GIS概念

GIS基本概念集锦

GIS概念1、地理信息系统（Geographic Information System ，即GIS ）——一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为一体的新兴学科，它是在计算机软件和硬件支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。GIS有以下子系统：数据输入子系统，数据存储和检索子系统，数据操作和分析子系统，报告子系统.

信息系统

非空间的 空间的

管理信息系统 非地理学的 GIS

CAD/CAM 其他GIS LIS

社会经济,人口普查 基于非地块,基于地块的

GIS概念2、比较GIS与CAD、CAC间的异同。

CAD——计算机辅助设计，规则图形的生成、编辑与显示系统，与外部描述数据无关。

CAC——计算机辅助制图，适合地图制图的专用软件，缺乏空间分析能力。

GIS——地理信息系统，集规则图形与地图制图于一身，且有较强的空间分析能力。

GIS概念3、图层：将空间信息按其几何特征及属性划分成的专题。

GIS概念4、地理数据采集——实地调查、采样；传统的测量方法，如三角测量法、三边测量法；全球定位系统（GPS）；现代遥感技术；生物遥测学；数字摄影技术；人口普查。

GIS概念5、信息范例——传统的制图方法，称为信息范例，即假定地图本身是一个最终产品，通过使用符号、分类限制的选择等方式交换空间信息的模式。这个范例是传统的透视图方法，由于原始而受到很多限制，地图用户不能轻易获得预分类数据。也就是说，用户只限于处理最终产品，而无法将数据重组为更有效的形式以适应环境或需求的变化。

GIS概念6、分析范例（整体范例）——存储保存原始数据的属性数据，可根据用户的需求进行数据的显示、重组和分类。整体范例是一种真正的用于制图学和地理学的整体方法。

GIS概念7、栅格——栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针。因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。特点：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性本身，而所在的位置则根据行列号转换为相应的坐标，即定位是根据数据在数据集中的位置得到的，在栅格结构中，点用一个栅格单元表示；线状地物用沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。

GIS概念8、矢量——它假定地理空间是连续，通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码；对于线实体，用一系列坐标对的连线表示；多边形是指边界完全闭合的空间区域，用一系列坐标对的连线表示。

GIS概念9、“拓扑”（Topology）一词来源于希腊文，它的原意是“形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性——拓扑属性（拓扑属性：一个点在一个弧段的端点，一个点在一个区域的边界上；非拓扑属性：两点之间的距离，弧段的长度，区域的周长、面积）。这种结构应包括：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x、y坐标值）。地理空间研究中三个重要的拓扑概念（1）连接性：弧段在结点处的相互联接关系；（2）多边形区域定义：多个弧段首尾相连构成了多边形的内部区域；（3）邻接性：通过定义弧段的左右边及其方向性来判断弧段左右多边形的邻接性。

GIS概念10、矢量的实体错误——伪节点：即需要假节点进行识别的节点，发生在线和自身相连接的地方（如岛状伪结点——显示存在一个岛状多边形，这个多边形处于另一个更大的多边形内部），或发生在两条线沿着平行路径而不是交叉路径相交的地方（节点——表示线与线间连接的特殊点）。摇摆结点：有时称为摇摆，来源于3种可能的错误类型：闭合失败的多边形；欠头线，即结点延伸程度不够，未与应当连接的目标相连；过头线，结点的线超出想与之连接的实体。碎多边形：起因于沿共同边界线进行的不良数字化过程，在边界线位置，线一定是不只一次地被数字化。高度不规则的国家边境线，例如中美洲，特别容易出现这样的数字变形。标注错误：丢失标注和重复标注。异常多边形：具有丢失节点的多边形。丢失的弧。

