地理信息系统

1、 空间实体在一定投影体系中的坐标位置，即空间数据，如道路

2、 描述空间实体特征的属性，即非空间数据。如颜色、价值、疾病影响程度。 3、 实体间相互联系的空间关系，即拓扑数据。

地理信息系统和辅助制图系统有联系也有区别。联系：二者都是处理图形数据的系统；区别：GIS更关注空间实体对象的真实地理位置，而CAD则采用相对的坐标体系。本质区别：GIS对图形和属性实行统一管理，并可以进行空间关系和空间发展规律的分析，而CAD则本质上是一个图形设计系统。它们的应用领域是不同的。

由于城市规划的最终目标是，获得各类城市空间的合理布局，城市规划具有明显的空间特征。这种空间特征使城市规划与管理的信息变化得非常复杂，从而使得城市规划与管理信息系统成为城市地理信息系统的典型应用。

城市规划与管理信息系统：含义：为提高城市规划编制和规划管理效率，城市规划行业必须实现信息化，这就是城市规划与管理信息系统。核心数据库：分别是属性数据库，基础资料数据库，红线数据库和规划成果数据库。技术：将计算机技术，通信技术，GIS技术，RS技术，城市规划及管理事务的图文一体化技术集成在一起。 空间信息技术包括很多内容，核心为3S：GIS、RS、GNNS。GNNS是全球卫星定位系统。

GIS可定义为：用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机软硬系统。从系统应用角度，GIS可进一步定义为：由计算机系统、地理数据和用户组成，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、资源评价与管理、环境检测、交通运输、经济建设、城市规划以及部门行政管理提供新的只是，为工程设计和规划、管理决策服务。 地理信息系统四要素：硬件、软件、数据、用户。

GIS硬件系统：计算机、数字化仪、扫描仪、绘图仪等外部设备。

软件是指GIS运行所必须的各种程序，包括由计算机系统软件，地理信息系统软件以及用于专题分析或建模的特定应用程序。

数据是一个GIS系统的应用基础，是GIS的操作对象。数据来源包括室内数字化和野外采集，以及从其他数据转换而来的数据。数据包括空间数据和属性数据。

用户是地理信息系统所服务的对象，是地理信息系统的主人，同时也是地理信息系统中最具主观能动性和创造力的因素。

GIS软件系统5个基本功能：数据输入、数据编辑、数据库、空间查询与分析、可视化表达与输出。 三维GIS、时态GIS和WEBGIS都是目前GIS发展的热点。

GPS三大子系统：空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统。

地理空间数据常被称为空间数据，是指用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据。 地理空间数据三大特征：空间特征、属性特征、时间特征。

空间特征：地理空间数据最主要的特性，是区别于其他信息的一个显著的标志，是指空间地物的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地物的空间关系。

属性特征：包括描述地物定性或定量的自然货人文属性。如事物或现象的类别、等级、数量、名称等。

时间特征：指空间数据的空间特征和属性特征随着时间变化的动态变化特征，表现出了现象或物体随时间的变化结果。

地理空间数据构成：空间数据、空间关系数据、非空间数据、时间数据、元数据。 表达空间实体的几何类型：点状实体、线状实体、面状实体、体状实体。

描述地理要素空间性的信息：用空间位置、方向、角度、距离、面积等描述物体几何形状特征 描述地理要素非空间性的信息：识别码、实体的行为和功能、属性、类型、说明。

矢量数据结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面、等空间实体的位置和形状的一种数据组织方式，常用于表现具有确定形状或边界的不连续对象。

栅格数据的取值方法：1、中心点归属法2、面积占优法3、长度占优法4、重要性法 栅格数据编码：1、链式编码2、行程编码3、块状编码4、四叉树编码

拓扑矢量数据表示法：1、空间拓扑关系。2、矢量数据的拓扑关系表达：a、拓扑关联性表达b、拓扑邻接性和连通性表达c、拓扑包含性表达。

栅格数据结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布。

栅格数据结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，特别是易于同遥感影像的结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便，许多系统都部分和全部采用了栅格数据结构。

