考古空間信息技術(shù)（五）劉建國

65275979第六章GIS與考古學(xué)研究§6-1基本概念信息（Information）信息是用數(shù)字、文字、符號、語言等介質(zhì)來表示事件、事物、現(xiàn)象等的內(nèi)容、數(shù)量或特征。信息向人們（或系統(tǒng)）提供關(guān)于現(xiàn)實世界新的事實的知識，作為生產(chǎn)、管理、經(jīng)營、分析和決策的依據(jù)。信息具有客觀性、適用性、可傳輸性和共享性等特點。信息來自數(shù)據(jù)（Data），數(shù)據(jù)是未加工的原始資料，是客觀對象的表示，包括數(shù)字、文字、符號、圖形和影像。數(shù)據(jù)是信息的載體，信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。例如，從區(qū)域考古調(diào)查數(shù)據(jù)中能夠提取各時期聚落分布特征等信息。地理信息（GeographicInformation）地理信息屬于空間信息，是指與所研究對象的空間地理分布有關(guān)的信息，它表示地表物體及地理環(huán)境所固有的數(shù)量、質(zhì)量、性質(zhì)、關(guān)系、分布特征和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像、圖形信息的總稱。地理信息具有空間性、專題性和動態(tài)性（時間性）。信息系統(tǒng)（InformationSystem）信息系統(tǒng)是具有采集、處理、管理和分析數(shù)據(jù)能力的計算機系統(tǒng)，它能為單一的或有組織的決策過程提供各種有用信息。地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem）地理信息系統(tǒng)簡稱GIS，是在計算機支持下，對空間地理相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示輸出，并運用地理模型分析方法，提供多種空間地理分析，為地學(xué)研究和決策服務(wù)的空間信息系統(tǒng)。GIS由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四要素組成。作為一種通用技術(shù)，GIS按一種新的方式去組織和使用地理信息，以便更有效地分析和產(chǎn)生新的地理信息；GIS的應(yīng)用也改變了地理信息分發(fā)和交換的方式。因此，GIS提供了一種認識和理解地理信息的新方式，進一步發(fā)展成為處理地理空間數(shù)據(jù)的科學(xué)。GIS的組成硬件：計算機、掃描儀、繪圖儀、磁帶機、網(wǎng)絡(luò)軟件：GIS運行時所必須的各種程序，包括：計算機系統(tǒng)軟件、GIS軟件及其支撐軟件、應(yīng)用程序?？臻g地理數(shù)據(jù)：GIS的操作對象與管理內(nèi)容。它是指以地球表面空間位置為參照，描述自然、社會和人文經(jīng)濟景觀的數(shù)據(jù)，可以是數(shù)字、文字、表格、圖像和圖形等。是現(xiàn)實世界抽象后的實質(zhì)性內(nèi)容，主要包括位置信息、屬性信息和空間關(guān)系等。用戶：GIS是一個動態(tài)的地理模型，是一個復(fù)雜的人—機系統(tǒng)。系統(tǒng)的管理、維護和使用人員是GIS中的重要構(gòu)成因素。地理信息特點除了共享性、客觀性之外，地理信息還具有：區(qū)域分布性。地理信息具有空間定位的特點。先定位后定性，并在區(qū)域上表現(xiàn)出分布式特點，不可重疊，其屬性表現(xiàn)為多層次，因此地理數(shù)據(jù)庫的分布或更新也應(yīng)是分布式。數(shù)據(jù)量大（海量數(shù)據(jù)）。地理信息既有空間特征，又有屬性特征，并包括一個較長的發(fā)展時段，因此其數(shù)據(jù)量很大。信息載體的多樣性。地理信息的第一載體是地理實體的物質(zhì)和能量本身，除此之外，還有描述地理實體的文字、數(shù)字、地圖和影像等符號信息載體以及紙質(zhì)、磁帶、光盤等物理介質(zhì)載體。地理信息系統(tǒng)類型專題GIS（ThematicGIS）：具有限目標和專業(yè)特點的地理信息系統(tǒng)，為特定的專門的目的服務(wù)。區(qū)域GIS（RegionalGIS）：主要以區(qū)域綜合研究和全面的信息服務(wù)為目標。可以有不同的規(guī)模，如國家級的、地區(qū)或省、市級和縣級等為各不同級別行政區(qū)服務(wù)的區(qū)域信息系統(tǒng)，也可以是按自然分區(qū)或流域為單位的區(qū)域信息系統(tǒng)。實際的地理信息系統(tǒng)是介于上述二者之間的區(qū)域性專題信息系統(tǒng)，如××河流域考古信息系統(tǒng)。GIS工具（GIS-Tool）：也稱地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺或外殼，是具有地理信息系統(tǒng)基本功能的工具軟件或開發(fā)平臺，供其他系統(tǒng)調(diào)用或進行二次開發(fā)。GIS解決的關(guān)鍵問題位置：在某個地方有什么的問題。