地理信息系統(tǒng)概論（修訂版）

第一章 導(dǎo)論

第一章 ???????導(dǎo)論

§1 地理信息系統(tǒng)基本概念

1．1數(shù)據(jù)與信息

數(shù)據(jù)（data）是信息(information)的表達(dá)，而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容。數(shù)據(jù)是未經(jīng)加工的原始材料，地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建立，首先是收集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)是通過數(shù)字化或記錄下來可以可以被鑒別的符號，不僅數(shù)字是數(shù)據(jù)，而且文字、符號、圖象也是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)本身沒有意義；信息是對數(shù)據(jù)的解釋、運(yùn)用與解算，數(shù)據(jù)即使是經(jīng)過處理以后的數(shù)據(jù)，只有經(jīng)過解釋才有意義，才成為信息。

就本質(zhì)而言數(shù)據(jù)是客觀對象的表示，而信息則是數(shù)據(jù)內(nèi)涵的意義，只有數(shù)據(jù)對實(shí)體行為產(chǎn)生影響時(shí)才成為信息。

信息是用數(shù)字、文字、符號、語言等介質(zhì)來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征，以便向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)的知識，作為生產(chǎn)、管理和決策的依據(jù)。

信息的特點(diǎn)：客觀性、適用性、傳輸性、共享性。

1．2地理信息與地理信息系統(tǒng)

????????地理信息是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律等的數(shù)字、文字、圖象和圖形的總稱。地理信息屬于空間信息，其位置的識別是與數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的，這是地理信息區(qū)別于其他類型信息的一個(gè)最顯著的標(biāo)志。

????????地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System）是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。（美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會(huì)（FICCDC）關(guān)于GIS的定義）

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§2 GIS的基本組成

????????GIS一般包括以下5個(gè)主要部分：系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用人員和應(yīng)用模型。

????????2．1系統(tǒng)硬件

????????1、GIS主機(jī)：包括大型、中型、小型機(jī)，工作站/服務(wù)器和微型計(jì)算機(jī)，其中各種類型的工作站/服務(wù)器成為GIS的主流。

????????2、GIS外部設(shè)備：包括各種輸入（如圖形數(shù)字化儀、圖形掃描儀、解析和數(shù)字?jǐn)z影測量設(shè)備等）和輸出設(shè)備（如各種繪圖儀、圖形顯示終端和打印機(jī)）。

3、GIS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：包括布線系統(tǒng)、網(wǎng)橋、路由器和交換機(jī)等。

2．2系統(tǒng)軟件：按功能分為GIS專業(yè)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件和系統(tǒng)管理軟件。

2．3空間數(shù)據(jù)

2．4應(yīng)用人員：包括系統(tǒng)開發(fā)人員和GIS技術(shù)的最終用戶。

2．5應(yīng)用模型

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§3 GIS的功能簡介

基本功能是數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析和輸出。

3．1基本功能：包括數(shù)據(jù)采集與編輯、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、數(shù)據(jù)處理與變換、空間分析和統(tǒng)計(jì)、產(chǎn)品制作與顯示、二次開發(fā)和編程

3．2應(yīng)用功能：包括資源管理、區(qū)域規(guī)劃、國土監(jiān)測、輔助決策

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§4 GIS的發(fā)展透視

4．1發(fā)展概況

當(dāng)前，GIS正向著集成化、產(chǎn)業(yè)化和社會(huì)化發(fā)展方向邁進(jìn)，呈現(xiàn)以下主要發(fā)展態(tài)勢：

1、 ???????GIS已成為一門綜合性技術(shù)

2、 ???????GIS產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁

3、 ???????GIS網(wǎng)絡(luò)化已構(gòu)成當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)

4、 ???????地理信息科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展

4．2基礎(chǔ)理論

第二章 地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

§1 地理空間及其表達(dá)

1．1地理空間（geo-spatial）的概念

地理空間一般包括地理空間定位框架及其聯(lián)結(jié)的特征實(shí)體。地理空間定位框架即大地測量控制，有平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成。

