地理信息系统读书报告.docx
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地理信息系统读书报告
地理信息系统读书报告
地理信息系统(geographicinformationsystem,简称gis)是一种具有信息系统空间专业形式的数据管理系统,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。
(一)gis的基本概念:
1、gis的物理外壳是计算机化的技术系统,它又由若干个相互关联的子系统构成,如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等,这些子系统的优劣、结构直接影响着gis的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
2、gis的操作对象是空间数据和属性数据,即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。
空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码,实现对其定位、定性和定量的描述、这是gis区别于其它类型信息系统的根本标志,也是其技术难点之所在。
3、gis的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力,可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息,实现地理空间过程演化的模拟和预测
4、gis与测绘学和地理学有着密切的关系。
大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为gis中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数;电子速测仪、gps全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用,可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品,为gis提供丰富和更为实时的信息源,并促使gis向更高层次发展。
地理学是gis的理论依托。
有的学者断言,"地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。
如果说gis的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙,那么,信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门,必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地"。
gis被誉为地学的第三代语言--用数字形式来描述空间实体。
(二)gis的发展现状和趋势
地理信息系统技术是一门综合性的技术,它的发展是与地理学、地图学、摄影测量学、遥感技术、数学和统计科学、信息技术等有关学科的发展分不开的。
gis的发展可分为四个阶段:
第一个阶段是初始发展阶段,20世纪60年代世界上第一个gis系统由加拿大测量学家r.f.tomlison提出并建立,主要用于自然资源的管理和规划;第二个阶段是发展巩固阶段,20世纪70年代由于计算机硬件和软件技术的飞速发展,尤其是大容量存储设备的使用,促进了gis朝实用的方向发展,不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统在世界各地纷纷付诸研制;第三个阶段是推广应用阶段,20世纪80年代,gis逐步走向成熟,并在全世界范围内全面推广,应用领域不断扩大,并与卫星遥感技术结合,开始应用于全球性的问题,这个阶段涌现出一大批gis软件,如arc/info,genamap,spans,mapinfo,erdas,microstation等;第四个阶段是蓬勃发展阶段,20世纪90年代,随着地理信息产品的建立和数字化信息产品在全世界的普及,gis成为确定性的产业,并逐渐渗透到各行各业,成为人们生活、学习和工作不可缺少的工具和助手。
地理信息系统的研制与应用在我国起步较晚,虽然历史较短,但随着计算机和信息技术的快速发展发展势头迅猛。
现在,我国gis的研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段,逐步建立了不同层次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室。
gis系统正朝着专业或大型化、社会化方向不断发展着。
"大型化"体现在系统和数据规模两个方面;"社会化"则要求gis要面向整个社会,满足社会各界对有关地理信息的需求,通过网络实现从数据乃至系统之间的完全共享和互动。
(三)gis技术的应用领域
随着技术的发展和社会需求的增大,gis应用日趋广泛,它已经深入到市政工程、企业决策、资源管理、交通运输、医疗保健、邮电通讯、公安急救、市场销售、金融保险、石油化工、水利电力、环保旅游、科研教育等的各个方面,同时,还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育,乃至人们的日常生活领域之中。
1城市中的gis
城市无疑是gis应用最早、最为成功和最活跃的领域之一,我国城市gis的现状可以简单地概括为:
发展迅速,成绩巨大;问题不少,面临挑战。
