地理信息系統(tǒng)概論課程復(fù)習(xí)教案首先在第一章中主要介紹了地理信息系統(tǒng)的一些基礎(chǔ)概念GIS:是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計算機硬件、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。GIS的發(fā)展概況國際GIS發(fā)展簡史:60年代，探索時期1963年，加拿大測量學(xué)家首先提出地理信息系統(tǒng)這一術(shù)語，并建立了世界上第一個實用的地理信息系統(tǒng)70年代，鞏固時期80年代，實破階段90年代，全面應(yīng)用普及2000年后，地理信息服務(wù)。我國GIS起步較晚，但發(fā)展較快，分為以下幾個階段：70年代，準備階段：GIS先驅(qū)看到GIS的廣闊前景和重要性，進行積極呼吁，為GIS在我國的發(fā)展奠定了理論準備基礎(chǔ)并做了一些可行性實驗。80年代，試驗起步階段:我國在GIS理論探索，規(guī)范探討，軟件開發(fā)，系統(tǒng)建立等方面取得了突破和進展，進行了一些典型，試驗專題試驗軟件開發(fā)工作。90年代，我國GIS發(fā)展階段：沿海，沿江經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的發(fā)展土地的有償使用和外資的引進，急需GIS為之服務(wù)，這也推動GIS在我國的全面發(fā)展。96年以來，是我國GIS產(chǎn)業(yè)化階段。我國經(jīng)濟信息化的基礎(chǔ)設(shè)施和重大信息工程已納入國家計劃，一批國家級和地方級的GIS相繼建立并投入運行，并進入了產(chǎn)業(yè)化運行，一批綜合運用“3S”技術(shù)的重點項目已實施，并在自然災(zāi)害監(jiān)測和圖土資源調(diào)查中發(fā)揮效益，具有我國自主版權(quán)的GIS基礎(chǔ)軟件的研制逐步進入了產(chǎn)業(yè)化軌道。GIS的構(gòu)成:一個實用的GIS，要支持對空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示等功能，其基本構(gòu)成包括：系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用人員和應(yīng)用模型。GIS與相關(guān)學(xué)科之間的關(guān)系：地理學(xué)：地理學(xué)研究中的空間分析的基本觀點和方法為GIS提供了基礎(chǔ)理論依托GIS的發(fā)展也為地理問題的解決提供了新的技術(shù)手段。地圖學(xué)：地圖學(xué)理論與方法對GIS的發(fā)展具有重要的影響。GIS是地圖信息的一種新的載體，具有存儲、分析、顯示和傳輸空間信息的功能。區(qū)別在于：地圖強調(diào)的是數(shù)據(jù)分析、符號化與顯示，而GIS則更注重于信息分析。計算機科學(xué)：GIS的發(fā)展與計算機技術(shù)的發(fā)展是分不開的，GIS在數(shù)據(jù)管理上借鑒了DBMS的理論和方法。計算機圖形學(xué)是GIS算法設(shè)計的基礎(chǔ)。遙感技術(shù)：遙感和GIS是互補的。在二者的集成中，GIS主要用于數(shù)據(jù)處理、操作和分析；遙感則作為一種數(shù)據(jù)獲取、維護和更新GIS中數(shù)據(jù)的手段。GIS的應(yīng)用（基礎(chǔ)應(yīng)用和應(yīng)用領(lǐng)域）測繪與地圖制圖，資源管理，城鄉(xiāng)規(guī)劃，災(zāi)害監(jiān)測，環(huán)境管理，國防軍事信息（Information）信息是用文字、數(shù)字、符號、語言、圖像等介質(zhì)來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征，從而向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實世界新的事實和知識，作為生產(chǎn)、建設(shè)、經(jīng)營、管理、分析和決策的依據(jù)。數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)是一種未經(jīng)加工的原始資料。通過數(shù)字化或直接記錄下來的可以被鑒別的符號，是用以載荷信息的物理符號。地理信息的概念地理信息是有關(guān)地理實體的性質(zhì)、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對表達地理特征與地理現(xiàn)象之間關(guān)系的地理數(shù)據(jù)的解釋。