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汤国安全书《地理信息系统教程》思维导图
汤国安《地理信息系统教程》全书分章节导图，内容详实，方便giser的学习和应用，地理信息系统 地理信息系统定义 地理信息系统:既是跨越地球科学、空间科学和信息科学的一门应用基础学科,有是一项工程应用技术,是以地学原理为依托,在计..
编辑于2023-01-05 17:43:04 江苏省- GIS
- 地理信息
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- 大纲
地理信息系统教程
地理信息系统概论
gis的基本概念
gis的组成、功能
gis的应用范畴和发展历程
地理空间数学基础
空间数据投影
空间坐标转换
空间尺度与地理网格
空间数据模型
概念模型
逻辑模型
空间数据结构
矢量数据结构及其融合转换
镶嵌数据结构
多维数据结构
空间数据组织与管理
空间数据库概述及设计
空间数据特征组织与管理
空间数据采集与处理
数据采集、编辑、变换与重构
数据压缩、质量控制与入库
GIS空间分析
叠置分析
缓冲区分析
窗口分析
网络分析
DEM与数字地形分析
GIS空间统计分析
空间统计分析及基本量
空间数据分析
地理信息可视化
地理信息输出方式及类型
可视化原则及形式
网络GIS与地理信息服务
GIS的平台网络化与应用服务化
网络地理信息系统
地理信息的网络服务
GIS概论
GIS的基本概念
地理信息与地理数据
数据与信息
数据
通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号
是客观对象的表示
是信息的表达
只有当数据对实体行为产生影响时才成为数据
信息
用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、现象等的内容、数量或特征
以便向人们提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据
具有
客观性
适用性
传输性
共享性
信息来源于数据
数据与信息的关系
地理信息
概念
是地理数据所蕴含和表达的地理含义
具有
空间特征（通过统一的地理定位基础实现）
属性特征（按专题表达多层次的属性信息）
时序特征（按时间尺度来区分地理信息）
特征
空间相关性
空间区域性
空间多样性
空间层次性
地理数据
概念
是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形的总称
空间位置
属性数据
时域数据
特征
空间上的分布性
时间上的序列性
数量上的海量性
载体的多样性
位置与属性的对应性
地理信息流
从现实世界到概念世界
再到数字世界
最后到应用领域的过程
地理信息系统
信息系统
概念
具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统
能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息
包括硬件软件数据和用户四大要素
基本特征
对数据的加工与提取能力
类型
数据处理对象不同
空间信息系统
非空间信息系统
应用层次不同
事务处理系统
管理信息系统
决策支持系统
概念
物理外壳和前提
在计算机软件、硬件系统支持下
对象
对整个或部分地球表层的有关的地理分布数据
作用
进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统
定位
既是跨越地球科学、空间科学和信息科学的一门基础应用学科，又是一项工程应用技术
是以地学原理为依托，在计算机软硬件的支持下，研究空间数据采集、处理、存储、管理、分析、建模、显示和传播的相关理论方法和应用技术
目的
以解决复杂的管理、规划和决策问题
基本内涵
总述
物理外壳
操作对象
技术优势
与其他学科
基本特征
数据的空间定位特征
空间关系处理的复杂性
海量数据管理特征
地理信息系统外延
GIS系统术语
全称上有一定区别
面向数据处理过程的定义
面向专题应用的定义
面向工具箱的定义
面向数据库的定义
"S"的含义
系统
技术层面，强调其对地理数据的管理与分析能力
科学
广义上的，是一个具有理论和技术的科学体系
与地理信息系统相比，更加侧重于将地理信息科学视作为一门科学，而不仅仅是技术实现
主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题
地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支持地理信息技术发展的基础理论研究的重要性
服务
随技术应用普及，从单纯的技术型和研究型逐步向地理信息服务层面转移，成为服务日常生活的一部分
GIS的组成
总述
包括以下五个部分
其中核心是计算机软硬件系统
空间数据反应GIS的地理内容
应用人员决定系统的工作方式和信息表示方式
硬件系统
输入设备
处理设备
存储设备
输出设备
软件系统
GIS支撑软件
GIS平台软件
GIS应用软件
空间数据
某个已知坐标系的为位置，即标识空间位置的数据，如经纬度、坐标
用来描述实体之间空间相关性和空间联系的数据，即拓扑关系数据
与几何位置无关的属性数据，是与地理实体和地理现象相联系的地理变量或地理意义
地学模型
能够表达或模拟特定现象的计算机模型
应用人员
GIS的功能
功能需求
将现实世界映射到计算机环境中，更主要的是能为各种分析提供决策支持
GIS基于对空间数据的采集、编辑、存储、管理、分析及表达等处理过程获得更加有用的地理信息与知识
这些有用的知识可以概括为5个问题
位置
条件
趋势
模式
模拟
基本功能
数据的采集功能
通过数据采集设备获取数据并输入GIS
数据的编辑与处理
原始数据有误差，保证数据在内容、逻辑、数值上的一致性和完整性，对数据进行一系列处理
数据存储、组织与管理功能
GIS发挥自己特有的存储、组织和管理功能
空间查询与空间分析功能
地形分析、缓冲区分析、叠置分析等
数据输出与可视化表达功能
通过图形、表格和统计图表显示空间数据及分析结果是GIS的项目的必需
应用模型与系统开发的功能
GIS也具有相应的二次开发功能，用于开发满足特定行业需求的应用模型或应用软件系统
GIS的应用功能
资源管理
森林和矿产资源的管理
野生动植物的保护
土地利用评价
水资源的时空分布特征
区域规划
具有高度的综合性
国土检测
森林火灾的预测预报
洪水灾情监测
淹没损失估算
土地利用动态变化分析
环境质量的评估研究
辅助决策
应用数据和因特网的传输技术
深化电子商务的应用
满足企业决策多维性的需求
GIS与其他学科的关系
与相关学科
地理学
与GIS研究对象一致
是GIS的理论依托
为GIS提供引导空间分析的方法和观点
地图学
GIS以地图为基础
是地图学在信息时代的发展
地图学是GIS的工具
测绘学
为GIS提供空间数据
可直接用于GIS空间数据处理
遥感
是GIS主要数据源和更新途径
GIS的应用进一步支持遥感的开发与应用
计算机
GIS是空间地理数据与计算机结合的产物
数学
数学等分支学科及理论以广泛应用于GIS空间数据的分析和模型构建
与其他信息系统的区别和联系
机助地图制图系统
数据库管理系统
CAD（计算机辅助设计）
遥感图像处理系统
GIS的应用范畴
GIS具有显著优势，使得它成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术工具
也成为与空间信息有关的各行各业的工具

GIS的发展历程
发展历程
GIS的开拓时期（20世纪50-60年代）
关注空间数据的地学处理
计算机硬件系统功能较弱，限制了软件技术的发展
GIS巩固并发展期（20世纪70年代）
关注空间地理信息的管理
软硬件得到了迅速发展，人机图形交互技术取得很大进步
磁盘的出现为地理数据的录入、存储提供了良好的条件
但数据分析功能弱
GIS大发展期（20世纪80年代）
集成电路问世，第四代计算机出现为计算机普及创造条件，计算机网络的建立使地理信息的传输时效得到了极大提高
应用领域迅速扩大，许多专业型公司出现
GIS开辟了处理 图形和属性数据 的途径
GIS应用普及时代（20世纪90年代
GIS得到广泛应用，走向GIS服务的趋势
发展趋势包括
互操作GIS
地理信息共享与标准化
时态GIS
3S集成
数字地球
网格GIS
虚拟GIS
移动GIS
网络GIS
随着空间理论和网络技术的飞速发展
从技术上的发展方向
更具有互操作性
更加
开放化
网络化
分布化
移动化
可视化
从应用上的方向发展
更高层次的数字地球
地球信息科学
大众化
该时期GIS发展的特点
多源数据信息共享
数据实现跨平台操作
平衡计算负载和网络流量负载
操作及管理简单化
应用普及化、大众化
大变革时代（21世纪初至今）
进入21世纪后，尤其是2010年之后，随着计算机技术和智能设备的进一步发展，学界从地理信息系统向地理信息科学，更加注重学科建设与学科创新
子主题
标志性技术
普及时代
数字地球
网格GIS（Grid GIS）
虚拟现实GIS
移动GIS
Web GIS
大变革时代
物联网与智慧城市
云平台与数据中心
大数据与并行计算
机器学习与人工智能
发展趋势
地理信息系统已成为一门综合性技术
地理信息系统产业化的发展势头强劲
地理信息系统网络化已构成当今社会的热点
地理信息科学的产生与发展
地理空间数学基础
地球空间概述
地球形状和地球椭球体

大地水准面（掌握）
地球椭球（掌握）
数学模型
椭球定位
坐标系统
分类及其参数

球面坐标系统
天文地理坐标系
以地心（地球质量中心）为原点
Z轴与地球平均自转轴重合
ZOX为天文首子午面，以格林尼治天文台定义
OY轴与OX、OZ构成右手坐标系
XOY为地球平均赤道面
以大地体为依据
大地地理坐标系
以地球椭球为依据
空间直角坐标系
参心空间直角坐标系
以参考椭球中心为原点的三维直角坐标系
参考椭球不唯一
北京54
地球椭球体
克拉索夫斯基椭球体为基础，经局部平差后产生
大地原点
前苏联1942年坐标系的延伸，原点在前苏联
西安80
地球椭球体
1975国际大地测量联合会推荐参数
大地原点
陕西省泾阳县永乐镇
高程基准
1985国家高程基准
地心空间直角坐标系
以地球质心为原点
坐标轴
Z轴指向地球北极
ZOX为天文首子午面，以格林尼治天文台定义
WGS-84

1984世界大地坐标系统
原点
地球质心
GPS广播星历的根据
意义
在世界上建立一个统一的地心坐标系
2000年国家大地坐标系（CGS2000）
四个基本参数
长半轴
扁率
地心引力常数
自转角速度
原点
不同于西安80，不在地面而在地心
包括海洋和大气的整个地球的质心
坐标轴
Z轴指向历元2000.0的地球参考极
X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面的交点
XYZ右手正交坐标系
平面坐标系（投影坐标系统）
高斯平面直角坐标系
为了便于地形图的量测作业，在高斯克吕格投影带内布置了平面直角坐标系
具体构成
中央经线为x轴
x轴在北半球为正，南半球为负
赤道为y轴
y轴在中央经线以东为正，以西为负
中央经线与赤道的交点为原点
地方独立直角坐标系
由于国家坐标中每个高斯投影带都是按一定间隔划分的，中央子午线不可能刚好落在区域的中央，从而高斯投影长度发生变化
为了减小变形，常常需要建立适合本地区的地方独立坐标系
实际上就是通过一些元素的确定来决定地方参考椭球与参考面
高程基准
概述
高程是指地球上一点至参考基准面的距离，也被称为标高或海拔高
高程基准
包括高程起算基准面
相对于这个基准面的水准原点高程
包括
水准基面
永久性水准原点
1956黄海高程系
基准面（零高程面）
以青岛港验潮站长期观测资料推算出的黄海平均海平面作为中国的水准基面
水准原点
在青岛港验潮站附近
水准原点的高程
用精密水准测量测定水准原点相对于黄海平均海平面的高差
作为全国高程控制网的起算高程
1985国家高程基准
基准面
青岛港验潮站1952-1979验潮资料确定的黄海平均海平面
与1956相比差为29mm
只与验潮站附近的黄海平均海平面重合，不是真正意义上的大地水准面
不同地方会采用不同 的高程基准
珠江-珠江高程基准
长江流域-吴淞高程基准
深度基准
指海图图载水深及其相关要素的起算面
通常取当地平均海平面向下一定深度为这样的起算面
也包括内湖和湖泊的深度基准
制定两个原则
保证航行安全
充分利用航道
使用过程中注意潮汐表和海图的使用，以及深度基准面的转换问题
空间数据投影
地图投影基本问题
地图投影的概念
地图投影的类型
长度与长度比
面积与面积比
角度变形
地图投影方法
几何透视法
数学解析法
地图投影的分类
按照地图投影的构成方法
几何投影

