第一章導論

數據與信息的關系：
數據是通過數字化或記錄下來可以可以被鑒別的符號，不僅數字是數據，而且文字、符號、圖象也是數據，數據本身沒有意義；
信息是對數據的解釋、運用與解算，數據即使是經過處理以后的數據，只有經過解釋才有意義，才成為信息。
數據（data）是信息(information)的表達，而信息是數據的內容。數據是未經加工的原始材料，地理信息系統的設計和建立，首先是收集數據和處理數據。就本質而言數據是客觀對象的表示，而信息則是數據內涵的意義，只有數據對實體行為產生影響時才成為信息。信息是用數字、文字、符號、語言等介質來表示事件、事物、現象等的內容、數量或特征，以便向人們（或系統）提供關于現實世界新的事實的知識，作為生產、管理和決策的依據。
數據處理是指對數據進行收集、篩選、排序、歸并、轉換、存儲、檢索、計算，以及分析、模擬和預測等操作。
信息的特點客觀性、適用性、傳輸性、共享性。
地理信息是指表征地理圈或地理環境固有要素或物質的數量、質量、分布特征、聯系和規律等的數字、文字、圖象和圖形的總稱。地理信息屬于空間信息，它具有空間定位特征、多維結構特征和動態變化特征。
地理信息系統（GeographicalInformationSystem）：地理信息系統既是管理和分析空間數據的應用工程技術，又是跨越地球科學、信息科學和空間科學的應用基礎學科。其技術系統是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統，該系統設計支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問題。
GIS的基本構成：
GIS一般包括以下5個主要部分：系統硬件、系統軟件、空間數據、應用人員和應用模型。
1、系統硬件：
（1）GIS主機：包括大型、中型、小型機，工作站∕服務器和微型計算機，其中各種類型的工作站∕服務器成為GIS的主流。
（2）GIS外部設備：包括各種輸入（如圖形數字化儀、圖形掃描儀、解析和數字攝影測量設備等）和輸出設備（如各種繪圖儀、圖形顯示終端和打印機）。
（3）GIS網絡設備：包括布線系統、網橋、路由器和交換機等。
2、系統軟件：按功能分為GIS專業軟件、數據庫軟件和系統管理軟件。
3、空間數據：在地理信息系統中，空間數據是以結構化的形式存儲在計算機中的，稱為數據庫。
4、應用人員：包括系統開發人員和GIS技術的最終用戶。
5、應用模型
GIS的功能：
基本功能是數據的采集、管理、處理、分析和輸出。
1、基本功能：包括數據采集與編輯、數據存儲與管理、數據處理與變換、空間分析和統計、產品制作與顯示、二次開發和編程。
2、應用功能：包括資源管理、區域規劃、國土監測、輔助決策、定位服務。
**數據庫：**在地理信息系統中，空間數據是以結構化的形式存儲在計算機中的，稱為數據庫。
**GIS數據庫：**是區域內一定地理要素特征以一定的組織方式存儲在一起的相關數據的集合。
GIS的發展概況：
當前，GIS正向著集成化、產業化和社會化發展方向邁進，呈現以下主要發展態勢：
1、GIS已成為一門綜合性技術
2、GIS產業化的發展勢頭強勁
3、GIS網絡化已構成當今社會的熱點
4、地理信息科學的產生和發展