地理信息的特點空間分布性信息載體的多樣性時序特征十分明顯具有豐富的信息在學(xué)習(xí)了地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)概念的基礎(chǔ)上我們從空間數(shù)據(jù)的采集與處理模塊入手本模塊涵蓋了（空間信息基礎(chǔ)、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；空間數(shù)據(jù)的采集、空間數(shù)據(jù)處理）；空間數(shù)據(jù)的采集與處理：（空間數(shù)據(jù)采集；空間數(shù)據(jù)處理）1空間信息基礎(chǔ)常規(guī)地理空間信息的描述方法:地球空間模型描述(自然表面、大地水準面、模型)地理坐標系的建立：地理坐標系、投影坐標系地圖和遙感影像對地理空間的描述在地圖學(xué)上，把地理空間的實體分為點、線、面三種要素，分別用點狀、線狀、面狀符號來表示。地理信息數(shù)字化描述方法:矢量表示法（隱式描述）和柵格表示法（顯式描述）矢量表示法：如果采用一個沒有大小的點（坐標）來表達基本點元素時，稱為矢量表示法。柵格表示法：如果采用一個有固定大小的點（面元）來表達基本點元素時，稱為柵格表示法。空間數(shù)據(jù)的類型和關(guān)系:空間數(shù)據(jù)基本特征（空間特征、屬性特征和時間特征）空間數(shù)據(jù)的類型：從幾何上可抽象為：點，線，面按表示內(nèi)容分（類型數(shù)據(jù)、面域數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、樣本數(shù)據(jù)、曲面數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)和符號數(shù)據(jù)等）空間拓撲關(guān)系：拓撲鄰接、拓撲包含和拓撲關(guān)聯(lián)空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系指實體之間的相互關(guān)系，指鄰接關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系和包含關(guān)系鄰接關(guān)系：空間圖形中同類元素之間的拓撲關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系：空間圖形中不要元素之間的拓撲關(guān)系包含關(guān)系：空間圖形中同類但不同級元素之間的拓撲關(guān)系點、線、面三種類型數(shù)據(jù)之間存在的空間關(guān)系有：點與點之間；點與線關(guān)系；點面關(guān)系；線線關(guān)系；線面關(guān)系；面面關(guān)系具體見書本實例空間拓撲關(guān)系對數(shù)據(jù)處理和空間分析的意義根據(jù)拓撲關(guān)系，不需要利用坐標或距離，可以確定一種空間實體相對另一種空間實體的位置關(guān)系，能清楚反應(yīng)實體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，比幾何數(shù)據(jù)有更大的穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化。利用拓撲關(guān)系有利于空間要素的查詢可以根據(jù)拓撲關(guān)系重建地理實體元數(shù)據(jù)：一般都認為元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。例如地圖中的圖名，比例尺，指北針等元數(shù)據(jù)的作用：a、幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔b、提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲、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)(clearinghouse)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)；c、提供通過網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)進行查詢檢索的方法或途徑，以及與數(shù)據(jù)交換和傳輸有關(guān)的輔助信息；d、幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能滿足其需求作出正確的判斷；e、提供有關(guān)信息，以便用戶處理和轉(zhuǎn)換有用的數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)：用于確定具有自然特征或者人工建筑特征的地理實體的地理位置、屬性及其邊界的信息；空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)指對于這些空間數(shù)據(jù)的描述或說明，空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)：空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)指對于空間數(shù)據(jù)的描述或說