矢量数据结构的适用性：①矢量数据是面向地物的结构，容易定义和操作单个空间实体，所以在空间实体的管理领域，矢量数据形式被广泛应用，并能提供方便的查询②矢量数据可通过点、线、面构成各种复杂实体，因此矢量数据输出质量好、精度高，在有些需要精细表达的图纸上可以充份利用这一优点。③矢量数据结构对于拓扑关系的搜索更高效，网络信息只有用矢量数据才能完全描述，所以在交通、管线等网络体系的建立和使用中会采用矢量数据。 栅格数据的适用性：①随RS技术的发展并大规模应用，RS数据成为空间数据动态更新的重要数据源，并且图像处理技术极大地提高了栅格数据的前期处理能力，这些数据可以直接生成或转换为可用于GIS使用的栅格数据②栅格数据结构通过空间点密集而规则的排列表示整体空间现象，数据结构简单，定位存取性能好，极大提高了GIS的时空数据分析能力，进一步促成GIS模型的建立③由于DEM及基于DEM生成的坡度、坡向等数据往往以栅格数据形式表现，更容易和其他栅格数据进行联合空间分析，使得在用地的适宜性评价应用上，栅格数据应用非常广泛④栅格数据结构简单，真实感强，可以为大多数程序设计人员和用户理解和使用，在信息共享方面更为实用。

空间图形数据的输入：1、手工坐标键盘输入2、手工数字化输入3、扫描仪输入（a、手持式扫描仪b、台式扫描仪c、滚筒式扫描仪d、矢量扫描仪e、栅格扫描仪）4、解析测图仪输入5、数字格式数据的转换输入。 数字化的操作过程：①选取被数字化图件上带有精确坐标值的已知点（至少三个一般四个），确定数据的坐标范围。②如果使用数字化面板，需要将数字化仪与计算机连接好。③如果使用数字化面板，需要将图纸固定于数字化仪面板之上。④在计算机中定位图纸。⑤数字化操作。设置计算机屏幕的显示环境。数字化时，先确定要输入的数据类型，再输入相应数据，同时给出其编码。⑥后续处理。对所有数据进行细致检查。

数字化过程的有关指令：数据类型定义、数据显示环境设定、图形容限的设定、线画的起始点和中间点、数字化的方式设置、图形几何类型设置、图形对象的编码输入

空间数据编辑与维护：1、图形要素编辑2、空间拓扑关系3、格式转换4、地理坐标转换5、投影变换6、接边7、线坐标优化8、数据整合9、图层更新10、要素提取。

制图输出的要素构成：1、图形标题2、文字说明3、比例尺4、图例5、指北针6、风玫瑰7、图像8、机构标志9、参照图10、参照格网11、统计图标

GIS图形要素编辑的命令：移动（move）复制（copy）融合（merge）分割（split）删除（delete）添加（add）旋转（rotate）延伸（extend）编辑内点（vertex editing）

数据查询从复杂程度上可分为简单的查询统计和复杂的空间搜索两类。从数据类别上可分为单独对图形的查询（空间量算：几何量算、质心量算、距离量算、形状量算和空间关系量算）、单独对属性的查询、从图形查询属性、从属性查询图形、图形属性的联合查询。

非空间数据分类：命名数据、排序数据、数值数据、比例数据。

数据分类方法：外生分类、任意区间分类、等区间分类、频率统计分类、连续分布数据分类

空间叠加：将两幅或多幅图以相同的空间位置重叠在一起，经过图形和属性运算，产生新的空间区域的过程。 空间叠加过程：①（图形叠加运算）矢量叠加图形的运算一般为两两叠加，如果叠加层多余两层，就需要重复两两叠加的过程②（碎多边形清除）每叠加运算一次最好进行一次碎多边形的清除，如果数据量不大，也可在最后的叠加图进行清除③（属性运算）图形的叠加运算后进行属性运算，属性运算后尚需进行分类，从形成对空间分布的明确描述④（融合多边形）图形运算是矢量数据的空间叠加的一个基本特征

