地理信息科学GIS复习

第一章绪论破题地理科学信息•有关事物的地理位置和空间关系及其属性的标识别•事物现象及其属性标识•一种逼近真理的，尽可能不包含自相矛盾的知识体系《地理信息科学导论》知识梳理与总结姓名：学号：第二章地理信息科学形成的基础地理信息科学形成的技术基础地理信息科学形成的基础地理信息科学形成的科学基础信息科学系统科学测绘学地图学地理学GIS学科定位：学科地位：第三章GIS相关学科知识一、概述系统论与系统科学二、系统论与系统科学（一）系统的基本概念1、定义：系统是又相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。2、与环境的关系：1）系统不能脱离环境存在。2）环境对系统由塑造作用。3）系统对环境有反作用。（二）系统的分类1、按系统与环境的关系：孤立系统、开放系统、封闭系统2、按系统规模及复杂程度：1）渺观系统、微观系统、宏观系统、宇宙观系统、胀观系统2）小系统、大系统、巨系统3）简单系统、复杂系统3、按系统运动状态：1）静态系统和动态系统2）稳态系统和非稳态系统3）线形系统和非线性系统4）连续系统和离散系统5）确定系统和非确定系统4、其他（略）（三）系统科学概述1、概念系统科学是一系统思想为中心的一类新型科学群，包括系统论、信息论、控制论（老三论）耗散结构论、系统论、突变论（新三论）以及运筹学、系统工程、信息传播技术、管理控制技术等许多学科在内的一大类综合性科学。二、信息论与信息科学（一）信息1、定义两次不确定性之差。2、传递模型信源编码器信道译码器信宿（二）信息论概述1、概念信息论也称通信数学理论，是一门应用数理统计方法研究信息的传输、存储与处理的科学。2、研究方面1）狭义信息论。主要研究信息的测度、信道容量、信源和信道编码理论等问题。2）一般信息论。主要研究通信的一般理论，即主要研究信息传输和处理问题，包括信号与噪音理论、信号过滤等。3）广义信息论。研究内容不仅包括一般信息论和狭义信息论，而且还包括与信息有关的心理学、遗传学、神经生理学等的信息问题。三、地理认知与地理思维（一）知觉概述1、错觉的理论知觉知觉的含义客观事物直接作用于感官，对事物的整体反应。知觉特性（详见下图）知觉类型形状知觉形状知觉是人和动物共有的知觉能力，人类具有独特的形状知觉可识别文字等。大小知觉物体大小=网象大小✖️距离错觉错觉的种类错觉的理论（详见下图）2、知觉特性3、社会知觉错觉的理论眼动理论神经抑制作用理论深度加工和常性误用理论知觉特性选择性知觉把某一对象或一些对象从背景中选出来。整体性把零散对象知觉为一个整体。理解性在感知某一事物时，总是依据既往经验力图解释它究竟是什么。恒常性知觉在一定范围内发生变化，知觉映像保持不变。4、地理信息认知过程感知过程表象过程记忆过程思维过程社会知觉种类对他人的知觉人际知觉自我知觉角色认知社会知觉中的各种偏见第一印象近因效应晕轮效应定势效应社会刻板印象（二）记忆（三）面向地图认知的地图表达与分析记忆概述定义对输入信息的编码、贮存、提取。（信息加工观点）过程识记、保持、再认或回忆分类外界刺激感觉记忆短时记忆长时记忆遗忘规律1、空间认知2、心象地图*定义：是关于驻留在记忆中实体世界与空间的特征的表达。（关于认知环境的空间概念）*从认知角度，对心想空间现象的表达要考虑：（1）数据本身的特性——本体论。（2）认识主体的特性——认识论。3、空间认知结果的可视化表达1）SchematicMap（路网构架图）适宜于空间网络的认知表达，贴切地体现了心象地图。2）面域拓扑图基于面积大小的属性信息表达，将语义数值通过面积大小表达。（note：认知的可视化、语义地理信息）*三种面域拓扑：（1）非连续的（2）连续的空间认知的三个阶段landmarkknowledgerouteknowledgesurveyknowledge（3）Dorling（基于简单几何形状）3）CyberMap（赛伯地图）对虚拟空间的认知表达，对赛博空间里存在的事物、发生的现象与过程进行可视化表达，服务于虚拟空间的导航与分析，强调虚拟空间的拓扑信息的认知与导航。