GIS等级考试知识集锦

1、地理信息:是指表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形的总称。包括空间位置、属性特征及时间特征三部分。
2、地理信息系统:是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
3、GIS研究内容：

(1) 输入：大多数的地理数据是从地图输入GIS ,常用的方法是数字化和扫描。
(2）存储：GIS中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类,。大多数的GIS 系统中采用了分层技术，即根据地图的某些特征,把它分成若干层，整张地图是所有层叠加的结果。
(3）地理数据的操作和分析：GIS 中对数据的操作提供了对地理数据有效管理的手段。对图形数据(点、线、面) 和属性数据的增加、删除、修改等基本操作大多可借鉴CAD和通用数据库中的成熟技术。

4、输出：将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是GIS 问题求解过程的最后一道工序。输出形式通常有两种:在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出。
5、GIS系统一般包括以下5个部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
1）GIS硬件配置：1、计算机主机 2、数据输入设备：数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等3、数据存贮设备：光盘刻录机、磁带机、移动硬盘、磁盘阵列等； 4、数据输出设备：笔式绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。
2）GIS软件按功能可分为以下几类：

(1）数据输入：将系统外部的原始数据(多种来源、多种形式的信息)传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为便于系统处理的内部格式的过程。如将各种已存在的地图、遥感图象数字化，或者通过通讯或读磁盘、磁带的方式录入遥感数据和其他系统已存在的数据，还包括以适当的方式录入各种统计数据、野外调查数据和仪器记录的数据。
数据输入方式与使用的设备密切相关，常有三种形式：
①手扶跟踪数字化仪的矢量跟踪数字化。它是通过人工选点或跟踪线段进行数字化，主要输入有关图形点、线、面的位置坐标。
②扫描数字化仪的光栅扫描数字化，主要输入有关图像的网格数据。
③键盘输入，主要输入有关图像、图形的属性数据(即代码、符号)，在属性数据输入之前，须对其进行编码。
(2）数据存贮与管理：数据存储和数据库管理涉及地理元素（表示地表物体的点、线、面）的位置、连接关系及属性数据如何构造和组织等。用于组织数据库的计算机系统称为数据库管理系统（DBMS）。空间数据库的操作包括数据格式的选择和转换、数据的连接、查询、提取等。
(3）数据分析与处理：指对单幅或多幅图件及其属性数据进行分析运算和指标量测，在这种操作中，以一幅或多幅图作为输入，而分析计算结果则以一幅或多幅新生成的图件表示，在空间定位上仍与输入的图件一致，故可称为函数转换、空间函数转换可分为基于点或象元的空间函数，如基于象元的算术运算、逻辑运算或繁类分析等；基于区域、图斑或图例单位的空间函数，如叠加分类、区域形状量测等；基于邻域的空间函数．如象元连通性、扩散、最短路径搜索等。量测包括对面积、长度、体积、空间方位、空间变化等指标的计算。函数转换还包括错误改正、格式变性和预处理。
(4）数据输出与表示模块：输出与表示是指将地理信息系统内的原始数据或经过系统分析、转换、重新组织的数据以某种用户可以理解的方式提交给用户如以地图、表格、数字或曲线的形式表示于某种介质上，或采用CRT（Cathode Ray Tub）显示器、胶片拷贝、点阵打印机、笔式绘图仪等输出，也可以将结果数据记录于磁存贮介质设备或通过通讯线路传输到用户的其他计算机系统。
(5）用户接口模块：该模块用于接收用户的指令、程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。系统通过菜单方式或解释命令方式接收用户的输入。由于地理信息系统功能复杂，且用户又往往为非计算机专业人员，用户界面是地理信息系统应用的重要组成部分，它通过菜单技术、用户询问语言的设置，还可采用人工智能的自然语言处理技术与图形界面等技术，提供多窗口和鼠标选择菜单等控制功能，为用户发出操作指令提供方便。该模块还随时向用户提供系统运行信息和系统操作帮助信息，这就使地理信息系统成为人机交互的开放式系统。

3）空间数据：

1、某个已知坐标系中的位置。
2、实体间的空间相关性。
3、与几何位置无关的属性。

应用人员：GIS应用人员包括系统开发人员和GIS技术的最终用户，他们的业务素质和专业知识是GIS工程及其应用成败的关键。
GIS的发展：

1、地理信息系统的开拓期（60年代）
2、地理信息系统的巩固发展期（70年代）
3、地理信息系统技术大发展时期（80年代）
4、地理信息系统的应用普及时代（90年代）

地图强调的是数据分析、符号化与显示，而地理信息系统则注重于信息分析。
GPS在GIS中的应用常常分为两种情况：一是直接用GPS技术对GIS的空间数据作实时更新和采集；二是把GPS接收机的实时差分定位技术与GIS的电子地图相结合，组合成各种电子导航系统
GIS软件类型和分类：
1、实用型地理信息系统或者称为面向项目的信息系统。
2 工具型地理信息系统或者称为面向管理的地理信息系统。
GIS应用领域：
但GIS 的应用已经涵盖了国土、地矿、环保、城建、能源、国防、军事、航天等应用领域，而在与普通大众息息相关的公共设施管理、道路交通、电力供应、资源管理、城市规划、政府决策、大众服务等方面更发挥着越来越大的作用。
GIS发展状况：
2008年我国地理信息产业产值已达到500亿元，地理信息产业从业人员超过30万，相关企事业单位超过１万家，从事GIS教育的院校和相关单位有200所，每年毕业的学生近万人。我国已经形成了从大型基础平台软件到各类应用软件的全系列地理信息系统软件产品。
困难和挑战：
1）数据采集的依赖，
在遥感数据方面，我国目前使用的卫星遥感数据90%以上来自美国、法国、加拿大等国家。
2）大众化应用依然处于初级阶段
3）企业规模较小，企业与企业之间缺少交流，没有形成协作氛围。
知名软件：
美国环境研究所（ESRI）的ArcGIS、MIS公司的MapInfo。
中地公司的MapGIS、吉奥公司的GeoStar和超图公司的SuperMAP。
MapInfo：是1986年美国纽约州Troy市新成立的一家地理信息系统专业软件公司开发定位的桌面地图系统，地图可视化方面拥有全球较大量的用户群。MapInfo是一个界于CAD与GIS之间的系统，主要功能偏向于桌面可视化与数据管理，缺乏GIS拓扑分析与管理能力，而且图形处理能力稍差。
MapInfo软件 MapInfo主要功能：计算机地图制图－输入、编辑、输出，接受和输出其它图形系统的数据（DXF格式）。
ArcGIS是美国环境系统研究所（ESRI公司）开发具有代表性的产品，ESRI公司成立于1969年。产品将近四十年历史，功能强大，产品在国际影响较大、产品在世界上占有较强的份额。
ArcGIS按组织机构部署配置需求分为：ArcView、ArcEditor、 ArcInfo、ArcSDE、 ArcIMS和ArcGIS Server。ArcGIS主要功能有：创建、管理、集成、分析、显示和传播空间数据和地理处理服务。还具有强大的可视化、编辑、分析和数据管理功能，使ArcGIS软件家族成为GIS软件的领先者。
标准化：
国际地理信息标准化工作大体可分为两部分。一是以已经发布实施的信息技术（IT）标准为基础，直接引用或者经过修编采用；二是研制地理空间数据标准，包括数据定义、数据描述、数据处理等方面的标准。
元数据可以从以下七个方面对空间数据进行描述：