明的數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的應(yīng)用a、幫助用戶獲取數(shù)據(jù)b、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制c、在數(shù)據(jù)集成中的應(yīng)用d、數(shù)據(jù)存貯和功能實現(xiàn)2空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計算機存儲、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：就是以行、列表示的像元陣列，像元點上的值即對應(yīng)著地理實體的屬性或?qū)傩跃幋a。特點:優(yōu)點（1）由于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是按一定規(guī)則排列的，所以,其所表示的實體位置就很容易隱含在柵格數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)之中;（2）柵格的行列坐標可以方便地轉(zhuǎn)換為其它坐標系下的坐標值;（3）柵格文件的中的每個代碼本身即明確地表明了實體的屬性或?qū)傩跃幋a;（4）柵格數(shù)據(jù)特別適合與計算機處理，特別是存儲和顯示;缺點：（1）柵格數(shù)據(jù)表示的地表上的線或者面是不連續(xù)的，其表示地理實體的精度與柵格尺寸有關(guān);（2）相對于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)量大柵格數(shù)據(jù)的獲取途徑：目讀法、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、掃描數(shù)字化和分類影像輸入0123401234567柵格數(shù)據(jù)的壓縮編碼方式：鏈式編碼(弗里曼鏈碼、邊界鏈碼)：將多邊形的邊界，表示為由某一原點開始，并按某些方向確定的單位矢量鏈。評價：優(yōu)點：對多邊形的表示有很強的壓縮能力；有一定的計算功能——如多邊形周長；可探測邊界的走向；適用于存儲多邊形數(shù)據(jù)。缺點：疊置運算難于進行，如組合、相交等；相鄰邊界重復(fù)存儲，存在數(shù)據(jù)冗余游程長度編碼：只在各行各列數(shù)據(jù)發(fā)生改變時依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個數(shù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。從第一行開始，從左到右將若干個屬性值相同的柵格視為一個游程，每個游程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示（P，A），其中A為游程長度(所延續(xù)的列數(shù))，P為該游程像元的屬性值。優(yōu)點：是多種壓縮算法的實現(xiàn)基礎(chǔ)；易于實現(xiàn)檢索、疊加、合并等常用操作；當圖形不復(fù)雜，柵格尺寸較小時，可實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)的較大壓縮。四叉樹編碼:又稱為四分樹或四元樹編碼。就是將2n×2n（n〉=1）的空間區(qū)域按照四個像限進行遞歸分割，直到子像限的值單調(diào)為止。每個均值方塊分解為四個方位即（西北、東北、西南和東南）四叉樹頂部時根結(jié)點，內(nèi)部結(jié)點用圓圈表示，葉結(jié)點用方框表示四叉樹結(jié)構(gòu)按其編碼方式的不同又分為“常規(guī)四叉樹”（CQT）和“線性四叉樹”（LQT）常規(guī)四叉樹除了記錄葉結(jié)點之外，還要記錄中間結(jié)點，結(jié)點之間借助于指針相聯(lián)系。每個結(jié)點用4個葉結(jié)點指針、1個父結(jié)點指針和一個屬性碼共6個數(shù)據(jù)項來表達。線性四叉樹只記錄最后葉結(jié)點信息，每個結(jié)點用位置、深度,屬性碼和灰度值4個數(shù)據(jù)項表達。（2）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：含義：通過記錄空間對象的坐標及空間關(guān)系來表達空間對象的位置。