按辅助投影面的类型
方位投影
圆柱投影
圆锥投影
按投影面与地球自转轴的方位关系
正轴投影
横轴投影
斜轴投影
按投影面与地球的位置
割投影
割投影以平面、圆柱面或圆锥面作为投影面，使投影面与球面相割，将球面上的经纬线投影到平面上、圆柱面上或圆锥面上，然后将该投影面展为平面而成
切投影
以平面、圆柱面或圆锥面作为投影面，使投影面与球面相切，将球面上的经纬线投影到平面上、圆柱面上或圆锥面上，然后将该投影面展为平面而成
非几何投影
伪方位投影
纬线
为同心圆
经线
中央经线为直线
其余经线均为对称于中央经线的直线，且相交于纬线的的同心圆心
伪圆柱投影
纬线
平行直线
经线
中央经线为直线
其余经线均为对称于中央经线的曲线
伪圆锥投影
纬线
平行直线
经线
中央经线为直线
其余经线均为对称于中央经线的曲线
多圆锥投影
纬线
同周圆弧
圆心均位于中央经线上
经线
中央经线为直线
其余经线均为对称于中央经线的曲线
按地图投影的变形性质
等角投影
等积投影
任意投影
等距投影
面积变形小于等角投影
角度变形小于等积投影
命名
举例：正轴等角切圆柱投影
发明者命名：高斯克吕格投影
常用地图投影
高斯-克吕格投影
概念
高斯提出，克吕格补充的一种投影
属于横轴切圆柱等角投影
为国际通用的一种投影，适合幅员广大的地区
按经线分带进行投影，各带变形情况相似，也利于全球地图拼接
是我国基本比例尺地形图的数学基础
分带
目的
减少长度投影的误差
具体方法
标准分为6°和3°，全球范围分别分为60带和120带
6°
起点
0°子午线开始
方法
自西向东，每隔6°为一带
编号依次为1，2，3……
地图类型
1：2.5万至1：50万的地形图
3°
起点
东经1°30'开始
方法
自西向东，每隔3°为一带
地图类型
1：1万及更大比例尺
每一分带中心线都是一个中央经线，离中央经线越远变形越大
形成条件
中央经线和赤道投影后为相互垂直的直线，且为投影的对称轴
投影具有等角性质
中央经线投影后长度不变
特点（如何变形）
只有中央经线不变形
中央经线没有变形，满足中央经线投影后保持长度不变的条件
除中央经线长度比为1外，其他任何点长度比均大于1
同一条纬线上变形
同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大，最大值位于投影带边缘
同一条经线上变形
同一条经线上，纬度越低，变形越大，最大值位于赤道上
角度变形、面积变形
投影属于等角性质，故没有角度变形，面积比等于长度比的平方
长度比的等变形线平行于中央子午线
应用
我国东西范围为E73°-E135°
可以划分为
11个6分带
从E75°开始，13-23带
22个3分带
规定1:1w 1:2.5w 1:5w 1:10w 1:25w 1:50w均采用高斯克吕格投影
墨卡托投影
通用横轴墨卡托投影（UTM投影）
兰伯特投影
阿尔伯斯投影
我国主要类型地图所采用的投影系统

地图投影的选择
制图区域大小的影响
形状和地理位置的影响
地图的用途
空间坐标转换
基本概念
概念
把空间数据从一种空间参考系映射到另一种空间参考系中
有时也称投影转换
应用
是地图制图的理论基础
解决换带计算、地图转绘、图层叠加、数据集成等问题
解释
投影的转换
单纯坐标值的转换
直角坐标的转换
7参数模型
平移参数
旋转角度
尺度变化参数
投影解析转换
同一地理坐标基准下
正解变换
反解变换
利用球面大地坐标作为桥梁
先反算，再正算
不同地理坐标基准下
地理坐标基准的变换
坐标值的变换
数值拟合转换
多项式拟合变换（待定系数法）
数值-解析变换
空间尺度

概念
进行空间分析时，所选择的观测的窗口
观测尺度（研究区域范围）
研究的区域大小或空间范围大小
大尺度是研究覆盖范围较大区域，中尺度和小尺度是研究城市分布及其扩展
比例尺
概念
图上长度与地面之间的长度比例
在区域很大，所应用的缩小比例也相当大的地图所注明的比例尺含义，其实质是在进行地图投影时，对地球半径缩小的比率，通常称为地图主比例尺
表现形式
数字式
文字式
图解式
直线比例尺
斜分比例尺
复式比例尺
无极比例尺
国家七种基本比例尺
大比例尺
1：1万
1：2.5万
1：5万
中比例尺
1：10万
1：25万
1：50万
1：100万
小比例尺
地图比例尺和空间分辨率的关系
地图比例尺通常用于纸质地图，电子地图也会采用，而空间分辨率通常用于栅格电子地图或遥感影像
二者紧密联系，呈正相关，空间分辨率高意味着大比例尺地图
分辨率（采集处理）
是成像分辨能力的一种度量，也是目标微细成都是指标，它表示景物信息的详细程度
光谱分辨率
时间分辨率
空间分辨率
地面像元分辨率
操作尺度（分析处理）
地理格网
地理格网标准
概念
划分体系
地理坐标格网
直角坐标格网
格网系统划分标准
经纬格网系统
直角坐标格网
我国采用的格网
10*10°
4*6°
直角坐标格网系统
格网设计原则
科学性
系统性
实用性
可扩展性
区域划分标准
区域多边形系统
含义
由点线面等图形元素为基础所形成的空间数据的组织系统
两大类型
按照地理要素分布自身的质量特征由各自组成要素的不同图斑而构成的多边形
按照综合的自然和社会要素，并考虑到管理、规划和决策需要划分为不同的区域多边形
原则
选择
历史
国家现行管理制度
发展需要
设计
格网系统
相对稳定性
用户
行政分区
四级
综合自然分区
代码 X（大类） X（中类） XX（小类） XX（子类）
八大类
管理分区
国家基本比例尺地图标准
地形图的分幅
形式
矩形分幅和经纬线分幅
地形图的编号
1：100w
1：100w---1:5000
地理空间模型
地理空间和地理抽象
地理空间
地球表面和近地表空间
空间实体
概念
复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的结果
特征
空间位置特征
属性特征
时间特征
空间关系特征
空间认知和抽象
概念
基本思路
空间数据模型3层次
概念模型
逻辑模型
物理模型
空间数据概念模型
概念
分类（按GIS数据组织和处理方式）
对象模型
场模型
概念
场数据模型，又称域模型
连续变量或体
有限空间足够高精度点
不考虑时间变化的6种具体的场数据模型

规则分布的点
不规则分布的点
规则矩形区
不规则多边形区
不规则三角区
等值线
网络模型
描述不连续的地理现象
和对象模型的区别
相互连接各个地理现象之的连通情况
可以看作对象模型的一个特例
对象强调离散地理现象的表达，场强调连续地理现象的表达，网络强调对象之间的交互作用
时空模型
随时间变化的动态过程或静态结果
三种形式
属性不变，空间位置发生变化
属性随时间变化，位置不发生改变
时间变化，空间位置和属性均发生变化
优点
能够同时处理空间和时间维度
常用表达形式
序列快照
时空立方体
时空棱柱
多维模型
多于两个维度
某个地理现象或实体的属性和相互关系在特定的区域，不仅随时间变化，还随其他属性变化
选择
应用要求和习惯
可共存
空间数据逻辑模型
设计
实体属性的逻辑建模
分类
非属性属性逻辑建模
几何属性逻辑建模
约束性条件建模
主要内容
地理实体特征的提取与抽象
属性域
约束条件
可以是数值范围，也可以是有效值的列表
实体关系的逻辑建模
分类
一般关系
是明确定义的关系
类型
一对一
一对多
多对多
建模时要明确定义研究对象之间的隶属关系
空间数据主要通过空间关系和拓扑关系定义不同地理对象的关系
空间关系
拓扑关系
实体行为的逻辑建模
定义实体本身或实体之间的交互关系和约束关系
表示
实体-关系图
基于UML（统一建模语言）
很多空间数据库趋向于使用 对象关系型数据库模型
核心及内涵
对象和类
类是对象的共性抽象
对象是类的实例
核心技术
分类
概括
联合
聚集
抽象工具
继承
服务于概括的语义工具
单一继承
多方继承
传播
作用于联合和聚集
物理数据模型
概念
在逻辑数据模型的基础上，进行数据库体系结构设计，真正实现数据在数据库中的存放
不同数据的物理数据模型
常规数据
确定所有的表和列
定义外键用于确定表之间的关系
基于用户需求可能进行范式化
空间数据
空间数据存储结构
空间关系的表达和存储方式
目标
如何用数据库模式
实现逻辑数据模型
真正保存数据
空间数据与空间关系
空间数据
类型

几何图形数据
来源
各种类型的地图
实测几何数据
不仅反映空间实体的地理位置，还要反映实体间的空间关系
像素（影像）数据
来源：
卫星遥感
航天遥感
摄影测量
属性数据
来源
实测数据
文字报告
地图的各类符号说明
遥感影像通过解释获得的信息
元数据
来源
对空间数据进行推理、分析和总结得到的数据的数据
例如
数据来源
数据权属
数据产生的时间
数据精度
数据分辨率
元数据比例尺
地理空间参考基准
数据转换方法
在智能化的GIS中还应该有规则和知识数据
表示
几何图形数据
点
点状实体
标记点
线
具有相同属性点的数据
当连接结点时成为弧段或链
面
线包围的有界连续具有相同属性的面域
被多边形包围的多边形称为岛
体
三维地理对象
按维度
数据科学
点属于0维
线属于1维
面属于2维
GIS
二维空间
三维空间
时空间
多维空间
影像数据
又称为像素数据
最小分割单元
像元
基本特征
像元的大小
详细程度
越小越详细
一般用相同宽度和高度的方格表示
像元空间的分辨率
像元大小所表示的在地面上覆盖面积的尺寸
如果一个像元覆盖5*5，则空间分辨率为5米
分辨率越高，像元大小越小，详细程度越高
空间比例尺的关系
栅格数据的空间分辨率是由比例尺和像元的分辨率共同决定的
像元的取值方法
总体上
取像元的中心点的值作为像元的值
从像元的整体区域取值
具体方法
中心点法
用于连续分布特性的现象
面积占优法
面积最大的地物类型
重要性法
用于特殊意义而面积较小的地理要素，特别是点状和线状要素
选取最重要的地物类型
百分比法
各要素所占面积的百分比确定栅格单元的取值
空间关系
概念
地理空间实体相互作用的关系
类型
拓扑空间关系
实体间联系关系
常见类型
邻接
同类元素间
关联
不同元素间
包含
不同类
同类不同级
连通
弧段之间
点线面空间实体具体类型