关注链接、在线／离线、节点关联等拓扑信息、拓扑表达图。在综合概括方面，三种图形可视化技术实施了高度的综合化见，保持拓扑正确的情况下，高度抽象化简。地图符号可视化地图综合数学法则直观性一览性可量算性注意：在谈到可量算性时，我们用“数学法则”而不是地图投影4、面向空间认知的地图分析多元统计聚类分析相关分析主成分分析智能计算神经元网络Agent遗传算法粗集优化技术模拟退火爬山技术通用的数学模型与计算方法空间数据挖掘计量地理地图分析面向空间位置的数据加工处理地学各分支专业化的分析、计算（地质统计、Krig插值计算）地学现象与过程的专业化规律探求1）地图分析、空间分析与地理分析地图分析空间分析地理分析基于图形的符号化思维分析。强调感性思维，关注“形状”、“横式”、“结构”。人的主观因素有一定的影响，收认知心理学原则控制。面向空间认知。基于空间位置的分析，与几何学结合紧密，依赖于几何操作（多边形拓扑关系、缓冲区、多边形布尔运算）。是地理分析的基础构件。不关注图形符号化的感性思维。与地理学原理、规则结合紧密，面向地学机理、现象、特征、分布规律的解释、挖掘。经“空间分析”构件组合定量化处理后，要引入定型化分析。缺乏感性思维2）面向空间认知的地图分析过程概念模型认知过程分析、识别因子、相互作用分析数学模型的选择、几何模型的设计、参量量化、数据综合处理逻辑模型数据加工处理实现、结果分析、认知实验物理模型5、总结1）、空间认知是定型的、非确定性的过程、关注拓扑结构、需要特殊的图形形式来表达或模拟。2）、三种可视化技术、具有高度抽象化、定性表达、不确定性的特征，是一空间认知心象地图的模拟。3）、面向空间认知的地图分析需要考虑认知主体在感知、辨析、识别、推理不同思维过程中的认知心理原则。是一股具有挑战性的课题。四、拓展知识语义GIS：为了实现真正意义上的GIS数据共享，需要从语义学的角度深刻理解地理信息的传输机机理。从本质上讲GIS共享的数据不是数据本身，而是其所传达的空间地理信息。新三论与老三论：老三论：系统论、信息论、控制论新三论：耗散结构论、系统论、突变论五、总结感悟“交叉才能出成果”，学科交叉在学习的过程中至关重要，要不断拓宽自己的知识面，不要“闭门造车”。要培养自己的空间思维、地理思维、学会从地理空间的角度思考问题。“不要把自己的发现不当发现”抓住灵感，争取做到基础知识的学习和创新点的思考同时进行。第四章地理信息技术体系一、全球定位系统（一）概述1、概念：具有“海陆空”进行全方位，实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。地理信息技术体系全球定位系统遥感技术地理信息技术数字地球技术“3S“技术2、基本原理：用户同时向已知其位置的三个导航卫星分别进行距离测量。（三个卫星数据就可以定位，实时观测至少四颗卫星）3、组成：1）空间部分：GPS星座、GPS星座参数、GPS卫星信号2）监控部分：主控站、注入站、监控站3）用户部分：即GPS接收机4、现有的GPS系统：中国的“北斗”、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧洲的“伽利略”、美国的GPS。（二）作用、功能及特点1、作用：快速定位。2、功能：定位、导航、跟踪、绘图、定时。3、特点：1）全天候、不受天气影响。2）全球覆盖。3）二维测速达厘米，精度高。4）快速省时高效。5）应用广泛多功能。6）可移动定位。（三）应用领域军事、旅游考察、精准农业、交通、监控等。二、遥感技术（一）概述1、概念利用各种运载装备，通过传感器收集目标物电磁波信息，经过处理以识别目标物的技术。2、基本原理地物在不断吸收、发射和反射电磁波，不同的电磁波不同，遥感就是利用一定的设备和装置，探测地标物体对电磁波的发射、提取信息、识别物体。3、组成遥感平台、传感器、遥感信息接收和处理系统、遥感应用系统等。