特定位置上，可以獲得文化層、年代、碳14數(shù)據(jù)考古信息。條件：符合某些條件的實體在哪里的問題。例如在某個地區(qū)尋找面積大于100000M2的龍山時期聚落。趨勢：某個地方發(fā)生的某事件及其隨時間的變化過程。古代聚落與環(huán)境演變等的趨勢。模式：某個地方存在的空間實體的分布模式的問題。聚落的選址與演變依賴于地面坡度、距水系的距離、水系的流量等環(huán)境因素，形成較為固定的模式。模擬：某個地方如果具備某種條件會發(fā)生什么的問題。根據(jù)地面坡度、高程、坡向、距水系距離等環(huán)境因素，分析聚落所處的自然環(huán)境等特征。GIS軟件的功能采集、檢驗與編輯：獲取有效正確的數(shù)據(jù)。格式化、轉(zhuǎn)換、概化：數(shù)據(jù)操作。數(shù)據(jù)的格式化是指不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)間變換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)比例尺的變換。數(shù)據(jù)概化包括數(shù)據(jù)平滑、特征集結(jié)等。存儲與組織：數(shù)據(jù)集成的過程，是建立GIS數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵步驟，涉及到空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的組織。分析：查詢、檢索、統(tǒng)計、計算是GIS以及許多其它自動化地理數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)應(yīng)具備的最基本的分析功能?？臻g分析與模型分析功能為GIS高級功能。顯示（輸出）：多種形式的輸出；良好、交互的制圖環(huán)境?！?-2GIS的發(fā)展GIS是二十世紀六十年代中期開始發(fā)展起來的交叉學(xué)科，最初是為了解決地理問題，至今已成為一門涉及測繪學(xué)科、環(huán)境科學(xué)、計算機技術(shù)等多學(xué)科的交叉學(xué)科。1963年加拿大測量學(xué)家R.FTomlinson首先提出地理信息系統(tǒng)一詞，并建成世界上第一個GIS（加拿大地理信息系統(tǒng)CGIS），用于自然資源的管理和規(guī)劃。不久，美國哈佛大學(xué)提出了較完整的系統(tǒng)軟件SYMAP。這應(yīng)該是GIS的起步。進入70年代以后，由于計算機軟硬件水平的提高，促使GIS朝著實用方向迅速發(fā)展，一些經(jīng)濟發(fā)達國家先后建立了許多專業(yè)性的GIS，在自然資源管理和規(guī)劃方面發(fā)揮了重大的作用。80年代后興起的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使地理信息的傳輸時效得到了極大的提高，GIS的應(yīng)用從基礎(chǔ)信息管理與規(guī)劃轉(zhuǎn)向更復(fù)雜的實際應(yīng)用，成為輔助決策的工具，并促進了地理信息產(chǎn)業(yè)的形成。到1995年，市場上有報價的軟件已達上千種，并且涌現(xiàn)出了一些有代表性的GIS軟件。地理信息系統(tǒng)的存在與發(fā)展歷時40余年，綜觀GIS發(fā)展，并且根據(jù)北美地區(qū)的實際情況，可將地理信息系統(tǒng)發(fā)展分為以下四個階段：1.60年代開拓階段60年代為地理信息系統(tǒng)開拓期，注重于空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理，初期地理信息系統(tǒng)發(fā)展的動力來自于諸多方面，如學(xué)術(shù)探討、新技術(shù)的應(yīng)用、大量空間數(shù)據(jù)處理的生產(chǎn)需求等。對于這個時期地理信息系統(tǒng)的發(fā)展來說，專家興趣以及政府的推動起著積極的引導(dǎo)作用，并且大多地理信息系統(tǒng)工作限于政府及大學(xué)的范疇，國際交往甚少。由于計算機硬件系統(tǒng)功能較弱，限制了軟件技術(shù)的發(fā)展。這一時期地理信息系統(tǒng)軟件的研制主要是針對具體的GIS應(yīng)用進行的，到六十年代末期，針對GIS一些具體功能的軟件技術(shù)有了較大進展。2.70年代鞏固階段70年代為地理信息系統(tǒng)的鞏固發(fā)展期，注重于空間地理信息的管理。計算機硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是大容量存取設(shè)備——硬盤的使用，為空間數(shù)據(jù)的錄入、存儲、檢索和輸出提供了強有力的手段。用戶屏幕和圖形、圖像卡的發(fā)展增強了人機對話和高質(zhì)量圖形顯示功能，促使GIS朝著使用方向迅速發(fā)展。一些發(fā)達國家先后建立了許多不同專題、不同規(guī)模、不同類型、各具特色的地理信息系統(tǒng)。但這一時期系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能力仍然很弱，在GIS技術(shù)方面沒有新的突破，系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)多限于某個機構(gòu)。