《地理信息系统原理与应用》读书心得.pdf

地理信息系统原理与应用地理信息系统原理与应用读书笔记读书笔记地理信息系统原理与应用系统介绍了地理信息系统的基本原理、方法及其在水利学科中的应用。全书由两大部分组成，前 6 章阐述了地理信息系统的基本原理和方法，主要内容包括：地理信息系统的基本概念、组成和功能，地球椭球体模型、空间坐标系和地图投影等地理空间基础知识，空间数据模型与数据结构，数据获取及处理方法，空间数据库，空间分析原理与方法。后 4章介绍了地理信息系统在水利学科中的应用，主要内容包括：GIS 工程设计与开发过程，GIS 在水文科学、洪水管理和水土保持中的应用。地理信息系统原理与应用可作为普通高等院校水利、地质、土地资源管理、城市规划、环境科学等相关专业本科生的教材，也可作为相关专业研究生和科技工作者的参考书。一、绪论数据输入到计算机并能为计算机进行处理的一切现象（数字、文字、符号、声音、图像等），是在计算机环境中描述实体或对象的唯一工具，是用以载荷信息的数学符号的集合，是未经加工的原始资料。信息是数据处理上的最终产品，具体而言，是经过收集、记录、处理、以可检索形式存储的事实或数据。信息资源狭义上指信息内容本身（包括信息载体，因为信息内容不能脱离信息载体单独存在），而广义上除了指信息内容，还包括与其紧密相连的信息设备、信息人员、信息系统、信息网络等。分类标准：运营机制和政策机制（政府信息资源、为政府收集和生产的信息资源、商业企业信息资源、地理信息资源、社会信息资源、公益性信息资源），信息增值状态（基础性信息资源、增值性信息资源），信息资源的所有权（公共信息资源、私有信息资源、受控信息资源）信息系统以提供信息服务（对数据和信息进行采集、存储、加工、再现，并能回答用户的一系列问题）为主要目的的数据密集型、人机交互的计算机应用系统。四大基本功能：数据采集、管理、分析和表达。特点:1.涉及的数据量大。（大部分存放于辅助存储器，内存值暂存当前处理数据）2.绝大部分数据是持久的，不随程序运行结束而消失。3.持久数据为多个应用程序所共享，甚至在一个单位或更大范围内共享。4.除四大基本功能外，还可向用户提供信息检索、统计报表、事务处理、规划、设计等信息服务。地理数据以地理空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。三大基本要素：1.空间位置数据：即可根据大地参照系定义，也可以根据地物间的相对关系定义。*按照其形态或获取方式的差异分为：矢量图形数据、格网和 TIN 数据，以及栅格数据；*实体间的空间即拓扑关系，表示点、线、面实体之间的关系联系，如网络节点与网络线之间的枢纽关系，边界线与面实体之间的构成关系，面实体与岛或内部点之间的包含关系等。其他的空间关系还有度量关系、方位关系。2.属性数据：对一定地物描述其特征的定性或定量指标。*定性变量包括名称、类型、特性等，如岩石类型、土壤种类、土地利用类型、行政区划等；定量变量包括数量和等级，如面积、长度、水土流失量等。*非几何属性一般是经过抽象的概念，通过分类、命名、量算、统计得到。*任何地理实体至少有一个属性，而地理信息系统的分析、检索和表示主要通过属性的操作运算实现。3.时域数据：地理特征采集或地理现象发生时的时刻或时段。地理信息有关地理实体空间分布、性质、特征和运动状态的信息，是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理及环境数据的解释。特性：1.空间分布性：先定位再定性。2.数据量大：地理信息一般都包括空间位置数据、属性数据和时域数据，且往往以图形图像形式显示，因此数据量非常大。3.信息载体多样性。地理信息系统采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层）与空间和地理分布有关的空间信息系统。特性（与一般的管理信息系统相比）：1.在分析处理问题中使用了空间位置数据和属性数据，并通过数据管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应用，从而提供了认识地理现象的一种新的思维方式。2.强调空间分析，通过利用空间解析式模型来分析空间数据。地理信息系统的构成：1.地理空间数据库反映了 GIS 的地理内容；2.系统管理操作人员决定了系统的工作方式和信息表达方式；3.硬件系统GIS 的物理外壳，包括计算机主机、计算机输入设备、计算机存储设备和计算机输出设备；4.软件系统GIS 运行所需要的各种程序，包括计算机系统软件（主要指计算机操作系统）、数据库软件（包括服务于非空间属性数据为主的数据库系统）、地理信息系统软件和其他支撑软件（是系统的核心，包括数据输入、存储与管理、分析与处理、输出与表示、用户接口）和应用分析软件（系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编写的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能在具体应用中的扩充与延伸）地理信息系统的功能：主要回答location、condition、trends、pattern、model&simulation 五个问题：1.数据的采集和输入 2.数据的分析和处理：空间数据预处理（几何校正、坐标系统转换等）、拓扑关系构建、缓冲区分析与多边形重叠、数字地形分析。3.地图制图与数据输出：地图制图与制图综合（曲线化解、多边形简化等）、数据输出。二 地球空间与空间数据基础地理空间地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。