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GIS读书笔记
《当代地理信息技术》读书笔记
地理信息系统(gis,geographicinformationsystem)是由计算机系统、地理数据和用户组成的,通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析,生成并输出各种地理信息,从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识,为工程设计和规划、管理决策服务。
gis始于60年代的加拿大与美国,尔后各国相继投入了大量的研究工作,自80年代末以来,特别是随着计算机技术的飞速发展,地理信息的处理、分析手段日趋先进,gis技术日臻成熟,已广泛地应用于环境、资源、石油、电力、土地、交通、公安、急救、航空、市政管理、城市规划、经济咨询、灾害损失预测、投资评价、政府管理和军事等与地理坐标相关的几乎所有领域。
但是,进入90年代以来,随着信息技术,尤其是计算机技术的快速发展,计算机其微处理器的处理速度愈来愈快性能价格比更高;其存储器能实现将大型文件映射至内存的能力,并且能存储海量数据、数字地球(digitalearth)的提出与实施,多媒体技术、空间技术、虚拟实景、数字测绘技术、数据仓库技术、计算机图形技术三维图形芯片、大容量光盘技术及宽频光纤通讯技术的突破性进展,特别是消除数据通讯瓶颈的卫星互联网的建立,以及能够提供接近实时对地观测图象的高分辨、高光谱、短周期遥感卫星的大量发射以及gis的应用深度的不断深入和广度的扩大,gis正处于急剧变化与发展之中,并对gis提出了许多新的要求。
一方面,计算机的进步、信息网的发展和利用等技术上的突破,使得以数字形式表示信息更加容易,另一方面,地理信息仍滞后于其它更适合于以数字形式表示的信息,例如数字和文本。
因此,地理信息的使用,又存在一定的困难和障碍,如果这些障碍能够妥善解决,gis的应用将会取得突飞猛进的发展。
gis技术依托的主要工具和平台是计算机及其相关设备。
目前gis主要总体上呈现网络化、组件式、开放性、移动式、空间多维性与虚拟现实、3s集成等发展趋势。
1、webgis
传统gis系统的弊端:
文件服务器结构,处理能力完全依赖client端,效率低下;client端的任何操作都要将服务器文件远程复制到本地进行,多用户并发操作时,网上存在多个备份,数据完整性难以控制;大量数据频繁传输,造成网络瓶颈,降低系统性能;成本高昂,企业用户的gis要求仅限于一般性功能,为此每个client都配备昂贵的专业gis软件无疑是巨大浪费;gis桌面系统操作复杂,需要专业基础和长期培训,不适合企业级及大众化应用;而webgis的优势:
大规模降低成本,全面取代gis桌面系统;将企业成员的交流合作与gis专业操作有机结合,构成企业群体生产力;采用页面取代窗口,简单易用,降低专业操作难度;充分利用网络资源,是一种理想的全局优化模式;对于webgis的设计思路,首先是基于gis网络协议,其次就是webgis多源数据的集成,以及多线程并形式计算和平台的独立性。
webgis有更广泛的访问范围客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据。
其次就是平台独立性,由于是用通用的web浏览器,用户可以适时地访问webgis数据,其软件成本与全套专业gis相比明显要节省得多。
目前,webgis在internet/intranet上的应用为典型的三层结构,三层结构包括客户机、应用服务器与web服务器、数据库服务器。
如今,webgis得到了越来越广泛的应用,一类为基于internet的公共信息在线服务;webgis的另外一类应用为基于intranet的企业内部业务管理。
gis可以与无线通信相结合。
wap技术的发展与应用使无线通信技术与gis技术以及internet技术的结合成为可能,形成了一种新的技术--无线定位技术,因此也衍生一种新的服务,即无线定位服务。
利用这种技术,人们可以利用手机查询到自己所在的位置。
gis与无线通讯的结合,使gis借助于无线通讯等技术手段更加深入地融入到我们的日常生活当中,这将是一个非常广阔的市场。
与传统的gis相比,webgis具有以下特点:
(1)适应性强webgis是基于互联网的,因而是全球的,能够在不同的平台运行。
(2)应用面广网络功能将使webgis应用到整个社会,真正实现gis的无所不能,无处不在。
(3)现实性强地理信息的实时更新在网上进行,人们能得到最新信息和最新动态。
(4)维护社会化数据的采集、输入、空间信息的分析与发布将是在社会协调下运作,对其维护将是社会化,减少重复的劳动。
(5)使用简单用户可以直接从网上获取所需要的各种地理信息,直接进行各种地理信息的分析,而不用关心空间数据库的维护和管理。
目前,webgis的建设面临四个方面的挑战:
网上数据发布、网上数据互操作、网上数据采掘和网上数据管理及安全性。
2、组件式gis
组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一,为了适应这种技术潮流,gis软件象其他软件一样,已经或正在发生着革命性的变化,即由过去厂家提供了全部系统或者具有二次开发功能的软件,过渡到提供组件由用户自己再开发的方向上来。
无疑,组件式gis技术将给整个gis技术体系和应用模式带来巨大影响。
组件式gis的基本思想是把gis的各大功能模块划分为几个控件,每个控件完成不同的功能。
各个gis控件之间,以及gis控件与其它非gis控件之间,可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来,形成最终的gis应用。
控件如同一堆各式各样的积木,他们分别实现不同的功能(包括gis和非gis功能),根据需要把实现各种功能的"积木"搭建起来,就构成应用系统。
基本特点把gis的功能适当抽象,以组件形式供开发者使用,将会带来许多传统gis工具无法比拟的优点。
(1)小巧灵活、价格便宜
由于传统gis结构的封闭性,往往使得软件本身变得越来越庞大,不同系统的交互性差,系统的开发难度大。
在组件模型下,各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能,用户可以根据实际需要选择所需控件,最大限度地降低了用户的经济负担。
。
组件化的gis平台集中提供空间数据管理能力,并且能以灵活的方式与数据库系统连接。
在保证功能的前提下,系统表现得小巧灵活,而其价格仅是传统gis开发工具的十分之一,甚至更少。
这样,用户便能以较好的性能价格比获得或开发gis应用系统。
(2)无须专门gis开发语言
传统gis往往具有独立的二次开发语言,对用户和应用开发者而言存在学习上的负担。
而且使用系统所提供的二次开发语言,开发往往受到限制,难以处理复杂问题。
而组件式gis建立在严格的标准之上,不需要额外的gis二次开发语言,只需实现gis的基本功能函数,按照microsoft的activex控件标准开发接口。
这有利于减轻gis软件开发者的负担,而且增强了gis软件的可扩展性。
gis应用开发者,不必掌握额外的gis开发语言,只需熟悉基于windows平台的通用集成开发环境,以及gis各个控件的属性、方法和事件,就可以完成应用系统的
开发和集成。
目前,可供选择的开发环境很多,如visualc++、visualbasic、visualfoxpro、borlandc++、delphi、c++builder以及powerbuilder等都可直接成为gis或gmis的优秀开发工具,它们各自的优点都能够得到充分发挥。
这与传统gis专门性开发环境相比,是一种质的飞跃。
(3)强大的gis功能
新的gis组件都是基于32位系统平台的,采用inproc直接调用形式,所以无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统gis软件逊色。
小小的gis组件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。
(4)开发简捷
由于gis组件可以直接嵌入mis开发工具中,对于广大开发人员来讲,就可以自由选用他们熟悉的开发工具。
而且,gis组件提供的api形式非常接近mis工具的模式,开发人员可以像管理数据库表一样熟练地管理地图等空间数据,无须对开发人员进行特殊的培训。
在gis或gmis的开发过程中,开发人员的素质与熟练程度是十分重要的因素。
这将使大量的mis开发人员能够较快地过渡到gis或gmis的开发工作中,从而大大加速gis的发展。
(5)更加大众化
组件式技术已经成为业界标准,用户可以象使用其他activex控件一样使用gis控件,使非专业的普通用户也能够开发和集成gis应用系统,推动了gis大众化进程。
组件式gis的出现使gis不仅是专家们的专业分析工具,同时也成为普通用户对地理相关数据进行管理的的可视化工具。
3、开放式gis
开放式地理信息系统(opengis)是指在计算机和通信环境下,根据行业标准和接口(interface)所建立起来的地理信息系统。
它不仅使数据能在应用系统内流动,还能在系统间流动。
opengis是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性,以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。
为此,opengis要具有下列特点:
(1)互操作性:
不同地理信息系统软件之间连接、信息交换没有障碍。
(2)可扩展性:
硬件方面,可在不同软件、不同档次的计算机上运行,其性能和硬件平台的性能成正比;软件方面增加新的地学空间数据和地学数据处理功能。
(3)技术公开性:
开放的思想主要是对用户公开,公开源代码及规范说明是重要的途径之一。