專家個人的影響削弱，而政府影響增強。3.80年代突破階段隨著計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展和普及，地理信息系統(tǒng)也逐漸走向成熟。由于微機系統(tǒng)的軟件環(huán)境限制較嚴，使得在微機GIS中發(fā)展的許多算法和軟件技術(shù)具有很高的效率。這一時期是地理信息系統(tǒng)發(fā)展的重要時期，注重于空間決策的支持和分析，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴大，從資源管理、環(huán)境規(guī)劃到應(yīng)急反應(yīng)，從商業(yè)服務(wù)區(qū)域劃分到政治選舉分區(qū)等，涉及到了許多的學(xué)科與領(lǐng)域，如古人類學(xué)、景觀生態(tài)規(guī)劃、森林管理、土木工程以及計算機科學(xué)等。許多國家制定了本國的地理信息發(fā)展規(guī)劃，啟動了若干科研項目，建立了一些政府性、學(xué)術(shù)性機構(gòu)。4.90年代社會化階段隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，地理信息系統(tǒng)深入到各行各業(yè)乃至各家各戶，成為人們生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)和工作中不可缺少的工具和助手。一方面，地理信息系統(tǒng)已成為許多機構(gòu)必備的工作系統(tǒng)，尤其是政府決策部門在一定程度上由于受地理信息系統(tǒng)影響而改變了現(xiàn)有機構(gòu)的運行方式、設(shè)置與工作計劃等。另一方面，社會對地理信息系統(tǒng)認識普遍提高，需求大幅度增加，從而導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的擴大與深化。國家級乃至全球性的地理信息系統(tǒng)已成為公眾關(guān)注的問題。我國地理信息系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展狀況近二十年來，在各級政府和有關(guān)人士的大力呼吁和促動下，我國的地理信息系統(tǒng)事業(yè)突飛猛進，成績巨大。按照中國科學(xué)院何建邦先生的觀點，把我國GIS的發(fā)展分為四個階段：

1.起步階段（1971～1980年）主要行動在于概念引入和知識傳播，以及關(guān)于遙感分析、機助制圖和數(shù)字地面模型的試驗研究。

2.準備階段（1981～1985年）主要在理論體系的建立，軟、硬件的引進，相應(yīng)規(guī)范的研究局部系統(tǒng)或試驗系統(tǒng)的開發(fā)上取得進步，為GIS的全面發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

3.加速發(fā)展階段（1986～1995年）地理信息系統(tǒng)研究作為政府行為，正式列入中國國家科技攻關(guān)計劃，開始了有計劃、有組織、有目標的科學(xué)研究、應(yīng)用實驗和工程建設(shè)工作。很多高校和科研機構(gòu)同時展開了地理信息系統(tǒng)研究與開發(fā)工作。如全國性地理信息系統(tǒng)（或數(shù)據(jù)庫）實體建設(shè)、區(qū)域地理信息系統(tǒng)研究和建設(shè)、城市地理信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件或?qū)ｎ}應(yīng)用軟件的研制和地理信息系統(tǒng)教育培訓(xùn)。通過近五年的努力，打開了地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的新局面，并在全國性應(yīng)用、區(qū)域管理、規(guī)劃和決策中產(chǎn)生了實際的效益。加速發(fā)展階段階段的主要表現(xiàn)GIS教育與知識傳播的熱浪此起彼伏，GIS成為空間相關(guān)領(lǐng)域的熱門話題；GIS建設(shè)引起各級政府高度重視，其發(fā)展機制由學(xué)術(shù)推動演變?yōu)檎苿?；部分城市和沿海地區(qū)GIS建設(shè)率先進入實施階段，并取得階段性成果；出現(xiàn)商品化的國產(chǎn)GIS軟件、硬件品牌；出現(xiàn)專門的GIS的管理中心、研究機構(gòu)與公司；出現(xiàn)專門的GIS協(xié)會，涌現(xiàn)一批GIS專門人才；出現(xiàn)專門的刊物與展示會；初步形成全國性的GIS市場。在應(yīng)用模式、行業(yè)模式和管理方面作了有益的探索。

