地理信息系统
Geographic Information System
成都理工大学地球科学学院空间信息技术系参考书目胡鹏,地理信息系统教程,武汉大学出版社,2001.3
陈述彭,地理信息系统概论,高等教育出版社,1999.5
邬伦,地理信息系统教程,北京大学出版社,1994.6
陈俊,实用地理信息系统,科学出版社,1998.6
ESRI,Modeling our World
孙家广,计算机图形学,清华大学出版社,1995
第 1章 绪论
1.1 地理信息系统的概念
1.2 地理信息系统的组成
1.3 地理信息系统的功能和应用
1.4 地理信息系统的发展
1.1 地理信息系统的概念一、公园选址辅助决策二、数据与信息三、地理信息与地学信息四、信息系统与地理信息系统一、公园选址辅助决策郊游公园具体位置的选择需要满足一定的 要求,
1）依山傍水，地形有一定起伏，必须靠近天然的小河流；
2）交通方便，但周围环境较安静，公园距公路的距离最远不得超过 1.25km，最近不得小于 0.25km；
3）空气新鲜，有一定的植被覆盖率；
4）等等其它条件；
GIS用于郊区公园选址二、数据与信息
(一 ) 数据指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图像等符号。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。
数据的格式往往和具体的计算机系统有关，
随载荷它的物理设备的形式而改变。
(二 ) 信息定义：信息是现实世界在人们头脑中的反映。
它以文字、数据、符号、声音、图像等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，
建设，管理等提供依据。
特性：
客观性适用性传输性共享性
(三 ) 两者关系有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，
其实不然。数据是信息的 表达、载体,信息是数据的 内涵,是 形 与 质 的关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。
例如独立的,1”、,0”均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了
“有”“无”信息；当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息。
三、地理信息与地学信息
(一 ) 地理信息定义：地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。
特性：
地域性多维结构时序特征
(二 ) 地学信息指与人类居住的地球有关的信息都是地学信息，
具有 无限性、多样性、灵活性 等特点。地学信息是人们深入认识地球系统、合理开发资源、
净化能源、保护环境的前提和保证。
地理信息与地学信息的 区别 主要在于 信息源 的范围不同，地理信息的信息源是地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等；地学信息所表示的信息范围更广泛，不仅来自地表，还包括地下、大气层甚至宇宙空间。
四、信息系统与地理信息系统
(一 ) 信息系统为了有效对信息流进行控制、组织管理，实现双向传递，需要通过某种信息系统。它能对数据和信息进行 采集、存储、加工和再现,并能回答用户一系列问题的系统，具有采集、管理、
分析和表达数据的能力。由计算机 硬件、软件、
数据和用户 四大要素组成。
从适用于 不同管理层次 的角度出发，信息系统分为 事务处理系统 和 决策支持系统 。事务处理系统强调对数据的记录和操作，主要支持操作层人员的日常事务处理，如图书管理系统、各种定票系统等。决策支持系统是用以获得辅助决策方案的交互式计算机系统，
一般由语言系统、知识系统和问题处理系统共同构成。
(二 ) 地理信息系统
–1）美国学者 Parker认为,GIS是一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的 信息技术,。
–2）加拿大的 Roger Tomlinson认为,GIS是全方位分析和操作地理数据的 数字系统,。
–3） Goodchild把 GIS定义为,采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的 综合系统,。
–4） Burrough认为,GIS是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的 工具,。
–5）俄罗斯学者也把 GIS定义为,一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的 工具集合,。
–6）美国国家地理信息与分析中心给出的定义：
,GIS为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的 数据库管理系统,。
–7）英国教育部认为：,GIS是一种获取、存储、
检索、操作、分析和显示地球空间数据的 计算机系统,。
四、信息系统与地理信息系统
GIS:是由计算机硬件、
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
GIS概念框架与构成
(二 ) GIS内涵
(1)GIS的物理外壳是 计算机化的技术系统 。
该系统又由若干个相互关联的子系统构成，
如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、可视化表达与输出子系统等。这些子系统的构成直接影响着 GIS的硬件平台、系统功能和效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
(2)GIS的对象是地理实体 。
地理实体数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，
实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述。 GIS以地理实体数据作为处理和操作的主要对象，这是它区别于其他类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。
(二 ) GIS内涵
(3)GIS的 技术优势 在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、
快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等。其中，通过地理空间分析可以产生常规方法难以获得的重要信息，实现在系统支持下的地理过程动态模拟和决策支持，这既是 GIS的研究核心，也是 GIS的重要贡献。
(三 )GIS与其它系统的区别和联系从操作、管理的 信息种类的不同,信息系统又可分为企业、事业管理信息系统、财务管理信息系统等一般管理信息系统
(Management Information System,MIS)
和空间信息系统 (Spatial Information
System,SIS)。空间信息系统采集、管理和分析的对象是空间信息，而地理信息系统就是一种十分重要的空间信息系统 。
信息系统构成
GIS与 CAD的异同
GIS与 CAM的异同第 1章 绪论
1.1 地理信息系统的概念
1.2 地理信息系统的组成
1.3 地理信息系统的功能和应用
1.4 地理信息系统的发展
1.2 地理信息系统的组成系统硬件,包括各种硬件设备，是系统功能实现的物质基础；
系统软件,支持数据采集、存储、加工、
回答用户问题的计算机程序系统；
空间数据,系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础；
应用人员,GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；
应用模型,解决某一专门应用的应用模型，是
GIS技术产生社会经济效益的关键所在。
GIS组成关系一、系统硬件
1,GIS的主机
2,GIS外部设备
3、输出设备
4,GIS的网络设备
5、数据存贮与传送设备二、系统软件
GIS专业软件数据库软件系统管理软件
GIS软件层次三、空间数据空间数据是 地理信息 的载体,是地理信息系统的 操作对象,它具体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。 空间特征 是指地理实体的空间位置及其相互关系；
属性特征 表示地理实体的名称、类型和数量等； 时间特征 指实体随时间而发生的相关变化。
根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素，
它们的数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为 矢量数据结构 和栅格数据结构 。
在地理信息系统中，空间数据是以结构化的形式存储在计算机中的，称为 地理空间数据库 。数据库由数据库实体和数据库管理系统组成。数据库实体存储有许多数据文件和文件中的大量数据，而数据库管理系统主要用于对数据的统一管理，包括查询、检索、增删、修改和维护等。
四、应用人员
GIS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。
五、应用模型
GIS应用模型的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基本工具，但对于某一专门应用目的的解决，必须通过构建专门的应用模型，
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。
第 1章 绪论
1.1 地理信息系统的概念
1.2 地理信息系统的组成
1.3 地理信息系统的功能和应用
1.4 地理信息系统的发展
1.3 地理信息系统的功能和应用由计算机技术与空间数据相结合而产生的 GIS这一高新技术，包含了处理信息的各种高级功能，
但是它的基本功能是数据的采集、管理、处理、
分析和输出。 GIS依托这些基本功能，通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等，演绎出丰富多彩的系统应用功能，被广泛地应用于资源管理、区域规划等领域，满足用户的广泛需求。
一、基本功能包括：数据采集与编辑，
数据存储与管理，数据处理和变换,
空间查询和分析和数据显示、输出功能。
GIS基本功能
1、数据采集与编辑地理信息系统的数据通常抽象为不同的专题或层。数据采集编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为 X,Y坐标及对应的代码输入到计算机中。
GIS数据分层概念
GIS数据采集
2、数据存储与管理
GIS数据库是区域内一定地理要素特征以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。由于 GIS数据库具有数据量大，空间数据与属性数据具有不可分割的联系，以及空间数据之间具有显著的拓扑结构等特点，因此 GIS数据库管理功能除了与属性数据有关的 DBMS功能之外，对空间数据的管理技术主要包括：空间数据库的定义，数据访问和提取，从空间位置检索空间物体及其属性，从属性条件检索空间物体及其位置，开窗和接边操作，数据更新和维护等。
3、数据处理和变换
1)数据变换：指对数据从一种数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；
2)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、结构转换等；
3)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、布尔提取和空间内插等。
4、空间查询和分析
–2)拓扑叠加,通过将同一地区两个不同图层的特征相叠加，不仅建立新的空间特征，而且能将输入的特征属性予以合并，易于进行多条件的查询检索、地图裁剪、地图更新和应用模型分析等；
–1)空间查询,空间查询是 GIS最基本的功能，
包括已知属性查图形，已知图形查属性及多种条件的综合查询；
– 3)缓冲区,它是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立各种类型要素的缓冲多边形，用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性。它是
GIS重要的和基本的空间分析功能之一。
-4)网络分析,网络分析是 GIS空间分析的重要组成部分。网络模型是运筹学中的一个基本模型，
例如在城市各街道区建立图书馆、医院等公共设施，希望各居民住家能到这些设施的路途最短，
而在建立消防站、救护车站时，需要路途最短，
花费时间最少等。
- 5)数字地形分析,GIS提供了构造数字高程模型及有关地形分析的功能模块，包括坡度、坡向、
地表粗糙度、山谷线、山脊线、日照强度、库容量、表面积、立体图、剖面图和通视分析等，为地学研究、工程设计和辅助决策提供重要的基础性数据。
空间查询叠加分析缓冲区分析网络分析地形分析
5、数据显示与输出
GIS为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。
数据显示与输出二、主要应用领域由于 GIS具有许多功能和优点，目前被广泛地应用资源管理、区域和城乡规划、
灾害监测和环境评估等各领域,
GIS主要应领域
1,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。系统的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地汇集在一起,GIS软件能在一个连续无缝的方式下管理大型的地理数据库，
这种功能强大的数据环境允许集成各种应用，最终用户通过 GIS的客户端软件可直接对数据库进行查询、显示、统计、制图以及提供区域多种组合条件的资源分析，为资源的合理开发利用和规划决策提供依据。
2、区域规划城市与区域规划具有高度的综合性，涉及资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等因素，
但是要把这些信息进行筛选并转换成可用的形式并不容易，规划人员需要切实可行的、实时性强的信息，而 GIS能为规划人员提供功能强大的工具。例如规划人员利用 GIS对交通流量、土地利用和人口数据进行分析，预测将来的道路等级；工程技术人员利用 GIS将地质、水文和人文数据结合起来，进行路线和构造设计； GIS软件帮助政府部门完成总体规划、
分区、现有土地利用、分区一致性、空地、开发区和设施位置等分析工作，是实现区域规划科学化和满足城市发展的重要保证。
3、国土监测
GIS方法和多时相的遥感数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损失估算、土地利用动态变化分析和环境质量的评估研究等。例如黄河三角洲地区的防洪减灾研究表明，在 ARC/INFO地理信息系统支持下，通过建立大比例尺数字地形模型和获取有关的空间和属性数据，利用 GIS的叠置操作和空间分析等功能，可以计算出若干个泄洪区域内的土地利用及面积，比较不同泄洪区内房屋和财产损失等，可以确定泄洪区内人员撤退、
财产转移和救灾物资供应的最佳路线，保证以最快的速度有效应付突发事件的发生。
4、辅助决策
GIS利用拥有的数据库和互联网传输技术，已经实现了电子商贸的革命，满足企业决策多维性的需求。当前在全球协作的商业时代,90%以上的企业决策与地理数据有关，例如：企业的分布、
客货源、市场的地域规律、原料、运输、跨国生产、跨国销售等。利用 GIS迅速有效管理空间数据，进行空间可视化分析，确定商业中心位置和潜在市场的分布，寻找商业地域规律，研究商机时空变化的趋势，不断为企业创造新的商机，
GIS和互联网已成为最佳的决策支持系统和威力强大的商战武器。
第 1章 绪论
1.1 地理信息系统的概念
1.2 地理信息系统的组成
1.3 地理信息系统的功能和应用
1.4 地理信息系统的发展
1.4 地理信息系统的发展一、国际 GIS发展状况二、我国 GIS发展状况三、当代 GIS发展动态一、国际 GIS发展状况
1,20世纪 60年代为 GIS思想和技术方法的探索时期；
2,70年代是 GIS的发展时期；
3,80年代是 GIS在理论、方法和技术上取得突破与趋向成熟的阶段；
4,90年代，全面应用。
二、我国 GIS发展状况
1、准备阶段
2、试验阶段
3、发展阶段
4、产业化阶段三、当代 GIS发展动态
1、面向对象技术与 GIS的结合
2、真三维 GIS和时空 GIS
3,GIS应用模型的发展
4,Internet与 GIS的结合
5,GIS与专家系统、神经网络的结合
6,GIS与虚拟现实技术的结合第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.1 地理实体及其描述一、地理系统和地理实体二、实体的描述及存储三、实体的空间特征四、实体间的空间关系一、地理系统和地理实体地理信息来源于地理系统。著名数学家钱学森曾指出,地理系统 是一个开放的复杂巨系统 。所谓 开放性 是指地理系统与其它系统有关联，有物质和信息的交往，不是一个封闭系统； 复杂巨系统 是指地理系统有成千上万的种类繁多的子系统。
将地理系统中复杂的地理现象进行抽象得到的地理对象称为地理实体或空间实体、
空间目标，简称实体 (Entity)。实体现实世界中客观存在的，并可相互区别的事物。
实体可以指个体，也可以指总体，即个体的集合,抽象的程度与研究区域的大小、规模不同而有所不同二、实体的描述和存储在地理信息系统中，根据具体要求需要描述实体各个侧面如名称、位置、形状和获取这些信息的方法、时间和质量等，记录实体的这些描述内容的空间数据具有 三个基本特征,空间特征、属性特征和时间特征,根据反映实体特征的不同，空间数据可分为 不同的类型,几何数据、关系数据、
属性数据和元数据，而不同类型的空间数据在计算机中是以不同的 空间数据结构 存储的。
实体的存储
1、空间实体的描述通常需要从如下方面对地理实体进行描述：
1)编码,用于区别不同的实体，有时同一个实体在不同的时间具有不同的编码，如上行和下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。分类码标识实体所属的类别，识别码对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。
2)位置,通常用坐标值的形式 (或其它方式 )给出实体的空间位置。
3)类型,指明该地理实体属于哪一种实体类型
，或由哪些实体类型组成。
4)行为,指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。
5)属性,指明该地理实体所对应的非空间信息，
如道路的宽度、路面质量、车流量、交通规则等。
6)说明,用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。
7)关系,与其它实体的关系信息。
2、空间数据的特征
1)属性特征 — 用以描述事物或现象的特性，即用来说明“是什么”，如事物或现象的类别、等级、数量、名称等。
2)空间特征 — 用以描述事物或现象的地理位置，又称几何特征、定位特征，
如界桩的经纬度等。
3)时间特征 — 用以描述事物或现象随时间的变化，例如人口数的逐年变化。
空间数据的基本特征
3、空间数据的类型
1)属性数据 —— 描述空间数据的属性特征的数据，也称非几何数据。即说明“是什么”，如类型、等级、名称、
状态等。
2)几何数据 —— 描述空间数据的空间特征的数据，也称位置数据、定位数据。即说明“在哪里”，如用 X、
Y坐标来表示。
3)关系数据 — 描述空间数据之间的空间关系的数据，如空间数据的相邻、包含等，主要是指拓扑关系。拓扑关系是一种对空间关系进行明确定义的数学方法。
此外，还有元数据，它是描述数据的数据。
在地理空间数据中，元数据说明空间数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息，
便于数据生产者和用户之间的交流。
4、空间数据结构空间数据结构是空间数据在计算机中的具体组织方式。目前尚无一种统一的数据结构能够同时存储上述各种类型的数据，而是将不同类型的空间数据以不同的数据结构存储。一般来说，属性数据与其他信息系统一样常用二维关系表格形式存储。元数据以特定的空间元数据格式存储，而描述地理位置及其空间关系的空间特征数据是地理信息系统所特有的数据类型，主要以矢量数据结构和栅格数据结构两种形式存储。
实体的存储三、实体的空间特征
