地理信息系統(tǒng)技術(shù)(數(shù)據(jù)庫)

時間：2022-12-16 14:30:01 | 來源：信息時代

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    地理信息系統(tǒng)技術(shù) : 對地理信息系統(tǒng)開發(fā)采用的技術(shù),包括空間數(shù)據(jù)組織、管理、處理及分析等。
1.空間數(shù)據(jù)獲取與處理
空間數(shù)據(jù)獲取是GIS建設(shè)首先要進(jìn)行的任務(wù),GIS的主要數(shù)據(jù)源包括地圖數(shù)據(jù)、遙感圖像、數(shù)字資料、文字報(bào)告等。數(shù)字正射影像(digital orthophoto)是其中一種重要數(shù)據(jù)源,它是已經(jīng)經(jīng)過校正的數(shù)字航空影像,即消除了因相機(jī)傾斜和地形起伏而造成的影像位移偏差。
地圖數(shù)字化(digitizing)是將地圖形式信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式并輸入到計(jì)算機(jī)的過程,是GIS獲取空間數(shù)據(jù)的主要手段之一。地圖數(shù)字化分為數(shù)字化板手扶跟蹤數(shù)字化(manual tracing digitizing)和掃描矢量化(scan vectorization)兩種方式,前者現(xiàn)已較少使用。掃描矢量化是將地圖掃描成柵格圖像,進(jìn)而將柵格轉(zhuǎn)為矢量的過程。
輸入到GIS的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理,包括數(shù)據(jù)編輯、誤差校正、壓縮與平滑處理、拼接與裁減、拓?fù)渖?、幾何校正和投影變換等。
2. 空間數(shù)據(jù)組織與管理
GIS將地理景觀(空間數(shù)據(jù))按主題分層組織。圖層(layer)是同一主題的空間實(shí)體所組成的數(shù)據(jù)集,包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。通常一個圖層內(nèi)只包含一種類型的空間實(shí)體,如點(diǎn)圖層、線圖層、多邊形圖層、柵格圖層等。同一區(qū)域的多個圖層構(gòu)成一幅地圖(map),它是對部分地表自然地物的抽象表達(dá),描述了空間實(shí)體的標(biāo)記、符號以及實(shí)體間的空間關(guān)系。
當(dāng)前GIS的數(shù)據(jù)存儲主要有三種方式,即全部采用文件方式管理、采用文件+關(guān)系型數(shù)據(jù)庫方式管理和全部采用數(shù)據(jù)庫管理。
3.空間查詢(spatial query)
是基于給定條件來選擇空間實(shí)體的過程。GIS中提供的空間查詢操作包括:①基于空間關(guān)系查詢:通過空間實(shí)體間的拓?fù)?、順序、距離、方位等空間關(guān)系,查詢和定位空間實(shí)體; ②基于屬性查詢: 選擇符合邏輯條件的屬性信息; ③地址匹配(Address Matching)查詢: 根據(jù)街道的地址來查詢事物的空間位置和屬性信息。
4.空間分析(spatial analysis)
是對分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱。根據(jù)作用的數(shù)據(jù)性質(zhì)可以分為基于空間數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算、基于(非空間)屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和空間與非空間的聯(lián)合運(yùn)算。
緩沖區(qū)分析(buffer)是對給定的一個空間對象或集合,確定它們的鄰域。鄰域的大小由鄰域半徑?jīng)Q定。緩沖區(qū)是地理空間對象的一種影響范圍或服務(wù)范圍。緩沖區(qū)分析是解決鄰近度問題的空間分析工具之一,鄰近度(proximity)描述了地理空間中兩個地物距離相近的程度。
疊加分析(overlay)是將兩個或多個相關(guān)主題的圖層進(jìn)行疊加處理產(chǎn)生一個新圖層的操作,其結(jié)果綜合了原始圖層要素所具有的屬性。疊加分析可以分為點(diǎn)與多邊形疊加、線與多邊形疊加、多邊形疊加、柵格圖層疊加等類型。點(diǎn)與多邊形疊加是計(jì)算多邊形對點(diǎn)的包含關(guān)系,同時進(jìn)行屬性信息處理,將多邊形屬性信息疊加到其中的點(diǎn)上,或者將點(diǎn)的屬性疊加到多邊形上,用于標(biāo)識該多邊形。線與多邊形疊加是比較線與多邊形的關(guān)系,判斷線是否落在多邊形內(nèi),疊加結(jié)果產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)層,每條線被它穿過的多邊形打斷成新弧段圖層,同時形成一個相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)表——記錄原線與多邊形的屬性信息。