基本概念

信息系统基本功能

  • 数据采集
  • 数据管理
  • 数据分析
  • 信息表达

GIS构成

  • 软件

  • 人员

  • 数据

  • 硬件

数据基本特征

  • 空间特征
  • 属性特征
  • 时间特征

GIS的硬件系统

  1. 计算机主机

  2. 存储设备

    • 光盘刻录机
    • 磁带机
    • 活动硬盘
    • 磁盘阵列

  3. 输入设备

    • 数字化仪
    • 图像扫描仪
    • 手写笔 光笔
    • 键盘 鼠标
    • 通讯端口

  4. 输出设备

    • 笔式绘图仪
    • 喷墨绘图仪（打印机）
    • 激光打印机
    • 显示器

空间数学基础

空间数据模型与数据结构

1.地理空间与建模

量表

概念模型

1.对象模型(特征模型)

  • 描述不连续的地理现象

  • 适合于对具有明确边界的地理现象进行抽象建模

    如建筑物 道路 公共设施 湖泊 河流 岛屿 森林等自然要素

2.场模型(域模型)

  • 把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待
场模型的表示
  • 规则分布的点
  • 不规则分布的点
  • 规则矩形区
  • 不规则多边形区
  • 不规则三角形区
  • 等值线

3.网络模型

  • 同对象模型描述不连续的地理现象
  • 不同在于要考虑通过路径相互连接多个地理现象之间的连通情况
  • 适合描述 公路 铁路 管道 物流量 等地理网络
  • 网络模型可以看成对象模型的特例，由点 线之间的拓扑空间关系构成

概念模型选择

  • 场模型通常用于有连续空间变化趋势的现象

    如：海拔 温度 土壤变化

  • 对象模型一般用于有明确边界和独立地理现象的建模

    如：道路 地块等

2.空间数据模型

1.矢量数据模型

  • 矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标的有序集合
  • 适用于对象模型
  • 可以明确描述图形要素建的拓扑关系
  • 由 点 线 面 三要素由对应一系列坐标表示

2.栅格数据模型

  • 适用于场模型

  • 栅格可以用数据矩阵表示，地理空间坐标隐含在矩阵中

    • 点由一个栅格单元或像元构成
    • 线由一串彼此相邻的像元构成
    • 面则由一系列相邻像元构成

  • 栅格空间分辨率指一个像元在地面所代表的实际面积大小

3.镶嵌数据模型

  • 采用规则或不规则的小面快集合来逼近自然界不规则的地理单元
  • 适用于场模型
  • 根据面块形状分为规则镶嵌数据模型和不规则镶嵌数据模型
1.规则镶嵌数据模型
  • 用规则小面快集合逼近
  • 可转化为栅格数据模型
2.不规则栅格数据模型
  • 指用来镶嵌的小面快具有不规则的形状或边界
  • 例：Voronoi图 TIN(不规则三角网)

4.面向对象数据模型

  • 应用面向对象方法描述空间实体及其相互关系
  • 适用于对象模型
  • 技术核心是对象和类

矢量数据模型

实体数据结构

  • 实体式：构成多边形边界的各个线段，以多边形为单位进行组织
  • 优点：编码容易，数字化操作简单，数据编排直观
  • 缺点：相邻多边形公共边界数字化两遍，造成数据冗余，边界易出现间隙和重叠
  • 缺少邻域多边形信息和图形的拓扑关系
  • 岛只作为一个单个图形，没有建立与外界多边形的联系
    实体式数据结构

拓扑数据结构

  • 优点：1.保障数据质量 拓扑编辑功能进行自动差错
    • 2.增强 GIS 分析 网络(街道 设施)

索引式

  • 采用树状索引减少数据冗余并间接增加邻域信息
  • 优点：消除边界冗余和不一致问题，简化边界线或合并多边形可不必改造索引表
  • 缺点：邻域运算，消除无用边，处理岛状信息以及检查拓扑关系很困难
    • 人工方式建立编码表，工作量大易出错
      索引式

双重独立式

  • 对图上网状或面状要素的任何一条线段，用顺序的两点定义以及相邻多边形来予以定义

链状双重独立式

  • 多边形文件
  • 弧段文件
  • 弧段点文件

  • 点坐标文件

栅格数据结构

完全栅格数据结构

  • 直接栅格编码：将栅格看做一个数据矩阵，逐行逐个记录代码数据
  • 优点：简单 直观 无压缩
  • 缺点：存在大量冗余，精度提高有限制

压缩栅格数据结构

  • 游程长度编码：将每行中具有相同属性值的连续像元映射为一个游程，每个游程的数据结构为(A,P)，A表示属性值，P代表该游程最右端的列号或个数
  • 属性变化越少，压缩比例越大，适合于类型区域面积较大的栅格
  • 优点：栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩效率高，最大限度保留原始栅格结构
    • ==编码解码运算简单==，且易于检索 叠加 合并等操作，得到广泛应用
  • 缺点：不适合于类型==连续变化==或类型==区域分散==的数据
  • 四叉树编码
  • 优点：容易而有效地计算多边形的数量特征
    • 阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高分级多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而即可精确表示图形结构又可减少存储量
    • 栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩方法容易
    • 多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便
  • 缺点：矢/删正反变换还不理想
    • 建立四叉树耗费机时很多
    • 四叉树虽可修改，但很费事
    • 四叉树未能直接表示物体间的拓扑关系
    • 与非树表示法比较，四叉树表示法的缺点在于转换的不稳定或叫滑动变异
    • 一个物体的图像在构成四叉树时会被分割到若干个象限中，使他失去了内在的相关性
  • 链式数据编码
  • 优点：链式编码对多边形的表示具有很强的数据压缩能力
    • 且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等，探测边界急弯和凹凸部分等都比较容易，比较适于存储图形数据
  • 缺点：对边界做合并和插入等修改编辑比较困难
    • 类似矢量结构，不具有区域的性质，对叠置运算如组合 相交等则很难实施
    • 而且由于链码以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界则被重复存储而产生冗余
  • 分块压缩编码

镶嵌数据结构

  • 以三角形作为基本的空间对象进行数据组织
  • 很好地描述三角形及其邻接关系，非常适合于需要面相邻关系操作和分析

比较