1、空间维数有零维、一维、二维、三维之分，对应着不同的空间特征类型：点、线、面、体。
在地图中实体维数的表示可以改变。如一条河流在小比例尺地图上是一条线（单线河），在大比例尺图上是一个面（双线河）。
2、空间特征类型
1）点状实体：点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为 0的物体。具体有下列类型的点：实体点、注记点、内点和节点等不同类型
2）线状实体：具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并长度、
弯曲度、方向性等特性，线状实体包括线段，
边界、链、弧段、网络等。
3）面状实体（多边形）：是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述，在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。具有面积、范围、周长、独立性或与其它地物相邻、内岛屿或锯齿状外形、
重叠性与非重叠性等特性。
4）体、立体状实体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性，
立体状实体一般具有体积、每个二维平面的面积、内岛、断面图与剖面图等空间特征。
GIS中不同类型的点
3、实体类型组合现实世界的各种现象比较复杂，往往由上述不同的空间类型组合而成，例如根据某些空间类型或几种空间类型的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简单实体组合表达。
不同空间类型组合表达复杂空间问题四、空间关系空间关系是指各空间实体之间的空间关系，包括拓扑空间关系，顺序空间关系和度量空间关系。由于拓扑空间关系对
GIS查询和分析具有重要意义，在 GIS
中，空间关系一般指拓扑空间关系。
1、定义拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。是指图形在保持连续状态下变形，
但图形关系不变的性质。可以假设图形绘在一张高质量的橡皮平面上，将橡皮任意拉伸和压缩，但不能扭转或折叠，这时原来图形的有些属性保留，有些属性发生改变，前者称为拓扑属性，后者称为非拓扑属性或几何属性 (表 2-1-
1)。这种变换称为拓扑变换或橡皮变换。
拓扑属性和非拓扑属性
2、拓扑关系的种类点 (结点 )、线 (链、弧段、边 )、面 (多边形 )三种要素是 拓扑元素 。它们之间最基本的拓扑关系是关联和邻接。
1)关联,不同拓扑元素之间的关系。如结点与链，链与多边形等。
2)邻接,相同拓扑元素之间的关系。如结点与结点，链与链，面与面等。邻接关系是借助于不同类型的拓扑元素描述的，如面通过链而邻接。
3)包含关系,面与其它拓扑元素之间的关系。
如果点、线、面在该面内，则称为被该面包含。
如某省包含的湖泊、河流等。
4)几何关系,拓扑元素之间的距离关系。如拓扑元素之间距离不超过某一半径的关系。
5)层次关系,相同拓扑元素之间的等级关系。如国家由省 (自治区、直辖市 )组成，省 (自治区、直辖市 )由县组成等。
3、拓扑关系的表示在目前的 GIS中，主要表示基本的拓扑关系，而且表示方法不尽相同。在矢量数据中拓扑关系可以由图中的四个表格来表示。
拓扑关系的表达
4、拓扑关系的意义空间数据的拓扑关系，对于 GIS数据处理和空间分析具有重要的意义，因为：
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。
2)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。例如根据弧段构建多边形，实现面域的选取；根据弧段与结点的关联关系重建道路网络，进行最佳路径选择等。
拓扑关系的表达和重建第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.2 矢量数据结构一、矢量数据的图形表示二、矢量数据的获取方式三、矢量数据表示一、矢量数据的图形表示矢量方法将地理现象或事物抽象为点、线、面实体，将它们放在特定空间坐标系下进行采样记录
1、点实体：记录点坐标和属性代码；
2、线实体：记录两个或一系列采样点的坐标，并加属性代码；
3、面实体：记录边界上一系列采样点的坐标，由于多边形封闭，边界为闭合环，加面域属性代码。
矢量数据的图形表示二、矢量数据的获取方式矢量数据的获取方式通常有：
1)由外业测量获得，可利用测量仪器自动记录测量成果 (常称为电子手薄 )，然后转到地理数据库中。
2)由栅格数据转换获得，利用栅格数据矢量化技术，
把栅格数据转换为矢量数据。
3)跟踪数字化，用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
由于栅格数据自动矢量化技术还不成熟，人工跟踪数字化是当前获取矢量数据的最主要方法，但存在工作量大，数据获取困难等缺点。
三、矢量数据表示
(一 )简单数据结构矢量数据的简单数据结构分别按点、线、面三种基本形式来描述简单数据结构
(二 )拓扑数据结构
1、拓扑元素矢量数据可抽象为点 (结点 )、线 (链、弧段、
边 )、面 (多边形 )三种要素，即称为 拓扑元素 。
2、编码方式拓扑数据结构的关键是 拓扑关系的表示,而几何数据的表示可参照矢量数据的 简单数据结构 。
在目前的 GIS中，主要表示基本的拓扑关系，
而且表示方法不尽相同。下面举一表示矢量数据拓扑关系的例子矢量图矢量图拓扑数据结构第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.3 栅格数据结构一、栅格数据的图形表示二、栅格数据的组织三、栅格结构的建立四、栅格数据结构的表示一、栅格数据的图形表示栅格结构 是以规则的像元阵列来表示空间地物或现象的分布的数据结构，其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征。换句话说，栅格数据结构就是像元阵列，用每个像元的行列号确定位置，用每个像元的值表示实体的类型、等级等的属性编码
1、点实体,表示为一个像元；
2、线实体,表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合；
3、面实体,表示为聚集在一起的相邻像元的集合。
栅格数据的图形表示二、栅格数据组织多层栅格数据栅格数据组织方法三、栅格结构的建立
（一）栅格数据的获取途径
1、来自于遥感数据,通过遥感手段获得的数字图像就是一种栅格数据。它是遥感传感器在某个特定的时间、对一个区域地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段分光并量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。
2、来自于对图片的扫描,通过扫描仪对地图或其它图件的扫描，可把资料转换为栅格形式的数据。具体为：扫描仪扫描专题图的图像数据得到每个像元的（行、列、颜色
（灰度）），定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到每个像元的（行、列、属性），再进行栅格编码、存贮，即得到该专题图的栅格数据。
3、由矢量数据转换而来,通过运用矢量数据栅格化技术，
把矢量数据转换成栅格数据。这种情况通常是为了有利于
GIS中的某些操作，如叠加分析等，或者是为了有利于输出。
4、由手工方法获取,在专题图上均匀划分网格，逐个网格地确定其属性代码的值，最后形成栅格数据文件
（二）栅格系统的确定
1、栅格坐标系的确定,表示具有空间分布特征的地理要素，不论采用什么编码系统，什么数据结构 (矢、栅 )都应在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质是 坐标系原点和坐标轴的确定 。 由于栅格编码一般用于区域性 GIS，原点的选择常具有局部性质，但为了便于区域的拼接,栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴 。
2、栅格单元的尺寸,栅格单元的尺寸确定的原则是 应能有效地逼近空间对象的分布特征，
又减少数据的冗余度 。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大，
按分辨率的平方指数增加，计算机成本就越高，
处理速度越慢。 具体可采用 保证最小多边形的精度标准 来确定尺寸的方法
(三 )栅格代码（属性值）的确定
1、中心归属法：每个栅格单元的值由该栅格的中心点所在的面域的属性来确定。
2、长度占优法：每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。
3、面积占优法：每个栅格单元的值由该栅格中单元面积最大的实体的属性来确定。
4、重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物的类型作为栅格单元的属性值。这种方法适用于具有特殊意义而面积较小的实体要素。
栅格代码的确定四、栅格数据结构的表示将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行 (或逐列 )
记录代码，可以每行都从左到右记录，也可以奇数行从左到右，偶数行从右到左。这种记录栅格数据的文件常称为 栅格文件,且常在文件头中存有该栅格数据的长和宽，即行数和列数。
这样，具体的像元值就可连续存储了。其特点是处理方便，但没有压缩。
栅格数据的表示第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.4 矢量栅格一体化数据结构一、矢量、栅格数据结构的优缺点二、矢栅一体化的概念三、三个约定和细分格网法四、矢栅一体化数据结构的设计一,矢量、栅格数据结构的优缺点二、矢栅一体化的概念可采用填满线状目标路径和充填面状目标空间的表达方法作为一体化数据结构的基础。
每个线状目标 除记录原始取样点外，还记录路径所通过的栅格；
每个面状地物 除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面域栅格。
矢栅一体化的概念三、三个约定和细分格网法
（一）三个约定为了设计点、线、面状地物具体的一体化数据结构，首先作如下约定：
1、地面上的 点状地物 是地球表面上的点，它仅有空间位置，没有形状和面积，在计算机内部仅有一个位置数据。
2、地面上的 线状地物 是地球表面的空间曲线，它有形状但没有面积，它在平面上的投影是一连续不间断的直线或曲线，在计算机内部需要用一组元子填满整个路径。
3、地面上的 面状地物 是地球表面的空间曲面，并具有形状和面积，它在平面上的投影是由边界包围的紧致空间和一组填满路径的元子表达的边界组成。
（二）细分格网法由于一体化数据结构是基于栅格的，表达目标的精度必然受栅格尺寸的限制。可利用细分格网法提高点、线（包括面状地物边界）数据的 表达精度,使一体化数据结构的精度达到或接近矢量表达精度。细分网格四、矢栅一体化数据结构的设计
1、点状地物和结点的数据结构根据基本对点状地物的约定，点仅有位置、没有形状和面积，不必将点状地物作为一个覆盖层分解为四叉树，只要 将点的坐标转化为地址码 M1 和 M2,而不管整个构形是否为四叉树。
这种结构 简单灵活,便于点的插入和删除，还能处理一个栅格内包含多个点状目标的情况。
点状地物和节点的数据结构
2、线状地物的数据结构一般认为用四叉树表达线状地物是困难的。但 采用元子填满整条路径 的方法，它的数据结构将 变得十分简单 。根据对线状地物的约定，线状地物有形状但没有面积，没有面积意味着线状地物和点状地物一样不必用一个完全的覆盖层分解四叉树，而只要 用一串数据表达每个线状地物的路径即可，表达一条路径就是要将该线状地物经过的所有栅格的地址全部记录下来。一个线状地物可能有几条弧段组成，所以应先建立一个弧段数据文件。
弧段的数据结构线状地物的数据结构
3、面状地物的数据结构根据对面状地物的约定，一个面状地物应记录边界和边界所包围的整个面域。其中 边界 由弧段组成。面域信息则由 线性四叉树或二维行程编码 表示。
同一区域的各类不同地物可形成多个覆盖层，例如建筑物、耕地、湖泊等可形成一个覆盖层，土地利用类型、
土壤类型又可形成另外两个覆盖层。这里规定每个覆盖层都是单值的，即每个栅格内仅有一个面状地物的属性值。每个覆盖层可用一棵四叉树或一个二维行程编码来表示。为了建立面向地物的数据结构，做这样的修改，
二维行程编码 中的属性值可以是 叶结点的属性值,也可以是 指向该地物的下一个子块的循环指针 。即用循环指针将同属于一个目标的叶结点链接起来，形成面向地物的结构。
链接情况二维行程编码 带指针的二维行程编码面文件四、矢栅一体化数据结构的设计
4、复杂地物的数据结构由几个或几种点、线、面状简单地物组成的地物称为复杂地物 。例如将一条公路上的中心线、交通灯、立交桥等组合为一个复杂地物，用一个标识号表示。
第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.5 三维数据结构一、八叉树三维数据结构二、三维边界表示法一、八叉树三维数据结构
（一）基本原理假设要表示的形体 V可以放在一个充分大的正方体 C内,C
的边长为 2 n，形体 V C，它的八叉树可以用以下的 递归方法 来定义：
八叉树的每个节点与 C的一个子立方体对应，树根与 C本身相对应，如果 V＝ C，那么 V的八叉树仅有树根，如果 V≠C，
则将 C等分为八个子立方体，每个子立方体与树根的一个子节点相对应。只要某个子立方体不是完全空白或完全为 V
所占据，就要被八等分，从而对应的节点也就有了八个子节点。这样的递归判断、分割一直要进行到节点所对应的立方体或是完全空白，或是完全为 V占据，或是其大小已是预先定义的体素大小，并且对它与 V之交作一定的“舍入”，
使体素或认为是空白的，或认为是 V占据的。
某个子立方体被八等分
（二）八叉树的存贮结构
1、规则八叉树
2、线性八叉树线性八叉树二、三维边界表示法
1、方法原理首先考虑一个简单的四面体应如何表示。它是一个平面多面体，即它的每个表面均可以看成是一个平面多边形。为了做到无歧义地、有效地表示，
需指出 它的顶点位置以及由哪些点构成边，哪些边围成一个面等一些几何与拓扑的信息。
2、特点
3、拓扑检查三维边界表示法第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.6 空间数据模型一、数据库基础知识二、传统数据模型三、传统模型存储空间数据的局限四、面向对象技术五、面向对象地理数据模型六、空间数据库管理系统一、数据库基础知识
1、数据库的概念数据库 可以看作是与现实世界有一定相似性的模型，是认识世界的基础，是集中、统一地存储和管理某个领域信息的系统，它根据数据间的自然联系而构成，数据较少冗余，且具有较高的数据独立性，能为多种应用服务。 数据库作为一个复杂的系统，由数据集、物理存储介质和数据库软件三个基本部分构成：
2、数据库的主要特征
1）数据集中控制
2）数据独立
3）数据共享
4）减少数据冗余
5）数据结构化
6）统一的数据保护功能
3、数据库的系统结构数据库的系统结构
4、数据模型数据模型 是对现实世界部分现象的抽象，它描述了数据的基本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作，是数据库系统中关于数据内容和数据间联系的逻辑组织的形式表示，以抽象的形式描述和反映一个部门或系统的业务活动和信息流程。
选择与建立数据模型的目的是用最佳的方式反映本部门的业务对象及信息流程和以最佳的方式为用户提供访问数据库的逻辑接口。
数据模型的三要素,数据结构,数据操作 和数据的约束条件 。
5、数据库管理系统 (DBMS)
数据库管理系统 (DBMS)是处理数据库数据存取和各种管理控制的软件。它是数据库系统的核心，应用程序对数据库的操作全部通过 DBMS进行。数据库管理系统
(DBMS)通常具有 数据库定义、管理和维护功能 。
二、传统数据模型
1、层次模型实体 E及其空间要素 层次模型
2、网状数据模型实体 E及其空间要素 网状模型
3、关系数据模型实体 E及其空间要素 关系模型三、传统模型存储空间数据的局限
1、层次模型用于 GIS地理数据库的局限性
1)很难描述复杂的地理实体之间的联系，描述多对多的关系时导致物理存储上的冗余；
2)对任何对象的查询都必须从层次结构的根结点开始，低层次对象的查询效率很低，很难进行反向查询；
3)数据独立性较差，数据更新涉及许多指针，
插入和删除操作比较复杂，父结点的删除意味着其下层所有子结点均被删除；
4)层次命令具有过程式性质，要求用户了解数据的物理结构，并在数据操纵命令中显式地给出数据的存取路径；
5)基本不具备演绎功能和操作代数基础。
2、网状模型用于 GIS地理数据库的局限性
1)由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自己所处的位置；
2)网状数据操作命令具有过程式性质，存在与层次模型相同的问题；
3)不直接支持对于层次结构的表达；
4)基本不具备演绎功能和操作代数基础。
3、关系模型用于 GIS地理数据库的局限性
1)无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构，模拟和操作复杂地理对象的能力较弱；
2)用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时，需对地理实体进行不自然的分解，
导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理；
3)由于概念模式和存储模式的相互独立性，及实现关系之间的联系需要执行系统开销较大的联接操作，运行效率不够高。
四、面向对象数据模型
（一）基本思想和基本概念面向对象的基本概念四、面向对象数据模型
（二）面向对象的特性面向对象的特性
（三）面向对象数据模型的四种核心技术
1、分类,是把一组具有相同属性结构和操作方法的对象归纳或映射为一个公共类的过程。如城镇建筑可分为行政区、商业区、住宅区、文化区等若干个类。
2、概括,将相同特征和操作的类再抽象为一个更高层次、更具一般性的超类的过程。子类是超类的一个特例。一个类可能是超类的子类，也可是几个子类的超类。所以，概括可能有 任意多层次 。概括技术避免了说明和存储上的大量冗余。这需要一种能自动地从超类的属性和操作中获取子类对象的属性和操作的机制，即 继承机制 。
3、聚集,聚集是把几个 不同性质类 的对象组合成一个更高级的复合对象的过程。
4、联合,相似对象 抽象组合为集合对象。
其操作是成员对象的操作集合。
五、面向对象地理数据模型
1、面向对象数据模型的含义为了有效地描述复杂的事物或现象，需要在更高层次上综合利用和管理多种数据结构和数据模型，并用面向对象的方法进行统一的抽象。这就是面向对象数据模型的含义，其具体实现就是面向对象的数据结构。
面向对象模型最适合于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，且支持对象的嵌套，
信息的继承和聚集。
允许用户定义对象和对象的数据结构及它的操作。可以将空间对象根据 GIS需要，定义合适的数据结构和一组操作。这种空间数据结构可以带和不带拓扑，当带拓扑时，涉及对象的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。
2、面向对象的几何数据模型面向对象的几何数据模型
3、面向对象的属性数据模型面向对象的属性数据模型
4、面向对象数据库系统的基本概念及其特征一个面向对象的数据库系统应该满足两条准则：
它应该是一个数据库管理系统，而且还是一个面向对象的系统。第一条准则是说它应该具备六个特征：永久性、外存管理、数据共享（并发）、
数据可靠性（事务管理和恢复）、即席查询工具和模式修改。第二条准则是说它应具备八个特征：
类 /类型、封装性 /数据抽象、继承性、多态性 /滞后联编、计算完备性、对象标识、复杂对象和可扩充性
5、面向对象数据库系统所具有的优势
1）缩小了语义差距
2）减轻了“阻抗失配”问题
3）适应非传统应用的需要六、空间数据库管理系统
1、基于文件管理的方式基于文件管理的方式
2、文件与关系数据库混合管理系统文件与关系数据库混合管理
3、全关系型空间数据库管理系统 — 分层模型全关系型和对象 — 关系空间数据管理系统
4、对象 -关系数据库管理系统全关系型和对象 — 关系空间数据库管理系统第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.7 空间数据库的设计、建立和维护一、空间数据库的设计,
二、空间数据库的建立和维护,
一、空间数据库的设计
1、需求分析
1）调查用户需求
2）需求数据的收集和分析