(4)可移植性:
独立于软件、硬件及网络环境,不需修改便可在不同的计算机上运行。
除此之外,还有诸如兼容性、可实现性、协同性等特点。
为了研究和开发opengis技术,1996年在美国成立的开放地理信息联合会主要研究和建立了开放式地理数据交互操作规程(ogis,opengeodata
interoperablespecification)。
ogis是为了寻找一种方式,将地理信息系统技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法更有效地结合起来。
基于ogis规范制订的开放系统模型是一种软件工程和系统设计方法,这种方法应用于gis领域,侧重于改变当前gis模型中特定的应用系统及其功能与它内部数据模型及数据格式紧密捆绑的现状。
当然,ogis只是对opengis定义了抽象的互操作规程,具体如何实现,还需采用分布式对象的技术,通过acrobat、ole、activex、java等语言实现。
opengis技术将使gis始终处于一种组织、开放式的状态,真正成为服务于整个社会的产业以及实现地理信息的全球范围内的共享与互操作,是未来网络环境下gis技术发展的必然趋势。
4、三维gis时态gis与虚拟现实技术
4.1、三维gis
在许多地学研究中,人们所要研究的对象是充满整个3d空间的,如大气污染、洋流、地质模型等,必须用一个(x,y,z)的3d坐标来描述。
在3dgis中,研究对象是通过空间x、y、z轴进行定义,描述的是真3d的对象。
随着计算机技术和gis在许多行业诸如地质、矿山、海洋、城市地下管网,城市空间规划、城市景观分析、无线通信覆盖范围分析等对三维gis的需求日益迫切,3dgis的理论和应用近年来受到许多学者的关注。
到目前为止,虽然有3dgis系统问世,但其功能远远不能满足人们分析问题的需要,原因主要是3dgis理论不成熟,其拓扑关系模型一直没有解决;另外三维基础上的数据量十分大,很难建立一个有效的,易于编程实现的三维模型,计算机海量数据的处理为三维gis提供了基础。
4.2、时态gis
人们都在一定的空间和时间环境中生存并从事各种社会活动。
从信息系统,尤其是gis的实用角度出发,时间可以看成是一条没有端点,向过去和将来无限延伸的线轴,它是现实世界的第四维。
时间和空间不可分割地联系在一起,跟踪和分析空间信息随时间的变化,应当是gis的一个合理目标。
这样的gis就被称为时态gis(temporalgis)。
记录历史数据有时候是非常重要的。
在gis中也要经常查询历史,最明显的例子就是宗地,一块宗地可能经过许多次的买卖或变篇二:
地理信息系统概论读书笔记
第一章导论
第一章导论
1地理信息系统基本概念
1.1数据与信息
数据(data)是信息(information)的表达,而信息是数据的内容。
数据是未经加工的原始材料,地理信息系统的设计和建立,首先是收集数据和处理数据。
数据是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号,不仅数字是数据,而且文字、符号、图象也是数据,数据本身没有意义;信息是对数据的解释、运用与解算,数据即使是经过处理以后的数据,只有经过解释才有意义,才成为信息。
就本质而言数据是客观对象的表示,而信息则是数据内涵的意义,只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。
信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征,以便向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实的知识,作为生产、管理和决策的依据。
信息的特点:
客观性、适用性、传输性、共享性。
1.2地理信息与地理信息系统
地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图象和图形的总称。
地理信息属于空间信息,其位置的识别是与数据联系在一起的,这是地理信息区别于其他类型信息的一个最显著的标志。
地理信息系统(geographicalinformationsystem)是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统,该系统设计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。
(美国联邦数字地图协调委员会(ficcdc)关于gis的定义)
2gis的基本组成
gis一般包括以下5个主要部分:
系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
2.1系统硬件
1、gis主机:
包括大型、中型、小型机,工作站/服务器和微型计算机,其中各种类型的工作站/服务器成为gis的主流。
2、gis外部设备:
