科目代碼：950

一、考核要求

本《地理信息系統(tǒng)》考試大綱適用于西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)的碩士研究生入學(xué)考試。地理信息系統(tǒng)是一門處理空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化綜合性學(xué)科，是許多學(xué)科專業(yè)的基礎(chǔ)課程。要求考生對地理信息系統(tǒng)基本概念、空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)有較深入的理解，能夠系統(tǒng)地掌握空間數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、查詢、分析和應(yīng)用的基本內(nèi)容，了解地理信息系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)與方法，并具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力。

二、考核評價(jià)目標(biāo)

（一）地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)

1．理解并掌握地理信息系統(tǒng)的基本概念，了解地理信息系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)的區(qū)別。

2．熟悉地理信息系統(tǒng)的組成。

3．熟練掌握地理信息系統(tǒng)的基本功能，及其空間分析功能與應(yīng)用功能。

4．了解地理信息系統(tǒng)與地圖學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、遙感等相關(guān)學(xué)科的關(guān)系。

5．了解地理信息系統(tǒng)的發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢。

（二）地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

1．理解地理空間的概念，了解實(shí)際的固體地球表面與大地水準(zhǔn)面、地球橢球體模型之間的關(guān)系。

2．熟悉地理空間數(shù)據(jù)的分類，熟練掌握地理實(shí)體的矢量表示方法和柵格表示方法。

3．熟悉空間拓?fù)潢P(guān)系中的拓?fù)溧徑?、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)和拓?fù)浒汝P(guān)系。

4．掌握空間數(shù)據(jù)的時(shí)間特征、空間特征及屬性特征數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。

5．理解柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念及矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)；掌握游程編碼、四叉樹編碼方式，以及拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；熟練掌握多邊形和結(jié)點(diǎn)的拓?fù)渚庉嫛?/P>

6．了解矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)的輸入與編輯，熟悉空間數(shù)據(jù)的分類和編碼，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要素及其內(nèi)容；理解空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的來源。

7．掌握元數(shù)據(jù)的概念；理解元數(shù)據(jù)的目的、內(nèi)容和作用；了解空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的獲取與管理方法。

（三）空間數(shù)據(jù)處理

1．理解數(shù)字化數(shù)據(jù)與其它柵格數(shù)據(jù)的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；理解并掌握柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及其相互轉(zhuǎn)換。

2．理解并熟練掌握多源空間數(shù)據(jù)的融合并能夠綜合應(yīng)用；理解空間數(shù)據(jù)壓縮編碼的目的、意義；熟悉空間數(shù)據(jù)的綜合。

3．理解并熟練掌握空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法并能綜合應(yīng)用；熟練矢量、柵格數(shù)據(jù)鑲嵌方法及匹配處理。

4．比較熟悉層次數(shù)據(jù)庫模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型的特點(diǎn)；深入掌握面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特性，基本掌握其實(shí)現(xiàn)方式。

（四）空間分析原理與方法

1．理解并掌握空間信息模型的基本概念。

2．理解空間疊置分析的概念，熟練掌握基于矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的空間疊置分析與實(shí)現(xiàn)方法。

3．理解并掌握空間緩沖區(qū)分析的模型及緩沖區(qū)分析核心思路與實(shí)現(xiàn)方法；熟悉空間統(tǒng)計(jì)理論及實(shí)現(xiàn)方法。

4．了解網(wǎng)絡(luò)分析、空間自相關(guān)分析的內(nèi)容與方法。

5．深入理解并掌握數(shù)字地面模型的概念及其生成方法。

6．了解典型疊加模型的分析過程與方法；掌握空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢方法。

（五）地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型

1．掌握地理信息系統(tǒng)模型的分類和簡單地理信息系統(tǒng)模型的構(gòu)建過程。

2．理解并掌握適宜性模型、發(fā)展預(yù)測模型、位址選擇模型和地學(xué)模擬模型的基本思路和建模方法，并能靈活運(yùn)用。

3．熟悉利用地理空間數(shù)據(jù)與地理模型進(jìn)行簡單地理問題的模擬、預(yù)測與綜合分析。

（六）地理信息系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

1．掌握地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程；了解地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)開發(fā)的基本方式。

2．熟悉地理信息系統(tǒng)的主要應(yīng)用與更新；理解地理信息系統(tǒng)應(yīng)用模式。

3．掌握網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)(WebGIS)的概念與特點(diǎn)；了解分布式地理信息系統(tǒng)概念。

4．熟練掌握組件式地理信息系統(tǒng)(ComGIS)的概念與特點(diǎn)。

5．理解地理信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的含義及其主要內(nèi)容。

（七）地理信息科學(xué)與數(shù)字地球

1．掌握地理信息科學(xué)的基本概念及其主要研究內(nèi)容。

2．掌握數(shù)字地球的基本概念；了解數(shù)字地球產(chǎn)生的背景及核心技術(shù)。

3．了解“3S”（全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感）技術(shù)的基本概念及其主要應(yīng)用領(lǐng)域。

三、考核內(nèi)容

第一章地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)

第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的基本概念

1.地理信息

定義：地理信息是指與研究對象的空間地理分布有關(guān)的信息,它表示地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征，相互聯(lián)系和變化規(guī)律的圖、文、聲、像等的總稱。

特性：地域性；多維結(jié)構(gòu)；時(shí)序特征。

2.信息系統(tǒng)

為了有效對信息流進(jìn)行控制、組織管理，實(shí)現(xiàn)雙向傳遞，需要通過某種信息系統(tǒng)。它能對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、加工和再現(xiàn)，并能回答用戶一系列問題的系統(tǒng)，具有采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)的能力。由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素組成。