3）编制用户需求说明书
2、结构设计
1）概念设计
2）逻辑设计
3）物理设计
4）数据层设计二、空间数据库的建立和维护
1、空间数据库的建立
1）建立空间数据库结构
2）数据装入
3）调试运行
2、空间数据库的维护
1）空间数据库的重组织
2）空间数据库的重构造
3）空间数据库的完整性、安全性控制第 3章 空间数据的采集和质量控制
3.1概述
3.2 空间数据的地理参照系和控制基础
3.3 地理实体数据的编码与 GIS数据库
3.4 空间数据的采集
3.5 GIS的数据质量
3.6 空间数据标准
3.1 空间数据的采集和质量控制概述一,GIS的数据源二、空间数据采集的任务三、研究 GIS数据质量的目的和意义一,GIS的数据源
1,地图数据
2,遥感数据
3、文本资料
4、统计资料
5、实测数据
6、多媒体数据
7、已有系统的数据世界地图二、空间数据采集的任务空间数据采集的任务是将现有的地图、外业观测成果、
航空像片、遥感图像、文本资料等转换成 GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。下图显示了 GIS数据的部分来源。
GIS数据来源三、研究 GIS数据质量的目的和意义一、什么是 GIS的数据质量
GIS的数据质量是指 GIS中空间数据 (几何数据和属性数据 )的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。
误差是指数据与真值的偏离。
二,GIS数据质量研究的目的
GIS数据质量研究的目的是建立一套空间数据的分析和处理的体系，包括误差源的确定、误差的鉴别和度量方法、误差传播的模型、控制和削弱误差的方法等，使未来的 GIS在提供产品的同时，
附带提供产品的质量指标，即建立 GIS产品的合格证制度。
从应用的角度，可把 GIS数据质量的研究分为两大问题。当 GIS录入数据的误差和各种操作中引入的误差已知时，计算 GIS最终生成产品的误差大小的过程称为正演问题。而根据用户对
GIS产品所提出的误差限值要求，确定 GIS录入数据的质量称为反演问题。显然，误差传播机制是解决正反演问题的关键。
三、研究 GIS数据质量的意义研究 GIS数据质量对于评定 GIS的算法、减少 GIS设计与开发的盲目性都具有重要意义。
如果不考虑 GIS的数据质量，那么当用户发现
GIS的结论与实际的地理状况相差较大时，
GIS会失去信誉。
3.2 空间数据的地理参照系和控制基础一、空间数据的地理参照系二、地图投影三、地理信息系统的地理空间一、空间数据的地理参照系
1、地球的形状
2、坐标系坐标系 — 确定地面点或空间目标位置所采用的参考系。
与测量相关的主要有地理坐标系和平面坐标系。
(1)、地理坐标系
(2)、平面坐标系
3、高程系二、地图投影
1、地图投影的实质透视投影示意图
2、投影变形高斯 — 克吕格投影 3° 带与 6° 大分带示意图三、地理信息系统的地理空间地理信息系统中的地理空间通常是指经过投影变换放在笛卡儿平面直角坐标系中的地球表层特征空间。它的理论基础在于旋转椭球体和地图投影变换。
x = a*cosφ*cosλ
y = a*cosφ*sinλ
z = c*sinφ
3.3 地理实体数据的编码与 GIS数据库一、地理实体的分类二、地理实体的编码三,GIS数据库一、地理实体的分类
1、地理实体与地理目标的类型
(1)地理实体
地理实体 — 地理数据库中的实体，是一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。例如城市可看成一个地理实体，并可划分成若干部分，但这些部分不叫城市，
只能称为区、街道之类。
地理目标 — 实体在地理数据库中的表示。地理目标的表示方法随比例尺、目的等情况的变化而变化，例如，对于城市这个地理实体，在小比例尺上可作为一个点目标，
而在大比例尺上将作为一个面目标。地理目标在地图上是以地图符号的形式来表示的。
(2)地理实体的类型点状实体线状实体面状实体体状实体
(3)地理目标的类型
0维 — 有位置无长度的目标，如点。
1维 — 有长度的目标，一般由两个或多个 0
维目 标组成，如线。
2维 — 有长和宽的目标，如多边形。
3维 — 有长、宽和高的目标，如三维立体。
(4)地理实体的描述编码 — 用于区别不同的实体，有时同一个实体在不同的时间具有不同的编码，如上行和下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。分类码标识实体所属的类别，识别码对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。
位置 — 通常用坐标值的形式 (或其它方式 )给出实体的空间位置。
类型 — 指明该地理实体属于哪一种实体类型，
或由哪些实体类型组成。
行为 — 指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。
属性 — 指明该地理实体所对应的非空间信息，
如道路的宽度、路面质量、车流量、交通规则等。
说明 — 用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。
关系 — 与其它实体的关系信息。
二、地理实体的编码地理实体数据的编码指的是地理实体中属性数据的编码。
属性数据是描述实体数据的属性特征的数据。例如，道路可以数字化为栅格表示的一组连续的像元或矢量表示的线，而道路的属性数据是指道路的宽度、等级、表面类型、建筑方法、建筑日期、
特殊的交通规则、车流量等等。这些数据可以存储在数据库中，通过唯一的标识符与相应的几何数据联系起来。
三,GIS数据库
1,GIS数据的基本组成
2,GIS数据在计算机中的表示
A、图形数据的表示：
B、非图形数据的表示：
3,GIS数据在计算机中的构模
A、图形数据的数据模型
（ 1）矢量数据模型
（ 2）栅格数据模型
（ 3）矢栅合一的数据模型
B、专题属性数据的数据模型
3.4 空间数据的采集一、几何数据的采集二、属性数据的采集三、空间数据的检核一、几何数据的采集
1、地图跟踪数字化
2、地图扫描数字化二、属性数据的采集属性数据的录入主要采用键盘输入的方法，有时也可以辅助于字符识别软件。
当属性数据的数据量较小时，可以在输入几何数据的同时，用键盘输入；但当数据量较大时，一般与几何数据分别输入，并检查无误后转入到数据库中。
当空间实体的几何数据与属性数据连接起来之后，
就可进行各种 GIS的操作与运算了。
三、空间数据的检核
1、空间数据输入的误差
2、空间数据的检查
3、图形显示和数据处理
3.5 GIS的数据质量一,GIS的数据质量的内容和类型二、研究 GIS数据质量的方法三、数据采集中数据质量的评价四、数据处理中数据质量的评价一,GIS的数据质量的内容和类型
1,GIS数据质量的基本内容
GIS数据质量包含如下五个方面：位置精度、属性精度、逻辑一致性、完备性,现势性
2、空间数据的误差类型源误差 源误差是指数据采集和录入中产生的误差。
处理误差 处理误差是指 GIS对空间数据进行处理时产生的误差。
3,GIS中的误差传播误差传播是指对有误差的数据，经过处理生成的 GIS产品也存在着误差。
二、研究 GIS数据质量的方法
GIS数据质量的评价方法 包括直接评价法、
间接评价法、非定量描述法。研究 GIS数据质量的常用方法，包括敏感度分析法、尺度不变空间分析法,Monte Carlo实验仿真、
空间滤波。
三、数据采集中数据质量的评价
GIS中数据采集的方法通常可分为直接方法和间接方法两种。直接方法是指直接从野外采集，以获取观测数据、图像等，间接方法是指从已有的图件上进行采集。直接方法获取的数据受人差、
仪差、环境等的影响，但已有传统的方法可以解决。间接方法获取的数据中，除了含有直接方法中的误差外，还有展绘控制点的误差、编绘的误差、制图综合的误差，数字化的误差等。
在 GIS的数据处理中，几何纠正、坐标变换、格式转换等的计算，除了计算机字长的影响外，在理论上可以认为是无误差的，因此，数据处理过程中的主要误差集中在与应用直接相关的处理
3.6 空间数据标准一、空间数据分类标准二、空间数据交换标准三,GIS空间元数据四、空间数据的互操作和 Open GIS规范一、空间数据分类标准
,中华人民共和国行政区划代码,
国家基础地理信息系统地形数据库境界和居民地要素执行国家标准,中华人民共和国行政区划代码,(GB 2260-
1995)，并根据需要扩充了部分代码。代码的结构如下：
,公路路线命名编号和编码规则,
国家基础地理信息系统地形数据库国道 编码执行国家标准,公路路线命名编号和编码规则,
(GB 917.1~917.2-89)。代码的结构如下：
,国土基础信息数据分类与代码,
国家基础地理信息系统地形数据库数据分类编码执行国家标准,国土基础信息数据分类与代码,(GB/T 13923-92)。代码为五位数字码,其结构如下,
二、空间数据交换标准
(1)外部数据交换标准。
(2)空间数据互操作协议。
(3)空间数据共享平台。
(4)统一数据库接口。
三,GIS空间元数据
1．空间元数据的定义及其作用元数据（ Metadate）：数据的数据，是关于数据和信息资源的描述性信息。
空间元数据（ Geospatial Metadata）：地理的数据和信息资源的描述性信息。
2．空间元数据的分类
（ 1）高层元数据（数据集系列 Metadata）。
（ 2）中层元数据（数据集 Metadata）。
（ 3）底层元数据（要素、属性的类型和实例
Metadata）。
3．空间元数据的内容
（ 1）标识信息
（ 2）数据质量信息
（ 3）数据集继承信息
（ 4）空间数据表示信息
（ 5）空间参考系信息。
（ 6）实体和属性信息。
（ 7）发行信息
（ 8）空间元数据参考信息
（ 9）引用信息
（ 10）时间范围信息
（ 11）联系信息
（ 12）地址信息四、空间数据的互操作和 OpenGIS规范
1．空间数据的互操作所谓互操作，就是指异构环境下两个或两个以上的实体，尽管它们实现的语言、执行的环境和基于的模型不同，但它们可以相互通信和协作，以完成某一特定任务。这些实体包括程序、
对象、系统运行环境等。
2,OpenGIS规范。
为了发展地理信息的互操作技术，一方面要面向未来，着眼于新技术的应用和新型信息的处理，例如地理空间技术与多媒体技术的复合；
另一方面也要照顾到传统 GIS的技术积累。这就要求作为异构 GIS系统之间互操作标准的规程不但应成为互操作的桥梁，而且还应构成
GIS传统技术与未来技术之间沟通的桥梁。
OGC制定的 OpenGIS规范就是为了满足 GIS
互操作需要而制定的。
第 4章 空间数据的处理
4.1 矢量数据拓扑关系的自动建立
4.2 矢量数据的图形编辑
4.3 空间数据的坐标变换
4.4 空间数据的压缩处理
4.5 空间数据的结构变换
4.6 空间数据的插值方法
4.7 图像数据的处理方法
4.8 空间数据的更新处理
4.1 矢量数据拓扑关系的自动建立一、链的组织二、结点匹配三、检查多边形是否闭合四、建立多边形五、岛的判断六、确定多边形的属性一、链的组织找出在链的中间相交，而不是在端点相交的情况，自动切成新链；把链按一定顺序存储，如按最大或最小的 x或 y坐标的顺序，这样查找和检索都比较方便，然后把链按顺序编号。
二、结点匹配结点匹配是指把一定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取多个端点的平均值。然后，对结点顺序编号。
三、检查多边形是否闭合检查多边形是否闭合可以通过判断一条链的端点是否有与之匹配的端点来进行。如图，弧 a的端点 P没有与之匹配的端点，因此无法用该条链与其它链组成闭合多边形。多边形不闭合的原因可能是由于结点匹配限差的问题，造成应匹配的端点未匹配，或由于数字化误差较大，或数字化错误，可通过图形编辑或重新确定匹配限差来确定。还可能这条链本身就是悬挂链，
不需参加多边形拓扑，这种情况下可以作一标记，使之不参加下一阶段拓扑建立多边形的工作。
四、建立多边形一、概念
1、顺时针方向构多边形
2、最靠右边的链
3、多边形面积的计算设构成多边形的坐标串为 (xi,yi),i＝ 1,2,…,n,
则多边形的面积 A可用如下公式求出
1、顺序取一个结点为起始结点，取完为止；取过该结点的任一条链作为起始链。
2、取这条链的另一结点，找这个结点上，靠这条链最右边的链，作为下一条链。
3、是否回到起点：是，已形成一多边形，记录之，并转 4° ；否，转 2° 。
4、取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一条边作为新的起始链，转 2° ；若这条链已用过两次，即已成为两个多边形的边，则转 1° 。
二、建立多边形的基本过程五、岛的判断岛的判断即指找出多边形互相包含的情况，也即寻找多边形的连通边界。
1、计算所有多边形的面积。
2、分别对面积为正的多边形和面积为负的多边形排序。
3、从面积为正的多边形中，顺序取每个多边形，取完为止。若负面积多边形个数为 0，则结束。
4、找出该多边形所包含的所有面积为负的多边形，
并把这些面积为负的多边形加入到包含它们的多边形中，转 3° 。
六、确定多边形的属性在追踪出每个多边形的坐标后，经常需确定该多边形的属性。如果在原始矢量数据中，每个多边形有内点，则可以把内点与多边形匹配后，把内点的属性赋于多边形。由于内点的个数必然与多边形的个数一致，所以，还可用来检查拓扑的正确性。如果没有内点，则必须通过人机交互，对每个多边形赋属性。
4.2 矢量数据的图形编辑一、点的捕捉二、线的捕捉三、面的捕捉四、图形编辑的数据组织一、点的捕捉二、线的捕捉三、面的捕捉四、图形编辑的数据组织
GIS中的空间数据通常是分层存取的，
通常可分为控制点、独立地物、居民地、境界、水系、地貌、植被等。在进行图形编辑时，需确定在什么数据层 (或哪几个数据层 )进行操作，以便对选定数据层的数据进行编辑。
4.3 空间数据的坐标变换一、几何纠正二、投影变换一、几何纠正一 )高次变换二 )二次变换三 )仿射变换二、投影变换
1、解析变换法
2、数值变换法
3、数值解析变换法
4.4 空间数据的压缩处理一、矢量数据的压缩二、栅格数据的压缩一、矢量数据的压缩如果某种矢量数据的压缩算法既能精确地表示数据，又能最大限度地淘汰不必要的点，那就是一种好的算法。具体可以依据简化后曲线的总长度、
总面积、坐标平均值等与原始曲线的相应数据的对比来判别。
通过分析可以发现，大多数情况下道格拉斯 ——
普克法的压缩算法较好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大；光栏法的压缩算法也很好，并且可在数字化时实时处理，
每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；垂距法算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点 p值去掉而失真。
二、栅格数据的压缩一、直接栅格编码
A A A A
A B B B
A A B B
A A B B
AAAAABBBAABBAABB
A5 B3 A2 B2 A2 B2
二、游程长度 (行程 )编码
4.5 空间数据的结构转换一、矢量 ─栅格转换二、栅格 — 矢量转换一、矢量 ─栅格转换
1、线的栅格化方法
1,DDA法 (数字微分分析法 )
2,Bresenham算法
2、面（多边形）的栅格化方法
1、内部点扩散法
2、扫描法
3、边填充算法二、栅格 ─矢量转换
1、二值化
2、二值图像的预处理
3、细化
4、追踪
5、拓扑化
4.6 空间数据的插值方法一、空间数据的插值二、数字高程模型 (DEM)的生成一、空间数据的插值
1、边界内插使用边界内插法时，首先要假定任何重要的变化都发生在区域的边界上，边界内的变化则是均匀的、同质的。
2、趋势面分析趋势面分析是一种多项式回归分析技术。多项式回归的基本思想是用多项式表示线或面，按最小二乘法原理对数据点进行拟合，拟合时假定数据点的空间坐标
X,Y为独立变量，而表示特征值的 Z坐标为因变量。
3、局部内插利用局部范围内的已知采样点的数据内插出未知点的数据。常用的有线性内插、双线性多项式内插、双三次多项式（样条函数）内插。
4、移动平均法在局部范围（或称窗口）内计算个数据点的平均值。
二、数字高程模型 (DEM)的生成
1、数字高程模型 (DEM)的概念数字高程模型 (DEM)，也称数字地形模型
(DTM)，是一种对空间起伏变化的连续表示方法。由于 DTM隐含有地形景观的意思，所以，
常用 DEM，以单纯表示高程。
二、数字高程模型 (DEM)的生成
2,DEM的表示方法
(1)拟合法
(2)等值线
(3)格网 DEM
(4)不规则三角网 DEM(TIN)
二、数字高程模型 (DEM)的生成
4.7 图像数据的处理方法一、图像增强二、二值图像处理三、图像的特征提取和分析一、图像增强
1、灰度级的修整灰度级校正灰度变换直方图变换
2、空域处理平滑尖锐化
3、频域处理
4、伪彩色增强二、二值图像处理
1、图像的二值化
（ 1）、状态法
（ 2）、微分直方图法
（ 3）、可变阈值法
2、二值图像的平滑去噪
（ 1）、去毛刺
（ 2）、线划平滑与孔洞填补
（ 3）、去除独立污点三、图像的特征提取和分析一、点特征提取二、线特征提取三、区域分割
4.8 空间数据的更新处理一、利用遥感（ RS）更新空间数据。
二、利用全球定位系统（ GPS）更新空间数据。
第 5章 空间查询与空间分析
5.1 空间数据的查询
5.2 空间数据的统计分析
5.3 数字高程模型分析
5.4 空间数据的叠置分析
5.5 空间数据的缓冲区分析
5.6 泰森多边形分析
5.7 空间数据的网络分析
5.8 空间距离的量算
5.9 空间分析模型
5.1 空间数据的查询一、空间数据查询的含义二、空间数据查询的方式三、查询结果的显示方式一、空间数据查询的含义数据查询是 GIS的一个重要功能，一般定义为作用在 GIS数据上的函数，它返回满足条件的内容。查询是用户与系统交流的途径。
数据查询是 GIS的一个非常重要的功能，定位空间对象、提取对象信息，是地理信息系统进行高层次空间分析的基础。
二、空间数据查询的方式基于属性数据的查询：
基于图形数据的查询：
图形与属性的混合查询：
模糊查询：
自然语言空间查询：
基于属性数据的查询,根据空间目标的属性数据来查询该目标的其他属性信息或者相应当图形信息。
GIS中基于属性数据的查询包括两个方面的内容：由地物目标的某种属性数据（或者属性集合）查询该目标的其他属性信息；由地物目标的属性信息查询其对应的图形信息。
基于属性数据查询属性数据的 SQL语句一例：
select address from pipe.db where id
=‘GW1003045’
从管道属性表中查询编号为 GW1003045的管道所在的地址。
基于属性数据查询图形数据的 SQL语句一例：
select x,y from pipecoord.db where id
='GW1003045'
从管道坐标表中查询编号为 GW1003045的管道的坐标串。
基于图形数据的查询：
GIS中基于图形数据的查询包括两个方面的内容：由屏幕显示的地物目标查询该目标的属性信息；由地物目标查询该目标其他部分的图形信息或者是与其相关的其他目标的图形信息。
一般来说，基于图形数据的查询是一种可视化的查询。目标的选取包括点选区域和选取两种：
点选时通过鼠标点取点状目标或者线状目标和面状目标的一部分来选取整个目标；区域查询包括下图所示的三种方式：矩形查询、圆形查询和任意多边形查询，可以自行定义是否只有当目标全部落入指定区域才认为该目标被选中。
图形与属性的混合查询：
图形与属性的混合查询是指查询条件同时包括了图形部分的内容和属性方面的内容，查询结果集应该同时满足这两个方面的要求。
混合查询中有两个方面是比较重要的，一是查询条件的分离，一是查询的优化。对于多条件的混合查询，查询的条件要分离为对图形和属性的查询，在相应的图形数据和属性数据库中查询，结果为二者的交集。
模糊查询：
模糊查询指的是待查询项的数据不确定，具有一定的模糊性或者概括性。这种模糊性往往导致查询结果是一个目标集合。模糊查询是快速获取具有有种特性的数据集的快速方法。
例如，我们在数据库中，管段埋藏的起止地址信息是详细到门牌号的，而一条街道的管道往往是由几个管段构成，为了获取某条街道上所有的管段信息，我们可以引入模糊查询。
select * from pipe.db where address like '人民路 *'
通过上面的查询语句，我们可以找到人民路上所有管段的信息。
自然语言空间查询：
所谓自然语言查询就是在 GIS的数据查询中引入人类使用的自然语言 (区别于程序语言和数据库 SQL语言 )，通过简单而意义直接的自然语言来表达数据查询的要求。
例如查询高气温的城市时，引入自然语言时可表示为：
SELECT name
FROM Cities
WHERE temperature is high
