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1、南京农业大学资源与环境学院,Contact me，please潘 剑 君,E-mail:Tel:025-84395329(o)Office:实验楼315,南京农业大学资源与环境学院,G I S,地理信息系统,GIS,Geographic Information System,第一章 绪论,1987年英国教育部下的定义：“GIS是一种获取、存储、检查、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统”。1988年美国国家地理信息与分析中心下的定义：“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”。GIS-管理和研究空间数据的技术系统，在计算机软硬件支持下对空间数据按地理坐
2、标或空间位置进行各种处理，完成数据输入、存储、处理、管理、分析、输出等功能。,GIS的多种定义：,目前国内的定义：GIS是在计算机硬、软件环境的支持下，对空间数据进行采集、存取、编辑、处理、分析和显示的计算机应用系统。,地理信息系统:,是在计算机软件和硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。简言之，地理信息系统是综合处理和分析空间数据的一种技术系统。,GIS组成部分的一般模式图,从功能上看GIS-采集、存储、管理、编辑、处理、分析和显示地理数据的系统；从组成上看，GIS-一个包含了计算机软、硬件、地
3、理数据和专业人员的系统。,GIS的深刻的内涵:用户使用GIS时，面对的是空间数据组成的客观世界的一个抽象模型。这个抽象模型比地图所表达的自然世界模型更为丰富和灵活。用户可以按应用的目的观测这个现实世界模型的各方面的内容，也可以提取这个模型所表达现象的各种空间尺度指标。更为重要的是，它可以将自然发生或人为规划的过程加在这个数据模型上，取得自然过程的分析和预测的信息，用于管理和决策。,1.数据输入、预处理2.数据编辑3.数据存储与管理4.数据查询与检索5.数据分析6.数据显示与结果输出7.数据更新,GIS的功能,1数据输入、预处理 空间数据只有加工为适合的形式才能被GIS利用，将空间数据输入计算机
4、的过程称为数字化。最新扫描技术使大规模自动数字化成为可能，中小型作业仍可使用手工数字化；GIS软件提供强大的数据转换功能，可从CAD(DMG文件格式)、文本、关系数据库等各种形式转人数据。,2数据编辑 数据编辑主要包括属性编辑和图形编辑。（1）属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成。（2）图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整理、图幅拼接、图形变换、投影变换、误差校正等功能。,3数据存储与管理 数据存储就是将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存贮介质上。其存储方式与数据文件的结构相关，关键在于建立记录的逻辑顺序。GIS既能采用普通文件结构构造数据，又能通过大型数据库系统进行有效严格的
5、组织管理。在关系型数据库中，不同表格间通过主码与外码相互连接，提供GIS高度的可扩展性和灵活的配置能力。,4数据查询与检索 数据查询与检索就是指从数据文件、数据库或存储装置中，查找和选取所需数据。其中查询是指根据用户提出的问题确定查找方向和步骤，从而得到需要的信息；检索是指从数据文件中，提取所需要的数据。,5数据分析 GIS能分析所定区域内的各种现象和过程。这一分析功能可在系统操作运算功能的支持下或建立专门的分析软件来实现，包括信息采集与分析、统计分析、多要素综合分析等。,6数据显示与结果输出 数据显示就是中间处理过程和最终结果的屏幕显示，包括图形数据的数字化与编辑以及操作分析过程的显示。通常
6、以人机对话方式来选择显示的对象与形式，如数据显示、统计图形显示、空间数据的图形图像显示等。结果输出有专题地图、图表、数据、表格、报告等多种类型。屏幕显示也是结果输出的一个方面。输出设备有显示器、彩色绘图仪、打印机等。,7数据更新 数据更新就是以新的数据项或记录来替换数据文件或数据库中相对应的数据项或记录。它是通过删除、修改、再插入等一系列操作来实现的。数据库应具有更新能力。数据更新是地理信息系统建立地理数据的时间序列，满足动态分析的前提。数据更新分全面更新和局部更新两种。数据更新的关键在于建立遥感与地理信息系统的接口，提高不同数据结构数据转换的精度和效率，以及提高遥感数据的几何精度和分类精度。