对数据处理和空间分析的意义
能清楚反应实体之间的逻辑结构关系，比几何坐标关系有更大稳定性，不随投影变换而变换
有利于空间要素的查询
根据拓扑关系重建地理实体
顺序空间关系
实体间排列关系

度量空间关系
实体间距离关系

空间数据结构
矢量数据结构
概念
分类
实体数据结构
内涵
优点
编码容易
数字化操作简单
数据编排直观
缺点
相邻多边形的公共边界要数字化两遍，造成数据冗余，可能导致输出的公共边界出现间隙或重叠
缺少多边形邻域信息和图形拓扑关系
岛只作为单个图形，没有建立与外界的联系
只适用于简单的系统，如计算机制图系统
拓扑数据结构
概念
特点
重要特征
具有拓扑编辑功能
类型
索引式
概念
采用树状索引，减少数据冗余并间接增加邻域信息
具体方法
对所有边界点进行数字化
优点
消除边界数据冗余和不一致的问题
缺点
实现过程繁琐
人工方式建立，工作量大，容易出现错误
双重独立编码结构（DIME）
概念
特点
采用拓扑编码结构
适合城市信息系统
以线段为中心的拓扑关系表
优点
有效进行数据存储正确性检查
便于对数据进行更新和检索
尤其适用于城市地籍宗地管理
局限
适用于城市信息系统
链状双重独立编码结构
内涵
对DIME数据结构的一种改进
将若干直线段合为一个弧段
四个文件
多边形文件
弧段文件
弧段点文件
点坐标文件
网络数据结构
内涵
有一组相连的边和交汇点以及连通性规则组成，用于表示现实世界中的网状线性系统
根据是否记录位置特征
几何网络
强调边和节点的空间位置关系
逻辑网络
强调边与边之间的拓扑关系
栅格数据结构
概念
以规则空间阵列表示空间对象的数据结构
阵列的每个栅格单元上的数值表示空间对象的属性特征
表示的地表不是连续的，是量化和近似离散的
地理空间被分成相互邻接、规则排列的栅格单元，一个栅格单元对应小块地理范围
特点
属性明显，定位隐含
优点
数据结构简单、数学模拟方便
缺点
数据量大、难以建立实体之间的拓扑关系
如若通过改变分辨率减少数据量时精度和信息量同时受损
分类
完全栅格数据结构
内涵
也称编码
栅格矩阵
逐行记录
最简单最直观
组织方式
基于像元
基于层
基于面域
压缩栅格数据结构
游程编码结构
内涵
相邻同值
无损压缩
基本思想
编码方案
目的作用
压缩栅格数据量
消除数据间的冗余
四叉树编码结构
基本思想
特点
优点
压缩效率高
缺点
不利于形状分析、模式识别
具有不定性
生成方法
自上而下
检测全区域
速度比较慢
自下而上
莫顿码
储存方法
常规四叉树
自下而上
优点
简便灵活
数据索引
图幅索引
线性四叉树
每个节点只储存3个数据
优点
压缩效率高
易于图形操作和运算
缺点
不利于形状分析、模式识别
具有不定性
二维行程编码结构
内涵
前后值相同
大小不一的叶结点
优点
更节省空间
相互转换也非常容易和快速
链码数据结构
内涵
弗里曼
8个基本方向
编码过程
起始点从上到下、从左到右
顺时针方向循迹
作用
对区域分析运算比较弱
优点
压缩了栅格数据
有一定运算能力
比较适合储存图形数据
缺点
对边界修改编辑工作很难实施
局部修改改变整体结构
类似矢量结构，但不具有区域性质，对区域分析比较困难
影像与切片金字塔数据结构
内涵
分辨率由粗到细、数据量由小到大金字塔结构
应用
图像编码
渐进式图像传输
有损压缩方式
提升显示效率
电子地图
GIS
栅格数据的有损压缩
互联网地图组织地图切片数据的主要方式
矢量与栅格数据结构融合转换
栅格与矢量数据结构比较

栅格数据
优点
属性明显、位置隐含
易于实现，且操作简单，有利于栅格的空间信息模型的分析
可以很快算出结果
缺点
精度不高，数据存储量大，工作效率低
要根据应用项目特点及其精度要求平衡精度和效率之间的关系
栅格共享简单，易于程序设计人员理解
遥感影像本身就是以像元为单位，所以栅格数据易于和遥感数据结合
矢量数据
位置明显、属性隐含
操作复杂，精度高，数据存储量小，输出图形美观和效率高
矢栅一体化数据结构
背景提出
龚健雅
结合其优点
设计思路
面状实体 边界采用矢量数据结构，内部采用栅格数据结构
线状实体 采用矢量数据结构，经过的位置以栅格单元填充
点实体 同时描述其空间坐标以及栅格单元位置
理论基础
多级格网方法
栅格划分为 粗格网、基本格网、细分格网
三个莫顿码表示
M0 点或线通过粗格网的莫顿码
M1 点或线通过的基本格网的莫顿码
M2 点或线通过细分格网的莫顿码
三个基本约定
点状
只有空间位置
无形状和面积
在计算机中仅有一个坐标数据
线状
有形状
无面积
需要一组元子（栅格单元）填满路径的表达
面状
有形状有面积
填满边界限和内部
线性四叉树编码
矢量与栅格数据结构转换
背景需要
具有各自优缺点
需要根据要解决问题的背景及数据存储、分析及建模的需要，选择符合实际的数据结构
矢量转栅格
前期工作
确定栅格像元的大小、像元值分配类型及分配原则
像元的大小决定了输出精度
像元的分配类型和分配原则主要用于多个对象落入同一个像元中时像元的计算方式
常用要素类型
点线面体
点要素转换
赋值
线要素转换
计算经过的栅格数，赋予线属性值
面要素转换（多边形填充）
面域栅格化
多边形边界栅格化
面域属性值填充
内部点扩散
射线法
扫描线法
栅格转矢量
目的
栅格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出
数据压缩的需要，将大量面状栅格数据转为由少量数据表示的多边形数据
将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库
转换情况
遥感影像或已栅格化的分类图
边界提取
处理成近似线画图的二值图像
转换为矢量数据
从原来的线画图扫描得到的栅格图
二值化的线画宽度占据多个栅格
需要细化处理才能矢量化
具体过程

镶嵌数据结构
voronoi数据结构
泰森多边形
特点

文件
样点的序号、样点的坐标及其属性
各样点所对应相邻样点的序号（逆时针方向）
生成的voronoi单元的顶点坐标
单元的顶点组成
TIN数据结构
内涵
不规则三角网
样点的位置控制着三角形的顶点
可以采用类似于多边形的矢量拓扑结构
数据组织
直接表示三角形及其邻接关系的数据组织
点文件
每个样点对应一个记录，给出该点的x\y坐标，以及属性值
三角形拓扑文件
组织三角形与样点以及三角形的邻接关系
每个记录依顺时针方向列出三个顶点号及三个相邻的三角形号
其中相邻三角形的顺序按照每个顶点对边给的邻接三角形的顺序排列
能够很好描述三角形及其邻接关系，非常适合于需要面相邻关系的操作和分析
将特征点作为基本的空间对象的数据组织需要两个文件
点文件
相连结点索引号
这种结构适合于需要三角形相连关系的操作，如TIN的线性内插分析
优缺点

优点
充分利用地貌的特征点、线、面，能够较好地表示复杂地形
根据不同地形，选取合适的采样点数
进行地形分析和绘制立体图也很方便
缺点
数据结构复杂，不方便规范化和管理
难以与矢量和栅格结构数据联合分析
多维数据结构
多维数据结构特征
内涵
添加时间维度
三维或更多维
多个维度的任何组合都必须对应一个或多个属性值
表达及范式
表达
多维数据结构
概述
将三维或多维以上的数据模型称为多维数据
常用的三维数据模型
三维数据模型
八叉树数据结构
三维边界表示数据结构
时空数据模型
时空棱柱数据结构
时空立方体数据结构
时空一体化数据模型
概念
是一种有效组织和管理时态地理数据
属性、空间和时间语义更完整的地理数据模型
时空数据模型表达了随时间变化的动态结构，用于地理空间数据的时态变化分析
一个合理的时空数据模型必须考虑
节省存储空间
加快存储速度
表现语义时空
分类
时间片快照模型
矢量快照模型
栅格快照模型
底图叠加模型
首先确立空间数据的基本状态，即 底图数据
然后按照适宜的时间间隔记录数据随时间发生的变化
再通过空间叠加操作，利用记录的变化数据来恢复各个时间片的状态数据，每一次叠加表示状态的一次变化
时空合成模型
在底图叠加模型之上提出
每一次独立的叠加转换为一次性的合成叠加
变化的累积形成最小变化单元
最小变化单元构成的图形变化文件和记录历史的属性文件联系在一起，即可较完整表达数据的时空特征
空间数据组织与管理
空间数据库概述
空间数据库基础
数据库概念
常用数据模型