如果通过统计分析和计算，以及用模糊数学的方法处理，认为当城市气温大于或等于
33.75° C时是高气温。则对上述用自然语言描述的查询操作转换为：
SELECT name
FROM Cities
WHERE temperature >= 33.75
三、查询结果的显示方式空间数据查询不仅能给出查询到的数据，还应以最有效的方式将空间数据显示给用户。有 6种显示环境参数可选定：
显示方式（ the display mode）,有 5种显示方式用语多次查询结果的运算：刷新、覆盖、
清除、相交和强调。
图形表示（ the graphical presentation）,用于选定符号、图案、色彩等。
绘图比例尺（ the scale of the drawing）,确定地图显示的比例尺（内容和符号不随比例尺变化）。
显示窗口（ the window to be shown）,确定屏幕上显示窗口的尺寸。
相关的空间要素（ the spatial context）,显示相关的空间数据，使查询结果更容易理解。
查询内容的检查（ the examination of the
content）,检查多次查询后的结果。
5.2 空间数据的统计分析一、属性数据的集中特征数频数和频率、平均数、数学期望、中数及众数
GIS中空间数据的统计分析是指对 GIS地理数据库中的专题数据进行统计分析二、属性数据的离散特征数即一组数据中最大值与最小值之差的极差、一组数据中的各数据值与平均数之差的离差、方差、方差的平方根标准差、和衡量数据在时间和空间上的相对变化的程度的变差系数。
三、统计数据的分类分级系统聚类法和最优分割分级法。
5.3 数字高程模型分析一、基于 DEM的信息提取
(一 )、坡度的计算
(二 )、坡向的计算二、基于 DEM的可视化
(一 )、剖面分析
(二 )、通视分析
5.4 空间数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析
(一 )、矢量数据叠置的内容
1、点与多边形的叠置
2、线与多边形的叠置
3、多边形与多边形的叠置合成叠置 是指通过叠置形成新的多边形，使新多边形具有多重属性，即需进行不同多边形的属性合并。属性合并的方法可以是简单的加、减、
乘、除，也可以取平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等。
统计叠置 是指确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的面积等，即把其它图上的多边形的属性信息提取到本多边形中来。例如，土壤类型图与城市功能分区图叠置，可得出商业区中具有不稳定土壤结构的地区有哪些二、基于栅格数据的叠置分析
(一 )、单层栅格数据的分析
1、布尔逻辑运算
2、重分类
3、滤波运算
4、特征参数计算
5、相似运算布尔逻辑运算
(二 )、多层栅格数据的叠置分析栅格叠置的作用包括以下几种：
1、类型叠置,即通过叠置获取新的类型。如土壤图与植被图叠置，以分析土壤与植被的关系。
2、数量统计,即计算某一区域内的类型和面积。如行政区划图和土壤类型图叠图，可计算出某一行政区划中的土壤类型数，以及各种类型土壤的面积。
3、动态分析,即通过对同一地区、相同属性、
不同时间的栅格数据的叠置，分析由时间引起的变化。
4、益本分析,即通过对属性和空间的分析，
计算成本、价值等。
5、几何提取,即通过与所需提取的范围的叠置运算，快速地进行范围内信息的提取。
5.5 空间数据的缓冲区分析一、缓冲区及其作用在这里，缓冲区是指在点、线、面实体的周围，
自动建立的一定宽度的多边形。如图：
缓冲区分析是 GIS的基本空间操作功能之一。例如，
某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析；如果要分析因道路拓宽而需拆除的建筑物和需搬迁的居民，则需进行线缓冲区分析；而在对野生动物栖息地的评价中，动物的活动区域往往是在距它们生存所需的水源或栖息地一定距离的范围内，为此可用面缓冲区进行分析，等等。
在建立缓冲区时，缓冲区的宽度并不一定是相同的，可以根据要素的不同属性特征，规定不同的缓冲区宽度，以形成可变宽度的缓冲区。例如，
沿河流绘出的环境敏感区的宽度应根据河流的类型而定。这样就可根据河流属性表，确定不同类型的河流所对应的缓冲区宽度，以产生所需的缓冲区。
二、缓冲区的建立点的缓冲区建立时，只需要给定半径绘圆即可。
面的缓冲区只朝一个方向，而线的缓冲区需在线的左右配置。
5.6 泰森多边形分析一、泰森多边形及其特性荷兰气候学家 A·H·Thiessen提出了一种根据离散分布的气象站的降雨量来计算平均降雨量的方法，即将所有相邻气象站连成三角形，作这些三角形各边的垂直平分线，于是每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形。
用这个多边形内所包含的一个唯一气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，
并称这个多边形为泰森多边形。泰森多边形也称为 Voronoi图，或 dirichlet图。
一、泰森多边形及其特性
1、每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据；
2、泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近；
3、位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。
二,Delaulay三角形的构建
Delaunay三角网的构建也称为不规则三角网的构建，就是由离散数据点构建三角网，如图，
即确定哪三个数据点构成一个三角形，也称为自动联接三角网。即对于平面上 n个离散点，
其平面坐标为 (xi,yi),i＝ 1,2,…,n，将其中相近的三点构成最佳三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点。
Delaunay三角形产生的准则,
1、任何一个 Delaunay三角形的外接圆内不能包含任何其它离散点。
2,相邻两个 Delaunay三角形构成凸四边形，在交换凸四边形的对角线之后，六个内角的最小者不再增大。该性质即为最小角最大准则。
二,Delaulay三角形的构建
（一）、凸包生成 （二）、环切边界法凸包三角剖分
（三）、离散点内插三、泰森多边形的建立步骤
1、离散点自动构建三角网，即构建 Delaunay
三角网。对离散点和形成的三角形编号，记录每个三角形是由哪三个离散点构成的。
2、找出与每个离散点相邻的所有三角形的编号，并记录下来。这只要在已构建的三角网中找出具有一个相同顶点的所有三角形即可。
3、对与每个离散点相邻的三角形按顺时针或逆时针方向排序，以便下一步连接生成泰森多边形。
4、计算每个三角形的外接圆圆心，并记录之。
5、根据每个离散点的相邻三角形，连接这些相邻三角形的外接圆圆心，即得到泰森多边形。对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与图廓相交，与图廓一起构成泰森多边形。
5.7 空间数据的网络分析一、网络图论基础二、路径分析
(一 )、最短路径分析
(二 )、最小生成树三、最小费用最大流四、网络上的定位与分配模型的启发式算法
5.8 空间距离量算一、点 /点距离计算二、点 /线距离计算三、点 /面距离计算四、线 /线距离计算
5.9 空间分析模型一、模型的概念和模型的生成二,GIS的空间分析模型空间分析模型是指用于 GIS空间分析的数学模型。
GIS空间分析模型是在 GIS空间数据基础上建立起来的模型，它是对现实世界科学体系问题域抽象的空间概念模型，构成空间分析模型的空间目标 (点、弧段、网络、面域、复杂地物等 )的多样性决定了空间分析模型建立的复杂性；
空间层次关系、相邻关系以及空间目标的拓扑关系也决定了空间分析模型建立的特殊性；空间数据构成的空间分析模型也具有了可视化的图形特征； GIS要求完全精确地表达地理环境间复杂的空间关系，因而常使用数学模型，此外，仿真模型和符号模型也在 GIS中得到了很好的应用。
(二 )、空间分析模型的类型
1、空间分布分析模型,用于研究地理对象的空间分布特征。主要包括：空间分布参数的描述，
如分布密度和均值、分布中心、离散度等；空间分布检验，以确定分布类型；空间聚类分析，
反映分布的多中心特征并确定这些中心；趋势面分析，反映现象的空间分布趋势；空间聚合与分解，反映空间对比与趋势。
二,GIS的空间分析模型
2、空间关系分析模型,用于研究基于地理对象的位置和属性特征的空间物体之间的关系。
包括距离、方向、连通和拓扑等四种空间关系。
其中，拓扑关系是研究得较多的关系；距离是内容最丰富的一种关系；连通用于描述基于视线的空间物体之间的通视性；方向反映物体的方位。
3、空间相关分析模型,用于研究物体位置和属性集成下的关系，尤其是物体群 (类 )之间的关系。在这方面，目前研究得最多的是空间统计学范畴的问题。统计上的空间相关、
覆盖分析就是考虑物体类之间相关关系的分析。
4、预测、评价与决策模型,用于研究地理对象的动态发展，根据过去和现在推断未来，根据已知推测未知，运用科学知识和手段来估计地理对象的未来发展趋势，并作出判断与评价，
形成决策方案，用以指导行动，以获得尽可能好的实践效果。
三,GIS中常用的空间统计分析模型
(一 )、相关分析模型,相关分析模型就是用来分析研究各种地理要素数据之间相互关系的一种有效手段。
(二 )、趋势面分析模型,用趋势面分析方法将现象的空间分布及其区域变化趋势模拟出来。
(三 )、预测模型,判断结果随原因的变化而变化的方向和程度，用于推断地理要素随时间发生变化的大小。
(四 )、聚类模型,根据实体间的相似程度，
逐步合并若干类别使得类间差异最大，而类内差异最小。
四、模型库及其管理模型库是在计算机中按一定的组织结构形式存储多个模型的集合体，在模型库管理系统下得到有效的管理。同地理数据库与地理数据库管理系统相结合构成地理数据库系统一样，模型库与模型库管理系统相结合构成模型库系统。
模型库由 模型字典 库和 模型文件 库组成。
模型字典库的内容包括模型的编号、名称与模型文件等的说明。模型文件是模型的主体，一个模型至少有 2～ 4个模型文件，
其中源程序文件和目标程序文件是主要的模型文件，此外还有模型的说明文件和数据描述文件。
模型库管理系统的主要功能包括模型的存储管理 (包括 模型的表示,模型的存储组织结构 和模型的查询与维护 )、运行管理 (包括模型 程序的输入和编译,模型的运行控制,模型的查询与维护,模型对数据的存取 )和建模技术 (包括模型间的组合及模型间数据的共享和传递两个方面的问题。 )等三个方面。
第六章 空间信息的可视化
6.1 空间信息与可视化
6.2 地图语言与符号库
6.3 空间数据的可视化
6.4 电子地图
6.5 动态地图
6.6 虚拟现实技术的空间
6.1 空间信息与可视化一,空间信息基本特征属性特征,时间特征,空间特征,多媒体特征,
二、可视化科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形和图像显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。
空间信息可视化是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、
查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、
视频等可视化形式显示并进行交互处理的理论、
方法和技术。
空间信息可视化的形式,1、地图,2、多媒体地学信息,3、三维仿真地图,4、虚拟现实
6.2 地图语言与符号库一、地图语言与地图的色彩地图语言就是地图作为信息传输工具不可缺少的媒介。在地图语言中，最重要的是地图符号及其系统，被称之为图解语言。
地图上运用色彩可增强地图各要素分类、分级的概念，反映制图对象的质量与数量的多种变化；利用色彩与自然地物景色的象征性，
可增强地图的感受力；运用色彩还可简化地图符号的图形差别和减少符号的数量 (例如，
用黑、棕、蓝三色实线表示道路、等高级和水涯线 )；运用色彩又可使地图内容相互重叠而区分为几个 "层面 "，提高了地图的表现力和科学性。
二、地图符号 (库 )的功能、分类和设计地图符号 是在地图上用以表示各种空间对象的图形记号，或者还包括与之配合使用的注记。地图符号对表达地图内容具有重要的作用。它是地图区别于其他表示地理环境之图像的一个重要特征。
地图符号的类别与图形变量的作用效果三、汉字库与色彩库在空间信息的可视化过程中，除了用图形符号外，还须要各种包括汉字、外文字母、数字等信息的注记库，或简称汉字库。
色彩是表示和传递信息的有力工具，为优化色彩的表现手段，便于再生及批量复制，必须把色彩进行数字表达并建立色彩数据库。
它管理和记录两类数据,(1)现有专题地图色谱中叠色系统和连续色表的色度数据； (2)设计颜色的色度数据和处理数据记录。一般色彩库可采用多媒体数据库管理，直接在库中加入色样。
6.3 空间数据的可视化
GIS空间数据可视化，实质在于如何将存贮在
GIS数据库中的空间数据以可以为人们的视觉所感知的方式表现出来。由于计算机中存贮的数据往往不能直接满足可视化的需求，因此可视化实际包含了三部分的内容：图形数据的检索及预处理、符号化、地图的输出。
一、图形数据的检索及预处理二、符号化三、地图的输出
GIS图形表示流程
6.4 电子地图一、电子地图 (集 )的基本特征
1．能够全面继承并发展了地图科学中对地学信息进行多层次智能综合加工、提炼的优点；
2．很强的空间信息可视化性能；系统而严密的教学基础，科学而系统的符号系统，强有力的可视化界面，支持地图的动态显示，并可采用闪烁、变色等手段增强读图手段和提高效果；
3．支持空间信息的多种查询、检索和阅读；
4．支持基本的统计、计算和分析；
5．大多数电子地图支持“所见即所得”地编辑和输出硬拷贝，支持电子出版；
6．大多数电子地图支持多媒体信息技术二、电子地图 (集 )的设计目标一般用户行政及科研部门其它专业用户三、电子地图集系统的结构和开发技术电子地图集系统结构框架
6.5 动态地图一、动态地图的特征和作用目前动态地图基本上是以电子地图形式出现的，其主要特征是逼真而又形象地表现出地理信息时空变化的状态、特点和过程，也即是运动中的特点。
动态地图可以直观而又逼真地显示地理实体运动变化的规律和特点。具体而言，它可以用于：
1、动态模拟
2、运动模拟
3、实时跟踪二、动态地图表示方法
1．利用传统的地图符号和颜色等表示方法，例如采用传统的视觉变量 ---大小、色相、方位、
形状、位置、纹理和密度，组成动态符号，结合定位图表，分区统计图表法以及动线法来表示之。
2．采用定义了动态视觉变量的动态符号表示
3．采用连续快照方法作多幅或一组地图。
4．地图动画三、动态地图的设计
1．明确了解动态地图的要求，了解它所表示的时、空变化是全面性的还是局部性的要素；它所关注的变化是变化后的状态，还是变化的过程。
2．分析动态地图要求，拟定表达方法和设计动态符号。
一般讲，对于局部性要求，采用变化的动态符号法和分区统计图表法，动线法就能够妥善解决问题；对于全局性的状态性要求用连续快照法；而对于相当多数的侧重于表现变化过程的动态现象则要综合采用计算机地图动画、动态符号、闪烁、漫游和其它方法，并结合电子地图等各种技术方法和分区统计图表、动线方法等。
3．精心制作动画地图动画地图在表达动态的地理要素上具有全面、形象、明确的特点，
但是其制作及使用特别耗工、耗时，耗资源，
尽管其制作已有相当多的商品化软件，较为方便，质量也有保证。必须精心设计，精心制作。做到少而精，画龙点晴，服务总体。
6.6 虚拟现实技术的空间虚拟现实技术是计算机硬件、软件、传感、人工智能、心理学及地理科学发展的结晶。它是通过计算机生成一个逼真的环境世界，人可以与此虚拟的现实环境进行交互的技术。
VR技术的应用与 VR－ GIS
飞行模拟战斗模拟第 7章 地理信息系统的应用
7.1 地理信息系统与遥感的结合
7.2 地理信息系统与全球定位系统的结合
7.3 地理信息系统与人工智能的结合
7.4 地理信息系统的管理应用
7.5 地理信息系统的规划应用
7.6 地理信息系统的决策应用
7.7 Web GIS
7.1 地理信息系统与遥感的结合一,GIS与遥感结合的必要性
1、遥感是 GIS重要的数据源，有效的数据更新手段
2,GIS可为遥感分析提供有用的辅助信息和手段二,GIS与遥感结合的途径
7.2 地理信息系统与全球定位系统的结合一,GIS与 GPS集成的系统结构模型二,GIS与 GPS结合的形式
1．单台移动式
2．集中监控式
GIS与 GPS集成的系统结构模型
7.3 地理信息系统与人工智能的结合一、人工智能概述人工智能简称 AI。一般用计算机模拟人的智能行为就属人工智能范畴。例如知识表示、推理技术、搜索技术、机器学习、人工智能语言都是人工智能的核心内容。目前，人工智能主要研究：专家系统、知识库系统、决策支持系统、
模式识别、自动程序设计、智能机器人等。
道路部分知识的语义结构
7.4地理信息系统的管理应用现代社会的管理是通过对信息的管理实现的。
目前从政府机关到为企事业单位，各种信息管理系统（ MIS Management Information
System）数以万计地发展起来，他们在初步感受到信息管理优点同时，又同时深深感到，仅从属性、数据上进行管理是一种静态的管理，没有空间信息的管理是残缺的管理。
以城市管理为例，负担大、中、小城市数万至数百万居民每天的食、住、行的市政公用企事业如水、电、气、公安、消防、交通、电话等经受着越来越大的压力：政府和居民对他们的要求越来越高；设备总量、种类、型号、各种复杂情况越来越多，服务年限也久远，其资料堆积如山，不采取信息管理上的有力措施，必将遭受不可估量的损失。
对信息的全面管理，对于广大的企事业单位而言，首当其冲的就是自动制图和设施管理的 GIS，即 AM/FM（ Automatic
Mapping/Facilities Management）类型的
GIS。
7.5地理信息系统的规划应用一,GIS用于规划工作的优势
1．收集资料的全面性、详尽性；
2．分析上的全面性、客观性、有效性；
3．规划资料、分析信息、最后结果的可视化及制图的质、量优势及便利性；
4．规划资料管理及实施上的便利和有效。
二、城市规划系统建立的若干原则合法性：严格遵循国家的地方对规划工作一系列政策、法规，并以之来安排各种相应指标。
实用性：确立以应用为主要目标的思路，从实际出发，以解决实际应用问题为主。
先进性：在技术方法、系统配置以及运行管理方面应具有一定先进性。
7.6 地理信息系统的决策应用一、对决策应用的 GIS的要求
1、具有 "3S"集成的空间技术
2、网络技术的支持，尤其是分布式网络
3、智能化决策支持
4、广泛的多媒体技术二、宏观决策实例 -常州市发展预测及相应住宅规划
7.7 Web GIS
一,WebGIS原理
Web的原理就是用浏览器下载服务器管理的文件并显示出来。
Web GIS也是利用上述原理，通过浏览器访问服务器上的地理信息文件。不过，一方面浏览器需要增加解释和显示 GIS数据的功能，另一方面，服务器需要具备动态产生
GIS数据文件的功能。
二,WebGIS的特点和意义
WebGIS的兴起，反映了网络时代的 GIS要求，
反映了信息的静态存储与动态迁移的需要。无论是 GIS的数据，还是 GIS的功能，都存在这种静态存储、动态迁移的需要。在便于管理、
更新的服务端，可以提供 GIS信息的管理和存储，提供高效率的功能服务单元代码的存储，
而用户端不需要存储任何数据和功能，却能通过 WebGIS让 GIS数据和功能单元迁移到本地后自动执行。这是一种思想的进步，也是技术文明的进步。
第 8章 地理信息系统的开发与评价
8.1 地理信息系统的开发方法
8.2 地理信息系统的开发过程
8.3 地理信息系统的评价
8.1 地理信息系统的开发方法地理信息系统具有很强的功能，具有很多方面的应用，它的开发是一个大型的系统工程，它的实践也是不断地应用实践 — 提高 —
再实践 — 再提高的螺旋式迂迥上升过程。
8.1 地理信息系统的开发方法
1、结构化生命周期法
2、由底而上法：
3、快速原型方法
4、面向对象的软件开发方法：
5、“演示和讨论”方法
8.2 地理信息系统的开发过程一、系统的调查分析
1、需求调查与分析
2、可行性分析
3、系统分析二、系统的设计
1、系统的总体设计
2、系统的详细设计三、系统的实施四、系统的运行和维护一,GIS评价的目的
（一）、开发的 GIS系统是否达到了预期目标
（二）、系统中各项资源的利用效率如何
（三）、根据分析和评价结果，找出系统存在的问题，并提出改进的方法二、系统评价指标
(一 ),一般系统的性能指标
(二 ),专业性能指标
(三 ),经济效益指标三、系统评价报告
Geographic Information System
