《地理信息系统原理》本科全册配套完整教学课件.pptx

本科全册本科全册配套完整教学课件配套完整教学课件 理解概念框架，理解概念框架，GIS组成和基本功能，掌握组成和基本功能，掌握GIS的数据处理流的数据处理流程（采集、编辑、组织、管理、分析、输出）；程（采集、编辑、组织、管理、分析、输出）；掌握常用掌握常用GIS软件的操作软件的操作 ，为，为GIS的开发应用打下理论基础；的开发应用打下理论基础；编号实验项目名称实验类型实验学时要求1空间要素的输入与编辑验证性2必开2属性表的编辑、维护、连接验证性2必开3栅格数据及其专题图生成验证性2必开4多边形叠合验证性2必开5最佳路径和最近设施分析验证性2必开6复杂地形中的选址综合性4必开7地图布局、输出验证性2必开实验（16学时）主要网站 http:/ http:/ http:/ http:/ http:/www.digitalearth.gov/ http:/ http:/ 导论导论学习目标：学习目标： 理解GIS的相关概念，说明GIS和相关学科的关系 掌握GIS的特点、类型与构成 了解GIS的基本功能和用途 了解GIS的发展概况 重点：GIS的基本概念、构成及功用地理信息系统导论地理信息系统导论第一节第一节 地理信息系统的产生地理信息系统的产生第二节第二节 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念第三节第三节 地理信息系统的特点和分类地理信息系统的特点和分类第四节第四节 地理信息系统的基本构成地理信息系统的基本构成第五节第五节 地理信息系统的功能简介地理信息系统的功能简介第六节第六节 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 第七节第七节 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展趋势 首先，引用几段话：第一节 地理信息系统的产生http:/ “当今世界，以信息技术为主要标志的科技进步日新月异”。 “科学技术的进一步发展，特别是信息技术和生命科学的不断突破，将对世界政治、经济、文化生活产生更加深刻的影响”。 “要进行一次以信息技术和生物工程为标志的科技革命”。http:/ “当代科技发展主要的趋势，是以信息技术革命为中心的当代科技革命正在全球蓬勃兴起，它标志着人类工业社会向信息社会跨越”。 “各学科、各技术领域相互渗透、交叉和融合”。 “学科分支已经从上个世纪初600多门，发展到现在6000多门”。例1 全国第二次土壤普查经过6万多农技人 员，历时16年完成；例2 浙江省土地利用现状调查，经过5000多 专业人员和10万乡、村干部，耗资5000 多万元，历时12年完成（人头费用均不 计）。例3 餐饮业管理信息系统；企业管理信息系统再看几个例子：结论： 没有现势性的资源环境数据就很难作出正确的合理利用规划。我们的实践已经证明：如果运用遥感与信息技术，人力、物力和财力都只要1/10，甚至1/10，而且能获取现势性资料。 信息革命的影响，要求地理学要顺应时代的要求，跟上时代的步伐，地理学要高度现代化。 计算机技术、自动化技术等的发展为GIS的形成奠定了坚实的基础。 计算机制图技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用；地理信息系统脱胎于地图，它们都是地理信息的载体，具有存贮、分析和显示地理信息的功能。海量资源信息，客观上需要GIS为之服务。 地理信息系统产生：由于社会的进步，人类开始觉悟到对于自然资源的利用，不能是简单的掠夺，而应当合理的管理利用，并且把开发和保护相结合。对自然资源应采取科学的管理，进行定量分析和预测，从而为宏观科学决策提供依据，这些为GIS的产生提供了应用基础。基于以上社会经济与技术发展的历史背景和原因，地理信息系统于60年代中期开始形成并逐渐发展起来。数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统基本概念信息的特点数据与信息的区别第二节第二节 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统数据数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。信息信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统(1)信息的客观性(2)信息的适用性(3)信息的传输性 (4)信息的共享性信息的特点：信息的特点：以一定的形式或格式在用以一定的形式或格式在用户间传输户间传输客观性客观性适用性适用性 传输性传输性共享性共享性正确和精确性正确和精确性信息能提供并发应用信息能提供并发应用经处理分析有价值经处理分析有价值数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统信息与数据信息与数据是不可分离的，数据是信息的表达，信息是数据的内涵。数据本身并没有意义数据只有对实体行为产生影响时才成为信息数据与信息的关系基本概念基本概念地理信息的特征地理信息的特征地图与地理信息的关系地图与地理信息的关系数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地理信息地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。