第二章地理信息系統的數據結構

地理空間地理空間一般包括地理空間定位框架及其聯結的特征實體。地理空間定位框架即大地測量控制，有平面控制網和高程控制網組成。
空間實體的表達的方法：
1、矢量表示法：如果采用一個沒有大小的點（坐標）來表達基本點元素時，稱為矢量表示法；
2、柵格表示法：如果采用一個有固定大小的點（面元）來表達基本點元素時，稱為柵格表示法。
GIS的數據來源：
地圖數據；影像數據；地形數據；屬性數據；元數據。
**空間數據類型：**類型數據；面域數據；網絡數據；樣本數據；曲面數據；文本數據；符號數據。
空間數據的基本特征：
空間特征是指空間對象的位置及與相鄰對象的空間關系或拓撲關系。
屬性特征是指空間對象的專題屬性。
**空間數據的拓撲關系包括：**拓撲鄰接；拓撲關聯；拓撲包含。它們在GIS的數據處理、空間分析以及數據庫的查詢與檢索中，具有重要的意義。
空間數據結構的類型：
（一）矢量數據結構：基于矢量模型的數據結構簡稱為矢量數據結構。矢量數據結構上利用歐幾里得（Euclid）幾何學中的點、線、面及其組合體來表示地理實體空間分布的一種數據組織方式。
矢量數據結構的主要類型：1、簡單數據結構2、拓撲數據結構3、曲面數據結構。
（二）柵格數據結構：基于柵格模型的數據結構簡稱為柵格數據結構，指將空間分割成有規則的網格，在各個網格上給出相應的屬性值來表示地理實體的一種數據組織形式。
柵格數據結構與矢量數據結構相比較，用柵格數據結構表達地理要素比較直觀，容易實現多元數據的疊合操作，便于與遙感圖象及掃描輸入數據相匹配建庫和使用等。
柵格數據結構的類型：1、柵格矩陣結構2、游程編碼結構3、四叉樹數據結構4、八叉樹和十六叉樹結構。
（三）失量與柵格一體化數據結構
1、適量與柵格一體化的基本概念：
矢量結構和柵格數據結構，二者都各有優缺點，因此，這種能夠具有矢量和柵格兩種結構特征性的結構就是一體化數據結構。
2、適量與柵格一體化數據結構設計：點狀目標和結點只有位置，沒有形狀和面積；線狀目標只要將其通過的柵格地址全部記錄下來即可；面狀目標應包含邊界和邊界所保衛的整個區域。
矢量與柵格數據結構的比較：

空間數據結構的建立：是指根據確定的數據結構類型，形成與該數據結構相適應的GIS空間數據，為空間數據庫的建立提供物質基礎。
空間數據的分類：空間數據的分類，是指根據系統功能及國家規范和標準，將具有不同屬性或特征的要素區別開來的過程，以便從邏輯上將空間數據組織為不同的信息層。首先根據圖形原則，將空間數據分為點、線、面三種類型；其次是對象原則。
空間數據的編碼：指將數據分類的結果用一種易于被計算機和人識別的符號系統表示出來的過程。編碼的結果是形成代碼。代碼由數字或字符組成。
矢量數據的輸入與編輯：
矢量數據的輸入，是指將分類和編碼的空間對象圖形轉換為一系列x、y坐標，然后按照確定的數據結構加入到線段或標示點的計算機數據文件中去；
空間數據編輯的目的是為了消除數字化過程中引入的各類錯誤和對數據進行拓撲關系檢查等而進行的操作。
柵格數據的輸入與編輯：
柵格數據的輸入方法包括透明格網采集輸入、掃描數字化輸入及其它數據傳輸或轉換輸入等；
柵格數據編輯的目的同樣是為了消除數字化過程中引入的各類錯誤，根據柵格數據結構的特點，其編輯的內容還包括數據壓縮和數據組織方式的變換等。