成都理工大学地球科学学院空间信息技术系参考书目胡鹏,地理信息系统教程,武汉大学出版社,2001.3
陈述彭,地理信息系统概论,高等教育出版社,1999.5
邬伦,地理信息系统教程,北京大学出版社,1994.6
陈俊,实用地理信息系统,科学出版社,1998.6
ESRI,Modeling our World
孙家广,计算机图形学,清华大学出版社,1995
第 1章 绪论
1.1 地理信息系统的概念
1.2 地理信息系统的组成
1.3 地理信息系统的功能和应用
1.4 地理信息系统的发展
1.1 地理信息系统的概念一、公园选址辅助决策二、数据与信息三、地理信息与地学信息四、信息系统与地理信息系统一、公园选址辅助决策郊游公园具体位置的选择需要满足一定的 要求,
1）依山傍水，地形有一定起伏，必须靠近天然的小河流；
2）交通方便，但周围环境较安静，公园距公路的距离最远不得超过 1.25km，最近不得小于 0.25km；
3）空气新鲜，有一定的植被覆盖率；
4）等等其它条件；
GIS用于郊区公园选址二、数据与信息
(一 ) 数据指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图像等符号。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。
数据的格式往往和具体的计算机系统有关，
随载荷它的物理设备的形式而改变。
(二 ) 信息定义：信息是现实世界在人们头脑中的反映。
它以文字、数据、符号、声音、图像等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，
建设，管理等提供依据。
特性：
客观性适用性传输性共享性
(三 ) 两者关系有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，
其实不然。数据是信息的 表达、载体,信息是数据的 内涵,是 形 与 质 的关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。
例如独立的,1”、,0”均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了
“有”“无”信息；当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息。
三、地理信息与地学信息
(一 ) 地理信息定义：地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。
特性：
地域性多维结构时序特征
(二 ) 地学信息指与人类居住的地球有关的信息都是地学信息，
具有 无限性、多样性、灵活性 等特点。地学信息是人们深入认识地球系统、合理开发资源、
净化能源、保护环境的前提和保证。
地理信息与地学信息的 区别 主要在于 信息源 的范围不同，地理信息的信息源是地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等；地学信息所表示的信息范围更广泛，不仅来自地表，还包括地下、大气层甚至宇宙空间。
四、信息系统与地理信息系统
(一 ) 信息系统为了有效对信息流进行控制、组织管理，实现双向传递，需要通过某种信息系统。它能对数据和信息进行 采集、存储、加工和再现,并能回答用户一系列问题的系统，具有采集、管理、
分析和表达数据的能力。由计算机 硬件、软件、
数据和用户 四大要素组成。
从适用于 不同管理层次 的角度出发，信息系统分为 事务处理系统 和 决策支持系统 。事务处理系统强调对数据的记录和操作，主要支持操作层人员的日常事务处理，如图书管理系统、各种定票系统等。决策支持系统是用以获得辅助决策方案的交互式计算机系统，
一般由语言系统、知识系统和问题处理系统共同构成。
(二 ) 地理信息系统
–1）美国学者 Parker认为,GIS是一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的 信息技术,。
–2）加拿大的 Roger Tomlinson认为,GIS是全方位分析和操作地理数据的 数字系统,。
–3） Goodchild把 GIS定义为,采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的 综合系统,。
–4） Burrough认为,GIS是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的 工具,。
–5）俄罗斯学者也把 GIS定义为,一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的 工具集合,。
–6）美国国家地理信息与分析中心给出的定义：
,GIS为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的 数据库管理系统,。
–7）英国教育部认为：,GIS是一种获取、存储、
检索、操作、分析和显示地球空间数据的 计算机系统,。
四、信息系统与地理信息系统
GIS:是由计算机硬件、
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
GIS概念框架与构成
(二 ) GIS内涵
(1)GIS的物理外壳是 计算机化的技术系统 。
该系统又由若干个相互关联的子系统构成，
如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、可视化表达与输出子系统等。这些子系统的构成直接影响着 GIS的硬件平台、系统功能和效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
(2)GIS的对象是地理实体 。
地理实体数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，
实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述。 GIS以地理实体数据作为处理和操作的主要对象，这是它区别于其他类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。
(二 ) GIS内涵
(3)GIS的 技术优势 在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、
快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等。其中，通过地理空间分析可以产生常规方法难以获得的重要信息，实现在系统支持下的地理过程动态模拟和决策支持，这既是 GIS的研究核心，也是 GIS的重要贡献。
(三 )GIS与其它系统的区别和联系从操作、管理的 信息种类的不同,信息系统又可分为企业、事业管理信息系统、财务管理信息系统等一般管理信息系统
(Management Information System,MIS)
和空间信息系统 (Spatial Information
System,SIS)。空间信息系统采集、管理和分析的对象是空间信息，而地理信息系统就是一种十分重要的空间信息系统 。
信息系统构成
GIS与 CAD的异同
GIS与 CAM的异同第 1章 绪论
1.1 地理信息系统的概念
1.2 地理信息系统的组成
1.3 地理信息系统的功能和应用
1.4 地理信息系统的发展
1.2 地理信息系统的组成系统硬件,包括各种硬件设备，是系统功能实现的物质基础；
系统软件,支持数据采集、存储、加工、
回答用户问题的计算机程序系统；
空间数据,系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础；
应用人员,GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；
应用模型,解决某一专门应用的应用模型，是
GIS技术产生社会经济效益的关键所在。
GIS组成关系一、系统硬件
1,GIS的主机
2,GIS外部设备
3、输出设备
4,GIS的网络设备
5、数据存贮与传送设备二、系统软件
GIS专业软件数据库软件系统管理软件
GIS软件层次三、空间数据空间数据是 地理信息 的载体,是地理信息系统的 操作对象,它具体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。 空间特征 是指地理实体的空间位置及其相互关系；
属性特征 表示地理实体的名称、类型和数量等； 时间特征 指实体随时间而发生的相关变化。
根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素，
它们的数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为 矢量数据结构 和栅格数据结构 。
在地理信息系统中，空间数据是以结构化的形式存储在计算机中的，称为 地理空间数据库 。数据库由数据库实体和数据库管理系统组成。数据库实体存储有许多数据文件和文件中的大量数据，而数据库管理系统主要用于对数据的统一管理，包括查询、检索、增删、修改和维护等。
四、应用人员
GIS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。
五、应用模型
GIS应用模型的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基本工具，但对于某一专门应用目的的解决，必须通过构建专门的应用模型，
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。
第 1章 绪论
1.1 地理信息系统的概念
1.2 地理信息系统的组成
1.3 地理信息系统的功能和应用
1.4 地理信息系统的发展
1.3 地理信息系统的功能和应用由计算机技术与空间数据相结合而产生的 GIS这一高新技术，包含了处理信息的各种高级功能，
但是它的基本功能是数据的采集、管理、处理、
分析和输出。 GIS依托这些基本功能，通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等，演绎出丰富多彩的系统应用功能，被广泛地应用于资源管理、区域规划等领域，满足用户的广泛需求。
一、基本功能包括：数据采集与编辑，
数据存储与管理，数据处理和变换,
空间查询和分析和数据显示、输出功能。
GIS基本功能
1、数据采集与编辑地理信息系统的数据通常抽象为不同的专题或层。数据采集编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为 X,Y坐标及对应的代码输入到计算机中。
GIS数据分层概念
GIS数据采集
2、数据存储与管理
GIS数据库是区域内一定地理要素特征以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。由于 GIS数据库具有数据量大，空间数据与属性数据具有不可分割的联系，以及空间数据之间具有显著的拓扑结构等特点，因此 GIS数据库管理功能除了与属性数据有关的 DBMS功能之外，对空间数据的管理技术主要包括：空间数据库的定义，数据访问和提取，从空间位置检索空间物体及其属性，从属性条件检索空间物体及其位置，开窗和接边操作，数据更新和维护等。
3、数据处理和变换
1)数据变换：指对数据从一种数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；
2)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、结构转换等；
3)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、布尔提取和空间内插等。
4、空间查询和分析
–2)拓扑叠加,通过将同一地区两个不同图层的特征相叠加，不仅建立新的空间特征，而且能将输入的特征属性予以合并，易于进行多条件的查询检索、地图裁剪、地图更新和应用模型分析等；
–1)空间查询,空间查询是 GIS最基本的功能，
包括已知属性查图形，已知图形查属性及多种条件的综合查询；
– 3)缓冲区,它是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立各种类型要素的缓冲多边形，用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性。它是
GIS重要的和基本的空间分析功能之一。
-4)网络分析,网络分析是 GIS空间分析的重要组成部分。网络模型是运筹学中的一个基本模型，
例如在城市各街道区建立图书馆、医院等公共设施，希望各居民住家能到这些设施的路途最短，
而在建立消防站、救护车站时，需要路途最短，
花费时间最少等。
- 5)数字地形分析,GIS提供了构造数字高程模型及有关地形分析的功能模块，包括坡度、坡向、
地表粗糙度、山谷线、山脊线、日照强度、库容量、表面积、立体图、剖面图和通视分析等，为地学研究、工程设计和辅助决策提供重要的基础性数据。
空间查询叠加分析缓冲区分析网络分析地形分析
5、数据显示与输出
GIS为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。
数据显示与输出二、主要应用领域由于 GIS具有许多功能和优点，目前被广泛地应用资源管理、区域和城乡规划、
灾害监测和环境评估等各领域,
GIS主要应领域
1,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。系统的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地汇集在一起,GIS软件能在一个连续无缝的方式下管理大型的地理数据库，
这种功能强大的数据环境允许集成各种应用，最终用户通过 GIS的客户端软件可直接对数据库进行查询、显示、统计、制图以及提供区域多种组合条件的资源分析，为资源的合理开发利用和规划决策提供依据。
2、区域规划城市与区域规划具有高度的综合性，涉及资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等因素，
但是要把这些信息进行筛选并转换成可用的形式并不容易，规划人员需要切实可行的、实时性强的信息，而 GIS能为规划人员提供功能强大的工具。例如规划人员利用 GIS对交通流量、土地利用和人口数据进行分析，预测将来的道路等级；工程技术人员利用 GIS将地质、水文和人文数据结合起来，进行路线和构造设计； GIS软件帮助政府部门完成总体规划、
分区、现有土地利用、分区一致性、空地、开发区和设施位置等分析工作，是实现区域规划科学化和满足城市发展的重要保证。
3、国土监测
GIS方法和多时相的遥感数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损失估算、土地利用动态变化分析和环境质量的评估研究等。例如黄河三角洲地区的防洪减灾研究表明，在 ARC/INFO地理信息系统支持下，通过建立大比例尺数字地形模型和获取有关的空间和属性数据，利用 GIS的叠置操作和空间分析等功能，可以计算出若干个泄洪区域内的土地利用及面积，比较不同泄洪区内房屋和财产损失等，可以确定泄洪区内人员撤退、
财产转移和救灾物资供应的最佳路线，保证以最快的速度有效应付突发事件的发生。
4、辅助决策
GIS利用拥有的数据库和互联网传输技术，已经实现了电子商贸的革命，满足企业决策多维性的需求。当前在全球协作的商业时代,90%以上的企业决策与地理数据有关，例如：企业的分布、
客货源、市场的地域规律、原料、运输、跨国生产、跨国销售等。利用 GIS迅速有效管理空间数据，进行空间可视化分析，确定商业中心位置和潜在市场的分布，寻找商业地域规律，研究商机时空变化的趋势，不断为企业创造新的商机，
GIS和互联网已成为最佳的决策支持系统和威力强大的商战武器。
第 1章 绪论
1.1 地理信息系统的概念
1.2 地理信息系统的组成
1.3 地理信息系统的功能和应用
1.4 地理信息系统的发展
1.4 地理信息系统的发展一、国际 GIS发展状况二、我国 GIS发展状况三、当代 GIS发展动态一、国际 GIS发展状况
1,20世纪 60年代为 GIS思想和技术方法的探索时期；
2,70年代是 GIS的发展时期；
3,80年代是 GIS在理论、方法和技术上取得突破与趋向成熟的阶段；
4,90年代，全面应用。
二、我国 GIS发展状况
1、准备阶段
2、试验阶段
3、发展阶段
4、产业化阶段三、当代 GIS发展动态
1、面向对象技术与 GIS的结合
2、真三维 GIS和时空 GIS
3,GIS应用模型的发展
4,Internet与 GIS的结合
5,GIS与专家系统、神经网络的结合
6,GIS与虚拟现实技术的结合第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.1 地理实体及其描述一、地理系统和地理实体二、实体的描述及存储三、实体的空间特征四、实体间的空间关系一、地理系统和地理实体地理信息来源于地理系统。著名数学家钱学森曾指出,地理系统 是一个开放的复杂巨系统 。所谓 开放性 是指地理系统与其它系统有关联，有物质和信息的交往，不是一个封闭系统； 复杂巨系统 是指地理系统有成千上万的种类繁多的子系统。
将地理系统中复杂的地理现象进行抽象得到的地理对象称为地理实体或空间实体、
空间目标，简称实体 (Entity)。实体现实世界中客观存在的，并可相互区别的事物。
实体可以指个体，也可以指总体，即个体的集合,抽象的程度与研究区域的大小、规模不同而有所不同二、实体的描述和存储在地理信息系统中，根据具体要求需要描述实体各个侧面如名称、位置、形状和获取这些信息的方法、时间和质量等，记录实体的这些描述内容的空间数据具有 三个基本特征,空间特征、属性特征和时间特征,根据反映实体特征的不同，空间数据可分为 不同的类型,几何数据、关系数据、
属性数据和元数据，而不同类型的空间数据在计算机中是以不同的 空间数据结构 存储的。
实体的存储
1、空间实体的描述通常需要从如下方面对地理实体进行描述：
1)编码,用于区别不同的实体，有时同一个实体在不同的时间具有不同的编码，如上行和下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。分类码标识实体所属的类别，识别码对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。
2)位置,通常用坐标值的形式 (或其它方式 )给出实体的空间位置。
3)类型,指明该地理实体属于哪一种实体类型
，或由哪些实体类型组成。
4)行为,指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。
5)属性,指明该地理实体所对应的非空间信息，
如道路的宽度、路面质量、车流量、交通规则等。
6)说明,用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。
7)关系,与其它实体的关系信息。
2、空间数据的特征
1)属性特征 — 用以描述事物或现象的特性，即用来说明“是什么”，如事物或现象的类别、等级、数量、名称等。
2)空间特征 — 用以描述事物或现象的地理位置，又称几何特征、定位特征，
如界桩的经纬度等。
3)时间特征 — 用以描述事物或现象随时间的变化，例如人口数的逐年变化。
空间数据的基本特征
3、空间数据的类型
1)属性数据 —— 描述空间数据的属性特征的数据，也称非几何数据。即说明“是什么”，如类型、等级、名称、
状态等。
2)几何数据 —— 描述空间数据的空间特征的数据，也称位置数据、定位数据。即说明“在哪里”，如用 X、
Y坐标来表示。
3)关系数据 — 描述空间数据之间的空间关系的数据，如空间数据的相邻、包含等，主要是指拓扑关系。拓扑关系是一种对空间关系进行明确定义的数学方法。
此外，还有元数据，它是描述数据的数据。
在地理空间数据中，元数据说明空间数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息，
便于数据生产者和用户之间的交流。
4、空间数据结构空间数据结构是空间数据在计算机中的具体组织方式。目前尚无一种统一的数据结构能够同时存储上述各种类型的数据，而是将不同类型的空间数据以不同的数据结构存储。一般来说，属性数据与其他信息系统一样常用二维关系表格形式存储。元数据以特定的空间元数据格式存储，而描述地理位置及其空间关系的空间特征数据是地理信息系统所特有的数据类型，主要以矢量数据结构和栅格数据结构两种形式存储。
实体的存储三、实体的空间特征
1、空间维数有零维、一维、二维、三维之分，对应着不同的空间特征类型：点、线、面、体。