地图地图是将地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化。 数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统基本概念(1)属于空间信息(2)具有多维结构的特征(3)时序特征十分明显数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地理信息的特征地理信息的特征空间性空间性专题性专题性（属性属性）动态性动态性（时间性）（时间性）信息与坐标位置联系在一起，信息与坐标位置联系在一起，使信息具有空间维（二维、三维）使信息具有空间维（二维、三维）随时间而动态变化随时间而动态变化（时间维）（时间维）地理信息具有专题属性地理信息具有专题属性（属性维）（属性维）分布性分布性 地理信息分布在不同区域地理信息分布在不同区域具有分布性具有分布性（网络）（网络）1. 地图是地理信息载体2. 地图是地理信息的传统数据源3. 地图是GIS的查询与分析 结果的表示方法数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地图与地理信息的关系基本概念基本概念地理信息系统的特征地理信息系统的特征（见第三节）（见第三节）地理系统与地理信息系地理系统与地理信息系统的关系统的关系数据与信息地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统 地理系统地理系统是一个多层次的巨系统，它具有多层次的结构和泛目标的功能，需要多学科的知识结构和多种形式技术体系的支持。地理系统是认识地理圈的事物、现象和发生发展过程，理解物质迁移与能量转换内外循环的规律，认识地理规律、掌握地理信息，以调控资源与环境为目的的逻辑思维过程。 数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统基本概念 地理信息系统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、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，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。 地理信息系统中“地理”的概念并非指地理学，而是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性数据以及以此为基础而演义出来的知识。 数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统基本概念用户界面用户界面系统和数据库管理系统和数据库管理产品生成产品生成产品输出产品输出空间数据处理空间数据处理空间数据分析空间数据分析数据输入数据输入数据库建立数据库建立组成信息系统的四大要素组成信息系统的四大要素 信息系统的三个管理层次信息系统的三个管理层次硬件硬件数据数据（知识）（知识）软件软件用户用户操作层操作层（底层）（底层）战术层（战术层（中间层）中间层）战略层战略层（上层）（上层）操作员操作员决定方向的决定方向的战略决策者战略决策者高中层的高中层的管理人员管理人员信息系统信息系统空间信息系统空间信息系统 GIS 地理信息系统地理信息系统 （Geographic Information System） GPS 全球定位系统全球定位系统 （Global positioning System） RS 遥感遥感 （Remote Sensing） EOS 地球观测系统地球观测系统 （Earth Observation System) DPS 数据摄影测量系统数据摄影测量系统 （Data Photogrammetric System) DE 数字地球数字地球 （Digital Earth ）3S5S数据与信息地理信息与地图地理信息与地图地理系统与地理系统与地理信息系统地理信息系统地理系统与地理信息系统的关系1. 地理信息系统的分类地理信息系统的分类第三节第三节 GIS的特点和分类的特点和分类地理信息系统的特点地理信息系统的特点1. 公共的地理定位基础 所有的地理要素，要按经纬度或者特有的坐标系统进行严格的空间定位，才能使具有时序性、多维性、区域性特征的空间要素进行复合和分解，将隐含其中的信息变为显示表达，形成空间和时间上连续分布的综合信息基础，支持空间问题的处理与决策。 2. 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力一、地理信息系统的特点3. 系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。 4. 以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生高层次的地理信息。 