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第一章 导论
1、数据：通过数字化并记录下来的可以被识别的符号，用于定性或定量的描述事物的特征和状况。 包括数字、文字、符号、图形、图像、声音。
2、信息：向人们提供关于现实世界各种新的事实的知识。信息的基本特征：客观性、适用性、传输性、共享性
3、数据和信息的关系：两者在词义上的差别：数据是信息的表达，信息则是数据的内容； 数据是客观对象的表示，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息； 信息是当代社会发展的一项重要任务。
4、地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；
地理信息特征：属于空间信息，它具有空间定位特征、属性特征和时序特征。
5、地理信息系统：既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学，信息，科学，空间科学的应用基础学科，其技术系统由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，用以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。
6、地理信息系统与其他系统的区别：GIS 技术优势：在于空间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空间查询功能、强大的图形生成和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持能力等。
7、Gis分类：按研究内容分：专题GIS 综合GIS 按研究范围分：（1）全球性GIS；（2）区域性GIS 按使用的数据模型分：（1）矢量；（2）栅格；（3）混合型
8、地理信息系统的基本构成：系统硬件，系统软件，空间数据，应用人员和应用模型 一：系统硬件
（1）数据输入设备：数字化仪、扫描仪和数字测量设备等。
（2）数据处理设备：包括从服务器到图形工作站、微机等各种形式的计算机，可用作数据的处理、管理与计算。
（3）数据输出设备：绘图仪、打印机和高分辨率显示装置等。
二：系统软件按照功能可以分为：地理信息系统功能软件、基础支撑软件和操作系统软件等。 常用的GIS软件：ArcGIS、MapInfo、GeoStar、SurperMap、MapGIS等。
基础支撑软件：Oracle、SQL Server、Sybase、Informix、IBM DB2、MySQL等。 三：空间数据
由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。 地理数据：空间数据、属性数据、时态数据。 四：应用人员
包括系统开发人员和地理信息系统的最终用户。 五：应用模型
由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。例如：土地利用适宜性评价模型、选址模型、洪水预测模型、人口扩散模型、森林增长模型、水土流失模型等。
9.CAD、GIS区别：数据对象不同；功能不同
10.GIS基本构成： 五个组成部分基本功能（1）数据采集与编辑：地理要素转化坐标及属性代码输入计算机。（2）数据存储与管理：图属一体化存储与管理。 （3）数据处理和变换：数据变换、重构、抽取。（4）空间分析和统计：空间查询分析、叠合分析、缓冲区分析、数字地形分析、空间统计分析。（5）产品制作与显示：专题图、统计表、图像。（6）二次开发和编程：组件式开发
11、地理信息系统的应用功能:（了解）1.资源管理 2.区域规划 3.国土监测 4.辅助决策 5.定位服务 6.城市管理。
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12、我国国产主流GIS软件：GeoStar、MapGiS、SuperMap、CityStar
13.GIS应用领域介绍：地质灾害领域，天气预报，交通领域，旅 游，公共事业 ，建筑领域 ，三维仿真地图，虚拟城市，Google earth三维城市模型，虚拟战场，专用GIS（公众查询），车载3S集成系统，空间信息管理，虚 拟 规 划
第二章：地理信息系统的数据结构
1、地理空间：上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象；
2、地理空间定位框架——即大地测量控制系统，用以建立地球的几何模型来精确地测量地球上任意一点的坐标，包括平面位置和高度值。大地测量控制系统由平面控制网和高程控制网组成。大地测量控制信息的主要要素就是大地测量控制点。
3、目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，现在规定的高程起算基准面为1985国家高程基准
地理空间的实体包括点、线、面、曲面和体等多种类型。在计算机中，现实世界是以各种数字和字符形式来表达和记录的。
对现实世界的各类空间对象的表达有两种方法，分别称为矢量表示法（矢量数据模型）和栅格表示法（栅格数据模型）, 地理空间及其表达