在地图中实体维数的表示可以改变。如一条河流在小比例尺地图上是一条线（单线河），在大比例尺图上是一个面（双线河）。
2、空间特征类型
1）点状实体：点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为 0的物体。具体有下列类型的点：实体点、注记点、内点和节点等不同类型
2）线状实体：具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并长度、
弯曲度、方向性等特性，线状实体包括线段，
边界、链、弧段、网络等。
3）面状实体（多边形）：是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述，在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。具有面积、范围、周长、独立性或与其它地物相邻、内岛屿或锯齿状外形、
重叠性与非重叠性等特性。
4）体、立体状实体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性，
立体状实体一般具有体积、每个二维平面的面积、内岛、断面图与剖面图等空间特征。
GIS中不同类型的点
3、实体类型组合现实世界的各种现象比较复杂，往往由上述不同的空间类型组合而成，例如根据某些空间类型或几种空间类型的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简单实体组合表达。
不同空间类型组合表达复杂空间问题四、空间关系空间关系是指各空间实体之间的空间关系，包括拓扑空间关系，顺序空间关系和度量空间关系。由于拓扑空间关系对
GIS查询和分析具有重要意义，在 GIS
中，空间关系一般指拓扑空间关系。
1、定义拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。是指图形在保持连续状态下变形，
但图形关系不变的性质。可以假设图形绘在一张高质量的橡皮平面上，将橡皮任意拉伸和压缩，但不能扭转或折叠，这时原来图形的有些属性保留，有些属性发生改变，前者称为拓扑属性，后者称为非拓扑属性或几何属性 (表 2-1-
1)。这种变换称为拓扑变换或橡皮变换。
拓扑属性和非拓扑属性
2、拓扑关系的种类点 (结点 )、线 (链、弧段、边 )、面 (多边形 )三种要素是 拓扑元素 。它们之间最基本的拓扑关系是关联和邻接。
1)关联,不同拓扑元素之间的关系。如结点与链，链与多边形等。
2)邻接,相同拓扑元素之间的关系。如结点与结点，链与链，面与面等。邻接关系是借助于不同类型的拓扑元素描述的，如面通过链而邻接。
3)包含关系,面与其它拓扑元素之间的关系。
如果点、线、面在该面内，则称为被该面包含。
如某省包含的湖泊、河流等。
4)几何关系,拓扑元素之间的距离关系。如拓扑元素之间距离不超过某一半径的关系。
5)层次关系,相同拓扑元素之间的等级关系。如国家由省 (自治区、直辖市 )组成，省 (自治区、直辖市 )由县组成等。
3、拓扑关系的表示在目前的 GIS中，主要表示基本的拓扑关系，而且表示方法不尽相同。在矢量数据中拓扑关系可以由图中的四个表格来表示。
拓扑关系的表达
4、拓扑关系的意义空间数据的拓扑关系，对于 GIS数据处理和空间分析具有重要的意义，因为：
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。
2)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。例如根据弧段构建多边形，实现面域的选取；根据弧段与结点的关联关系重建道路网络，进行最佳路径选择等。
拓扑关系的表达和重建第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.2 矢量数据结构一、矢量数据的图形表示二、矢量数据的获取方式三、矢量数据表示一、矢量数据的图形表示矢量方法将地理现象或事物抽象为点、线、面实体，将它们放在特定空间坐标系下进行采样记录
1、点实体：记录点坐标和属性代码；
2、线实体：记录两个或一系列采样点的坐标，并加属性代码；
3、面实体：记录边界上一系列采样点的坐标，由于多边形封闭，边界为闭合环，加面域属性代码。
矢量数据的图形表示二、矢量数据的获取方式矢量数据的获取方式通常有：
1)由外业测量获得，可利用测量仪器自动记录测量成果 (常称为电子手薄 )，然后转到地理数据库中。
2)由栅格数据转换获得，利用栅格数据矢量化技术，
把栅格数据转换为矢量数据。
3)跟踪数字化，用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
由于栅格数据自动矢量化技术还不成熟，人工跟踪数字化是当前获取矢量数据的最主要方法，但存在工作量大，数据获取困难等缺点。
三、矢量数据表示
(一 )简单数据结构矢量数据的简单数据结构分别按点、线、面三种基本形式来描述简单数据结构
(二 )拓扑数据结构
1、拓扑元素矢量数据可抽象为点 (结点 )、线 (链、弧段、
边 )、面 (多边形 )三种要素，即称为 拓扑元素 。
2、编码方式拓扑数据结构的关键是 拓扑关系的表示,而几何数据的表示可参照矢量数据的 简单数据结构 。
在目前的 GIS中，主要表示基本的拓扑关系，
而且表示方法不尽相同。下面举一表示矢量数据拓扑关系的例子矢量图矢量图拓扑数据结构第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.3 栅格数据结构一、栅格数据的图形表示二、栅格数据的组织三、栅格结构的建立四、栅格数据结构的表示一、栅格数据的图形表示栅格结构 是以规则的像元阵列来表示空间地物或现象的分布的数据结构，其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征。换句话说，栅格数据结构就是像元阵列，用每个像元的行列号确定位置，用每个像元的值表示实体的类型、等级等的属性编码
1、点实体,表示为一个像元；
2、线实体,表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合；
3、面实体,表示为聚集在一起的相邻像元的集合。
栅格数据的图形表示二、栅格数据组织多层栅格数据栅格数据组织方法三、栅格结构的建立
（一）栅格数据的获取途径
1、来自于遥感数据,通过遥感手段获得的数字图像就是一种栅格数据。它是遥感传感器在某个特定的时间、对一个区域地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段分光并量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。
2、来自于对图片的扫描,通过扫描仪对地图或其它图件的扫描，可把资料转换为栅格形式的数据。具体为：扫描仪扫描专题图的图像数据得到每个像元的（行、列、颜色
（灰度）），定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到每个像元的（行、列、属性），再进行栅格编码、存贮，即得到该专题图的栅格数据。
3、由矢量数据转换而来,通过运用矢量数据栅格化技术，
把矢量数据转换成栅格数据。这种情况通常是为了有利于
GIS中的某些操作，如叠加分析等，或者是为了有利于输出。
4、由手工方法获取,在专题图上均匀划分网格，逐个网格地确定其属性代码的值，最后形成栅格数据文件
（二）栅格系统的确定
1、栅格坐标系的确定,表示具有空间分布特征的地理要素，不论采用什么编码系统，什么数据结构 (矢、栅 )都应在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质是 坐标系原点和坐标轴的确定 。 由于栅格编码一般用于区域性 GIS，原点的选择常具有局部性质，但为了便于区域的拼接,栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴 。
2、栅格单元的尺寸,栅格单元的尺寸确定的原则是 应能有效地逼近空间对象的分布特征，
又减少数据的冗余度 。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大，
按分辨率的平方指数增加，计算机成本就越高，
处理速度越慢。 具体可采用 保证最小多边形的精度标准 来确定尺寸的方法
(三 )栅格代码（属性值）的确定
1、中心归属法：每个栅格单元的值由该栅格的中心点所在的面域的属性来确定。
2、长度占优法：每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。
3、面积占优法：每个栅格单元的值由该栅格中单元面积最大的实体的属性来确定。
4、重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物的类型作为栅格单元的属性值。这种方法适用于具有特殊意义而面积较小的实体要素。
栅格代码的确定四、栅格数据结构的表示将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行 (或逐列 )
记录代码，可以每行都从左到右记录，也可以奇数行从左到右，偶数行从右到左。这种记录栅格数据的文件常称为 栅格文件,且常在文件头中存有该栅格数据的长和宽，即行数和列数。
这样，具体的像元值就可连续存储了。其特点是处理方便，但没有压缩。
栅格数据的表示第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.4 矢量栅格一体化数据结构一、矢量、栅格数据结构的优缺点二、矢栅一体化的概念三、三个约定和细分格网法四、矢栅一体化数据结构的设计一,矢量、栅格数据结构的优缺点二、矢栅一体化的概念可采用填满线状目标路径和充填面状目标空间的表达方法作为一体化数据结构的基础。
每个线状目标 除记录原始取样点外，还记录路径所通过的栅格；
每个面状地物 除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面域栅格。
矢栅一体化的概念三、三个约定和细分格网法
（一）三个约定为了设计点、线、面状地物具体的一体化数据结构，首先作如下约定：
1、地面上的 点状地物 是地球表面上的点，它仅有空间位置，没有形状和面积，在计算机内部仅有一个位置数据。
2、地面上的 线状地物 是地球表面的空间曲线，它有形状但没有面积，它在平面上的投影是一连续不间断的直线或曲线，在计算机内部需要用一组元子填满整个路径。
3、地面上的 面状地物 是地球表面的空间曲面，并具有形状和面积，它在平面上的投影是由边界包围的紧致空间和一组填满路径的元子表达的边界组成。
（二）细分格网法由于一体化数据结构是基于栅格的，表达目标的精度必然受栅格尺寸的限制。可利用细分格网法提高点、线（包括面状地物边界）数据的 表达精度,使一体化数据结构的精度达到或接近矢量表达精度。细分网格四、矢栅一体化数据结构的设计
1、点状地物和结点的数据结构根据基本对点状地物的约定，点仅有位置、没有形状和面积，不必将点状地物作为一个覆盖层分解为四叉树，只要 将点的坐标转化为地址码 M1 和 M2,而不管整个构形是否为四叉树。
这种结构 简单灵活,便于点的插入和删除，还能处理一个栅格内包含多个点状目标的情况。
点状地物和节点的数据结构
2、线状地物的数据结构一般认为用四叉树表达线状地物是困难的。但 采用元子填满整条路径 的方法，它的数据结构将 变得十分简单 。根据对线状地物的约定，线状地物有形状但没有面积，没有面积意味着线状地物和点状地物一样不必用一个完全的覆盖层分解四叉树，而只要 用一串数据表达每个线状地物的路径即可，表达一条路径就是要将该线状地物经过的所有栅格的地址全部记录下来。一个线状地物可能有几条弧段组成，所以应先建立一个弧段数据文件。
弧段的数据结构线状地物的数据结构
3、面状地物的数据结构根据对面状地物的约定，一个面状地物应记录边界和边界所包围的整个面域。其中 边界 由弧段组成。面域信息则由 线性四叉树或二维行程编码 表示。
同一区域的各类不同地物可形成多个覆盖层，例如建筑物、耕地、湖泊等可形成一个覆盖层，土地利用类型、
土壤类型又可形成另外两个覆盖层。这里规定每个覆盖层都是单值的，即每个栅格内仅有一个面状地物的属性值。每个覆盖层可用一棵四叉树或一个二维行程编码来表示。为了建立面向地物的数据结构，做这样的修改，
二维行程编码 中的属性值可以是 叶结点的属性值,也可以是 指向该地物的下一个子块的循环指针 。即用循环指针将同属于一个目标的叶结点链接起来，形成面向地物的结构。
链接情况二维行程编码 带指针的二维行程编码面文件四、矢栅一体化数据结构的设计
4、复杂地物的数据结构由几个或几种点、线、面状简单地物组成的地物称为复杂地物 。例如将一条公路上的中心线、交通灯、立交桥等组合为一个复杂地物，用一个标识号表示。
第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.5 三维数据结构一、八叉树三维数据结构二、三维边界表示法一、八叉树三维数据结构
（一）基本原理假设要表示的形体 V可以放在一个充分大的正方体 C内,C
的边长为 2 n，形体 V C，它的八叉树可以用以下的 递归方法 来定义：
八叉树的每个节点与 C的一个子立方体对应，树根与 C本身相对应，如果 V＝ C，那么 V的八叉树仅有树根，如果 V≠C，
则将 C等分为八个子立方体，每个子立方体与树根的一个子节点相对应。只要某个子立方体不是完全空白或完全为 V
所占据，就要被八等分，从而对应的节点也就有了八个子节点。这样的递归判断、分割一直要进行到节点所对应的立方体或是完全空白，或是完全为 V占据，或是其大小已是预先定义的体素大小，并且对它与 V之交作一定的“舍入”，
使体素或认为是空白的，或认为是 V占据的。
某个子立方体被八等分
（二）八叉树的存贮结构
1、规则八叉树
2、线性八叉树线性八叉树二、三维边界表示法
1、方法原理首先考虑一个简单的四面体应如何表示。它是一个平面多面体，即它的每个表面均可以看成是一个平面多边形。为了做到无歧义地、有效地表示，
需指出 它的顶点位置以及由哪些点构成边，哪些边围成一个面等一些几何与拓扑的信息。
2、特点
3、拓扑检查三维边界表示法第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.6 空间数据模型一、数据库基础知识二、传统数据模型三、传统模型存储空间数据的局限四、面向对象技术五、面向对象地理数据模型六、空间数据库管理系统一、数据库基础知识
1、数据库的概念数据库 可以看作是与现实世界有一定相似性的模型，是认识世界的基础，是集中、统一地存储和管理某个领域信息的系统，它根据数据间的自然联系而构成，数据较少冗余，且具有较高的数据独立性，能为多种应用服务。 数据库作为一个复杂的系统，由数据集、物理存储介质和数据库软件三个基本部分构成：
2、数据库的主要特征
1）数据集中控制
2）数据独立
3）数据共享
4）减少数据冗余
5）数据结构化
6）统一的数据保护功能
3、数据库的系统结构数据库的系统结构
4、数据模型数据模型 是对现实世界部分现象的抽象，它描述了数据的基本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作，是数据库系统中关于数据内容和数据间联系的逻辑组织的形式表示，以抽象的形式描述和反映一个部门或系统的业务活动和信息流程。
选择与建立数据模型的目的是用最佳的方式反映本部门的业务对象及信息流程和以最佳的方式为用户提供访问数据库的逻辑接口。
数据模型的三要素,数据结构,数据操作 和数据的约束条件 。
5、数据库管理系统 (DBMS)
数据库管理系统 (DBMS)是处理数据库数据存取和各种管理控制的软件。它是数据库系统的核心，应用程序对数据库的操作全部通过 DBMS进行。数据库管理系统
(DBMS)通常具有 数据库定义、管理和维护功能 。
二、传统数据模型
1、层次模型实体 E及其空间要素 层次模型
2、网状数据模型实体 E及其空间要素 网状模型
3、关系数据模型实体 E及其空间要素 关系模型三、传统模型存储空间数据的局限
1、层次模型用于 GIS地理数据库的局限性
1)很难描述复杂的地理实体之间的联系，描述多对多的关系时导致物理存储上的冗余；
2)对任何对象的查询都必须从层次结构的根结点开始，低层次对象的查询效率很低，很难进行反向查询；
3)数据独立性较差，数据更新涉及许多指针，
插入和删除操作比较复杂，父结点的删除意味着其下层所有子结点均被删除；
4)层次命令具有过程式性质，要求用户了解数据的物理结构，并在数据操纵命令中显式地给出数据的存取路径；
5)基本不具备演绎功能和操作代数基础。
2、网状模型用于 GIS地理数据库的局限性
1)由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自己所处的位置；
2)网状数据操作命令具有过程式性质，存在与层次模型相同的问题；
3)不直接支持对于层次结构的表达；
4)基本不具备演绎功能和操作代数基础。
3、关系模型用于 GIS地理数据库的局限性
1)无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构，模拟和操作复杂地理对象的能力较弱；
2)用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时，需对地理实体进行不自然的分解，
导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理；
3)由于概念模式和存储模式的相互独立性，及实现关系之间的联系需要执行系统开销较大的联接操作，运行效率不够高。
四、面向对象数据模型
（一）基本思想和基本概念面向对象的基本概念四、面向对象数据模型
（二）面向对象的特性面向对象的特性
（三）面向对象数据模型的四种核心技术
1、分类,是把一组具有相同属性结构和操作方法的对象归纳或映射为一个公共类的过程。如城镇建筑可分为行政区、商业区、住宅区、文化区等若干个类。
2、概括,将相同特征和操作的类再抽象为一个更高层次、更具一般性的超类的过程。子类是超类的一个特例。一个类可能是超类的子类，也可是几个子类的超类。所以，概括可能有 任意多层次 。概括技术避免了说明和存储上的大量冗余。这需要一种能自动地从超类的属性和操作中获取子类对象的属性和操作的机制，即 继承机制 。
3、聚集,聚集是把几个 不同性质类 的对象组合成一个更高级的复合对象的过程。
4、联合,相似对象 抽象组合为集合对象。
其操作是成员对象的操作集合。
五、面向对象地理数据模型
1、面向对象数据模型的含义为了有效地描述复杂的事物或现象，需要在更高层次上综合利用和管理多种数据结构和数据模型，并用面向对象的方法进行统一的抽象。这就是面向对象数据模型的含义，其具体实现就是面向对象的数据结构。
面向对象模型最适合于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，且支持对象的嵌套，
信息的继承和聚集。
允许用户定义对象和对象的数据结构及它的操作。可以将空间对象根据 GIS需要，定义合适的数据结构和一组操作。这种空间数据结构可以带和不带拓扑，当带拓扑时，涉及对象的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。
2、面向对象的几何数据模型面向对象的几何数据模型
3、面向对象的属性数据模型面向对象的属性数据模型
4、面向对象数据库系统的基本概念及其特征一个面向对象的数据库系统应该满足两条准则：
它应该是一个数据库管理系统，而且还是一个面向对象的系统。第一条准则是说它应该具备六个特征：永久性、外存管理、数据共享（并发）、
数据可靠性（事务管理和恢复）、即席查询工具和模式修改。第二条准则是说它应具备八个特征：
类 /类型、封装性 /数据抽象、继承性、多态性 /滞后联编、计算完备性、对象标识、复杂对象和可扩充性
5、面向对象数据库系统所具有的优势
1）缩小了语义差距
2）减轻了“阻抗失配”问题
3）适应非传统应用的需要六、空间数据库管理系统
1、基于文件管理的方式基于文件管理的方式
2、文件与关系数据库混合管理系统文件与关系数据库混合管理
3、全关系型空间数据库管理系统 — 分层模型全关系型和对象 — 关系空间数据管理系统
4、对象 -关系数据库管理系统全关系型和对象 — 关系空间数据库管理系统第 2章 GIS的空间数据结构和数据库
2.1 地理实体及其描述
2.2 矢量数据结构
2.3 栅格数据结构
2.4 矢量栅格一体化数据结构
2.5 三维数据结构
2.6 空间数据模型
2.7 空间数据库的设计、建立和维护
2.7 空间数据库的设计、建立和维护一、空间数据库的设计,
二、空间数据库的建立和维护,
一、空间数据库的设计