目前，我國采用的大地坐標(biāo)系為1980年中國國家大地坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系選用1975年國際大地測量協(xié)會(huì)推薦的國際橢球，其具體參數(shù)為：赤道半徑（a）=6378140.0000000000m，極半徑（b）=6356755.2881575287m，地球扁率（f）=(a-b)/a=1/298.257。1980年中國國家大地坐標(biāo)系的大地原點(diǎn)，設(shè)在我過中部的陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點(diǎn)。

高程指空間參考的高于或低于某基準(zhǔn)平面的垂直位置，主要用來提供地形信息。我國現(xiàn)在規(guī)定的高程起算基準(zhǔn)面為“1985國家高程基準(zhǔn)”，該基準(zhǔn)比原國務(wù)院批準(zhǔn)啟用的“黃海平均海平面”高29mm。

1．2空間實(shí)體的表達(dá)

如果采用一個(gè)沒有大小的點(diǎn)（坐標(biāo)）來表達(dá)基本點(diǎn)元素時(shí)，稱為矢量表示法；如果采用一個(gè)有固定大小的點(diǎn)（面元）來表達(dá)基本點(diǎn)元素時(shí)，稱為刪格表示法。

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§2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征

2．1GIS的空間數(shù)據(jù)

GIS的數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)類型繁多，主要有：地圖數(shù)據(jù)；影像數(shù)據(jù)；地形數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)；元數(shù)據(jù)。

空間數(shù)據(jù)根據(jù)表示對象的不同分為：類型數(shù)據(jù)；面域數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；樣本數(shù)據(jù)；曲面數(shù)據(jù)；文本數(shù)據(jù)；符號數(shù)據(jù)。

2．2空間數(shù)據(jù)的基本特征

一般地，空間特征數(shù)據(jù)包括地理實(shí)體或現(xiàn)象的定位數(shù)據(jù)和拓?fù)鋽?shù)據(jù)，屬性特征數(shù)據(jù)包括地理實(shí)體或現(xiàn)象的專題屬性（名稱、分類、數(shù)量等）數(shù)據(jù)和時(shí)間數(shù)據(jù)，而空間特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為空間數(shù)據(jù)或地理數(shù)據(jù)。

空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系包括：拓?fù)溧徑樱煌負(fù)潢P(guān)聯(lián)；拓?fù)浒?/p>

2．3空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示

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§3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型

3．1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上利用歐幾里得（Euclid）幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面及其組合體來表示地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為以下幾種主要類型：

1、 ???????簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

特點(diǎn)：數(shù)據(jù)按點(diǎn)、線或多邊形為單元組織，數(shù)據(jù)排版直觀，數(shù)字化操作簡單；每個(gè)多邊形都以閉合線段存儲(chǔ)，多邊形的公共邊界被數(shù)字化兩次和存儲(chǔ)兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和不一致；點(diǎn)、線和多邊形有各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但沒有拓?fù)鋽?shù)據(jù)，互相之間不關(guān)聯(lián)；島只作為一個(gè)單個(gè)圖形，沒有與外界多邊形的聯(lián)系。

2、 ???????拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：包括DIME(對偶獨(dú)立地圖編碼法)、POLYVRT（多邊形轉(zhuǎn)換器）、TIGER（地理編碼和參照系統(tǒng)的拓?fù)浼桑?/p>

特點(diǎn)：點(diǎn)是相互獨(dú)立的，點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面。

3、 ???????曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3．2刪格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

基于刪格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為刪格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，指將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格，在各個(gè)網(wǎng)格上給出相應(yīng)的屬性值來表示地理實(shí)體的一種數(shù)據(jù)組織形式。

刪格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相比較，用刪格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)地理要素比較直觀，容易實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的疊合操作，便于與遙感圖象及掃描輸入數(shù)據(jù)相匹配建庫和使用等。

刪格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型：

1、 ???????刪格矩陣結(jié)構(gòu)：是一種全刪格陣列的空間數(shù)據(jù)組織形式。

2、 ???????游程編碼結(jié)構(gòu)：（游程指相鄰?fù)稻W(wǎng)格的數(shù)量）是逐行將相鄰?fù)档木W(wǎng)格合并，并記錄合并后網(wǎng)格的值及合并網(wǎng)格的長度，其目的是壓縮刪格數(shù)據(jù)量，消除數(shù)據(jù)間的冗余。