GIS概念11、空间分析方法——1、空间信息的测量：线与多边形的测量、距离测量、形状测量；2、空间信息分类：范围分级分类、邻域功能、漫游窗口、缓冲区；3、叠加分析：多边形叠加、点与多边形、线与多边形；4、网络分析：路径分析、地址匹配、资源匹配； 5、空间统计分析：插值、趋势分析、结构分析；6、表面分析：坡度分析、坡向分析、可见度和相互可见度分析。

GIS概念12、欧拉数——最通常的空间完整性，即空洞区域内空洞数量的度量，测量法称为欧拉函数，它只用一个单一的数描述这些函数，称为欧拉数。数量上，欧拉数=（空洞数）-（碎片数-1），这里空洞数是外部多边形自身包含的多边形空洞数量，碎片数是碎片区域内多边形的数量。有时欧拉数是不确定的。

GIS概念13、函数距离——描述两点间距离的一种函数关系，如时间、摩擦、消耗等，将这些用于距离测量的方法集中起来，称为函数距离。

GIS概念14、曼哈顿距离——两点在南北方向上的距离加上在东西方向上的距离，即D（I，J）=|XI-XJ|+|YI-YJ|。对于一个具有正南正北、正东正西方向规则布局的城镇街道，从一点到达另一点的距离正是在南北方向上旅行的距离加上在东西方向上旅行的距离因此曼哈顿距离又称为出租车距离，曼哈顿距离不是距离不变量，当坐标轴变动时，点间的距离就会不同。

GIS概念15、邻域功能——所谓邻域是指具有统一属性的实体区域或者焦点集中在整个地区的较小部分实体空间。邻域功能就是在特定的实体空间中发现其属性的一致性。它包括直接邻域和扩展邻域。

GIS概念16、缓冲区分析——是指根据数据库的点、线、面实体基础，自动建立其周

围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的空间分析方法。缓冲区在某种程度上受控于目前存在的摩擦表面、地形、障碍物等，也就是说，尽管缓冲区建立在位置的基础上，但是还有其他实质性的成分。确定缓冲区距离的四种基本方法：随机缓冲区、成因缓冲区、可测量缓冲区、合法授权缓冲区。

GIS概念17、统计表面——表面是含有Z值的形貌，Z值又称为高度值，它的位置被一系列X和Y坐标对定义且在区域范围内分布。Z值也常被认为是高程值，但是不必局限于这一种度量。实际上，在可定义的区域内出现的任意可测量的数值（例如，序数、间隔和比率数据）都可以认为组成了表面。一般使用的术语是统计表面，因为在考虑的范围内Z值构成了许多要素的统计学的表述（Robinson et al., 1995）。

GIS概念18、DEM——数字高程模型（Digital Elevation Model）。地形模型不仅包含高程属性，还包含其它的地表形态属性，如坡度、坡向等。DEM通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示，广义的DEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。在地理信息系统中，DEM是建立数字地形模型（Digital Terrain Model）的基础数据，其它的地形要素可由DEM直接或间接导出，称为“派生数据”，如坡度、坡向。

GIS概念19、空间插值——空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。空间内插算法：通过已知点的数据推求同一区域未知点数据。空间外推算法：通过已知区域的数据，推求其它区域数据。

GIS概念20、泰森多边形——通过数学方法定义、平分点间的空间并以直线相连结，在点状物体间生成多边形的方法。

GIS概念21、线密度——用所有区域内的线的总长度除以区域的面积。

GIS概念22、连通性——连通性是衡量网络复杂性的量度，常用γ指数和α指数计算它。其中，γ指数等于给定空间网络体节点连线数与可能存在的所有连线数之比；α指数用于衡量环路，节点被交替路径连接的程度称为α指数,等于当前存在的环路数与可能存在的最大环路数之比。

GIS概念23、图形叠加——将一个被选主题的图形所表示的专题信息放在另一个被选主题的图形所表示的专题信息之上。

GIS概念24、栅格自动叠加——基于网格单元的多边形叠加是一个简单的过程，因为区域是由网格单元组成的不规则的块，它共享相同的一套数值和相关的标注。毫无疑问，网格单元为基础的多边形叠加缺乏空间准确性，因为网格单元很大，但是类似于简单的点与多边形和线与多边形叠加的相同部分，由于它的简单性，因此可以获得较高的灵活程度和处理速度。

