地理信息系統(tǒng)概論講義

PAGE《地理信息系統(tǒng)概論》教學(xué)大綱課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課（必修）課程代碼：總學(xué)時(shí)：72學(xué)分：4適用專業(yè)：地理教育、地理信息系統(tǒng)、資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理先修課程：地圖學(xué)課程的地位、性質(zhì)與任務(wù)地理信息系統(tǒng)（GIS）是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理科學(xué)、測(cè)繪學(xué)、遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)等學(xué)科為一體的新興邊緣學(xué)科。它從20世紀(jì)60年代問世，至今已經(jīng)跨越了40多個(gè)春秋，卻始終發(fā)展迅猛。地理信息系統(tǒng)不但與全球定位系統(tǒng)（GPS）和遙感（RS）相結(jié)合，構(gòu)成三S集成系統(tǒng)，而且與CAD、多媒體、通信、因特網(wǎng)、辦公自動(dòng)化、虛擬現(xiàn)實(shí)等多種技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成了綜合的信息技術(shù)。《地理信息系統(tǒng)概論》作為全國高等學(xué)校地理類專業(yè)公共核心課程，主要介紹了地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、技術(shù)體系及其應(yīng)用方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以讓地理類專業(yè)的學(xué)生掌握地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和知識(shí)。本課程的教學(xué)，應(yīng)當(dāng)使學(xué)生掌握地理信息系統(tǒng)的基本概念、基礎(chǔ)理論和方法。同時(shí)，《地理信息系統(tǒng)概論》又是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，通過實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生更直觀地掌握地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成、地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的制作；了解地理信息系統(tǒng)軟件和常用的信息檢索方法，使學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到一定的培養(yǎng)。課程教學(xué)的基本要求通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生牢固掌握地理信息系統(tǒng)得基本概念：如數(shù)據(jù)和信息、地理信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫等。使學(xué)生掌握地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和方法，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間分析的原理與方法、常用的應(yīng)用模型等。使學(xué)生了解地理信息系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，如空間數(shù)據(jù)的處理、產(chǎn)品的制作與顯示?？傊ㄟ^學(xué)習(xí)本課程,使學(xué)生掌握地理信息系統(tǒng)的基本概念、基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方法，為今后其他專業(yè)課程和軟件的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。理論教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配第1章導(dǎo)論（8學(xué)時(shí)）掌握數(shù)據(jù)與信息、地理信息與地理信息系統(tǒng)的概念。掌握地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成和基本功能。了解地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用功能。了解地理信息系統(tǒng)的發(fā)展概況和基礎(chǔ)理論。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：地理信息系統(tǒng)的基本概念。地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成合基本功能。第2章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（8學(xué)時(shí)）掌握地理空間的概念及空間實(shí)體的表達(dá)，空間數(shù)據(jù)的集本特征，矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，空間數(shù)據(jù)的分類與編碼，柵格數(shù)據(jù)的圖形數(shù)字化方法。了解四叉樹結(jié)構(gòu)、矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的過程。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：矢量數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)中的拓?fù)鋽?shù)據(jù)機(jī)構(gòu)及其拓?fù)渚庉嫻δ?，柵格?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的游程編碼結(jié)構(gòu)以及冗余度的計(jì)算。第3章空間數(shù)據(jù)的處理（8學(xué)時(shí)）掌握投影轉(zhuǎn)換的方法，區(qū)域數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法，相鄰圖幅的識(shí)別方法。了解空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的意義，數(shù)據(jù)壓縮的概念以及壓縮比的計(jì)算，面域鄰接險(xiǎn)段的刪除方法。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：區(qū)域數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法——疊置法和比重法。第4章地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫（12學(xué)時(shí)）掌握空間數(shù)據(jù)庫得概念，空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟和原則，空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)；掌握三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的表示及檢索方法；掌握實(shí)體—聯(lián)系模型的概念和表示方法；掌握空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的步驟。了解空間數(shù)據(jù)庫的相關(guān)設(shè)計(jì)、運(yùn)行與維護(hù)，了解三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的不足。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型（層次模型、關(guān)系模型、網(wǎng)狀模型）的表示及檢索方法，實(shí)體—聯(lián)系模型的概念和表示方法。第5章空間分析的原理與方法（12學(xué)時(shí)）掌握空間分析的概念與分類，空間疊合分析的概念與分類，空間緩沖區(qū)分析的概念、模型與方法，路徑分析的方法。了解數(shù)字地面模型的概念與常用的地形因子，網(wǎng)絡(luò)圖論與空間網(wǎng)絡(luò)，空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：空間緩沖區(qū)分析的概念、模型與方法，路徑分析的方法（最短路徑搜索法）。第6章地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型（12學(xué)時(shí)）掌握適宜性分析模型。了解地理信息系統(tǒng)應(yīng)用模型的分類與構(gòu)建、發(fā)展預(yù)測(cè)模型。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：適應(yīng)性分析模型的一般形式與應(yīng)用、最大值標(biāo)準(zhǔn)化法。第7章地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)（8學(xué)時(shí)）掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的、生命周期設(shè)計(jì)法不同階段的主要內(nèi)容、地理信息標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容。了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模式、生命周期設(shè)計(jì)法與原型化設(shè)計(jì)法的優(yōu)缺點(diǎn)、制定地理信息標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)構(gòu)。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的、生命周期設(shè)計(jì)法、地理信息標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容。第8章地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的輸出設(shè)計(jì)（4學(xué)時(shí)）掌握地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的輸出形式、數(shù)字地圖的優(yōu)點(diǎn)。了解數(shù)字地球的一般概念。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：常規(guī)地圖的概念與形式；數(shù)字地圖的概念與優(yōu)點(diǎn)。課程的教學(xué)方法與手段采取講授課、討論課、實(shí)踐課等方法。講授過程中盡可能多用實(shí)際的例子，并注重學(xué)生動(dòng)手能力的訓(xùn)練。教學(xué)進(jìn)度表周次篇章課程進(jìn)度安排1第一章導(dǎo)論第一節(jié)GIS基本概念第二節(jié)GIS基本構(gòu)成2第三節(jié)GIS功能簡(jiǎn)介第四節(jié)GIS發(fā)展透視3第二章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第一節(jié)地理空間及其表達(dá)第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征4第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立5第三章空間數(shù)據(jù)的處理第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換第三節(jié)多源空間數(shù)據(jù)的融合6第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法第六節(jié)圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理7第四章GIS空間數(shù)據(jù)庫第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述8第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)9第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)10第四節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)11第五章空間分析的原理與方法第一節(jié)DTM分析第二節(jié)空間疊合分析12第二節(jié)空間緩沖區(qū)分析13第三節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析14第六節(jié)空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢14第六章GIS應(yīng)用模型第一節(jié)GIS應(yīng)用模型概述15第二節(jié)適宜性分析模型16第三節(jié)發(fā)展預(yù)測(cè)模型16第七章GIS設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)第一節(jié)GIS設(shè)計(jì)概述17第二節(jié)GIS設(shè)計(jì)18第三節(jié)地理信息的標(biāo)準(zhǔn)化第四節(jié)GIS評(píng)價(jià)18第八章GIS產(chǎn)品的輸出形式第一節(jié)GIS產(chǎn)品的輸出形式常用英文縮略語注釋GIS：geographicalinformationsystem地理信息系統(tǒng)RS：remotesensing遙感GPS：globalpositionizationsystem全球定位系統(tǒng)GUI:graphicaluserinterface圖形用戶界面DBMS:databasemanagementsystem數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)ID:identity標(biāo)識(shí)碼SQL:structuralquerylanguage結(jié)構(gòu)查詢語言SDE:spatialdatabaseengine空間數(shù)據(jù)庫引擎DEM:digitalelevationmodel數(shù)字高程模型DTM:ditigalterrainmodel數(shù)字地面模型E-Rmodel:entity-relationshipmodel實(shí)體-聯(lián)系模型CAC:computeraidcartography計(jì)算機(jī)輔助制圖CAD:computeraiddesign計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)《地理信息系統(tǒng)概論》講義導(dǎo)論地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)的處理地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫空間分析的原理與方法地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的輸出設(shè)計(jì)第1章導(dǎo)論教學(xué)基本要求：1、掌握數(shù)據(jù)與信息、地理信息與地理信息系統(tǒng)的概念2、掌握地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成和基本功能3、了解地理信息系統(tǒng)的發(fā)展概況和基礎(chǔ)理論教學(xué)要點(diǎn)：1、數(shù)據(jù)與信息的概念2、地理信息與地理信息系統(tǒng)的概念3、地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成4、地理信息系統(tǒng)的基本功能與應(yīng)用功能5、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展概況6、地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論教學(xué)重點(diǎn)：1、地理信息系統(tǒng)的基本概念。