二、地理信息系统的分类2、从提供的性能角度看、从提供的性能角度看GIS分类分类 1）空间管理型）空间管理型GIS 大众型大众型 2）空间分析型）空间分析型GIS 传统型传统型 3）空间决策型）空间决策型GIS 决策型决策型3、从系统开发角度看、从系统开发角度看GIS的分类的分类 1）最终用户用）最终用户用GIS 2）专业人士用）专业人士用GIS 3）软件开发者）软件开发者/系统集成者用系统集成者用GIS4、从系统结构角度看、从系统结构角度看GIS的分类的分类 1）单机）单机GIS 2）网络）网络GIS5、从数据结构角度看、从数据结构角度看GIS的分类的分类 1）矢量数据结构）矢量数据结构GIS 2）栅格数据结构）栅格数据结构GIS 3）混合型数据结构）混合型数据结构GIS与其它系统的区别 GISGIS有别于有别于DBMSDBMS（数据库管理系统），（数据库管理系统），GISGIS具有以某种选定具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GISGIS是能对空间数据进行分析的是能对空间数据进行分析的DBMSDBMS，GISGIS必须包含必须包含DBMSDBMS。 GISGIS有别于有别于MISMIS（管理信息系统），（管理信息系统），GISGIS要对图形数据和属要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，性数据库共同管理、分析和应用，GISGIS的软硬件设备要复的软硬件设备要复杂、系统功能要强；杂、系统功能要强；MISMIS则只有属性数据库的管理，即使则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MISMIS不一定不一定就是就是GISGIS，MISMIS在概念上更接近在概念上更接近DBMSDBMS。GIS与其它系统的区别 GIS有别于地图数据库有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是信息，它只是GIS的一个数据源。的一个数据源。 GIS有别于有别于CAD系统系统，二者虽然都有参考系统，都能描述，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。更缺乏分析和判断能力。 GIS在信息系统中的位置信息系统非空间信息系统专题地理信息系统地理信息系统非地理信息系统管理信息系统综合地理信息系统CAD/CAM空间信息系统地籍GIS交通GIS资源与环境GIS规划与管理GIS数据模型矢量GIS栅格GIS矢-栅GIS研究范围全球GIS区域GIS研究内容第四节第四节 GISGIS的基本构成的基本构成数据输入数据输入数据存储数据存储信息输入信息输入系统操作系统操作系统支持系统支持地理分析地理分析硬件系统硬件系统地理数据地理数据软件系统软件系统输入设备输入设备存储设备存储设备输出设备输出设备计算机系统软件计算机系统软件GIS软件软件应用分析程序应用分析程序地地理理数数据据库库用户用户输入设备输入设备专用设备常规设备GPS全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统全站仪扫描仪数字化仪键盘、鼠标处理设备处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备输出设备绘图仪终端打印机一、一、GISGIS的硬件系统的硬件系统操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）标准软件（图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件用户界面GIS软件软件基础软件基础软件系统软件系统软件GIS二、二、GISGIS软件系统软件系统栅格结构矢量结构定位定位拓扑关系拓扑关系属性属性三、空间数据三、空间数据五、应用模型五、应用模型土地利用适宜性模型公园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Wherever Spatial Data Analysis is Needed Emergency Services Fire & Police Environmental Monitoring & Modeling Business Site Location, Delivery Systems Industry Transportation, Communication, Mining, Pipelines, Healthcare Government Local, State, Federal, Military Education Research, Teaching Tool, Administration城市土地利用信息系统电信资源管理铁路地理信息系统 公安警用地理信息系统属性查询查询专题图作战指挥地图切换医疗机构信息查询一、研究内容一、研究内容GIS基本理论基本理论技术系统技术系统应用方法应用方法第六节第六节 地理信息系统的研究内容地理信息系统的研究内容 概念、定义、内涵构成、特点、功能和任务理论体系发展历史及发展趋势GIS基本理论基本理论技术系统技术系统应用方法应用方法硬件配置数据结构与表示输入输出系统地理数据管理用户界面GIS工具软件研制GIS基本理论基本理论技术系统技术系统应用方法应用方法应用系统设计数据采集与校验专题分析模型3S结合地学专家系统主要GIS软件考古学考古学人文地理学人文地理学公共管理公共管理社会学社会学流行病学流行病学健康护理规划健康护理规划森林学森林学土壤科学土壤科学地貌学地貌学环境科学环境科学地质学地质学生态学生态学水文学水文学气象学气象学公共信息查询公共信息查询矿产开发矿产开发设施维护设施维护产业产业/商业商业市场市场旅游业旅游业资产管理资产管理计算机科学计算机科学制图学制图学可视化可视化符号学符号学测量测量遥感遥感照相测量法照相测量法数学数学数据库数据库计算机计算机图形学图形学统计学统计学地理地理 