（1．1）标识(Indentification)：包括数据名称，开发者，数据描述的区域，专题，现势性，对数据使用的限制等；
（1．2）数据质量(Data Quality)：数据质量的定义，数据精度，完整性，一致性，产生该数据的原始数据以及处理过程；
（1．3）空间数据组织(Spatial Data Organization)：数字编码的空间数据组织方式，空间实体的数目，除空间坐标外其他的属性；
（1．4）空间参照(Spatial Reference)：数据采用的地图投影，存储格式（矢量还是栅格），水平与垂直的地球参照系，从一种坐标系统转换到另一种坐标系统的方法；
（1．5）实体和属性信息(Entity & Attribute Information)：数据中包括的地理信息，信息的编码方式，编码的意义描述；
（1．6）分发(Distribution)：如何得到数据，数据的格式，存储介质，价格等等；
（1．7）元数据参考信息(Metadata Reference)：该数据何时完成，由谁完成等信息。

基础知识：
一坐标系统
1、地面点的平面位置根据实际情况，可以选用地理坐标、平面直角坐标、高斯平面直角、地心坐标等系统表示。
地理坐标就是用经纬度表示地面点位的球面坐标。
地心坐标系是以参考椭圆体为根据的坐标系，是以地球质心为坐标原点的三维坐标系。WGS-84世界大地坐标系就是一种地心坐标系。
2000国家大地坐标系参数：
·原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心
·三个坐标轴的指向：Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。采用广义相对论意义下的尺度。
·地球椭球的4个基本参数定义：2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：

长半轴 a＝6378137m 扁率 f=1/298.257222101
地心引力常数 GM＝3.986004418×1014m3s-2

自转角速度 ω＝7.292l15×10-5rad s-1 2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8—10年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000国家大地坐标系。
2、地图比例尺：地图上沿某方向的微分线段和地面上相应微分线段水平长度之比。
比例尺有多种表示方法，如：数字比例尺，文字比例尺，直线比例尺等，我们最常见的是数字比例尺，数字比例尺是指用阿拉伯数字形式表示的比例尺。
我国基本比例尺地形图有1：1万、1：2.5万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万和1：100万七种。
作用：比例尺赋予了地图可量测计算的性质，为地图使用者提供了明确的空间尺度概念。比例尺还隐含着对地图精度和详细程度的描述。
分幅标准：我国1∶100万地形图分幅是采用国际标准分幅的经差6°、纬差4°为一幅图。
以百万分之一地图为基础直接划分。一幅百万分之一地形图划分四幅1：50万地形图，每幅为经差3o，纬差2o；一幅百万分之一地图划分为16幅1：25万地形图，每幅为经差1o，纬差40’；一幅百万分之一地图划分144幅1:10万地形图，每幅为经差30’，纬差20’。
每幅大于1：10万比例尺的地形图，则以1：10万图为基础进行逐级划分，一幅1：10万地形图划分四幅1：5万地形图；一幅1：5万地形图划分为四幅1：2.5万地形图。在1：10万图的基础上划分为64幅1：1万地形图；一幅1：1万地形图又划分为4幅1：5000地形图。
对于1：5000以上的大比例尺地形图，大多按纵横坐标格网线进行等间距分幅，即采用矩形分幅方法。

1）我国的旧标准编号也是采用国际标准。从赤道起向北或向南至纬度88°止，按纬差每4°划作22个横列，依次用A、B、„„、V表示；从经度180°起向东按经差每6°划作一纵行，全球共划分为60纵行，依次用1、2、„„、60表示。
每幅图的编号由该图幅所在的“列号——行号”组成，一般来讲，把列数的字母写在前，行数的数字写在后，中间用一条短横线连接。例如，北京某地的经度为116°26′08″、纬度为39°55′20″，所在1∶100万地形图的编号为J-50。
2) 我国1∶100万比例尺地形图的新标准编号
1∶100万图幅的编号，由图幅所在的“行号列号”组成。与国际编号基本相同，除了去除行号与列号之间的短横线，改为连写外，没有任何变化。如北京所在1∶100万地形图的图号由J-50改写为J50。
3）1∶50万、1∶25万、1∶10万比例尺地形图的旧标准编号
这三种例尺地形图都是在1∶100万地形图的旧标准编号的基础上进行分幅编号的。一幅1∶100万的图可划分出为4幅1∶50万的图，分别以代码A、B、C、D表示。将1∶100万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，例1∶50万图幅的编号为J-50-A。
一幅1∶100万的图可划分出16幅1∶25万的图，分别用[1]、[2]、……、[16]代码表示。将1∶100万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，例1∶25万图幅的编号为J-50-[1]。
一幅1∶100万的图，可划分出144幅1∶10万的图，分别用1、2、„„、144代码表示。将1∶100万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，例1∶10万图幅的编号为J-50-1。
4）1：5万、1：2.5万、1：1万地形图的旧标准编号
以1：10万地形图的编号为基础，将一幅1：10万地图划分四幅1：5万地图，分别用甲、乙、丙、丁表示，其编号是在1：10万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-32-甲。再将一幅1：5万地图划分四幅1：2.5万地形图，分别用1、2、3、4表示，其编号是在1：5万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-32-甲-1。
1：1万地形图的编号，是以一幅1：10万地形图划分为64幅1：1万地形图，分别以带括号的（1）—（64）表示，其编号是在1：10万图号后加上1：1万地图的序号，如J-50-32-（10）。一幅1：1万地形图划分为4幅1：5000地形图，分别用小写拉丁字母a、b、c、d表示，其编号是在1：1万图号后加上它本身的序号，如J-50-32-（10）-a。
5）1∶50万至1∶5000图幅的新标准编号
各大中比例尺地形图的图号均由五个元素10位码构成。从左向右，第一元素1位码，为1：100万图幅行号字符码；第二元素2位码，为1：100万图幅列号数字码；第三元素1位码，为编号地形图相应比例尺的字符代码；第四元素3位码，为编号地形图图幅行号数字码；第五元素3位码，为编号地形图图幅列号数字码；各元素均连写，没有横线隔开。例如：J50B001001。

（三）地图投影：
地图投影，就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转化到平面上，使地理点的地理坐标（φ，λ）与地图上相对应的平面坐标（x，y）或者极坐标（δ，ρ）间，建立一一对应的函数关系。
（一）按构成方法分类：

1、几何投影：这种投影方法是把椭球面上的经纬线网投影到几何面上，然后将几何面展为平面而得到。（1）
圆柱投影：以圆柱面作为投影面，使圆柱面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆柱面上，然后将圆柱面展为平面而成。（2）
方位投影：以平面作为投影面，使平面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到平面上而成。（3）
圆锥投影：以圆锥面作为投影面，使圆锥面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆锥面上，然后将圆锥面展为平面而成。
2、非几何投影：不借助几何面，根据某些条件用数学解析法确定球面与平面之间点与点的函数关系。

（二）按变形性质分类：

（1）等角投影：角度变形为零。同一方向长度比相同。
定义为任何点上二微分线段组成的角度投影前后保持不变，亦即投影应的微分面积保持图形相似，故可称为正形投影。

（2）等积投影：面积变形为零。
定义为某一微分面积投影前后保持相等，亦即其面积比为1，即在投影平面上任意一块面积与椭球面上相应的面积相等，即面积变形等于零。

（3）等距投影：
在任意投影上，长度、面积和角度都有变形，它既不等角又不等积。但是在任意投影中，有一种比较常见的等距投影，定义为沿某一特定方向的距离，投影前后保持不变，即沿着该特定方向长度比为1。
投影选择的影响因素：选择制图投影时，主要要考虑以下因素：制图区域的范围、形状和地理位置，地图的用途、出版方式及其他特殊要求等，其中制图区域的范围、形状和地理位置是主要因素