2、地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成和基本功能。教學(xué)方式：課堂講授學(xué)時(shí)：8教學(xué)內(nèi)容：第1節(jié)地理信息系統(tǒng)基本概念1、數(shù)據(jù)與信息(dataandinformation)1.1數(shù)據(jù)與信息的定義數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)，是未經(jīng)加工的原材料；數(shù)據(jù)是通過數(shù)字化記錄下來可以被鑒別的符號(hào)，不僅數(shù)字是數(shù)據(jù)，而且文字、符號(hào)、圖像也是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)本身并沒有意義。信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容，是對(duì)數(shù)據(jù)的解釋、運(yùn)用與解算。數(shù)據(jù)只有經(jīng)過解釋才有意義，才成為信息。就本質(zhì)而言，數(shù)據(jù)是客觀對(duì)象的表示，而信息則是數(shù)據(jù)內(nèi)涵的意義。1.2數(shù)據(jù)處理——從數(shù)據(jù)中獲取信息的重要環(huán)節(jié)所謂數(shù)據(jù)處理，是指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、篩選、排序、歸并、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、檢索、計(jì)算，以及分析、模擬和預(yù)測(cè)等等操作。數(shù)據(jù)處理的目的：（1）轉(zhuǎn)換成便于處理和應(yīng)用的形式；（2）加工成對(duì)正確管理和決策有用的數(shù)據(jù)；（3）便于存儲(chǔ)以供不斷使用。1.3信息的特點(diǎn)A、客觀性——信息與客觀事實(shí)緊密相關(guān)，是信息正確性和精確度的保證；B、適用性——信息對(duì)決策是十分重要的；C、傳輸性——信息可以在信息發(fā)送者和接收者之間傳輸；D、共享性——信息可被多個(gè)用戶共享，而其本身并無損失（信息與實(shí)物的不同）。2、地理信息與地理信息系統(tǒng)2.1地理信息概念：地理信息指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律等的數(shù)字、文字、圖像、圖形等的總稱。特征——區(qū)域性、多層次和動(dòng)態(tài)變化的特征：A：地理信息屬空間信息——位置的識(shí)別與數(shù)據(jù)緊密聯(lián)系B：具多維結(jié)構(gòu)——在二維空間的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多專題的第三維的信息結(jié)構(gòu)C：時(shí)序特征十分明顯2.2地理信息系統(tǒng)Britain:geographicalinformationsystemGermany:geo-informationsystemCanada&Australia:landinformationsystemChina:resourcesandenvironmentinformationsystem對(duì)地理信息系統(tǒng)的定義，或強(qiáng)調(diào)其技術(shù)內(nèi)涵，或強(qiáng)調(diào)其應(yīng)用功能美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會(huì)（FICCDC）的定義：地理信息系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。第2節(jié)地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成包括5個(gè)主要部分：系統(tǒng)硬件；系統(tǒng)軟件；空間數(shù)據(jù)；應(yīng)用人員；應(yīng)用模型。1、系統(tǒng)硬件——地理信息系統(tǒng)的物質(zhì)外殼1.1地理信息系統(tǒng)主機(jī)Unix與NT兩大類型1.2外部設(shè)備輸入設(shè)備：數(shù)字化儀，掃描儀，CD，RS，GPS等輸出設(shè)備：繪圖儀，打印機(jī)等1.3地理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和計(jì)算機(jī)通信線路設(shè)計(jì)成為地理信息系統(tǒng)硬件環(huán)境的重要組成部分2、系統(tǒng)軟件——地理信息系統(tǒng)的核心按功能分為：地理信息系統(tǒng)專業(yè)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件和系統(tǒng)管理軟件。2.1地理信息系統(tǒng)專業(yè)軟件——處理地理信息包括6大核心模塊：數(shù)據(jù)輸入和編輯空間數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)處理和分析數(shù)據(jù)輸出用戶界面系統(tǒng)二次開發(fā)能力2.2數(shù)據(jù)庫軟件專門的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫2.3系統(tǒng)管理軟件計(jì)算機(jī)操作軟件：DOS、Windows、UNIX——關(guān)系到地理信息系統(tǒng)軟件和開發(fā)語言使用的有效性3、空間數(shù)據(jù)——地理信息系統(tǒng)的操作對(duì)象空間數(shù)據(jù)對(duì)地理實(shí)體的數(shù)據(jù)表達(dá)形式，而地理實(shí)體具有空間特征、屬性特征、時(shí)間特征和點(diǎn)、線、面三種形式，空間數(shù)據(jù)一般有矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)兩種形式。4、應(yīng)用人員——地理信息系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵包括系統(tǒng)開發(fā)人員和地理信息系統(tǒng)的最終用戶，應(yīng)用人員的專業(yè)素質(zhì)和專業(yè)知識(shí)是地理信息系統(tǒng)工程及應(yīng)用成敗的關(guān)鍵5、應(yīng)用模型——地理信息系統(tǒng)與相關(guān)專業(yè)連接的紐帶應(yīng)用模型構(gòu)建的一般過程：明確求解問題的基本流程——構(gòu)建模型邏輯結(jié)構(gòu)圖——確定GIS空間操作項(xiàng)目和空間分析方法——模型的驗(yàn)證、修改和輸出第3節(jié)地理信息系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介包括基本功能和應(yīng)用功能1、基本功能1.1數(shù)據(jù)采集與編輯——theme,layer1.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理——數(shù)據(jù)庫1.3數(shù)據(jù)處理與變換數(shù)據(jù)變換：由一種數(shù)學(xué)狀態(tài)到另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)數(shù)據(jù)重構(gòu)：由一種幾何形態(tài)到另一種幾何形態(tài)數(shù)據(jù)抽?。簭娜阶蛹奶崛?.4空間分析和統(tǒng)計(jì)拓?fù)浏B合：不同圖層疊合——便于多條件查詢緩沖區(qū)建立：確定不同要素的空間接近度或鄰近性數(shù)字地形分析：功能模塊空間集合分析1.5產(chǎn)品制作與顯示以地圖圖形的形式輸出1.6二次開發(fā)與編程2、應(yīng)用功能2.1資源管理——清查、管理、分析2.2區(qū)域規(guī)劃——高度綜合性2.3國土監(jiān)測(cè)——與RS結(jié)合森林火災(zāi)、洪水、土地利用的動(dòng)態(tài)變化、環(huán)境評(píng)估2.4輔助決策第4節(jié)地理信息系統(tǒng)發(fā)展透視1、發(fā)展概況——與計(jì)算機(jī)的發(fā)展緊密聯(lián)系20世紀(jì)60年代40—50年代，計(jì)算機(jī)科學(xué)、地圖學(xué)、航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展為地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)世界第一個(gè)GIS——CanadaGIS機(jī)助制圖能力強(qiáng)，地學(xué)分析功能較簡(jiǎn)單許多有關(guān)組織和機(jī)構(gòu)的建立20世紀(jì)70年代——第三代計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展時(shí)期商業(yè)軟件與管理GIS國際討論會(huì)大學(xué)的重視——GIS實(shí)驗(yàn)室20世紀(jì)80年代——第四代計(jì)算機(jī)突破性階段DBMS、系統(tǒng)軟件工具和應(yīng)用軟件工具的研制數(shù)據(jù)處理開始和數(shù)學(xué)模型、模擬等決策工具相結(jié)合GIS用于解決全球性問題我國GIS的發(fā)展——國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室20世紀(jì)90年代——今GIS應(yīng)用的大發(fā)展，GIS的用戶時(shí)代，GIS的產(chǎn)業(yè)化、集成化、社會(huì)化GIS已成為一門綜合技術(shù)GIS產(chǎn)業(yè)化勢(shì)頭強(qiáng)勁GIS的網(wǎng)絡(luò)化地理信息科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展2、基礎(chǔ)理論地理學(xué)——GIS之父（Parker）,GIS的理論依托測(cè)繪學(xué)及其分支學(xué)科——提供空間數(shù)據(jù)和誤差理論計(jì)算機(jī)科學(xué)數(shù)學(xué)——許多分支學(xué)科作業(yè)：1、數(shù)據(jù)和信息有何區(qū)別？2、地理信息的概念和特點(diǎn)3、地理信息系統(tǒng)的概念4、簡(jiǎn)述地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成5、地理信息系統(tǒng)的功能6、簡(jiǎn)要介紹地理信息系統(tǒng)的發(fā)展第2章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)基本要求：1、掌握地理空間及其表達(dá)，掌握地理空間特征實(shí)體的概念2、掌握空間數(shù)據(jù)的基本特征3、掌握拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和游程編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4、掌握空間數(shù)據(jù)的分類與編碼和我國基礎(chǔ)地理信息編碼結(jié)構(gòu)5、了解簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、柵格矩陣結(jié)構(gòu)6、了解矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較教學(xué)要點(diǎn)：1、地理空間與地理空間特征實(shí)體的概念2、地理空間的表達(dá)3、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其拓?fù)渚庉嫻δ?、游程編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及冗余度的計(jì)算5、空間數(shù)據(jù)分類的概念、目的和原則6、空間數(shù)據(jù)編碼的概念、目的以及我國基礎(chǔ)地理信息編碼結(jié)構(gòu)教學(xué)重點(diǎn)：1、地理空間的表達(dá)2、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)方式：課堂講授+課堂練習(xí)學(xué)時(shí)：8教學(xué)內(nèi)容：第1節(jié)地理空間及其表達(dá)1、地理空間的概念1.1概念地理空間上至大氣層電離層，下至地幔莫霍面，是生命過程活躍的場(chǎng)所，也是宇宙過程對(duì)地球影響最大的區(qū)域。一般包括地理空間地位框架及其所聯(lián)結(jié)的特征實(shí)體。地理空間定位框架即大地測(cè)量控制，由平民控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成。1.2我國的大地測(cè)量控制地理橢球的選擇——采用1975國際大地測(cè)量協(xié)會(huì)推薦的國際橢球赤道半徑a=6378140m極半徑b=6356755.2881575287m地球扁率f=(a-b)/a=1/298.257原點(diǎn)——西安原點(diǎn)，位于陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)大地坐標(biāo)——高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)高程控制——1985國家高程基準(zhǔn)，高于此前使用的黃?；?9mm2、空間實(shí)體的表達(dá)2.1地理空間特征實(shí)體指具有形狀、屬性和時(shí)序特征的空間對(duì)象或地理實(shí)體。包括點(diǎn)、線、面、曲面和體，它們構(gòu)成地球圈層間復(fù)雜的地理綜合體。2.2特征實(shí)體的數(shù)據(jù)表達(dá)——便于計(jì)算機(jī)識(shí)別和處理空間點(diǎn)是地理空間特征實(shí)體的基本元素矢量表示法：采用一個(gè)沒有大小、有精確位置的點(diǎn)來表示基本點(diǎn)元素柵格表示法：采用一個(gè)由固定大小、無精確位置的點(diǎn)來表達(dá)基本點(diǎn)元素第2節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征1、GIS的空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)是GIS的核心和血液1.1根據(jù)數(shù)據(jù)來源和類型地圖數(shù)據(jù)影響數(shù)據(jù)地形數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)1.2根據(jù)表示對(duì)象的不同類型數(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)符號(hào)數(shù)據(jù)2、空間數(shù)據(jù)的基本特征2.1空間數(shù)據(jù)的基本特征可概括為空間特征和屬性特征空間特征由定位特征數(shù)據(jù)和拓?fù)涮卣鲾?shù)據(jù)反映，屬性特征由屬性特征數(shù)據(jù)和時(shí)間特征數(shù)據(jù)反映。