统计学统计学人工人工智能智能认知科学认知科学社会经济测量地形测量环境测量二二 相关学科相关学科GIS数学数学空间科学和空间科学和RS地理学及测量学地理学及测量学 软件工程及软件工程及项目管理项目管理数据库技术数据库技术计算机图形学计算机图形学人工智能人工智能数据结构数据结构网络技术网络技术计算机科学计算机科学从从 IT技术看技术看GIS的技术基础的技术基础计算机硬件技术计算机硬件技术GIS操作系统操作系统空间数据库技术空间数据库技术计算机图形技术计算机图形技术遥感图象处理技术遥感图象处理技术网络技术网络技术数据组织管理技术数据组织管理技术标标准准规规程程1.起步阶段（60年代），注重空间数据的地学处理。 1963年，加拿大测量学家R. T. Tomlinson首先提出GIS 这一术语，建立加拿大地理信息系统（CGIS）； 1969年，ESRI （环境系统研究所）建立； 1969年， Integraph公司建立。 2.发展阶段（70年代），注重空间地理信息的管理，受到 政府部门、商业公司和大学的普遍重视。 1978年，ERDAS成立。一、地理信息系统的发展概况一、地理信息系统的发展概况第七节第七节 GISGIS发展趋势发展趋势3.推广应用阶段（80年代），注重空间决策支持分析。 1981年，ESRI ARC/INFO GIS发布； 1985年，GPS成为可运行系统； 1986年，MapInfo建立； 1986年，SPOT卫星首次发射； 1987年，地理信息系统的国际杂志出版； 1988年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER； 1988年，GIS World 首次发行； 1989年，Ingegraph 发布MGE； 4.用户时代（90年代后）, 注重GIS社会应用与服务， GIS技术迅猛发展。 控件式GIS成为GISTools的发展方向; WebGIS蓬勃发展; 三维GIS崭露头角。5.国外主流GIS软件 ARC/INFO（ArcView、ArcObject、ArcIMS） GENAMAP MGE（Modular GIS Environment）（GeoMedia） MapInfo（Mapinfo Proserver、MapX、MapXtreme、 SpatialWare） ERDAS 二、我国二、我国GISGIS的发展的发展 1.准备阶段（70年代） 2.试验阶段（80年代） 3.全面发展阶段（90年代） 4.国产主流GIS软件 GeoStar MapGIS SuperMap CityStar(1)GIS与遥感和全球定位系统进一步结合，构成地理学 日趋完善的技术体系；(2) 空间数据结构与数据管理的研究更加深入；(3) GIS应用模型开发日趋加强；(4) GIS智能化；(5) GIS网络化；(6) 三维GIS的研究不断深入；(7) 宏观与微观应用进一步加强，并形成新的产业。三、地理信息系统的发展趋势三、地理信息系统的发展趋势佛山科学技术学院课程学习目标学习目标 理解地理空间的概念 掌握空间数据的描述方法 理解和掌握空间数据的拓扑关系 掌握栅格和矢量数据结构及其编码方法重点：重点：空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构的特点及其编码方法。 地理空间（Geographic Space）是指物质、能量、信息在形式与形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。地理空间的概念地理空间的概念 （1）点状分布特征）点状分布特征 如城镇、企事业单位、基地、气象站、山峰、如城镇、企事业单位、基地、气象站、山峰、火山口等。火山口等。 （2）线状分布特征）线状分布特征 河流、海岸线、铁路、公路、地下管线，行政河流、海岸线、铁路、公路、地下管线，行政边界等。边界等。 （3）面状分布特征）面状分布特征如土壤、森林、草原、沙漠、湖泊等，通常称如土壤、森林、草原、沙漠、湖泊等，通常称多边形。多边形。 （4）体状分布特征）体状分布特征如高层建筑、云体、山体、矿体等。如高层建筑、云体、山体、矿体等。 总之，空间现象十分复杂，为此将其抽象到空总之，空间现象十分复杂，为此将其抽象到空间对象（目标）来表达空间实体。间对象（目标）来表达空间实体。空间物体的几何类型空间物体的几何类型点实体 有位置，无宽度和长度； 抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置线实体 有长度，但无宽度和高度； 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 度量实体距离香港城市道路网分布面实体 具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图（不连续面）不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。连续变化曲面，如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化是连续的。