层次模型
网状模型
非关系模型
关系模型
面向对象模型
空间数据库
内涵
地理信息系统数据库
某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合
是地理信息系统在计算机存储介质存储的与应用相关的 地理数据的总和
一般是以一系列特定结构的文件形式组织在存储介质之上的
类型上分为
栅格数据库
航空遥感影像数据
DEM数据
矢量数据库
各种空间实体数据
重要性及表现
在地理信息系统中占有及其重要的地位，是地理信息系统发挥功能和作用的关键
主要表现
用户在决策过程中，通过访问空间数据库获得空间数据
在决策过程完成后再将决策结果储存到空间数据库中
空间数据库的布局和存储能力对地理信息系统功能的实现和工作的效率影响极大
特点（与一般数据库相比）
数据量特别大
数据结构复杂
数据关系多样
数据应用广泛
空间数据库设计
概述
概念
设计概述
先确定需要的专题
再指定各专题图层的内容和表现形式
在继承传统数据库设计的基础上，还必须遵循特有的设计范式
设计内容
选择数据模型与划分地理实体
确定数据实体属性与空间结构
实现丰富的地理实体行为
属性关系及完整性约束
设计步骤
确定业务需求与目标信息产品
根据信息需求，确定主要数据主题
指定比例范围及每个数据专题在每个比例下的空间表示
将各种表示形式分解为一个或多个地理数据集合
为描述性的属性定义表格型数据库结构和行为
定义数据集的空间行为、空间关系和完整性规则
构建可用的原型，查看并优化设计及测试原型设计
记录地理数据库设计
空间数据特征与组织
空间数据的基本特征
空间特征
空间对象有空间坐标
空间对象隐含空间分布特征
非结构化特征
空间数据不能满足定长（结构化）要求
空间关系特征
拓扑结构表达多种空间关系
多尺度与多态性
不同比例尺具有不同的尺度和精度
同一地物在不同情况下也会有形态差异
分类编码特征
按照国家标准、行业标准、地区标准进行应用
一种地物类型对应一个属性数据文件
海量数据特征
GIS数据量庞大，远大于一般通用数据库
需要在二维空间上划分块或图幅
在垂直方向上划分层来进行组织
空间数据组织
空间数据的分层组织
概念
优点
根据用户实际需要，灵活叠加，构成数据层组或子集，进行分析和制图表达
既适合于矢量数据，也适合于栅格数据，
也是当今大多数GIS空间数据库所采用的主要数据组织形式
缺点
层与层之间的数据必须经过层叠置处理才能关联在一起
在叠置处理中，对栅格数据常需要大量存储空间来完成操作，而矢量数据则需大量的计算处理
同一图层各要素的空间关系较为简单并易于处理，不同图层上地理要素之间的空间关系则较难处理
空间数据的分块组织
概念
优点
提高存储效率
是各级基础地理数据组织的主要方式
缺点
割裂了跨多个分块的地理要素，给空间查询、分析操作造成障碍
空间数据的无缝组织
概念
涉及大范围、海量空间数据的数据组织时，采用连续、无缝的数据组织形式，以满足用户任意和透明地访问和操作数据的要求
实现的三种途径
几何无缝
视觉上不存在缝隙
只是形式上的，实际上仍然时图幅或分块形式
逻辑无缝
在几何无缝的基础之上，对分幅或分块边界断裂的要素进行逻辑接边
在逻辑上建立跨越多个图幅或分块的各个地理要素的唯一标识、链接关系或索引结构，甚至可使其共享相同属性
要素本身在物理上仍保持分幅或分块存储的一种空间数据的组织形式
物理无缝
在逻辑无缝数据组织的基础之上
通过物理接边，使其合为一个整体
多尺度空间的数据组织
概念
对现实世界的数字化表达中，不存在比例尺的概念
但从观察、理解及制图的角度来看，当涉及大范围区域时，往往需要从宏观到微观
以不同的层次细节来刻画地理要素，这就要求必须建立多尺度或多比例尺空间数据库
目的
从空间数据可视化的角度考虑，提供变焦处理的能力
即随着观察范围的减少，GIS应能提供类别更多、数据更大和细节更详细的信息
可根据不同的应用和专业分析的需要，提供满足不同精度要求的空间量算和空间分析能力
构建途径
按比例尺的各个层级，事先构建多个比例尺的空间数据，此为 静态方式
建立一个叫较大比例尺的空间数据库，其他比例尺的空间数据采用自动综合算法由该库动态地派生，此为 动态方式
事先建立少量等级且比例尺跨度较大的空间数据库作为基本骨架，对相邻比例尺的数据则采用自动综合予以生成，此为混合方式
优点
可根据用户的数据请求，由系统自动调度相应地比例尺数据，实现从粗略到精细的数据查询和分析
缺点
重复存储，数据冗余
同一地理要素在各比例尺数据库的表达存在不一致或缺乏联系
属性数据组织
概述
方式
与工作层对应的组织方式
与地物类对应的组织方式
混合方式
空间数据管理
矢量数据管理
概述
空间位置数据和数量数据是分开的
同时顾及空间位置数据和属性数据
属性数据适合用关系数据库管理
分类
文件——关系数据库混合管理
传统GIS软件
内涵
图像数据和属性数据独立组织、管理和检索
文件系统管几何图像
商用关系型数据库管理属性数据
通过目标标识与内部链接码连接
需用同时启动两个系统，需要在两个系统之间切换，使用起来不方便
只要开发GIS和ODBC的接口，就可以将属性数据与任何一个支持ODBC协议的关系数据库管理系统连接
不论是通过高级语言还是odbc与关系型数据库连接，GIS用户都是在同一个界面处理图形和属性数据，称为混合方式
不足之处

全关系管理
概念
图形数据与属性数据都采用现有的关系型数据库存储
使用关于数据库标准连接机制来进行空间数据与属性数据的连接
处理方式及优缺点
按照关系数据库组织数据的基本准则，对面长的几何数据进行关系范式分解，分解成定长记录的数据表进行存储。缺点是需要进行大量的连接操作，非常费时并影响效率
将图形数据的变长，部分处理成binary 二进制block块字段。省去了大量关系连接操作，但是二进制快的读写效率要比定长的属性字段慢得多，特别是涉及对象的嵌套速度更慢
对象关系数据库管理
内涵
由于直接采用通用的关系数据库管理系统的效率不高，而非结构化的空间数据有十分重要，所以许多数据库管理系统的软件商在关系数据库管理系统中进行扩展，使知能直接存储和管理非结构化的空间数据
优缺点
优点
解决了空间数据的变长记录变长的管理，效率比二进制块的管理高的多
利用关系数据库管理系统中的大对象字段可以分块存储影像和dem数据
缺点
没有解决对象的嵌套问题
空间数据结构也不能由用户任意定义，使用受一定限制
对于多尺度dem数据，影像数据的空间索引，无缝拼接与漫游，多数据源集成等技术还没有一个完整的解决方案
栅格数据管理
概述
影响数据和DEM数据的组织与管理差别不大，以下一影响数据管理为例
栅格影像不仅包含属性信息，还包含隐藏的空间位置信息（即格网的行列信息），隐含他们之间的关联关系
分类
基于文件的影像数据库管理
目前大部分GIS软件和遥感图像软件采用文件方式管理
由于遥感影像数据库不仅包括图像数据本身，而且还包含大量的图像元数据信息（如图像类型、摄影日期、摄影比例尺等）遥感图像数据本身还具有多数据源、多时相等特点，另外，数据的安全性、并发控制和数据共享等都使其无法应付
文件——数据库影像管理
影像数据仍按照文件方式组织管理
在关系数据库中，每个文件都有唯一的标志号ID对应影像信息，如文件名称、存储路径等
这种方式管理影像数据不是真正的数据库管理方式，你将数据并没有放入数据库中，数据库管理的只是其索引，由于影像数据索引的存在是影像数据的检索效率得到提高
基于关系数据库管理
内涵
基于扩展关系数据库的影像，数据库管理是将影像数据存储在二进制的变长字段当中，然后应用程序通过数据访问，接口来访问数据库当中的影像数据，同时影像数据的元数据信息存放在关系数据库的表当中，二者可以进行一个无缝的管理
管理影像数据的特点
所有数据集中存储，数据安全，易于共享
较方便管理多数据源和多时态的数据
支持事务处理和并发控制，有利于多用户的访问与共享
影像数据和元数据集成到一起，能方便地进行交互式查询
对Client/Server的分布式应用支持较好，网络性能和数据传输速度都有极大提高
影像数据访问只能通过数据库驱动接口访问，有利于数据的一致性和完整性控制，数据不会被随意移动、修改和删除
支持异构的网络模式，即应用程序和后台数据库服务器可以在不同操作系统平台下运行
时空大数据管理
来源
基础测绘数据与专题数据
遥感影像数据
导航定位数据
互联网及物联网数据
管理
既要考虑多元异构大数据的接入组织提取，又要考虑分析过程数据分析结果数据的协调和组织
就时空大数据的存储和共享而言，目前通过技术成熟的分布式存储方式对数据进行存储管理。在存储模型和处理机制方面，有充分考虑了数据存储的灵活性和可扩展性
空间数据库引擎（SDE）
概念
是一种GIS产品或模块
主要是指通过 解决存储在关系数据库中的空间数据与应用程序之间的数据接口，从而将空间图形数据存放到大型关系数据库进行管理
ArcSDE
利用空间索引机制来提高查询速度
利用长事务和版本机制来实现多用户同时操作同一类型数据
利用特殊的表结构来实现空间数据和属性数据的无缝集成等
方式
一种 以ESRI与数据库开发商联合开发的空间引擎SDE为代表，可称为“中间件”方式的空间数据库引擎
另一种空间数据库引擎 由数据库厂商自己对数据库本身做出拓展，使其支持空间数据库管理如Oracle 的Spatial 模块
作用
在用户和异种数据库之间提供了一个开放接口，它是一种处于应用程序和数据库路管理系统之间的中间件技术
使用不同厂商GIS的客户可以通过空间数据库引擎将自身数据提交给大型关系型DBMS，由DBMS统一管理
同样，客户也可以通过空间数据库引擎从关系型DBMS中获取其他类型GIS数据，并转化为客户可以使用的方式
空间数据索引
概述
概念
依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定顺序排列的一种数据结构，其中包括空间对象的概要信息
重要性
作为辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间对象之间
通过它的筛选，大量与特定空间操作无关的空间对象得以被排除，从而提高空间数据操作的速度和效率
空间索引的性能优劣可以直接影响空间数据库和地理信息系统的整体性能，它是空间数据库和地理信息系统的一项关键技术
常见的空间索引一般是自顶向下、逐级划分空间的各种数据结构
算法
对象范围索引
方法
首先记录空间实体的最大最小范围
剔除不属于该范围的数据
最后只检索真正符合范围要求的空间实体
评价
由于该索引只是对数据文件增加了最大最小范围，所以对象复杂范围，仍需要花时间检索
格网索引
方法
将研究区用横竖线条划分为大小相等和不等的格网，记录每一个格网包含的空间实体
当用户进行空间查询时
首先计算出用户查询对象所在格网
然后再在该格网中快速查询所选空间实体
这样一来就大大加速了空间索引的查询速度
评价
为了提高查询速度，将每个格网进行编码，建立编码与空间实体的关系，该表格称为格网索引文件
按格网法对空间数据进行索引时，划分的格网不能太多，否则索引表本身太大而不利于数据的索引和检索
四叉树索引
方法
根据空间对象覆盖的范围，进行四叉树分割，使每个子块中包含单个实体
然后根据包含每个实体的子块层数或子块大小，建立相应的索引
在四叉树索引中，大区域空间实体更靠近树的根部，小实体位于叶端，以不同分辨率来描述不同实体的可检索性
评价
四叉树中的线性四叉树和层次四叉树都可以用来建立空间索引
线性四叉树采用十进制Morton码或Peano码来表示四叉树的大小和层数
层次四叉树需要记录不同层次节点间的指针，建立索引和维护都比较困难
R 树和 R＋树空间索引
R树索引
是一种动态索引，它的查询可与插入删除同时进行，而且不需要定期对树结构进行重新组织
具体来说，是利用空间实体的外接矩形进行空间索引
而且不仅利用单个实体的外接矩形，还将空间位置相近的外接矩形重新组织为一个更大的虚拟矩形
在进行空间数据索引时，首先判断哪些矩形落入空间查询窗口内，再进一步判别哪些实体是被检索的内容，这样可以提高数据检索的速度
R+树索引
构造目的
在构造R树时，虚拟矩形之间尽量不要互相重叠，而且一个空间实体通常仅被一个同级虚拟矩形所包围。但由于空间实体的复杂性，外接矩形常常重叠，虚拟矩形难免重叠
内容
是一种改进，允许虚拟矩形重叠，并分割下层矩形，允许一个空间实体被多个虚拟矩形包围
通过对多个虚拟矩形同等程度的检索，以达到检索重叠区域空间实体的目的
cell 树（补充）
构造目的
前两者在插入删除和空间搜索效率两方面难以兼顾
内容
划分
在划分时不再采用矩形作为划分单位
采用凸多边形作为划分的基本单位
具体划分方法与BSP树有类似之处，子空间不再相互覆盖
特点
磁盘访问次数比前两者少，访问次数是影响空间索引性能的关键指标
所以CELL树是比较优秀的空间索引方法
查询语言（SQL）
概念
是用于关系数据库管理系统的常见结构化查询语言，具有直观、通用的特点
不仅仅用于查询，也是一个通用的、综合的、功能极强又简洁的关系数据库语言
特点
综合统一，集数据定义、操作、控制功能于一体，能够很好地满足数据操作要求
高度非结构化，SQL进行数据操作时，只需提出“做什么”，操作由系统自动完成
面向集合的操作方式
语言简洁、易学易用等
概括
功能极强，设计巧妙，语言简单，核心功能只需9个动词
接近英语口语，因此容易学习、容易使用
局限性
只提供简单的数据类型
后来OGIS又对其进行扩展，
把二维地理空间ADT（抽象数据类型）整合到SQL之中，并且包括了指定拓扑的操作和空间分析操作
在OGIS标准中，所指定的操作分为三类
用于所有几何类型的基本操作
用于空间对象拓扑关系的操作测试
用于空间分析的一般操作
空间数据采集与处理
概述
数据源分类