7、,GIS的相关学科领域,（1）测量和航测（2）地形制图和专题制图（3）遥感和图象处理（4）地理学（5）土壤科学（6）城乡规划（7）计算机科学（8）通用网络,GIS在自然资源规划方面应用,（1）土地评价和土地利用规划和管理（2）资源开发（3）环境研究（4）自然灾害研究（5）水资源管理（6）森林、草场及野生动物研究（7）生物多样性研究（8）自然保护区研究（9）土壤退化研究（10）城镇发展与规划研究,当今，地理信息系统正迅速地成长为一种标准的自然资源管理的工具。大量空间数据的充分利用必需依靠有高效地理管理、处理系统的支撑，这些地理管理、处理系统能把空间数据(Data)转化为有用的信息(Informa
8、tion)。,管理决策人员利用地理信息系统在开发和保护规划方面能说明各种各样的选择对象并对一系列方案的潜力（可能）的结果进行建模。,所有的任务都是源自于现实世界和归宿于现实世界。从现实世界收集得来的数据，通常极其零乱琐碎，需要经过加工、抽象、分析、提取，才能成为有用的信息，提供给决策者进行决策、规划。之后，把决策规划在现实世界里付之实施，创造出良好的经济效益、生态效益和社会效益。,GIS，来自于现实，用于现实,思考题：,GIS的定义？GIS的功能？,第二章 系统组成,完整的GIS的组成-4个主要部分：GIS人员 数 据 GIS的软件 GIS的硬件设备,GIS人员=GIS技术+专业知识“科 与
9、技”结合,GIS是一个动态的地理模型，是一个复杂的人-机系统。仅仅有系统硬件、软件和数据还构不成一个完整的GIS。它必须处于相应的机构或组织环境内，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充等工作。因此，系统的管理、维护和使用人员是GIS中的重要构成因素。这里GIS人员既包括从事GIS系统开发的专业人员，也包括采用GIS完成日常工作的终端用户。,原因：,数据:,是客观对象的表示，是未经加工的原始材料，地理信息系统需要收集数据、处理数据,信息:,则是数据内涵的意义，当数据对实体行为产生影响时才成为信息，运用地理信息系统的目的是从数据中获得信息。,地理信息,是指表征地理圈或地理环境固有要素
10、或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图象和图形等的总称。,地理信息的特点：,第一、地理信息属于空间信息，有明确的区域分布，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的一个最显著的标志；第二、地理信息的结构具多层次性即多维特征，即在空间位置的二维基础上，增加了多专题(属性)的第三维信息结构；第三、地理信息的时序特征非常明显，为此，一方面要求信息获取及时而且更新迅速，同时还要求重视自然历史过程的积累和对未来的预测、预报，以免用过时的信息造成决策的失误，或者缺乏可靠的动态数据，不能对事变中的地理事件或现象作出合乎机理的预测预报和科学论断。,软件,一个计算机系
11、统，如无若干能控制硬件工作和能执行为用户所需的特殊任务的程序，那是不完整的。这些程序被称之为软件。,(一)GIS软件平台 含义：GIS软件平台是专门为GIS的建立和开发而研制的通用软件系统，是一组系统化的具有GIS基本功能的软件包。例如美国环境系统研究所的ARCINFO、澳大利亚GENASYS公司开发的GENAMAP、中国地质大学开发的MAPGIS等。,GIS软件,当前，已经流行了一些非常好的地理信息分析软件。这些地理信息系统软件有些可用于微机，有些可用于工作站、小型机，有些可用于大型机。,一些微机版地理信息系统的特点,国产的GIS软件也有多种,SuperMAP；中国地质大学的 MapGIS；
12、武汉测绘科技大学开发的 Geostar(吉奥之星)；北京大学遥感所SPACEMAN和CITYSTAR(城市之星)；北京大学遥感所开发的 Cityinfo；中国林业科学研究院开发的 ViewGIS(地信之窗)；深圳雅都的Grow；北京图原公司的 NapEngine；中国科学院地理研究所国家重点实验室的 APSIS（山海通用空间信息系统）；中国科学院地理所地图室的专题电子地图软件系统 EA-City 和 EA-Worid。,软件产品,开发商,科技部发布2001年度国产地理信息（GIS）软件（排名不分先后）,(二)GIS应用系统一般来说，GIS应用系统通常可从以下几种角度来划分：以研究对象的性质和内
