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第一章 绪论
1.GIS 定义:地理信息系统是对地理空间实体和地理现象的特征要素进行获取、处理、表
达、管理、分析、显示和应用的计算机空间或时空信息系统。
2.地理空间实体:是指具有地理空间参考位置的地理实体特征要素,具有相对固定的空间
位置、空间相关关系、相对不变的属性变化、离散属性取值或连续属性取值的特性。
3.地理现象:是指发生在地理空间中的地理事件特征要素,具有空间位置、空间关系和属
性随时间变化的特性。
4.空间对象:是地理空间实体和地理现象在空间或时空信息系统中的数字化表达形式。具
有随着表达尺度而变化的特性。
空间对象表达的形式分为:
1)离散表达:每个对象对应于现实世界的一个实体对象元素,具有独立的实体意义,称
为离散对象。在空间或时空信息系统中一般采用点、线、面和体等几何要素表达。根据表
达的尺度不同,离散对象对应的几何元素会发生变化。
2)连续表达:每个对象对应于一定取值范围的值域,称为连续对象或空间场。连续对象
在空间或时空信息系统中一般采用栅格要素进行表达。根据表达的尺度不同,表达的精度
会随栅格要素的尺寸大小变化。数据文件中栅格单元对应于地理空间中的一个空间区域,
形状一般采用矩形。矩形的一个边长的大小称为空间分辨率。分辨率越高,表示矩形的边
长越短,代表的面积越小,表达精度越高,分辨率越低,表示矩形的边长越长,代表的面
积越大,表达的精度越低。
6.GIS 的流程:
1)获取:地理空间实体和地理现象特征要素需要经过一定的技术手段,对其进行测量,
以获取其时间、位置、空间关系和属性信息。
2)处理:将地图数据转化为 地理数据,还需要利用 软件,对其进行处理和表达。
3)管理:地理数据集在 中多数都采用数据库系统进行管理,但少数也采用文件系统
管理。这里,数据管理包含数据组织、存储、更新、查询、访问控制等含义。
4)空间分析:是 的重要内容。地理空间信息是首先对地理空间数据进行必要的处理
和计算,进而对其加以解释产生的一种知识产品。一些对地理空间数据处理的方法形成了
的空间分析功能。
5)显示:是对地理空间数据的可视化处理。一些地理信息需要通过计算机可视化方式展
现出来,以帮助人们更好地理解其含义。
6)应用:指的是地理信息如何服务于人们的需要。只有将地理信息适当应用于人们的认
识行为、决策行为和管理行为,才能满足人们对客观现实世界的认识、实践、再认识、再
实践的循环过程,这正是人们建立 的根本目的所在。
7.GIS 的五个基本特点:
)地理信息系统操作的对象是地理空间数据。
)地理信息系统是以计算机系统为支撑的。
)地理信息系统具有对地理空间数据进行空间分析、评价、可视化和模拟的综合利用优
势。
)地理信息系统具有分布特性。
)地理信息系统的成功应用更强调组织体系和人的因素的作用,这是由地理信息系统的
复杂性和多学科交叉性所要求的。
8.信息系统:信息系统是具有采集、管理、分析和表达数据能力,并能回答用户一系列问
题的系统。在计算机信息时代,信息系统部分或全部由计算机系统支持,并由硬件、软件、

数据和用户四大要素组成。根据信息系统系统所执行的任务,信息系统可分为事务处理系
统、决策支持系统、管理信息系统,人工智能和专家系统
9.地理信息系统的组成:完整的地理信息系统主要有五个部分组成,即硬件系统、软件系
统、数据、空间分析和人员等。
1)硬件系统主要由计算机主机,存储设备,输入输出设备和一些扩展设备组成。
2)软件系统主要包括操作系统, 基本功能软件,标准软件,网络软件, 应用软件
以及一些与通信软件,用户接口的结合
3)数据:主要有多尺度的各种地形图、遥感影像及其解译结果、数字地面模型、 观
测数据、大地测量成果数据、与其它系统交换来的数据、社会经济调查数据和属性数据等。
4)空间分析: 空间分析是 为计算和回答各种空间问题提供的有效基本工具集,
但对于某一专门具体计算分析,还须通过构建专门的应用分析模型
5)人员:是 成功的决定因素,包括系统管理人员、数据处理及分析人员和终端用户。
在 工程的建设过程中,还包括 专业人员、组织管理人员和应用领域专家。
【注】使用 的群体: 和地图的使用者, 和地图生产者,地图出版者,空间数
据分析员,数据录入人员,空间数据库设计者, 软件设计与开发者。
10.GIS
数据: 是 的操作对象,是 的血液,它包括空间数据和属性数据。数据组
织和管理质量,直接影响 操作的有效性。空间数据质量通过准确度、精度、不确定性、