高斯克吕格投影：
根据地图投影的分类和用途，有多种投影方式。不同的国家、不同的区域甚至同一区域不同用途的地图，它所采用的投影方式就不相同。我国现行地图中，常采用的投影方式有高斯克吕格投影、墨卡托投影、兰伯特投影，省区图多采用墨卡托投影，1：100万的地形图多采用兰伯特投影， 1:1万至1:50万的地形图多采用高斯－克吕格投影。
高斯－克吕格投影概念：我们假想用一个圆柱体横套在地球椭球体上，并使圆柱体与椭球体的某一经线相切，圆柱体的中心轴位于赤道上，按等角条件将地球椭球体表面投影到圆柱体上，然后将圆柱体展开成平面。高斯克吕格投影的中央经线和赤道为互相垂直的直线，其他经线均为凹向并对称于中央经线的曲线，其他纬线均为以赤道为对称轴的向两极弯曲的曲线，经纬线成直角相交。
高斯－克吕格投影的特征

（1）中央经线和地球赤道投影成为直线，且为投影的对称轴；
（2）是等角投影，经线和纬线投影后仍正交。
（3）中央经线上没有长度变形，而在其它经线上，纬度越低，变形越大，赤道处最大；
（4）变形特征：在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；在同一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快。在6度带范围内，长度最大变形不超过0.14%。

投影带的划分：
我国常采用6°分带法和3°分带法。我国规定1：1万、1：2.5万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万比例尺地形图，均采用高斯克吕格投影。1：2.5万至1：50万的地形图，采用经差6°分带方案，全球共分为60个投影带；我国位于东经72°到136°间，共含11个投影带；大于或等于1:1万地图采用经差3°分带法。
空间数据库：空间数据库是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合。
空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：

1）数据量特别大，地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往很大。
2）不仅有地理要素的属性数据（与一般数据库中的数据性质相似），还有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。
3）数据应用广泛，例如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等。

数据结构：
数据结构即数据组织的形式，是适合于计算机存贮、管理、处理的数据逻辑结构。换句话说，是指数据以什么形式在计算机中存贮和处理。
在地理信息系统的空间数据结构中，有栅格结构和矢量结构两种方式。栅格结构的编码方式主要有直接栅格编码、链码、游程长度编码、块码、四叉树码等；矢量结构主要有坐标序列编码、树状索引编码和二元拓扑编码等编码方法。空间数据结构的选择对 GIS 的设计和建立起着非常关键的作用。
空间数据类型：根据空间数据的特征，可以把空间数据归纳为三类：1)属性数据 2)几何数据 3)关系数据。此外，还有元数据，它是描述数据的数据。
栅格结构的显著特点是：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标给出。这种结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观。栅格结构表示的地表是不连续的，是量化和近似离散的数据。在栅格结构中，地表被分成相互邻接、规则排列的矩形方块(特殊的情况下也可以是三角形或菱形、六边形等)，每个地块与一个栅格单元相对应。
栅格数据的获取方式：遥感影像、矢量数据的转换、手工采集、扫面数据。
栅格系统的确定：栅格系统的确定包括栅格坐标系的确定和栅格单元尺寸的确定。
1、栅格坐标系的确定坐标系的确定实质是坐标系原点和坐标轴的确定。栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。
2、栅格单元的尺寸栅格单元的尺寸确定的原则是应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大，按分辨率的平方指数增加，计算机成本就越高，处理速度越慢。具体可采用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸的方法。
栅格单元代码（属性值）的方式的确定：中心点法，面积占优法，重要性法，长度占优法。
矢量数据结构：
地理信息系统中另一种最常见的图形数据结构为矢量结构，即通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积
的精确定义。
1）矢量数据结构编码的基本内容：

1、点实体 点实体包括由单独一对x，y 坐标定位的一切地理或制图实体。在矢量数据结构中，除点实体的x，y 坐标外还应存储其它一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、制图符号和显示要求等。
2、 线实体
可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对以上的x，y
坐标定义。最简单的线实体只存储它的起止点坐标、属性、显示符等有关数据。其中唯一标识是系统排列序号。线标识码可以标识线的类型；起始点和终止点可以用点号或直接用坐标表示；显示信息是显示线的文本或符号等；与线相联的非几何属性可以直接存储于线文件中，也可单独存储，而由标识码联接查找。
3、面实体
多边形(有时称为区域)数据是描述地理空间信息的最重要的一类数据。在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等；具有标量属性的有时也用等值线描述(如地形、降雨量等)。多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作，由于要表达的信息十分丰富，基于多边形的运算多而复杂，因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多。

2）矢量数据结构编码的方式
矢量数据结构的编码形式，按照其功能和方法可分为：实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式。

1、实体式
实体式数据结构是指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化。
但这种方法也有以下明显缺点： (1)相邻多边形的公共边界要数字化两遍，造成数据冗余存储，可能导致输出的公共边界出现间隙或重叠；
(2)缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系； (3)岛只作为一个单个图形，没有建立与外界多边形的联系。

2、索引式
索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，具体方法是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。

栅格数据和矢量数据比较：
栅格数据

数据存储量大

空间位置精度低

不易实现拓扑和网络分析

输出速度快，但绘图粗糙、不美观

便于面状数据处理

数错误！未指定文件名。构简单

快速获取大量数据

图形运算简单、低效

多种地图叠合分析方便

能直接处理数字图像信息

空间分析易于进行

与遥感影像格式一致或接近

技术开发费用低

矢量数据

数据存储量小

空间位置精度高

容易实行拓扑和网络分析

输出简单容易，绘图细腻、精确、美观

可对图形及属性进行检索、更新和综合

数据结构复杂，获取数据慢

图形运算复杂、高效

多种地图叠合分析困难

不能直接处理数字图像信息

空间分析不容易实现

与遥感影像格式不一致

数据输出的费用较高

GIS数据：空间数据和属性数据。三个基本特征：空间特征、属性特征、时间特征。
GIS数据来源：遥感影像、航空摄影测量数据、野外数据(GPS数据、全站仪数据)、原图数据（1、数字化仪数字化、扫描仪数字化、）。
空间数据的分类：1)属性数据 2)几何数据 3)关系数据。此外，还有元数据，它是描述数据的数据。
数据结构即数据组织的形式，是适合于计算机存贮、管理、处理的数据逻辑结构。空间数据结构是空间数据在计算机中的具体组织方式，主要以矢量数据结构和栅格数据结构两种形式存储。
空间数据不同阶段的误差来源、质量控制及评价

1）误差来源 GIS数据的误差来源主要有采集（包含录入过程）、处理、使用这三个环节。
2）提高空间数据质量的方法：

(1）尽可能使用可靠的数据源；
(2）数据的预处理，包括对原始地图、表格数据的整理或者清绘；
(3）提高数字化操作人员的专业素养，可以通过增强操作人员的工作责任心来尽量减少误差；
(4）选用精度高的数字化设备；
(5）数据精度检查，主要检查输出图与原始图的点位误差；
(6）人工检查，对于数字化的地图数据，应打印输出样图来与原始资料进行比较检查，属于属性数据，最好是通过人工逐一比较检查。

3）空间数据的质量评价：数据精度，逻辑一致性、数据完整性、数据现势性
数据的规范化和标准化包括以下几个部分：

统一的地理基础
地理基础是地理信息数据表达格式与规范的重要组成部分。主要包括统一的地图投影系统、统一的地理坐标系统及统一的地理编码系统。

统一的分类编码原则数据交换格式标准：数据交换格式标准是规定数据交换时采用的数据记录格式，主要用于不同系统之间的数据交换。

标准的数据采集技术规程。 GIS数据输入：通常在GIS中用到的图形数据类型有：各种地图、航天航空像片、遥感数据和点采样数据。

野外数据的输入 GPS 数据输入可以直接读入文本数据；全站仪数据输入利用测图软件系统直接接收及内存导入等方法。

原图数据输入数据输入：地理数据如何有效地输入到地理信息系统中是一项琐碎、费时、代价昂贵的任务，大多数的地理数据是从纸质地图输入，GIS.常用的方法是数字化处理。
数字化的方法有两种：数字化仪数字化；扫描数字化。