GIS概念25、拓扑矢量叠加——如何决定实体间功能上的关系，如定义由特殊线相连的左右多边形，定义线段间的关系去检查交通流量，或依据个别实体或相关属性搜索已选择实体。它也为叠加多个多边形图层建立了一种方法，从而确保连结着每个实体的属性能够被考虑，并且因此使多个属性相结合的合成多边形能够被支持。这种拓扑结果称作最小公共地理单元(LCGU)。

GIS概念26、矢量多边形叠加——点与多边形和线与多边形叠加使用的主要问题是，线并不总是出现在整个区域内。解决该问题的最强有力的办法是让软件测定每组线的交叉点，这就是所谓的结点。进行矢量多边形的叠加，其任务是基本相同的，除了必须计算重

叠交叉点外，还要定义与之相联系的多边形线的属性。

GIS概念27、布尔叠加——一种以布尔代数为基础的叠加操作。

GIS概念28、制图建模——用以指明应用命令组合来回答有关空间现象问题的处理。制图模型是针对原始数据也包括导出数据和中间地图数据进行一系列交互有序的地图操作来模拟空间决策的处理。

GIS概念29、地理模型的类型——类似统计同类的描述性模型和与推理统计技术相关的规则性模型。

GIS概念30、常见模型——1、注重样式与处理的问题长时间以来用于解释类似农业活动与运输成本间的关系——独立状态模型。2、最初为预测工业位置点的空间分布的样式而设计的WEBER模型，进行改进后可使参与者寻找最佳商业和服务位置——位置-分配模型。3、建立在吸引力与到潜在市场的距离呈反比这一基础上的经济地理模型——重力模型。4、通过空间验证思想如今广泛用于生态群落，通过地理空间跟踪动植物运动——改进扩散模型。

GIS概念31、专题地图——以表现某单一属性的位置或若干选定属性之间关系为主要目的的地图。专题图形设计的一般程序包括合适的符号和图形对象的选择、生成和放置，以明确突出研究主题的重要属性和空间关系，同时还要考虑参考系统。GIS专题地图输出的规则：不但要有精美的图形，最重要的是去读图、分析地图和理解地图。

GIS概念32、元数据——关于数据的数据，对数据库内容的全面描述,其目的是促进数据集的高效利用和充分共享。使用元数据的理由：性能上，完整性、可扩展性、特殊性、

安全性；功能上，差错功能、浏览功能、程序生成。

GIS概念33、聚合——将单个数据元素进行分类的大量数字处理过程。

GIS概念34、克立金法——依靠地球自然表面随距离的变化概率而确定高程的一种精确内插方法。

GIS概念35、四叉树——一种压缩数据结构，它把地理空间定量划分为可变大小的网格，每个网格具有相同性质的属性。

GIS概念36、比较工具型地理信息系统和应用型地理信息系统的异同。

工具型地理信息系统：是一种通用型GIS，具有一般的功能和特点，向用户提供一个统一的操作平台。一般没有地理空间实体，而是由用户自己定义。具有很好的二次开发功能。如：ArcInfo、Genamap、MapInfo、MapGIS、GeoStar。

应用型地理信息系统：在较成熟的工具型GIS软件基础上，根据用户的需求和应用目的而设计的用于解决一类或多类实际问题的地理信息系统，它具有地理空间实体和解决特殊地理空间分布的模型。如LIS、CGIS、UGIS。