矢量數(shù)據(jù)存儲是以隱式關(guān)系以最小的存儲空間存儲復(fù)雜的數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容：點實體，線實體，面實體矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方法：實體式（是指構(gòu)成多邊形邊界的各個線段，以多邊形為單元進行組織的）索引式雙重獨立式（對圖上網(wǎng)狀或面狀要素的任何一條線段，用其兩端的節(jié)點及相鄰面域來予以定義）鏈狀雙重獨立式（以文件為單元進行組織的，包括：多邊形單元，弧段文件，弧段坐標文件，節(jié)點文件）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點：用離散的點描述空間對象與特征，定位明顯，屬性隱含用拓撲關(guān)系描述空間對象之間的關(guān)系面向目標操作，精度高，數(shù)據(jù)冗余度小與遙感等圖象數(shù)據(jù)難以結(jié)合輸出圖形質(zhì)量號，精度高（3）兩種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較與轉(zhuǎn)化：兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較：從數(shù)據(jù)量、圖形精度、圖形元算、遙感影像格式是否一致性、輸出表示、數(shù)據(jù)共享、拓撲和網(wǎng)絡(luò)分析方面進行；（見書54頁）由于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各具有不同的優(yōu)缺點，一般他們的應(yīng)用原則是：數(shù)據(jù)采集采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于保證空間實體的幾何精度和拓撲特性的描述；而空間分析則主要采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于加快系統(tǒng)數(shù)據(jù)的運行速度和分析應(yīng)用的進程，因而在數(shù)據(jù)處理階段，經(jīng)常要進行兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換。矢量向柵格的轉(zhuǎn)換：點的變換、線的變換和面的變換柵格向矢量的轉(zhuǎn)換：基于圖形數(shù)據(jù)的矢量化方法：（二值化、細化、跟蹤）基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法3空間數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)源是指建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫所需要的各種類型數(shù)據(jù)的來源（1）數(shù)據(jù)源種類：GIS的數(shù)據(jù)源是多種多樣的，并隨系統(tǒng)功能的不同而不同，主要包括：地圖、遙感影象數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)和各種文字報告和立法文件。（2）空間數(shù)據(jù)的采集:圖形數(shù)據(jù)的采集；野外數(shù)據(jù)采集（平板測量，全野外數(shù)字測圖，空間定位測量）；地圖數(shù)字化（手扶跟蹤數(shù)字化；掃描矢量化）；攝影測量方法；遙感圖像處理（從HDDT格式轉(zhuǎn)換為cct完成觀測數(shù)據(jù)的輸入→再生、校正處理→變換處理→分類處理→處理結(jié)果的輸出）屬性數(shù)據(jù)的采集:即空間實體的特征數(shù)據(jù)，分兩種情況:一種是直接記錄在柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中的,另一種是單獨輸入數(shù)據(jù)庫存儲為屬性文件。對于第一種情況要對其進行編碼，將屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機可以接受的數(shù)字或者字符形式，便于GIS存儲管理。屬性數(shù)據(jù)編碼一般要基于以下三個原則：（1）編碼的系統(tǒng)性和科學(xué)性。編碼的一致性。（3）編碼的標準化和通用性。（4）編碼的簡捷性。（5）編碼的可擴展性。屬性編碼一般包括三個方面的內(nèi)容：（1）登記部分，用來標識屬性數(shù)據(jù)的序號，（2）分類部分，用來標識屬性的地理特征，可采用多位代碼反映多種特征；（3）控制部分，用來通過一定的查錯算法，檢查在編碼、錄入和傳輸中的錯誤，在屬性數(shù)據(jù)量較大情況下具有重要意義。編碼方法：層次分類編碼法，多源分類編碼法兩種。層次分類編碼法：是按照分類對象的從屬和層次關(guān)系為排列順序的一種代碼，它的優(yōu)點是能明確表示出分類對象的類別，代碼結(jié)構(gòu)有嚴格的隸屬關(guān)系多源分類編碼法：又稱獨立分類編碼法。是指對于一個特定的分類目標，根據(jù)諸多不同的分類依據(jù)分別進行編碼，各位數(shù)字代碼之間并沒有隸屬關(guān)系。