13、容分类以研究区的区域范围分类以系统用途分类,1以研究对象的性质和内容分类(1)综合性地理信息系统：按统一标准存储、管理一定范围内的各种自然和社会经济综合数据的地理信息系统。如加拿大国家地理信息系统，中国自然环境综合信息系统等。(2)专题性地理信息系统：具有有限目标和专业特点的地理信息系统，系统数据项的选择和操作功能设计是为特定的目的服务，如红壤资源信息系统、土地资源信息系统、水资源管理信息系统、农作物估产信息系统等。,2以研究区的区域范围分类(1)全球性地理信息系统：这种系统研究区域范围往往涉及全球范围。如全球人口资源地理信息系统。(2)区域性地理信息系统：主要以区域综合研究和全面的信息服务为
14、目标，可以有不同的规模，如国家级的、省级的、市(地)级和县级等相各不相同级别行政区服务的区域信息系统，也可以按自然分区或以流域为单位的区域信息系统。如加拿大国家信息系统、我国黄河流域信息系统等。,3以系统用途分类（1）城市信息系统；（2）资源调查与评价信息系统；（3）规划信息系统；（4）辅助决策信息系统等。,分类：GIS软件平台按其数据结构一般有以下3种类型：矢量型：指基于多边型的，以X，Y坐标对来表示空间数据的点、线和面等图形的GIS。栅格型：指基于网格的，以二维数组来表示空间各象元特征的GIS。混合型：指矢量数据结构和栅格数据结构并存的GIS。,硬件,在地理信息系统中，计算机及其外围设备对
15、于管理空间数据是必不可少的。它们被统称为硬件。,硬件：,使用地理信息系统需要下列基本硬件：（1）计算机（2）高分辨率的彩色监视器（为了显示地图和影象）（3）数字化仪（为了输入模拟地图数据）（4）扫描仪（5）打印机（为了打印地图、影象和文字信息）（6）绘图仪（为了绘制地图）,磁带/光盘,遥感/GPS,扫描仪,数字化仪,工作站,网络设备,服务器,绘图仪,电子地图,PC,Intranet,Internet,输入设备 处理设备 输出设备 GIS硬件设备配置,GIS的硬件设备 构成GIS的物理外壳。,微机地理信息系统的基本硬件结构,辅助设备,完善地理信息系统结构的设备：单色或彩色扫描仪(Scanner)
16、（扫描地图、影象和航片）磁带机(Tape drive)（存贮和回放大量数据如卫星影象）光盘刻录机,计算机硬件,计算机可从高速的大型机到很小的微机；可供选择的数字化仪有多种幅面，小到2030cm，大到120180cm；可供选择的打印机有非常便宜的点阵打印机(Dot matrix printers),也有较贵的喷墨打印机(Ink jet printers)、激光打印机(Laserprinters)和热打印机(Thermalprinters),还有极为昂贵的静电打印机(Electrostatic printers)和光膜记录仪(Optical filmwriters)。通常，绘图仪是笔式的，大小从3
17、040cm（A3）到120cm180cm（A0）不等。专业方面有时也采用激光即光束绘图仪。,思考题：,GIS系统组成部分？地理数据的特点？重要的GIS软件？主要的GIS硬件？,第三章 数据,数据:,是客观对象的表示，是未经加工的原始材料，地理信息系统需要收集数据、处理数据,数据是GIS的管理内容和操作对象。它是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和经济的数据。这些数据可以是数字、文字、表格、图像和图形等。它们由系统研制者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他输人设备输入到GIS中，也可以通过其他系统的通讯接口直接输入GIS。GIS正是通过对这些数据的采集、管理、分析，提取其信息内容构成
18、信息模型，根据用户的要求来模拟现实世界，其相应的区域信息包括位置信息、属性信息和空间关系等。,信息:,则是数据内涵的意义，当数据对实体行为产生影响时才成为信息，运用地理信息系统的目的是从数据中获得信息。,地理数据,从现实世界获得的地理数据通常被组织在地理数据库(Geographic database)中。这个数据库可被认作是一个空间参照数据的集合。它是一个现实世界客观存在(Reality)的模型。,地理数据有三个重要组分：,地理位置(Geographic position)属性(Attributes)时间(Time),地理位置,每个事物都有其特定的区域定位。它可借坐标系统(coordinate