包括各种输入(如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等)和输出设备(如各种绘图仪、图形显示终端和打印机)。
3、gis网络设备:
包括布线系统、网桥、路由器和交换机等。
2.2系统软件:
按功能分为gis专业软件、数据库软件和系统管理软件。
2.3空间数据
2.4应用人员:
包括系统开发人员和gis技术的最终用户。
2.5应用模型
3gis的功能简介
基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。
3.1基本功能:
包括数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编程
3.2应用功能:
包括资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策
4gis的发展透视
4.1发展概况
当前,gis正向着集成化、产业化和社会化发展方向迈进,呈现以下主要发展态势:
1、gis已成为一门综合性技术
2、gis产业化的发展势头强劲
3、gis网络化已构成当今社会的热点
4、地理信息科学的产生和发展
4.2基础理论
第二章地理信息系统的数据结构
1地理空间及其表达
1.1地理空间(geo-spatial)的概念
地理空间一般包括地理空间定位框架及其联结的特征实体。
地理空间定位框架即大地测量控制,有平面控制网和高程控制网组成。
目前,我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系,该坐标系选用1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球,其具体参数为:
赤道半径(a)=6378140.0000000000m,极半径(b)=6356755.2881575287m,地球扁率(f)=(a-b)/a=1/298.257。
1980年中国国家大地坐标系的大地原点,设在我过中部的陕西省泾阳县永乐镇,简称西安原点。
高程指空间参考的高于或低于某基准平面的垂直位置,主要用来提供地形信息。
我国现在规定的高程起算基准面为"1985国家高程基准",该基准比原国务院批准启用的"黄海平均海平面"高29mm。
1.2空间实体的表达
如果采用一个没有大小的点(坐标)来表达基本点元素时,称为矢量表示法;如果采用一个有固定大小的点(面元)来表达基本点元素时,称为删格表示法。
2地理空间数据及其特征
2.1gis的空间数据
gis的数据来源和数据类型繁多,主要有:
地图数据;影像数据;地形数据;属性数据;元数据。
空间数据根据表示对象的不同分为:
类型数据;面域数据;网络数据;样本数据;曲面数据;文本数据;符号数据。
2.2空间数据的基本特征
一般地,空间特征数据包括地理实体或现象的定位数据和拓扑数据,属性特征数据包括地理实体或现象的专题属性(名称、分类、数量等)数据和时间数据,而空间特征数据和属性特征数据统称为空间数据或地理数据。
空间数据的拓扑关系包括:
拓扑邻接;拓扑关联;拓扑包含。
2.3空间数据的计算机表示
3空间数据结构的类型
3.1矢量数据结构
基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。
矢量数据结构上利用欧几里得(euclid)几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。
矢量数据结构分为以下几种主要类型:
1、简单数据结构
特点:
数据按点、线或多边形为单元组织,数据排版直观,数字化操作简单;每个多边形都以闭合线段存储,多边形的公共边界被数字化两次和存储两次,造成数据冗余和不一致;点、线和多边形有各自的坐标数据,但没有拓扑数据,互相之间不关联;岛只作为一个单个图形,没有与外界多边形的联系。
2、拓扑数据结构:
包括dime(对偶独立地图编码法)、polyvrt(多边形转换器)、tiger(地理编码和参照系统的拓扑集成)。
特点:
点是相互独立的,点连成线,线构成面。
3、曲面数据结构
3.2删格数据结构
基于删格模型的数据结构简称为删格数据结构,指将空间分割成有规则的网格,在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。
删格数据结构与矢量数据结构相比较,用删格数据结构表达地理要素比较直观,容易实现多元数据的叠合操作,便于与遥感图象及扫描输入数据相匹配建库和使用等。
删格数据结构的类型:
1、删格矩阵结构:
是一种全删格阵列的空间数据组织形式。
2、游程编码结构:
(游程指相邻同值网格的数量)是逐行将相邻同值的网格合并,并记录合并后网格的值及合并网格的长度,其目的是压缩删格数据量,消除数据间的冗余。
3、四叉树数据结构:
将空间区域按照四个象限进行递归分割(2n*2n,且n>=1),知道子象限的数值单调为止。
凡值(特征码或类型值)呈单调的单元,不论单元大小,均作为最后的存储单元。
