地理信息系统（GIS）基本概念扫盲

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。copyright gispark.com

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。

 

“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。 copyright gispark.com

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。

 

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。 内容来自GIS公园

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。

 

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）。

 

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。

LBS 位置服务（LBS，Location Based Services）——又称定位服务，是指通过移动终端和移动网络的配合，确定移动用户的实际地理位置，从而提供用户所需要的与位置相关的服务信息，是利用用户位置信息进行增值服务的一种移动通信与导航融合的服务形式。

 

GPS 全球定位系统（Global Positioning System）——是利用人造卫星进行点位测量导航技术的一种，由美国军方组织研制建立，从1973年开始实施，到90年代初完成 GIS公园www.gispark.com

XML（可扩展标识语言）——是通用标识语言标准（SGML)的一个子集，它是描述网络上的数据内容和结构的标准。

 

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。

图层：将空间信息按其几何特征及属性划分成的专题。

 

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。

 

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。

 

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。

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。

 

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。内容来自GIS公园

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。

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。

 

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。

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）。

 

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。

 

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。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公园www.gispark.com

线密度——用所有区域内的线的总长度除以区域的面积。

 

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。

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。

 

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。

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)。

 

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。

 

布尔叠加——一种以布尔代数为基础的叠加操作。

 

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。

 

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。

 

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。

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。 本文来GIS公园

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。

 

聚合——将单个数据元素进行分类的大量数字处理过程。

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。

 

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。

 

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。

 

详细描述应用型地理信息系统的开发过程
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
系统软件设计：开发语言、用户界面、流程、交互
程序代码编写：投影、数据库、输入、编辑
系统的调试与运行：α调试、β调试
系统的评价与维护：功能评价、费用评价、效益评价

 

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。 内容来自GIS公园

OGC（OpenGIS协会，OpenGIS Consortium)是一个非赢利性组织，目的是促进采用新的技术和商业方式来提高地理信息的互操作(Interoperablity)，OGC会员主要包括GIS相关的计算机硬件和软件制造商，数据生产商以及一些高等院校，政府部门等，其技术委员会负责具体标准的制定工作。

 

SIG 空间信息栅格（spatial information grid,SIG）是一种汇集和共享地理上分布的海量空间信息资源，对其进行一体化组织与协同处理，从而具有按需服务能力的空间信息基础设施。（吴信才）

4D产品 ——指数字线化图（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）、数字栅格图（DRG）。（2005）

 

数字高程模型（Digital Elevation Model 简称DEM）——是在高斯投影平面上规则格网点平面坐标（x,y）及其高程（z）的数据集。DEM的水平间隔可随地貌类型不同而改变。根据不同的高程精度，可分为不同等级产品。

 

数字正射影像图（Digital Orthophoto Map简称DOM）——是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片/遥感相片（单色/彩色），经逐象元进行纠正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。一般带有公里格网、图廓内/外整饰和注记的平面图。

 

数字线划地图（Digital Line Graphic简称DLG）——是现有地形图上基础地理要素的矢量数据集，且保存要素间空间关系和相关的属性信息。

 

数字栅格地图（Digital Raster Graphic简称DRG）——是纸质地形图的数字化产品。每幅图经扫描、纠正、图幅处理及数据压缩处理后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件。

正射影像——是指将中心投影的像片，经过纠正处理，在一定程度上限制了因地形起伏引起的投影误差和传感器等误差产生的像点位移的影像。

 

WebGIS ——Internet和WWW技术应用于GIS开发的产物，是实现GIS互操作的一条最佳解决途径。从Intemet的任意节点，用户都可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间信息检索和空间分析。是在INTERNET信息发布、数据共享、交流协作基础之上实现GIS的在线查询和业务处理等功能。

OpenGIS ——即开放式地理信息系统(Open Geodata Interoperation Specification，开放的地理数据互操作规范)，是指在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口（Interface)所建立起来的地理信息系统，是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性，以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。（陈述彭） GIS公园www.gispark.com

仿射变换 ——是基于仿射坐标系而建立的一种坐标变换数学模型。是经过原点平移，分别相对两条坐标轴进行旋转和在两条坐标轴上分别进行尺度变换实现的，其数学模型为X＝a1x+a2y+a0，Y＝b1y+b2x+b0（X、Y为地形图坐标，x、y为数字化仪坐标，ai、bi(i=0,1,2)为变换参数）