数字化仪数字化是通过数字化输入子系统将底图资料数字化。采用方法是通过数字化仪由人工手扶游标跟踪，将底图转化为图形数据。
扫描仪数字化的作用是将底图资料通过扫描仪上扫描后，计算机获得栅格图形数据，再通过矢量化系统将栅格数据转换成矢量数据。扫描矢量化提供了矢量跟踪导向功能，一般扫描矢量化软件都提供了交互式手动、半自动、全自动矢量化方式供用户选择。

1）矢量化操作步骤如下：

（1）图纸扫描
配置好扫描仪和计算机的连接之后就可以扫描图纸了，扫描的结果文件最好保存为无压缩的 tiff 格式，分辨率最好不低于300dpi，并且图像底边尽量保持水平。注意：如果扫描图像效果不好，宁可重新扫描，不可将就来校正和矢量化。
（2）栅格图像校正包括：非标准图幅与标准图幅校正的校正。

非标准图幅校正方法（影像对影像校正与图框对影像校正）：影像对影像的校正：影像对影像的校正可以解决多幅影像拼接问题。处理方法是选择好要镶嵌的两幅影像，通过手工选取两幅影像图中相对应的控制点，至少必须添加 3 个控制点对。添加完控制点后，点击预览查看影像匹配后的效果。
图框对影像的校正：
矢量图框校正图像方法与图像校正图像的方法基本相同。矢量图框对影像的校正可以解决非标准比例尺图框对影像图校正套合与多幅影像拼接问题。处理方法是添加影像图及矢量图框，通过手工选取相对应的控制点，至少必须添加 4 个控制点对。添加了控制点后，点击校正预览。

标准图幅校正
标准图幅的校正是通过读入图幅号信息，系统自动计算公里格网交点作为控制点文件。再根据图幅控制点文件逐一校正图像文件中的各个控制点。校正完毕后得到 GeoTiff 文件，GeoTiff 是包含地理信息（坐标等信息）的一种 tiff 的格式文件。此时可将校正后的栅格数据与标准图幅矢量图框叠加显示。（3）读图分层
要素类分层的意义：图形矢量化以前，首先认真读图，对整个图形主要结构要有一个了解，然后根据一定的目的和分类指标，对底图上的图形要素进行分类。譬如，可按地理要素或地质要素分类，也可以按几何特征分类，或按用途与特征结合分类等。每一类作为一个图层（要素类），对每一个图层赋一个图层名（要素类名）。对底图资料充分了解后，就可以拟一个矢量化工作提纲。它包括总的图层数，每一层的命名，每个数据文件的命名，工作的先后顺序，工作进度等等。添加图层：栅格数据集层，添加要素类图层及注记类图层，这两个图层主要作为存储矢量化数据的图层；还可添加对象类图层、几何网络图层等。
（4）制作图例板
图例版的制作可以直接提高作图人员的工作效率。根据系统提供制作图例板工具，将用户常用的几何图形符号分门别类设置好参数添加到同一个图例版中。使得用户在矢量化过程中只需选择图例板中预先设置好的图例即可，从而加快了用户选择几何图形的参数设置工作。
（5）矢量化
使用矢量化工具能够将栅格数据方便的转化成矢量数据。

2）属性数据的输入：
给予每一种数据一个公共识别符就可以有效地与空间数据（道路）连接起来。属性数据的输入可在图形的适当位置键入。但数据量较大时一般都与空间数据分开输入且分别存储，将属性数据首先输入一个顺序文件，经编辑、检查无误后转存数据库的相应文件或表格。这是大数据量输入时的常用方法。
3）GIS空间数据与属性数据的挂接
空间和非空间数据连接的最好方法是用特征编码或识别符把非空间属性数据与已数字化的点、线、面空间实体连接在一起。非空间属性数据的数据项目最多，应把属于同一个实体的所有数据项放在同一个记录中，并将记录的顺序号或某一特征数据项作为该记录的识别符或关键字。它是空间与非空间数据的连接及相互检索的联系纽带。
GIS数据处理：
1、图形数据编辑
一般进行图形数据交互式编辑有如下步骤：（1）读入数据（2）开窗显示图形数据检查错误（3）编辑修改（4）编辑工作完毕，存储数据
常用的编辑功能有：（1）增加数据：输入或者复制点、线、面等（2）删除数据：删除点、线、面等（3）修改空间位置数据：移动、旋转或者镜像点、线、面等（4）修改空间形状数据（5）修改非空间数据：如图元颜色、点元符号、线元符号等。
2、属性数据编辑
属性数据是描述空间实体特征的数据集，这些数据主要用于描述实体要素类别、级别等分类特征和其他质量特征
3、拓扑
4、空间数据的误差分析与校正

1、误差来源：
1、源误差
GIS数据的来源主要有，直接从现场利用GPS或全站仪采集的数字数据；现有纸质地图的数字化；航空影像和遥感数字数据或统计调查数据等。
(1) 地面测量数字数据的误差
来源于地面测量的数字数据中含有控制测量和碎部测量误差。其中控制点误差又受控制网的参考基准、网形和观测精度以及观测费用等因素的影响。碎部点误差随继承了控制点的误差外，还受自身的观测方法、观测精度和地界的人为判断，以及地物地貌的取舍等因素的影响。
(2) 地图数字化数据的误差
目前GIS数据的主要来源之一是现有地图数字化。原因固有误差和数字化过程误差是地图数字化数据误差的主要来源。原因固有误差除含有上述地面控制测量和碎部测量的全部误差外，还含有制图误差。
(3)遥感数据误差
遥感数据的误差累积过程可以区分为：数据获取误差、数据处理误差、数据分析误差、数据转换误差和人工判断误差。数据预处理误差：数据预处理包括利用地面控制进行校正，几何校正、图像增强和分类等。
2、操作误差
除了GIS原始录入数据本身带有的源误差外，空间数据在GIS的模型分析和数据处理等操作中还会引入新误差。如，由计算机字长引起的误差，拓扑分析引入的误差和叠置中引入的误差等。
投影变换：投影变换是研究从一种地图投影点的坐标变换为另一种地图投影点的坐标的理论和方法。在大地测量和地形测量中，往往需要进行不同坐标系间的坐标变换，即坐标换带计算。地图投影变换可狭义地理解为建立两平面场之间点的一一对应的函数关系。

6、空间数据管理
建库的建立过程：在地理信息系统的建设中，基础地形库的建设大概要占到整个系统的70%左右。由此可以看到数据库的建设在GIS 系统的建设过程中占有极其重要的地位。但是，在建库的过程中总会碰到各种各样的问题，从而导致建库的困难，甚至无法完成建库的工作。要解决建库遇到的各种问题，顺利的完成建库，就要对建库的整个过程进行分析，从中找出影响建库的最主要的因素，并认真的分析这些因素产生的根本原因，制定出解决这些问题的解决方案，从而才能有意识的，有计划的消除在工程实践中各种不确定和确定因素对建库的影响，从而顺利的建库。

1、数据建模：
主要是根据具体行业的特点及对其的理解，制定出数据规范，在逻辑上建设数据库。数据建模的目的是根据对应用行业的理解，在逻辑和概念上对数据库进行设计，其影响的是数据库建设完毕后的合理性、通用性和可扩展性。建模是否成功将直接影响到系统是否易用、易扩展，甚至是否成功。地理信息数据库建库过程中遇到的各种问题主要是数据问题，对系统成功进行了建模之后，若数据存在问题，将直接影响到数据的入库。
2、数据校验：
主要是检测数据的正确性，保证数据质量、数据规范，并可以被系统能正确识别的数据。这主要依赖于在数据库建库的第一个过程中执行，即数据库标准的制定和数据规范。产生的主要矛盾在于，因为
GIS
平台的不一致，各个平台对空间数据描述的模型不同，而导致了在一个平台上生成的数据在另一个平台不能正确读出，从而导致转换前后矢量或属性数据的丢失，甚至无法转换的结果。
3、数据入库：
主要是将获取的各种数据，例如纸介质数据，矢量数据，栅格数据，遥感影像数据等准确的导入到数据库中。在数据入库的过程中，其核心是如何依据所制定的数据规范将各种格式的数据，准确的、快速的导入到数据库中。在这个过程中遇到的问题，其根本就是如何解决不同平台之间数据集成的问题。在目前，实现地理信息多源数据集成的方式大致有三种，即数据互操作模式，直接数据访问模式和数据格式转换模式。