相容性、一致性、完整性、可得性、现势性等指标度量。均在统一的地理参照框架内,对
整个研究区域进行了空间无缝拼接,即在空间上是连续的,不再具有按图幅分割的迹象。
空间数据和属性数据进行了地理编码、分类编码和建立了空间索引,以支持精确的、快速
的定位、定性、定量检索和分析。其数据组织按工作区、工作层、逻辑层、地物类型等方
式进行。
1)主要有多尺度的各种地形图、遥感影像及其解译结果、数字地面模型、 观测数据、
大地测量成果数据、与其它系统交换来的数据、社会经济调查数据和属性数据等。
2)数据类型有矢量数据、栅格数据、图像数据、文字和数字数据等
3)数据格式有 格式、影像格式、文本格式、表格格式等
4)数据存储与管理处理:它涉及矢量数据的地理要素(点、线、面)的位置、空间关系
和属性数据,以及栅格数据、数字高程数据以及其它类型的数据如何构造和组织与管理等。
主要由特定的数据模型或数据结构来描述构造和组织的方式,由数据库管理系统
()进行管理。
5)数据模型:经历了由层次模型、网络模型、关系模型、地理相关模型、面向对象的模
型和对象关系模型
6)图形与属性的编辑处理: 系统内部的数据是由特定的数据结构描述的,图形元素
的位置必须符合系统数据结构的要求,所有元素必须处于统一的地理参照系中,并经过严
格的地理编码和数据分层组织,因此需要进行拓扑编辑和拓扑关系的建立,进行图幅接边、
数据分层、进行地理编码、投影转换、坐标系统转换、属性编辑等操作。除此之外,它们
一方面还要修改数据错误,另一方面还要对图形进行修饰,设计线型、颜色、符号、进行
注记等。这些都要求 提供数据编辑处理的功能
7)数据分析与处理:提供了对一个区域的空间数据和属性数据综合分析利用的能力。通
过提供矢量、栅格、 等空间运算和指标量测,达到对空间数据的综合利用的目的
8)数据输出与可视化:是将 内的原始数据,经过系统分析转换它、重组后以某种用
户可以理解的方式提交给用户。它们可以是地图、表格、决策方案、模拟结果显示等形式。
当前 可以支持输出物质信息产品和虚拟现实与仿真产品。
9)用户接口:要用于接收用户的指令、程序或数据,是用户和系统交互的工具,主要包

括用户界面、程序接口和数据接口。系统通过菜单方式或解释命令方式接收用户的输入。
10)地理空间数据库:地理空间数据库是地理数据组织的直接结果,并提供数据库管理系
统进行管理。通过数据库系统,对数据的调度、更新、维护、并发控制、安全、恢复等提
供服务。根据数据库存储数据的内容和用途,可分为基础数据库和专题数据库,前者反映
基础的地理、地貌等基础地理框架信息,如地图数据库、影像数据库、土地数据库等,后
者反映不同专业领域的专题地理信息,如水资源数据库、水质数据库、矿产分布数据库等。
11)数据库管理系统在数据方面的主要功能:
)产生各种数据类型的记录。整型、实型、字符型、影像型等;
)操作方法,排序、删除、编辑和选择等;
)处理,输入、分析、输出,格式重定义等;
)查询,提供 的查询;
)编程,提供编程语言;
)建档,元数据或描述信息的存储。
11.GIS
的结构模式
)单机结构模式:
结构特点: 、单机单用户 ,、单层结构
2)GIS 企业内部网系统结构模式:
、运行在企业局域网 、服务器集群 、客户端集群 、磁盘存储系统 、 层结构
、多用户 、资源和数据共享 、数据集中管理 、文件或数据库协议传输数据
3)GIS 的因特网结构模式
结构特点: 、具备企业网结构的一切特点 、 层结构 、分布式结构 、远程访问
、数据集中或分布管理 、 协议传输数

第二章 GIS 基础考理论
地理信息系统与地理信息科学和地球空间信息科学的关系
)地理信息系统与地理信息科学和地球空间信息科学密不可分。二者为地理信息系统的
发展和应用提供了理论、方法和技术基础。
)地理信息科学为地理信息系统提供了对地理特征要素及其相关关系提供了认知理论、
建模理论和地理分析方法。
)地球空间信息科学为地理信息系统的地理空间数据的获取、处理、表达、制图和显示
等提供技术方法。
)而地理信息科学又与地理学存在密切联系
地理学
)地理学的概述:地理学是研究地球表面地理环境的结构分布、发展变化的规律性以及
人地关系的学科。已经经历了近代地理学和现代地理学两个发展阶段。地理学是研究地理
环境的科学。(地理环境分为自然环境,经济环境和社会文化环境)
)地理学的研究对象:
自然地理学:自然环境或组成要素的特征、分异及其发展变化规律
人文地理学:人地关系的规律性
系统地理学:地理环境或人地关系的整体或某一地理要素的结构、分布及发展变化规律
区域地理学:以一个区域为研究对象,探讨各类地理要素之间的关系,以揭示区域特点、