2.2空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系A(chǔ)、拓?fù)溧徑樱捍嬖谟诳臻g圖形的同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系B、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：存在于空間圖形的不同元素之間的拓?fù)潢P(guān)系C、拓?fù)浒捍嬖谟诳臻g圖形的同類，但不同級(jí)的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，有簡(jiǎn)單包含、多層包含、等價(jià)包含三種。2.3拓?fù)潢P(guān)系對(duì)GIS數(shù)據(jù)處理和空間分析的意義：A、可簡(jiǎn)便地確定地理實(shí)體之間的空間位置關(guān)系B、利于空間數(shù)據(jù)的查詢C、以拓?fù)鋽?shù)據(jù)為工具，重建地理實(shí)體3、空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示3.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——GIS的核心技術(shù)組織和建立起空間數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，以便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和操作，成為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3.2計(jì)算機(jī)表示——以ArcInfo為例從邏輯上劃分專題或?qū)印獙ｎ}要素分解為點(diǎn)、線、面，以弧段作為基本存儲(chǔ)目標(biāo)——對(duì)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)字表示第3節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型1、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)利用歐幾里德幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面及其組合體來表示地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織形式。優(yōu)點(diǎn)：能最好地逼近現(xiàn)實(shí)；數(shù)據(jù)精度高；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的冗余度低；便于網(wǎng)絡(luò)分析。缺點(diǎn)：多層空間數(shù)據(jù)的疊合分析較困難。1.1簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——spaghetti（面條結(jié)構(gòu)）空間數(shù)據(jù)按基本空間對(duì)象為單元進(jìn)行單獨(dú)組織，不含拓?fù)潢P(guān)系。A、數(shù)據(jù)組織簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)編排直觀，數(shù)字化操作簡(jiǎn)單B、每個(gè)多邊形以閉合線段存儲(chǔ)，公共邊界被數(shù)字化兩次，造成數(shù)字冗余和不一致C、不包含拓?fù)潢P(guān)系，點(diǎn)、線、多邊形之間不關(guān)聯(lián)D、島只作為一個(gè)單一圖形，沒有與外界多邊形的聯(lián)系1.2拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)A、點(diǎn)是相互獨(dú)立的，點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面線（弧段）：紀(jì)錄起結(jié)點(diǎn)（FN）、終結(jié)點(diǎn)（TN）、左多邊形（LP）、右多邊形（RP）結(jié)點(diǎn)：兩條以上的弧段相交的點(diǎn)島：由一條弧段組成的多邊形簡(jiǎn)單多邊形與復(fù)雜多邊形——含島與否B、弧段是數(shù)據(jù)組織的基本對(duì)象弧段紀(jì)錄：IDFNTNLPRP結(jié)點(diǎn)紀(jì)錄：ID坐標(biāo)連接的弧段多邊形紀(jì)錄：ID組成弧段ID相關(guān)屬性C、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最重要的技術(shù)特征和貢獻(xiàn)——具有拓?fù)渚庉嫻δ芏噙呅芜B接編輯結(jié)點(diǎn)連接編輯1.3曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不規(guī)則三角網(wǎng)——TIN表示地形、降水、溫度等連續(xù)變化的現(xiàn)象，在任一點(diǎn)可內(nèi)插2、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)每個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)一種屬性，其位置用行和列識(shí)別網(wǎng)格邊長(zhǎng)決定了柵格數(shù)據(jù)的精度信息有丟失——通過保證最小多邊形的精度來確定網(wǎng)格合理尺寸，合理網(wǎng)格尺寸的確定H=(min{Ai})1/2/2優(yōu)點(diǎn)：直觀，易實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的疊合操作；便于與RS圖像及掃描數(shù)據(jù)相匹配。缺點(diǎn)：占用空間大；數(shù)據(jù)冗余度大；難于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析。2.1柵格矩陣結(jié)構(gòu)面域柵格矩陣結(jié)構(gòu)全柵格陣列的空間數(shù)據(jù)組織形式存貯空間很大——柵格數(shù)據(jù)的壓縮是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要解決的首要任務(wù)之一2.2游程編碼結(jié)構(gòu)（RunLengthEncoding）A、游程（RunLength）：也稱步長(zhǎng)，指相鄰?fù)稻W(wǎng)格的數(shù)量B、游程編碼即逐行將相鄰?fù)稻W(wǎng)格合并，并紀(jì)錄合并后網(wǎng)格的值及游程（Ai,Pi）C、可有效壓縮數(shù)據(jù)量，消除冗余，特別適于二值圖像的表示D、數(shù)據(jù)冗余度的計(jì)算Re=1-Q/mnm——網(wǎng)格行數(shù)n——網(wǎng)格列數(shù)Q——圖層內(nèi)相鄰屬性值變化次數(shù)的累積和Re〉1/5時(shí)，用游程編碼結(jié)構(gòu)可有效進(jìn)行數(shù)據(jù)的壓縮3、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)便于面向現(xiàn)象的數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低有利于網(wǎng)絡(luò)分析圖形顯示質(zhì)量好、精度高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜軟件與硬件的技術(shù)要求比較高多邊形分析比較困難顯示與繪圖成本高柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單空間分析和地理現(xiàn)象的模擬均比較容易有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析輸出方法快速，成本比較低廉圖形數(shù)據(jù)量大投影轉(zhuǎn)換比較困難柵格地圖的圖形質(zhì)量比較低現(xiàn)象識(shí)別的效果不如矢量方法第4節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立指根據(jù)確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，形成與該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的GIS空間數(shù)據(jù)，為空間數(shù)據(jù)庫的建立提供物質(zhì)基礎(chǔ)。1、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的基本過程教材第62頁圖2-38：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的基本過程2、系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關(guān)系數(shù)據(jù)與功能之間具有密切聯(lián)系，確定這些類型的數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)的功能所決定的。3、空間數(shù)據(jù)的分類和編碼3.1空間數(shù)據(jù)的分類概念：指根據(jù)系統(tǒng)功能及國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，將具有不同屬性或特征的要素區(qū)分開來的過程。目的：便于從邏輯上將空間數(shù)據(jù)組織為不同的信息層，為數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理、查詢和共享提供依據(jù)。原則：首先根據(jù)圖形原則，將空間數(shù)據(jù)分為點(diǎn)、線、面三種類型；其次根據(jù)對(duì)象原則，將不同地理對(duì)象劃分為不同存儲(chǔ)層。我國基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)分8類：測(cè)量控制點(diǎn)、水系、居民地、交通、管線與垣柵、境界、地形與土質(zhì)、植被3.2空間數(shù)據(jù)的編碼概念：指將數(shù)據(jù)分類的結(jié)果，用一種易于被計(jì)算機(jī)和人識(shí)別的符號(hào)系統(tǒng)表示出來的過程。目的：用來提供空間數(shù)據(jù)的地理分類和特征描述，同時(shí)為了便于地理要素的輸入、存儲(chǔ)、管理，以及系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換和共享的需要。我國基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的分類碼結(jié)構(gòu)：編碼共6位，其中第1位為大類碼，第2位為小類碼，第3、4位為一級(jí)代碼，第5位為二級(jí)代碼，第6位為識(shí)別碼（用戶自定義，供擴(kuò)充使用）。4、矢量數(shù)據(jù)的輸入與編輯結(jié)合實(shí)習(xí)理解5、柵格數(shù)據(jù)的輸入與編輯柵格數(shù)據(jù)的獲取方法：?jiǎn)挝桓窬W(wǎng)交點(diǎn)歸屬法、單位格網(wǎng)面積占優(yōu)法、單位柵格長(zhǎng)度占優(yōu)法作業(yè)：7、空間數(shù)據(jù)的基本特征8、我國的大地測(cè)量控制系統(tǒng)9、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系及其對(duì)GIS數(shù)據(jù)處理和空間分析的意義10、如圖2-47（P70），寫出弧段文件，對(duì)113進(jìn)行多邊形連接編輯，對(duì)3進(jìn)行結(jié)點(diǎn)連接編輯。11、如圖，進(jìn)行游程編碼并計(jì)算冗余度12、名詞解釋：地理空間、地理空間特征實(shí)體、空間數(shù)據(jù)的分類、空間數(shù)據(jù)的編碼13、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)的比較14、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的一般過程15、空間數(shù)據(jù)分類的方法16、我國基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的分類碼結(jié)構(gòu)第3章空間數(shù)據(jù)的處理教學(xué)基本要求：1、掌握投影轉(zhuǎn)換的方法2、掌握區(qū)域數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法：疊置法和比重法3、掌握相鄰圖幅的識(shí)別方法4、了解空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的目的5、了解點(diǎn)數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法6、了解相同屬性多邊形公共界線的刪除方法教學(xué)要點(diǎn)：1、投影轉(zhuǎn)換的方法2、區(qū)域數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法3、空間數(shù)據(jù)壓縮與綜合的概念4、相鄰圖幅的識(shí)別教學(xué)重點(diǎn)：1、空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法：疊置法與比重法教學(xué)方式：課堂講授+課堂練習(xí)學(xué)時(shí)：8教學(xué)內(nèi)容：數(shù)據(jù)處理涉及的內(nèi)容很廣泛，主要取決于原始數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和用戶的具體需求，一般包括數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構(gòu)、數(shù)據(jù)提取等內(nèi)容。數(shù)據(jù)變化指數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)到另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)的變換，包括幾何糾正、投影轉(zhuǎn)換和輻射糾正等，以解決空間數(shù)據(jù)的幾何配準(zhǔn)。數(shù)據(jù)重構(gòu)指數(shù)據(jù)從一種格式到另一種格式的轉(zhuǎn)換，包括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、格式變換、類型替換等，以解決空間數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)、格式和類型上的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)多源和異構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)接與融合。數(shù)據(jù)提取指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種有條件的提取，包括類型提取、窗口提取、空間內(nèi)插等，以解決不同用戶對(duì)數(shù)據(jù)的特定需求。數(shù)據(jù)處理是針對(duì)數(shù)據(jù)本身完成的操作，不涉及內(nèi)容的分析。因空間數(shù)據(jù)的處理又稱為數(shù)據(jù)形式的操作。