GIS的数据输出：
一般地理信息系统软件都为用户提供三种图形、图像输出方式以及属性数据报表输出，屏幕显示主要用于系统与用户交互时的快速显示，是比较廉价的输出产品，需以屏幕摄影方式做硬拷贝，可用于日常的空间信息管理和小型科研成果输出；矢量绘图仪制图用来绘制高精度的比较正规的大图幅图形产品。喷墨打印机，特别是高品质的激光打印机已经成为当前地理信息系统地图产品的主要输出设备。
一输出形式

1 屏幕显示产采用将屏幕上所显示的图形采用屏幕拷贝的方式记录下来，以在其它软件支持下直接使用。
2 矢量绘图
矢量制图通常采用矢量数据方式输入，根据坐标数据和属性数据将其符号化，然后通过制图指令驱动制图设备；也可以采用栅格数据作为输入，将制图范围划分为单元，在每一单元中通过点、线构成颜色、模式表示，其驱动设备的指令依然是点、线。矢量制图指令在矢量制图设备上可以直接实现，也可以在栅格制图设备上通过插补将点、线指令转化为需要输出的点阵单元，其质量取决于制图单元的大小。
3 打印输出：打印输出一般是直接由栅格方式进行的。

二输出产品
地理信息系统产品是指由系统处理、分析，可以直接供研究、规划和决策人员使用的产品，其形式有地图、图像、统计图表以及各种格式的数字产品等。
统计图表：非空间信息可采用统计图表表示。统计图将实体的特征和实体间与空间无关的相互关系采用图形表示，它将与空间无关的信息传递给使用者，使得使用者对这些信息有全面、直观的了解。
电子地图：电子地图是以地图数据库为基础，以数字形式存贮于计算机外存贮器上，并能在电子屏幕上实时显示的可视地图，又称“屏幕地图”或“瞬时地图”。
电子地图的主要优点在于：

(1)电子地图数据库可包括图形、图像、文档、统计数据等多种形式，也可与视频、音频信号相连，数据类型与数据量的可扩展性比较强；
(2)电子地图的检索十分方便，多种数据类型、多个窗口可以在同一屏幕上分层、实时地进行动态显示，具有广泛的可操纵性，用户界面十分友好；
(3)信息的存贮、更新以及通讯方式较为简便，便于携带与交流；
(4)可以进行动态模拟，便于定性与定量分析，具有较强的灵活性，为地图及其相关信息深层次的应用打下了坚实的基础；
(5)可缩短大型系列地图集的生产周期和更新周期，降低生产成本。与输出硬设备相连，可将电子地图上的多种信息制成硬拷贝。

GIS元数据：地理信息元数据通过对数据特征信息的详细共享规程，对空间数据进行有效的组织和管理，在数据提供者、管理者、使用者之间建立交流的通道，解决了空间数据异构性与数据共享之间的矛盾。地理信息元数据，即“空间数据的数据”，是关于空间数据和相关资源的描述性信息。
地理信息元数据是对空间数据的缩影，通过它可以有效地组织和管理空间数据，可以建立空间信息的数据目录和交换中心，集成多元、异构的空间信息系统，帮助人们使用、接受理解空间信息。
元数据系统: 元数据标准的目的是提供一个描述地理空间数据集的过程，以便用户能够查询和访问地理空间数据，并可以判断确定所拥有的数据集的适宜性。具体方法为通过建立一个元数据术语、定义及扩展的公用集合，使地理数据的管理、检索和使用更加有效，为那些不熟悉地理空间数据的人们很方便地提供表征他们地理数据的所需信息。
空间分析：空间分析的对象是一系列跟空间位置有关的数据，这些数据包括空间专业坐标和专业属性两部分，其中空间坐标用于描述实体的空间位置和几何形态，专业属性则是实体某一方面的性质。地理信息系统的空间分析一般包括三大方面：专题图的空间分析、网络分析、DTM分析。
1、矢量数据分析的基本方法

一般步骤是：
1）明确分析的目的和评价准则；
2）准备分析数据；
3）进行空间分析操作；
4）进行结果分析；
5）解释、评价结果（如有必要，返回步骤1）；
6）结果输出（地图、表格和文档）。

2、常见的分析功能

1）叠加分析：地理信息系统的叠加分析是将有关主题层组成的数据层面，进行叠加产生一个新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。叠加分析不仅包含空间关系的比较，还包含属性关系的比较。
叠加分析可以分为以下几类：视觉信息叠加、点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形叠加。
2）包含查询分析：包含分析确定要素之间是否存在着直接的联系，即矢量点、线、面之间是否存在在空间位置上的联系，这是地理信息分析处理中常要提出的问题，也是在地理信息系统中实现图形—属性对位检索的前提条件与基本的分析方法。
3）矢量数据的缓冲区分析：缓冲区分析是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法。

3、数字地形模型（DTM）与地形分析：
高程模型是高程Z关于平面坐标X，Y两个自变量的连续函数，数字高程模型（DEM）只是它的一个有限的离散表示。高程模型最常见的表达是相对于海平面的海拔高度，或某个参考平面的相对高度，所以高程模型又叫地形模型。实际上地形模型不仅包含高程属性，还包含其它的地表形态属性，如坡度、坡向等。
数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）。DEM是建立DTM的基础数据，其它的地形要素可由DEM直接或间接导出，称为“派生数据”，如坡度、坡向。
4、DEM表示法
（一）数学方法
用数学方法来表达，可以采用整体拟合方法，即根据区域所有的高程点数据，用傅立叶级数和高次多项式拟合统一的地面高程曲面。也可用局部拟合方法，将地表复杂表面分成正方形规则区域或面积大致相等的不规则区域进行分块搜索，根据有限个点进行拟合形成高程曲面。
（二）图形方法
（1）线模式：等高线是表示地形最常见的形式。
（2）点模式：用离散采样数据点建立DEM 是DEM 建立常用的方法之一。数据采样可以按规则格网采样，可以是密度一致的或不一致的；可以是不规则采样，如不规则三角网、邻近网模型等。
三．DEM的常用表示模型

（一）规则格网模型：
规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。
每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。
注意：格网DEM的另一个缺点是数据量过大，给数据管理带来了不方便，通常要进行压缩存储。DEM数据的无损压缩可以采用普通的栅格数据压缩方式，如游程编码、块码等。由于DEM 数据反映了地形的连续起伏变化，通常比较“破碎”，普通压缩方式难以达到很好的效果；因此对于网格DEM数据，可以采用哈夫曼编码进行无损压缩。
（二）等高线模型：
等高线模型表示高程，高程值的集合是已知的，每一条等高线对应一个已知的高程值，这样一系列等高线集合和它们的高程值一起就构成了一种地面高程模型。
等高线通常被存成一个有序的坐标点对序列，可以认为是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。
（三）不规则三角网（TIN）模型：
不规则三角网（Triangulated Irregular Network, TIN）是另外一种表示数字高程模型的方法，它既减少规则格网方法带来的数据冗余，同时在计算（如坡度）效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。
TIN 的数据存储方式比格网DEM 复杂，它不仅要存储每个点的高程，还要存储其平面坐标节点连接的拓扑关系，三角形及邻接三角形等关系。
在实际应用中，DEM 模型之间可以相互转换。大部分DEM 数据都是规则格网DEM，但由于规则格网DEM 的数据量大而不便存储，也可能由于某些分析计算需要使用TIN 模型的DEM，如进行通视分析。此时需要将格网DEM 转成TIN 模型的DEM。反之，如果已有TIN 模型的DEM 数据，为满足某种应用的需要，也需要转成规则格网的DEM。