多邊形疊加將兩個或多個多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個新多邊形圖層,其結(jié)果將原來多邊形要素分割成新要素,新要素綜合了原始圖層的屬性。根據(jù)疊加結(jié)果最后欲保留空間特征的不同要求,多邊形疊加包括并(union)、疊(identity)和交(intersect)等操作。柵格圖層疊加通過多個柵格圖層的像素屬性之間的各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。
網(wǎng)絡(luò)分析(network analysis)是一種運(yùn)籌學(xué)模型,通過研究網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)以及模擬和分析資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動和分配的情況,研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其資源等的優(yōu)化問題。路徑分析(path analysis)是GIS最基本的網(wǎng)絡(luò)分析功能,其核心是最佳路徑的求解,即在指定網(wǎng)絡(luò)的兩個結(jié)點(diǎn)間找到一條阻抗強(qiáng)度最小的路徑。另一種路徑分析是游歷(tour)問題求解,即給定起止結(jié)點(diǎn)和若干中間結(jié)點(diǎn),求解最佳路徑。資源分配(allocation)也稱為定位與分配問題,包括目標(biāo)選址和將資源需求按最近原則分配給中心。資源分配沿最佳路徑進(jìn)行,并且包括由中心向四周分配和由四周向中心分配兩個方向。連通分析(connectivity)是查找從某一個結(jié)點(diǎn)或鏈出發(fā)能夠到達(dá)的全部結(jié)點(diǎn)和鏈。
空間插值(spatial interpolation)是用已知點(diǎn)的數(shù)值來估算其他點(diǎn)的數(shù)值的過程,通常是將離散點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)變換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面,以便與其他空間現(xiàn)象的分布模式進(jìn)行比較。它包括空間內(nèi)插和外推兩種算法?？臻g內(nèi)插是通過已知點(diǎn)的數(shù)據(jù)推求同一區(qū)域其他未知點(diǎn)數(shù)據(jù);空間外推則是通過已知區(qū)域的數(shù)據(jù)推求其他區(qū)域數(shù)據(jù)。常見的插值方法包括趨勢面分析、回歸模型、反距離權(quán)重插值、樣條函數(shù)法及克里金法(Kriging)等。
地形分析(terrain analysis)主要是基于DEM對地表地形狀態(tài)進(jìn)行分析。地形屬性分析包括坡度和坡向計(jì)算,坡度(gradient)定義為水平面與局部地表之間的正切值,坡向是變化比率最大值的方向。通視分析(visibility analysis)是計(jì)算從一個觀察點(diǎn)或多個觀察點(diǎn)可視的地面范圍。流域分析(drainage)是利用DEM獲取流域和河網(wǎng)等在水文過程中非常重要的地形要素。
5.空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)、制圖與可視化
空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)的功能包括許多方面,如符號、專題信息表達(dá)、圖幅配置、制圖綜合等。
地圖符號(symbol)是表達(dá)地圖內(nèi)容的基本手段,由形狀不同、大小不一和色彩有別的圖形和文字組成。按照所代表的客觀事物分布狀況,可以把符號分為點(diǎn)狀符號、線狀符號和面狀符號。地圖上的文字和數(shù)字總稱為地圖注記(annotation),它是地圖內(nèi)容的重要部分。地圖上的注記可分為名稱注記、說明注記和數(shù)字注記三種。
專題地圖(thematic map)是突出表示一種或幾種自然現(xiàn)象和社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的地圖,按內(nèi)容可分為自然地圖、社會經(jīng)濟(jì)地圖和其他專題地圖三類。
制圖綜合(cartographic generalization)是對制圖區(qū)域客觀事物的取舍和簡化。經(jīng)過概括后的地圖可以顯示出主要的事物和本質(zhì)的特征。地圖的比例尺、用途和主題,制圖區(qū)域的地理特征以及符號的圖形尺寸是影響制圖綜合的主要因素。