目前,gis在城市规划管理、城市空间基础信息管理、城市地下管线管理、城市土地管理、城市勘察、城镇地籍管理以及城市环境保护、城市供水与地下水资源管理、电力电信设施管理、有线电视信息管理、城市公安、城市交通、旅游规划和城市救灾等各个方面都有成功的应用;我国已建立的各种gis系统中城市系统的数量占绝大多数;城市gis或gis相关系统的建设已由过去的"技术驱动"过渡到现在的"应用牵引",可以毫不夸张地说,城市领域是gis技术在我国成功应用的典范。
随着我国改革开放的不断深入,城市gis正以崭新的姿态进入城市规划、建设的各个领域。
2农业中的gis
农业地理信息系统就是要将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机、自动化、通信和网络等技术与地理学、农业、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科紧密地结合起来,形成一个包括对农作物、土地、土壤从宏观与微观的监测,农作物生长发育状况及其环境要素的现状进行定期的信息获取以及动态分析和诊断预测,耕作措施和管理方案在内的信息系统。
将传统的农业生产管理提高到一个以快速调查和监测、适时诊断和分析、高效决策和管理为标志的全新的与信息时代相适应的现代化农业的新阶段。
它包括建立农业信息库、农业资源动态监测、农业管理、分析与决策支持、"精准农业"示范等几个部分。
3防灾减灾中的gis
目前地理信息系统已经在火灾、地震、旱灾、洪涝、地面沉降以及滑坡、泥石流等方面做出了一定的应用。
通过地理信息系统,可以迅速实现各种灾害灾情的一定程度上的监测、灾害危害面积的确定、灾情的估算等,从而为防灾减灾提供及时、准确的信息。
例如,以地理信息系统在我国大兴安岭森林火灾预防中的应用为例,通过普查分析火灾实况,统计计算大量的气象数据,并从中筛选出气温、风速、降水、湿度等气象要素、春秋两季植被生长情况和积雪覆盖程
度等14个指标因子,用模糊数学方法建构数学模型,建立基于地理信息系统的多因子综合指标森林火灾预报方法,对预报火险等级的准确率可达73%以上。
4水利行业中的gis
gis在水利行业的应用相对滞后,八十年代后期一些科研院所和高等院校开始接触和应用gis,较长一段时间内,大多数部门的应用水平仅限于对数据的管理,主要是发挥gis的数据存储、查询、统计和图形显示的最底层功能,直到九十年代后期,才在某些领域和少数单位,开始将它作为分析、模拟、决策和预测的强有力工具。
二十一世纪是信息时代,水利部提出了"以信息化带动水利现代化"的战略方针,目前gis在水利行业的应用主要包括防洪减灾、水资源管理、水环境和水土保持、水利水电工程建设和管理等方面。
5环境科学领域的地理信息系统
地理信息系统技术在环境科学领域的应用可概括为环境管理、环境影响评价、面源污染分析、环境监测、水资源管理和分析、近海水域管理和分析六个方面。
利用gis软件,可以对环境监测过程中实时收集的信息进行存储、显示、分析,用于辅助环境决策;也可以管理各种与场地密切相关的地形、水文地质、土地利用及其他环境数据,并将它们与特定的应用程序、专业模型相关联,从而对复杂的水资源问题进行综合研究和分析。
(四)结语
信息经济已经成为当今世界经济发展的重要特征之一,信息技术和信息产业的国际竞争日益激烈,我国gis产业正面临着严峻挑战。
正确认识gis技术的发展动向,开发产品,推广应用,发展产业,增加国际竞争能力,才能立足于世界信息技术发展的潮流之中。
gis、rs、gps等构成的空间信息技术将是未来发展最快的、最激动人心的领域之一,它结合通信技术,为人类展现了一种全新的工作和生活模式。
随着计算机技术的发展,信息高速公路的建成,一个以地理信息系统为平台,以信息高速公路为纽带的"数字地球",必将为人类信息交流与共享提供一种全新的方式。
篇二:
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,空间数据和属性数据的完美结台,统一的数据库管理系统,独特的空间分析功能等特点,已被广泛用于资源管理、城市规划、应急救援等各个领域。
本次读书报告分为两个部分,一是从地理信息系统的概念、组成、空间数据结构及其存储方式、数据采集方式、空间分析方法等方面总结了地理信息系统的原理、技术手段和方法;二是结合自己的专业从地理信息系统在矿井灾害中的应用角度分析地理信息系统应急救援的功能。
一、地理信息系统的原理、技术手段和方法
1.1地理信息系统的概念
地理信息系统,英文简称gis(geographicinformationsystem)。
是在计算机支持下,对空间地理相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示输出,并采用地理模型分析方法,提供多种空间地理信息,为地学研究和决策服务的空间信息系统。
1.2地理信息系统的组成
地理信息系统主要由硬件、软件、数据、算法和人员五部分组成。
硬件和软件为地理信息系统建设提供环境;数据是gis的重要内容;算法为gis建设提供解决方案;人员是系统建设中的关键和能动性因素,直接影响和协调其它几个组成部分。
硬件主要包括计算机和网络设备,存储设备,数据输入,显示和输出的外围设备等等。
软件主要包括以下几类:
操作系统软件、数据库管理软件、系统开发软件、gis软件,等等。
1.3地理信息系统的空间数据结构及其存储方式
数据结构即指数据组织的形式,是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。
空间数据结构包括栅格数据结构(显式表示)和矢量数据结构(隐式表示)两种。
1.3.1栅格数据结构
栅格数据结构是最简单最直观的空间数据结构,它实际就是像元阵列,每个像元由行列确定它的位置,用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。
栅格数据的存储可以逐行进行,这与扫描数据的生成相一致;也可以分块进行,以适用于数据处理中的面状作业。