DEM的建立：为了建立DEM，必需量测一些点的三维坐标，这就是DEM数据采集。
(一). DEM数据采集方法

1、地面测量：利用自动记录的测距经纬仪（常用电子速测经纬仪或全站经纬仪）在野外实测。这种速测经纬仪一般都有微处理器，可以自动记录和显示有关数据，还能进行多种测站上的计算工作。其记录的数据可以通过串行通讯，输入计算机中进行处理。
2、现有地图数字化：利用数字化仪对已有地图上的信息（如等高线）进行数字化的方法，目前常用的数字化仪有手扶跟踪数字化仪和扫描数字化仪。
3、空间传感器：利用全球定位系统GPS，结合雷达和激光测高仪等进行数据采集。
4、数字摄影测量方法：这是DEM数据采集最常用的方法之一。利用附有的自动记录装置（接口）的立体测图仪或立体坐标仪、解析测图仪及数字摄影测量系统，进行人工、半自动或全自动的量测来获取数据。

（二）数字摄影测量获取DEM
数字摄影测量方法是空间数据采集最有效的手段，它具有效率高、劳动强度低的优点。
数据采样可以全部由人工操作，通常费时且易于出错；半自动采样可以辅助操作人员进行采样，以加快速度和改善精度，通常是由人工控制高程Z，由机器自动控制平面坐标X,Y的驱动；全自动方法利用计算机视觉代替人眼的立体观测，速度虽然快，但精度较差。

1、沿等高线采样：
在地形复杂及陡峭地区，可采用沿等高线跟踪方式进行数据采集，而在平坦地区，则不宜采用沿等高线采样。
2、规则格网采样：
利用解析测图仪在立体模型中按规则矩形格网进行采样，直接构成规则格网DEM。
3、渐进采样：
渐进采样方法的目的是使采样点分布合理，即平坦地区样点少，地形复杂区的样点较多。渐进采样首先按预定比较稀疏的间隔进行采样，获得一个较稀疏的格网，然后分析是否需要对格网进行加密，如下图所示。判断加密的方法可利用高程的二阶差分是否超过了给定的阈值；或利用相邻的三点拟合一条二次曲线，计算两点间中点的二次内插值与线性内插值之差，判断是否超过阈值。当超过阈值时，则对格网加密采样，然后对较密的格网进行同样的判断处理，直至不再超限或达到预先给定的加密次数（或最小格网间隔），然后再对其它格网进行同样的处理。
4、选择采样：
为了准确地反映地形，可根据地形特征进行选择采样，例如沿山脊线、山谷线、断裂线进行采集以及离散碎部点（如山顶）的采集。这种方法获取的数据尤其适合于不规则三角网DEM的建立。
5、自动化DEM 数据采集
现在已经可以利用自动化测图系统进行完全自动化的DEM 数据采集。此时可按像片上的规则格网利用数字影像匹配进行数据采集。最后数字摄影测量获取的DEM 数据点都要按一定插值方法转成规则格网DEM或规则三角网DEM 格式数据。

（三） DEM 数据质量控制
数据采集是DEM 的关键问题，任何一种DEM 内插方法，均不能弥补取样不当所造成的信息损失。数据点太稀会降低DEM 的精度；数据点过密，又会增大数据量、处理的工作量和不必要的存储量。这需要在DEM 数据采集之前，按照所需的精度要求确定合理的取样密度，或者在DEM数据采集过程中根据地形复杂程度动态调整采样点密度。由于很多DEM数据来源于地形图，所以DEM的精度决不会高于原始的地形图。通常用某种数学拟合曲面生产的DEM，往往存在未知的精度问题，即使是正式出版的地形图同样存在某种误差，所以在生产和使用DEM时应该注意到它的数据精度。

DEM应用：
1、地形曲面拟合：DEM最基础的应用是求DEM范围内任意点的高程，在此基础上进行地形属性分析。由于已知有限个格网点的高程，可以利用这些格网点高程拟合一个地形曲面，推求区域内任意点的高程。
2、通视分析：通视问题可以分为五类：
1）已知一个或一组观察点，找出某一地形的可见区域。
2）欲观察到某一区域的全部地形表面，计算最少观察点数量。
3）在观察点数量一定的前提下，计算能获得的最大观察区域。
4）以最小代价建造观察塔，要求全部区域可见。
5）在给定建造代价的前提下，求最大可见区
3、流域特征地貌提取与地形自动分割
高精度DEM数据和高分辨率、高光谱、多周期的遥感影像，为人们定量描述流域空间变化过程提供了日益丰富的数据源，而且人们对流域地貌、水文和生物等过程空间变化机理理解的不断加深。基于DEM数据自动提取流域地貌特征和进行流域地形自动分割是进行流域空间模拟的基础技术。
4、等高线追踪
DEM进行等高线追踪时，DEM数据类型的不同而精度不同，基于TIN绘制等高线直接利用原始观测数据，避免了DTM内插的精度损失，因而等高线精度较高；对高程注记点附近的较短封闭等高线也能绘制；绘制的等高线分布在采样区域内而并不要求采样区域有规则四边形边界。基于格网DEM的数据进行等高线追踪时，精度就的一些。
5、DEM计算地形属性
由DEM派生的地形属性数据可以分为单要素属性和复合属性二种。前者可由高程数据直接计算得到，如坡度因子，坡向。后者是由几个单要素属性按一定关系组合成的复合指标，用于描述某种过程的空间变化，这种组合关系通常是经验关系，也可以使用简化的自然过程机理模型。

网络分析：
矢量数据的网络分析 这里的网络与计算机网络不是一个概念。GIS里的网络是对地理网络（如交通网络）、城市基础设施网络（如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等）进行地理分析和模型化，这也是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。网络分析是运筹学模型中的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好，如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的运输费用最低等。
网络分析的主要用途是：选择最佳路径；选择最佳布局中心的位置。所谓最佳路径是从始点到终点的最短距离或花费最少的路线；最佳布局中心位置是指各中心所覆盖范围内任一点到中心的距离最近或花费最小；网流量是指网络上从起点到终点的某个函数，如运输价格，运输时间等。

网络分析的基本方法
(1) 路径分析：
a、静态求最佳路径：由用户确定权值关系后，即给定每条弧段的属性，当需求最佳路径时，读出路径的相关属性，求最佳路径。
b、动态分段技术：给定一条路径由多段联系组成，要求标注出这条路上的公里点或要求定位某一公路上的某一点，标注出某条路上从某一公里数到另一公里数的路段。
c、N条最佳路径分析：确定起点、终点，求代价较小的几条路径，因为在实践中往往仅求出最佳路径并不能满足要求，可能因为某种因素不走最佳路径，而走近似最佳路径。
d、最短路径：确定起点、终点和所要经过的中间点、中间连线，求最短路径。
e、动态最佳路径分析：实际网络分析中权值是随着权值关系式变化的，而且可能会临时出现一些障碍点，所以往往需要动态地计算最佳路径。
(2)地址匹配
地址匹配实质是对地理位置的查询，它涉及到地址的编码。地址匹配与其它网络分析功能结合起来，可以满足实际工作中非常复杂的分析要求。所需输入的数据，包括地址表和含地址范围的街道网络及待查询地址的属性值。
(3) 资源分配
资源分配网络模型由中心点(分配中心)及其状态属性和网络组成。分配有两种方式，一种是由分配中心向四周输出，另一种是由四周向中心集中。这种分配功能可以解决资源的有效流动和合理分配。其在地理网络中的应用与区位论中的中心地理论类似。