（3）空間數(shù)據(jù)的編輯與處理：誤差或錯誤的檢查與編輯（圖形數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的誤差主要包括6各方面：1、空間數(shù)據(jù)的不完整或重復(fù)：主要包括空間點、線、面數(shù)據(jù)的丟失或重復(fù)、區(qū)域中心點的遺漏、柵格數(shù)據(jù)矢量化時引起的斷線等； 2、空間數(shù)據(jù)位置的不準確：主要包括空間點位的不準確、線段過長或過短、線段的斷裂、相鄰多邊形結(jié)點的不重合等；3、空間數(shù)據(jù)的比例尺不準確；4、空間數(shù)據(jù)的變形；5、空間屬性和數(shù)據(jù)連接有誤；6、屬性數(shù)據(jù)不完整；圖像糾正：糾正的原因：由于如下原因，使掃描得到的地形圖數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)存在變形，必須加以糾正。1、由于受地形圖介質(zhì)及存放條件等因素的影響，使地形圖的實際尺寸發(fā)生變形；2、在掃描過程中，工作人員的操作會產(chǎn)生一定的誤差，如掃描時地形圖或遙感影象沒被壓緊、產(chǎn)生斜置或掃描參數(shù)的設(shè)置等因素都會使被掃入的地形圖或遙感影象產(chǎn)生變形，直接影響掃描質(zhì)量和精度；3、由于遙感影象本身就存在著幾何變形；4、由于所需地圖圖幅的投影與資料的投影不同，或需將遙感影象的中心投影或多中心投影轉(zhuǎn)換為正射投影等。5、由于掃描時，受掃描儀幅面大小的影響，有時需將一幅地形圖或遙感影象分成幾塊掃描，這樣會使地形圖或遙感影象在拼接時難以保證精度。糾正方法（四點糾正法和逐網(wǎng)格糾正法）數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換：不同介質(zhì)之間的轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換地圖投影轉(zhuǎn)換：正解變換、反解變換和數(shù)值變換空間數(shù)據(jù)索引：是指依據(jù)空間對象的位置和形狀或空間對象之間的某種空間關(guān)系，按照一定順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括空間對象的概要信息，如對象的標識、外接矩形及指向該空間對象實體的指針。格網(wǎng)索引：將研究區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等和不等的格網(wǎng)，記錄每一個格網(wǎng)所包含的空間實體范圍索引：四叉樹索引：以區(qū)域目標為循環(huán)分解對象的四叉樹理解其含義及優(yōu)缺點。圖像解譯：含義是指從圖像中提取有用信息的過程；方法有目視判讀和計算機自動解譯（監(jiān)督分析和非監(jiān)督分類）圖幅拼接：邏輯一致性的處理；識別和檢索相鄰圖幅；相鄰圖幅邊界點坐標數(shù)據(jù)的匹配；相同屬性多邊形公共邊界的刪除。（4）圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接：獨立存儲的圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接（單向指針指向?qū)傩詳?shù)據(jù)）；對通用DBMS擴展以增加空間數(shù)據(jù)的管理能力空間數(shù)據(jù)質(zhì)量及其精度分析：空間數(shù)據(jù)質(zhì)量：空間數(shù)據(jù)質(zhì)量：空間數(shù)據(jù)在表達實體空間位置、特征和實踐所能達到的準確性、一致性、完整性和三者統(tǒng)一性的程度?？臻g數(shù)據(jù)質(zhì)量評價：空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標準：空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標準是生產(chǎn)、使用和評價空間數(shù)據(jù)的依據(jù)。數(shù)據(jù)質(zhì)量是數(shù)據(jù)整體性能的綜合體現(xiàn)?？臻g數(shù)據(jù)質(zhì)量標準要素及其內(nèi)容：數(shù)據(jù)情況說明，位置精度，屬性精度，時間精度，邏輯一致性，表達形式的合理性，完整性誤差的類型：源誤差：（1）地面測量數(shù)字數(shù)據(jù)的誤差（2）地圖數(shù)字化數(shù)據(jù)的誤差（3）遙感數(shù)據(jù)的誤差操作誤差：除了地圖原始錄入數(shù)據(jù)本身帶有的源誤差外，空間數(shù)據(jù)處理操作中還會引入新誤差。包括由計算機字長引起的誤差，由拓撲分析引起的誤差，數(shù)據(jù)分類和內(nèi)插引起的誤差二、空間數(shù)據(jù)的建庫（空間數(shù)據(jù)庫）1數(shù)據(jù)庫概述：數(shù)據(jù)庫定義:數(shù)據(jù)庫就是為了一定的目的，在計算機系統(tǒng)中以特定的結(jié)構(gòu)組織、存儲、管理和應(yīng)用的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合?？