GIS概念37、详细描述应用型地理信息系统的开发过程

1、 系统总体设计：需求和可行性分析、数据模型设计、数据库设计、方法设计

2、 系统软件设计：开发语言、用户界面、流程、交互

3、 程序代码编写：投影、数据库、输入、编辑

4、 系统的调试与运行：α调试、β调试

5、 系统的评价与维护：功能评价、费用评价、效益评价

GIS概念38、空间信息系统：以多媒体技术为依托，以空间数据为基础，以虚拟现实为手段的集空间数据的输入、编辑、存储、分析和显示于一体的巨系统，体由若干个子系统组成。

GIS概念39、地理数据测量标准——命名（对数据命名，允许我们对把对象叫什么做出声明，但不允许对两个命名的对象进行直接比较）、序数（提供对空间对象进行逻辑对比的结果，但这种对比仅限于所谈论问题的范围内）、间隔（可以对待测项逐个赋值，能够更为精确地估计对比物的不同点）、比率（用途最广的测量数据标准，它是允许直接比较空间变量的惟一标准）。

GIS概念40、根据样本进行推理的取样原则——未取样位置的数据可以从已取样位置的数据中推测出来；区域边界内的数据可以合并计算；一组空间单元中的数据能够转换成具有不同空间配置的另外一组空间单元数据。常用的方法：内插法：当有数值边界或知道缺失部分两端数值；外推法：当缺失的数据一侧有数值，而另一侧每一数值。

1.ARCGIS软件配准

1.1.栅格图像配准

1.打开ArcMap，增加Georeferencing工具条。

2. 把需要进行纠正的影像增加到ArcMap中，会发现Georeferencing工具条中的工具被激活。在view/data frame properties的coordinate properties中选择坐标系。如果是大地（投影）坐标系选择predefined中的Projected coordinate system，坐标单位一般为米。如果是地理坐标系（坐标用经纬度表示）表示则选择Geographic coordinate system。

3.纠正前可以去掉“auto adjust”前的勾。在校正中我们需要知道一些特殊点的坐标。如公里网格的交点，我们从图中均匀的取几个点，不少于7个。在实际中，这些点要能够均匀分布在图中。

4.首先将Georeferencing工具条的Georeferencing菜单下Auto Adjust不选择。

5.在Georeferencing工具条上，点击Add Control Point按钮。

6.使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击，Input X and Y输入该点实际的坐标位置。采用地理坐标系时应输入经纬度，经纬度用小数表示，如110°30'30'应写成 110.508(=110+30/60+30/60/60)。

7.用相同的方法，在影像上增加多个控制点，输入它们的实际坐标。

8.增加所有控制点后，在Georeferencing菜单下，点击Update Display。

9.更新后，就变成真实的坐标。

10.在Georeferencing菜单下，点击Rectify，将校准后的影像另存。

1.2.

矢量矫正空间校正（spatial adjustment）是个常用的工具，但许多新手不太明白如何使用它，下面简单说一下它的使用方法。

1、将已经具有坐标系的要素类和需要校正的要素类加进arcmap中，调出spatial adjustment工具条，开始编辑。

2、在spatial adjustment工具条菜单里设置要校正的数据，把要校正的要素类打钩

3、设置校正方法

每种校正方法的适用范围和区别可看帮助文件。仿射变换是最常用的方法，建议新手使用。

4、设置结合环境，以便准确地建立校正连接

5、点置换连接工具

6、点击被校正要素上的某点，然后点基准要素上的对应点，这样就建立了一个置换链接，起点是被校正要素上的某点，终点是基准要素上的对应点。用同样的方法建立足够的链接。理论上有三个置换链接就能做仿射变换，但实际上一般是是不够用的。实际使用中要尽量多建几个链接，尤其是在拐点等特殊点上，而且要均匀分布。

7、点spatial adjustment工具条菜单下的adjust

当你熟悉整个过程后，可以试试其他几种变换（相似、投影、橡皮拉伸等）。

上面的方法是将一个没有坐标系的要素类校正到一个有坐标系的要素类，简单说是图对图校正。如果只有一个没有坐标系的要素类，但知道它上面关键点的真实坐标，上面的4、5、6步用下面方法代替：