第三章空間數據的處理

數據處理一般包括數據變換、數據重構、數據提取等內容。
數據變換：指數據從一種數學狀態到另一種數學狀態的變換，包括幾何糾正、投影轉換和輻射糾正等，以解決空間數據的幾何配準。
數據重構：指數據從一種格式到另一種格式的轉換，包括結構轉換、格式變換、類型替換等，以解決空間數據在結構、格式和類型上的統一，實現多源和異構數據的聯接與融合。
數據提取：指對數據進行某種有條件的提取，包括類型提取、窗口提取、空間內插等，以解決不同用戶對數據的特定需求。
空間數據坐標變換的實質是建立兩個平面點之間的一一對應關系，包括集合糾正和投影轉換，它是空間數據處理的基本內容之一。
幾何糾正：是為了實現對數字化數據的坐標系轉換和圖紙變形誤差的改正。幾何糾正是指對數字化原圖數據進行的坐標系轉換和圖紙變形誤差的改正，以實現與理論值的一一對應關系。幾何糾正的方法包括仿射變換、相似變換、二次變換和高次變換等。
投影轉換：是指當系統使用來自不同地圖投影的圖形數據時，需要將該投影的數據轉換為所需要投影的坐標數據。投影轉換的方法包括：正解變換、反解變換、數值變換等。
數據壓縮：即從所取得的數據集合S中抽出一個子集A，這個子集作為一個新的信息源，在規定的精度范圍內最好地逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。

第四章地理信息系統空間數據庫

數據庫：是數據庫系統的簡稱，一個完整的據庫系統包括數據庫、數據庫管理系統和數據庫應用系統等三個部分組成。
數據庫：是按照一定的結構組織在一起的相關數據的集合。
數據庫管理系統：是提供數據庫建立、使用和管理工具的軟件系統
數據庫應用系統：是為了滿足特定的用戶數據處理需求而建立起來的、具有數據庫訪問功能的應用軟件，它提供給用戶一個訪問和操作特定數據庫的用戶界面。
空間數據庫的概念：一個完整的空間數據庫系統包括空間數據庫、空間數據庫管理系統和空間數據庫應用系統等三個部分組成。
空間數據庫：是指地理信息系統在計算機物理存儲介質上存儲的與應用相關的地理空間數據的總和，一般是以一系列特定結構的文件的形式組織在存儲介質上。
空間數據庫管理系統：是指能夠對物理介質上存儲的地理空間數據進行語義和邏輯上的定義，提供必要的空間數據查詢檢索和存儲功能，以及能夠對空間數據進行有效地維護和更新的一套軟件系統。
空間數據庫設計的原則、步驟和技術方法：
（1）原則
數據壓縮，減少冗余。
數據結構穩定。
方便用戶訪問、查詢。
盡量反映空間數據的復雜性。
支持多種數據類型。
（2）數據庫設計技術
數據分析技術。
技術設計技術。
（3）數據庫設計內容
包括數據模型的三個方面即：數據結構、數據操作、完整性約束。
靜態特性設計
動態特性設計
物理設計
（4）步驟
需求分析
概念設計
邏輯設計
物理設計
空間數據庫的實現和維護：
（1）空間數據庫的實現
建立實際的空間數據庫結構。
裝入試驗性的空間數據對應用程序調試。
裝入實際空間數據。
（2）相關的其他設計
空間數據庫的再組織設計。
故障恢復方案設計。
安全性考慮。
事務控制。
（3）空間數據庫的運行與維護
維護空間數據的安全性和完整性。
監測并改善數據庫性能。
增加新的功能。
修改錯誤。
關系數據模型：是一種數學化的模型，它把數據的邏輯結構歸結為滿足一定條件的二維表中的元素，這種表就稱為關系。關系的集合就構成為關系模型。