19、 system)以绝对的办法(Absolute way)来使位置具有特定性。就小范围而言，最简易的坐标系统可以是规则的方格网。,地理坐标(Geographic coordinates),经度(Longitude)纬度(Latitude),三种投影的比较,通用横切麦卡托坐标(UTM坐标)(Universal Transverse Mercator coordinates-X,Y),UTM坐标系统的突出优点是其的米制性(Metric nature)，可直接进行常规的计算。而地理坐标系统的分、秒制，在计算前必须先转化成小数才行。,坐标转换,在同一个GIS中，多种坐标体系并存会给查询、分析带来不便，尤
20、其是不同层的数据叠加，不同图幅之间需要拼接时，就会有矛盾 一个地理数据库内的所有地理数据必须建立在相同的坐标系基础上,大地坐标（Geodetic Coordinate）,大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示。当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示。大地经度是通过该点的大地子午面与起始大地子午面之间的夹角，大地纬度是通过该点的法线与赤道面的夹角，大地高是地面点沿法线到参考椭球面的距离,地理坐标（Geographic Coordinate）,用经度（）纬度（j）所表示的地面点位置的球面坐标。本地子午面与本初子午面之间的夹角为该点的经度
21、，由本初子午面向东为东经，向西为西经，东、西各180。地面点在参考椭球的法线与地球赤道平面的交角为该点的纬度。赤道面向北为北纬，向南为南纬，南、北各90o,平面直角坐标系（Rectangular Plane Coordinate System）,用直角坐标原理在投影面上确定地面点平面位置的坐标系。与数学上的直角坐标系不同的是，它的竖轴为X轴，横轴为Y轴。在投影面上，由投影带中央经线的投影为调轴、赤道投影为横轴（Y轴）以及它们的交点为原点的直角坐标系称为国家坐标系，否则称为独立坐标系,高斯克吕格投影（Gauss一Kruger Projection）,简称“高斯投影”。它是一种横轴等角切圆柱投影。
22、它把地球视为球体，假想一个平面卷成一个横圆柱面并把它套在球体外面，使横轴圆柱的轴心通过球的中心，球面上一根子午线与横轴圆柱面相切。这样，该子午线在圆柱面上的投影为一直线，赤道面与圆柱面的交线是一条与该子午线投影垂直的直线。将横圆柱面展开成平面，由这两条正交直线就构成高斯-克吕格平面直角坐标系。为减少投影变形，高斯-克吕格投影分为3带和6带投影,高程系（Elevation System）,由高程基准面起算的地面点的高度称为高程。一般地，一个国家只采用一个平均海水面作为统一的高程基准面，由此高程基准面建立的高程系统称为国家高程系，否则称为地方高程系。1985年前，我国采用“1956年黄海高程系”（
23、以19501956年青岛验潮站测定的平均海水面作为高程基准面）；1985年开始启用“1985国家高程基准”（以19521979年青岛验潮站测定的平均海水面作为高程基准面）。,54国家坐标系（State Coordinate System-54）采用克拉索夫斯基椭球参数，大地坐标原点在北京的大地坐标系，又称北京坐标系,80国家坐标系（State Coordinate System-80）采用国际地理联合会（IGU）第16届大会推荐的椭球参数，大地坐标原点在陕西省径阳县永乐镇的大地坐标系，又称西安坐标系,属 性,指的是空间实体的各种性质。这些性质常常为非空间数据，如温度、坡度、酸度等等。它们本身不
24、具备位置方面的信息，但对说明空间实体却是必需的。,时 间,指的是事物发生的具体时间。事物的发生都是在时间尺度上进行的，所以，注重事物发生的时间先后，对于研究事物的发展、演变规律极为重要。,空间数据,大多数地理信息系统处理的是下列四种地理数据：点(Points)、线(Lines)、面(Areas)连续表面(Continuous surfaces),点数据,点是空间数据中最为简单的类型。它表达的是空间中的0维物体，仅具位置，而无长度。,线数据,线(line)，也称弧(arc)，是 1 维空间物体。在空间中，线既具位置，也具长度。,面数据,面，也称多边形(polygon)，是 2 维空间物体，不仅具
25、有空间位置，也有长度，还有宽度。因此，面具有面积。,连续表面,是 3 维空间物件，不仅有空间位置，有长度，有宽度，还有深度或高度。也就是说，连续表面具有容积或体积。,属性数据,地物，即实体，除需进行空间位置表示外，通常还需说明它的一些重要属性。,属性,可以是名称型的（如红壤、石灰岩、长江、小麦，等等）、可以是顺序型的（如第一级、第二级、第三级，等等）、也可以是数值型的（如土壤厚度2米、水深1.2米、5.5、地价500元/平方米，等等）。这里区间型数据（如人口密度100人/平方公里、人均收入5001000元/年，等等）属于数值型属性。,思考题：,地理数据的特点？点、线、面数据的概念？属性数据？,