遥感平台传感器传输与接受图像处理运用4、遥感类型1）按遥感平台分：航天遥感、航空遥感、近地遥感2）按探测的电磁波段分：可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感3）其它分类（二）作用及特点1、作用利用一定的技术设备和系统，远距离获取目标物的电磁波信息，并根据电磁波的特征进行分析和应用的技术。2、特点1）获取信息的范围大。2）获取信息的速度快。3）获取信息内容丰富。4）获取信息是不受自然和政治因素影响。（三）遥感影像1、遥感影像分类2、遥感影像的像元遥感影像上能够详细区分的最小单元。一个像元所表示的地面实际尺寸，就是空间分辨率。像元越小，遥感影像分辨率越高。（四）遥感应用资源普查、精准农业、环境与灾害监测等。遥感影像黑白影像彩色影像真彩色影像假彩色影像三、地理信息技术（一）地理信息（GeographicInformation，GI）：1、概念关于空间地理位置和分布有关的所有信息。2、基本特征1）空间特征：通过地理坐标系统识别，是地理信息区别于其他类型信息的最显著标志。2）多维结构：通过属性码，在二维空间基础上建立空间位置与地理专题之间的联系，实现多维结构反映多专题信息。3）时序特征：通过实践参照限时间序列划分地理信息，反映地理事物或现象的发展和变化。（二）地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）1、概念：地理信息系统是指具有一定结构和功能，能够处理地理信息的计算机软件系统。物理外壳：计算机硬件操作对象：空间数据技术优势：空间分析能力2、组成：1）GIS组成概述：2）GIS组成：*GIS软件组成：GIS组成硬件单机模式局域网模式广域网模式软件（详见下图）空间数据栅格数据矢量数据管理人员3、GIS工作流程：GISGIS软件用户界面应用软件基本功能软件基础软件标准软件图形、数据库等系统软件系统库编程语言、数据库等操作系统系统调用、设备运行网络等空间数据输入与转换空间数据库管理系统空间查询与分析制图与输出图形与属性数据编辑4、GIS功能实现：5、GIS应用领域：区域和城乡规划、资源管理、灾害监测、环境评估、作战指挥、文件图表数据获取空间数据库数据编辑投影变换原始数据空间查询空间分析存储检索交互展示数据输出结构化数据客观世界信息输入数据编辑数据质量元数据基础构架数据结构数据存储数据库管理（维护）空间分析（查询）可视化表达（地图、三维视图、多媒体等）GIS成果交通运输、宏观决策、商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域。6、GIS发展趋势：1）应用层面：由高端到低端。2）信息传输层面：由有线（单机、网络）到无线。3）技术层面：“3S”技术融合、时空GIS、智能GIS。4）综合层面：数字地球（GoogleEarth、E都市）。7、GIS发展的新需求：1）LBS（LocationBasedService）基于位置的服务。LBS+GIS2）影像图形影像场景3）视角：俯视侧视，室内室外，地表地下，外部形态内部结构4）表达：模型表达虚拟表达5）认知：抽象现实6）发展语义GIS（物联网时代实时动态监控要求）8、地理信息的再认识：（1）大数据时代的“4V”特征：数量（Volume）：数据量规模大。种类（Variety）：多维异构。速度（Velocity）：静、动、流数据。创建和移动速度快。价值（Value）：价值密度低，在特定时间和空间才有意义。（2）现行界定地理信息的内涵：语义描述、空间定位、几何形态、演化过程、要素关系、属性特征（物理、化学、生物、人文、社会、经济、心里等属性特征）（3）关于“GIS”的几个概念阐述：1）地理信息科学：研究地理信息采集、加工、处理、存储、分析、表达、传输、分发的各类技术。2）地理信息技术：用于地理信息采集、加工、处理、存储、分析、表达、传输、分发的各类技术。3）地理信息产业：采用地理信息技术对地理信息资源进行生产、加工、开发、应用、服务、经营的全部活动以及设计这些活动的各种设备、技术、服务产品的实体的集合体（它是以地理信息技术为基础发展起来的综合性高技术产业，是生产性服务业，是战略性新兴