第1節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換的實(shí)質(zhì)是建立兩個(gè)平面點(diǎn)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，包括幾何糾正和投影轉(zhuǎn)換，它們是空間數(shù)據(jù)處理的基本內(nèi)容之一。1、幾何糾正目的：實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差的糾正。方法：仿射變換、相似變換、二次變換2、投影轉(zhuǎn)換目的：將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要的投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)。方法：正解變換：通過建立一種投影變換為另一種投影的嚴(yán)密或近似的解析關(guān)系式，直接由一種投影的數(shù)字化坐標(biāo)x、y變換到另一種投影的直角坐標(biāo)X、Y。反解變換：即由一種投影的坐標(biāo)反解出地理坐標(biāo)（x、y——B、L），然后將地理坐標(biāo)代入另一種投影的坐標(biāo)公式中（B、L——X、Y），從而實(shí)現(xiàn)由一種投影的坐標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換（x、y——X、Y）。數(shù)值變換：根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內(nèi)的若干同名數(shù)字化點(diǎn)，采用插值法，或有限差分法等，從而實(shí)現(xiàn)由一種投影的坐標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換。第2節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換由于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，一般對(duì)它們的應(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(shí)體的幾何精度和拓?fù)涮匦缘拿枋?；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(yùn)行速度和分析應(yīng)用的進(jìn)程。因此，在數(shù)據(jù)處理階段，經(jīng)常要進(jìn)行兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換。1、由矢量向柵格的轉(zhuǎn)換目的：通過一個(gè)有限的工作存儲(chǔ)區(qū)，使得矢量與柵格數(shù)據(jù)之間不可避免的讀寫操作限制在最短的時(shí)間范圍內(nèi)。基于弧段數(shù)據(jù)文件和多邊形數(shù)據(jù)文件不同，分別采用不同的方法。2、由柵格向矢量的轉(zhuǎn)換目的：將柵格數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，通過矢量繪圖裝置輸出，或?yàn)榱藬?shù)據(jù)壓縮的需要，將大量的面狀柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由少量數(shù)據(jù)表示的多邊形邊界。主要目的是為了能將自動(dòng)掃描儀獲取的柵格數(shù)據(jù)加入矢量形式的數(shù)據(jù)庫。轉(zhuǎn)換處理時(shí)，基于圖像數(shù)據(jù)文件和再生柵格數(shù)據(jù)文件的不同，分別采用不同的算法。第3節(jié)多源空間數(shù)據(jù)的融合1、RS與GIS數(shù)據(jù)的融合借助RS技術(shù)獲得的信息具有周期動(dòng)態(tài)性、信息豐富、獲取效率高等優(yōu)勢(shì)，而GIS具有高效的空間數(shù)據(jù)管理和靈活的空間數(shù)據(jù)綜合分析能力。兩者的數(shù)據(jù)融合，有利于增強(qiáng)多重?cái)?shù)據(jù)的復(fù)合能力，改善RS信息提取的及時(shí)性和可靠性，便于利用RS影像輔助GIS空間數(shù)據(jù)的獲取和更新，有效地提高各類數(shù)據(jù)的使用率。RS與GIS數(shù)據(jù)的融合，常用方法有：1.1RS圖像與圖形的融合經(jīng)過正射糾正后的遙感影像，與數(shù)字地圖信息融合，可產(chǎn)生影像地圖。這種影像地圖具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，有豐富的光譜信息與幾何信息，又有行政界線和屬性信息，直接提高了用戶的可視化效果。1.2RS數(shù)據(jù)與DEM的融合有助于實(shí)施遙感影像的幾何校正與配準(zhǔn)，消除遙感圖像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遙感圖像的定位精度，同時(shí)，DEM可參與遙感圖像的分類，改善分類精度。1.3RS圖像與地圖掃描圖像的融合可以從遙感圖像中快速發(fā)現(xiàn)已發(fā)生變化的區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫的自動(dòng)/半自動(dòng)快速更新。2、不同格式數(shù)據(jù)的融合每種GIS軟件都有自己特定的數(shù)據(jù)模型，造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式和結(jié)構(gòu)的不同。2.1基于轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)融合在這種模式下，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換一般通過交換格式進(jìn)行，是目前GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的主要方法。存在問題：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程復(fù)雜，轉(zhuǎn)換次數(shù)頻繁，系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式需要公開，但轉(zhuǎn)換采用的技術(shù)不公開等。2.2基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合采用一種空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)多源GIS數(shù)據(jù)的融合。這種轉(zhuǎn)換方法能處理多個(gè)數(shù)據(jù)集，轉(zhuǎn)換次數(shù)少，系統(tǒng)內(nèi)容的數(shù)據(jù)格式不需公開，但轉(zhuǎn)換采用的技術(shù)需要公開。2.3基于公共接口的數(shù)據(jù)融合又稱為數(shù)據(jù)互操作模式。獨(dú)立于具體平臺(tái)，轉(zhuǎn)換技術(shù)高度抽象，數(shù)據(jù)格式不需公開，代表著數(shù)據(jù)共享技術(shù)的發(fā)展方向。2.4基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合直接訪問指在一個(gè)GIS軟件中實(shí)現(xiàn)對(duì)其他軟件數(shù)據(jù)格式的直接訪問，用戶可以使用單個(gè)GIS軟件存取多種數(shù)據(jù)格式。直接數(shù)據(jù)訪問不僅避免了繁瑣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，而且在一個(gè)GIS軟件中訪問某種軟件的數(shù)據(jù)格式，不要求用戶擁有該數(shù)據(jù)格式的宿主軟件，更不需要該軟件的運(yùn)行，為多源數(shù)據(jù)的融合提供了更為實(shí)用的便捷的支持。第4節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合1、空間數(shù)據(jù)的壓縮1.1數(shù)據(jù)壓縮的意義意義：節(jié)省存儲(chǔ)空間和處理時(shí)間隨著處理空間數(shù)據(jù)的比例尺發(fā)生變化，同樣存在數(shù)據(jù)壓縮的需要數(shù)據(jù)壓縮的概念：從所取得的數(shù)據(jù)集合S中抽取一個(gè)子集A，這個(gè)子集作為一個(gè)新的信息源，在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好地逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。設(shè)曲線的原點(diǎn)序A：{A1，A2，…，An}，通過壓縮處理后，獲得新子序A’：{As1，As2，…，Asm}，則壓縮比a為：a=m/n<=11.2曲線上點(diǎn)的壓縮一般采用特征點(diǎn)篩選法，是以信息的丟失為代價(jià)，換取空間數(shù)據(jù)容量的縮小。1.3面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮柵格數(shù)據(jù)量越大，數(shù)據(jù)分辨率越高；柵格數(shù)據(jù)的分辨率與柵格數(shù)據(jù)量之間，呈平方指數(shù)率的函數(shù)關(guān)系。游程編碼法2、空間數(shù)據(jù)的綜合當(dāng)進(jìn)行專門的數(shù)據(jù)分析時(shí)，常需要對(duì)從數(shù)據(jù)庫中提取的數(shù)據(jù)作定向處理，包括數(shù)據(jù)屬性的重新分類、空間圖形的化簡(jiǎn)和圖形特征的內(nèi)插，以構(gòu)成數(shù)據(jù)新的使用形式。面域鄰接線段的刪除——圖3-23：原始屬性數(shù)據(jù)——重新分類屬性數(shù)據(jù)——鄰接線段刪除數(shù)據(jù)——屬性壓縮數(shù)據(jù)面域之間界線的自動(dòng)刪除算法——圖3-25第5節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法通過已知點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)的方法稱為空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插。根據(jù)已知點(diǎn)或分區(qū)數(shù)據(jù)的不同，將空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插分為點(diǎn)的內(nèi)插核區(qū)域的內(nèi)插。1、點(diǎn)的內(nèi)插點(diǎn)的內(nèi)插是研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象的數(shù)值內(nèi)插方法。根據(jù)內(nèi)插精度的不同，可以將點(diǎn)的內(nèi)插分為精確和概略兩類。點(diǎn)的內(nèi)插一般要經(jīng)過數(shù)據(jù)取樣、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)記錄三個(gè)過程。數(shù)據(jù)取樣是指數(shù)據(jù)點(diǎn)的選取和坐標(biāo)的確定；數(shù)據(jù)處理是以數(shù)據(jù)點(diǎn)作為控制基礎(chǔ)，用某一數(shù)學(xué)模型來模擬地表面，進(jìn)行內(nèi)插加密計(jì)算，確定三角網(wǎng)或格網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處的特征值；數(shù)據(jù)記錄是將建立的節(jié)點(diǎn)特征值記錄與存儲(chǔ)器內(nèi)，以供分析使用。2、區(qū)域的內(nèi)插區(qū)域的內(nèi)插是研究根據(jù)一組分區(qū)的已知數(shù)據(jù)來推求同一地區(qū)另一組分區(qū)未知數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法。一組已知數(shù)據(jù)的分區(qū)稱為源區(qū)；需要內(nèi)插的另一組分區(qū)稱為目標(biāo)區(qū)。2.1疊置法將目標(biāo)區(qū)疊置在源區(qū)上，首先確定兩者面積的交集ats，然后利用下式計(jì)算目標(biāo)區(qū)各個(gè)分區(qū)t的內(nèi)插值v1：vt=ΣUsats/σs式中：t為目標(biāo)區(qū)各個(gè)分區(qū)的序號(hào)；s為源區(qū)各個(gè)分區(qū)的序號(hào)；Us為分區(qū)s的已知統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；ats為t區(qū)與s區(qū)相交的面積；σs為s區(qū)的面積。2.2比重法是根據(jù)平滑密度函數(shù)的原理，將源區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從同質(zhì)性改變?yōu)榉峭|(zhì)性，而非同質(zhì)性代表著一般社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的普遍特點(diǎn)。其過程如下：A、在源區(qū)上疊置網(wǎng)格（其尺寸大小應(yīng)保證具有足夠的內(nèi)插精度）B、將源區(qū)各分區(qū)的值賦于相應(yīng)分區(qū)的各個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)C、按公式計(jì)算相鄰四個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的平均值：Zi,j=(Zi-1,j+Zi+1,j+Zi,j-1+Zi,j+1)/4D、將各分區(qū)的格網(wǎng)點(diǎn)值相加，設(shè)為Us’，計(jì)算其系數(shù)P=Us/Us’，并將各個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)的值乘以P，得到調(diào)整后的各個(gè)分區(qū)的格網(wǎng)點(diǎn)值E、依此過程繼續(xù)下去，直到Us’與Us的值很接近，或者相應(yīng)分區(qū)的格網(wǎng)點(diǎn)值比較一致時(shí)，便可計(jì)算目標(biāo)區(qū)的內(nèi)插值：vt=v1+v2+…+vn第6節(jié)圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理1、識(shí)別和檢索相鄰圖幅的數(shù)據(jù)要將相鄰圖幅的數(shù)據(jù)集中在一起，首先要識(shí)別它們，這可以通過圖幅編號(hào)與分幅數(shù)字化的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來的方法來解決。為了便于計(jì)算機(jī)處理，各圖幅常給以編號(hào)：十位數(shù)指示圖幅編號(hào)的橫向順序，個(gè)位數(shù)指示圖幅編號(hào)的縱向順序。圖幅數(shù)據(jù)的邊沿匹配處理主要是針對(duì)跨越相鄰圖幅的線段或弧而言的，一般只提取圖幅邊界2cm范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)作為處理和匹配的目標(biāo)。2、相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹配常用追蹤拼接法：向右追蹤、向左追蹤、向上追蹤、向下追蹤只要符合下述條件，兩條線段或弧即可匹配銜接：A、相鄰圖幅邊界兩條線段或弧的左右碼各自相同或相反；B、相鄰圖幅同名邊界點(diǎn)坐標(biāo)在某一許可定值的范圍內(nèi)（如<=0.5mm）。