大地测量控制系统：平面与高程控制系统 空间实体的表达：矢量表示和栅格表示
4、GIS空间数据的分类：1按数据来源：地图数据，影像数据，文本数据2按数据结构：矢量数据，栅格数据3按数据特征：空间数据，非空间属性数据 4按几何特征：点，线，面，曲面，体。5按数据发布形式：数字线划图DLG，数字栅格图DRG，数字高程模型DEM，数字正射影像图DOM。（4D产品） 5、GIS空间数据的基本特征:（1）空间特征：地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地理现象和过程的空间关系，包括方位关系、拓扑关系、相邻关系、相似关系等。空间位置可以通过坐标数据来描述，称为定位特征或定位数据；空间关系称为拓扑特征或拓扑数据。（2）属性特征：指地理现象和过程所具有的专属性质，通常包括名称、数量、质量、性质等，称为属性数据。（3）时间特征：指一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况，称为时态数据。
6、拓扑关系：拓扑关系是指网结构元素（结点、弧段、面域）间的邻接、包含、关联等关系即要素（图元）之间的连通性或相邻的关系。 7、拓扑关系的类型：（1）拓扑邻接：指存在于空间图形的相同类型元素之间的拓扑关系。 （2）拓扑关联：指存在于不同类型空间元素之间的拓扑关系。
（3）拓扑包含：指存在于空间图形的相同类型但不同等级的元素之间的拓扑关系。 8、空间拓扑关系的意义
拓扑关系在GIS的数据处理、空间分析以及数据库的查询与检索中，具有重要的意义。 （1）确定地理实体间的空间位置关系。
（2）利于空间要素的查询：某一湖泊邻接的土地类型都有哪些。
（3）重建地理实体：建立封闭多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的计算等。 9.空间数据的计算机表示
指通过利用确定的数据结构和数据模型来表达空间对象的空间位置、拓扑关系和属性信息。 即空间数据结构：矢量和栅格数据结构 空间数据表示的基本方法：（1）空间分幅（2）属性分层（3）时间分段 10. 数据结构：计算机中数据的组织形式
11、空间数据结构是一种用来表达空间数据的数据结构。
12、空间数据结构类型：1.矢量数据结构 2.栅格数据结构 3.曲面数据结构
矢量数据结构：是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组
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织方式。
矢量数据获取方法：1.外业数字化测图获得:如全站仪GPS、三维激光扫描仪等；2.扫描数字化方法获取；3.由数字摄影测量或遥感获得；4.栅格数据转成矢量数据。
矢量数据结构类型：实体数据结构（也称面条数据结构）拓扑数据结构
实体数据结构（面条结构）:空间数据按照基本的空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织，其中不含有拓扑关系的信息。
实体数据结构编码 优点：结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。缺点：
1、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形—数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。2、自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。3、岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。
拓扑数据结构：由节点、弧段、多边形来表示地理要素之间的空间分布及其关系的一种数据组织方式。 拓扑数据结构编码方法：DIME（对偶独立地图编码法）、POLYVRT（多边形转换器）、TIGER（参照系统的拓扑集成）等
第三节 空间数据结构的类型 1.拓扑数据结构特点：
点是相对独立的，点连成线，线构成面。每条线始于节点，止于终止节点，并与左右多边形相邻接。 构成多边形的线又称为弧段，两条以上的弧段相交的点称为节点，由一条弧段组成的多边形称为岛或洞，多边形图中不含岛的多边形称为简单多边形；含岛的多边形称为复合多边形。在复合多边形中包括有外边界和内边界，岛看做是复合多边形的内边界。 2. 拓扑数据结构编码文件：
弧段文件,弧段坐标文件,结点文件,多边形文件
3.弧段是数据结构的基本对象。弧段文件由弧段记录组成，每个弧段记录包括弧段标识码、起始节点、终止节点、左多边形和右多边形。
4.弧段坐标文件由弧段代码、弧段坐标序列串组成。
节点文件由节点记录组成，包括每个节点的节点标识码、节点坐标及与该节点连接的弧段标识码等。 多边形文件由多边形记录组成，包括多边形标识码、组成该多边形的弧段标识码以及相关属性等。 5.栅格数据结构：指将空间分割成各个规则的网格单元（象元），然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。