臻g數(shù)據(jù)庫與一般數(shù)據(jù)庫相比具有的特點：（1）數(shù)據(jù)量特別大（2）不僅有地理要素的屬性數(shù)據(jù)，還有大量的空間數(shù)據(jù)，即描述地理要素空間分布位置的數(shù)據(jù)，并且這兩種數(shù)據(jù)之間具有不可分割的聯(lián)系。（3）數(shù)據(jù)應(yīng)用的面相當廣，如地理研究、環(huán)境保護、土地利用與規(guī)劃等等。數(shù)據(jù)庫的主要特征（數(shù)據(jù)集中控制特征、數(shù)據(jù)冗余度小的特征、數(shù)據(jù)獨立性特征、復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)保護特性）數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：物理級、概念級、用戶級（1）物理級：數(shù)據(jù)庫最內(nèi)的一層，它是物理設(shè)備上實際存儲的數(shù)據(jù)集合。是由物理模式描述的。（2）概念級：數(shù)據(jù)庫的邏輯表示，包括每個數(shù)據(jù)的邏輯定義以及數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系。（3）用戶級：用戶所使用的數(shù)據(jù)庫，是一個或幾個特定用戶所使用的數(shù)據(jù)集合，是概念模型的邏輯子集。由外部模式定義。數(shù)據(jù)組織方式：數(shù)據(jù)項:是可一定義數(shù)據(jù)的最小單位記錄：由若干數(shù)據(jù)項組成文件：是以給定類型的（邏輯）記錄的全部具體值得集合數(shù)據(jù)庫：比文件更大的數(shù)據(jù)組織。數(shù)據(jù)之間的邏輯聯(lián)系：數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系主要是指記錄與記錄之間的聯(lián)系。主要有三種：一對一；一對多的聯(lián)系；多對多的聯(lián)系2傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中關(guān)于數(shù)據(jù)和聯(lián)系的邏輯組織的形式表示。每個具體的數(shù)據(jù)庫都是由一個相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型來定義，數(shù)據(jù)模型的主要任務(wù)是研究記錄類型之間的聯(lián)系層次模型：是將數(shù)據(jù)組織成有向有序的樹結(jié)構(gòu)，優(yōu)點：反映了現(xiàn)實世界中實體間的層次關(guān)系，層次結(jié)構(gòu)是眾多空間對象的自然表達形式，并有一定程度上支持數(shù)據(jù)的重構(gòu)，缺點：（1）任何對象的查詢都要從所在層次結(jié)構(gòu)的根開始，低層次處理效率低，并難以進行反向查詢；（2）層次命令具有過程式性質(zhì)，要求用戶了解數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，并在數(shù)據(jù)操縱命令中顯示地給出存取途徑；（3）模擬多對多聯(lián)系時導(dǎo)致物理存儲上的冗余；（4）數(shù)據(jù)獨立性差網(wǎng)絡(luò)模型：特點是反映著現(xiàn)實世界中實體間更為復(fù)雜的聯(lián)系，基本特征是結(jié)點數(shù)據(jù)間沒有明確的從屬關(guān)系，一個節(jié)點可與多個其他節(jié)點構(gòu)成聯(lián)系。優(yōu)點：可以描述現(xiàn)實生活中極為常見的多對多的關(guān)系，數(shù)據(jù)存儲效率高于層次模型。缺點：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了用戶查詢和定位的困難；操作命令具有過程式性質(zhì)；不直接支持對于層次結(jié)構(gòu)的表達。關(guān)系模型：把數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定條件的二維表形式。一個實體由若干個關(guān)系組成，而關(guān)系表的集合就構(gòu)成關(guān)系模型。優(yōu)點：能夠簡單、靈活的方式表達現(xiàn)實世界中各種實體及其相互的關(guān)系，使用于維護也很方便；具有嚴密的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和操作代數(shù)基礎(chǔ)；在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)間的關(guān)系具有對稱性，正反方向的尋找的難度程度一樣缺點：1）實現(xiàn)效率不夠高。2）描述對象語義的能力較弱。（3）不直接支持層次結(jié)構(gòu)（4）模型的可擴充性較差（5）模擬和操縱復(fù)雜對象的能力較弱。