3、相同屬性多邊形公共邊界的刪除當(dāng)圖幅數(shù)據(jù)通過邊沿匹配處理，組成較大區(qū)域的連續(xù)圖幅的數(shù)據(jù)以后，常常伴隨比例尺的縮小和屬性類型的合并，需要對(duì)具有相同屬性的多邊形公共邊界線予以刪除。刪除方法見本章第4節(jié)。作業(yè)：17、投影轉(zhuǎn)換有哪幾種方法18、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換有哪兩種？其目的是什么？19、數(shù)據(jù)壓縮的意義與概念20、如圖，分別用疊置法和比重法進(jìn)行區(qū)域數(shù)據(jù)的內(nèi)插21、如何識(shí)別兩個(gè)圖幅是否相鄰？第4章地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫教學(xué)基本要求：1、掌握空間數(shù)據(jù)庫的概念、設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)原則、實(shí)現(xiàn)與維護(hù)2、掌握三種傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫概念模型3、掌握實(shí)體-聯(lián)系模型4、掌握空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的步驟5、了解面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型6、了解空間數(shù)據(jù)庫的相關(guān)設(shè)計(jì)教學(xué)要點(diǎn)：1、空間數(shù)據(jù)庫的概念、設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)原則、實(shí)現(xiàn)與維護(hù)2、三種傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫概念模型3、實(shí)體-聯(lián)系模型4、空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的步驟教學(xué)重點(diǎn)：1、三種傳統(tǒng)概念模型2、實(shí)體-聯(lián)系模型教學(xué)方式：課堂講授學(xué)時(shí)：16教學(xué)內(nèi)容：第1節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫是地理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)場(chǎng)所。在一個(gè)項(xiàng)目的工作過程中，空間數(shù)據(jù)庫發(fā)揮著核心作用，表現(xiàn)在：用戶在決策過程中，通過訪問空間數(shù)據(jù)庫獲得空間數(shù)據(jù)，在決策過程完成后再將決策結(jié)果存儲(chǔ)到空間數(shù)據(jù)庫中?？臻g數(shù)據(jù)庫的布局和存取能力對(duì)GIS功能的實(shí)現(xiàn)和工作的效率影響極大。1、空間數(shù)據(jù)庫的概念1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)——簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)庫一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫（Database，DB）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，DBMS）和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)（DBUS）三個(gè)組成部分。DB：是按一定結(jié)構(gòu)組織在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。DBMS：提供數(shù)據(jù)庫建立、使用和管理工具的軟件系統(tǒng)。DBUS：具有DB訪問功能的應(yīng)用軟件，它提供給用戶一個(gè)訪問和操作特定DB的用戶界面。1.2空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也是由上述三部分組成。空間數(shù)據(jù)庫指的是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件的形式組織在存儲(chǔ)介質(zhì)之上的?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)使之能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行語義和邏輯上的定義，提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢檢索功能，以及能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行有效維護(hù)和更新的一套軟件系統(tǒng)?？臻g數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)是由地理信息系統(tǒng)的空間分析模型和應(yīng)用模型組成的軟件系統(tǒng)，通過它不但可以全面地管理空間數(shù)據(jù)，還可以運(yùn)用空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和決策?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是建立在常規(guī)的DBMS的之上的。它除了要完成常規(guī)DBMS所必備的功能之外，還需要提供特定的針對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理功能?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法有二：A、直接對(duì)常規(guī)DBMS進(jìn)行功能擴(kuò)展，加入一定數(shù)量的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理功能。B、在常規(guī)DBMS之上添加一層SDE（spatialdatabaseengine），以獲得常規(guī)DBMS功能之外的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理功能。2、空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，其實(shí)質(zhì)是將地理空間客體以一定的組織形式在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達(dá)的過程，也就是地理信息系統(tǒng)中空間客體數(shù)據(jù)的模型化問題。2.1空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程地理現(xiàn)象和過程地理現(xiàn)象和過程概念模型邏輯模型存儲(chǔ)模型抽象概念模型包括對(duì)地理現(xiàn)象和過程等客體的特征描述、關(guān)系分析和過程模擬等內(nèi)容。這些內(nèi)容往往被抽象、概括為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義、數(shù)據(jù)模型的建立及專業(yè)應(yīng)用模型的構(gòu)建等內(nèi)容。地理空間是一個(gè)三維空間，其空間特性表現(xiàn)為四個(gè)最基本的客體類型，即點(diǎn)、線、面和體。相互之間存在內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)成上屬于不同層次，隨維數(shù)、視角、比例尺的變化而相互轉(zhuǎn)化?？臻g客體的聯(lián)系包括空間聯(lián)系、時(shí)間聯(lián)系和屬性聯(lián)系。2.2空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)目的：揭示空間客體的本質(zhì)特征，并對(duì)其進(jìn)行抽象化，使之轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式?？臻g數(shù)據(jù)模型是衡量GIS功能與優(yōu)劣的主要因素之一。2.3空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的原則、步驟和技術(shù)方法原則：A、節(jié)省存儲(chǔ)空間——減少冗余B、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C、高效查詢D、反映空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性E、應(yīng)用適應(yīng)性技術(shù)：A、數(shù)據(jù)分析技術(shù)——分析用戶數(shù)據(jù)的語義B、技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)——將數(shù)據(jù)分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫需求分析概念設(shè)計(jì)需求分析概念設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫邏輯模型概念模型存儲(chǔ)模型3、空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)與維護(hù)3.1空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)根據(jù)空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果，就可以在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建起實(shí)際的空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，裝入空間數(shù)據(jù)，并測(cè)試和運(yùn)行，這個(gè)過程就是空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)過程。包括：A、建立實(shí)際的空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)B、裝入試驗(yàn)性空間數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行測(cè)試C、裝入實(shí)際的空間數(shù)據(jù)（加載），建立起實(shí)際運(yùn)行的空間數(shù)據(jù)庫3.2相關(guān)的其它設(shè)計(jì)其它設(shè)計(jì)的工作包括加強(qiáng)空間數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制，以及保證一致性、可恢復(fù)性等，總之是以犧牲數(shù)據(jù)庫運(yùn)行效率為代價(jià)的。A、再組織設(shè)計(jì)B、故障恢復(fù)方案設(shè)計(jì)C、安全性考慮D、事務(wù)控制3.3空間數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行與維護(hù)A、維護(hù)安全性與完整性：需要及時(shí)調(diào)整授權(quán)和密碼，轉(zhuǎn)儲(chǔ)及恢復(fù)數(shù)據(jù)庫B、監(jiān)測(cè)并改善數(shù)據(jù)庫性能：分析評(píng)估存儲(chǔ)空間和相應(yīng)時(shí)間，必要時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的再組織C、增加新的功能：對(duì)現(xiàn)有功能按用戶需求進(jìn)行擴(kuò)充D、修改錯(cuò)誤：包括程序和數(shù)據(jù)第2節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)——傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型可看作是現(xiàn)實(shí)世界規(guī)格化的說明。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型主要指層次、網(wǎng)狀和關(guān)系三種模型。1、層次數(shù)據(jù)模型1.1層次關(guān)系描述各類客體及客體類之間的聯(lián)系。每一個(gè)客體類只能有一個(gè)雙親客體類，而一個(gè)雙親客體類可以有多個(gè)子女客體類：雙親和子女之間形成所謂的層次關(guān)系。記錄被表示為樹型結(jié)構(gòu)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。擁有多于一個(gè)雙親的客體必然在數(shù)據(jù)庫中要重復(fù)出現(xiàn)——多對(duì)多性質(zhì)的客體間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，會(huì)形成數(shù)據(jù)的冗余。1.2層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示：用矩形框表示客體類型，用由雙親客體指向子女客體的有向線段表示雙親-子女之間的聯(lián)系。1.3層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存取A、數(shù)遍歷法客體是以某種樹的遍歷順序檢索，通常采用前序遍歷法。采用這種方法檢索時(shí)，先檢索某一雙親節(jié)點(diǎn)的所有子女節(jié)點(diǎn)，然后再檢索與這個(gè)雙親節(jié)點(diǎn)在同一級(jí)的其它雙親節(jié)點(diǎn)。B、通用選擇法不依賴于客體在數(shù)結(jié)構(gòu)中的順序，而是根據(jù)所確定的選擇條件，在結(jié)構(gòu)中選擇某特定的客體。2、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)——與數(shù)學(xué)中的集合不同。2.1基本概念系結(jié)構(gòu)——首耦合系系值——由首客體類的一個(gè)客體和屬客體類的若干個(gè)（包含0個(gè)）組成系類——同一系的所有系值組合為系類。一個(gè)系類中的所有系值具有下列性質(zhì)：A、系中的首客體同屬于首客體類；B、系中的屬客體同屬于屬客體類。2.2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示：首屬客體類都用矩形框表示，其聯(lián)系用一條從首客體類到屬客體類的有向線段表示。不限制客體類和系類的個(gè)數(shù)，也不限制客體類之間的從屬關(guān)系。某一客體類可作為其它任何系類的首客體，也可作為其它任何系類的屬客體；某一客體出現(xiàn)在多個(gè)系類的系值中，可以屬于多個(gè)首客體，這些首客體又分屬于不同的系類。系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展：A、允許一個(gè)給定的系類的各個(gè)屬客體來自于不同的客體類；B、允許一個(gè)系類的各個(gè)首客體從屬于不同的客體類；C、系值的首、屬客體類都可來自不同的客體類。2.3網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的實(shí)現(xiàn)以記錄為基本存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，即每一個(gè)客體都實(shí)現(xiàn)為一個(gè)記錄結(jié)構(gòu)，每一個(gè)客體類作為一個(gè)記錄型，每一個(gè)系類作為一個(gè)系型。