3、 ???????四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：將空間區(qū)域按照四個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割（2n*2n，且n>=1），知道子象限的數(shù)值單調(diào)為止。凡值（特征碼或類型值）呈單調(diào)的單元，不論單元大小，均作為最后的存儲(chǔ)單元。

4、 ???????八叉樹和十六叉樹結(jié)構(gòu)

3．3適量與刪格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、適量與刪格一體化的基本概念

2、適量與刪格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：點(diǎn)狀目標(biāo)和結(jié)點(diǎn)只有位置，沒有形狀和面積；線狀目標(biāo)只要將其通過的刪格地址全部記錄下來即可；面狀目標(biāo)應(yīng)包含邊界和邊界所保衛(wèi)的整個(gè)區(qū)域。

3．4矢量與刪格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較

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§3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立是指根據(jù)確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，形成與該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的GIS空間數(shù)據(jù)，為空間數(shù)據(jù)庫的建立提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

4．1系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關(guān)系

4．2空間數(shù)據(jù)的分類和編碼

1、空間數(shù)據(jù)的分類：首先根據(jù)圖形原則，將空間數(shù)據(jù)分為點(diǎn)、線、面三種類型；其次是對象原則。

2、空間數(shù)據(jù)的編碼：指將數(shù)據(jù)分類的結(jié)果用一種易于被計(jì)算機(jī)和人識別的符號系統(tǒng)表示出來的過程。編碼的結(jié)果是形成代碼。

3、矢量數(shù)據(jù)的輸入與編輯：輸入過程實(shí)際上是產(chǎn)生和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)GIS空間數(shù)據(jù)的過程。編輯的目的是為了消除數(shù)字化過程中引入的錯(cuò)誤，以及將數(shù)字化數(shù)據(jù)重新組織以便得到便于進(jìn)一步處理和使用的格式。

4、刪格數(shù)據(jù)的輸入與編輯

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第三章 空間數(shù)據(jù)的處理

數(shù)據(jù)處理涉及的內(nèi)容很廣泛，主要取決與原始數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和用戶的具體要求，一般包括數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構(gòu)、數(shù)據(jù)提取等內(nèi)容。

數(shù)據(jù)變換指數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)到另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)的變換，包括幾何糾正、投影轉(zhuǎn)換和輻射糾正等，以解決空間數(shù)據(jù)的幾何配準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)重構(gòu)指數(shù)據(jù)從一種格式到另一種格式的轉(zhuǎn)換，包括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、格式變換、類型替換等，以解決空間數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)、格式和類型上的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)多源和異構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)接與融合。

數(shù)據(jù)提取指對數(shù)據(jù)進(jìn)行某種有條件的提取，包括類型提取、窗口提取、空間內(nèi)插等，以解決不同用戶對數(shù)據(jù)的特定需求。

§1 空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換

空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換的實(shí)質(zhì)是建立兩個(gè)平面點(diǎn)之間的一一對應(yīng)關(guān)系，包括集合糾正和投影轉(zhuǎn)換，它是空間數(shù)據(jù)處理的基本內(nèi)容之一。

1．1幾何糾正

幾何糾正是為了實(shí)現(xiàn)對數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差的改正。現(xiàn)有的商業(yè)GIS軟件一般都具有仿射變換、相似變換、二次變換等幾何糾正功能。

仿射變換是GIS數(shù)據(jù)處理中使用最多的一種幾何糾正方法，其主要特性為：同時(shí)考慮到x和y方向上的變形，因此糾正后的坐標(biāo)數(shù)據(jù)在不同方向上的長度比將發(fā)生變化。

1．2投影轉(zhuǎn)換

????????當(dāng)系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)取自不同地圖投影的圖幅時(shí)，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。投影轉(zhuǎn)換的方法可采用：正解變換、反解變換、數(shù)值變換。

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§2 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和刪格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用原則：數(shù)據(jù)采集采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于保證空間實(shí)體的幾何精度和拓?fù)涮匦缘拿枋?；而空間分析則主要采用刪格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于加快系統(tǒng)數(shù)據(jù)的運(yùn)行速度和分析應(yīng)用的進(jìn)程。