空间对象：体有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑空间实体的表达空间实体的表达矢量表示法：采用一个没矢量表示法：采用一个没有大小的点（坐标）来表有大小的点（坐标）来表达基本点元素。达基本点元素。机怎样把这些矢量连接在一起形成椅子，隐式表示的数据为：椅子的属性一系列矢量连接关系栅格表示法：采用一个有栅格表示法：采用一个有固定大小的点（面元）来固定大小的点（面元）来表达基本点元素。表达基本点元素。而可以用颜色、符号、数字、灰度值来显示。则得到椅子的简单数据结构为：椅子的属性符号颜色像元x空间对象（实体）的地图表达空间对象（实体）的地图表达点：位置：（点：位置：（x，y） 属性：符号属性：符号线：位置：线：位置： (x1,y1),(x2,y2),(xn,yn) 属性：符号属性：符号形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸面：位置：面：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(,(x1,y1) ) 属性：符号变化属性：符号变化 等值线等值线 空间对象（实体）的遥感影像表达空间对象（实体）的遥感影像表达遥感传感器平台传感器空间对象的描述要素空间对象的描述要素q 编码：区别不同的实体，包括分类码和识编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类别码。分类 码码 表识空间对象的类别，而识别表识空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进行标识，是唯一的。码对每个空间对象进行标识，是唯一的。q 位置：坐标形式给出空间对象的空间位置位置：坐标形式给出空间对象的空间位置q 类型：空间对象所属的实体类型，或有那类型：空间对象所属的实体类型，或有那些实体组成些实体组成q 行为：空间对象所具备的行为和功能行为：空间对象所具备的行为和功能q 属性：空间对象所对应的非几何信息属性：空间对象所对应的非几何信息q 说明：实体数据来源、精度等说明：实体数据来源、精度等q 关系：与其他实体之间的关系关系：与其他实体之间的关系 空间实体空间实体 数据结构数据结构 图形数据图形数据编码编码 数据组织结果数据组织结果 属性数据属性数据 存入计算机存入计算机 空间数据的编码空间数据的编码数据编码的过程数据编码的过程 分析求解问题分析求解问题确定专业分类分级体系确定专业分类分级体系各种标准支持各种标准支持选择数据结构及编码方案选择数据结构及编码方案组织数据组织数据获取数据获取数据存入计算机存入计算机空间对象的层次分类编码空间对象的层次分类编码 分类对象的从属和层次关系 有明确的分类对象类别和严格的隶属关系高压711电线架715管线:7地下电力线与电缆72电力线71地下检修井74管线73低压712电杆713电塔714不依比例7142依比例7141空间对象的多源分类编码空间对象的多源分类编码河流特性分类与编码通航情况通航： 1不通航：2常年河：1时令河：2消失河：3 1 km： 1 2 km： 2 5 km： 3 10 km：5流水季节河流宽度河流长度河流深度 5 10 m ： 110 20 m： 220 30 m： 330 60 m： 460 120 m： 5120 300 m：6300 500 m：7500m： 8 50m： 6 按空间对象不同特性进行分类并进编码 代码之间没有隶属关系，反映对象特性 具有较大的信息量，有利于空间分析GIS空间数据来源空间数据来源 地图数据地图数据 ： 地图是地理信息的主要载体，同时也是地理地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要的信息源信息系统最重要的信息源 遥感数据：遥感数据： 各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）包含着及其丰富的地理内容片）包含着及其丰富的地理内容 地形数据：地形数据：等高线图的数字化，数字高程模型及实测地形等高线图的数字化，数字高程模型及实测地形数据数据 属性数据：属性数据： 各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等据、研究报告等 元数据：元数据： 数据来源、数据权属、数据产生时间、数据精度、数据来源、数据权属、数据产生时间、数据精度、数据分辨率、源数据比例尺、数据转换方法等数据分辨率、源数据比例尺、数据转换方法等元数据 “meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。 一般都认为元数据就是 “关于数据的数据”。 定义：定义：地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。 元数据的主要作用 帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档 提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络(clearing house)及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据 提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息 帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断 提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。 