2.4網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫的記錄存取導(dǎo)航——存取可以從網(wǎng)狀模型的任何一個(gè)客體出發(fā)，沿著系指針到達(dá)其它的客體。利用這種方法，可以從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的任一點(diǎn)出發(fā)，利用系型的首、屬記錄聯(lián)系找到任何相關(guān)的客體。3、關(guān)系數(shù)據(jù)模型在關(guān)系模型中特別強(qiáng)調(diào)關(guān)系的表現(xiàn)形式與關(guān)系在計(jì)算機(jī)中的實(shí)現(xiàn)方法之間是相互獨(dú)立的。因此，關(guān)系模型將用戶對(duì)數(shù)據(jù)的視圖與其最終的物理實(shí)現(xiàn)分割開來，從而使得關(guān)系模型比層次模型和網(wǎng)狀模型更有利于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)。3.1基本概念關(guān)系：關(guān)系是一個(gè)二維表，表的每行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組，表的每列對(duì)應(yīng)一個(gè)域，域的名稱稱為屬性。關(guān)鍵字：關(guān)系中的某一屬性組，若它的值唯一地標(biāo)識(shí)了一個(gè)元組，則稱該屬性組為候選關(guān)鍵字。若一個(gè)關(guān)系中有多個(gè)候選關(guān)鍵字，則選定一個(gè)為主關(guān)鍵字。該關(guān)鍵字的諸屬性稱為主屬性，其余的屬性叫做非主屬性。關(guān)系模式：關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式。它包括關(guān)系名、屬性名、屬性向域的映射及屬性間的依賴關(guān)系。這里指的關(guān)系模式僅由前三部分組成。一個(gè)關(guān)系模式確定了這個(gè)關(guān)系的二維表的框架。關(guān)系數(shù)據(jù)庫：一系列關(guān)系的集合構(gòu)成一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。關(guān)系的完整性：指關(guān)系的正確性、相容性和有效性。關(guān)系的完整性有三類：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。3.2空間數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)模型的概念設(shè)計(jì)和邏輯設(shè)計(jì)4、三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的比較教材第126頁表4-1第3節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)——語義數(shù)據(jù)模型和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型存在許多不足：A、以記錄為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)不能很好地面向用戶和應(yīng)用——傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型基本的結(jié)構(gòu)是記錄，而人類對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識(shí)往往以某一事物或概念為單位，這些可以互相區(qū)別的事物或概念統(tǒng)稱為客體，客體與記錄不一定相對(duì)應(yīng)。記錄的組成往往從計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的角度加以考慮，而不一定反映人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識(shí)，不利于建立數(shù)據(jù)的概念模型。B、不能以自然的方式表示客體之間的聯(lián)系。C、語義貧乏D、數(shù)據(jù)類型太少難以滿足應(yīng)用需要1、語義數(shù)據(jù)模型語義模型的模型結(jié)構(gòu)是由若干種抽象所組成，用這些抽象來描述客體的基本語義特性，再根據(jù)語義模型結(jié)構(gòu)規(guī)則把這些抽象有機(jī)地組織起來。最常用的模型為實(shí)體聯(lián)系模型（entity-relationshipmodel，E-R模型）1.1實(shí)體-聯(lián)系模型的基本概念實(shí)體：是對(duì)客觀存在的起獨(dú)立作用的客體的一種抽象。一般用矩形符號(hào)表示實(shí)體；實(shí)體的名稱標(biāo)注于矩形符號(hào)之內(nèi)。聯(lián)系：是客體間有意義的相互作用或?qū)?yīng)關(guān)系。一般可分為一對(duì)一的聯(lián)系（1：1）、一對(duì)多的聯(lián)系（1：N）和多對(duì)多的聯(lián)系（M：N）三種類型。聯(lián)系用菱形符號(hào)表示，聯(lián)系的名稱標(biāo)注于菱形之中。屬性：是對(duì)實(shí)體和聯(lián)系特征的描述。每個(gè)屬性都關(guān)聯(lián)一個(gè)域。屬性用橢圓形表示，屬性的名稱標(biāo)注于橢圓中，屬性和實(shí)體和聯(lián)系之間用線段連接。1.2采用E-R模型進(jìn)行數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)的步驟A、設(shè)計(jì)局部的E-R模型——主要完成局部結(jié)構(gòu)范圍的確定，定義屬性、實(shí)體和聯(lián)系，以及屬性的分配等。B、設(shè)計(jì)全局的E-R模型——將所有局部的E-R模型圖綜合成單一的全局的E-R圖。設(shè)計(jì)全局的E-R模型的過程中，首先需要確定公共的實(shí)體類型，然后反復(fù)進(jìn)行兩個(gè)局部E-R圖的合并，檢查并消除沖突，直到所有的局部E-R模型都合并成一個(gè)完整的全局E-R模型。解決三類沖突：屬性沖突，包括類型、取值范圍、取值單位的沖突；結(jié)構(gòu)沖突，如作為實(shí)體又作為聯(lián)系或?qū)傩?，同一?shí)體其屬性成分不同等；命名沖突，包括實(shí)體類型名、聯(lián)系類型名之間異名同義、或異義同名等。C、全局E-R模型的優(yōu)化——除反映用戶需求外，還應(yīng)滿足下列條件：實(shí)體類型盡可能少，屬性盡可能少，聯(lián)系盡可能少。1.3E-R模型評(píng)價(jià)具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，即接近人的思想，易于理解，同時(shí)又與計(jì)算機(jī)具體的實(shí)現(xiàn)無關(guān)，是一種很好的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)的方法。正是由于它與計(jì)算機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)無關(guān)，所以沒有一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)直接支持E-R模型的實(shí)現(xiàn)。所以一般用E-R模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的概念模型，然后在邏輯設(shè)計(jì)階段，把E-R模型轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)模型，比如關(guān)系數(shù)據(jù)模型、層次數(shù)據(jù)模型或網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型等。2、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型對(duì)象與實(shí)體一樣，是對(duì)客體的一種抽象的描述。2.1基本概念I(lǐng)、對(duì)象是現(xiàn)實(shí)世界中客體的模型化（與記錄、元組等概念相似，但更復(fù)雜），它具有一個(gè)惟一的名稱標(biāo)識(shí)，并把自身的狀態(tài)和內(nèi)在的功能封裝在一起。對(duì)象的狀態(tài)通過域來描述，可稱為私有存儲(chǔ)單元——對(duì)象的封裝性特征表現(xiàn)為它的私有存儲(chǔ)單元只能由它自己的功能進(jìn)行處理。II、消息是對(duì)象之間相互請(qǐng)求或相互協(xié)作的惟一途徑——對(duì)象間惟一的通信形式對(duì)象的實(shí)現(xiàn)只能依賴于它本身的狀態(tài)和所能接受的消息消息分為公有消息和私有消息。公有消息可由對(duì)象之間互相發(fā)送；私有消息是對(duì)象自己向自身發(fā)送的消息。III、類與實(shí)例類與實(shí)例是抽象與具體的關(guān)系；實(shí)例是某類的一個(gè)具體抽象，類是多個(gè)實(shí)例的抽象綜合。類是對(duì)一組對(duì)象的抽象描述，它將該組對(duì)象所具有的共同特征集中起來，以說明該組對(duì)象的能力和性質(zhì)。2.2繼承及類之間的層次關(guān)系I、繼承繼承是現(xiàn)實(shí)世界中對(duì)象之間的一種獨(dú)特關(guān)系，它使得某類對(duì)象可以自然地?fù)碛辛硗庖活悓?duì)象的某些特征和功能。繼承性可以極大地簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)。繼承性具有雙重作用：一方面可以減少代碼的冗余；另一方面通過協(xié)調(diào)性簡(jiǎn)化對(duì)象類相互之間的接口和界面。繼承可以分為單繼承和多繼承。II、類的層次結(jié)構(gòu)繼承關(guān)系形成了類的層次關(guān)系，被繼承的類稱為超類或基類，繼承其他類的對(duì)象類稱為子類或派生類。超類與子類的劃分是相對(duì)的。類的層次結(jié)構(gòu)是用于描述和組織世界事物的一種簡(jiǎn)單、有效的工具。2.3功能重載和多態(tài)面向?qū)ο笙到y(tǒng)中消息傳遞的實(shí)現(xiàn)是以重載和多態(tài)為支撐的。功能重載意味著實(shí)現(xiàn)特定功能的方法不僅以名稱來區(qū)分，而且它所帶的參數(shù)來區(qū)別。多臺(tái)是同一個(gè)消息可以根據(jù)發(fā)送消息對(duì)象的不同采用多種不同的行為方式。2.4概括和聚集概括是把一組具有相同特征和操作的對(duì)象類歸納在一個(gè)更一般的超類中。從本質(zhì)上看，概括形成了子類和超類之間一種稱為is-a的語義聯(lián)系。聚集反映了嵌套對(duì)象的概念，嵌套對(duì)象是由一些其他對(duì)象組成的，是用來描述更高層次對(duì)象的一種形式。2.5空間數(shù)據(jù)庫對(duì)象模型運(yùn)用上述概念和方法，就可以建立對(duì)象數(shù)據(jù)模型。第4節(jié)數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)1、空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的步驟和內(nèi)容1.1初始模式形成把E-R模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）所支持的紀(jì)錄類型1.2子模式設(shè)計(jì)子模式是應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的接口，允許有效訪問數(shù)據(jù)庫而不破壞其安全性。1.3模式評(píng)價(jià)對(duì)邏輯數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)（模型），根據(jù)定量分析和性能測(cè)算做出評(píng)價(jià)。1.4優(yōu)化模式利用DBMS的性能而不修改數(shù)據(jù)庫的信息。作業(yè)：22、空間數(shù)據(jù)庫的概念及其組成23、空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的原則與步驟24、空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)25、層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示及檢索方法26、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表實(shí)際檢索方法27、關(guān)系數(shù)據(jù)模型紀(jì)元組、域、屬性、關(guān)鍵字、關(guān)系模式、關(guān)系完整性的含義28、三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的比較29、E-R模型的實(shí)體、聯(lián)系、屬性的含義，E-R模型的優(yōu)缺點(diǎn)30、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的基本概念：對(duì)象、消息、類、繼承、重載、多態(tài)31、空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的步驟和內(nèi)容32、如何將E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系數(shù)據(jù)模型第5章空間分析的原理與方法教學(xué)基本要求：1、掌握空間分析概念、目的與分類2、掌握空間疊合分析的概念與主要類型3、掌握空間緩沖區(qū)分析的概念、模型與方法4、掌握網(wǎng)絡(luò)圖論的基本概念及最短路徑搜索法5、了解數(shù)字地面模型的概念及主要的地形因子6、了解空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢教學(xué)要點(diǎn)：1、空間分析的概念、目的與分類2、空間疊合分析的主要類型3、空間緩沖區(qū)分析的概念、模型與方法4、最短路徑搜索法教學(xué)重點(diǎn)：1、空間緩沖區(qū)分析2、最短路徑搜索法教學(xué)方式：課堂講授+課堂討論學(xué)時(shí)：14教學(xué)內(nèi)容：空間分析是GIS區(qū)別于其他類型系統(tǒng)的一個(gè)最主要的功能特征，也是各類綜合性地學(xué)分析模型的基礎(chǔ)構(gòu)件?？臻g分析分為兩大類：產(chǎn)生式分析（productmode）——可獲取新的信息，尤其是綜合性信息；咨詢式分析（querymode）——回答問題。空間分析的根本目的：通過對(duì)空間數(shù)據(jù)的深加工或分析，獲取新的信息?？臻g分析的定義：是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它以地學(xué)原理為依托，通過分析算法，從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對(duì)象的地理位置、空間分布、空間形態(tài)、空間形成、空間演變等信息。第1節(jié)數(shù)字地面模型分析1、數(shù)字地面模型（DTM）數(shù)字地面模型是定義于二維區(qū)域上的一個(gè)有限項(xiàng)的向量序列，它以離散分布的平面點(diǎn)來模擬連續(xù)分布的地形。