数据获取方式
地图数据
遥感影像数据
实测数据
共享数据
其他数据
数据的表现形式
数字化数据
多媒体数据
文本资料数据
数据源特征
地图数据
普通地图
以相对平衡的详细程度表示地球表面上的自然地理和社会经济要素
专题地图
着重反应一种或几种地理要素，如地质、地貌、土壤、植被和土地利用等原始资料
遥感影像数据
实测数据
统计数据
共享数据
多媒体数据
文本资料数据
物联网-传感器数据
互联网数据
空间数据采集与处理流程
数据源的选择
是否能够满足系统功能的要求
所选数据源是否已经有使用经验
系统成本
采集方法的确定
地图数据
扫描矢量化
影像数据
航空遥感影像
遥感影像
实测数据
平板测量
一体化野外数字测量
空间定位测量
统计数据
扫描仪输入作为辅助性数据
直接用键盘输入
已有的数字化数据
通过相应的数据交换方法转换为当前系统可用的数据
多媒体数据
数据交换
文本数据
键盘输入
数据的编辑与处理
数据质量与评价
数据入库
数据采集
空间数据采集
野外数据采集
数字测记
电子平板测绘
空间定位测量
地图数字化
扫描矢量化

摄影测量方法
摄影测量原理
航空摄影测量
垂直测量
地面摄影测量
倾斜测量
交向测量
数字摄影测量的数据处理流程

遥感图像处理
社会经济与普查数据
社会环境数据
自然环境
资源与能源
其他统计数据
时空大数据的采集
定位导航
公共交通实时监测数据
手机信令数据
互联网
基础网络时空大数据采集
基于网页文本的地理信息的采集
物联网传感器
社会感知大数据采集
自然环境感知大数据采集
属性数据采集
概述
属性数据即空间实体的特征数据
一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式
存储
属性数据的内容有时直接记录在栅格或矢量文件中
有时则单独输入数据库存储为属性文件，通过关键码与图形数据相联系
输入
一般采用键盘输入
一种是对照图形进行输入
另一种是对照预先建立的属性表输入
或从其他数据库中导入属性数据，然后根据关键字与图形数据自动连接
数据来源
社会环境数据
城市与人口
交通网
行政区划
地名
文化和通信设施
自然环境
地形数据
海岸及海域数据
水系及流域数据
基础地质数据
资源与能源
土地资源相关数据
气候与水热资源相关数据
生物资源相关数据
矿产资源相关数据
海洋资源相关数据
分类
线分类法（层级分类法）
编码
概念
是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
编码原则
编码的系统性和科学性
编码的一致性和科学性
编码的标准化和通用性
编码的便捷性
编码的可扩展性
数据编辑与拓扑关系
数据编辑
概述

图形数据编辑
人为因素是主要原因
数字化过程中手的抖动
两次录入之间图纸的移动
难以实现完全精确定位
常见的数字化错误
线条连接过头
线条连接不及
数字化的地图上出现的的错误

伪结点
悬挂结点
碎屑多边形
不正规的多边形
图形数据错误的检查
叠合比较法
目视检查法
逻辑检查法
编辑命令
增加数据
删除数据
修改数据
编辑的对象
点元
线元
面元
目标
编辑工作主要利用GIS的图形编辑功能完成

属性数据编辑
校核
属性数据与空间数据是否正确关联，标识码是否唯一，不含空值
属性数据是否正确，属性数据的值是否超过其取值范围
错误检查的方法
利用逻辑检查，检查属性数据的值是否超过其范围，属性数据之间或属性数据与地理空间实体之间是否有荒谬的组合
把属性数据打印出来进行人工校对，这和用校核图来检查空间图的准确性比较相似
拓扑关系
点线拓扑关系的建立
在图形采集和编辑的过程中实时建立
此时有两个文件
一个记录结点所关联的弧段
一个记录弧段两端点的结点
在采集和编辑之后，系统自动建立拓扑关系
其基本思想与前面类似
在执行过程中逐渐建立弧段与起终结点和节点关联的弧段表
多边形拓扑关系的建立
多边形的三种情况
独立多边形
如独立房屋
数字化过程中直接生成，因为只有一条封闭的弧段
具体公共边界的简单多边形
仅输入边界弧段数据
然后用一种算法自动将多边形边界聚合起来
嵌套的多边形
除了要按照第二种方法自动建立多边形外
还要考虑多边形内的多边形（也成为岛）
自动生成多边形的步骤
进行结点匹配
建立一弧段拓扑关系
进行多边形的自动生成
对于嵌套多边形，需要建立简单多边形以后或建立过程中，采用多边形包含分析方法判别一个多边形包含了哪些多边形，并将这些内多边形按逆时针排序
网络拓扑关系的建立
主要确定结点与弧段之间的拓扑关系
这一工作可以由GIS软件自动完成，其方法与建立多边形拓扑关系时相似，只是不需要建立多边形
在一些特殊情况下，两条相互交叉的的弧段在交点处不一定需要结点，这时需要手工修改，将在交叉处连通的结点删除
数学基础变换
几何纠正
纠正原因
地形图的实际尺寸发生形变
在扫描过程中，工作人员的操作会产生一定的误差
遥感影像本身就存在着几何变形
地图图幅的投影与其他资料的投影不同，或需要将遥感影像的中心投影或多中心投影转换成正射投影等
扫描时受扫描仪幅面大小的影像
目的
消除各类图形的变形误差
主要变换函数
仿射变换
双线性变换
平方变换
双平方变换
立方变换
四阶多项式变换
地形图的纠正
四点纠正法
逐网络纠正法
遥感影像的纠正
一般选用和遥感影像比例尺相近的地形图或正射影像图作为变换标准
选用合适的变换函数，分别在要纠正的遥感影像和标准影像图或正射影像图上采集同名地物点
具体采点时，要先采源点（影像），后采目标点（地形图）
选点时要注意选点的均匀分布，点不能太多
坐标变换
实质
建立两个空间参考系之间点的一一对应的关系
投影变换
解析变换法
数值变化法
数值解析变换法
仿射变换
在不同方向上进行压缩和扩张
将球变成椭球，将正方形变成平行四边形
要求最少三个位移关联点
相似变换
平移
旋转
缩放
橡皮拉伸
通过坐标几何来修正缺陷
主要针对几何变换，通常发生在原图上
它们可能由于在地图编绘中的配准缺陷、缺乏大地控制或其他各种原因产生
栅格数据重采样
概述
重采样是栅格数据空间分析中处理栅格分辨率匹配问题时常用的数据处理方法
进行空间分析时，用来分析的数据资料由于来源不同，经常要对栅格数据进行几何纠正、旋转、投影变换等处理，在这些处理的过程中都会产生重采样问题
包括
最邻近像元法
双线性内插法
双三次卷积法
数据重构
数据结构转换
矢量转栅格
概述
实现点线面的转换
矢量数据基本坐标多为直角坐标
栅格数据基本坐标为行和列，原点在西南角
令xy分别于行列平行，按确定栅格大小进行采样
具体转换
点的转换
计算出点所在的栅格行列号
赋值原则
线的转换
计算出线经过的所有栅格
将其赋予线的属性值
面的转换
多边形边界栅格化
面域属性值充填
常用多边形填充算法
内部点扩散法
射线法
扫描线法
栅格转矢量
转换目的
栅格数据分析结果通过矢量绘图装置输出
压缩数据需要，面转多边形边界
自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量数据库中
转换情况

