廓
  • 6.3 地理空间数据尺度
    • 地理空间数据的4个基本特征：空间特征、属性特征、时间特征、尺度特征。
    • 6.3.1 地理尺度概念
      • 定义：地理尺度是指空间数据表达的空间范围的相对大小和时间的相对长短。
      • 1 空间尺度
        • 分为制图尺度、地理尺度、有效尺度和分辨率尺度。
      • 2 时间尺度
      • 3 语义尺度
  • 6.4 地理空间数据多尺度表达
  • 6.5 地理实体多尺度实现机理
    • 6.5.1 不同尺度地图的数量选取模型
      • 1 方根模型
      • 2 回归模型
    • 6.5.2 地理实体多尺度表达综合方法
      • 1 制图综合的定义
        • 制图综合是对地图内容按照一定的规律和法则进行选取和概括，用以反映制图对象的基本特征和典型特点及其内在联系的过程。
      • 2 制图综合的类型
        • 1 地物形状的综合
          • 分为形状概括、数量特征概括、质量特征概括。
        • 2 地物数量的综合
        • 3 地物类型的综合
          • 比例综合、目的综合、感受综合。
      • 3 制图综合的方法
        • 1 选取2 化简3 概括4 位移
      • 4 制图综合的智能方法
        • 概念：根据地图用途、比例尺及制图区域的地理特点和要求，由计算机通过编程的模型、算法和规则等，对数字化的制图要素与现象进行选取、化简、概括和位移等操作的数据处理方法。
        • 1 地图综合的智能化2 地理特征和空间关系的自动识别和获取3 地图制图综合算法的进一步完善4 地图自动综合策略研究5 地图制图综合质量评价
  • 6.6 地理空间数据多尺度可视化
    • 6.6.3 多比例尺地理空间数据组织
      • 1 多库多版本2 一库多版本3 一库一版本4 LOD（层次细节模型）5 分级分区分布式6 多比例尺多层次空间数据库模型结构
• 7.地理信息传输和解译
  • 7.1 信息传输
    • 7.1.2 信息传输的模型
      • 基本模型
        • 1 信源2 载体3 变换4 信道5 信宿
      • 一般模型
    • 7.1.3 现代信息输入技术
  • 7.2 地图信息传输
    • 7.2.1 地图传输
      • 1 地图世界符号模拟2 地图信息载负3 地图信息传输4 地图认识功能
    • 7.2.2 地图传输模型
      • 制图者、地图信息、地图、地图使用者、使用地图的效果。
      • 1 获取地理环境信息2 形成地理信息的载体3 对地理环境信息的理解4 形成地理空间信息的心象地图
    • 7.2.3 地图信息传输过程
      • 三个转换
        • 1 地图环境转换为地理信息2 地理信息转换为地图3 地图转换为地理环境的映像
      • 传输的条件
  • 7.3 地理信息传输
    • 7.3.2 地理信息获取与认知
      • 1 地理信息加工者
        • 1） 具有扎实的地理基础知识和基本技能2） 具有敏锐的地理观察能力3） 具有一定的知识迁移能力4） 有比较广泛的信息源
      • 2 地理信息获取方法
        • 1 从文字背景材料中获取和解读地理信息2 从地理图形的表述中获取和解读地理信息3 从地理和表格的组合中获取和解读地理信息
  • 7.4 地理信息解译
    • 概念：从地理信息载体中提取可信的、有效的、有用的地理信息的理论、方法和技术。
    • 7.4.1 地图目视解译
      • 1 各种现象的分布规律2 各种现象的相互联系3 各项现象的动态变化
    • 7.4.2 矢量数据的解译
      • 1 地理空间矢量数据可视化解译
      • 2 地理空间矢量数据分析解译
        • 1 地理空间数据量算方法2 分析方法3 缓冲区分析4 叠加分析5 网络分析6 地理数学模型分析7 地图数理统计分析8 地形分析9 空间数据挖掘分析
    • 7.4.3 遥感图像解译
      • 1 目视解译
        • 原则：先宏观后微观，先整体后局部，先已知后未知，先易后难。
        • 解译方法
          • 1 总体观察2 对比分析3 综合分析4 参数分析
      • 2 计算机信息提取
        • 1 自动分类。监督分类和非监督分类。
        • 2 纹理特征分析
        • 3 图像分割
        • 4 面向对象的遥感信息提取
• 8.地理空间数据的不确定性与质量
  • 8.1 不确定性原理及其普遍存在性
  • 8.2 地理空间数据的不确定性
    • 1 地理对象不确定性
    • 2 人类认知的不确定性
    • 3 地理实体观测的不确定性
      • 仪器误差、测量人员的误差、外界条件
    • 4 人类表达能力的局限性
    • 5 地理对象数据表达的局限性
    • 6 空间数据操作与处理的误差
  • 8.3 地理空间数据不确定性描述
    • 8.3.1 测量误差描述方法
      • 1 测量误差与相对误差2 随机误差和系统误差3 修正值和偏差
  • 8.4 研究不确定性的数学方法
  • 8.5 地理空间数据不确定性的类型
    • 8.5.1 地理空间数据不确定性的分类
      • 1 位置不确定性2 属性不确定性3 逻辑一致性4 数据完整性5 时间精读6 数据情况说明
  • 8.6 地理空间数据质量控制与检验