2．1由矢量向刪格的轉(zhuǎn)換

由矢量向刪格的轉(zhuǎn)換的根本任務(wù)是通過一個(gè)有限的工作存儲(chǔ)區(qū)，使得矢量和刪格數(shù)據(jù)之間不可避免的讀寫操作，限制在最短的時(shí)間范圍內(nèi)。根據(jù)轉(zhuǎn)換處理時(shí)，基于弧段數(shù)據(jù)文件和多邊形數(shù)據(jù)文件的不同，分別采用不同的算法。

1、基于弧段數(shù)據(jù)的刪格化方法：其算法可分解為數(shù)據(jù)管理和轉(zhuǎn)換計(jì)算兩步。

2、基于多邊形數(shù)據(jù)的刪格化方法

2．2由刪格向矢量的轉(zhuǎn)換

由刪格向矢量的轉(zhuǎn)換的目的，是為了將刪格數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，通過矢量繪圖裝置輸出，或者為了數(shù)據(jù)壓縮的需要，將大量的面狀刪格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由少量數(shù)據(jù)表示的多邊形邊界，但是主要目的是為了能將自動(dòng)掃描儀獲取的刪格數(shù)據(jù)加入矢量形式的數(shù)據(jù)庫。轉(zhuǎn)換處理時(shí)，基于圖象數(shù)據(jù)文件和再生刪格數(shù)據(jù)文件的不同分別采用不同的算法。

1、 ???????基于圖象數(shù)據(jù)的矢量化方法：二值化；細(xì)化；跟蹤

2、 ???????基于再生刪格數(shù)據(jù)的矢量化方法

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§3 多源空間數(shù)據(jù)的融合

3．1遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合

常用方法具體表現(xiàn)為：遙感圖象與圖形的融合；遙感數(shù)據(jù)與DEM的融合；遙感圖象與地圖掃描圖象的融合

3．2不同格式數(shù)據(jù)的融合

????????主要有以下幾種方法：基于轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)融合；基于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合；基于公共接口的數(shù)據(jù)融合；基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合

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§4 空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合

4．1空間數(shù)據(jù)的壓縮

1、數(shù)據(jù)壓縮的意義

所謂數(shù)據(jù)壓縮，即從所取得的數(shù)據(jù)集合S中抽出一個(gè)子集A，這個(gè)子集作為一個(gè)新的信息源，在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好地逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。

2、 ???????曲線上點(diǎn)的壓縮

3、 ???????面域刪格數(shù)據(jù)的壓縮

4．3空間數(shù)據(jù)的綜合

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§5 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法

????????通過已知點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點(diǎn)或分區(qū)數(shù)據(jù)的方法就稱為空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插。

5．1點(diǎn)的內(nèi)插

點(diǎn)的內(nèi)插是研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象（例如地面高程等）的數(shù)值內(nèi)插方法。根據(jù)內(nèi)插精度不同分為精確和概略的兩類。一般需要經(jīng)過數(shù)據(jù)取樣、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)記錄三個(gè)過程。

1、數(shù)據(jù)取樣：數(shù)據(jù)點(diǎn)的選取和坐標(biāo)的確定

2、數(shù)據(jù)處理：以數(shù)據(jù)點(diǎn)作為控制基礎(chǔ)，用某一數(shù)學(xué)模型來模擬地表面，進(jìn)行內(nèi)插加密計(jì)算，確定三角網(wǎng)或格網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處的特征值。

3、數(shù)據(jù)記錄：將建立的節(jié)點(diǎn)特征值記錄于存儲(chǔ)器內(nèi)，以供分析應(yīng)用。

5．2區(qū)域的內(nèi)插

????????區(qū)域的內(nèi)插是研究根據(jù)一組分區(qū)的已知數(shù)據(jù)來推求同一地區(qū)另一組分區(qū)未知數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法。

1、疊置法

2、比重法：根據(jù)平滑密度函數(shù)的原理，將源區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從同質(zhì)性改變?yōu)榉峭|(zhì)性，而非同質(zhì)性代表著一般社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的普遍特點(diǎn)。

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§6 圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理

6．1識別和檢索相鄰圖幅的數(shù)據(jù)

6．2相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹配

6．3相同屬性多邊形公共界線的刪除

第四章 地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫

§1 ?空間數(shù)據(jù)庫概述

1．1空間數(shù)據(jù)庫的概念

完整的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)等三個(gè)部分組成。

1．2空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)問題，其實(shí)質(zhì)是將地理空間客體以一定的組織形式在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達(dá)的過程，也就是地理信息系統(tǒng)中空間客體數(shù)據(jù)的模型化問題。