空间叠加操作的命令：第一条UNION/INTERSECT/INDENTITY：完成矢量叠加的图形预算，生成空间图形要素及其属性表，该属性表包含各叠加层的有关属性第二条ELIMINATE：清除满足某一条件的多边形，这里用于清除多边形第三条DISSOLVE：合并多边形，将给定属性值相同的相邻多边形合并为一个多边形。

空间叠加实例步骤：1、图形叠加运算、2、碎多边形清除3、属性运算4、融合多边形。

缓冲区概念：缓冲区是对一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕这组要素而形成具有一定范围的多边形实体，从而实现数据在二维空间扩展的信息分析方法。

缓冲区建立步骤：①线的重采样：对线进行化简，以加快缓冲区建立的速度。----线的矢量数据压缩算法。②建立线缓冲区：在线的两边按一定的距离（缓冲距）绘平行线，并在线的端点处绘半圆，连成缓冲区多边形。③重叠处理：对缓冲区边界求交，并判断每个交点是出点还是入点，以决定交点之间的线段保留或删除。这样就可得到岛状的缓冲区。

点缓冲区是以点为中心的一个圆形区域，视具体情况也可能只形成一个扇形或半圆行区域；线缓冲区是向线的两边或者一边平行扩展形成的区域;

面缓冲区是面状要素向里或向外扩充的区域。 基于栅格的缓冲区建立的核心问题是：距离变换

空间扩展概念：空间扩展是从一个或几个目标点开始逐步向外移动并同时计算某些变量的过程，是用于评定随距离

而累加的现象。

空间扩展特点：对每一步的评价函数的累计值都进行了记录，常见的评价函数为距离求和、时间求和（累计），其间也考虑到因素。

泰森多边形含义：先将所有气象站依据一定原则组成三角形，再作各边的垂直平分线，各平分线相交即构成若干个相邻的多边形，这些多边形的面积作为各站降雨强度的权按照公式既可以推算出该地区的降雨强度。特征：每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据；泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近；位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。

网络分析含义：GIS中的网络分析是依据网络的拓扑关系（线性实体之间、线性实体与结点之间、结点与节点之间的连接、连通关系），通过考察网络元素的空间及属性数据，以数学理论模型为基础，对网络的性能特征进行多方面的一种分析计算

构成要素：1、一个完整的网络体系2、一套资源3、资源的分布位置4、一个目标5、达到目标的因素，一般被称为“阻力”。

网络的要素：网络段、链接点、停留点、中心点。（各自的特殊属性项可归纳为：阻力值、需求、容量）

数字高程模型的用途：①在国家数据库中存储数字地形图的高程数据②计算道路设计、其他民用和军事工程中挖填土石方量③为军事目(武器导向系统、驾驶训练)的地表景观设计(土地景观构筑)与规划等显示地形的三维图形④越野通视情况分析⑤规划道路线路、坝址选择等⑥不同地面的比较和统计分析⑦计算坡度、坡向图，用于地貌晕渲的坡度剖面图。辅助地貌分析，估计侵蚀和径流⑧显示专题信息或将地形起伏数据与专题数据如土壤、土地利用、植被等进行组合分析的基础⑨提供土地景观和景观处理模型的影像模拟需要的数据⑩用其他连续变化的特征代替高程后，DTM还可以表示如下一些表面：通过时间和费用、人口、直观风景标志、污染状况、地下水水位等（11）城市规划中的竖向设计 DEM的表示方法：数学函数、高程矩阵、不规则三角网（TIN）、等高线以及用于表示典型特征的点或线的定义方法。 TIN（Triangulated Irregular Network）为不规则三角网缩写，在GIS中有广泛应用。它是根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程由连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的密度和位置，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征。 DEM的应用举例说明：①基于DEM的信息提取：坡度、坡向、地表粗造度（破碎度、）高程变异分析、地貌形态的自动分类。②基于DEM的可视化分析：剖面分析、通视分析、地形三维图绘制 、地貌晕渲图绘制、模拟飞行、流域水文特征及土木工程 、等高线的绘制