具体过程

数据格式转换
概述
GIS获取空间数据
共享空间数据的常用手段
模式
外部数据交换
直接数据访问
数据互操作模式
空间数据共享平台模式
内容
包括
空间数据
属性数据
拓扑信息
元数据和数据描述信息
分类
分层和编码原则都不同的数据转换
分层不同，编码原则相同的数据转换
分层不同，编码方案完全一致的数据转换
实现途径
外部数据交换格式（主要方式）
标准空间数据交换标准方式
空间数据互操作方式
实质
空间数据模型的定义不一致
因此基于语义的数据格式转化也是一种非常有前景的转换方法
图形拼接
具体步骤
逻辑一致性的处理
识别和检索相邻图幅
相邻图幅边界点坐标数据的匹配
相同属性多边形公共边界的删除
数据压缩
概述
目的
删除冗余数据，减少数据存储量，加快后续处理速度
栅格数据的压缩
矢量数据的压缩
主要任务
根据线性要素中心轴线和面状要素的边界线特征，减少弧段矢量坐标串中顶点的个数
压缩方法
间隔取点法
垂距法和偏角法
分裂法
数据质量与评价
内涵
空间数据质量相关概念
误差
准确度
偏差
精密度
不确定性
空间数据质量评价
评价指标
完备性
多余
遗漏
逻辑一致性
概念一致性
值域一致性
格式一致性
拓扑一致性
位置准确度
绝对和客观精度
相对或内在精度
格网数据位置精度
时间准确度
时间量测准确度
时间一致性
时间有效性
专题准确度
分类分级正确性
非定量属性准确度
定量属性准确度
对于任意数据质量指标可以根据需要建立其他的具体指标
评价方法
直接评价法
间接评价法
误差源及误差传播
误差类型分析
几何误差（影响最大）
属性误差
命名
次序
间隔
比值
时间误差
逻辑误差
空间数据质量控制
概念
控制方法
传统的手工方法
元数据方法
地理相关法
过程中的质量控制
数据源的选择
数字化过程的数据质量控制
数字预处理
数字化设备选用
数字化对点精确度
数字化限差
数据的精确度检查
数据入库
数据入库流程
数据库系统基本结构
向用户提供的现势性最好的成果数据库
被更新下来的成果数据库（历史数据库）
为实现对成功数据在线检索查询、分析应用而建立的工作运行数据库
入库流程
全面质量检查入库数据
整理检查合格的数据
按数据组织规则建立数据文件存储目录
按数据命名规则对成功数据统一命名
文字资料数字化
根据入库内容对数据字典及元数据进行相应更新
将成果数据存入指定目录
数据入库
元数据及其作用
元数据与元数据的作用
帮助用户了解和分析数据
空间数据质量控制
在数据集成中的应用
数据存储和功能的实现
元数据实例
GIS基本空间分析
空间分析概述
空间分析的概念
分析技术
地理信息系统的主要功能特征
过程
对数据进行可视化和描述性分析
基于基本查询的统计展开初步的数据探索性分析
提出问题并未感兴趣的现象选择合理的空间分析和统计方法进行建模
通过一系列的分析方法构建的分析模型挖掘现象中所隐含的规律
本质区别
根本原因
空间数据所具有的特殊性
地理现象的复杂性
具体表现
空间数据具有更为复杂的关系
空间数据模型具有更多的类型
空间数据蕴藏着更为复杂的机理
空间现象的描述与建模具有多样性
空间分析的类型
按数据模型划分
基于场模型的空间分析
基于栅格数据结构的分析方法最为常用
还包括基于等高线和TIN数据的分析方法
强调对连续地理现象的分析和建模
基于对象模型的空间分析
强调对离散地理现象的分析和建模
主要针对矢量数据实现
基于网络模型的空间分析
更加强调地理对象或事物的空间交互特征
更加注重网络的拓扑关系和交互规则
基于时空模型的空间分析
近年来，时空大数据兴起及数据的可获取性增强，时空分析成为空间分析的核心内容
按数据维度划分
二维空间分析
不具有高程值的矢量数据
用像元值代表一般属性信息的栅格数据
2.5维空间分析
表面模型
非实体特征
多维空间分析
带有高程的点线面数据和体数据
带有时间维度的时空数据
按空间分析级别划分
基础空间分析方法
空间统计分析方法
智能化空间分析方法
空间对象的基本度量方法
几何度量
长度测算
矢量数据
欧氏距离
复合线状对象
求各分支曲线的长度总和
栅格数据
累加地物骨架线通过的格网数目后乘以格网单元大小
8方向连接，对角线乘上根号二
面积和周长测算
面积
矢量数据
梯形法
栅格数据
栅格计数
周长
矢量数据
封闭绘图模型，使用距离公式计算每条线段长度
栅格数据
格网单元分辨率乘以格网单元的总述
曲率和弯曲度测算
曲率
曲线切线方向角相对于弧长的变化率
前提：曲线是光滑的
离散点：先光滑插值，再用公式
弯曲度
曲线弯曲程度的参数
定义为曲线长度与曲线两端点定义的线段长度之比
质心
多边形的几何中心
形状
凸度
最小边界几何图形
最小凸包
数据点的自然极限边界
包含所有数据的最小凸多边形
包络线矩形
几何体的最小外接矩形
矩形的边长在水平垂直的方向上
距离量算
匀质空间距离的量算
曼哈顿距离
欧氏距离
契比雪夫距离
非匀质空间距离的量算
函数距离
表达式的变化
研究区域的变化
方向量算
定量描述
精确给出空间目标的方向
用于方位角、象限角等比率定量
定性描述
有序尺度数据概略描述空间方向关系
4方向描述法、8方向描述法和16方向描述法
叠置分析
概述
矢量数据的叠置分析
点与多边形叠置
概念
操作
计算多边形对点的包含关系
进行属性信息处理
线与多边形叠置
概念
操作
比较线坐标与多边形坐标的关系
计算线与多边形的交点
重建线的属性表
多边形叠置
概念
操作
几何相交，即求出所有边界线交点
根据交点重新装配多边形，建立拓扑关系
在关系数据库中建立结果层的多边形属性表
破碎多边形
又称伪多边形
地图误差或解释误差引起
设置模糊容差值去除破碎多边形
最小制图单元也可以解决
栅格数据的叠置分析
概述
实现方式
通过像元间的各种运算实现
输出结果
各层属性数据的算术运算结果
各层属性数据的极值
逻辑条件组合
其他模型运算结果
简单易处理，没有破碎多边形
根据栅格数据叠加层面分类
布尔逻辑运算
重分类
数学运算复合法
算数运算
函数运算
栅格叠置的作用
类型叠置
数量统计
动态分析
益本分析
几何提取
缓冲区分析
概述
概念
基本流程
矢量缓冲区分析
矢量缓冲区的类型
点
线
面
内缓冲区
外缓冲区
矢量缓冲区的建立
方法
角平分线法
凸角圆弧法
处理
叠置处理
宽度不同处理
分级缓冲区
可变距离缓冲区
栅格缓冲区分析
连续地理事物，欧氏距离
可以构建带有成本的缓冲区
窗口分析
概述
概念
三要素
中心点
分析窗口的大小及类型
运算方式
具体操作
分析窗口的类型
矩形窗口
滤波计算
圆形窗口
环形窗口
扇形窗口
风向的影响计算
DEM阴影分析
其他窗口
六边形
重建地表
不对称分析窗口
各项非同性的分析
窗口分析的类型
统计运算
平均值统计
最大值统计
最小值统计
中值统计
求和统计
标准差统计
其他
值域
模
范围统计
多数统计
少数统计
种类统计
函数运算
滤波运算
地形参数运算
网络分析
概述
概念
研究内容
应用
矢量网络分析
矢量网络的组成
线状要素（链）
内涵
状态属性
阻力
需求
点状要素
障碍
拐角点
结点
中心
站点
矢量网络中的属性
阻强
资源容量
资源需求量
矢量网络的建立
矢量网络的应用
路径分析
静态最佳路径
动态分段技术
N条最佳路径分析
最短路径
动态最佳路径
补充：DJ算法
资源分配
目的
组成
方式
方法
最佳选址
概念
具体步骤
对若干候选地点或方案进行资源分配分析
对每种选址方案的资源分配或服务区划分结果，计算花费总和或平均值
比较方案选择最佳
地址匹配
栅格网络分析
栅格在叠置和三维分析有优势
缓冲区分析矢栅参半
网络分析则毫无办法`
DEM与数字地形分析
基本概念
数字高程模型DEM
数字地形模型DTM
数字表面模型DSM
数字地形分析DTA
概念
DTA，指在DEM上进行属性计算和特征提取的数字地理信息处理技术
地形属性
地形曲面参数
地形形态特征
地形统计特征
复合地形特征
主要内容
提取描述地形属性和特征因子
DTM可视化分析
常用方法
提取坡面地形因子
提取地形要素
流域分析
可视域分析
两点间的通视性
可视域
地形统计特征分析
DEM建立
DEM建立一般步骤
采用合适的空间模型构造空间结构
采用合适的属性域函数
在空间结构中进行采样，构造空间域函数
利用空间域函数进行分析
格网DEM建立
TIN的建立
典型的矢量数据结构
满足要求
三角形形状最佳，尽量接近正三角形
保证最近的三个点在同一个三角形上
三角网络是唯一的
三角准则
空外接圆准则
最大最小角准则
最短距离和准则
张角最大准则
面积比准则
对角线准则
等高线的建立
概述
步骤

DEM内插方法
概述
方法
整体内插法
局部内插法
逐点内插法
数据源
地形图数据源
优点
具有统一的大地坐标系和高程系统
具有完整的比例尺系列和分幅编号系统
缺点
地形图现势性较差
地形图存储介质单一，容易变形
地形图精度有限
遥感数据源
特点
更新速度快
有效手段
多分辨率特征
地面测量数据
优点
高精度
缺点
工作量大、周期长、费用高、更新困难
适用于小范围数据采集和数据更新，精度要求较高的工程项目
数字地形分析
基本地形因子
斜坡因子
面积因子
体积因子
面元因子
基本因子分析
坡度
概念
表示方法
坡度
坡度百分比
计算方法
曲面拟合法
坡向
概念
计算方法
以北方为起始方向
顺时针度量
曲率
基本原理
求算曲率值的关键
确定出式中各个参量的值
最常用的算法
三阶反距离平方权差分
坡面曲率
平面曲率
宏观地形因子
基于栅格DEM计算宏观地形因子关键
确定分析半径大小
地形起伏度
最大高程和最小高程之差
地表粗糙度
曲面面积和投影面积之比
步骤
根据DEM提取坡度因子S
根据公式R=1/cos（S）计算
地表切割深度
平均高程和最小高程之差
研究水土流失及地表侵蚀发育状况的重要指标
参照地表起伏度的算法
地表特征分析
地形特征点提取

