《GIS原理与方法》【中国地质大学（武汉）信息工程学院】

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1、GIS原理与方法中国地质大学(武汉)信息工程学院GIS原理与方法1绪论2空间数据结构3地理信息系统的地理数学基础4地理信息系统数据输入5地理信息系统的数据处理6空间数据管理9空间分析10数字高程模型14地理信息系统的发展趋势1绪论1.1地理信息系统的基本概念1.2地理信息系统发展过程1.3地理信息系统与其它相关学科系统间的关系1.4地理信息系统组成1.5地理信息系统功能和应用1.6地理信息系统与数字地球1.1地理信息系统的基本概念地理信息系统（GIS）是在计算机软硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并回答用户问题等为主要任

2、务的技术系统。1.2地理信息系统发展过程（１）起始发展阶段(60年代)（２）发展巩固阶段(70年代)（３）推广应用阶段(80年代)（４）蓬勃发展阶段(90年代以后)1.3地理信息系统与其它相关学科系统间的关系GIS与地图学GIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础最终产品之一也是地图GIS是地图学理论、方法与功能的延伸地图学强调图形信息传输GIS则强调空间数据处理与分析GIS与一般事务数据库数据库技术具有很好的管理,分析和处理数据的功能数据库技术是GIS的主要支撑技术之一GIS属性数据库部分相当于一般数据库GIS数据库比一般数据库结构要复杂得多GIS与计算机地图制图计算机

3、地图制图系统强调的是图形表示GIS既注重实体的空间分布又强调它们的显示方法,可综合图形和属性的数据进行深层次的空间分析数字地图是GIS的数据源，也是GIS表达形式GIS与计算机辅助设计(CAD)共同点:都有空间坐标都能把目标和参考系统联系起来都能描述图形数据的拓扑关系都能处理非图形属性数据区别:CAD处理的多为规则几何图形及其组合;它的图形功能尤其是三维图形功能极强;属性库功能相对要弱;采用的一般是几何坐标系GIS处理的多为自然目标，因而图形处理的难度大;GIS的属性库内容结构复杂，功能强大;图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征;GIS采用的多是大地坐标，必须有较

4、强的多层次空间叠置分析功能;GIS的数据量大，数据输入方式多样化;所用的数据分析方法具有专业化特征目前,GIS与CAD仍有不同的侧重和特长,但它们主流技术之间的融合仍在不断扩展之中1.4地理信息系统组成（１）数据输入和检验（２）数据存储和管理（３）数据变换（４）数据输出和表示（５）用户接口数据变换1.5地理信息系统功能和应用（１）数据采集与输入（２）数据编缉与更新（３）数据存贮与管理（４）空间查询与分析（５）数据显示与输出1.6地理信息系统与数字地球数字地球的概念和提出的背景数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识，其核心思想是用数字化手段统一地处理地

5、球问题和最大限度地利用信息资源数字地球的特点多源、多比例尺、多分辨率数据无缝集成的网络信息系统面向全社会公众开放的网络信息系统虚拟现实技术支持下多维网络信息系统数字地球需要的支撑技术与数字地球框架计算科学海量存储卫星图像宽带网络互操作元数据数字地球的应用和意义2空间数据结构2.1栅格数据结构2.2矢量数据结构2.3地理数据的显式和隐式表示2.4矢量与栅格数据结构的比较2.1栅格数据结构2.1.1栅格数据基本概念2.1.2栅格数据层的概念2.1.3栅格数据取值方法2.1.4栅格数据存储编码2.1.1栅格数据基本概念将工作区域的平面表象按一定分解力作行和列的规则划分，形成许多格

6、网，每个网格单元称为象素。根据所表示实体的表象信息差异，各象元可用不同的“灰度值”来表示。若每个象元规定N比特，则其灰度值范围可在0到2N—1之间；把白～灰色～黑的连续变化量化成8比特（bit），其灰度值范围就允许在0～255之间，共256级；若每个象元只规定1比特，则灰度值仅为0和1，这就是所谓二值图像，0代表背景。栅格数据结构实际上就是象元阵列，即象元按矩阵形式的集合，栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。2.1.2栅格数据层的概念在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物体的属性用象元的

7、取值表示，每个象元在一个网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面称为层。2.1.3栅格数据取值方法中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心点对应的面域属性值来确定。长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线（水平或垂直）的大部分长度所对应的面域的属性值来确定。面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元中占据最大面积的属性值重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值，如稀有金属矿产区，其所