《GIS空間信息基礎(chǔ)》課件

GIS空間信息基礎(chǔ)投稿人：GIS概述地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(GIS)是一種用于采集、存儲、管理、分析和可視化地理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。地理空間數(shù)據(jù)GIS處理與地理位置相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括地圖、衛(wèi)星圖像、傳感器數(shù)據(jù)和人口統(tǒng)計信息?？臻g分析GIS使得用戶能夠分析空間模式、關(guān)系和趨勢，以得出有見地的結(jié)論。應(yīng)用廣泛GIS在眾多領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括城市規(guī)劃、環(huán)境管理、災(zāi)害響應(yīng)和農(nóng)業(yè)。GIS的發(fā)展歷程1萌芽階段20世紀50年代2發(fā)展階段20世紀60年代3應(yīng)用階段20世紀70年代4普及階段20世紀80年代GIS的核心技術(shù)1空間數(shù)據(jù)采集包括遙感、GPS、數(shù)字化等，用于獲取地球表面的空間信息。2空間數(shù)據(jù)處理對采集到的數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換、精度校正、投影變換等處理。3空間數(shù)據(jù)分析對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，提取有用的信息，解決實際問題。4空間數(shù)據(jù)可視化將分析結(jié)果以地圖、圖表等形式展示，方便用戶理解和應(yīng)用?？臻g信息數(shù)據(jù)采集技術(shù)航空攝影從飛機或無人機獲取地面圖像。衛(wèi)星遙感利用衛(wèi)星傳感器獲取地球表面信息。全球定位系統(tǒng)利用衛(wèi)星信號確定位置坐標。野外數(shù)據(jù)采集通過實地測量和觀察獲取數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)數(shù)據(jù)采集通過傳感器獲取地面信息，例如衛(wèi)星或飛機上的傳感器。數(shù)據(jù)處理將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可解釋的信息，包括校正、增強和分類。數(shù)據(jù)分析對處理后的數(shù)據(jù)進行分析以提取有意義的信息，例如土地覆蓋變化或環(huán)境監(jiān)測。全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由多顆衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò)，覆蓋全球。位置確定接收衛(wèi)星信號，計算用戶位置。時間同步利用衛(wèi)星時間信號，實現(xiàn)時間同步。地理信息采集技術(shù)遙感技術(shù)利用傳感器獲取地面目標的電磁輻射信息。全球定位系統(tǒng)通過衛(wèi)星信號確定地面位置，獲取坐標信息。地理信息測量技術(shù)使用儀器直接測量地面目標的距離、角度和高程。非接觸式數(shù)據(jù)采集遙感利用衛(wèi)星或飛機傳感器獲取地表信息。航空攝影使用航空器拍攝照片，獲取地面影像。激光掃描利用激光發(fā)射器測量地面目標的距離，生成三維模型。接觸式數(shù)據(jù)采集全站儀測量距離、角度和高程等數(shù)據(jù)，用于創(chuàng)建精確的地理空間模型。地面探地雷達利用電磁波探測地下結(jié)構(gòu)，用于考古、地下設(shè)施勘測等。地質(zhì)鉆探鉆取巖心樣品，分析土壤和巖石類型，用于地質(zhì)調(diào)查和工程建設(shè)?？臻g數(shù)據(jù)建模1模型用符號來表示空間實體、屬性和空間關(guān)系2抽象將現(xiàn)實世界轉(zhuǎn)化為計算機可理解的形式3理解提供一種框架來組織和分析空間信息矢量數(shù)據(jù)模型點、線、面矢量數(shù)據(jù)模型將地理空間實體表示為點、線和面。幾何坐標每個實體都由一組坐標定義，表示其在空間中的位置。屬性信息矢量數(shù)據(jù)模型還包含與每個實體相關(guān)的屬性信息，例如名稱、類型和描述。柵格數(shù)據(jù)模型定義柵格數(shù)據(jù)模型將空間數(shù)據(jù)表示為一個規(guī)則網(wǎng)格，每個網(wǎng)格單元稱為像元，每個像元存儲一個屬性值，可以是數(shù)字、字符或其他數(shù)據(jù)類型。優(yōu)點柵格數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)簡單，易于理解和處理，適合表示連續(xù)性空間數(shù)據(jù)，如地形、溫度、降雨量等。缺點柵格數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)量大，空間精度受網(wǎng)格大小限制，不適合表示離散性空間數(shù)據(jù)，如道路、河流等。復(fù)合數(shù)據(jù)模型優(yōu)勢綜合了矢量和柵格模型的優(yōu)點，能更全面、更真實地反映地理實體。應(yīng)用適用于多種地理信息系統(tǒng)，如城市規(guī)劃、資源管理和環(huán)境監(jiān)測等。類型常見類型包括對象關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ秃突旌夏Ｐ偷取５乩硇畔⑾到y(tǒng)軟件ArcGIS強大的商業(yè)GIS軟件，提供全面的功能，涵蓋數(shù)據(jù)管理、分析、可視化和應(yīng)用程序開發(fā)。QGIS開源GIS軟件，提供廣泛的功能，適合學(xué)習(xí)和開發(fā)應(yīng)用，尤其適合非商業(yè)用途。GoogleEarthPro基于網(wǎng)絡(luò)的GIS軟件，提供全球地理信息可視化和分析，易于使用，適合大眾用戶。