6.栅格数据结构特点：1、栅格数据结构中：空间位置用行和列标识。网格通常是正方形，有时也采用矩形等边三角形和正六边形；2、数据精度取决于网格的边长（分辨率）。栅格空间分辨率指一个象元在地面所代表的实际面积大小（一个正方形的面积）；3、网格边长缩小，分辨率越高，网格单元的数量将呈几何级数递增，存储空间也随之增大；4、与矢量数据结构相比，栅格数据结构表达地理要素比较直观，容易实现多层数据的叠合操作；5、网络分析比较困难，不适合比例尺变换，投影变换等。
7.栅格数据结构获取方法：(1) 手工网格法(2) 扫描数字化法(3) 分类影像输入法(4) 数据结构转换法 8. 栅格结构数据中混合像元的处理
方案一 面积占优法：以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码 百分比法：根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码 中心点法：用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码
重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码 方案二：缩小栅格单元的面积 9. 栅格数据结构类型：
(1)栅格矩阵结构。栅格矩阵结构是一种用矩阵来存储栅格数据单元的存储结构。
(2)游程（行程）编码结构。 游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度。
建立方法：将栅格矩阵的数据序列X1 X2? Xn，映射为相应的二元组序列（Ai,Pi），i＝1,?,K,且K≤n。
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A为属性值，P为游程，i为游程序号。
(3)链码。链码：由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的8个基本方向之一表示。8个基本方向自0°开始按逆时针方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。
(4)块码。块码 ：采用方形区域作为记录单元，数据编码由始位置行列号加上半径，再加上记录单元的代码组成。
(5)四叉树编码结构。四叉树编码法：将空间区域按照四个象限进行递归分割n次，每次分割形成2n×2n个子象限，直到子象限中的属性数值都相同为止，该子象限就不再分割。 建立四叉树的两种方法 自上而下（逐层细分）：先检测全区域，值不相同时即四叉分割，直到最小栅格或数值都相同为止。 自下而上（逐层集化）：先检测0、1、2、3单元，若4个单元值相同，则合并；反之，作为4个叶节点记录。然后是4、5、6、7单元，依此逐层向上，直到最后生成根节点。 四叉树存储方法
常规四叉树：每个节点存储6个量，即4个子节点指针、1个父节点指针和1个节点值。见书P57 线性四叉树：每个节点存储3个量，即莫顿码、深度和节点值。见书P57 四叉树编码法有如下优点：
容易而有效地计算多边形的数量特征。
阵列各部分的分辩率随区域的复杂程度而改变，边界复杂部分四叉树较高即分级多，分辩率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辩率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量。 和栅格数据结构转换容易。
多边形中嵌套异类小多边形的表示方便。 (6)八叉树编码结构。
八叉树结构是从四叉树结构直接发展而来的，其原理是将空间区域不断地分解为八个同样大小的子区域（即将一个六面的立方体分解为八个同样大小的小立方体），分解的次数越多，子区域就越小，一直到同一区域的属性单一为止。 10.编码结构比较
直接栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）；
链码：压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难； 游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用；
块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。 11. 矢量与栅格数据结构的比较 1.便于面向现象(土壤类、土地利用1.数据结构复杂； 单元等)； 2.软件与硬件的技术要求比矢量数2.数据结构紧凑、冗余度低； 较高； 据结构 3.有利于网络分析； 3.多边形叠合等分析比较困4.图形显示质量好、精度高。 难； 4.显示与绘图成本比较高。 1.数据结构简单； 1.图形数据量大； 2.空间分析和地理现象的模拟均比2.投影转换比较困难； 栅格数较容易； 3.栅格地图的图形质量相对据结构 3.有利于与遥感数据的匹配应用和较低； 分析； 4.现象识别的效果不如矢量4.输出方法快速，成本比较低廉。 方法。
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