WEBGIS：

一计算机网络与GIS
所谓Intranet GIS是指在Intranet的信息发布、数据共享、交流协作基础之上实现GIS的在线查询和业务处理等功能。其中Web分布式交互操作是工作重点。 InternetGIS的特色：由于速率、安全性及面向业务处理等关键要素，Internet GIS将首先在Intranet上获得广泛应用,利用Java、CGI、Plug-ins等开发技术,使企业用户直接通过Browser对GIS数据进行访问,实现检索查询、制图输出、编辑修改等GIS基本功能。
二 WebGIS(万维网GIS)
WebGIS，简言之，就是利用Web技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术。由于HTTP协议采用基于C/S的请求/应答机制，具有较强的用户交互能力，可以传输并在浏览器上显示多媒体数据，而GIS中的信息主要是需要以图形、图像方式表现的空间数据，用户通过交互操作，对空间数据进行查询分析。
WebGlS不但具有大部分乃至全部传统GIS软件具有的功能，而且还具有利用Internet优势的特有功能,即用户不必在自己的本地计算机上安装GIS软件就可以在Internet上访问远程的GIS数据和应用程序，进行GIS分析，在Internet上提供交互的地图和数据。

webgis的基本特征：

webgis是集成的全球化的客户/服务器网络系统

webgis应用客户/服务器概念来执行GIS的分析任务。
它把任务分为服务器端和客户端两部分，客户可以从服务器请求数据、分析工具或模块，服务器或者执行客户的请求并把结果通过网络送回给客户，或者把数据和分析工具发送给客户供客户端使用。

webgis是交互系统。
webgis可使用户在Internet上操作GIS地图和数据，用Web浏览器（IE、Netscape,etc.)执行部分基本的GIS功能：如zoom（缩放）、Pan（拖动）、Query（查询）和Label（标注），甚至可以执行空间查询：如“离你最近的旅馆或饭店在哪”，或者更先进的空间分析。

webgis是分布式系统
GIS数据和分析工具是独立的组件和模块，webgis利用Internet的这种分布式系统把GIS数据和分析工具部署在网络不同的计算机上，用户可以从网络的任何地方访问这些数据和应用程序，即不需要在本地计算机上安装GIS数据和应用程序，只要把请求发送到服务器，服务器就会把数据和分析工具模块传送给用户，达到Just-in-time的性能。

webgis是动态系统
由于webgis是分布式系统，数据库和应用程序部署在网络的不同计算机上，随时可被管理员更新，对于Internet上的每个用户来说都将得到最新可用的数据和应用，即只要数据源发生变化，webgis将得到更新。
未来的webgis可以做到“一次编写，到处运行”。

WEBGIS组成
WebGIS一般由多主机，多数据库和多个客户端以分布式连接在Internet上而组成，包括以下四个部分： WEB-GIS浏览器（browser），WEB-GIS服务器，WEB-GIS编辑器（Editor）,WEB-GIS信息代理(imformation agent)

1）webGIS浏览器：webGIS的终端用户通过浏览器连接到远程webGIS站点上，浏览webGIS站点中的空间数据，制作专题图，进行各种空间检索和空间分析等工作。
2）webGIS信息代理：webGIS信息代理反映地理信息的数据结构，是空间信息网络化的关键部分。它介于webGIS浏览器和webGIS服务器之间，主体是信息代理机制和信息代理协议，负责定义webGIS浏览器与webGIS服务器间查询请求和响应的通信协议，提供直接访问GIS数据库的功能。
3）webGIS服务器：提供易于配置和管理的webGIS服务器，该服务器能解释中间代理请求并根据请求对GIS数据库进行空间操作，实现webGIS浏览器和webGIS服务器的动态交互。
4）webGIS编辑器：该编辑器提供一个所见即所得的编辑生成环境，既有可视化、交互式窗口的功能，能建立GIS对象和模型，实现浏览器与服务器的动态交互，提供对空间数据库数据导入功能，可对多源GIS数据按指定结构导入空间数据库。

webgis的应用

1）空间数据发布由于能够以图形方式显示空间数据，较之于单纯的FTP方式，WebGIS使用户更容易找到需要的数据。 2）空间查询检索
利用浏览器提供的交互能力，进行图形及属性数据库的查询检索； 3）空间模型服务
在服务器端提供各种空间模型的实现方法，接收用户通过浏览器输入的模型参数后，将
计算结果返回。换言之，利用Web不仅可以发布空间数据，也可以发布空间模型服务，形成浏览器/服务器结构(Browser/Server，B/S)。
4）Web资源的组织
在Web上，存在着大量的信息，这些信息多数具有空间分布特征，利用地图对这些信息进行组织和管理，并为用户提供基于空间的检索服务，无疑也可以通过WebGIS实现。
总结：WebGIS得到越来越广泛的应用。应用方向分为两大类，一类为基于lnternet的公共信息在线服务，为公众提供交通、旅游、餐饮娱乐、房地产、购物等与空间信息有关的信息服务。WebGIS的另外一类应用为基于lntranet的企业内部业务管理。如帮助企业进行设备管理、线路管理以及安全监控管理等等。

3S技术
一遥感
1、人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的形式――电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。
遥感的特点或特征
①多源性。即多层次、多波段信息特征。从低空到高空，遥感平台、传感器高度、运行速度和观察范围均不相同，构成对地面的多层次立体观测系统，可获得近地面遥感信息—航空遥感信息—航天遥感信息的信息序列。而紫外—可见光—红外—微波波段，不同波长的电磁波辐射与物质相互作用不同，故可通过不同类型多种波谱频道的传感器获取多波段信息，以满足不同应用需要；
②宏观性。遥感信息覆盖范围大，视野广，具有一定概括性。概括程度取决于其空间分辨力；
③周期性。由遥感信息多时相特点决定，可满足地物动态监测与预报分析的需要；
④综合性。遥感信息是各种地理要素在遥感影像上的综合反映。影像像元密度值或亮度值反映该像元所对应一定地面范围内地物的综合特征；
⑤量化。遥感信息是地物波谱反射、辐射特征的瞬时记录，一般采用影像（模拟信号）或数字（数字信号）形式记录下来。不同物体电磁波能量的差异以胶片上影像密度差或磁带上的灰度值差来表示。
遥感技术包括那些技术：遥感技术包括传感器技术，信息传输技术，信息处理、提取和应用技术，目标信息特征的分析与测量技术。
遥感常用的传感器有那些
常用的传感器：航空摄影机（航摄仪）、全景摄影机、多光谱摄影机、多光谱扫描仪(Multi Spectral Scanner，MSS)、专题制图仪（Thematic Mapper,TM）、反束光导摄像管（RBV）、HRV（High Resolution Visible range instruments）扫描仪、合成孔径侧视雷达（Side-Looking Airborne Radar，SLAR）。
图像处理
遥感影像通常需要进一步处理方可使用，用于该目的的技术称之为图象处理。图象处理包括各种可以对像片或数字影像进行处理的操作，这些包括图象压缩、图象存储、图象增强、处理、量化、空间滤波以及图象模式识别等。还有其它更加丰富的内容。目前，主要的遥感应用软件是ilwis、PCI、ERMapper和ERDAS。
二 GPS的基础知识
GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。
GPS 定位基本原理：是利用测距交会确定点位。如下图所示，一颗卫星信号传播到接收机的时间只能决定该卫星到接收机的距离，但并不能确定接收机相对于卫星的方向，在三维空间中，GPS 接收机的可能位置构成一个球面；当测到两颗卫星的距离时，接收机的可能位置被确定于两个球面相交构成的圆上；当得到第三颗卫星的距离后，球面与圆相交得到两个可能的点；第四颗卫星用于确定接收机的准确位置。因此，如果接收机能够得到四颗GPS 卫星的信号，就可以进行定位；当接收到信号的卫星数目多于四个时，可以优选四颗卫星计算位置。
GPS的作用和特点
1、导航定位：车辆，航空，航海。
2、大地测量﹐一般测量
3、制图电子地图之制作及粗略地形图之制作。地图的数字化有很多种﹕将已存在的纸面地图用数字版数化﹑或使用扫描仪扫描至计算机中﹐再进行屏幕数化或自动数化。我们可使用GPS在车辆行进的时候﹐每隔一段时间将道路点(WAYPOINT)记录下来﹐如此便完成粗略的地图数化工作。
4、精确定时由于GPS定位需要非常精确的时间，每颗GPS卫星上都有精密的原子钟﹐所以GPS接收机可以接收到精确的时间信息。
RS与GIS
1、GIS数据库数据源
遥感数字图像可以作为GIS数据库中一种重要的数据源，从遥感图像中可以获取不同专题数据，更新GIS数据库中的地学专题图。遥感技术能够以低廉的价格快速提供各种遥感数字图像，这为我们利用遥感图像理解技术获取不同地学专题信息，更新GIS中专题图提供了条件。
2、利用遥感数字图像获取地面高程，更新GIS中高程数据
GPS与GIS
GIS地理信息系统是存于计算机中的地图数据库(Database)，GIS能比纸上地图更为精致复杂。它可以是三度空间以显示地形图，也可包括其它有用的信息，如加油站、旅游胜地的照片等等，汽车导航系统就是GPS和GIS之组合，这种应用被人看好是21世纪GPS市场中最庞大的一部分。
RS、GIS和GPS综合
RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技术水平上实现，最简单的办法是三种系统分开而由用户综合使用，进一步是三者有共同的界面，做到表面上无缝的集成，数据传输则在内部通过特征码相结合，最好的办法是整体的集成，成为统一的系统。
开发3S集成的系统在技术上并没有多大的障碍。目前一般工具软件的实现技术方案是：通过支持栅格数据类型及相关的处理分析操作以实现与遥感的集成，而通过增加一个动态矢量图层以与GPS集成。对于3S集成技术而言，最重要的是在应用中综合使用遥感以及全球定位系统，利用其实时、准确获取数据的能力，降低应用成本或者实现一些新的应用。
GIS在各行业中的应用