大地水准面假设当海水处于“完全”静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部且与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。大地球体大地水准面所包围的球体。（仍是个表面起伏的不规则球体，不能直接作为投影的依据）在大地测量和地图制图中采用旋转椭球体来代替大地球体，通称地球椭球体。椭球体的基本元素为长半径 a 和短半径 b，及扁率=（a-b）/b。地理空间被定义为绝对空间和相对空间两种形式。1.绝对空间：具有属性描述的空间位置的集合，由一系列不同位置的空间坐标组成；2.相对空间：具有空间属性特征的实体集合，由不同实体之间的空间关系构成。特征：空间位置特征、属性特征、时间特征、空间关系。Open GIS规范将基本地理空间认知模型抽象为 9 个层次：1.现实世界2.概念世界：由人们认识并命名的事物组成的世界；3.地理空间世界：反应地图与 GIS 的世界，用抽象和符号的形式表达概念世界中与地图和地理数据有关的事物；4.尺度世界：经过量测确定几何特征和定位精度的地理空间世界；5.项目世界：尺度地理空间世界的一个被选择部分，按照语义来构造；6.地理点列世界：在一个特殊地理层中定义的点列；7.地理几何特征世界：基于空间点列来构造的地理要素几何特征；8.地理要素世界：地理要素由几何特征、属性特征及空间参考系统组成，为地理信息处理提供一个开放界面；9.地理要素集合世界：由单个要素组成。前 5 个层次均是对现实世界的抽象，也称为感知世界，不进行软件建模；后 4 个层次均是对现实世界的数学和符号描述，也称为 GIS 工程世界。GIS 的三个抽象层次：现实世界（地理实体或者现象）概念数据模型（地理空间认知模型）逻辑数据模型（地理数据模型）物理数据模型概念模型地理空间中实体与现象的抽象概念集，是地理数据的语义解释。从计算机系统的角度看，是抽象的最高层。构造概念模型的基本原则是：语义表达能力强；作为用户与 GIS 软件之间交流的形式化语言，应易于用户理解；独立于具体计算机实现；尽量与系统的逻辑模型保持同一的表达形式。逻辑数据模型GIS 对地理数据表示的逻辑结构，是系统抽象的中间层，是用户通过 GIS 看到的现实世界地理空间。既要考虑用户理解，又要考虑易于物理实现。物理数据模型概念模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制，是系统抽象的最底层。根据 GIS 数据的组织和处理方式分类：基于对象（Object-based）：将研究的整个地理空间视为一个空域，地理实体和现象作为独立的对象分布于该域。基于网络（Network-based）：与基于对象的模型一样都是描述不连续的地理现象，不同之处在于它需要考虑通过路径相互连接多个地理现象之间的相交情况。基于域（Field-based）：把地理空间中的事物作为连续的变量或体来看待。计算机对空间实体的描述：显式描述（栅格数据结构）：栅格中的一系列像元。地理实体的位置由小块的行列数码决定，形态由栅格或网格中的一组点来构成。隐式描述（矢量数据结构）：由一系列定义始点和终点的线及某种连接关系来描述。形状和位置都有一组坐标对来确定。一般也分为点、线、面三种地理实体，每种实体有不同的编码方式。大地坐标系大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标系，地面点 P 的位置采用大地经度 L、大地纬度 B 和大地高程 H 表示。地心直角坐标系原点 O 与地球质心重合，Z 轴指向国际协议原点 CIO，X 轴指向 1968BIH 定义的格林威治天文台的起始子午线与 CIO 的赤道交点 E，Y 轴垂直于 XOZ 平面构成右手坐标系。地心大地坐标系地球椭球的中心与地球质心重合，短轴与自转轴重合，大地纬度 B 为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度 L 为过地面点的椭球子午面与 BIH 定义的起始大地子午面之间的夹角，大地高 H 为地面点沿椭球面法线至椭球面的距离。WGS-84 坐标系原点 O 为地球质心，Z 轴指向 BIH1984.0 定义的协议地球极（CTP）方向，X 轴指向 BIH1984.0 的零度子午面和 CTP 赤道的交点，Y 轴与 X 轴、Z 轴构成右手坐标系。高斯克吕格投影是一种横轴等角切椭圆柱投影。其特点有：投影的中央经线和地球赤道投影相互垂直且为投影的对称轴线；等角投影，即角度不发生变化；中央经线不发生长度变形，其余经线长度变形比均大于 1，距中央经线越远长度变形和面积变形越大；1：25 万1：50 万的地形图采用 6 度分带方案，1：1 万及更大比例尺的地形图采用 3 度分带方案。Lambert 投影是正轴圆锥投影的一种特例，实质是取用一个圆锥面，套在椭球体上，将地球表面的要素投影到圆锥面上，然后将圆锥面沿某一母线展开得到投影。（经线为经过同一点的直线束，纬线为同心圆弧。）我国 GIS 地图投影选择：1.我国的基本比例尺地形图系列（1:5000、1:1 万、1：2.5 万、1：5 万、1：10 万、1：25 万、1：50 万、1：100 万）中除 1：100 万外均采用高斯克吕格投影为地理基础；2.1：100 万地形图采用 Lambert 投影，与国际地理学会规定的全球统一使用的一百万分之一地图投影相一致；我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也都采用 Lambert 投影或属于 Lambert 投影系统中的 Alberts 投影；4.在 Lambert 投影钟，地球表面上两点间的最短距离（大圆弧线）表现为近乎直线。元数据“关于数据的描述性数据信息”。根本目的促进数据库高效利用、为计算机辅助软件工程服务。3、心得