3.地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

4.地理信息系統(tǒng)特征

(1)具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力；

(2)以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有空間分析、多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測的能力；并能產(chǎn)生高層次的地理信息；

(3)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務(wù)。

第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的組成

1.硬件系統(tǒng)

2.計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

3.地理空間數(shù)據(jù)

4.系統(tǒng)管理人員

5.應(yīng)用模型

第三節(jié)地理信息系統(tǒng)的功能

1.基本功能

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)品制作與演示；二次開發(fā)和編程。

2.應(yīng)用功能

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。

第四節(jié)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展

1.與其他學(xué)科的關(guān)系

地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，明顯地體現(xiàn)出多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，這些交叉的學(xué)科包括地理學(xué)、地圖學(xué)、攝影測量學(xué)、遙感技術(shù)、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)，以及一切與處理和分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)的學(xué)科。目前數(shù)據(jù)庫技術(shù)（DBMS）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制圖（CAM）和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（ComputerGraphics）軟件包已被許多GIS研究者所采用，但這些系統(tǒng)不是為地理意義而設(shè)計(jì)的，無法取代GIS的作用。GIS正是這些相關(guān)學(xué)科與地理學(xué)相結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

2.地理信息系統(tǒng)的發(fā)展階段

地理信息系統(tǒng)的創(chuàng)立和發(fā)展是與地理空間信息的表示、處理、分析和應(yīng)用手段的不斷發(fā)展分不開的?？疾斓乩硇畔⑾到y(tǒng)的發(fā)展，可分為60年代的起始發(fā)展階段、70年代的鞏固階段和80年代的大發(fā)展階段。

3.地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

目前地理信息系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢集中在以下幾個(gè)方面：空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)管理；數(shù)據(jù)自動(dòng)輸入技術(shù)；GIS與遙感的進(jìn)一步結(jié)合；GIS的智能化；具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分布式系統(tǒng)；宏觀應(yīng)用和微觀應(yīng)用進(jìn)一步加強(qiáng)，并形成新的產(chǎn)業(yè)。

第二章空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

第一節(jié)地理空間及其表達(dá)

1.地理空間

定義：一般指上至大氣電離層，下至地殼與地幔交界的莫霍面之間的空間區(qū)域。其間是自然地理過程和生命及人類活動(dòng)最活躍的場所。

要在地理空間中準(zhǔn)確測定位置，需要采用一種空間定位框架來實(shí)現(xiàn)，也就是大地測量控制系統(tǒng)，包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。

2.空間實(shí)體表達(dá)

地理空間實(shí)體：包括點(diǎn)、線、面、曲面、體等多種類型。

空間實(shí)體表達(dá)：在計(jì)算機(jī)中，把現(xiàn)實(shí)世界中各種以圖形形式表達(dá)的空間實(shí)體通過數(shù)字的形式記錄和表現(xiàn)出來，以便更好地進(jìn)行計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理。

數(shù)據(jù)表達(dá)的關(guān)鍵：當(dāng)對空間實(shí)體進(jìn)行數(shù)據(jù)表達(dá)時(shí)，關(guān)鍵是如何表達(dá)空間的一個(gè)點(diǎn)，因?yàn)辄c(diǎn)是構(gòu)成地理空間實(shí)體的基本元素。

3.大地水準(zhǔn)面

假設(shè)一個(gè)與靜止的平均海水面重合并延伸到大陸內(nèi)部的包圍整個(gè)地球的封閉的重力位水準(zhǔn)面。

4.地球橢球體

就是將大地體繞短軸飛速旋轉(zhuǎn)所形成的一個(gè)表面光滑的，規(guī)則的地球形體。是對地球形體的描述，是為了測量成果的計(jì)算和測圖工作的需要而定義的。

第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征

1.地理空間數(shù)據(jù)分類(表1)

表1地理空間數(shù)據(jù)分類

按數(shù)據(jù)來源按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按數(shù)據(jù)特征按幾何特征按數(shù)據(jù)發(fā)布形式

地圖數(shù)據(jù)

影像數(shù)據(jù)

文本數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)

柵格數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)

非空間數(shù)據(jù)點(diǎn)

線

面、曲面

體數(shù)字線畫圖

數(shù)字柵格圖

數(shù)字高程模型

數(shù)字正射影像圖

2.地理空間數(shù)據(jù)基本特征

空間特征：指地理現(xiàn)象和過程所在的位置、形狀和大小等幾何特征，以及與相鄰地理現(xiàn)象和過程的空間關(guān)系，包括方位關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系、相鄰關(guān)系、相似關(guān)系等；

屬性特征：指地理現(xiàn)象和過程所具有的專屬性質(zhì)，通常包括名稱、數(shù)量、質(zhì)量、性質(zhì)等，稱為屬性數(shù)據(jù)；

時(shí)間特征：指一定區(qū)域內(nèi)的地理現(xiàn)象和過程隨著時(shí)間的變化情況，稱為時(shí)間數(shù)據(jù)。

3.地理空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系

拓?fù)潢P(guān)系類型

拓?fù)溧徑樱褐复嬖谟诳臻g圖形的相同類型元素之間的拓?fù)潢P(guān)系；

拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：指存在于不同類型空間元素之間的拓?fù)潢P(guān)系；

拓?fù)浒褐复嬖谟诳臻g圖形的相同類型但不同等級的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。

第三節(jié)地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型

1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

定義：是利用歐幾里得幾何學(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。

包括的內(nèi)容：實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

定義：指將空間分割成為有規(guī)則的網(wǎng)格，稱為柵格單元，在各個(gè)柵格單元上給出相應(yīng)的屬性值來表示地理實(shí)體的一種數(shù)據(jù)組織形式.