4、八叉树和十六叉树结构
3.3适量与删格一体化数据结构
1、适量与删格一体化的基本概念
2、适量与删格一体化数据结构设计:
点状目标和结点只有位置,没有形状和面积;线状目标只要将其通过的删格地址全部记录下来即可;面状目标应包含边界和边界所保卫的整个区域。
3.4矢量与删格数据结构的比较
3空间数据结构的建立
空间数据结构的建立是指根据确定的数据结构类型,形成与该数据结构相适应的gis空间数据,为空间数据库的建立提供物质基础。
4.1系统功能与数据间的关系
4.2空间数据的分类和编码
1、空间数据的分类:
首先根据图形原则,将空间数据分为点、线、面三种类型;其次是对象原则。
2、空间数据的编码:
指将数据分类的结果用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程。
编码的结果是形成代码。
3、矢量数据的输入与编辑:
输入过程实际上是产生和矢量数据结构相适应gis空间数据的过程。
编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的错误,以及将数字化数据重新组织以便得到便于进一步处理和使用的格式。
4、删格数据的输入与编辑
第三章空间数据的处理
数据处理涉及的内容很广泛,主要取决与原始数据的特点和用户的具体要求,一般包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。
数据变换指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换,包括几何纠正、投影转换和辐射纠正等,以解决空间数据的几何配准。
数据重构指数据从一种格式到另一种格式的转换,包括结构转换、格式变换、类型替换等,以解决空间数据在结构、格式和类型上的统一,实现多源和异构数据的联接与融合。
数据提取指对数据进行某种有条件的提取,包括类型提取、窗口提取、空间内插等,以解决不同用户对数据的特定需求。
1空间数据的坐标变换
空间数据坐标变换的实质是建立两个平面点之间的一一对应关系,包括集合纠正和投影转换,它是空间数据处理的基本内容之一。
1.1几何纠正
几何纠正是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的改正。
现有的商业gis软件一般都具有仿射变换、相似变换、二次变换等几何纠正功能。
仿射变换是gis数据处理中使用最多的一种几何纠正方法,其主要特性为:
同时考虑到x和y方向上的变形,因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化。
1.2投影转换
当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时,需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。
投影转换的方法可采用:
正解变换、反解变换、数值变换。
2空间数据结构的转换
矢量数据结构和删格数据结构应用原则:
数据采集采用矢量数据结构,有利于保证空间实体的几何精度和拓扑特性的描述;而空间分析则主要采用删格数据结构,有利于加快系统数据的运行速度和分析应用的进程。
2.1由矢量向删格的转换
由矢量向删格的转换的根本任务是通过一个有限的工作存储区,使得矢量和删格数据之间不可避免的读写操作,限制在最短的时间范围内。
根据转换处理时,基于弧段数据文件和多边形数据文件的不同,分别采用不同的算法。
1、基于弧段数据的删格化方法:
其算法可分解为数据管理和转换计算两步。
2、基于多边形数据的删格化方法
2.2由删格向矢量的转换
由删格向矢量的转换的目的,是为了将删格数据分析的结果,通过矢量绘图装置输出,或者为了数据压缩的需要,将大量的面状删格数据转换为由少量数据表示的多边形边界,但是主要目的是为了能将自动扫描仪获取的删格数据加入矢量形式的数据库。
转换处理时,基于图象数据文件和再生删格数据文件的不同分别采用不同的算法。
1、基于图象数据的矢量化方法:
二值化;细化;跟踪
2、基于再生删格数据的矢量化方法
3多源空间数据的融合
3.1遥感与gis数据的融合
常用方法具体表现为:
遥感图象与图形的融合;遥感数据与dem的融合;遥感图象与地图扫描图象的融合
3.2不同格式数据的融合
主要有以下几种方法:
基于转换器的数据融合;基于标准的数据融合;基于公共接口的数据融合;基于直接访问的数据融合
4空间数据的压缩与综合
4.1空间数据的压缩
1、数据压缩的意义
所谓数据压缩,即从所取得的数据集合s中抽出一个子集a,这个子集作为一个新的信息篇三:
gis读书报告
地理信息系统(gis)是以地理空间和动态的地理信息为地理研究和地理决策的信息系统。
由于其具有强大的图形信息处理功能,空间数据和属性数
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