元数据的内容 对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明 对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等 对数据处理信息的说明，如量纲的转换等 数据转换方法的描述 对数据库的更新、集成方法等的说明 元数据的标准空间数据元数据的标准的建立是空间数据标准化的前提和保证。目前空间数据元数据已有一些区域性和部门性的标准。 目前几个空间数据元数据的标准为： 元数据标准名元数据标准名 建立元数据标准的机构建立元数据标准的机构CSDGM地球空间数据元数据内容标准地球空间数据元数据内容标准 FGDC 美国联邦空间数据委员会美国联邦空间数据委员会GDDD数据库描述方法数据库描述方法 MEGRIN欧洲地图事务组织欧洲地图事务组织CGSB空间数据库描述空间数据库描述 CSC加拿大标准委员会加拿大标准委员会CEN地学信息数据描述元数地学信息数据描述元数 CEN/ TC287DIF目录交换格式目录交换格式 NASAISO地理信息地理信息 ISO/TC211其中美国联邦空间数据委员会的元数据影响最大其中美国联邦空间数据委员会的元数据影响最大空间数据类型空间数据类型按表示对象的不同分：按表示对象的不同分：1. 类型数据：类型数据：居民点、交通线、土地类型居民点、交通线、土地类型分布等。分布等。2. 面域数据：面域数据：多边形中心点、行政区域界多边形中心点、行政区域界限和行政单元限和行政单元3. 网络数据：网络数据：道路交叉点、街道和街区等。道路交叉点、街道和街区等。4. 样本数据：样本数据：气象站、航线和野外样方的气象站、航线和野外样方的分布区等。分布区等。5. 曲面数据曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。高程点、等高线和等值区域。6. 文本数据：文本数据：如地名、河流名和区域名称。如地名、河流名和区域名称。7. 符号数据：符号数据：点状符号、线状符号和面状点状符号、线状符号和面状符号等。符号等。 按表达基本信息的不同分：按表达基本信息的不同分：1. 属性数据：属性数据：描述空间对象属性特征的数描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达质等，一般通过代码给予表达2. 几何数据：几何数据：描述空间对象空间特征的数描述空间对象空间特征的数据，也称位置数据、定位数据，一般用经据，也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达纬度、坐标表达3. 关系数据：关系数据：描述空间对象的空间关系的描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。拓扑关系表达。空间数据的基本特征空间数据的基本特征 空间特征空间特征 表示实体的空间位置或现在所处的地理表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征或几何特位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示。征，一般用坐标数据表示。 属性特征属性特征 表示实体的特征。如名称、分类、质量表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。特征和数量特征等。 时间特征时间特征 描述实体随时间的变化，其变化的周期描述实体随时间的变化，其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。的。空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系1、描述地理要素空间性的信息、描述地理要素空间性的信息 几何信息（理论基础是几何学几何信息（理论基础是几何学geometry) 用空间坐标的位置、方向、角度、距离、用空间坐标的位置、方向、角度、距离、面积等信息描述物体的几何形状和数量特面积等信息描述物体的几何形状和数量特征；征； 拓扑信息（理论基础是拓扑学拓扑信息（理论基础是拓扑学topology) 用几何关系的相连、相邻、包含等信息描用几何关系的相连、相邻、包含等信息描述物体元素之间的关系；述物体元素之间的关系；2、拓扑学中空间元素、拓扑学中空间元素拓扑学是几何学的一个分支，其基本元素：拓扑学是几何学的一个分支，其基本元素： 结点（结点（NODE）：）：弧段的交点。岛结点是特殊弧段的交点。岛结点是特殊结点。结点。 弧段（弧段（ARC）：）：相邻两结点之间的坐标链。岛相邻两结点之间的坐标链。岛边界弧段是特殊弧段。边界弧段是特殊弧段。 多边形（多边形（polygon）（图斑或面）（图斑或面）有限弧段组有限弧段组成的封闭区。成的封闭区。拓扑结构拓扑结构 ： 是明确定义空间结构关系的一种数是明确定义空间结构关系的一种数学方法。学方法。关系的性质可分为：关系的性质可分为：相邻、相连、相交、相离、相邻、相连、相交、相离、相重、包含等。相重、包含等。