3GIS中空間數(shù)據(jù)的組織方式混合結(jié)構(gòu)模型：基本思想是用兩個子系統(tǒng)分別存儲和檢索空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，其中屬性數(shù)據(jù)存儲在常規(guī)的RDBMS中，幾何數(shù)據(jù)存儲在空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，兩個子系統(tǒng)之間使用一種標識聯(lián)系起來。圖圖4-9混合結(jié)構(gòu)模型RDBMS幾何空間數(shù)據(jù)存儲子系GIS擴展結(jié)構(gòu)模型：圖4-10擴展數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)標準RDBMS圖4-10擴展數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)標準RDBMS屬性數(shù)據(jù)GIS統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型：在開放型DBMS基礎(chǔ)上擴充空間數(shù)據(jù)表達功能。如圖4-11所示，空間擴展完全包含在DBMS中，用戶可以使用自己的基本抽象數(shù)據(jù)類型(ADT)來擴充DBMS。在核心DBMS中進行數(shù)據(jù)類型的直接操作很方便、有效，并且用戶還可以開發(fā)自己的空間存取算法。該模型的缺點是，用戶必須在DBMS環(huán)境中實施自己的數(shù)據(jù)類型，對有些應(yīng)用將相當復(fù)雜。屬于此類綜合模型的軟件如TIGRIS(intergraph)、GEO++(荷蘭)等。4面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)：面向?qū)ο蠓椒ɑ境霭l(fā)點就是盡可能按照人類認識世界的方法和思維方式來分析和解決問題。客觀世界是由許多具體的事物或事件、抽象的概念、規(guī)則等組成的。因此，我們將任何感興趣或要加以研究的事物概念都統(tǒng)稱為“對象”(或稱目標)。面向?qū)ο蟮姆椒ㄕ且詫ο笞骺臻g數(shù)據(jù)庫查詢就是根據(jù)用戶的要求，從數(shù)據(jù)庫中找出符合用戶需求的空間數(shù)據(jù)子集。空間數(shù)據(jù)查詢功能分為三類：（1）空間關(guān)系查詢：對空間實體間存在的拓撲、順序、距離、方位等關(guān)系的查詢，點、線、面實體相互關(guān)系查詢；ArcView（2）屬性數(shù)據(jù)查詢：針對非空間的信息查詢。利用SQL（StructuredQueryLanguage,結(jié)構(gòu)化查詢語言）在屬性數(shù)據(jù)中找出滿足條件的空間實體；MapInfo（3）空間屬性聯(lián)合查詢：查詢條件中既包括查詢空間關(guān)系，又包含查詢屬性信息的要求，就是空間屬性的聯(lián)合查詢。MapInfo為最基本的元素，它也是分析問題，解決問題的核心。三、空間數(shù)據(jù)分析（GIS空間分析原理與方法）1GIS空間分析模型：模型：就是將系統(tǒng)的各個要素，通過適當?shù)暮Y選，用一定的表現(xiàn)規(guī)則所描寫出來的簡明映像。按表達方式可分為概念模型，物理模型，和數(shù)學(xué)模型。地學(xué)模型是用來描述地理系統(tǒng)各地學(xué)要素之間的相互關(guān)系和客觀規(guī)律信息的語言的或數(shù)學(xué)的或其他表達形式，地學(xué)分析模型主要包含以下幾種形式：1、邏輯模型：由地理名詞和邏輯運算符組成的邏輯表達式表示；2、物理模型：由物理模擬過程表達；3、數(shù)學(xué)模型：由常數(shù)、參數(shù)、變量和函數(shù)關(guān)系等組成的數(shù)學(xué)表達式表示；4、圖像模型：由某種圖像或圖像運算的集合表達，如各種專題地圖。2柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式：柵格數(shù)據(jù)聚類、聚合分析：均是指將一個單一層面的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)經(jīng)某種變換而得到一個具有新含義的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過程。聚類分析是根據(jù)設(shè)定的聚類條件對原有數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行有選擇的信息提取而建立新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法聚合分析是指根據(jù)空間分辨力和分類表，進行數(shù)據(jù)類型的合并或轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)空間地域的兼并。柵格數(shù)據(jù)的疊合分析：將有關(guān)主題層組成的各個數(shù)據(jù)層面進行疊置產(chǎn)生一個新的數(shù)據(jù)層面，而結(jié)果綜合了原來兩個或多個層面要素所具有的屬性，同時產(chǎn)生新的空間關(guān)系和多屬性聯(lián)系起來的新的屬性關(guān)系。