26、第四章 数据结构,地理信息系统的地理数据,被有结构地存贮在数字数据库(Digital database)中。可以用不同的数据模型存贮以某种按存贮空间、操作难易和精确度方式组织的数据，以达到能高效地进行输入、回放、更新、分析和输出之目的。,空间数据,用数字形式表达空间数据，其空间数据模型有：矢量模型(Vector model)栅格模型(Raster model),矢量模型,用一系列X、Y坐标作为位置标识符，它能精确地表现点、线、面的位置。每个物体的位置都可由一对X、Y坐标或若干对X、Y坐标来确定。此外，这种模型表示空间物体的相互关系，利用的是拓扑(Topology)结构。,点：一个点是用一对（X
27、，Y）坐标及点的名称表示,线：一条线是用若干对（X，Y）坐标及线的名称表示,Layers/themes,Map objects,PointLine/PolylineArea/Region/PolygonText,ABC,Rasterisation,Database linkageMap objects=attributes,理论上，一条线是由无数多个点组成的，但在实践中，用存贮无数多个点的办法来表示一条线是根本行不通的。解决的办法是把一条线切割成若干条直线片段进行存贮。,数字化过程中，期望精度(Desired accuracy)与需求的存贮容量(Required storage capacit
28、y)之间存在着一个兼顾权衡问题。通常，利用去除不必要数据(Superfluous data)的办法，达到压缩数据量的目的。这个过程称为开凿隧道(Tunnelling)。,面：,一个面，与一条线相类似，也需要用若干对（X，Y）坐标及其面的名称表示。所不同的是：面的起始点坐标对与终止点坐标对完全相同，即面的起始点和终止点是同一个点；而线的起始点坐标对与终止点坐标对却不相同。,矢量面-多边形,Vector,拓扑关系,在地理信息系统中，为了真实地反映物体，不仅要包括物体的大小、形状及属性，而且要反映出物体之间的相互关系。,对于具有网状结构特征的地理要素，都存在着结点(Node)、弧段(Arc 或 Se
29、gment)和多边形(Polygon)之间的拓扑关系。结点的表示内容为结点名、第 1 个离开边、第 1 个到达边、X、Y坐标；弧段的表示内容为弧段名、起点（前结点）、终点（后结点）、左边多边形、右边多边形；多边形的表示内容为多边形名、顺时针方向第 1 边、逆时针方向第 1 边、属性。,栅格模型,存贮空间数据最简单的办法。,任何以面状分布的对象（如地形起伏、土壤类型、环境污染等等）都可以用栅格数据逼近。逼近的精度取决于单元栅格的尺寸大小。,单元栅格也称为象元(Pixel 或 Cell)，它以行和列作为位置标识符。,象元 是记录信息的基本单元，每个象元只能赋给一个值(Value),一个点仅表示为一
30、个象元的位置。通常，象元的位置用行号(Row number)和列号(Column number)确定,一条线，用若干个象元表示这些象元具有相同的数值,一个面，也是用若干个象元表示这些象元也具有相同的数值,对于栅格模型，存贮多少个点、多少条线、多 少个面，就存贮的数据量而言，不存在什么本质的差异。,数据结构比较,属性数据,在地学研究中，属性数据多以 2维表格 的形式存贮,数据库模型,可分为：1、层次模型；2、网络模型；3、关系模型。,关系模型,是将数据的逻辑结构归结为一个二维表，表的列代表物体的属性，表的每一行代表一个物体。,思考题：,矢量模型的概念？栅格模型的概念？属性数据库结构模型？,第五章
31、 数据输入,数据输入(Data input),是将数据输进地理信息系统的数字数据库(Digital database)的过程。,数据输入非常耗时，所以，代价很高。,由于经分析处理得到的输出结果的精确度，在很大程度上取决于输入数据的精确度，因而，应当认真对待数据输入这个重要环节。,数据输入，分空间数据输入和属性数据输入两种类型。,输入空间数据的方法有：,手工数字化输入扫描输入键盘输入拷用现存的数据文件,输入属性数据的方法有：,键盘输入 拷用现存的数据文件,手工数字化(Manual digitizing)是地图类数据（包括地形图和各种专题图）最为常用的空间数据输入方法。,数字化仪，内部排列着十分细