第五章空間分析的原理與方法

空間分析：是基于空間數據的分析技術，它以地學原理為依托，通過分析算法，從空間數據中獲取有關地理對象的空間位置、空間分布、空間形態、空間形成、空間演變等信息。
空間疊合分析：是指在統一空間參照系統條件下，每次將同一地區兩個地理對象的圖層進行疊合，以產生空間區域的多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應關系。
空間緩沖區分析：是指根據分析對象的點、線、面實體，自動建立它們周圍一定距離的帶狀區，用以識別這些實體或主體對鄰近對象的輻射范圍或影響讀，以便為某項分析或決策提供依據。
空間集合分析：是按照兩個邏輯子集給定的條件進行邏輯運算，其基本原理是布爾代數，他的運算符號或算子包括AND、OR、XOR、NOT及其組合等，邏輯運算的結果為“真”或“假”。
空間數據查詢：是指從數據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象。
空間數據的查詢方法：基于關系查詢語言擴充的空間查詢方法、可視化空間查詢方法、基于自然語言的查詢方法、超文本查詢方法。
變量篩選分析：在研究空間對象時，在同一個取樣點上可能收集到幾十種原始變量。根據統計學原理，這些復雜的多變量之間有許多是相互關聯的，可以通過尋找一組相互獨立的變量，使多變量數據得到簡化，這就叫變量篩選分析。
變量聚類分析：是指將一組數據點或變量按照其在性質上親疏遠近的程度進行分類。
空間數據的查詢：一般定義為從數據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象。
空間數據的查詢方法：
1、基于關系查詢語言擴充的空間查詢方法；
2、可視化空間查詢方法；
3、基于自然語言的查詢方法；
4、超文本查詢方法。

第六章地理信息系統的應用模型

GIS應用模型的分類：理論模型；經驗模型；混合模型。
適宜性分析：是指土地針對某種特定開發活動的分析，這些開發活動包括農業應用、城市化選址、作物類型布局、道路選線、選擇重新造林的最適宜的土地等。
發展預測：是運用已有的存儲數據和系統提供的手段，對事物進行科學的數量分析，探索某一事物在今后的可能發展趨勢，并作出評價和估計，以調節、控制計劃或行動。
預測方法常分為：定性、定量、定時和概率預測。

第七章地理信息系統的設計與評價

系統設計：是指應用型地理信息系統的設計
系統設計的流程：系統分析；系統設計；系統實施；系統運行與維護。
系統分析：
系統分析的任務是對系統用戶進行需求調查和可行性分析，最后提出新系統的目標和結構方案；
系統分析的內容包括：
who——誰使用該系統；
what——新系統需要具有哪些功能和條件；
why——為什么需要這些功能和條件；
where——新系統需要的資源和條件從哪里獲得；
quality——系統需要具有的技術指標、性能和可靠性要求等。
最后將系統分析的結果寫成可行性分析報告，為系統立項提供依據。
系統實施：是按照詳細設計方案確定的目標、內容和方法，分階段完成系統開發的過程；
系統實施的內容包括：
系統硬件和軟件的引進和調試；
系統數據庫的建立和數據質量控制；
應用模塊開發和建立用戶應用界面；
應用系統聯調、測試和編寫系統測試報告；
按照計劃任務書進行系統的驗收及技術鑒定。
地理信息標準化的內容：
統一的名詞術語內涵；統一的數據采集原則；
統一的空間定位框架；統一的數據分類標準；
統一的數據編碼系統；統一的數據組織結構；
統一的數據記錄格式；統一的數據質量含義。
系統評價：就是指從技術和經濟兩個大的方面,對所設計的地理信息系統進行評定。基本做法是將運行著的系統與預測目標進行比較,考察是否達到了系統設計時所預定的效果。

第八章地理信息系統產品的輸出與設計

地理信息系統產品的輸出形式：
1、常規地圖：全要素地形圖；各類專題地圖；遙感影像地圖；統計圖表與數據報表。
2、數字地圖：屏幕地圖；電子地圖；動態地圖。
數字地圖的優點：與常規地圖相比，數字地圖具有以下幾個優點：
（1）數字地圖的存儲介質是計算機磁盤、磁帶等，與紙張相比，其信息存儲量大、體積小，易攜帶。
（2）數字地圖是計算機可以識別的數字代碼系統反應各類地理特征，可以在計算機軟件的支持下借助高分辨率的顯示器實現地圖的顯示。
（3）數字地圖便于與遙感信息和地理信息系統相結合，實現地圖的快速更新，同時也便于多層次信息的復合分析。
虛擬現實技術：是指采用各種技術，來營造一個使人感覺置身于真正的現實世界中的環境。虛擬現實技術具有以下幾個特征：①立體感的視覺效果②存在感③多感知性④閉環交互方式⑤動態顯示。