1、空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程

2、空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

3、空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的原則、步驟和技術(shù)方法

1．3空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)和維護(hù)

1、空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)：根據(jù)空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果，在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建實(shí)際的空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，裝入空間數(shù)據(jù)，并測試和運(yùn)行。

2、相關(guān)的其他設(shè)計(jì)：包括加強(qiáng)空間數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制，以及保證一致性、可恢復(fù)性等。

3、空間數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行與維護(hù)

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§2 空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)——傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型主要指層次、網(wǎng)狀和關(guān)系三種模型。

2．1層次數(shù)據(jù)模型：描述了各類客體及客體類之間的聯(lián)系。

1、層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2、層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存?。簶浔闅v法；通用選擇法

2．2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型：以系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)

1、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的實(shí)現(xiàn)

3、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫的記錄存取

2．3關(guān)系數(shù)據(jù)模型

1、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的基本概念：關(guān)系；關(guān)鍵字；關(guān)系模式；關(guān)系數(shù)據(jù)庫；關(guān)系完整性

2、空間數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)模型的概念設(shè)計(jì)和邏輯設(shè)計(jì)

2．4三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的比較

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的不足之處：以記錄為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)不能很好地面向用戶和應(yīng)用；不能以自然的方式表示客體之間的聯(lián)系；語義貧乏；數(shù)據(jù)類型太少難以滿足應(yīng)用需要。

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§3 空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)——語義模型和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

3．1語義數(shù)據(jù)模型

語義數(shù)據(jù)模型的模型結(jié)構(gòu)是由若干種抽象所組成，用這些抽象來描述客體的基本語義特性，在根據(jù)語義模型結(jié)構(gòu)規(guī)則把這些抽象有機(jī)地組織起來。

最常用的語義模型之一是實(shí)體聯(lián)系模型（entity-relationship model,E-R模型）。

E-R模型具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，即接近人的思想，易于理解，同時(shí)又與計(jì)算機(jī)具體的實(shí)現(xiàn)無關(guān)，是一種很好的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)的方法。

3．2面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型。

1、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的基本概念：對象；消息；類

2、繼承及類之間的層次關(guān)系

3、功能重載和多態(tài)性

4、概括和聚集

5、空間數(shù)據(jù)庫對象模型

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§4 空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)

????????邏輯設(shè)計(jì)的目的是從概念模型導(dǎo)出特定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可以處理的數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)庫的模式和外模式），這些模式在功能、性能、完整性和一致性約束及數(shù)據(jù)庫可擴(kuò)充性等方面均應(yīng)滿足用戶提出的要求。

4．1空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的步驟和內(nèi)容：初始模式形成；子模式設(shè)計(jì)；模式評價(jià)；優(yōu)化模式

4．2E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換

4．3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)：導(dǎo)出初始關(guān)系模式；規(guī)范化處理；模式評價(jià)；優(yōu)化模式；形成數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)說明書：存儲(chǔ)記錄的格式設(shè)計(jì)；存儲(chǔ)方法設(shè)計(jì)；訪問方法設(shè)計(jì)；完整性和安全性考慮；應(yīng)用設(shè)計(jì)；形成物理設(shè)計(jì)說明書

4．4空間數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)

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§5 GIS空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫

5．1空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫概述

時(shí)空數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或數(shù)據(jù)處理技術(shù)，其內(nèi)容表現(xiàn)為以下三個(gè)主要方面：空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的表達(dá)；空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的更新；空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的查詢。

5．2時(shí)空一體化數(shù)據(jù)模型

1、時(shí)間片快照（time-slice snapshots）模型：用一系列狀態(tài)對應(yīng)的地理數(shù)據(jù)來反映地理想象的時(shí)空演化過程。

2、底圖疊加(base map with overly)模型：類似于地理底圖的修訂方式。

3、時(shí)空合成(space-time composites)模型：在底圖疊加模型的基礎(chǔ)上提出的，其設(shè)計(jì)思想是將每一次獨(dú)立的疊加操作轉(zhuǎn)換為一次性的合成疊加。