主要存儲(chǔ)類型：柵格矩陣結(jié)構(gòu)；游程（行程）編碼結(jié)構(gòu)。

3.矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

優(yōu)點(diǎn)：表示地理數(shù)據(jù)的精度較高；嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量小；用網(wǎng)絡(luò)連接法能完整地描述拓?fù)潢P(guān)系；圖形輸出精確美觀；圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新、綜合都能實(shí)現(xiàn)。

缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；矢量多邊形地圖或多邊形網(wǎng)很難用疊置方法與柵格圖進(jìn)行組合；顯示和繪圖費(fèi)用高，特別是高質(zhì)量繪圖、彩色繪圖和暈線圖等；數(shù)學(xué)模擬比較困難；技術(shù)復(fù)雜，多邊形內(nèi)的空間分析不容易實(shí)現(xiàn)。

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單；空間數(shù)據(jù)的疊置和組合十分容易方便；各類空間分析都很易于進(jìn)行；數(shù)學(xué)模擬方便；技術(shù)開發(fā)費(fèi)用低。

缺點(diǎn)：圖形數(shù)據(jù)量大；用大像元減少數(shù)據(jù)量時(shí)，可識別的現(xiàn)象結(jié)構(gòu)將損失大量信息；地圖輸出不精美；難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系；投影變換花的時(shí)間多。

4.游程編碼、四叉樹編碼方式

游程編碼：游程編碼是按行的順序存儲(chǔ)多邊形內(nèi)的各個(gè)像元的列號，即在某行上從左至右存儲(chǔ)屬該多邊形的始末像元的列號。游程長度編碼柵格加密時(shí)，數(shù)據(jù)量沒有明顯增加，壓縮效率較高，且易于檢索、疊加、合并等操作。這種編碼方法最適合于小型計(jì)算機(jī)，同時(shí)也減少了柵格數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)輸入量，但計(jì)算期間的處理和制圖輸出處理工作量都有所增加。

四叉樹編碼：四叉樹編碼又稱為四分樹、四元樹編碼。它是一種更有效地壓編數(shù)據(jù)的方法。它將2n×2n像元陣列的區(qū)域，逐步分解為包含單一類型的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)柵格像元。圖像區(qū)域劃分的原則是將區(qū)域分為大小相同的象限，而每一個(gè)象限又可根據(jù)一定規(guī)則判斷是否繼續(xù)等分為次一層的四個(gè)象限。其終止判據(jù)是，不管是哪一層上的象限，只要?jiǎng)澐值絻H代表一種地物或符合既定要求的幾種地物時(shí)，則不再繼續(xù)劃分否則一直分到單個(gè)柵格像元為止。

5.多邊形和結(jié)點(diǎn)的拓?fù)渚庉?/P>

例如，設(shè)需要對多邊形P1進(jìn)行編輯，其算法過程為：從下表所示的弧段文件中，檢出與當(dāng)前編輯的多邊形P1相關(guān)的所有記錄（表2）：

表2對多邊形P1進(jìn)行編輯的過程（1）

弧段號起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形

C1

C2

C3N1

N3

N1N2

N2

N3P2

P1

P1P1

P4

Ф

檢出的記錄中，計(jì)算機(jī)檢查當(dāng)前編輯的多邊形P1所處的位置：

如果P1位在左多邊形位置，將之與位于右多邊形位置的多邊形號相交換，同時(shí)也將該的結(jié)點(diǎn)號位置作相應(yīng)的交換；反之，如果當(dāng)前編輯的多邊形P1位于右多邊形位置，則該記錄的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)順序不作改變。按照上述規(guī)則，檢出的記錄變?yōu)橐韵滦问剑ū?）：

表3對多邊形P1進(jìn)行編輯的過程（2）

弧段號起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形

C1

C2

C3N1

N2

N3N2

N3

N1P2

P4

ФP1

P1

P1

從經(jīng)過代碼位置轉(zhuǎn)換的記錄中，任取一個(gè)起結(jié)點(diǎn)作為起點(diǎn)，順序連接各個(gè)結(jié)點(diǎn)，必要時(shí)可對記錄的前后順序作調(diào)整，使得連接的結(jié)點(diǎn)能自行封閉，如表4所示。

表4對多邊形P1進(jìn)行編輯的過程（3）

弧段號起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形

C1

C2

C3N1N2

N2N3

N3N1

P2

P4

ФP1

P1

P1

如果依照上述順序的結(jié)點(diǎn)不能自行閉合，或者出現(xiàn)記錄缺損或記錄多余等情況，則表示弧段文件有錯(cuò)，必須改正出錯(cuò)的記錄。直到所有多邊形都經(jīng)過編輯的改正，再轉(zhuǎn)入結(jié)點(diǎn)連接編輯。

第四節(jié)地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立

1.元數(shù)據(jù)

定義：元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)信息，它應(yīng)盡可能多地反映數(shù)據(jù)集自身的特征規(guī)律，以便于用戶對數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)確、高效與充分的開發(fā)與利用，不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫，其元數(shù)據(jù)的內(nèi)容會(huì)有很大差異。

作用：幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)、建立數(shù)據(jù)文檔，并保證即使其主要工作人員離退時(shí)，也不會(huì)失去對數(shù)據(jù)情況的了解；提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)銷售等方面的信息，便于用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)；幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能滿足其需求做出正確的判斷；提供有關(guān)信息，以便用戶處理和轉(zhuǎn)換有用的數(shù)據(jù)。