1、需求分析
1）调查用户需求
2）需求数据的收集和分析
3）编制用户需求说明书
2、结构设计
1）概念设计
2）逻辑设计
3）物理设计
4）数据层设计二、空间数据库的建立和维护
1、空间数据库的建立
1）建立空间数据库结构
2）数据装入
3）调试运行
2、空间数据库的维护
1）空间数据库的重组织
2）空间数据库的重构造
3）空间数据库的完整性、安全性控制第 3章 空间数据的采集和质量控制
3.1概述
3.2 空间数据的地理参照系和控制基础
3.3 地理实体数据的编码与 GIS数据库
3.4 空间数据的采集
3.5 GIS的数据质量
3.6 空间数据标准
3.1 空间数据的采集和质量控制概述一,GIS的数据源二、空间数据采集的任务三、研究 GIS数据质量的目的和意义一,GIS的数据源
1,地图数据
2,遥感数据
3、文本资料
4、统计资料
5、实测数据
6、多媒体数据
7、已有系统的数据世界地图二、空间数据采集的任务空间数据采集的任务是将现有的地图、外业观测成果、
航空像片、遥感图像、文本资料等转换成 GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。下图显示了 GIS数据的部分来源。
GIS数据来源三、研究 GIS数据质量的目的和意义一、什么是 GIS的数据质量
GIS的数据质量是指 GIS中空间数据 (几何数据和属性数据 )的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。
误差是指数据与真值的偏离。
二,GIS数据质量研究的目的
GIS数据质量研究的目的是建立一套空间数据的分析和处理的体系，包括误差源的确定、误差的鉴别和度量方法、误差传播的模型、控制和削弱误差的方法等，使未来的 GIS在提供产品的同时，
附带提供产品的质量指标，即建立 GIS产品的合格证制度。
从应用的角度，可把 GIS数据质量的研究分为两大问题。当 GIS录入数据的误差和各种操作中引入的误差已知时，计算 GIS最终生成产品的误差大小的过程称为正演问题。而根据用户对
GIS产品所提出的误差限值要求，确定 GIS录入数据的质量称为反演问题。显然，误差传播机制是解决正反演问题的关键。
三、研究 GIS数据质量的意义研究 GIS数据质量对于评定 GIS的算法、减少 GIS设计与开发的盲目性都具有重要意义。
如果不考虑 GIS的数据质量，那么当用户发现
GIS的结论与实际的地理状况相差较大时，
GIS会失去信誉。
3.2 空间数据的地理参照系和控制基础一、空间数据的地理参照系二、地图投影三、地理信息系统的地理空间一、空间数据的地理参照系
1、地球的形状
2、坐标系坐标系 — 确定地面点或空间目标位置所采用的参考系。
与测量相关的主要有地理坐标系和平面坐标系。
(1)、地理坐标系
(2)、平面坐标系
3、高程系二、地图投影
1、地图投影的实质透视投影示意图
2、投影变形高斯 — 克吕格投影 3° 带与 6° 大分带示意图三、地理信息系统的地理空间地理信息系统中的地理空间通常是指经过投影变换放在笛卡儿平面直角坐标系中的地球表层特征空间。它的理论基础在于旋转椭球体和地图投影变换。
x = a*cosφ*cosλ
y = a*cosφ*sinλ
z = c*sinφ
3.3 地理实体数据的编码与 GIS数据库一、地理实体的分类二、地理实体的编码三,GIS数据库一、地理实体的分类
1、地理实体与地理目标的类型
(1)地理实体
地理实体 — 地理数据库中的实体，是一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。例如城市可看成一个地理实体，并可划分成若干部分，但这些部分不叫城市，
只能称为区、街道之类。
地理目标 — 实体在地理数据库中的表示。地理目标的表示方法随比例尺、目的等情况的变化而变化，例如，对于城市这个地理实体，在小比例尺上可作为一个点目标，
而在大比例尺上将作为一个面目标。地理目标在地图上是以地图符号的形式来表示的。
(2)地理实体的类型点状实体线状实体面状实体体状实体
(3)地理目标的类型
0维 — 有位置无长度的目标，如点。
1维 — 有长度的目标，一般由两个或多个 0
维目 标组成，如线。
2维 — 有长和宽的目标，如多边形。
3维 — 有长、宽和高的目标，如三维立体。
(4)地理实体的描述编码 — 用于区别不同的实体，有时同一个实体在不同的时间具有不同的编码，如上行和下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。分类码标识实体所属的类别，识别码对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。
位置 — 通常用坐标值的形式 (或其它方式 )给出实体的空间位置。
类型 — 指明该地理实体属于哪一种实体类型，
或由哪些实体类型组成。
行为 — 指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。
属性 — 指明该地理实体所对应的非空间信息，
如道路的宽度、路面质量、车流量、交通规则等。
说明 — 用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。
关系 — 与其它实体的关系信息。
二、地理实体的编码地理实体数据的编码指的是地理实体中属性数据的编码。
属性数据是描述实体数据的属性特征的数据。例如，道路可以数字化为栅格表示的一组连续的像元或矢量表示的线，而道路的属性数据是指道路的宽度、等级、表面类型、建筑方法、建筑日期、
特殊的交通规则、车流量等等。这些数据可以存储在数据库中，通过唯一的标识符与相应的几何数据联系起来。
三,GIS数据库
1,GIS数据的基本组成
2,GIS数据在计算机中的表示
A、图形数据的表示：
B、非图形数据的表示：
3,GIS数据在计算机中的构模
A、图形数据的数据模型
（ 1）矢量数据模型
（ 2）栅格数据模型
（ 3）矢栅合一的数据模型
B、专题属性数据的数据模型
3.4 空间数据的采集一、几何数据的采集二、属性数据的采集三、空间数据的检核一、几何数据的采集
1、地图跟踪数字化
2、地图扫描数字化二、属性数据的采集属性数据的录入主要采用键盘输入的方法，有时也可以辅助于字符识别软件。
当属性数据的数据量较小时，可以在输入几何数据的同时，用键盘输入；但当数据量较大时，一般与几何数据分别输入，并检查无误后转入到数据库中。
当空间实体的几何数据与属性数据连接起来之后，
就可进行各种 GIS的操作与运算了。
三、空间数据的检核
1、空间数据输入的误差
2、空间数据的检查
3、图形显示和数据处理
3.5 GIS的数据质量一,GIS的数据质量的内容和类型二、研究 GIS数据质量的方法三、数据采集中数据质量的评价四、数据处理中数据质量的评价一,GIS的数据质量的内容和类型
1,GIS数据质量的基本内容
GIS数据质量包含如下五个方面：位置精度、属性精度、逻辑一致性、完备性,现势性
2、空间数据的误差类型源误差 源误差是指数据采集和录入中产生的误差。
处理误差 处理误差是指 GIS对空间数据进行处理时产生的误差。
3,GIS中的误差传播误差传播是指对有误差的数据，经过处理生成的 GIS产品也存在着误差。
二、研究 GIS数据质量的方法
GIS数据质量的评价方法 包括直接评价法、
间接评价法、非定量描述法。研究 GIS数据质量的常用方法，包括敏感度分析法、尺度不变空间分析法,Monte Carlo实验仿真、
空间滤波。
三、数据采集中数据质量的评价
GIS中数据采集的方法通常可分为直接方法和间接方法两种。直接方法是指直接从野外采集，以获取观测数据、图像等，间接方法是指从已有的图件上进行采集。直接方法获取的数据受人差、
仪差、环境等的影响，但已有传统的方法可以解决。间接方法获取的数据中，除了含有直接方法中的误差外，还有展绘控制点的误差、编绘的误差、制图综合的误差，数字化的误差等。
在 GIS的数据处理中，几何纠正、坐标变换、格式转换等的计算，除了计算机字长的影响外，在理论上可以认为是无误差的，因此，数据处理过程中的主要误差集中在与应用直接相关的处理
3.6 空间数据标准一、空间数据分类标准二、空间数据交换标准三,GIS空间元数据四、空间数据的互操作和 Open GIS规范一、空间数据分类标准
,中华人民共和国行政区划代码,
国家基础地理信息系统地形数据库境界和居民地要素执行国家标准,中华人民共和国行政区划代码,(GB 2260-
1995)，并根据需要扩充了部分代码。代码的结构如下：
,公路路线命名编号和编码规则,
国家基础地理信息系统地形数据库国道 编码执行国家标准,公路路线命名编号和编码规则,
(GB 917.1~917.2-89)。代码的结构如下：
,国土基础信息数据分类与代码,
国家基础地理信息系统地形数据库数据分类编码执行国家标准,国土基础信息数据分类与代码,(GB/T 13923-92)。代码为五位数字码,其结构如下,
二、空间数据交换标准
(1)外部数据交换标准。
(2)空间数据互操作协议。
(3)空间数据共享平台。
(4)统一数据库接口。
三,GIS空间元数据
1．空间元数据的定义及其作用元数据（ Metadate）：数据的数据，是关于数据和信息资源的描述性信息。
空间元数据（ Geospatial Metadata）：地理的数据和信息资源的描述性信息。
2．空间元数据的分类
（ 1）高层元数据（数据集系列 Metadata）。
（ 2）中层元数据（数据集 Metadata）。
（ 3）底层元数据（要素、属性的类型和实例
Metadata）。
3．空间元数据的内容
（ 1）标识信息
（ 2）数据质量信息
（ 3）数据集继承信息
（ 4）空间数据表示信息
（ 5）空间参考系信息。
（ 6）实体和属性信息。
（ 7）发行信息
（ 8）空间元数据参考信息
（ 9）引用信息
（ 10）时间范围信息
（ 11）联系信息
（ 12）地址信息四、空间数据的互操作和 OpenGIS规范
1．空间数据的互操作所谓互操作，就是指异构环境下两个或两个以上的实体，尽管它们实现的语言、执行的环境和基于的模型不同，但它们可以相互通信和协作，以完成某一特定任务。这些实体包括程序、
对象、系统运行环境等。
2,OpenGIS规范。
为了发展地理信息的互操作技术，一方面要面向未来，着眼于新技术的应用和新型信息的处理，例如地理空间技术与多媒体技术的复合；
另一方面也要照顾到传统 GIS的技术积累。这就要求作为异构 GIS系统之间互操作标准的规程不但应成为互操作的桥梁，而且还应构成
GIS传统技术与未来技术之间沟通的桥梁。
OGC制定的 OpenGIS规范就是为了满足 GIS
互操作需要而制定的。
第 4章 空间数据的处理
4.1 矢量数据拓扑关系的自动建立
4.2 矢量数据的图形编辑
4.3 空间数据的坐标变换
4.4 空间数据的压缩处理
4.5 空间数据的结构变换
4.6 空间数据的插值方法
4.7 图像数据的处理方法
4.8 空间数据的更新处理
4.1 矢量数据拓扑关系的自动建立一、链的组织二、结点匹配三、检查多边形是否闭合四、建立多边形五、岛的判断六、确定多边形的属性一、链的组织找出在链的中间相交，而不是在端点相交的情况，自动切成新链；把链按一定顺序存储，如按最大或最小的 x或 y坐标的顺序，这样查找和检索都比较方便，然后把链按顺序编号。
二、结点匹配结点匹配是指把一定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取多个端点的平均值。然后，对结点顺序编号。
三、检查多边形是否闭合检查多边形是否闭合可以通过判断一条链的端点是否有与之匹配的端点来进行。如图，弧 a的端点 P没有与之匹配的端点，因此无法用该条链与其它链组成闭合多边形。多边形不闭合的原因可能是由于结点匹配限差的问题，造成应匹配的端点未匹配，或由于数字化误差较大，或数字化错误，可通过图形编辑或重新确定匹配限差来确定。还可能这条链本身就是悬挂链，
不需参加多边形拓扑，这种情况下可以作一标记，使之不参加下一阶段拓扑建立多边形的工作。
四、建立多边形一、概念
1、顺时针方向构多边形
2、最靠右边的链
3、多边形面积的计算设构成多边形的坐标串为 (xi,yi),i＝ 1,2,…,n,
则多边形的面积 A可用如下公式求出
1、顺序取一个结点为起始结点，取完为止；取过该结点的任一条链作为起始链。
2、取这条链的另一结点，找这个结点上，靠这条链最右边的链，作为下一条链。
3、是否回到起点：是，已形成一多边形，记录之，并转 4° ；否，转 2° 。
4、取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一条边作为新的起始链，转 2° ；若这条链已用过两次，即已成为两个多边形的边，则转 1° 。
二、建立多边形的基本过程五、岛的判断岛的判断即指找出多边形互相包含的情况，也即寻找多边形的连通边界。
1、计算所有多边形的面积。
2、分别对面积为正的多边形和面积为负的多边形排序。
3、从面积为正的多边形中，顺序取每个多边形，取完为止。若负面积多边形个数为 0，则结束。
4、找出该多边形所包含的所有面积为负的多边形，
并把这些面积为负的多边形加入到包含它们的多边形中，转 3° 。
六、确定多边形的属性在追踪出每个多边形的坐标后，经常需确定该多边形的属性。如果在原始矢量数据中，每个多边形有内点，则可以把内点与多边形匹配后，把内点的属性赋于多边形。由于内点的个数必然与多边形的个数一致，所以，还可用来检查拓扑的正确性。如果没有内点，则必须通过人机交互，对每个多边形赋属性。
4.2 矢量数据的图形编辑一、点的捕捉二、线的捕捉三、面的捕捉四、图形编辑的数据组织一、点的捕捉二、线的捕捉三、面的捕捉四、图形编辑的数据组织
GIS中的空间数据通常是分层存取的，
通常可分为控制点、独立地物、居民地、境界、水系、地貌、植被等。在进行图形编辑时，需确定在什么数据层 (或哪几个数据层 )进行操作，以便对选定数据层的数据进行编辑。
4.3 空间数据的坐标变换一、几何纠正二、投影变换一、几何纠正一 )高次变换二 )二次变换三 )仿射变换二、投影变换
1、解析变换法
2、数值变换法
3、数值解析变换法
4.4 空间数据的压缩处理一、矢量数据的压缩二、栅格数据的压缩一、矢量数据的压缩如果某种矢量数据的压缩算法既能精确地表示数据，又能最大限度地淘汰不必要的点，那就是一种好的算法。具体可以依据简化后曲线的总长度、
总面积、坐标平均值等与原始曲线的相应数据的对比来判别。
通过分析可以发现，大多数情况下道格拉斯 ——
普克法的压缩算法较好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大；光栏法的压缩算法也很好，并且可在数字化时实时处理，
每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；垂距法算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点 p值去掉而失真。
二、栅格数据的压缩一、直接栅格编码
A A A A
A B B B
A A B B
A A B B
AAAAABBBAABBAABB
A5 B3 A2 B2 A2 B2
二、游程长度 (行程 )编码
4.5 空间数据的结构转换一、矢量 ─栅格转换二、栅格 — 矢量转换一、矢量 ─栅格转换
1、线的栅格化方法
1,DDA法 (数字微分分析法 )
2,Bresenham算法
2、面（多边形）的栅格化方法
1、内部点扩散法
2、扫描法
3、边填充算法二、栅格 ─矢量转换
1、二值化
2、二值图像的预处理
3、细化
4、追踪
5、拓扑化
4.6 空间数据的插值方法一、空间数据的插值二、数字高程模型 (DEM)的生成一、空间数据的插值
1、边界内插使用边界内插法时，首先要假定任何重要的变化都发生在区域的边界上，边界内的变化则是均匀的、同质的。
2、趋势面分析趋势面分析是一种多项式回归分析技术。多项式回归的基本思想是用多项式表示线或面，按最小二乘法原理对数据点进行拟合，拟合时假定数据点的空间坐标
X,Y为独立变量，而表示特征值的 Z坐标为因变量。
3、局部内插利用局部范围内的已知采样点的数据内插出未知点的数据。常用的有线性内插、双线性多项式内插、双三次多项式（样条函数）内插。
4、移动平均法在局部范围（或称窗口）内计算个数据点的平均值。
二、数字高程模型 (DEM)的生成
1、数字高程模型 (DEM)的概念数字高程模型 (DEM)，也称数字地形模型
(DTM)，是一种对空间起伏变化的连续表示方法。由于 DTM隐含有地形景观的意思，所以，
常用 DEM，以单纯表示高程。
二、数字高程模型 (DEM)的生成
2,DEM的表示方法
(1)拟合法
(2)等值线
(3)格网 DEM
(4)不规则三角网 DEM(TIN)
二、数字高程模型 (DEM)的生成
4.7 图像数据的处理方法一、图像增强二、二值图像处理三、图像的特征提取和分析一、图像增强
1、灰度级的修整灰度级校正灰度变换直方图变换
2、空域处理平滑尖锐化
3、频域处理
4、伪彩色增强二、二值图像处理
1、图像的二值化
（ 1）、状态法
（ 2）、微分直方图法
（ 3）、可变阈值法
2、二值图像的平滑去噪
（ 1）、去毛刺
（ 2）、线划平滑与孔洞填补
（ 3）、去除独立污点三、图像的特征提取和分析一、点特征提取二、线特征提取三、区域分割
4.8 空间数据的更新处理一、利用遥感（ RS）更新空间数据。
二、利用全球定位系统（ GPS）更新空间数据。
第 5章 空间查询与空间分析
5.1 空间数据的查询
5.2 空间数据的统计分析
5.3 数字高程模型分析
5.4 空间数据的叠置分析
5.5 空间数据的缓冲区分析
5.6 泰森多边形分析
5.7 空间数据的网络分析
5.8 空间距离的量算
5.9 空间分析模型
5.1 空间数据的查询一、空间数据查询的含义二、空间数据查询的方式三、查询结果的显示方式一、空间数据查询的含义数据查询是 GIS的一个重要功能，一般定义为作用在 GIS数据上的函数，它返回满足条件的内容。查询是用户与系统交流的途径。
数据查询是 GIS的一个非常重要的功能，定位空间对象、提取对象信息，是地理信息系统进行高层次空间分析的基础。
二、空间数据查询的方式基于属性数据的查询：
基于图形数据的查询：
图形与属性的混合查询：
模糊查询：
自然语言空间查询：
基于属性数据的查询,根据空间目标的属性数据来查询该目标的其他属性信息或者相应当图形信息。
GIS中基于属性数据的查询包括两个方面的内容：由地物目标的某种属性数据（或者属性集合）查询该目标的其他属性信息；由地物目标的属性信息查询其对应的图形信息。
基于属性数据查询属性数据的 SQL语句一例：
select address from pipe.db where id
=‘GW1003045’
从管道属性表中查询编号为 GW1003045的管道所在的地址。
基于属性数据查询图形数据的 SQL语句一例：
select x,y from pipecoord.db where id
='GW1003045'
从管道坐标表中查询编号为 GW1003045的管道的坐标串。
基于图形数据的查询：
GIS中基于图形数据的查询包括两个方面的内容：由屏幕显示的地物目标查询该目标的属性信息；由地物目标查询该目标其他部分的图形信息或者是与其相关的其他目标的图形信息。
一般来说，基于图形数据的查询是一种可视化的查询。目标的选取包括点选区域和选取两种：
点选时通过鼠标点取点状目标或者线状目标和面状目标的一部分来选取整个目标；区域查询包括下图所示的三种方式：矩形查询、圆形查询和任意多边形查询，可以自行定义是否只有当目标全部落入指定区域才认为该目标被选中。
图形与属性的混合查询：
图形与属性的混合查询是指查询条件同时包括了图形部分的内容和属性方面的内容，查询结果集应该同时满足这两个方面的要求。
混合查询中有两个方面是比较重要的，一是查询条件的分离，一是查询的优化。对于多条件的混合查询，查询的条件要分离为对图形和属性的查询，在相应的图形数据和属性数据库中查询，结果为二者的交集。
模糊查询：
模糊查询指的是待查询项的数据不确定，具有一定的模糊性或者概括性。这种模糊性往往导致查询结果是一个目标集合。模糊查询是快速获取具有有种特性的数据集的快速方法。
例如，我们在数据库中，管段埋藏的起止地址信息是详细到门牌号的，而一条街道的管道往往是由几个管段构成，为了获取某条街道上所有的管段信息，我们可以引入模糊查询。
select * from pipe.db where address like '人民路 *'
通过上面的查询语句，我们可以找到人民路上所有管段的信息。
自然语言空间查询：
所谓自然语言查询就是在 GIS的数据查询中引入人类使用的自然语言 (区别于程序语言和数据库 SQL语言 )，通过简单而意义直接的自然语言来表达数据查询的要求。
例如查询高气温的城市时，引入自然语言时可表示为：
SELECT name
FROM Cities