DTM={Zi,j}i=1，2，3，…，m；j=1，2，3，…，n；Z為地面屬性數(shù)據(jù)當(dāng)屬性為海拔高程時(shí)，DTM即為DEM2、地形因子2.1坡度slop[00，900]坡度可簡(jiǎn)單地理解為坡面與水平面夾角的度量坡度可用百分比表示坡度分級(jí)表示法：坡度范圍坡度等級(jí)0%——10%I級(jí)11%——20%II級(jí)21%——50%III級(jí)51%——100%IV級(jí)2.2坡向aspect坡向可簡(jiǎn)單地理解為坡面的朝向NSNSWENENWSESW坡向綜合表θ坡向坡向合并代碼平緩坡平緩坡10[-π/2，0][0，π/2]SWSES陽坡23/2ππ/2WE半陽坡3π[π，3/2π][π/2，π]NWNEN陰坡4θ為與正北方向的夾角2.3曲面面積2.4地表糙度是放映地表的起伏變化與侵蝕程度的指標(biāo)，一般定義為地表單元的曲面面積與投影面積之比。3、地表形態(tài)的自動(dòng)分類在DEM數(shù)據(jù)文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行地形的自動(dòng)分類，首先根據(jù)區(qū)域的地形特點(diǎn)，擬定地形分類決策表，然后按照自動(dòng)提取地形類型信息的過程，便可獲得區(qū)域的地形類型分類系統(tǒng)，并輸出地形類型圖。4、地學(xué)剖面的繪制和分析研究地學(xué)剖面，可以以線代面，概括研究區(qū)域的地勢(shì)、地質(zhì)和水文特征，包括區(qū)域內(nèi)的地貌形態(tài)、輪廓形態(tài)、絕對(duì)與相對(duì)高度、地質(zhì)構(gòu)造、斜坡特征、地表切割強(qiáng)度和侵蝕因素等。地理剖面的自動(dòng)繪制和表示，是區(qū)域柵格數(shù)據(jù)的應(yīng)用內(nèi)容之一，是地理信息系統(tǒng)分析工具的組成部分，它為區(qū)域地理數(shù)據(jù)的處理和立地條件的分析，提供了一種有效的手段。第2節(jié)空間疊合分析1、空間疊合分析的概念與分類1.1概念空間疊合分析（spatialoverlayanalysis）是指在統(tǒng)一參照系統(tǒng)條件下，每次將同一地區(qū)兩個(gè)地理對(duì)象的土層進(jìn)行疊合，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征（空間合成疊合），或建立地理對(duì)象之間的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系（空間統(tǒng)計(jì)疊合）。1.2分類根據(jù)疊合對(duì)象圖形特征的不同，可分為三種：點(diǎn)與多變形疊合point-in-polygonoverlay線與多變形疊合line-in-polygonoverlay多變形與多變形疊合polygon-on-polygonoverlay(1)點(diǎn)與多邊形的疊合點(diǎn)與多邊形的疊合是確定一圖層上的點(diǎn)落在另一圖層的哪個(gè)多邊形內(nèi)，以便為圖層的每個(gè)點(diǎn)建立新的屬性。鉛垂線算法點(diǎn)號(hào)屬性1屬性2多邊形號(hào)屬性51A2B3C4D（2）線與多變形疊合線與多邊形的疊合是確定一圖層上的弧段落在另一圖層的哪個(gè)多邊形內(nèi)，以便為圖層的每條弧段建立新的屬性。線號(hào)原線號(hào)多邊形號(hào)11B21C32C43C（3）多邊形與多邊形疊合具有廣泛的應(yīng)用，是空間疊合分析的主要類型。A、union進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為保留原來兩個(gè)輸入圖層的所有多邊形。B、intersect進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為保留原來兩個(gè)輸入圖層的共同多邊形。C、identity進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為保留以其中一輸入圖層為控制邊界之內(nèi)的所有多邊形。D、erase進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為保留以其中一輸入圖層為控制邊界之外的所有多邊形。E、update進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為一個(gè)經(jīng)刪除處理后的圖層與一個(gè)新特征圖層進(jìn)行合并后的結(jié)果。F、clip進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為按一個(gè)圖層的邊界，對(duì)另一個(gè)圖層的內(nèi)容要素進(jìn)行截取后的結(jié)果。2、基于矢量數(shù)據(jù)的疊合分析兩個(gè)圖層的要素均為矢量數(shù)據(jù)——數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量比較少，運(yùn)算過程比較復(fù)雜。3、基于柵格數(shù)據(jù)的疊合分析兩個(gè)圖層的要素均為柵格數(shù)據(jù)——數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量比較大，運(yùn)算過程比較簡(jiǎn)單。第3節(jié)空間緩沖區(qū)分析1、空間緩沖區(qū)分析的模型1.1概念空間緩沖區(qū)分析（spatialbufferanalysis）是指根據(jù)分析對(duì)象的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立它們周圍一定距離的帶狀區(qū)，用以識(shí)別這些實(shí)體或主體對(duì)鄰近對(duì)象的輻射范圍或影響度，以便為某項(xiàng)分析或決策提供依據(jù)。1.2問題的三類因素A、主體：分析的主要目標(biāo)，一般分點(diǎn)、線、面源三種類型。B、鄰近對(duì)象：表示受主體影響的客體。C、作用條件：表示主體對(duì)鄰近對(duì)象施加作用的影響條件或強(qiáng)度。1.3根據(jù)主體對(duì)鄰近作用性質(zhì)的不同，可采用三種不同的分析模型A、線性模型當(dāng)主體對(duì)鄰近對(duì)象的影響度（Fi）隨距離（ri）的增大而呈線性形式衰減時(shí)Fi=f0(1-ri)ri=di/d00<=ri<=1B、二次模型當(dāng)主體對(duì)鄰近對(duì)象的影響度（Fi）隨距離（ri）的增大而呈二次形式衰減時(shí)Fi=f0(1-ri)2ri=di/d00<=ri<=1C、指數(shù)模型當(dāng)主體對(duì)鄰近對(duì)象的影響度（Fi）隨距離（ri）的增大而呈指數(shù)形式衰減時(shí)Fi=f0(1-ri)ri=di/d00<=ri<=12、空間緩沖區(qū)分析的方法教材第166頁例題I、計(jì)算道路的綜合規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)f0——用最大值標(biāo)準(zhǔn)化法II、計(jì)算道路的最大影響距離d0——d0=S/2LIII、實(shí)施緩沖區(qū)操作兩種路徑3、在建立或分析緩沖區(qū)時(shí)，應(yīng)主注意的問題3.1當(dāng)緩沖區(qū)發(fā)生重疊時(shí)的處理多個(gè)特征緩沖區(qū)之間的重疊同一特征緩沖區(qū)圖形的重疊3.2當(dāng)對(duì)特征規(guī)定不同緩沖區(qū)寬度時(shí)的處理根據(jù)特征的屬性確定不同的緩沖區(qū)寬度3.3復(fù)雜圖形對(duì)緩沖區(qū)和非緩沖區(qū)進(jìn)行標(biāo)示處理3.4當(dāng)需要對(duì)緩沖區(qū)圖形與原輸入圖形作比較分析時(shí)的處理利用地理信息系統(tǒng)的制圖功能第4節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)是由點(diǎn)、線的二元關(guān)系構(gòu)成的系統(tǒng)，通常用來描述某種資源或物質(zhì)在空間上的運(yùn)動(dòng)。1、網(wǎng)絡(luò)圖論的基本概念1.1基本概念I(lǐng)、圖圖是一個(gè)以抽象的形式來表達(dá)確定的事物，以及事物之間是否具備某種特定關(guān)系的數(shù)學(xué)系統(tǒng)。圖的構(gòu)成：Gd=（V(G)，E(G)）V(G)——頂點(diǎn)；E(G)——邊或弧II、有向圖與無向圖設(shè)Gd=（V(G)，E(G)）為有向圖，若ek=ViVj，則頂點(diǎn)Vi，Vj是邊ek的結(jié)點(diǎn)，且Vi為起始結(jié)點(diǎn)，Vj為終止結(jié)點(diǎn)，Vi、Vj鄰接。ViVj≠VjVi。設(shè)Gd=（V(G)，E(G)）為無向圖，則ViVj=VjVi。III、環(huán)與并行邊兩個(gè)端點(diǎn)重合的邊稱為環(huán)。并行邊也稱重邊，如兩條邊以端點(diǎn)相連接，則稱為并行邊。IV、簡(jiǎn)單圖不含并行邊喝環(huán)的圖稱為簡(jiǎn)單圖V、有限圖與無限圖頂點(diǎn)與邊為有限集合的圖為有限圖頂點(diǎn)與邊為無限集合的圖為無限圖VI、路與回路無向圖中，首尾相接的一串邊的集合，稱為路。能自行閉合的路稱為回路。VII、連通圖與樹任意兩點(diǎn)之間都存在一條路的圖稱為連通圖。不存在任何回路的連通圖稱為樹，樹中的每條邊稱為樹枝。1.2圖的矩陣表示I、鄰接矩陣D（G）II、關(guān)聯(lián)矩陣A（G）2、空間網(wǎng)絡(luò)的類型和結(jié)構(gòu)2.1類型空間網(wǎng)絡(luò)一般分為平面網(wǎng)絡(luò)和非平面網(wǎng)絡(luò)。平面網(wǎng)絡(luò)又分為道路型、樹型、環(huán)網(wǎng)型、細(xì)胞型4種，前3種為線型“流”系統(tǒng)，第4種為線型柵格系統(tǒng)。非平面網(wǎng)絡(luò)主要是交錯(cuò)型網(wǎng)絡(luò)，也稱為線型立體系統(tǒng)。2.2結(jié)構(gòu)空間網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成要素包括：結(jié)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)中任意兩條線段或路徑的交點(diǎn)。鏈或弧段：連接兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的弧段或路徑，是網(wǎng)絡(luò)中資源運(yùn)移的通道。障礙：資源不能通過的結(jié)點(diǎn)，是網(wǎng)絡(luò)中唯一不表示任何屬性的元素。拐角：網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)處，資源運(yùn)移方向可能發(fā)生改變，從一個(gè)鏈經(jīng)結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向另一個(gè)鏈。中心：網(wǎng)絡(luò)中具有從鏈上接受或發(fā)送資源能力的結(jié)點(diǎn)所在地。站點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)中裝卸資源的結(jié)點(diǎn)所在地。3、空間網(wǎng)絡(luò)分析法——路徑分析最短路徑搜索法——Dijkstra算法A、距離矩陣或權(quán)矩陣的確定B、確定起點(diǎn)C、標(biāo)定起點(diǎn)D、逐級(jí)確定其他結(jié)點(diǎn)的定標(biāo)E、定標(biāo)即為起點(diǎn)至該結(jié)點(diǎn)的最短路徑以教材第177-178頁圖5-43為例第6節(jié)空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢是指按照給定的條件，從空間數(shù)據(jù)庫中檢索滿足條件的數(shù)據(jù)，以回答用戶提出的問題，又稱為咨詢式分析。通常，GIS的屬性數(shù)據(jù)分為數(shù)字型和字符型兩種形式，前者包括數(shù)量、等級(jí)等，用以表述地理實(shí)體的定量特征；后者包括名稱、分類等，用以表述地理實(shí)體的定性特征。對(duì)于字符型數(shù)據(jù)，一般采用邏輯關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算。對(duì)于數(shù)字型數(shù)據(jù)，則可以進(jìn)行“加”、“減”、“乘”、“除”、“乘方”等數(shù)學(xué)運(yùn)算，以產(chǎn)生新的屬性值。1、空間集合分析空間集合分析是按照兩個(gè)邏輯子集給定的條件進(jìn)行邏輯運(yùn)算，其基本原理是布爾代數(shù)，它的運(yùn)算符號(hào)或算子包括AND、OR、XOR、NOT及其組合等，邏輯運(yùn)算的結(jié)果為“真”或“假”?？臻g集合分析雖然都可以在基于矢量的GIS和基于柵格的GIS中完成，但基于柵格的系統(tǒng)要容易和快捷得多。2、空間數(shù)據(jù)的查詢2.1概念空間數(shù)據(jù)的查詢一般定義為從數(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(duì)象。屬性約束條件一般用帶比較運(yùn)算符的邏輯表達(dá)式描述；空間約束條件用帶空間謂詞的邏輯表達(dá)式描述。空間查詢是作用在庫體上的函數(shù)，返回用戶請(qǐng)求的內(nèi)容，也屬于咨詢式分析。2.2GIS中的空間查詢大致可分為3類：A、針對(duì)空間關(guān)系的查詢B、針對(duì)非空間屬性的查詢C、結(jié)合空間關(guān)系和非空間屬性的查詢2.3空間查詢的4種方法A、基于關(guān)系查詢語言擴(kuò)充的空間查詢方法B、可視化空間查詢方法不能表達(dá)所有的空間查詢C、基于自然語言的查詢只適用于某個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，不能作為統(tǒng)用查詢語言D、超文本查詢方法作業(yè)：33、空間分析的定義、分類與目的34、DTM的概念35、簡(jiǎn)要說明幾種常用的地形因子36、空間疊合分析的概念與分類37、空間緩沖區(qū)分析的概念與模型38、空間緩沖區(qū)分析時(shí)的問題包含哪三類要素39、設(shè)某一實(shí)體的影響度Fi隨距離ri呈指數(shù)率變化，已知該實(shí)體的影響半徑為d0，分級(jí)指標(biāo)值為f0，試述對(duì)該實(shí)體進(jìn)行緩沖區(qū)分析的步驟和方法。40、概念：環(huán)、重邊、簡(jiǎn)單圖、路、回路、連通圖、樹41、如圖：1）寫出圖的矩陣表示；2）為有向圖時(shí)，以V7為起點(diǎn)進(jìn)行最短路徑的搜索；3）為無向圖時(shí)，以V1為起點(diǎn)進(jìn)行最短路徑的搜索。42、圖示邏輯運(yùn)算的結(jié)果第6章地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型教學(xué)基本要求：1、掌握GIS應(yīng)用模型的概念、作用與分類2、掌握適宜性分析模型的應(yīng)用3、了解發(fā)展預(yù)測(cè)模型4、了解GIS應(yīng)用模型構(gòu)建的途徑5、了解適宜性分析模型的一般形式教學(xué)要點(diǎn)：1、GIS應(yīng)用模型的概念、作用與分類2、適宜性分析模型的應(yīng)用3、發(fā)展預(yù)測(cè)模型教學(xué)重點(diǎn)：1、GIS應(yīng)用模型的概念、作用與分類2、適宜性分析模型教學(xué)方式：課堂講授+課堂練習(xí)學(xué)時(shí)：8教學(xué)內(nèi)容：第1節(jié)GIS應(yīng)用模型概述1、GIS應(yīng)用模型概述1.1概念GIS的應(yīng)用模型，就是根據(jù)具體的應(yīng)用目標(biāo)和問題，借助于GIS自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使觀念世界中形成的概念模型，具體化為信息世界中可操作的機(jī)理和過程。