2.元數(shù)據(jù)的內(nèi)容

對數(shù)據(jù)集的描述；對數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)序代（數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史）等的說明；對數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述，如數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率、元數(shù)據(jù)的比例尺等；對數(shù)據(jù)處理信息的說明，如量綱的轉(zhuǎn)換等；對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述；

對數(shù)據(jù)庫的更新、集成等的說明。

第三章空間數(shù)據(jù)處理

第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的變換

1.幾何糾正

定義：幾何糾正是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差的糾正。

2.地圖投影

定義：地圖投影是利用一定的數(shù)學(xué)方法則把地球表面的經(jīng)、緯線轉(zhuǎn)換到平面上的理論和方法。

目的：研究解決曲面如何轉(zhuǎn)化到平面，進(jìn)一步分析如何解決地圖投影中始終存在的變形問題。

常用地圖投影：高斯-克呂格投影，墨卡托投影，UTM投影，蘭勃特投影。

3.地圖投影轉(zhuǎn)換

研究從一種地圖投影變?yōu)榱硪环N地圖投影的理論和方法。

第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換

1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

定義：通過記錄坐標(biāo)的方式，盡可能地將點(diǎn)、線、面地理實(shí)體表現(xiàn)得精確無誤。

特點(diǎn)：矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長度和大小。

2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

定義：柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際就是像元陣列，每個(gè)像元由行列確定它的位置。

特點(diǎn)：適合計(jì)算機(jī)處理。

3.由矢量向柵格轉(zhuǎn)換

定義：矢量格式向柵格格式轉(zhuǎn)換又稱為多邊形填充，就是在矢量表示的多邊形邊界內(nèi)部的所有柵格上賦予相應(yīng)的多邊形編號，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。

技術(shù)方法：點(diǎn)的柵格化；線的柵格化；面的柵格化。

4.由柵格向矢量轉(zhuǎn)換

目的：是為了將柵格數(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，將大量的面狀柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由少量數(shù)據(jù)表示的多邊形的邊界。更重要的是為了將自動(dòng)掃描儀獲取的柵格數(shù)據(jù)加入矢量形式的數(shù)據(jù)庫。

方法：基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法，柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法。

第三節(jié)多元空間數(shù)據(jù)的融合

1.不同遙感平臺(tái)和傳感器數(shù)據(jù)之間的融合

Landsat與SPOT數(shù)據(jù)的融合；SPOT與QuickBird的融合等。

2.遙感數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的融合

遙感影像與數(shù)字線畫圖（DLG）的融合：經(jīng)過正射糾正后的遙感影像，與數(shù)字線畫圖信息融合，可產(chǎn)生影像地圖。

遙感影像與數(shù)字地形模型（DEM）的融合：數(shù)字地形模型與遙感數(shù)據(jù)的融合有助于實(shí)現(xiàn)遙感影像的幾何校正與配準(zhǔn)，消除遙感影像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遙感影像的定位精度，同時(shí)數(shù)字地形可參與遙感影像的分類，改善分類精度。

遙感影像與數(shù)字柵格圖（DRG）的融合：將數(shù)字柵格地圖與遙感圖像配準(zhǔn)疊合，可以從遙感圖像中快速發(fā)現(xiàn)以變化的區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫的自動(dòng)/半自動(dòng)更新。

第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類

1.空間數(shù)據(jù)壓縮的目的與意義

目的：空間數(shù)據(jù)往往具有巨大的數(shù)據(jù)量，不采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)整個(gè)系統(tǒng)在存儲(chǔ)空間和處理時(shí)間上都將承受巨大的壓力。

意義：即從空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合中抽取一個(gè)子集，使這個(gè)子集在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好的逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。

2.空間數(shù)據(jù)編碼

矢量編碼方法：x，y坐標(biāo)方法；樹狀索引編碼法；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼方法

柵格編碼方法：鏈?zhǔn)骄幋a；游程長度編碼；塊式編碼；四叉樹編碼

第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法

1.點(diǎn)的內(nèi)插

用來建立具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象的數(shù)值方法。

方法：

分塊內(nèi)插發(fā)：線性內(nèi)插法，雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插發(fā)，二元樣條函數(shù)內(nèi)插發(fā)

逐點(diǎn)內(nèi)插發(fā)：移動(dòng)擬合法，加權(quán)平均法，克里金法

整體內(nèi)插發(fā)：N次多項(xiàng)式擬合法

2.區(qū)域的內(nèi)插

定義：根據(jù)一組多邊形分區(qū)的已知數(shù)據(jù)來推求同一地區(qū)另一組多邊形分區(qū)未知數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法。

方法：疊置法；比重法

第六節(jié)空間數(shù)據(jù)庫

1.層次數(shù)據(jù)庫模型

定義：層次數(shù)據(jù)模型表現(xiàn)為倒立的樹，用戶把層次數(shù)據(jù)庫理解為段的層次。一個(gè)段等價(jià)于一個(gè)文件系統(tǒng)的記錄型。在層次數(shù)據(jù)模型中，文件或記錄之間的聯(lián)系形成層次。換句話說，層次數(shù)據(jù)庫把記錄集合表示成倒立的樹結(jié)構(gòu)。

特點(diǎn)：有且只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)沒有雙親節(jié)點(diǎn)，除根節(jié)點(diǎn)外的其他節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親節(jié)點(diǎn)。