空间分析函数 ——分析函数是对地理空间数据按一定规则进行转换的图像函数，基于一定的空间分析算法．以一个或多个数据平面作为输入，函数运算结果产生新的数据平面。许多专题分析模型要求首先由空间分析函数将原始数据进行变换，以获取更多的符合模型要求形式的地理空间信息。空间分析函数不仅可以向用户提供多种形式的空间信息、而且为地理信息系统分析模型的实现提供了极大的方便。

 

虚拟现实（VR,Virtual Reality）——是指利用计算机和一系列传感辅助设施来实现的使人能有置身于真正现实世界中的感觉的环境，是一个看似真实的模拟环境。

 

虚拟地理环境 ——可以定义为包括作为主体的化身人类社会以及围绕该主体存在的一切客观环境，包括计算机、网络、传感器等硬件环境、软件环境、数据环境、虚拟图形镜像环境、虚拟经济环境以及虚拟社会、政治和文化环境，是区域自然环境和社会环境的虚拟模型，它在强调地理信息使用者身临其境之感受的同时，还追求超越现实的理解。

四叉树编码 ——又名四元树编码，可以通俗理解为一个具有四分枝结构的树，它具有栅格数据二维空间分布的特征，这是一种更为有效的编码方法。四叉树编码将整个图形区域按照四个象限递归分割成2n×2n象元阵列，形成过程是：将一个2×2图像分解成大小相等的四部分，每一部分又分解成大小相等的四部分，就这样一直分解下去，一直分解到正方形的大小正好与象元的大小相等为止，即逐步分解为包含单一类型的方形区域（均值块），最小的方形区域为一个栅格单元。 www.gispark.com

四叉树数据结构 ——这种数据结构的原理可以表述为：将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n≥1），直到子象限的数值单调为止。凡数值（特征码或类型码）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。

狄洛尼（Delaunay）三角网 ——在泰森多边形的构建中，首先要将离散点构成三角网，这种三角网称为Delaunay三角网。或定义为：有公共边的Voronoi多边形（简称V-多边形）称为相邻的V-多边形。连接所有相邻的V-多边形的生长中心所形成的三角网称为Delaunay三角网。

 

嵌入式GIS ——指地理信息系统在嵌入式设备如PoketPC,PDA上的应用，是指运行于运行在嵌入式计算机系统中的地理信息技术，“典型的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成”。

 

GridGIS（网格GIS） ——是利用现有的网格技术、空间信息基础设施，空间信息网络协议规范，形成一个虚拟的空间信息管理与处理环境，将空间地理分布的、异构的各种设备与系统进行集成，为用户提供一体化的空间信息应用服务的智能化信息平台。

数字地球 ——就是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现与认识。(李德仁)

拓扑结构 是指分布式系统中各个计算单元之间的物理或逻辑的互联关系，结点之间的拓扑结构一直是确定系统类型的重要依据。内容来自GIS公园

空间数据融合（Fusion）——是指多种数据合成后，不再保存原来的数据，而产生了一种新的综合数据，如假彩色合成影像。（邬伦） 内容来自GIS公园

空间数据结构 ——是指适合于计算机系统存储、管理和处理的地学图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方的抽象描述。

空间数据模型 ——是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据库模型提供了基本的方法。

 

空间数据索引 ——就空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息。（陈述彭）

 

空间数据引擎(spatial database engine,SDE) ——指提供存储、查询、检索空间地理数据，以及对空间地理数据进行空间关系运算和空间分析的程序功能集合。

 

空间数据仓库 ——是指支持管理和决策过程的、面向主题的、集成的和随时间变化的、持久地和具有空间坐标的地理数据的集合。目的是为了处理积累的海量空间数据，抽取有用信息，并提供决策支持。（邬伦）

 

信息系统 ——是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。一个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。（邬伦）

 

地理信息系统 ——是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统。（陈述彭）

地理信息科学 ——是研究地理系统中的信息流的科学，主要研究在对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中所提出的一系列基本问题，如数据的获取和集成、分布式计算、地理信息的认知和表达、空间分析、地理信息基础设施建设、地理数据的不确定性及其对于地理信息系统操作的影响、地理信息系统的社会实践等，研究技术主要包括地理信息获取技术（其中包括遥感技术和全球定位技术）、地理信息系统技术、地理信息传输技术等。（Goodchild1992) 本文来GIS公园

数字地形模型DTM ——是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。(邬伦) 是描述地面特征的空间分布的有序数值阵列。（陈述彭）