从拓扑角度看，几何形状不同的事物其拓扑关系可能相同从拓扑角度看，几何形状不同的事物其拓扑关系可能相同 a a a b c d e a - 1 0 0 1 b e b e b 1 - 1 0 1 c 0 1 - 1 0 c d c d 0 0 1 - 1 d e 1 1 0 1 - a b c d a b c d a - 1 0 1 a b c b 1 - 1 1 c 0 1 - 1 d d 1 1 1 - 点之间拓扑关系（邻接性）的描述点之间拓扑关系（邻接性）的描述面之间拓扑关系（邻接性）的描述面之间拓扑关系（邻接性）的描述3、空间数据的拓扑关系、空间数据的拓扑关系1）拓扑的关联性）拓扑的关联性 表示不同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系表示不同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系 多边形多边形 弧段号弧段号 弧段号弧段号 起点起点 终点终点 结点结点 弧段弧段 p1 a1 a5 a6 a1 N2 N1 N1 a1 a3 a5 P2 a2 a4 a6 a2 N2 N3 N2 a1 a2 a6 P3 a3 a4 a5 a3 N3 N1 N3 a2 a3 a4 p4 a7 a4 N3 N4 N4 a4 a5 a6 a5 N1 N4 N5 a7 a6 N4 N2 a7 N5 N5P1P2P3P4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N52）拓扑的邻接性和连通性）拓扑的邻接性和连通性 表示同类型元素（结点、弧段、表示同类型元素（结点、弧段、 多多 边形）之间的关系边形）之间的关系多边形之间的邻接性；多边形之间的邻接性； 弧段之间的邻接性；弧段之间的邻接性； 结点之间的连通性结点之间的连通性 p1 p2 p3 p4 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 N1 N2 N3 N4 N5 P1 1 1 0 a1 1 1 0 1 1 0 N1 1 1 1 0p2 1 1 1 a2 1 1 1 0 1 0 N2 1 1 1 0 p3 1 1 0 a3 1 1 1 1 0 0 N3 1 1 1 0p4 0 1 0 a4 0 1 1 1 1 0 N4 1 1 1 0 a5 1 0 1 1 1 0 N5 0 0 0 0 a6 1 1 0 1 1 0 a7 0 0 0 0 0 0 多边形邻接矩阵多边形邻接矩阵 弧段邻接矩阵弧段邻接矩阵 结点连通矩阵结点连通矩阵 P1P2P3P4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N53）拓扑的包含性）拓扑的包含性表示同不同级元素之间的拓扑关系表示同不同级元素之间的拓扑关系 面包含点面包含点 面包含线面包含线 线包含点线包含点 面的简单包含面的简单包含 面的多层包含面的多层包含 面的等价包含面的等价包含P1P2P1P2P3P1P2P3 4）拓扑关系表）拓扑关系表 关联性关联性 相邻（连）性相邻（连）性 相离性相离性 相交性相交性 包含性包含性 重合性重合性点与点点与点线与线线与线面与面面与面点与线点与线点与面点与面线与面线与面4、 小结小结拓扑关系拓扑关系：拓扑关系是指图形保持连续状态拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。常用的拓下变形，但图形关系不变的性质。常用的拓扑关系有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。扑关系有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。 拓扑邻接： 元素之间的拓扑关系。拓扑关联： 元素之间的拓扑关系。拓扑包含： 元素之间的拓扑关系。不不 同同 类类同同 类类同类不同级同类不同级N11256473P1P3P2P4N4N3N5N2拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3拓扑关联：N1/1、3 、6 ；P1/1、5 、6 拓扑包含：P3与P4空间数据的计算机表示空间数据的计算机表示1）GIS数据分层表示（P47)2）空间数据拓扑关系的表示结点集合结点集合结点名指 针第一个离开弧段 第一个到达弧段坐标N1 e3 e1 x1，y1 N2 e1 e2 x2，y2 N3 e2 e3 x3，y31256473P1P3P2P4N4N3N5N2N1顺时针第一弧段 逆时针第一弧段指 针属性 P1 e1 t1 P2 e2 e5 t2多边形名 P3 e3 e4 t31256473P1P3P2P4N4N3N5N2多边形集合多边形集合 P4 e7 t4N1弧段名e1 N2 N1 P1 P0 e6 e2 s1e2 N3 N2 e5 P2 P0 e4 e3 s2e3 N1 N3 e6 e4 P3 P0 e1 s3 e4 N4 N3 e5 e3 P2 P3 e2 e6 s4 始结点 终结点离开始结点的下一条弧段到达终结点的下一条弧段右多边形左多边形右多边形顺时针下一条弧段左多边形逆时针下一条弧段坐标串1256473P1P3P2P4N4N3N5N2弧段集合弧段集合N1XYijx1 y1x2 y2xi yixn yn 矢量数据结构矢量数据结构 矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。获取方法： (1) 手工数字化