2.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模型

定義：網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型與層次模型類似，只是一個(gè)記錄可以有多個(gè)雙親。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型有三個(gè)基本概念，即記錄型、數(shù)據(jù)項(xiàng)（或字段）以及鏈接。此外，在網(wǎng)狀模型術(shù)語里，聯(lián)系被稱為系，一個(gè)系至少由兩個(gè)記錄型組成。第一個(gè)記錄型稱為主記錄，相當(dāng)于層次模型的雙親。第二個(gè)記錄型稱為成員記錄，相當(dāng)于層次模型的子女。主記錄和它的成員記錄之間的聯(lián)系用鏈接來標(biāo)識，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者給這個(gè)鏈接賦予系名。這個(gè)系名用來檢索和操縱數(shù)據(jù)。

特點(diǎn)：能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界，如一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)雙親。具有良好的性能，存取效率較高。

3.關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型

定義：關(guān)系數(shù)據(jù)模型用簡單的表代替復(fù)雜的樹和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來簡化數(shù)據(jù)庫的用戶視圖。

特點(diǎn)：簡單，結(jié)構(gòu)獨(dú)立性，易于設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)和使用，靈活和強(qiáng)大的查詢能力。

4.面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)

定義：由數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作組成。類是對多個(gè)對象共同特性的抽象概括。消息是對象之間通信的唯一方式，用來指示接受消息的對象執(zhí)行它的操作。方法是對象收到消息后應(yīng)采取的動(dòng)作系列的描述。

對象具有的特性：封裝性；繼承性；多態(tài)性等。

第四章空間分析原理與方法

第一節(jié)空間信息模型的基本概念

1.空間數(shù)據(jù)庫

空間數(shù)據(jù)庫主要是為GIS提供空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理方法。其主要有兩種方式：空間數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)管理和空間數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和管理。

2.模型

就是將系統(tǒng)的各個(gè)要素，通過適當(dāng)?shù)暮Y選，用一定的表現(xiàn)規(guī)則描寫出來的簡明的映象。模型通常表達(dá)了某個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展過程或發(fā)展結(jié)果。

第二節(jié)空間疊置分析

1.空間疊置分析的概念

空間疊置分析是指在相同的空間坐標(biāo)系統(tǒng)調(diào)價(jià)下，將同一地區(qū)兩個(gè)不同地理特征的空間和屬性數(shù)據(jù)重疊相加，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。

2.基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析

點(diǎn)與多邊形的疊合：點(diǎn)與多邊形的疊合是通過確定一個(gè)點(diǎn)狀空間特征中的點(diǎn)落在另一個(gè)多邊形空間特征中的哪一個(gè)多邊形內(nèi)，以便以每個(gè)點(diǎn)賦予新的多邊形屬性。

線與多邊形的疊合：現(xiàn)與多邊形的疊合是通過確定一個(gè)線狀空間特征中的線經(jīng)過另一個(gè)多邊形空間特征中的哪個(gè)多邊形，以便為線賦予新的多邊形屬性。

多邊形與多邊形的疊合：多邊形與多邊形的疊合是指將兩個(gè)不同的多邊形空間特征屬性相重疊，產(chǎn)生新的多邊形特征屬性，以解決地理變量的多準(zhǔn)則分析、區(qū)域多重屬性的分析、地理特征的動(dòng)態(tài)變化分析，以及圖符要素跟新、區(qū)域信息提取等。

3.柵格數(shù)據(jù)的疊合分析

特點(diǎn)：參與疊合分析的空間數(shù)據(jù)為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。柵格數(shù)據(jù)的疊合算法可以有多個(gè)空間特征數(shù)據(jù)參與分析，而不像矢量疊合分析只能在空間特征數(shù)據(jù)之間進(jìn)行。柵格疊合分析雖然占用存儲(chǔ)量比較大，但是運(yùn)算過程比較簡單。

條件：具備兩個(gè)或多個(gè)相同地區(qū)的相同行列數(shù)的柵格數(shù)據(jù)，柵格單元的大小也相同。

第三節(jié)空間緩沖區(qū)分析

1.空間緩沖區(qū)的類型

基于點(diǎn)特征的緩沖區(qū)是在點(diǎn)特征的周圍以點(diǎn)為圓心、按照設(shè)定的距離為半徑做的圓，相互靠近的圓可以相互重疊，以此表示點(diǎn)特征的影響范圍或服務(wù)區(qū)域。

基于線特征的緩沖區(qū)是按緩沖距離在線的兩側(cè)做平行線，在線的端點(diǎn)出做半圓與平行線連接成封閉的區(qū)域。相互靠近的緩沖區(qū)可以相互重疊。

基于面特征的緩沖區(qū)與線的緩沖區(qū)相似，可以在面的外部做緩沖區(qū)，也可以在面的內(nèi)部做緩沖區(qū)，同樣可以在內(nèi)外都生成緩沖區(qū)。

2.矢量緩沖區(qū)的建立

建立點(diǎn)狀實(shí)體的矢量緩沖區(qū)只需要以點(diǎn)狀實(shí)體為圓心，以緩沖區(qū)距離為半徑繪圓即可。線狀實(shí)體和面狀實(shí)體緩沖區(qū)的建立也是以現(xiàn)狀實(shí)體或面狀實(shí)體的邊線為參考線，做參考線的平行線，再考慮端點(diǎn)圓弧，即可建立緩沖區(qū)。

3.柵格緩沖區(qū)的建立

柵格緩沖區(qū)的生成可以通過兩個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)。首先是對需要做緩沖區(qū)的柵格單元做距離擴(kuò)散，及技術(shù)員其他柵格到需要做緩沖區(qū)的柵格的距離。然后按照設(shè)定的緩沖區(qū)距離提取符合要求的柵格單元。

