地理信息系统技术(数据库)

时间：2022-12-16 14:30:01 | 来源：信息时代

时间：2022-12-16 14:30:01 来源：信息时代

    地理信息系统技术 : 对地理信息系统开发采用的技术,包括空间数据组织、管理、处理及分析等。
1.空间数据获取与处理
空间数据获取是GIS建设首先要进行的任务,GIS的主要数据源包括地图数据、遥感图像、数字资料、文字报告等。数字正射影像(digital orthophoto)是其中一种重要数据源,它是已经经过校正的数字航空影像,即消除了因相机倾斜和地形起伏而造成的影像位移偏差。
地图数字化(digitizing)是将地图形式信息转换为数字形式并输入到计算机的过程,是GIS获取空间数据的主要手段之一。地图数字化分为数字化板手扶跟踪数字化(manual tracing digitizing)和扫描矢量化(scan vectorization)两种方式,前者现已较少使用。扫描矢量化是将地图扫描成栅格图像,进而将栅格转为矢量的过程。
输入到GIS的数据需要进行处理,包括数据编辑、误差校正、压缩与平滑处理、拼接与裁减、拓扑生成、几何校正和投影变换等。
2. 空间数据组织与管理
GIS将地理景观(空间数据)按主题分层组织。图层(layer)是同一主题的空间实体所组成的数据集,包括空间数据和属性数据。通常一个图层内只包含一种类型的空间实体,如点图层、线图层、多边形图层、栅格图层等。同一区域的多个图层构成一幅地图(map),它是对部分地表自然地物的抽象表达,描述了空间实体的标记、符号以及实体间的空间关系。
当前GIS的数据存储主要有三种方式,即全部采用文件方式管理、采用文件+关系型数据库方式管理和全部采用数据库管理。
3.空间查询(spatial query)
是基于给定条件来选择空间实体的过程。GIS中提供的空间查询操作包括:①基于空间关系查询:通过空间实体间的拓扑、顺序、距离、方位等空间关系,查询和定位空间实体; ②基于属性查询: 选择符合逻辑条件的属性信息; ③地址匹配(Address Matching)查询: 根据街道的地址来查询事物的空间位置和属性信息。
4.空间分析(spatial analysis)
是对分析空间数据有关技术的统称。根据作用的数据性质可以分为基于空间数据的分析运算、基于(非空间)属性数据的数据运算和空间与非空间的联合运算。
缓冲区分析(buffer)是对给定的一个空间对象或集合,确定它们的邻域。邻域的大小由邻域半径决定。缓冲区是地理空间对象的一种影响范围或服务范围。缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一,邻近度(proximity)描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。
叠加分析(overlay)是将两个或多个相关主题的图层进行叠加处理产生一个新图层的操作,其结果综合了原始图层要素所具有的属性。叠加分析可以分为点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形叠加、栅格图层叠加等类型。点与多边形叠加是计算多边形对点的包含关系,同时进行属性信息处理,将多边形属性信息叠加到其中的点上,或者将点的属性叠加到多边形上,用于标识该多边形。线与多边形叠加是比较线与多边形的关系,判断线是否落在多边形内,叠加结果产生新的数据层,每条线被它穿过的多边形打断成新弧段图层,同时形成一个相应的属性数据表——记录原线与多边形的属性信息。多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层,其结果将原来多边形要素分割成新要素,新要素综合了原始图层的属性。根据叠加结果最后欲保留空间特征的不同要求,多边形叠加包括并(union)、叠(identity)和交(intersect)等操作。栅格图层叠加通过多个栅格图层的像素属性之间的各种算术和逻辑运算实现。
网络分析(network analysis)是一种运筹学模型,通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配的情况,研究网络结构及其资源等的优化问题。路径分析(path analysis)是GIS最基本的网络分析功能,其核心是最佳路径的求解,即在指定网络的两个结点间找到一条阻抗强度最小的路径。另一种路径分析是游历(tour)问题求解,即给定起止结点和若干中间结点,求解最佳路径。资源分配(allocation)也称为定位与分配问题,包括目标选址和将资源需求按最近原则分配给中心。资源分配沿最佳路径进行,并且包括由中心向四周分配和由四周向中心分配两个方向。连通分析(connectivity)是查找从某一个结点或链出发能够到达的全部结点和链。
空间插值(spatial interpolation)是用已知点的数值来估算其他点的数值的过程,通常是将离散点的测量数据变换为连续的数据曲面,以便与其他空间现象的分布模式进行比较。它包括空间内插和外推两种算法。空间内插是通过已知点的数据推求同一区域其他未知点数据;空间外推则是通过已知区域的数据推求其他区域数据。常见的插值方法包括趋势面分析、回归模型、反距离权重插值、样条函数法及克里金法(Kriging)等。
地形分析(terrain analysis)主要是基于DEM对地表地形状态进行分析。地形属性分析包括坡度和坡向计算,坡度(gradient)定义为水平面与局部地表之间的正切值,坡向是变化比率最大值的方向。通视分析(visibility analysis)是计算从一个观察点或多个观察点可视的地面范围。流域分析(drainage)是利用DEM获取流域和河网等在水文过程中非常重要的地形要素。
5.空间数据表现、制图与可视化
空间数据表现的功能包括许多方面,如符号、专题信息表达、图幅配置、制图综合等。
地图符号(symbol)是表达地图内容的基本手段,由形状不同、大小不一和色彩有别的图形和文字组成。按照所代表的客观事物分布状况,可以把符号分为点状符号、线状符号和面状符号。地图上的文字和数字总称为地图注记(annotation),它是地图内容的重要部分。地图上的注记可分为名称注记、说明注记和数字注记三种。
专题地图(thematic map)是突出表示一种或几种自然现象和社会经济现象的地图,按内容可分为自然地图、社会经济地图和其他专题地图三类。
制图综合(cartographic generalization)是对制图区域客观事物的取舍和简化。经过概括后的地图可以显示出主要的事物和本质的特征。地图的比例尺、用途和主题,制图区域的地理特征以及符号的图形尺寸是影响制图综合的主要因素。