1、资源管理对用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)
分布、分级、统计、制图等问题；对于国土资源管理包括土地规划、土地调查统计、土地评价、对土地利用状况进行动态监测等；对于矿产资源管理包括矿产开采、储备、地质普查等；以及对全国范围内能源保障供给及资源配置问题的管理。
2、金融管理
对于金融业领域包括金融趋势分析，特殊服务需求分析，金融机构服务网点的定位、规划和竞争分析、服务区域分析等；对于商业及房地产业GIS技术对其客户的购买习惯、商业行为具有强大的洞察力，通过gis技术可以更明确的定位其最佳服务群，使有限的市场和广告资源产生最直接的效果。
3、城市规划城市规划应用包括：城市规划、城市交通、公共安全、应急响应、医疗管理等。
对于城市规划管理包括设计城市规划辅助方案、对市政规划选址分析、市政道路规划管理、绿地比例合理化分布的管理、公共设施、运动场所、服务设施等建筑规划的管理。以及对城市交通线路规划、公共安全设施设计、突发事件应急响应提供预案，对医疗网点合理化分布等的管理。
对于城市基础设施管理提供市政管线规划，主要指城市地下管道(包括自来水、污水排放、煤气等管道)、通信网络、邮政网点、道路与交通设施等管理，由于这些设施同时具有与几何和空间位置相关的特性，建立GIS的信息系统能够提高对这些设施的管理水平 ,同时能够极大地提高设计与施工、设备维护与故障排除、线路改造等方面的效率。
4、交通运输
城市交通管理包括线路规划和分析、公交车辆的调度和紧急事的处理。车辆的自动定位和跟踪显示、客运车辆计划和路线规划。公交车站和设施管理、路线以及通信信号的维护管理。突发事件的迅速定位和事故分析。统计分析以及根据统计结果制定新的路径。交通规划和建模分析等。
5、环境保护环境保护应用包括：环境评估、灾害预测（洪灾预测、地震预测）生态、环境管理包括区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划、环境的变化及发展趋势进行预报分析 ,同时通过统计分析及模拟研究为环境保护提供决策依据等。
还可用GIS建立灾害预测信息系统对突发灾害提供解决预案。如在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，合理安排人员撤离的最佳路线、并配备相应的运输和保障设施等问题。
6、商业与市场
商业与市场应用包括对商业设施的建立需考虑其市场地理位置分布。例如大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构、年龄构成、性别构成、文化水平、消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。
7、测绘与制图
集中体现在：地图数据获取与成图的技术流程发生的根本的改变；地图的成图周期大大缩短；地图成图精度大幅度提高；地图的品种大大丰富。数字地图、网络地图、电子地图等一批崭新的地图形式为广大用户带来了巨大的应用便利。测绘与地图制图进入了一个崭新的时代。

GIS的发展趋势
计算机技术和网络技术的迅速发展，使得GIS发生了新的变化。GIS正朝着一个可运行的、分布式的、开放的、网络化的全球GIS方向发展。在未来几十年内，GIS将向着数据标准化、数据多维化、系统集成化、系统智能化、平台网络化和应用社会化（数字地球）的方向发展。其中三维GIS、时态GIS和网络GIS已经成为GIS发展的趋势和研究热点。

1、三维GIS：随着GIS技术的发展，二维GIS已经无法满足用户的需求，用户需要更为直观、真实的三维GIS来作为交互式查询和分析的媒介。现有的三维GIS中，系统功能在三维场景可视化、实时漫游等方面取得了较好的成果，但查询分析功能比较弱。然而恰恰是这一功能在三维GIS的实现和应用中具有十分重要的地位，它使三维GIS具有辅助决策支持能力。
2、时态GIS：GIS所描述的现实世界是随时间连续变化的，随着GIS应用领域的不断扩大，在如下应用中，时间维必须作为与空间等量的因素加入到GIS中来。一是对象随时间变化很快，噪声污染、水质检测、日照变化等，一秒钟得到一个甚至几个数据。二是历史回溯和衍变，地籍变更、环境变化、灾难预警等需要根据已有数据回溯过去某一时刻的情况或预测将来某一时刻的情况。三是地球科学家想对某一时刻的所有地质条件或某一时间段内的平均地质条件进行评价，他们是否能容易地获得在“A时刻的值或从时间B到时间C这段时间内的值”。将时间的影响考虑到GIS应用中，就产生了时态GIS或四维GIS。
3、网络GIS:
伴随着Internet和Intranet的飞速发展，GIS的平台已经逐步转向了网络，网络GIS的好处是不言而喻的，由于地理信息和大量空间数据都是以文字、数字、图形和影像方式表示的，将它们数字化，输入计算机，便可方便、快速和及时地将地理信息传送到需要的地方去，以发挥地理信息在国民经济建设、国防建设中的作用。

地理信息系统工程

1、地理信息系统工程是应用GIS的原理与方法，针对特定的实际应用目的和要求，统筹设计、优化、建设、评价、维护和应用GIS系统的全过程和步骤的统称，也称GIS应用工程。
2、应用型GIS的设计主要侧重于：
1）需求分析
2）总体结构描述
3）软硬件配置、包括选择合适的工具型GIS 软件。
4）数据来源、信息分类、规范、、标准和内容的确定。
5）数据库结构设计
6）应用方法选择和应用模型设计
7）用户界面设计
8）数据标准化和数据质量保证
3、GIS工程建设按时间序列化分为6个阶段： GIS 开发计划、GIS需求分析、 GIS系统设计、GIS程序编码、GIS产品测试及运行维护。对应每个阶段都会形成一定的标准文档，

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