栅格数据中,很多像元取相同的值,数据冗余明显,为了节省存储空间,设计产生了以下五种栅格数据存储的压缩编码。
全栅格式存储:
用非压缩格式时,存放的是每个像元的灰度值。
若每个象元规定n比特,则其灰度值范围可在0到2n-1之间;若每个象元只规定1比特,则灰度值仅为0和1,这就是所谓二值图像,0代表背景,1代表前景。
链式编码:
链式编码又称为弗里曼链码(freeman,1961)或边界链码。
链式编码主要是记录线状地物和面状地物的边界。
它把线状地物和面状地物的边界表示为:
由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。
基本方向可定义为:
东=0,南=3,西=2,北=1等。
行程编码:
行程编码(runlengthcode)是栅格数据的一种压缩格式,是通过三元组序列来表示的。
每个三元组的三个元素分别存储灰度值的起始列号、灰度值和该灰度值的像元个数。
(图1-1)
图1-1多区域栅格地图及行程编码表示
块式编码:
块码是行程编码扩展到二维的情况,采用方形区域作为记录单元,把多边形范围划分成由象元组成的正方形,然后对各个正方形进行编码。
块式编码数据结构中包括3个内容:
块的原点坐标(可以是块的中心或块的左下角象元的行、列号)和块的大小(块包括的象元数),再加上记录单元的代码组成。
(图1-2)
图1-2块式编码分解示意图
四叉树编码:
将图像区域按四个大小相同的象限四等分,一直等分到子象限上仅含一种属性代码为止。
而块状结构则用四叉树来描述。
按照象限递归分割的原则所分图像区域的栅格阵列应为2n×2n(n为分割的层数)的形式。
图1-3四树杈分解过程
四树杈编码又可分为:
(1)规则四叉树:
用五个字段来表示树中的每个结点,其中一个用来描述该结点的特性(有目标、空白、非结点),其余四段用于存放四结点的指针。
(2)线性四叉树:
将四叉树转换成一个线性表,表的每个元素与一个结点相对应,结点之间的层次关系在元素中描述。
(图1-4)
图1-4线性可排序四叉树编码示意图
1.3.2矢量数据结构
矢量数据结构是通过记录坐标的方式,尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。
其坐标空间假定为连续空间,不必象栅格数据结构那样进行量化处理。
因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。
除数学上的精确坐标假设外,矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。
矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。
按照其功能和方法矢量数据结构的编码形式可分为:
实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式。
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。
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。
双重独立式数据结构(dime)采用了拓扑编码结构,是对图上网状或面状要素的任何一条线段,用其两端的节点及相邻面域来予以定义。
链状双重独立式数据结构是dime数据结构的一种改进。
在dime中,一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示,而在链状数据结构中,将若干直线段合为一个弧段(或链段),每个弧段可以有许多中间点。
在链状双重
独立数据结构中,主要有四个文件:
多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。
1.4地理信息系统数据采集方式
(1)手工方式:
通过手工在计算机终端上输入数据,主要是键盘输入。
(2)手扶跟踪化数字方式:
是一种图形数字化设备,是目前常用的地图数字化方式。
(3)扫描方式:
扫描仪是一种图形、图象输入设备,可以快速地将图形、图象输入计算机系统,是目前发展最快的数字化设备
(4)影像处理和信息提取方式:
从遥感影像上直接提取专题信息。
(5)数据通讯方式:
联网方式下,信息系统内部各子系统之间以及与其它信息系统之间实现信息交流和信息共享的主要方式。
1.5地理信息系统的空间分析方法
空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术,其目的在于提取和传输空间信息。
基于空间分析内容的需求,地理信息系统的空间分析方法主要由以下几种:
1.5.1叠加分析
大部分gis软件是以分层的方式组织地理景观,将地理景观按主题分层提取,同一地区的整个数据层集表达了该地区地理景观的内容。
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:
(1)视觉叠加:
将同一地区的同一比例尺的不同含义的图像、地图进行叠合,从而获得更多的空间信息或改善视觉效果,以便用户直观地判断不同地理实体的空间关系。
视觉复合只是改善了视觉效果,各属性层数据结构不变,也不生成新数据。
(2)栅格数据叠加:
将单个栅格单元数据作为提取和分析的逻辑单元,逐个单元进行属性组合处理,得到新的栅格数据层。
在栅格数据叠合分析中,地图运算又分为代数运算和逻辑运算两种
(3)矢量数据叠合:
参与分析的图层的要素均为矢量数据,结果得到新的篇三:
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
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