城市规划管理子系统：1、总体和分区规划系统2、城市控制性详细规划系统3、城市修建性详细规划系统4、道路规划系统5、地下管线信息系统6、规划管理办公自动化系统7、辅助设计系统8、城市规划网上咨询信息系统9、即时通信＆OA系统10、专项规划管理系统

总体规划系统是系统的龙头。城市控制性详细规划系统是整个规划信息系统的核心。城市修建性详细规划系统日常工作大，具有建筑审批、市政工程管线审批、规划管理、测绘管理和法规管理等功能。在道路规划系统中，城市规划道路一经确定，立即可调用地形与地籍图等数据，查找到国土、房产等对应信息，综合分析并计算出规划道路内需要拆迁的房主情况、房屋结构和房屋基底面积等，为建设管理提供高效的决策支持。 城市规划信息系统应用的不同阶段：①基础资料收集阶段②规划方案分析阶段③规划制作阶段④规划存档及规划管理指导阶段⑤规划管理审批阶段⑥建设工程竣工验收阶段

城市规划信息系统功能主要体现在：1、地形管理2、规划设计3、城市规划信息管理4、规划审批5、网络发布6、系统管理

规划设计包括自动生成外围线、提供标准图例、自动计算用地平衡表、自动填充等功能

城市规划信息管理用于对各种城市规划信息的管理、调用和综合查询，为城市规划管理提供依据

城市规划信息可分为两类：一是支持城市规划的信息，如基础地形、地质、社会经济统计信息等，另一类是规划产生的信息，如规划法规、规章、规范、图则等。 城市规划支持数据：基础信息或地形图数据、地质和地震资料、区域城镇体系及基础设施资料、城市历史发展资料、城市土地利用资料、城市道路交通信息、城市风景名胜及文物保护信息、工业分布信息、公共设施分布信息、城市建筑资料、城市环境资料、其他专题信息。

城市规划成果数据：城市总体规划数据、控制性详细规划数据、区域规划数据、道路交通规划数据、城市中心规划布局数据、城市内各种控制保护范围数据、对外交通规划数据、历史街区保护范围数据、园林绿化，文物古迹及风景名胜规划数据、环境保护及环境卫生设施规划数据、郊区用地规划数据、专项规划数据 城市规划空间数据层次分为基本层、空间实体层、空间结构层。

空间数据分层方式：1、按空间数据所涉及的主题内容进行分层2、按空间要素实体类型分层3、根据用户业务要求分层

土地适宜性评价的因子是不固定的，常用的土地评价因素及指标有：气候因素，包括光照、降水等；地形、地质，包括地貌类型、地质结构、岩石组成、沉积物质、海拔高度、坡向、坡度等；土壤，包括土地厚度、土质特点、有机质含量、PH值、水分、盐分状况、土壤改良条件等；水文，包括地表水和地下水源的有无、种类、水量、水质及利用难度；植被，包括天然植被的类型，有用植物的质量、数量和生产量，以及植被的保护、利用、改造的条件；社会经济因素，包括人口、劳动力、交通运输、市场的技术条件，以及现有的生产基础等。 土地适宜性评价因子的不固定性取决于评价的目的，也就是土地的用途及其应用尺度。 点的栅格化：i=1+Int【（y0-yp）/Dy】，j=1+Integer【（xp-x0）/Dx】，xp，yp为矢量点p坐标，x0，y0为左上角原点坐标，Dx，Dy代表栅格单元长度

点的矢量化：x=x0+(J-0.5)*D，y=y0-(I-0.5)*D，x0,y0为左上角原点坐标，Dx，Dy为栅格单元的长度

对比内容 简单数据结构 拓扑数据结构 数据结构 简单查询 多边形的相邻、嵌套关系 网络线段与节点的关系 数据编辑、更新 分析功能 简单 快 表达难 没有 公共边界、网络结点靠人工处理 需生成拓扑结构 复杂 慢 表达易 有 公共边、结点自动生成 多重叠合、网络分析容易