第四節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

1.空間網(wǎng)絡(luò)分析

網(wǎng)路分析是通過模擬、分析網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)以及資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)和分配等，研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、流動(dòng)效率及網(wǎng)絡(luò)資源等的優(yōu)化問題的一種方法。

2.網(wǎng)絡(luò)組成和屬性

組成：站點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)；拐角點(diǎn)；中心；鏈；障礙。

屬性

(1)阻強(qiáng)：指資源在網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)中的而阻力大小。

(2)資源容量：指網(wǎng)絡(luò)中心為了滿足各鏈的需求，能夠容納或提供的資源總數(shù)量，也值從其他中心流向該中心流向其他中心的資源總量。

(3)資源需求量：指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中需提的線路、鏈、節(jié)點(diǎn)所能收集的或可以提供給某一中心的資源量。

第五節(jié)數(shù)字地面模型

1.數(shù)字地面模型

數(shù)字地面模型就是用數(shù)字化的形式表達(dá)的地形信息。

2.DEM的表示方法

(1)數(shù)學(xué)分塊法

數(shù)學(xué)方法擬合表面時(shí)需依靠連續(xù)的三維函數(shù)，連續(xù)的三維函數(shù)能以高平滑度表示復(fù)雜表面。局部擬合法是將復(fù)雜表面分成正方形像元，或面積大致相同的不規(guī)則形狀小塊，根據(jù)有限個(gè)離散點(diǎn)的高程，可得到擬合的DEM。盡管在小塊的邊緣，坡度不一定都是連續(xù)變化的，還是應(yīng)使用加權(quán)函數(shù)來保證小塊連接處的匹配，最近分段模擬已用于地下水、土壤特征或其它環(huán)境數(shù)據(jù)的表面內(nèi)插。

(2)圖形法

線模式：表示地形的最普通線模式是一系列描述高程曲線的等高線。

點(diǎn)模式：人工網(wǎng)絡(luò)法；立體像對分析；不規(guī)則三角網(wǎng)方法。

第五章地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型

第一節(jié)GIS應(yīng)用模型的概述

1.GIS應(yīng)用模型的分類

根據(jù)表達(dá)控件對象的不同可分為三類：一類是基于理化原理的理論模型，又稱為數(shù)學(xué)模型；一類是基于變量之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系或啟發(fā)式關(guān)系的模型，這類模型統(tǒng)稱為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，是通過理化統(tǒng)計(jì)方法和大量觀測試驗(yàn)建立的模型；另外一類是基于原理和經(jīng)驗(yàn)的混合模型，這類模型基于理論原理的確定性變量，也有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)加以確定的不確定性變量。

按照研究對象的瞬時(shí)狀態(tài)和發(fā)展過程，可將模型分為靜態(tài)、半靜態(tài)和動(dòng)態(tài)三類。

2.GIS應(yīng)用模型的構(gòu)建

應(yīng)用模型建模的步驟；應(yīng)用模型建模的途徑；應(yīng)用模型建模的方法——制圖建模。

第二節(jié)適宜性分析模型

1.模型概述

適宜性分析是指土地針對某種特定開發(fā)活動(dòng)的分析，這些開發(fā)活動(dòng)包括農(nóng)業(yè)應(yīng)用、城市化選址、作物類型布局、道路選線、選擇重新造林的最適宜的土地等。

2.應(yīng)用實(shí)例

評價(jià)對象；評價(jià)方法；評價(jià)過程。

第三節(jié)發(fā)展預(yù)測模型

1.一般介紹

發(fā)展預(yù)測是運(yùn)用已有的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)提供的手段，對事物進(jìn)行科學(xué)的數(shù)量分析，探索某一事物在今后的可能發(fā)展趨勢，并作出評價(jià)和估計(jì)，以調(diào)節(jié)、控制計(jì)劃或行動(dòng)。預(yù)測方法通常分為定性、定量、定時(shí)和概率預(yù)測。

2.應(yīng)用實(shí)例

評價(jià)對象；評價(jià)方法；評價(jià)過程。

第四節(jié)區(qū)位選擇模型

1.區(qū)位選擇

按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)通過空間分析方法，確定廠址、電站、管線或交通路線等的最佳區(qū)位或路徑。

2.建立區(qū)位選擇模型的階段：

可分為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段、因子研究和綜合影響的評價(jià)階段，以及選址分析階段。

第五節(jié)地球科學(xué)模擬模型

1.地球科學(xué)模擬模型

地球科學(xué)模擬模型是應(yīng)用計(jì)算機(jī)、數(shù)字模擬技術(shù)及綜合分析的方法來模擬許多地理過程和現(xiàn)象。

2.應(yīng)用實(shí)例：

以土壤侵蝕的模擬模型為例，首先，確定土壤侵蝕的數(shù)值分析模型；其次，設(shè)計(jì)土壤侵蝕數(shù)據(jù)處理流程；最后，土壤侵蝕圖的輸出。

第六章地理信息系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

第一節(jié)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是將系統(tǒng)分析階段提出的邏輯模型轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理型，其設(shè)計(jì)的內(nèi)容隨系統(tǒng)的目標(biāo)、數(shù)據(jù)的性質(zhì)和系統(tǒng)的不同而有很大的差異。首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)研制的目標(biāo)，確定系統(tǒng)必須具備的空間操作功能，稱為功能設(shè)計(jì)；其次是數(shù)據(jù)分類和編碼，完成空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，稱為數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)；最后是系統(tǒng)的建模和產(chǎn)品的輸出，稱為應(yīng)用設(shè)計(jì)。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程（圖1）

第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)分析

這一次來源于美國的蘭德公司，其基本思想是從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，通過對事物進(jìn)行分析與綜合，找出各種可行的方案，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