32、密的电路格网。,数字化的过程是：把各种各样的地图和线划文件，以数字形式输进计算机的过程是，先把地图固定在数字化仪的面板上，建立坐标，然后用游标(Cursor)即定点器跟踪(Trace)空间物体，游标所到之处被确定赋值。由于采用了电子技术，其精度可达到十分之几毫米等级。,进行点的编码,进行多边形化并编码,线划地图,多边形图,点位分布图,建立坐标,数字化仪输入地图的流程,进行线的编码,跟踪线划进行数字化,检查线划是否闭合,选定点进行数字化,扫描输入,扫描(Scanning)是借助一个可以来回移动的电子探头，将一张地图或者其它类型的纸张文件（如航空象片、卫星象片和其它类型的照片），以数字形式输进计算
33、机的过程。,滚筒式扫描仪,平板式扫描仪,扫描仪的探头，在扫描地图时，实际上是在极其精细地测量来自地图的反射光强度。探头的最小探测面积通常是在 0.02mm左右。虽然彩色信息可用滤色镜来分层记录，但是多半情况，扫描产品是黑白图象。扫描的输出结果，实质上是栅格状的。,栅格图象的屏幕数字化输入,GIS软件打开栅格图象建立坐标屏幕矢量数字化输入矢量数据的编码,地 形 图,光电扫描图像输入,图像,细 化 处 理,图像编辑,提取图像控制点,矢量化（结点处理、跟踪处理）,地物编码、注记输入,矢量图检查与编辑,输 出,扫描屏幕数字化原理,扫描仪地图输入流程,线划屏幕跟踪矢量化,地图数据分层清绘,扫描分层后的地
34、图,线划自动细化矢量化,进行多边形化并编码,线划编码,检查线划是否封闭,线划地图,线划地图,多边形图,线划编码,地图数据输入时，一定要进行数据编码，做到数据分层，以便分别调用。编码应有一定的规则和系统。,代码设计要在分类体系基础上进行,代码类型：,顺序码数值化字母顺序码层次码国家行政区划代码复合码简码 等等,编码原则：,系统性惟一性可行性简单性一致性稳定性可操作性适应性适合计算机处理、方便操作可扩充性标准化,有些空间数据在输入了线划数据后，还要进行多边形化。多边形化的过程是，首先检查多边形是否完全封闭，然后产生多边形，接着给多边形编码。,数据质量的检查、修改与控制,数据质量的问题分析 检查与修
35、改 数据质量控制技术,一、数据质量的问题分析,质量问题的起因：软件；硬件；计算方法；分析、编码、输入操作方面的疏忽；数据本身的质量。GIS的数据质量主要有两方面问题,1.微观方面的数据质量问题,位置精度：数字化地图上各种要素的坐标总与实际物体的坐标有一定误差。偏移的距离偏移的分布 属性精度：属性的定义往往会有误差，除人为因素外，也有技术因素。逻辑上的一致性：在数据输入到计算机之前，往往因分类定义不严密而产生矛盾-同物异类或异物同类 分辨率：地图的不可放大原则,2.宏观方面的数据质量问题,完整性：数据库的完整性包括地图或地图所表示的空间范围内各种信息是否遗漏或重复，分类是否重复或缺项等等，另外还
36、包括有无可能核实与检验。时间性：GIS的数据收集和输入需要相当长的时间，而现实世界是在一刻不停地变化着。不同地点的数据是不同时间。收集与处理过程的记录：资料的收集、输入、处理方法都会对数据质量产生影响，应该对整个过程有文档资料的记载和说明,数字化过程的误差,原边界第一次数字化第二次数字化无意义多边形,数字化误差示意图,3.容差,容差（Tolerances）：GIS的重要概念。反映GIS数据库的地理数据精度。可以理解为各种图形要素及其它们之间允许存在的误差距离。包括：Edit Distance节点拟合半径Snap Distance最小弧段样点内插容忍距离Weed Tolerance弧段平滑插点容
37、忍距离Grain Tolerance样点融合距离Fuzzy ToleranceRMS,二、检查与修改,检验输入的质量，可用绘图仪绘出已输入的数据，再与原始地图进行比较。改善系统的使用性能。及时掌握数据库性能变化情况，当系统性能下降到一定程度时，进行必要的干预，如对数据进行整理或重新组织，消除降低性能的因素；数据库受损后的复原。数据库的安全是极为重要的，对数据库的维护，一方面要采取有效措施防止各种损害数据库的活动；另一方面，必须具备系统受损后的复原手段；用户应用管理。数据库是许多用户共享的，为了避免由于局部的使用错误引起整个数据库的彻底破坏，必须对用户实行统一管理，分配数据库子模式的使用权限，并