4、全信息對象模型：運(yùn)用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，將地理現(xiàn)象和過程的空間與屬性信息隨時(shí)間的變化封裝成由時(shí)態(tài)版本組成的對象。

第五章 空間分析的原理與方法

空間分析是地理信息系統(tǒng)科學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，也是評價(jià)一個(gè)地理信息系統(tǒng)功能的主要指標(biāo)之一。

空間分析的根本目的，在于通過對空間數(shù)據(jù)的深加工或分析，獲取新的信息。

空間分析的定義：是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它以地學(xué)原理為依托，通過分析算法，從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間形成、空間演變等信息。

§1 數(shù)字地面模型分析

數(shù)字地面模型（Digital Terrain Model，簡稱DTM）是定義于二維區(qū)域上的一個(gè)有限項(xiàng)的向量序列，它以離散分布的平面點(diǎn)來模擬連續(xù)分布的地形。

1．1地形因子的自動(dòng)提取

1、坡度計(jì)算

2、坡向分析

3、曲面面積計(jì)算

4、地表粗糙度計(jì)算

5、高程及變異分析

6、谷脊特征分析

7、日照強(qiáng)度分析

8、淹沒邊界的計(jì)算

1．2地表形態(tài)的自動(dòng)分類

1．3地學(xué)剖面的繪制和分析

§2 空間疊合分析

2．1空間疊合分析的概念

空間疊合分析（spatial overlay analysis）是指在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，每次將同一地區(qū)兩個(gè)地理對象的圖層進(jìn)行疊合，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應(yīng)關(guān)系。

1、點(diǎn)與多邊形疊合（point-in-polygon overlay）：實(shí)質(zhì)是點(diǎn)與面之間的包含分析

2、線與多邊形疊合(line-in-polygon overlay)

3、多邊形與多邊形疊合(polygon-on-polygon overlay)

2．2基于矢量數(shù)據(jù)的疊合分析

2．3基于刪格數(shù)據(jù)的疊合分析

1、點(diǎn)變換方法

2、區(qū)域變換方法

3、鄰域變換方法

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§3 空間緩沖區(qū)分析

3．1空間緩沖區(qū)分析的模型

空間緩沖區(qū)分析（spatial buffer analysis）是指根據(jù)分析對象的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立它們周圍一定距離的帶狀區(qū)，用以識別這些實(shí)體或主體對鄰近對象的輻射范圍或影響讀，以便為某項(xiàng)分析或決策提供依據(jù)。

3．2空間緩沖區(qū)分析的方法

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§4 空間網(wǎng)絡(luò)分析（spatial network analysis）

4．1網(wǎng)絡(luò)圖論的基本概念

4．2空間網(wǎng)絡(luò)的類型和構(gòu)成

類型：平面網(wǎng)絡(luò)（道路型、樹型、環(huán)網(wǎng)型和細(xì)胞型）和非平面網(wǎng)絡(luò)（交錯(cuò)型）

4．3空間網(wǎng)絡(luò)分析方法

1、路徑分析(path analysis)

2、定位—配置分析（location-allocation analysis）

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§5 空間統(tǒng)計(jì)分析

空間統(tǒng)計(jì)分析主要用于數(shù)據(jù)分類，而數(shù)據(jù)分類方法是任何地理信息系統(tǒng)重要的組成部分。

5．1變量篩選分析

常用方法：主成分分析法、主因子分析法和關(guān)鍵變量分析法

5．2變量聚類分析

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§6 空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢

6．1空間集合分析

空間集合分析是按照兩個(gè)邏輯子集給定的條件進(jìn)行邏輯運(yùn)算，其基本原理是布爾代數(shù)，他的運(yùn)算符號或算子包括AND、OR、XOR、NOT及其組合等，邏輯運(yùn)算的結(jié)果為“真”或“假”。

6．2空間數(shù)據(jù)的查詢

空間數(shù)據(jù)查詢定義為從數(shù)據(jù)庫中找出所有滿足屬性約束條件和空間約束條件的地理對象。

查詢方法：基于關(guān)系查詢語言擴(kuò)充的空間查詢方法、可視化空間查詢方法、基于自然語言的查詢方法、超文本查詢方法。

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