又稱邏輯設(shè)計(jì)，其任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)研制的目的來規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)模和確定系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，說明他們在整個(gè)系統(tǒng)中的作用和相互關(guān)系，以及確定系統(tǒng)的軟硬件配置，規(guī)定系統(tǒng)采用的技術(shù)規(guī)范，并做出經(jīng)費(fèi)預(yù)算和時(shí)間安排，以保證系統(tǒng)總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

包括：用戶需求；系統(tǒng)目標(biāo)；總體結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)配置；數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)；系統(tǒng)功能；經(jīng)費(fèi)和管理。

第三節(jié)地理信息系統(tǒng)的主要應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域：城市規(guī)劃、建設(shè)管理；農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃；大氣污染監(jiān)測管理；道路交通管理；地震災(zāi)害和損失估算；地貌研究；醫(yī)療衛(wèi)生；軍事應(yīng)用。

圖1地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

第四節(jié)網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)

1.WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）

定義：是在INTERNET信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享、交流協(xié)作基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)GIS的在線查詢和業(yè)務(wù)處理等功能，Web分布式交互操作是工作的重心。

特點(diǎn)：WebGIS的興起，反映了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的GIS要求，反映了信息的靜態(tài)存儲(chǔ)與動(dòng)態(tài)遷移的需要。無論是GIS的數(shù)據(jù)，還是GIS的功能，都存在這種靜態(tài)存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)遷移的需要。在便于管理、更新的服務(wù)端，可以提供GIS信息的管理和存儲(chǔ)，提供高效率的功能服務(wù)單元代碼的存儲(chǔ)，而用戶端不需要存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù)和功能，卻能通過WebGIS讓GIS數(shù)據(jù)和功能單元遷移到本地后自動(dòng)執(zhí)行。這是一種思想的進(jìn)步，也是技術(shù)文明的進(jìn)步。

2.分布式地理信息系統(tǒng)概念

指在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，以分布式計(jì)算的理論技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為應(yīng)用指導(dǎo)，用來設(shè)計(jì)地理信息系統(tǒng)中的時(shí)空數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理、分析、表現(xiàn)等運(yùn)算的理論計(jì)算模型。它是按照系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分布的特征和針對其中數(shù)據(jù)處理的計(jì)算特征而分類的，是描述系統(tǒng)級各功能模塊與數(shù)據(jù)之間的運(yùn)算關(guān)系的計(jì)算模型。其研究對象是網(wǎng)絡(luò)上分布存在的地理信息數(shù)據(jù)以及受其影響的數(shù)據(jù)和操作。目的是要解決網(wǎng)絡(luò)上地理信息系統(tǒng)中存在的數(shù)據(jù)異構(gòu)、數(shù)據(jù)共享、復(fù)雜運(yùn)算等問題，也是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的途徑和重要的計(jì)算模型。

3.ComGIS（組件式地理信息系統(tǒng)）

定義：構(gòu)件式軟件技術(shù)成為了當(dāng)今軟件技術(shù)的潮流之一，它的出現(xiàn)改變了以往封閉、復(fù)雜、難以維護(hù)的軟件開發(fā)模式。ComGIS便是順應(yīng)這一潮流的新一代地理信息系統(tǒng)，是面向?qū)ο蠹夹g(shù)和構(gòu)件式軟件技術(shù)在GIS軟件開發(fā)中的應(yīng)用。

特點(diǎn)：與語言無關(guān)性；二次開發(fā)性能強(qiáng)；開放性和可擴(kuò)展性；大眾化；低成本；分布式多數(shù)據(jù)源集成；可操作性。

第五節(jié)地理信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化

1.主要內(nèi)容：統(tǒng)一的名詞術(shù)語內(nèi)涵；統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集原則；統(tǒng)一的空間定位框架；統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)；統(tǒng)一的數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)；統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)；統(tǒng)一的數(shù)據(jù)記錄格式；統(tǒng)一的數(shù)據(jù)質(zhì)量含義。

2.地理信息系統(tǒng)的評價(jià)：系統(tǒng)效率；系統(tǒng)可靠性；可擴(kuò)展性；可移植性；系統(tǒng)效益；安全性。

第七章地球信息科學(xué)與數(shù)字地球

第一節(jié)地球信息科學(xué)

1.地理信息科學(xué)

地理信息科學(xué)是1992年Goodchild提出的，與地理信息系統(tǒng)相比，它更加側(cè)重于將地理信息視作為一門科學(xué)，而不僅僅是一個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，主要研究在應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對地理信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、提取以及管理和分析過程中提出的一系列基本問題，包括：

(1)分布式計(jì)算

(2)地理信息的認(rèn)知

(3)地理信息的互操作

(4)比例尺

(5)空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的未來

(6)地理數(shù)據(jù)的不確定性和基于GIS的分析

(7)GIS和社會(huì)

(8)地理信息系統(tǒng)在環(huán)境中的空間分析

(9)空間數(shù)據(jù)的獲取和集成等等

2.主要研究內(nèi)容

地球信息科學(xué)的本質(zhì)是從信息流的角度來揭示地球系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展及其演化規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境和社會(huì)的宏觀調(diào)控。

地球信息研究包括：地球信息的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、分類和表達(dá)；地球圈層間信息傳輸機(jī)制、物理過程及其增益和衰減以及信息流的形成機(jī)理；地球信息的空間認(rèn)識及其不確定性與可預(yù)見性；地球信息模擬物質(zhì)流、能量流和人流相互作用關(guān)系的時(shí)空轉(zhuǎn)換特征；地球信息的獲取和處理的應(yīng)用基礎(chǔ)理論等。