38、防止应用程序非法使用数据库,三、数据质量控制技术,GIS中的质量控制技术：过程控制：设法减少和消除误差及错误的实用技术和步骤，包括数据录入前期的质量控制、数据录入过程中的实时质量控制；结果控制：在提交成果（数据入库）之前对所完成工作的检查，以进一步发现和改正错误（即后处理质量控制）,质量控制的分环节实施,对基础资料的质量控制-高质量的数据源对数据采集手段的选择-满足质量及经济的双重需求 对软、硬件配置的要求-满足数据采集的质量标准和技术设计书的要求 数据采集前的准备工作-有关技术文件数据采集中的监控-数据采集过程中实时地检验并预防和纠正误差和错误结果控制-数据录入完成后的质量评价 设计过程的质
39、量控制-制定质量目标,键盘输入,有些地理信息系统可以用键盘输入空间数据。用键盘输入空间数据的主要缺点是 需要耗费大量时间；增多了出错机会。,2.遥感资料,遥感可以分为：地面遥感航空遥感航天遥感-卫星遥感资料。,(1)美国陆地卫星(LANDSAT),陆地卫星遥感资料：多光谱扫描仪(MSS)专题制图仪(TM)增强型/再增强型专题制图仪(ETM/ETM+)优点：客观性、周期性、宏观性、多波段性、多时相性、磁带记录、近垂直投影、经济性、资料易获取等。缺点：地面分辨率低、影象扫描时的象元跳动、大气效应影响、云层覆盖影响等。,MSS和TM的观测参数与功能,南京市东部地区TM影象,紫金山南坡森林,南 京 市
40、,蔬菜地区,水稻地区,(2)法国SPOT卫星,HRV的观测参数与功能,注：XS表示多光谱模式,(3)美国NOAA气象卫星,AVHRR的观测参数与功能,常用的气象卫星数据:NOAA AVHRR,山东半岛,渤海湾,(4)加拿大雷达卫星(RADARSAT)，搭载合成孔径雷达(SAR),SAR的观测参数,遥感图象矢量图步骤,几何纠正分类（众数滤波）矢量化,GPS 精确定位,为遥感影象数据为地面调查、实测数据为定位观测数据,Pocket PC,GPS接收机,动态差分GPS,属性数据的输入，一般都采用键盘输入法。,拷用现存的数据文件,很可能已经有某种具空间数据和属性数据的数字数据文件存在着。这些数据文件一
41、般可以拷用(Downloading)。当然，有时在把这些数据拷入自己的数据库之前，需要进行某些数据转化。,思考题：,空间数据输入的几种方式？扫描-屏幕数字化的步骤？数据编码的意义与原则？,第六章 数据转换,数据转换,地图投影转换数据模型转换,地图投影（Map Projection),地图投影是把地球椭球面上的经纬线网和地理要素表示到平面上的数学法则。按投影面的形状，地图投影分为方位投影、圆柱投影、圆锥投影；按投影变形的性质，分为等角投影、等面积投影、等距离投影。如地球表面上有一点A（j,)，它在投影平面上对应点A（x，y），则一般投影公式为：x=f1(j,)y=f2(j,)不同的地图投影，f1
42、和f2有不同的形式。,投影变化,三种投影的比较,坐标转换,最简单的坐标转换是平移、缩放、旋转，其数学公式如下：X=m(xcos ysin)+h Y=n(xsin+ycos)+k x,y为原来的坐标，X,Y为转换后的坐标，为逆时针方向的旋转角度，m,n分别为X,Y方向的缩放比例，h,k分别为旋转后在X,Y方向的平移距离,投影转换可以借助GIS软件进行,数据转换,栅格数据和矢量数据矢量数据转化成栅格数据的办法是借助于上覆一个格网这个格网的单元格子大小是由用户事先已确定了的,矢量到栅格的转换,在矢量向栅格转换时，可以带着数据库中的某种属性（可以采取手工赋值，也可以利用数据库直接与图形库相连接进行赋值
43、）进行转化，也可以不带任何属性进行转化。,栅格到矢量的转化,栅格向矢量转换的目的，一是为了把栅格数据存放进矢量形式的数据库；二是为了将栅格数据分析的结果通过矢量绘图装置输出；三是为了进行数据压缩以便节省存贮空间；四是为了进行网络分析。,栅格的点图 矢量的点图,栅格的线图 矢量的线图,栅格的面状图 矢量的面状图,考虑周围的连接方向：“十”字？“米”字？线划是否要平滑化处理？是否要构建多边形？,栅格图转换为矢量图时，可以要求产生多边形，也可以要求仅仅产生矢量线而不要求产生多边形。,遥感图像 转化为 矢量 数据,几何纠正分类（众数）滤波矢量化,思考题：,地图投影转换的作用？矢量-栅格转换的原理？栅格
44、-矢量转换的原理？,第七章 数据分析,数据分析,地理信息系统的核心是其数据分析能力。地理信息系统区别于其它信息系统之处在于它所具有的强大的空间数据分析功能地理信息系统区别于其它信息系统之处在于它所具有的强大的空间数据分析功能。,分析功能,数据分析的目的是把数据转化为有用的信息，以满足不同层次的决策者的需要。预测另一地点或者另一时间将要发生什么的概率是此数据分析的一个重要应用。,GIS的空间分析,量测,长度、周长、面积等,网流量的模拟分析,优化路径分析,时间、距离分析,单变量分级分析,多变量统计分析,影像分析,属性分析,数据变换,栅格矢量互换,图形分析,旋转、投影变换、比例尺变换,三维显示,几何