区域差异和区域关系
历史地理学:研究历史时期地理现象和人地关系的地理分布、演变及其发展规律
应用地理学:研究某一特殊问题的地理因素、分布、演变规律及其规则,具有边缘学科
的性质。如环境地理学、医学地理学、经济地理学、行为地理学等。
)地理学发展的三个阶段:
以地理学定量分析为特点
图形学为特点,注重数量的空间关系
引入 ,借助 研究地理问题
)提出地理信息科学基于的三个观点
地理信息科学是信息社会的地理学思想,地理计算或地理信息处理,强调使用计算机完
成地理数值模拟和地学符号推理,辅助人类完成地理空间决策。地理科学是研究地理信息
的出发点,也是地理信息研究的归宿。
地理信息科学是面向地理空间数据处理的信息科学分支,从信息科学概念出发!地理信息
科学的定义为地理信息的收集、加工、存储、传输和利用的科学。
地理信息是人类对地理空间的认知,地理信息科学是人们直接或间接地"借助计算机等#
认识地理空间后形成的知识体系。
地理信息科学发展的三个理论基础
地球系统的非均衡性理论,是地球系统信息流形成的基础。
地球系统的耗散结构理论,是地球系统的热力形成的基础。
地球系统的引力场理论,是地球系统的动力形成的基础。
地球系统理论:地球科学、信息科学、系统科学和非线形科学等多种理论的综合和融合
的结果

地球信息科学的孕育和发展受到的因素
客观实践的需求促进了地理信息科学的形成和发展。自然环境、经济环境和社会文化环
境
科学思想的作用
科学技术本身的推动力。
现代科学思想和技术成就推动地理信息科学的不断完善。
6 信息和数据
1)信息:是用文字、数字、符号、语言、图形、图像等介质或载体,表示事件、事物、
现象等的内容、数量或特征,从而向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实和知
识,作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。它不随介质或载体的物理形
式的改变而改变
2)信息的四个基本特性:客观性 ,适用性 ,可传输性 ,共享性
3)数据:是指对某一事件、事务、现象进行定性、定量描述的原始资料,包括文字、数
字、符号、语言、图形、图像以及它们能转换成的形式。数据是用以载荷信息的物理
符号,数据本身并没有意义。信息可以离开信息系统而独立存在,也可离开信息系统
的各个组成和阶段而独立存在。在计算机信息时代,数据的形式或格式与计算机系统
有关,并随着载荷它的介质的形式改变而改变。
4)信息和数据的关系:信息和数据是密不可分的。信息来源于数据,数据是信息的载体,
但并不就是信息。只有理解了数据的含义,对数据做出解释,才能提取数据中所包含
的信息。信息处理的实质是对数据进行处理,在这个意义上,信息处理和数据处理是
可以不加区分的。
7 地理信息和地理数据
1)地理信息:是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识,它是
对表达地理特征要素和地理现象之间关系的地理数据的解释。
2)地理信息的特点:地理信息除了具有信息的一般特性外,还具有以下独特特性:空间
分布性、数据量大、多维结构和时序特征。
3)地理信息特征概念的解释:
① 空间分布性:是指地理信息具有空间定位的特点。先定位后定性,并在区域上表现出分
布式的特点,不可重叠,其属性表现为多层次,因此地理数据库的分布或更新也应是分布
式。
② 多维结构特征:是指在同一个空间位置上,具有多个专题和属性的信息结构,如在同一
个空间位置上,可取得高度、燥声、污染、交通等多种信息。
③ 地理信息的时序特征:是指地理信息随时间变化的序列特征,可由超短期(台风、地
震)、短期(江河洪水、季节低温)、中期(土地利用、作物估产)、长期(城市化、水
土流失)和超长期(地壳运动、气候变化)时序来划分
④ 数据量大:是指地理信息具有空间特征,又有属性特征,还有随时间变化的特征,因此
数据量大。
4)地理数据:是各种地理特征和现象之间关系的符号化表示。
5)地理数据的三个基本特征:空间位置特征、属性特征及时态特征是地理信息系统技术
发展的根本点,也是支持地理空间分析的三大基本要素
6)三个基本特征的解释:
① 空间位置数据描述地理实体所在的空间绝对位置以及实体间存在的空间关系的相对位置。
空间位置可由定义的坐标参照系统描述,空间关系可由拓扑关系,如邻接、关联、连通、
包含、重叠等来描述
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