地理信息系統(tǒng)軟件分類桌面GIS軟件用于在個人計算機上進行地理空間數(shù)據(jù)分析、管理和可視化。服務(wù)器GIS軟件為多個用戶提供地理空間數(shù)據(jù)訪問、處理和分析服務(wù)。移動GIS軟件允許用戶在移動設(shè)備上進行地理空間數(shù)據(jù)采集、查看和分析。WebGIS軟件通過網(wǎng)絡(luò)提供地理空間數(shù)據(jù)訪問和分析服務(wù)。開源GIS軟件免費使用開源GIS軟件通常免費提供，降低了使用成本。靈活定制用戶可以根據(jù)自身需求修改和擴展軟件功能。社區(qū)支持開源社區(qū)提供了豐富的文檔、教程和技術(shù)支持。商業(yè)GIS軟件ArcGIS是全球最受歡迎的GIS軟件之一MapInfo是領(lǐng)先的GIS軟件，提供地圖繪制和地理空間分析QGIS是一款功能強大的開源軟件，支持各種地理空間數(shù)據(jù)GIS數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)采集從現(xiàn)實世界獲取數(shù)據(jù)，例如衛(wèi)星圖像、航空攝影和地面測量。數(shù)據(jù)存儲將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，以確保數(shù)據(jù)完整性和一致性。數(shù)據(jù)處理對數(shù)據(jù)進行處理和分析，以提取有價值的信息。地理信息數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)描述地理要素位置、形狀和屬性的數(shù)字信息。屬性數(shù)據(jù)描述地理要素的非空間屬性，例如名稱、類型和人口等。元數(shù)據(jù)描述數(shù)據(jù)來源、質(zhì)量和格式等信息，方便數(shù)據(jù)理解和管理?？臻g數(shù)據(jù)類型點數(shù)據(jù)描述空間中單個位置的信息，例如城市、河流交叉點等。點數(shù)據(jù)通常用坐標對來表示。線數(shù)據(jù)描述空間中具有長度和方向的信息，例如道路、河流、邊界等。線數(shù)據(jù)通常由一系列坐標點組成。面數(shù)據(jù)描述空間中具有面積和形狀的信息，例如湖泊、森林、建筑物等。面數(shù)據(jù)通常由封閉的邊界線組成。體數(shù)據(jù)描述三維空間中的信息，例如地下管道、建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。體數(shù)據(jù)通常用體積和表面來表示。地理數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型用點、線、面等幾何元素表示地理實體的空間位置和屬性信息。柵格數(shù)據(jù)模型將空間劃分為網(wǎng)格，每個網(wǎng)格單元存儲一個屬性值，用于表示地物的空間分布。復(fù)合數(shù)據(jù)模型將矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型結(jié)合，以更好地表達地理實體的空間特征?？臻g數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(OODBMS)常用于存儲和管理空間數(shù)據(jù)。文件系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件通常使用文件系統(tǒng)來存儲和管理空間數(shù)據(jù)，例如shapefile、GeoTIFF和GeoJSON。云存儲云存儲服務(wù)，如AmazonS3和GoogleCloudStorage，為存儲和訪問大規(guī)?？臻g數(shù)據(jù)提供了經(jīng)濟高效的解決方案?？臻g數(shù)據(jù)組織層次模型數(shù)據(jù)按層次結(jié)構(gòu)組織，類似于樹形結(jié)構(gòu)。每個數(shù)據(jù)節(jié)點可以包含多個子節(jié)點，形成一個樹狀結(jié)構(gòu)。例如，一個國家可以包含多個省份，每個省份可以包含多個城市，等等。網(wǎng)絡(luò)模型數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)的形式組織，每個數(shù)據(jù)節(jié)點代表一個對象，節(jié)點之間通過邊連接，邊代表對象之間的關(guān)系。例如，城市之間通過道路連接，形成一個道路網(wǎng)絡(luò)。關(guān)系模型數(shù)據(jù)以表格的形式組織，每個表格代表一個數(shù)據(jù)實體，表格中的行代表實體的記錄，列代表實體的屬性。例如，一個城市表格可以包含城市名稱、人口、面積等屬性。GIS分析技術(shù)空間拓撲分析分析空間實體之間的拓撲關(guān)系，例如相鄰、包含和交叉。緩沖區(qū)分析創(chuàng)建指定距離內(nèi)的緩沖區(qū)，用于分析空間實體的影響范圍。疊加分析將多個空間數(shù)據(jù)層疊加在一起，識別不同數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)分析分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，例如道路、河流和管道，以尋找最佳路徑或分配資源?？臻g拓撲分析鄰接兩個空間要素是否相鄰。包含一個空間要素是否完全包含另一個空間要素。交叉兩個空間要素是否相互交叉。重疊兩個空間要素是否部分重疊。緩沖區(qū)分析1定義區(qū)域基于點、線或面要素創(chuàng)建一定距離范圍內(nèi)的緩沖區(qū)區(qū)域。2空間分析用于識別目標要素周圍一定范圍內(nèi)的其他要素，分析要素之間的空間關(guān)系。3應(yīng)用場景例如，分析道路兩側(cè)一定范圍內(nèi)的居民區(qū)分布情況，或識別水體周邊一定范圍內(nèi)的污染源。疊加分析將兩個或多個不同主題的空間數(shù)據(jù)層疊加在一起，進行綜合分析。例如，將土地利用數(shù)據(jù)與人口密度數(shù)據(jù)疊加，可以分析不同土地利用類型的人口分布情況。網(wǎng)絡(luò)分析路徑分析尋找兩個地點之間最短或最