WHERE temperature is high
如果通过统计分析和计算，以及用模糊数学的方法处理，认为当城市气温大于或等于
33.75° C时是高气温。则对上述用自然语言描述的查询操作转换为：
SELECT name
FROM Cities
WHERE temperature >= 33.75
三、查询结果的显示方式空间数据查询不仅能给出查询到的数据，还应以最有效的方式将空间数据显示给用户。有 6种显示环境参数可选定：
显示方式（ the display mode）,有 5种显示方式用语多次查询结果的运算：刷新、覆盖、
清除、相交和强调。
图形表示（ the graphical presentation）,用于选定符号、图案、色彩等。
绘图比例尺（ the scale of the drawing）,确定地图显示的比例尺（内容和符号不随比例尺变化）。
显示窗口（ the window to be shown）,确定屏幕上显示窗口的尺寸。
相关的空间要素（ the spatial context）,显示相关的空间数据，使查询结果更容易理解。
查询内容的检查（ the examination of the
content）,检查多次查询后的结果。
5.2 空间数据的统计分析一、属性数据的集中特征数频数和频率、平均数、数学期望、中数及众数
GIS中空间数据的统计分析是指对 GIS地理数据库中的专题数据进行统计分析二、属性数据的离散特征数即一组数据中最大值与最小值之差的极差、一组数据中的各数据值与平均数之差的离差、方差、方差的平方根标准差、和衡量数据在时间和空间上的相对变化的程度的变差系数。
三、统计数据的分类分级系统聚类法和最优分割分级法。
5.3 数字高程模型分析一、基于 DEM的信息提取
(一 )、坡度的计算
(二 )、坡向的计算二、基于 DEM的可视化
(一 )、剖面分析
(二 )、通视分析
5.4 空间数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析
(一 )、矢量数据叠置的内容
1、点与多边形的叠置
2、线与多边形的叠置
3、多边形与多边形的叠置合成叠置 是指通过叠置形成新的多边形，使新多边形具有多重属性，即需进行不同多边形的属性合并。属性合并的方法可以是简单的加、减、
乘、除，也可以取平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等。
统计叠置 是指确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的面积等，即把其它图上的多边形的属性信息提取到本多边形中来。例如，土壤类型图与城市功能分区图叠置，可得出商业区中具有不稳定土壤结构的地区有哪些二、基于栅格数据的叠置分析
(一 )、单层栅格数据的分析
1、布尔逻辑运算
2、重分类
3、滤波运算
4、特征参数计算
5、相似运算布尔逻辑运算
(二 )、多层栅格数据的叠置分析栅格叠置的作用包括以下几种：
1、类型叠置,即通过叠置获取新的类型。如土壤图与植被图叠置，以分析土壤与植被的关系。
2、数量统计,即计算某一区域内的类型和面积。如行政区划图和土壤类型图叠图，可计算出某一行政区划中的土壤类型数，以及各种类型土壤的面积。
3、动态分析,即通过对同一地区、相同属性、
不同时间的栅格数据的叠置，分析由时间引起的变化。
4、益本分析,即通过对属性和空间的分析，
计算成本、价值等。
5、几何提取,即通过与所需提取的范围的叠置运算，快速地进行范围内信息的提取。
5.5 空间数据的缓冲区分析一、缓冲区及其作用在这里，缓冲区是指在点、线、面实体的周围，
自动建立的一定宽度的多边形。如图：
缓冲区分析是 GIS的基本空间操作功能之一。例如，
某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析；如果要分析因道路拓宽而需拆除的建筑物和需搬迁的居民，则需进行线缓冲区分析；而在对野生动物栖息地的评价中，动物的活动区域往往是在距它们生存所需的水源或栖息地一定距离的范围内，为此可用面缓冲区进行分析，等等。
在建立缓冲区时，缓冲区的宽度并不一定是相同的，可以根据要素的不同属性特征，规定不同的缓冲区宽度，以形成可变宽度的缓冲区。例如，
沿河流绘出的环境敏感区的宽度应根据河流的类型而定。这样就可根据河流属性表，确定不同类型的河流所对应的缓冲区宽度，以产生所需的缓冲区。
二、缓冲区的建立点的缓冲区建立时，只需要给定半径绘圆即可。
面的缓冲区只朝一个方向，而线的缓冲区需在线的左右配置。
5.6 泰森多边形分析一、泰森多边形及其特性荷兰气候学家 A·H·Thiessen提出了一种根据离散分布的气象站的降雨量来计算平均降雨量的方法，即将所有相邻气象站连成三角形，作这些三角形各边的垂直平分线，于是每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形。
用这个多边形内所包含的一个唯一气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，
并称这个多边形为泰森多边形。泰森多边形也称为 Voronoi图，或 dirichlet图。
一、泰森多边形及其特性
1、每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据；
2、泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近；
3、位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。
二,Delaulay三角形的构建
Delaunay三角网的构建也称为不规则三角网的构建，就是由离散数据点构建三角网，如图，
即确定哪三个数据点构成一个三角形，也称为自动联接三角网。即对于平面上 n个离散点，
其平面坐标为 (xi,yi),i＝ 1,2,…,n，将其中相近的三点构成最佳三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点。
Delaunay三角形产生的准则,
1、任何一个 Delaunay三角形的外接圆内不能包含任何其它离散点。
2,相邻两个 Delaunay三角形构成凸四边形，在交换凸四边形的对角线之后，六个内角的最小者不再增大。该性质即为最小角最大准则。
二,Delaulay三角形的构建
（一）、凸包生成 （二）、环切边界法凸包三角剖分
（三）、离散点内插三、泰森多边形的建立步骤
1、离散点自动构建三角网，即构建 Delaunay
三角网。对离散点和形成的三角形编号，记录每个三角形是由哪三个离散点构成的。
2、找出与每个离散点相邻的所有三角形的编号，并记录下来。这只要在已构建的三角网中找出具有一个相同顶点的所有三角形即可。
3、对与每个离散点相邻的三角形按顺时针或逆时针方向排序，以便下一步连接生成泰森多边形。
4、计算每个三角形的外接圆圆心，并记录之。
5、根据每个离散点的相邻三角形，连接这些相邻三角形的外接圆圆心，即得到泰森多边形。对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与图廓相交，与图廓一起构成泰森多边形。
5.7 空间数据的网络分析一、网络图论基础二、路径分析
(一 )、最短路径分析
(二 )、最小生成树三、最小费用最大流四、网络上的定位与分配模型的启发式算法
5.8 空间距离量算一、点 /点距离计算二、点 /线距离计算三、点 /面距离计算四、线 /线距离计算
5.9 空间分析模型一、模型的概念和模型的生成二,GIS的空间分析模型空间分析模型是指用于 GIS空间分析的数学模型。
GIS空间分析模型是在 GIS空间数据基础上建立起来的模型，它是对现实世界科学体系问题域抽象的空间概念模型，构成空间分析模型的空间目标 (点、弧段、网络、面域、复杂地物等 )的多样性决定了空间分析模型建立的复杂性；
空间层次关系、相邻关系以及空间目标的拓扑关系也决定了空间分析模型建立的特殊性；空间数据构成的空间分析模型也具有了可视化的图形特征； GIS要求完全精确地表达地理环境间复杂的空间关系，因而常使用数学模型，此外，仿真模型和符号模型也在 GIS中得到了很好的应用。
(二 )、空间分析模型的类型
1、空间分布分析模型,用于研究地理对象的空间分布特征。主要包括：空间分布参数的描述，
如分布密度和均值、分布中心、离散度等；空间分布检验，以确定分布类型；空间聚类分析，
反映分布的多中心特征并确定这些中心；趋势面分析，反映现象的空间分布趋势；空间聚合与分解，反映空间对比与趋势。
二,GIS的空间分析模型
2、空间关系分析模型,用于研究基于地理对象的位置和属性特征的空间物体之间的关系。
包括距离、方向、连通和拓扑等四种空间关系。
其中，拓扑关系是研究得较多的关系；距离是内容最丰富的一种关系；连通用于描述基于视线的空间物体之间的通视性；方向反映物体的方位。
3、空间相关分析模型,用于研究物体位置和属性集成下的关系，尤其是物体群 (类 )之间的关系。在这方面，目前研究得最多的是空间统计学范畴的问题。统计上的空间相关、
覆盖分析就是考虑物体类之间相关关系的分析。
4、预测、评价与决策模型,用于研究地理对象的动态发展，根据过去和现在推断未来，根据已知推测未知，运用科学知识和手段来估计地理对象的未来发展趋势，并作出判断与评价，
形成决策方案，用以指导行动，以获得尽可能好的实践效果。
三,GIS中常用的空间统计分析模型
(一 )、相关分析模型,相关分析模型就是用来分析研究各种地理要素数据之间相互关系的一种有效手段。
(二 )、趋势面分析模型,用趋势面分析方法将现象的空间分布及其区域变化趋势模拟出来。
(三 )、预测模型,判断结果随原因的变化而变化的方向和程度，用于推断地理要素随时间发生变化的大小。
(四 )、聚类模型,根据实体间的相似程度，
逐步合并若干类别使得类间差异最大，而类内差异最小。
四、模型库及其管理模型库是在计算机中按一定的组织结构形式存储多个模型的集合体，在模型库管理系统下得到有效的管理。同地理数据库与地理数据库管理系统相结合构成地理数据库系统一样，模型库与模型库管理系统相结合构成模型库系统。
模型库由 模型字典 库和 模型文件 库组成。
模型字典库的内容包括模型的编号、名称与模型文件等的说明。模型文件是模型的主体，一个模型至少有 2～ 4个模型文件，
其中源程序文件和目标程序文件是主要的模型文件，此外还有模型的说明文件和数据描述文件。
模型库管理系统的主要功能包括模型的存储管理 (包括 模型的表示,模型的存储组织结构 和模型的查询与维护 )、运行管理 (包括模型 程序的输入和编译,模型的运行控制,模型的查询与维护,模型对数据的存取 )和建模技术 (包括模型间的组合及模型间数据的共享和传递两个方面的问题。 )等三个方面。
第六章 空间信息的可视化
6.1 空间信息与可视化
6.2 地图语言与符号库
6.3 空间数据的可视化
6.4 电子地图
6.5 动态地图
6.6 虚拟现实技术的空间
6.1 空间信息与可视化一,空间信息基本特征属性特征,时间特征,空间特征,多媒体特征,
二、可视化科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形和图像显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。
空间信息可视化是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、
查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、
视频等可视化形式显示并进行交互处理的理论、
方法和技术。
空间信息可视化的形式,1、地图,2、多媒体地学信息,3、三维仿真地图,4、虚拟现实
6.2 地图语言与符号库一、地图语言与地图的色彩地图语言就是地图作为信息传输工具不可缺少的媒介。在地图语言中，最重要的是地图符号及其系统，被称之为图解语言。
地图上运用色彩可增强地图各要素分类、分级的概念，反映制图对象的质量与数量的多种变化；利用色彩与自然地物景色的象征性，
可增强地图的感受力；运用色彩还可简化地图符号的图形差别和减少符号的数量 (例如，
用黑、棕、蓝三色实线表示道路、等高级和水涯线 )；运用色彩又可使地图内容相互重叠而区分为几个 "层面 "，提高了地图的表现力和科学性。
二、地图符号 (库 )的功能、分类和设计地图符号 是在地图上用以表示各种空间对象的图形记号，或者还包括与之配合使用的注记。地图符号对表达地图内容具有重要的作用。它是地图区别于其他表示地理环境之图像的一个重要特征。
地图符号的类别与图形变量的作用效果三、汉字库与色彩库在空间信息的可视化过程中，除了用图形符号外，还须要各种包括汉字、外文字母、数字等信息的注记库，或简称汉字库。
色彩是表示和传递信息的有力工具，为优化色彩的表现手段，便于再生及批量复制，必须把色彩进行数字表达并建立色彩数据库。
它管理和记录两类数据,(1)现有专题地图色谱中叠色系统和连续色表的色度数据； (2)设计颜色的色度数据和处理数据记录。一般色彩库可采用多媒体数据库管理，直接在库中加入色样。
6.3 空间数据的可视化
GIS空间数据可视化，实质在于如何将存贮在
GIS数据库中的空间数据以可以为人们的视觉所感知的方式表现出来。由于计算机中存贮的数据往往不能直接满足可视化的需求，因此可视化实际包含了三部分的内容：图形数据的检索及预处理、符号化、地图的输出。
一、图形数据的检索及预处理二、符号化三、地图的输出
GIS图形表示流程
6.4 电子地图一、电子地图 (集 )的基本特征
1．能够全面继承并发展了地图科学中对地学信息进行多层次智能综合加工、提炼的优点；
2．很强的空间信息可视化性能；系统而严密的教学基础，科学而系统的符号系统，强有力的可视化界面，支持地图的动态显示，并可采用闪烁、变色等手段增强读图手段和提高效果；
3．支持空间信息的多种查询、检索和阅读；
4．支持基本的统计、计算和分析；
5．大多数电子地图支持“所见即所得”地编辑和输出硬拷贝，支持电子出版；
6．大多数电子地图支持多媒体信息技术二、电子地图 (集 )的设计目标一般用户行政及科研部门其它专业用户三、电子地图集系统的结构和开发技术电子地图集系统结构框架
6.5 动态地图一、动态地图的特征和作用目前动态地图基本上是以电子地图形式出现的，其主要特征是逼真而又形象地表现出地理信息时空变化的状态、特点和过程，也即是运动中的特点。
动态地图可以直观而又逼真地显示地理实体运动变化的规律和特点。具体而言，它可以用于：
1、动态模拟
2、运动模拟
3、实时跟踪二、动态地图表示方法
1．利用传统的地图符号和颜色等表示方法，例如采用传统的视觉变量 ---大小、色相、方位、
形状、位置、纹理和密度，组成动态符号，结合定位图表，分区统计图表法以及动线法来表示之。
2．采用定义了动态视觉变量的动态符号表示
3．采用连续快照方法作多幅或一组地图。
4．地图动画三、动态地图的设计
1．明确了解动态地图的要求，了解它所表示的时、空变化是全面性的还是局部性的要素；它所关注的变化是变化后的状态，还是变化的过程。
2．分析动态地图要求，拟定表达方法和设计动态符号。
一般讲，对于局部性要求，采用变化的动态符号法和分区统计图表法，动线法就能够妥善解决问题；对于全局性的状态性要求用连续快照法；而对于相当多数的侧重于表现变化过程的动态现象则要综合采用计算机地图动画、动态符号、闪烁、漫游和其它方法，并结合电子地图等各种技术方法和分区统计图表、动线方法等。
3．精心制作动画地图动画地图在表达动态的地理要素上具有全面、形象、明确的特点，
但是其制作及使用特别耗工、耗时，耗资源，
尽管其制作已有相当多的商品化软件，较为方便，质量也有保证。必须精心设计，精心制作。做到少而精，画龙点晴，服务总体。
6.6 虚拟现实技术的空间虚拟现实技术是计算机硬件、软件、传感、人工智能、心理学及地理科学发展的结晶。它是通过计算机生成一个逼真的环境世界，人可以与此虚拟的现实环境进行交互的技术。
VR技术的应用与 VR－ GIS
飞行模拟战斗模拟第 7章 地理信息系统的应用
7.1 地理信息系统与遥感的结合
7.2 地理信息系统与全球定位系统的结合
7.3 地理信息系统与人工智能的结合
7.4 地理信息系统的管理应用
7.5 地理信息系统的规划应用
7.6 地理信息系统的决策应用
7.7 Web GIS
7.1 地理信息系统与遥感的结合一,GIS与遥感结合的必要性
1、遥感是 GIS重要的数据源，有效的数据更新手段
2,GIS可为遥感分析提供有用的辅助信息和手段二,GIS与遥感结合的途径
7.2 地理信息系统与全球定位系统的结合一,GIS与 GPS集成的系统结构模型二,GIS与 GPS结合的形式
1．单台移动式
2．集中监控式
GIS与 GPS集成的系统结构模型
7.3 地理信息系统与人工智能的结合一、人工智能概述人工智能简称 AI。一般用计算机模拟人的智能行为就属人工智能范畴。例如知识表示、推理技术、搜索技术、机器学习、人工智能语言都是人工智能的核心内容。目前，人工智能主要研究：专家系统、知识库系统、决策支持系统、
模式识别、自动程序设计、智能机器人等。
道路部分知识的语义结构
7.4地理信息系统的管理应用现代社会的管理是通过对信息的管理实现的。
目前从政府机关到为企事业单位，各种信息管理系统（ MIS Management Information
System）数以万计地发展起来，他们在初步感受到信息管理优点同时，又同时深深感到，仅从属性、数据上进行管理是一种静态的管理，没有空间信息的管理是残缺的管理。
以城市管理为例，负担大、中、小城市数万至数百万居民每天的食、住、行的市政公用企事业如水、电、气、公安、消防、交通、电话等经受着越来越大的压力：政府和居民对他们的要求越来越高；设备总量、种类、型号、各种复杂情况越来越多，服务年限也久远，其资料堆积如山，不采取信息管理上的有力措施，必将遭受不可估量的损失。
对信息的全面管理，对于广大的企事业单位而言，首当其冲的就是自动制图和设施管理的 GIS，即 AM/FM（ Automatic
Mapping/Facilities Management）类型的
GIS。
7.5地理信息系统的规划应用一,GIS用于规划工作的优势
1．收集资料的全面性、详尽性；
2．分析上的全面性、客观性、有效性；
3．规划资料、分析信息、最后结果的可视化及制图的质、量优势及便利性；
4．规划资料管理及实施上的便利和有效。
二、城市规划系统建立的若干原则合法性：严格遵循国家的地方对规划工作一系列政策、法规，并以之来安排各种相应指标。
实用性：确立以应用为主要目标的思路，从实际出发，以解决实际应用问题为主。
先进性：在技术方法、系统配置以及运行管理方面应具有一定先进性。
7.6 地理信息系统的决策应用一、对决策应用的 GIS的要求
1、具有 "3S"集成的空间技术
2、网络技术的支持，尤其是分布式网络
3、智能化决策支持
4、广泛的多媒体技术二、宏观决策实例 -常州市发展预测及相应住宅规划
7.7 Web GIS
一,WebGIS原理
Web的原理就是用浏览器下载服务器管理的文件并显示出来。
Web GIS也是利用上述原理，通过浏览器访问服务器上的地理信息文件。不过，一方面浏览器需要增加解释和显示 GIS数据的功能，另一方面，服务器需要具备动态产生
GIS数据文件的功能。
二,WebGIS的特点和意义
WebGIS的兴起，反映了网络时代的 GIS要求，
反映了信息的静态存储与动态迁移的需要。无论是 GIS的数据，还是 GIS的功能，都存在这种静态存储、动态迁移的需要。在便于管理、
更新的服务端，可以提供 GIS信息的管理和存储，提供高效率的功能服务单元代码的存储，
而用户端不需要存储任何数据和功能，却能通过 WebGIS让 GIS数据和功能单元迁移到本地后自动执行。这是一种思想的进步，也是技术文明的进步。
第 8章 地理信息系统的开发与评价
8.1 地理信息系统的开发方法
8.2 地理信息系统的开发过程
8.3 地理信息系统的评价
8.1 地理信息系统的开发方法地理信息系统具有很强的功能，具有很多方面的应用，它的开发是一个大型的系统工程，它的实践也是不断地应用实践 — 提高 —
再实践 — 再提高的螺旋式迂迥上升过程。
8.1 地理信息系统的开发方法
1、结构化生命周期法
2、由底而上法：
3、快速原型方法
4、面向对象的软件开发方法：
5、“演示和讨论”方法
8.2 地理信息系统的开发过程一、系统的调查分析
1、需求调查与分析
2、可行性分析
3、系统分析二、系统的设计
1、系统的总体设计
2、系统的详细设计三、系统的实施四、系统的运行和维护一,GIS评价的目的
（一）、开发的 GIS系统是否达到了预期目标
（二）、系统中各项资源的利用效率如何
（三）、根据分析和评价结果，找出系统存在的问题，并提出改进的方法二、系统评价指标
(一 ),一般系统的性能指标
(二 ),专业性能指标
(三 ),经济效益指标三、系统评价报告