45、分析,泰森多边形分析,叠置分析,重分类,缓冲区分析,逻辑/数学运算,地形分析,空间内插分析,地形剖面分析,坡度、坡向分析,流域与分水线分析,三维地形显示,网络分析,滤波分析,多元信息叠合分析,分类分析（数字图象处理内容）,增强分析,数据分析可细分成四组：,回放、分类与重分类、测量等操作上覆操作邻域操作关联性操作,第 1 组.回放、分类与重分类、测量等操作,这组操作是回放空间数据和属性数据，而不改变空间因子(Spatial elements)的地理位置，不产生新的空间因子。,（1）回放：它涉及到数据的（选择）查询、数据的操作和数据的输出,典型的例子有：具有红壤特征的那些土壤单元分布在哪里？在坐标
46、X，Y处分布着什么？,查询,SQL查询-selectionARCviewMAPINFO,（2）分类与重分类：它是指给现有地图上的类别赋以或者重新赋以一些专题值,典型的例子有：把来自于地形图的坡度图按5度的间隔进行分类，得到坡度等级图。把土壤图按pH值进行重新分类，得到土壤pH图，见图。,（3）测量：测量点与点之间的距离，测量线段的长度，测量多边形的周长和面积，量算容积或体积和进行计数,典型的例子有：测量两个土壤剖面点之间的距离。测量某流域内稻田、棉田的总面积。测量灌溉渠道的总长度。确定农耕区内各种机井的个数。,第 2 组 上覆操作(Overlay operations),利用上覆操作，可以上覆
47、其它地图或图象，结果，创造出新的空间因子，见图16。把一个地区的两幅地图或多幅地图的值结合在一起，则产生出这个地区的一个具有新内涵的值。,叠加 形式：,叠加显示-栅格、多边形上显示点、线Cross-栅格图叠合在一起相加-栅格图栅格单元数值相加起来,在栅格图上叠置矢量图（如道路图、水系图、境界线等），可明显地改善读图效果。,多图层的叠加,需要的条件？1、坐标 2、栅格大小,上覆操作的典型的例子有：择地建路。条件是：良好的排水条件；10的坡度；非农田。具体做法：把排水条件图、坡度图、土地利用图互相叠合起来。,栅格图相加：,GVI=(TM4 TM3)/(TM4+TM3),ARCGIS 叠加工具：,U
48、nionIdentityIntersect,第 3 组.邻域操作(Neighbourhood operations),利用这个操作，可估测一个特定地理位置的邻近地区的特征。这个邻域地区的大小和范围必须是确定的。由于邻域操作通常用于栅格格式的数据，所以，一般定义邻域为围绕中心格子(Central cell)的八个栅格格子。,操作可续分为：（1）内插功能(Interpolation functions),内插是利用一些现有的已知观测值对处于已知值之间的非采样地区的未知值进行估算的过程。,典型的例子有：点内插（降雨量、高程点等等），见图17。线内插（等值线）。,利用高程内插，可以建立高程图。在此基础
49、上，就能得到数字高程模型（DEM-Digital Elevation Model），也有人叫数字地面模型（DTM-Digital Terrain Model）。,不规则三角网（TIN）表示法,不规则三角网（Triangulated Irregular Network,缩写TIN）TIN表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点（各三角形的顶点）连接成相互连续的三角面（在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等）。,（2）地形功能(Topographic functions),它是利用当地包括附近的地面信息来计算那些用于描述在指定区域地形的数值
50、。典型的例子有：计算地面坡度并确定等级，见图18。计算坡面朝向。,DEM的地形分析,（一）地形因子的提取及分析 1、坡度和坡向分析 地表某点的坡度：定义为水平面与过该点的切面之间夹角的正切值；坡向：为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。坡度(z/x)2+(z/y)21/2 坡向(-z/y)/(z/x)式中的z/x、z/y一般采用2阶差分方法计算。,第 4 组.关联性操作(Connectivity operations),这组操作能够给那些以一套预先确定的规则联系在一起的空间单元赋值。,（1）连接功能(Contiguity functions),把那些具有某一种或某几种共同特性的地区连接在