有兩種形式視覺信息復(fù)合和疊加分類模型（邏輯判斷復(fù)合法、數(shù)學(xué)運算復(fù)合法：算術(shù)運算，函數(shù)運算）柵格數(shù)據(jù)追蹤分析：指對于特定的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)由某一個或多個起點，按照一定的追蹤線索進行追蹤目標或者追蹤軌跡信息提取的空間分析方法。柵格數(shù)據(jù)窗口分析（領(lǐng)域分析）：窗口類型（矩形、圓形、扇形和環(huán)形）；統(tǒng)計分析的類型（均值、最大值、最小值、總和等）3矢量數(shù)據(jù)分析的基本方法：包括分析：確定要素之間是否存在著直接的聯(lián)系，即矢量點、線、面之間是否存在空間位置上的聯(lián)系。例如確定＃位屬于那個行政區(qū)。緩沖區(qū)分析：含義是研究根據(jù)數(shù)據(jù)庫的點、線、面實體，自動建立周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形實體，從而實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)在水平方向得以擴展的信息分析方法。例如城市噪聲污染源所影響的一定空間范圍、交通線兩側(cè)所劃定的綠化帶。按空間對象幾何形狀不同分為三種點、線和面的緩沖區(qū)；空間疊合分析：又稱疊加分析、疊置分析，在相同的空間坐標系統(tǒng)條件下，將同一地區(qū)兩個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。多邊形疊置分析是指同一地區(qū)、同一比例尺的兩組或兩組以上的多邊形要素的數(shù)據(jù)文件進行疊置。特點：（1參加疊置的圖層都是矢量數(shù)據(jù)，產(chǎn)生具有多重屬性的新多邊形）。分為兩種：合成疊置（地圖內(nèi)容的合成疊置）和統(tǒng)計疊置（多邊形范圍內(nèi)的屬性特征的統(tǒng)計分析）多邊形疊合分析通常有以下五種疊合方式：合并(Union)輸出層保留輸入圖層的所有多邊形要素。相交(Intersect)輸出層保留輸入圖層的所有多邊形要素。一致(Identity)保留以一多邊形為控制邊界內(nèi)的所有多邊形要素相減(Erase)保留以一多邊形為控制邊界外的所有多邊形要素更新(Update)輸出數(shù)據(jù)為一個經(jīng)刪除處理后的多邊形與一個新特征多邊形，即刪除重疊的部分。網(wǎng)絡(luò)分析：主要用途是選擇最佳路徑；選擇最佳布局中心的位置。最佳路徑是指從始點到重點的最短距離或花費最少的路徑。最佳布局中心位置是指各中心所覆蓋范圍內(nèi)任一點到中心的距離最近或花費最小。基本思想在于人類活動總是趨向于按一定目標選擇達到最佳效果的空間位置。網(wǎng)絡(luò)中的基本組成部分：鏈：網(wǎng)絡(luò)中流動的管線障礙：禁止網(wǎng)絡(luò)中鏈上流動的點拐角點：出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)鏈中所有的分割結(jié)點上狀態(tài)屬性的阻力中心：接受或分配資源的位置站點：在路徑選擇中資源增減的站點網(wǎng)絡(luò)分析的基本方法：（1）路徑分析（2）地址匹配（3）資源分配4空間數(shù)據(jù)的其他分析方法：空間數(shù)據(jù)的查詢含義：從空間數(shù)據(jù)庫中找出所有滿足屬性約束條件和空間約束條件的地理對象。空間數(shù)據(jù)的查詢：屬性查詢（簡單的屬性查詢和SQL查詢）、圖形查詢（點查詢、矩形或圓查詢、多邊形查詢）和空間關(guān)系查詢（a拓撲關(guān)系查詢：鄰接關(guān)系查詢、包含關(guān)系查詢、關(guān)聯(lián)關(guān)系查詢；b緩沖區(qū)查詢：緩沖區(qū)含義；緩沖區(qū)查詢不破壞原有空間目標的關(guān)系，指檢索緩沖區(qū)范圍內(nèi)涉及的空間目標）空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插：在已存在觀測點的區(qū)域范圍之內(nèi)估計未觀測點的特征值的過程稱為內(nèi)插。根據(jù)已知點和已知分區(qū)的不同分為點的內(nèi)插和區(qū)域的內(nèi)插?？臻g信息分類：（1）主成分分析法（2）系統(tǒng)聚類分析（3）判別分析（4）種子增長算法5數(shù)字高程模型及其分析：DEM是通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實現(xiàn)對地形曲面的數(shù)字化模擬，它是對二維地理空間上具有連續(xù)變化特征地理現(xiàn)象的模型化表達和過程模擬。表達形式有不規(guī)則格網(wǎng)，規(guī)則格網(wǎng)和等高線、等深線、地形特征線，如山脊線、