山脊线和山谷线提取
骨架线
分水性和汇水性
基于图像处理的原理
主要思路
设计2*2窗口进行扫描
第一次扫描，将窗口中具有最低高程值的点进行标记，自始至终未被标记为山脊线上的点
第二次扫描，将窗口中具有最高高程值的点进行标记，自始至终未被标记为山谷线上的点
缺陷
取特征点必须排除DEM中噪声的影响
特征点连接成线算法困难
基于地形表面几何形态分析
基本过程
找出DEM纵向与横向两个断面极大极小值点，作为地形特征线上的备选点
根据一定的条件和准则，将这些备选点划归各自所属的地形特征线
缺陷
特征点和特征线判断分开进行，忽略了每条地形特征线必然存在的曲率变化现象
由于该方法只选择纵、横两个断面来确定高程变化的极值点，因此地形特征线有一定的近似性，有时候会出现遗漏
基于地形表面流水物理模拟分析原理的算法
基本思想
计算汇水量，找出汇水线，找分界线得到分水线
采用了整体追踪分析的思路和方法，分析结果系统性好，还便于进行相应的径流成因分析
缺陷
汇水量与高程有关，可能导致地处非地形特征线上的点汇水量也比较大，从而误认为地形特征线上的点；位于高处的相反。这就造成特征线两端效果差
将公共边界视为分水线，因此分水线为闭合曲线，与实际不符
基于地形表面几何形态分析与流水物理模拟分析相结合
基本思路
采取稀疏的DEM格网数据，按流水物理模拟算法去提取区域内概略的地形特征线
按其引导，对其周围邻近区域进行几何分析，来精确地确定区域地形特征线
算法关键
求出概略的地形特征线与DEM格网线的交点
在该交点小区域内，对DEM数据进行几何分析，找到高程变化的极值点，该点即为地形特征线的精确位置
算法基本过程归纳为
概略DEM的确立
地形流水物理模拟
概略地形特征线提取
地形几何分析
地形特征线精确确定
平面曲率与坡位组合法
DEM提取平面曲率和正负地形
取正地形平面曲率大值为山脊，负地形平面曲率大值为山谷
宽度可由选取平面曲率的大小来调节，方法简单效果好
流域分析
流域定义
流域提取
三个基础矩阵
无洼地DEM
水流方向矩阵
流水累计矩阵
步骤
DEM洼地填充
单元值加高到周围最低单元值
水流方向确定
单流向
多流向
3*3格网中找最陡的坡
水流累计矩阵生成
水流累计矩阵是指流向该网格的所有上游格网单元的水流累计量
基于水流方向确定，是流域划分的基础
可以是面积也可以是单元数，取决于具体软件
流域网络提取
通过设定的阈值，沿水流方向将高于此阈值的格网连接起来
可视性分析
概念
也称通视分析，实质属于对地形最优化处理的范畴
是利用DEM判断地形上任意两个点之间是否可以相互可见的技术方法
分为
视线通视分析
判断任意两点之间是否通视
视域通视分析
从任意一点出发，判断该区域内所有其他点的通视情况
基本因子
两点之间的通视性
可视域（即给定的观察点覆盖的区域）
判断两点之间的可视性的算法
比较常见的一种算法
确定过观察点和目标点所在的线段与XY平面垂直的平面S
求出地形模型中与S相交的所有的边
判断相交的边是否位于观察点和目标点所在的线段之上，如果有一条边在其上则不可视
射线追踪法
对于给定的观察点v和观察方向，计算与射线相交的第一个面元，如果这个面元存在，则不再计算
既可以判断两点相互之间是否可视，又可以用于限定区域的水平可视计算
计算可视域的算法
算法思想
以离散形式出现，每个各网点表示可视或不可视，这就是“可视矩阵”
缺陷
存在大量冗余计算
总的来说，规则格网DEM格网点比较多，相应的时间消耗比较大
针对规则格网DEM的特点，比较好的处理方法是采用并行处理
黄土高原建模与分析
沟沿线的定义
正地形沟间地和负地形沟谷地的分界线
通常情况下是黄土坡面明显转折的地方
不仅仅是重要地形特征线，也是明显的土壤侵蚀类型和土地利用分界线
沟沿线的提取
基于地形因子的方法
通过分析沟沿线以上区域与以下区域的各项地形因子（坡度、坡度变率、曲率等）的差异来识别沟沿线
基于数学图像处理的方法
将DEM类比遥感影像，通过边缘检测或影像分类等图像方法处理识别沟沿线
基于可视性分析的方法
通过可视域分析或者模拟光照，识别沟沿线以上和以下区域形成的可视性差异提取可视性分析沟沿线
基于沟沿线的黄土地貌分析
典型应用
通过对沟沿线特征指标空间分异情况的统计
评价研究区沟蚀情况并制作沟蚀程度分区图
GIS空间统计分析
空间统计概述
基本概念
空间数据的统计分析
着重于空间物体和现象的非空间特性的统计分析
解决的中心议题：如何以数学统计模型来描述和模拟空间现象和过程
即将地理模型转换成数学统计模型，以便定量描述和计算机处理，着重于常规的统计方法
尤其是多元统计分析对空间数据的处理
空间位置在分析中不起作用
虽然没有考虑抽样点的空间位置，但描述的仍是空间过程，揭示的是空间规律和空间机制
数据的空间统计分析
直接从空间位置、联系出发
研究既具有随机性也具有结构性，或具有空间相关性和依赖性的地理现象
不是抛弃了传统的统计学方法和理论，是在传统基础上发展起来的
区别于经典统计学的最大特点是
既考虑样本值的大小
又重视样本空间位置及样本间的距离
基础是空间对象间的相关性和非独立观测，他们与距离有关，并随着距离增加而增加
主要分析内容
基本统计量
是数据特征的反映
是统计分析的基础
探索性数据分析
能让用户更深入了解数据，认识研究对象，从而对其数据相关问题做出更好的决策
探索性数据分析主要包括
统计数据属性
探测数据分布
全局或局部异常值（过大值或过小值）
寻求全局的变化趋势
研究空间自相关
理解多种数据之间相关性
空间插值
基于探索性数据分析结果
选择合适的数据内插模型
由已知样点来创建表面并评估其不确定性，然后研究其空间分布
空间分类
基于地图表达，采用与变量聚类分析相类似的方法来产生新的综合性或简洁性专题地图
包括
多变量统计分析
主成分分析
层次分析
空间分类统计分析
系统聚类分析
判别分析
空间回归
研究两个或两个以上变量的统计关系
通过空间关系，包括考虑空间的自相关性，把属性数据与空间位置关系结合起来，更好地解释地理事物之间的关系
基本统计量
代表数据集中趋势的统计量
表述数据分布位置和一般水平
平均数
含义
特点作用
算术平均数代表了数据集的平均水平
可以作为比较分析的指标
还可以作为评价事物的客观标准
也可以用于图像处理中的平滑运算
加权算术平均数
含义

特点作用
与算术平均数大致相同
要考虑各数据点的贡献作用
几何平均数
含义
n个数据连乘开n次方
特点作用
用于分析和研究平均变化率、平均增长率、平均比定 ，
偏相关系数里也有应用
中位数
含义
特点作用
不受极端数值的影像，如果数据集中分布形状是左右对称的，则中位数就是平均数
数据的分布形状呈偏左或偏右，以中位数表示集中趋势比算术平均数更合理z
众数
含义
特点作用
是数据集中的某个值，代表了多数意见
不受极端值影响，在频数分布曲线上位居最高点，即曲线的峰值
代表数据离散程度的统计量
最大值和最小值
含义
特点作用
通过其可以了解数据的取值范围、分散程度，易于计算，便于理解
但都受极端数据影响，弱化了其他值的存在，无法精确地反映所有数据分散的情形，因此可能会有误导作用
极差
含义
最大值和最小值的差值称为极差，它表示数据集的取值范围
特点作用
在地形分析中，极差主要用于求取一定区域内的高差
对于两个不同地区，虽然他们的平均高程相同，但最高点、最低点及高差不同，说明这两个地区高程分布状况有差异
分位数
含义
将数列按大小排列，把数列划分为相等个数的分段，处于分段点上的数就是分位数
特点作用
剔除了极端值的影响
计算起来比较麻烦，且没有用到数据集中的所有数据点
分位数在数据分级中应用比较多
离差
含义
各数值与平均值的离散程度
等于某个数值与该数据集的平均值之差
特点作用
两个数据集的均值相同，但其离差可以有很大差别，说明数据集与平均值的离散程度不同
平均离差
含义
把离差取绝对值然后求和再除以变量个数
特点作用
克服恒等于0的缺点
消除负数，只剩正数，这样更易于描述离散程度
而且平方和得到的结果大，使离散程度更明显
离差平方和
含义
离差求平方然后求和
特点作用
用于相关分析中求取相关系数（回归分析/趋势面分析）
方差
均方差的简称，是以离差平方和除以变量个数而得到的
标准差
含义
对方差进行开方，即为标准差
特点作用
方差和标准差都可以应用于相关分析、回归分析、正态分布检验等
还可以用于误差分析、评价数据精确、求取变差系数、偏差系数和峰度系数
标准差还可以用于数据分级
变差系数
含义

也称离差系数或变异系数
是标准差与均值的比值
特点作用
用相对数的形式来刻画数据离散程度的指标
可以用来衡量数据在时间与空间上的相对变化的程度
用来求算地形高程变异系数
代表数据形态的统计量
偏度
含义
刻画数据在均值两侧的对称程度的参数，用偏度系数衡量
特点作用
表示数据的不对称性，刻画出向正的方向偏还是负的方向偏
峰度
含义
刻画数据在均值两侧的集中程度的系数，用峰度系数来衡量
特点作用
表示数据频数分布曲线峰形的相对高耸程度或尖平程度
这两个系数主要用于
分析数据的频率统计图以及评价正态分布性
当g1g2都等于0时，数据是标准的正态分布
其他统计量

探索性空间数据分析
概念
esda
首先分离数据的模式和特点
再根据数据特点选择合适的模型
还可以揭示数据对于常见模型的意想不到的偏离
既要灵活适应数据的结构，也要对后续分析步骤揭示的模式灵活反应
基本分析工具
直方图
对采样数据按一定的分级方案（等间隔分离、标准差分级）进行分级
统计采样点落入各个级别中的个数或占总采样的百分比，并通过条带图或柱状图表现出来
可以直观地反应采样数据分布特征、总体规律，可以用来检验分布和寻找数据离群值
正态QQ图
正态QQ Plot分布图
用来评估具有n个值的单变量样本数据是否服从正态分布
构建过程
首先对采样值进行排序
计算出每个排序后的数据的累计值
绘制累计值的分布图
再累计值之间使用线性内插技术，构建一个与其具有相同累积分布的理论正态分布图，求出对应的正态分布值
以横轴为理论正态分布值，竖轴为采样点值，绘制样本数据相对于其正态分布值的散点图
普通QQ Plot分布图
用来评估两个数据集的分布的相似性
通过两个数据集中具有相同累计分布值作图来完成
揭示了两个物体之间的相关关系
呈直线，说明两物体呈线性关系，可用一元一次方程拟合
呈抛物线，说明两物体可用二次多项式拟合
方差变异分析工具

作用
半变异函数和协方差函数把统计相关系数的大小作为一个距离函数，是地理学相近相似定理的定量化
半变异函数和协方差函数反应一个采样点与其相邻采样点的空间关系
对异常采样点具有很好的探测作用
在地统计分析中可以使用任一一个，一般采用半变异函数
半变异曲线图中重要的两个点
间隔为0时的点
半变异函数趋近平稳时的点
两个点产生4个相应的参数
块金值
采样点为0时
由于测量误差和空间变异产生的
两采样点非常接近时，半变异函数不为0
基台值
采样点距离增大时
从块金值达到的一个稳定常数
偏基台值
基台值与块金值的差值
变程
取值由初始的块金值达到基台值时
采样点的间隔距离
voronoi图（泰森图）
样点周围生成一系列多边形组成的
生成方法
多边形内任何位置距离距这一样点的距离都比该多边形到其他样点的距离要近
泰森多边形生成后，相邻的点就被定义为有相同连接边的样点
多边形值采用的分配和计算方法
简化
平均
模式
聚类
熵
中值
标准差
四分位数间隔
检验数据分布
可以通过直方图和正态QQ plot分布图完成
如果服从正态分布
直方图呈钟形
正态QQ Plot图数据近似呈一条直线
寻找数据的离群值
全局离群值
对于数据集中所有点来讲，具有很高或很低的值的观测点
局部离群值
对于整个数据集来讲，观测样点的值处于正常范围，但与其相邻测量点比较，它又偏高或偏低
寻找方式
利用直方图查找离群值
用半变异函数/协方差函数云图识别离群值
用泰森图查找局部离群值
全局趋势分析
表面组成
确定的全局趋势
随机的短程变异
作用
空间趋势反映了空间物体在空间区域上变化的主题特征
主要揭示了空间物体的总体规律，而忽略局部的变异
趋势面分析
根据空间抽样数据，拟合一个数学曲面，用该数学曲面来反映空间分布的变化情况
分为趋势面和偏差两大部分
透视分析
探测全局趋势常用的方法，准确判定趋势特征关键在于选择合适的透视角度
透视面的选择应尽可能使采样数据在透视面上的投影点分布比较集中
通过投影点拟合的趋势方程才具有代表性，才能更有效反应采样数据集全局趋势
空间自相关与空间关系建模
概述
全局自相关
局部自相关
空间权重矩阵
邻接标准
距离标准
莫兰指数