3.地球信息技術(shù)包括的內(nèi)容

(1)地球數(shù)據(jù)獲取技術(shù)

用以從外部世界獲得記錄地球性質(zhì)和狀態(tài)的地球數(shù)據(jù)。遙感、全球定位系統(tǒng)等地球數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)形成了覆蓋全球的監(jiān)測運(yùn)行系統(tǒng)，建立起多層次、立體的對地觀測系統(tǒng)（EOS,EarthObservationSystem），是快速獲取和更新地球數(shù)據(jù)的主要技術(shù)手段。

(2)地球信息模擬技術(shù)

用于將地球數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地球信息，包括地球空間信息的加工、再生以及獲得有關(guān)某一地球空間問題解決的目的、計(jì)劃和策略信息。

(3)地球信息傳播技術(shù)

用以實(shí)施空間數(shù)據(jù)的傳遞和信息的傳播。

第二節(jié)數(shù)字地球的概念及其產(chǎn)生的背景

1.基本概念

一個(gè)以地球坐標(biāo)為依據(jù)的、具有多分辨率的海量數(shù)據(jù)和多維顯示的地球虛擬系統(tǒng)。數(shù)字地球看成是“對地球的三維多分辨率表示、它能夠放入大量的地理數(shù)據(jù)”在接下來對數(shù)字地球的直觀實(shí)例解釋中可以發(fā)現(xiàn)，戈?duì)柕臄?shù)字地球?qū)W是關(guān)于整個(gè)地球、全方位的GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

2.產(chǎn)生的背景

圖2數(shù)字地球產(chǎn)生的背景

第三節(jié)數(shù)字地球核心技術(shù)

核心技術(shù)的主要內(nèi)容：高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的快速獲取技術(shù)；地球空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理；超媒體空間信息系統(tǒng)；地理信息的分布式計(jì)算；無比例尺數(shù)據(jù)庫；空間數(shù)據(jù)倉庫；空間數(shù)據(jù)融合(Fusion)；虛擬現(xiàn)實(shí)(VR,VirtualReality)技術(shù)；元數(shù)據(jù)（Metadata）。

第四節(jié)“3S”集成技術(shù)

1.“3S”基本概念

(1)遙感(RS)

通常是指通過某種傳感器裝置，在不與研究對象直接接觸的情況下，獲得其特征信息，并對這些信息進(jìn)行提取、加工、表達(dá)和應(yīng)用的一門科學(xué)技術(shù)。

(2)全球定位系統(tǒng)(GPS)

是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測量導(dǎo)航技術(shù)。

GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分——GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分——GPS信號接收機(jī)。

(3)地理信息系統(tǒng)（GIS）

是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

(4)3S系統(tǒng)

3S技術(shù)為科學(xué)研究、政府管理、社會(huì)生產(chǎn)提供了新一代的觀測手段、描述語言和思維工具。3S的結(jié)合應(yīng)用，取長補(bǔ)短，是一個(gè)自然的發(fā)展趨勢，三者之間的相互作用形成了“一個(gè)大腦，兩只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS進(jìn)行相應(yīng)的空間分析，以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進(jìn)行綜合集成，使之成為決策的科學(xué)依據(jù)。

2.主要應(yīng)用

(1)定位

主要在諸如旅游、探險(xiǎn)等需要室外動(dòng)態(tài)定位信息的活動(dòng)中使用。如果不與GIS集成，利用GPS接收機(jī)和紙質(zhì)地形圖，也可以實(shí)現(xiàn)空間定位；但是通過將GPS接收機(jī)連接在安裝GIS軟件和該地區(qū)空間數(shù)據(jù)的便攜式計(jì)算機(jī)上，可以方便地顯示GPS接收機(jī)所在位置并實(shí)時(shí)顯示其運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而可以利用GIS提供的空間檢索功能，得到定位點(diǎn)周圍的信息，從而實(shí)現(xiàn)決策支持。

(2)測量

主要應(yīng)用于土地管理、城市規(guī)劃等領(lǐng)域，利用GPS和GIS的集成，可以測量區(qū)域的面積或者路徑的長度。該過程類似于利用數(shù)字化儀進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，需要跟蹤多邊形邊界或路徑，采集抽樣后的頂點(diǎn)坐標(biāo)，并將坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過GIS記錄，然后計(jì)算相關(guān)的面積或長度數(shù)據(jù)。

在進(jìn)行GPS測量時(shí)，要注意以下一些問題，首先，要確定GPS的定位精度是否滿足測量的精度要求，如對宅基地的測量，精度需要達(dá)到厘米級，而要在野外測量一個(gè)較大區(qū)域的面積，米級甚至幾十米級的精度就可以滿足要求；其次，對不規(guī)則區(qū)域或者路徑的測量，需要確定采樣原則，采樣點(diǎn)選取的不同，會(huì)影響到最后的測量結(jié)果。

(3)監(jiān)控導(dǎo)航

用于車輛、船只的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，在接收到車輛、船只發(fā)回的位置數(shù)據(jù)后，監(jiān)控中心可以確定車船的運(yùn)行軌跡，進(jìn)而利用GIS空間分析工具，判斷其運(yùn)行是否正常，如是否偏離預(yù)定的路線，速度是否異常（靜止）等等，在出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)控中心可以提出相應(yīng)的處理措施，其中包括向車船發(fā)布導(dǎo)航指令。

參考書目：

1、地理信息系統(tǒng)教程，湯國安，劉學(xué)軍、閭國年等，高等教育出版社，2007。

2、地理信息系統(tǒng)概論（第三版），黃杏元，高等教育出版社，2010.

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