1.2GIS應(yīng)用模型的作用用一定程度的簡(jiǎn)化和抽象，通過邏輯的演繹，去把握地理系統(tǒng)各要素之間的相互關(guān)系、本質(zhì)特征及可視化顯示。1.3分類A、根據(jù)所表述的空間對(duì)象的不同，可分為：理論模型（數(shù)學(xué)模型）——數(shù)學(xué)表達(dá)式——地表徑流模型經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀跀?shù)理統(tǒng)計(jì)方法和大量觀察實(shí)驗(yàn)——水土流失模型混合模型——基于原理和經(jīng)驗(yàn)——位置選擇模型、資源分配模型B、根據(jù)研究對(duì)象的瞬時(shí)狀態(tài)和發(fā)展過程，可分為靜態(tài)模型：地理現(xiàn)象及要素相互作用的格局半靜態(tài)模型：評(píng)價(jià)應(yīng)用目標(biāo)的變化影響動(dòng)態(tài)模型：預(yù)測(cè)研究目標(biāo)的時(shí)空動(dòng)態(tài)演變及趨勢(shì)2、GIS應(yīng)用模型的構(gòu)建2.1求解問題的過程目的導(dǎo)向（goal-driven）分析數(shù)據(jù)導(dǎo)向（data-driven）分析問題的定義問題問題的定義問題問題的實(shí)質(zhì)問題的概念解決問題的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫多源數(shù)據(jù)的收集問題數(shù)據(jù)子集問題求解問題答案目的導(dǎo)向分析數(shù)據(jù)導(dǎo)向分析2.2三種構(gòu)建GIS應(yīng)用模型的途徑A、GIS環(huán)境內(nèi)的模型建造利用GIS軟件的宏語言能充分利用GIS軟件本身的資源，建造和開發(fā)的效率高B、GIS外部的模型建造基于GIS的SDB和輸出功能，而模型分析功能主要利用其他領(lǐng)域的軟件運(yùn)行效率受影響，但實(shí)現(xiàn)了軟件的嫁接，具有廣泛的適用性C、混合模型建造A、B的結(jié)合盡可能利用GIS提供的功能，最大限度地減少用戶自行開發(fā)的壓力，又不失具有外部建模法的靈活效果第2節(jié)適宜性分析模型適宜性分析：指土地針對(duì)某種特定開發(fā)活動(dòng)的分析建立適宜性分析模型的過程：首先，確定具體的開發(fā)活動(dòng)；其次，選擇其影響因子；然后，評(píng)判各因子對(duì)該開發(fā)活動(dòng)的適宜程度，以作為土地利用規(guī)劃決策的依據(jù)。1、一般形式設(shè)有某評(píng)價(jià)目標(biāo)或開發(fā)活動(dòng)T，該T對(duì)應(yīng)一組影響因素X1，X2，…，Xm；每個(gè)因素對(duì)應(yīng)一組參評(píng)因子x1，x2，…，xl；每個(gè)因子有一組屬性v1，v2，…，vm；因此，每個(gè)因素對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性集Vi：Vi=[v11，…，vjk，…，vnl]i=1，2，…，m；j=1，2，…，n；k=1，2，…，l每個(gè)因素的屬性集都是一個(gè)對(duì)指定的T從優(yōu)到劣的全序集，且滿足：V1l>Vjl>…>Vnl各參評(píng)因子及其屬性值的取值由數(shù)據(jù)庫提取或由GIS空間分析軟件生成。各因素按其屬性集的優(yōu)劣，可用下列矩陣表示：W1P11…WiP1i…WmP1m………R=W1P11…WiP1i…WmP1m………W1P11…WiP1i…WmP1m式中：P為Xi對(duì)T的貢獻(xiàn)函數(shù)值；W為Xi對(duì)T的權(quán)重值P值得確定方法為：將各因子最適宜的指標(biāo)值定為貢獻(xiàn)函數(shù)值100，將各因子最不適宜的指標(biāo)值定為貢獻(xiàn)函數(shù)值0，在這之間，指標(biāo)值與函數(shù)值按線性關(guān)系計(jì)算和確定。有了上述矩陣數(shù)據(jù)和GIS功能的支持，可以求取基于柵格單元的評(píng)價(jià)分值：——教材第198頁6-2然后，根據(jù)使（教材第198頁6-3）的值為最大時(shí)的P所對(duì)應(yīng)的j，即為所求的某個(gè)T的適宜級(jí)Sj。限制性因子的計(jì)算公式為（教材第198頁6-4）。2、應(yīng)用實(shí)例（1）評(píng)價(jià)對(duì)象玉米種植用地的土地適宜性評(píng)價(jià)，通過評(píng)獎(jiǎng)將研究區(qū)分出不同的適宜性等級(jí)：S1（最適宜）、S2（次適宜）、S3（臨界適宜）和N（不適宜）（2）評(píng)價(jià)方法基于GIS的土地質(zhì)量評(píng)價(jià)法（3）評(píng)價(jià)過程A、評(píng)價(jià)對(duì)象生態(tài)條件的調(diào)查B、確定評(píng)價(jià)對(duì)象的影響因素和因子C、利用GIS生成影響因素?cái)?shù)據(jù)D、計(jì)算各因素的權(quán)重和貢獻(xiàn)函數(shù)E、計(jì)算機(jī)適宜性評(píng)級(jí)第3節(jié)發(fā)展預(yù)測(cè)模型1、一般介紹1.1概念是運(yùn)用已有的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)提供的手段，對(duì)事物進(jìn)行科學(xué)的數(shù)量分析，探索某一事物在今后的可能發(fā)展趨勢(shì)，并作出評(píng)價(jià)和估計(jì)，以調(diào)節(jié)、控制計(jì)劃或行動(dòng)。1.2預(yù)測(cè)方法通常分為定性、定量、定時(shí)和概率預(yù)測(cè)。在信息系統(tǒng)中，一般采用定量預(yù)測(cè)方法。2、應(yīng)用實(shí)例2.1人口預(yù)測(cè)模型Pt=P0e(r-u)Pt——第t年人口數(shù)P0——基年人口數(shù)r——人口出生率u——人口死亡率t——時(shí)間（年份）2.2勞動(dòng)力預(yù)測(cè)模型L（t）=LR（t）?L（t-1）+LW（t）L（t）——第t年勞動(dòng)力狀態(tài)向量LW（t）——第t年勞動(dòng)力遷移向量LR（t）——?jiǎng)趧?dòng)力存留系數(shù)矩陣作業(yè)：43、地理信息系統(tǒng)應(yīng)用模型的概念、作用與分類44、構(gòu)建應(yīng)用模型的途徑及其優(yōu)缺點(diǎn)45、什么是適宜性分析？建立適宜性分析模型的一般過程46、試對(duì)某城市郊區(qū)蔬菜種植用地進(jìn)行適宜性分析47、什么叫發(fā)展預(yù)測(cè)？預(yù)測(cè)方法有哪幾種？48、人口預(yù)測(cè)模型和勞動(dòng)力預(yù)測(cè)模型的表達(dá)式第7章地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)教學(xué)基本要求：1、掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的及應(yīng)用型GIS的特點(diǎn)2、掌握生命周期設(shè)計(jì)法與原型化設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)3、掌握地理信息標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容4、掌握系統(tǒng)評(píng)價(jià)的內(nèi)容5、了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)各個(gè)階段的主要內(nèi)容6、了解空間數(shù)據(jù)庫的相關(guān)設(shè)計(jì)7、了解制定地理信息標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)教學(xué)要點(diǎn)：1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的及應(yīng)用型GIS的特點(diǎn)2、生命周期設(shè)計(jì)法與原型化設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)3、地理信息標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容4、系統(tǒng)評(píng)價(jià)的內(nèi)容教學(xué)重點(diǎn)：1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的及應(yīng)用型GIS的特點(diǎn)2、地理信息標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容教學(xué)方式：課堂講授學(xué)時(shí)：8教學(xué)內(nèi)容：第1節(jié)GIS設(shè)計(jì)概述1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是在工具型地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)應(yīng)用型GIS——因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)指應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.2應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)按照地理信息系統(tǒng)的功能和內(nèi)容，可以分為兩大類：工具型GIS和應(yīng)用型GIS應(yīng)用型GIS指在工具型GIS的基礎(chǔ)上，經(jīng)二次開發(fā)，建立的能滿足專門用戶解決一類或多類實(shí)際問題的地理信息系統(tǒng)。應(yīng)用型GIS具有以下特點(diǎn)：A、特定的用戶和應(yīng)用目的B、特定的地理空間實(shí)體數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用模型C、繼承了工具型GIS開發(fā)平臺(tái)提供的大部分功能和軟件D、專門的用戶界面1.3應(yīng)用型GIS的分類根據(jù)應(yīng)用層次的高低，應(yīng)用性GIS可分為：A、空間事務(wù)處理系統(tǒng)STPS——傳統(tǒng)事務(wù)的計(jì)算機(jī)處理B、空間管理信息系統(tǒng)SMIS——專業(yè)模型的應(yīng)用D、空間決策支持系統(tǒng)SDSS——決策領(lǐng)域應(yīng)用廣泛2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模式2.1最早的設(shè)計(jì)模式由Calkins在1972年提出，稱為結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，包括4個(gè)組成部分A、通過訪問用戶，調(diào)查用戶的需求和數(shù)據(jù)源，確定系統(tǒng)得目的、要求和規(guī)定；B、描述和評(píng)價(jià)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程有關(guān)的資源和限定因素，如現(xiàn)有硬件、軟件和有關(guān)的政治、法律等因素；C、說明和評(píng)價(jià)所擬定的不同系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠滿足所規(guī)定的要求；D、對(duì)擬定的系統(tǒng)作最后的評(píng)價(jià)，從中選擇一個(gè)運(yùn)行的系統(tǒng)。特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)對(duì)用戶的調(diào)查和系統(tǒng)功能需求的分析；在各個(gè)階段要寫成有關(guān)的文件以便進(jìn)行評(píng)價(jià)；用戶要參與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2.2改進(jìn)的GIS設(shè)計(jì)模式主要設(shè)計(jì)思想：強(qiáng)調(diào)對(duì)現(xiàn)有各個(gè)組成部分（hardware,software,DB）進(jìn)行深入、認(rèn)真的評(píng)價(jià)，以研究其滿足系統(tǒng)功能的程度，保證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的可靠實(shí)用，及有效地處理數(shù)據(jù)和使用周期長(zhǎng)等要求。主要內(nèi)容：A、目的與任務(wù)目的與任務(wù)的說明要非常詳細(xì)B、概念的定義介紹系統(tǒng)的各個(gè)主要組成部分C、功能的要求I、該系統(tǒng)必須具有的功能——系統(tǒng)的真正要求II、希望具有的功能III、其他有意義的功能對(duì)功能應(yīng)規(guī)定：I、輸入II、輸出III、功能需要的處理步驟IV、實(shí)現(xiàn)功能的條件V、功能生成的數(shù)據(jù)D、性能測(cè)定測(cè)試內(nèi)容：硬件、軟件模塊、數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量控制等測(cè)試應(yīng)考慮的條件：I、系統(tǒng)的正常操作條件II、重點(diǎn)測(cè)試——最壞情況和極端操作條件III、邏輯測(cè)試——檢查邏輯條件IV、線路測(cè)試在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，開發(fā)人員與用戶要進(jìn)行有效交流3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程3.1生命周期設(shè)計(jì)法包括4個(gè)階段：系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)優(yōu)點(diǎn)：分階段進(jìn)行，便于開發(fā)工作的組織管理不足：開發(fā)過程過長(zhǎng)，新系統(tǒng)實(shí)際效果的可見性差，用戶反饋遲，不容易把握用戶需求的變化3.2原型化設(shè)計(jì)法根據(jù)用戶提出的需求，由用戶與開發(fā)人員共同商定其中重要和基本的開發(fā)目標(biāo)，選擇試驗(yàn)區(qū)——初步方案——用戶試用——反饋——修改特點(diǎn)：用戶參與性強(qiáng)；能更快看到系統(tǒng)的實(shí)際效果；系統(tǒng)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)低一般而言，當(dāng)用戶對(duì)新系統(tǒng)的功能需求十分明確時(shí)，可直接采用生命周期法，以利于開發(fā)經(jīng)費(fèi)和開發(fā)時(shí)間的控制。第2節(jié)GIS的設(shè)計(jì)——生命周期設(shè)計(jì)法1、系統(tǒng)分析1.1基本思想從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，同過對(duì)事物進(jìn)行分析與綜合，找出各種可行的方案，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1.2任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行需求調(diào)查和可行性分析，最后提出新系統(tǒng)的目標(biāo)和結(jié)構(gòu)方案1.3用戶需求調(diào)查的主要內(nèi)容A、who——用戶B、what——功能C、why——原因D、where——所需資源的來源E、quality——指具體的技術(shù)指標(biāo)、性能要求和可靠性要求1.4用戶調(diào)查的方法與過程一般采用訪問、