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地理信息系统入门

课程概述课程目标掌握GIS基本理论学习空间数据处理技术学习内容十大章节全面覆盖理论与实践相结合考核方式理论考试占比60%

第一章：地理信息系统概述1定义与特点空间数据采集、管理、分析的计算机系统2发展历史从简单制图到复杂空间分析3应用领域几乎覆盖所有行业4基本功能

1.1什么是地理信息系统（GIS）GIS的定义采集、存储、管理、分析、输出空间信息的技术系统集计算机科学与地理科学于一体GIS的特点空间数据与属性数据相结合强大的空间分析能力直观的可视化表达

1.2GIS的发展历史20世纪60年代：起源加拿大地理信息系统诞生哈佛实验室开发SYMAP70-80年代：快速发展商业软件出现数据模型理论突破90年代至今：成熟与普及互联网GIS兴起移动GIS普及

1.3GIS的应用领域自然资源管理森林资源监测、矿产资源规划城市规划土地利用规划、城市设施布局环境保护污染监测、生态评估交通运输

1.4GIS的基本功能数据输入各类空间数据采集与录入数据管理空间数据库存储与维护数据分析空间查询与复杂分析数据输出地图制图与可视化表达

第二章：地理数据模型矢量模型离散要素表达栅格模型连续现象表达TIN模型地形表面表达

2.1空间数据模型概述矢量数据模型基于点、线、面几何元素精确表达离散实体空间关系明确适合表达行政边界等明确界限的现象栅格数据模型基于规则网格像元适合表达连续现象空间分析高效适合表达高程、温度等连续变化的现象

2.2矢量数据模型面要素表示区域和多边形线要素表示道路和河流点要素表示离散位置

2.3栅格数据模型1像元概念最小空间单元2分辨率像元大小决定精度3数据量高分辨率意味着大数据量

2.4TIN模型不规则三角网由三角面组成的不规则网络地形表达根据地形复杂度自适应调整精度构建方法德劳内三角剖分算法应用场景数字高程模型构建三维地形可视化

2.5数据模型的选择应用需求不同应用场景需要不同模型数据特征离散现象选矢量，连续现象选栅格处理效率栅格计算快，矢量关系明确精度要求高精度边界用矢量，大区域分析用栅格

第三章：空间参照系统地理坐标系统球面经纬度定位投影坐标系统平面定位转换高程系统垂直定位基准

3.1地理坐标系统经度和纬度经度：东西方向，0°-180°东西纬度：南北方向，0°-90°南北本初子午线：0°经线赤道：0°纬线球面坐标地球椭球体表面定位常用大地基准：WGS84地心直角坐标系球面距离计算复杂

3.2投影坐标系统

3.3高程系统大地高椭球面到地面点的距离GPS测量获得纯几何高度正常高水准面到地面点的距离水准测量获得考虑重力场影响中国采用1985国家高程基准

3.4坐标转换源坐标系确定原始坐标系统参数转换方法七参数、布尔莎模型精度评估控制点误差分析目标坐标系完成空间参照转换

第四章：数据获取与输入已有数据利用地图数字化、数据转换遥感获取卫星影像、航空摄影定位测量GPS、全站仪测量实地调查问卷、记录表、移动终端

4.1数据来源已有地图数字化纸质地图扫描转换数据格式转换遥感影像卫星影像获取航空摄影测量无人机航拍GPS测量实地定位数据采集高精度工程测量实地调查社会经济调查生态环境调查

4.2地图数字化手工数字化数字化仪器描绘点对点追踪拓扑关系构建适合小区域高精度要求扫描矢量化地图扫描栅格化自动或半自动描边后期编辑处理适合大批量转换

4.3遥感数据处理图像校正几何校正去变形辐射校正调亮度图像增强对比度调整滤波处理图像解译监督分类非监督分类结果转换栅格转矢量地物信息提取

4.4GPS数据采集GPS原理卫星定位测距设备选择根据精度需求选择外业采集现场点位确定数据后处理差分处理提高精度

4.5数据质量控制精度评估位置精度、属性精度检验数据校验拓扑检查，消除悬挂点和重叠数据转换格式转换、投影变换一致性记录管理处理过程和质量记录完整保存

第五章：空间数据库管理高级管理元数据管理空间数据库特殊结构存储关系数据管理基本表格管理

5.1数据库管理系统（DBMS）关系型数据库表格结构存储SQL查询语言典型产品：Oracle,PostgreSQL良好的稳定性和安全性面向对象数据库对象存储方式适合复杂数据结构支持多媒体存储适合复杂空间关系表达

5.2空间数据存储空间索引R树索引结构四叉树索引格网索引数据压缩矢量数据简化栅格数据压缩无损与有损压缩分布式存储海量数据分区负载均衡高可用架构

5.3数据库设计概念模型实体关系图(E-R图)逻辑模型表结构设计物理模型存储结构优化验证与实施性能测试与调优

5.4元数据管理元数据标准FGDC、ISO19115元数据录入自动提取与手工编辑元数据检索关键词与空间范围查询元数据维护定期更新与审核

第六章：空间分析

6.1缓冲区分析单圈缓冲区单一距离缓冲均匀扩展适用于简单影响范围分