4、读出原图上关键点的屏幕坐标，找到和它对应的真实坐标

5、建立连接链接文件，格式为文本文件，第一列是关键点的屏幕x坐标，第二列是关键点的屏幕y坐标，第三列是关键点真实的x坐标，第四列是关键点真实的y坐标，中间用空格分开，每个关键点一行。

6、在spatial adjustment菜单中打开链接文件，选刚才建立好的链接文件

其它步骤与前面的相同。

2. MAPGIS图像配准

2.1. 栅格图像

1.打开MapGIS主界面，点击“图像处理”----“图像分析”模块。

2.点击“文件”--“数据输入”，将其他栅格图像(bmp,jpg,tif等)转换为msi格式，选择转换数据类型，点击添加文件，添加要转换的文件到转换文件列表中，点击转换即可。

以下操作是在镶嵌融合菜单下进行

2.打开参照图像或者是点、线、面文件

3.系统会自动显示4个控制点，可以对控制点进行修改，也可以删除控制点后自己添加

4.开始添加控制点。

选添加控制点命令。利用右键切换放大和指针，左键选控制点位置，左右键来回切换进行选点，确保精度，用空格确定；然后在参照文件上选与控制点相对应的位置，方法同上，用空格确定，将有对话框提示，确定即可。

5.用以上方法继续添加其它的控制点，控制点数至少四个。可以选控制点预览命令，浏览控制点，保存控制点文件。

6.选中校正预览命令

7.选校正参数命令进行设置，默认即可。

8.选影像精校正命令，即可生成所需文件。

2.2. 矢量矫正

1.打开MapGIS主界面，打开误差校正模块。

2.打开需要配准的图层

3.打开菜单“控制点”->“设置控制点参数”，设置参数，可以选择完控制点之后统一输入理论坐标。

4.打开菜单“控制点”->“选择采集文件”，即控制点从所选择的图层文件中选取。

5.打开菜单“控制点”->“添加校正控制点”，弹出是否新建控制点文件的对话框，选择“是”

6.然后在工作区中添加控制点（一般选择坐标格网交叉点或者道路交叉点，水系交叉点等显著地物），如此重复添加控制点，一般不少于4个控制点。

7.打开菜单“控制点”->“编辑校正控制点”，弹出如下对话框，在理论X,理论Y值中输入对应控制点的理论值

8.点击7步骤中的“保存”按钮，将上面的配准坐标文件保存下来以备以后使用。

9.点击7步骤中的“校正”按钮，弹出如下对话框，然后选择所有要配准的图层。

10.然后右键点击工作区，复位窗体，可以看到新坐标的图幅范围。

11.保存所有图层即完成。

3. MAPINFO软件

3.1. 栅格配准

1. 打开正在编辑的文件.

2. 文件菜单的打开，选择栅格图象格式（raster image），选择jpg图像文件.

3. 出现mapinfo对话窗，其显示有两个按钮，选择配准图像按钮（register）.

4.在预览的jpg图像的左上角点击，然后直接确认弹出的对话框。点击添加按钮，点击右上角，直接确认弹出窗口。添加，其余两角点。

5. 在mapinfo窗口的对话窗上选中其中一个配准点，不要关闭该对话框。选mapinf主窗口的表 （table）菜单的raster子菜单的从地图上选定控制点。依次完成其它点的定位。

3.2. 矢量配准

参考资料http://www.97sky.com/bbs/redirect.php?tid=238&goto=lastpost

4. CAD软件

Cad不存在矢量矫正的说法，cad记录的是数据的真实坐标；但无法定位显示栅格图的坐标，故需要进行栅格的矫正。对精度要求不是很高的话，可以进行粗矫正。过程如下：

1、插入栅格

工具--插入光栅

2、将栅格显示置于底图

工具--显示顺序--后置

3、配准

输入命令al 进行三点配准