正的显著正相关
负的显著负相关
接近0没有相关性
Geray C指数

0到1正的相关
大于1负的相关
没有显著为1
常规统计与分析
空间数据分级统计分析
按使用分级方法的多少
单一分级法
复合分级法
按级差是否相等
等值分级法
等面积
等间距
分位数
不等值分级法
自然裂点法
标准差
平均值嵌套
按确定级差的方法
自定义分级法
模式分级法
等间距分级法
分位数分级
等面积分级

矢量
规则栅格数据
标准差分级
自然裂点法分级
其他分级方法
空间数据分区统计分析
概念
同一主题

对于栅格数据
对于矢量数据
不同主题
样方统计与核密度统计
样方法
随机抽样统计
利用所有值统计
核密度估计
比较平滑
空间数据插值
概述
根本是对空间曲面特征的认识和理解
具体到方法上，是3个问题
内插点邻域范围的确定
权值确定方法（自相关程度）
内插函数的选择
整体内插
内涵
在整个区域用数学函数
函数通常是高次多项式，要求地形采样点的个数大于或等于多项式系数的数目
采用最小二乘法求解，即要求多项式曲面与地形采样点间差值的平方和最小
属曲面拟合插值或趋势面插值，从而确定该曲面方程
优点
得到全局光滑连续曲面
充分反映宏观地形特征
常用来揭示整个区域内的地形宏观起伏势态
缺点
整体内插函数保凸性差
不容易得到稳定的数值解
多项式系数物理意义不明显
解算速度慢且对计算机容量要求高
不能提供内插区域的局部地形特征
局部分块内插
内涵
进行分块
每一块地形单独进行曲面拟合和高程内插，称为空间分块内插
优点
宏观上能很好表达地形起伏特征
微观上也能很大表达局部特征
缺点
计算量大
分块之间曲面连续性差
常用内插函数
线性内插和双线性内插

物理意义明确，计算简单
是基于 TIN和基于正方形格网分布采样数据 的DEM内插和分析应用的最常用方法
二元样条函数内插

样条曲面
优点
保留局部地形的细部特征
还能获取连续光滑的DEM
具有较好的保凸性和逼真性，同时也有良好的平滑性
缺点
地形不满足弹性力学条件
不是理想的数学模型
coons曲面与geomap曲面

多层曲面叠加内插法

优点
灵活性和可控性
缺点
计算量大且繁琐
不常用
最小二乘配置

测量数据三部分构成
趋势
信号
误差
配置包括
最小二乘内插
最小二乘滤波
最小二乘推估
核心问题
如何建立数据之间的协方差矩阵
如何解决信号的相关性规律问题
实践效果不好的原因
前提条件不保证，地形具有各向异性
解算是循环迭代的过程，计算量大
克里金法
概念
空间自协方差插值法
很有用的地址统计格网化方法
原理

与二乘法比较
也将变量的空间变化分为三个部分
最小二乘采用协方差矩阵，克里金法采用半方差，或者半变异函数
优点
数据点多时，结果可信度高
根据变量图来计算Kriging方法的权重，减少了人为因素赋予权重的不确定性
有限元内插

逐点内插法
内涵
就是以内插点为中心，确定一个邻域范围，用落在邻域内的采样点计算内插点的高程值
本质上是局部内插，但邻域范围大小、形状、位置乃至采样点个数随内插点的位置而变动
步骤
定义内插点的范围
确定落在邻域内的采样点
选定内插的数学模型
通过邻域内的采样点和内插计算模型计算内插点的高程
问题

内插函数
邻域大小和形状
邻域内数据点的个数
采样点的权重
采样点的分布
附加信息的考虑
反距离权重法

即距离倒数插值方法（IDW）
鸭蛋模型
空间统计分析与空间建模关系
空间分布特征统计
平均中心
中位数中心和中心要素
标准差椭圆
空间分布模式挖掘
全局模式分析统计量
平均最邻近度统计量
全局莫兰指数
G统计量
局部分析统计量
莫兰值指数
聚类和分析异常值
G-Statistics
空间关系建模与探测
地理加权回归
地理探测器
分异及因子探测
交互作用探测
风险区探测
生态探测
地理信息可视化
概述
可视化与信息可视化
地理信息可视化
概念
特点
可视化过程的多样性
信息表达的动态性
信息表达载体的多维性
地理信息可视化的意义
地理信息输出方式与类型
地理信息输出方式

屏幕显示
系统与用户交互式的快速显示
比较廉价的输出产品
需以屏幕摄影方式做硬拷贝
可用于日常的空间信息管理的小型科研成果输出
矢量制图

打印输出
栅格输出
打印机
点阵打印机
解析度低
打印面有限
小型地理信息系统
喷墨打印机
喷墨绘图仪
输出质量高
激光打印机
既可以用于打印
又可以用来绘图
使用碳粉，可以长年保持印刷效果清晰
绘制的图像品质高、绘制速度快，将是未来输出的基本方向
地理信息系统输出产品类型
地图
实体的符号化模型
主要表现形式
根据地理实体的空间形态分类
点位符号图
线状符号图
面状符号图
等值线图
三维立体图
晕渲图
图像
不采用符号化
采用人的直观视觉变量表示各空间位置实体的质量特征
一般将空间划分为规则的单元，然后根据集合规则确定图像平面的相应位置
用直观视觉变量该单元的特征
统计图表
非空间信息
常用形式
读者可以直接看到具体数据值
可视化的一般原则
符号的运用
符号设计概述
注意几点
符号的定位（准确）
易读性（清晰可辨）
视觉差异性（易读）
绝对数据与派生数据制图的符号配置（可比性）
视觉变量的类型
定量
大小与方向
透视高度与属性值
亮度和饱和度
定性
形状色调
选取符号的原则

注记运用
字体变化
字体类型
可读性、协调性和传统习惯
字体摆放
图画配置
主题突出
图面平衡
图形与背景的关系
视觉层次
制图内容的一般安排
主图与副图
主图应占突出位置及较大的图面空间
注意以下问题
在区域空间上，要突出主区与邻区是图形与背景的关系，增强主图区域的视觉对比度
主图的方向一般按惯例定为上北下南
移图
重要地区扩大图
图名

图例
比例尺
指北针
统计图表与文字说明
图廓与参考格网
可视化表现形式
专题地图显示
概念
特点
只显示与主题关联的要素
内容广泛，主题多样
不仅可以表示现象的现状及分布，还能表现现象的动态变化和发展规律
主要类型
单值
多值
标度类型值
连续值
分级
专题
点密度
统计图表
等值线显示
概念
等高线
明暗等高线
粗细等高线
分层设色显示
在等高线基础上划分层级
以色相色调的差异表示地势高低
设色有单色和多色两种，普遍采用绿褐色
地形晕渲显示
阴影法
光的照射下产生引用
光源位置不同
西北方向俯角45度（斜照）
正上方与地面垂直（直照）
综合光照
剖面显示
指地面沿某一方向的垂直截面（或断面）
包含
地形剖面图
地质剖面图
立体透视显示
立体等值线模型
三维线框透视模型
是三维对象的轮廓描述，用顶点和邻边来表示三维对象
优点
结构简单
易于理解
数据量少
建模速度快
缺点
没有面和体的特征
轮廓随视线变化而变化
由于不是连续的几何信息因而不能明确地定义给定点和对象之间的关系
三维表面模型
有向边所围成的面域来定义形体表面
由面的集合来定义形体
三维热力图
本质是数字场的构建和可视化
三维景观显示
基于纹理映射技术的地形三维景观
选择与DEM同样地区的纹理影像数据
贴在DEM所建立的三维模型的
从而形成既具有立体感又具有真实性、信息含量丰富的三维立体景观
基于遥感影像的地形三维景观

基于地物叠加的地形三维景观
时空数据显示

虚拟现实技术
概念
具体含义
基本特征
多感知性
自主性
交互性
临场性
3I（系统的特征）
交互性
沉浸感
想象力
三维动态漫游
概念
技术
单元分割法
细节层次法（LOD）
脱线预计算
内存管理技术
网络GIS与地理信息服务
GIS的平台网络化与应用服务化
地理信息平台建设网络化
地理信息平台应用服务化
网络地理信息系统
广义网络地理信息系统
广义的网络GIS概念框架
广义的网络GIS软件计算模式协议栈
狭义网络地理信息系统
基于C/S模式的网络GIS
概念
优点
反应速度快
个性化设计
缺点
缺少通用性、业务变更或改变不够灵活
系统维护和管理困难，进一步业务拓展困难较多
需要安装专门的程序，分布功能弱，不能够实现快速安装和部署
兼容性差。若采用不同工具需要重新改写程序
开发成本较高，需要一定水准的技术人员才能完成
基于B/S模式的网络GIS
概念
特点
共享
管理成本低
平台具有很强独立性
良好的扩展性
更广泛的访问范围
平衡高效的计算负载
基于web service的网络GIS
概念
一种用标准Internet协议来访问的可编程逻辑
是有关机器间和应用程序间透明通信的、建立在开放的Internet标准上的具体实现
关键技术
SOAP
简单对象访问协议
用于服务的调用
WSDL
web服务描述语言
用于服务的描述
UDDI
统一描述、发现和集成规范
用于服务的分布和集成
WSFL
web服务语言
定义工作流
机理现状
基于移动与嵌入式的网络GIS
概念
GIS与嵌入式设备集成的产物
以应用为中心、以计算机技术为基础
软件硬件可裁剪
适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的微型专用计算机
特点
占用内存小
具有很强的数据分析和显示表达的功能
典型组成
无线网络环境
嵌入式硬件环境
嵌入式软件环境
和传统相比
优点
数据实时性强
使用方便
与定位系统紧密结合
缺点
由于硬件和网络环境的限制
功能较简单
不便于分析
速度较慢
基于格网的网络GIS
概念
特点（和web gis 的不同点）
结构不同
4A
功能不同
W3C
实现不同
全球互联更复杂、更强大
地理信息的网络服务
地理信息的网络服务模式
基于Internet
概念
特点
全球化的客户/服务器应用
真正的大众化GIS
良好的可扩展性
跨平台特性
基于无线电通信技术
概念
基于网格
概念
特点
网格计算实现，而web GIS基于广域网
基于新的pervasive/grid体系结构，客户端是各种各样的上网设备，而连在网上的各种服务器将组成单一的逻辑上的网络
用户浏览器不被网格的硬件和软件基础结构的细节所打扰
存储和管理更大的的空间信息，大量用户访问时快速相应
具有更强的地理空间信息共享、地理信息发布、空间分析、模型分析等功能
将GIS应用扩展到整个社会的方方面面，甚至是人们生活的点点滴滴
地理信息的网络服务内容
地理数据分发服务
制图服务
国家制图服务
政府级制图服务
企业级数据整合和可视化
查询分析与辅助决策服务
日常生活
电子商务
电子政务
基于位置的服务（LBS）
基本原理
三类
查询
监控
导航