4.地理信息產(chǎn)業(yè)化階段（1996～）地理信息系統(tǒng)跨入快速發(fā)展階段。各相關(guān)部門執(zhí)行地理信息系統(tǒng)和遙感聯(lián)合科技攻關(guān)計劃，強調(diào)地理信息系統(tǒng)的實用化、集成化和工程化，使地理信息系統(tǒng)從初步發(fā)展時期的研究實驗、局部應(yīng)用走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化，為國民經(jīng)濟重大問題提供分析和決策依據(jù)。同時努力實現(xiàn)基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，推進國產(chǎn)軟件系統(tǒng)的實用化、遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的一體化。這一階段經(jīng)營地理信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)的公司逐漸增多，投入不斷增加，政府部門的扶持力度有很大程度的提高。GIS發(fā)展動態(tài)從理論、技術(shù)和方法方面來看，GIS將向三維GIS、時態(tài)GIS方向發(fā)展，以適應(yīng)數(shù)字地球?qū)IS的要求。(1)三維GIS理論和技術(shù)三維GIS理論和技術(shù)主要指三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、三維數(shù)據(jù)的生成、三維數(shù)據(jù)的管理和操作及三維數(shù)據(jù)的顯示。(2)時態(tài)GIS（TemporalGIS）理論和技術(shù)為觀測和分析空間信息隨時間的變化，有效地管理歷史變化數(shù)據(jù)、重建歷史、監(jiān)測變化狀態(tài)及預(yù)測未來，需要在GIS中引入時間維，從而形成時態(tài)GIS，即TGIS。(3)地理信息建模系統(tǒng)地理信息建模系統(tǒng)提供支持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗的環(huán)境，實現(xiàn)基于GIS的領(lǐng)域中分析、建模和決策。(4)面向?qū)ο罄碚摵图夹g(shù)面向?qū)ο蠓椒槿藗冊谟嬎銠C上直接描述物理世界提供了一種適合人類思維模式的方法，面向?qū)ο蟮募夹g(shù)在GIS中的應(yīng)用，即面向?qū)ο蟮腉IS，已成為GIS的發(fā)展方向。從應(yīng)用的角度看，GIS將向數(shù)據(jù)標準化、系統(tǒng)集成化、平臺網(wǎng)絡(luò)化、開發(fā)組件化、應(yīng)用社會化方向發(fā)展；從系統(tǒng)的內(nèi)部看，GIS技術(shù)將逐步走向數(shù)據(jù)采集自動化、空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)組織的一體化、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的標準化和空間分析功能的多樣化方向發(fā)展。§6-3地理空間與空間數(shù)據(jù)

空間和地理空間“空間”（Space）的概念在地理學(xué)上指的是地理空間（GeographicSpace），它是指物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過程、功能關(guān)系上的分布方式、格局及其在時間上的延續(xù)。地理空間是地球上大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和土壤圈交互作用的區(qū)域。地球上最復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物和生物地球化學(xué)等過程都發(fā)生在地理空間中。因此，地理空間是人類活動頻繁發(fā)生的區(qū)域，是人地關(guān)系中最為復(fù)雜、緊密的區(qū)域?？脊艑W(xué)中古代人地關(guān)系的研究，必須從地理空間數(shù)據(jù)入手。GIS中的地理空間和地理空間數(shù)據(jù)GIS中的空間概念常用“地理空間”（Geo－Spatial）來表述，是指經(jīng)過投影變換后，在笛卡爾坐標系（由一個固定的、特殊的點為原點，一對相互垂直且經(jīng)過原點的線為坐標軸）中的地球表層特征空間。它是定義在地球表層目標集上的關(guān)系，即地理世界以實體為單位進行組織，將客觀世界作為一個整體看待，每一個實體不僅具有空間位置屬性和空間上的聯(lián)系，更重要的是它與其他實體還具有邏輯上語義聯(lián)系，它還具有時間屬性。一般來說，地理空間被定義為絕對空間和相對空間兩種形式。GIS中的地理空間一般包括地理空間定位框架及其所聯(lián)結(jié)的地理空間特征實體。地理空間定位框架即大地測量控制，由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成。大地測量控制為建立所有的地理數(shù)據(jù)的坐標位置提供了通用參考系，將所有地理要素同平面及高程坐標系相連接。大地測量控制信息的主要要素就是大地測量控制點，這些坐標點的平面位置和高程被精確地測量。地理空間特征實體表示地理空間信息的幾何形態(tài)、時空分布規(guī)律及其相互之間的關(guān)系，是指具有形狀、屬性和時序性的空間對象或地理實體，是GIS表示和建庫的主要對象。地理空間數(shù)據(jù)就是以地球表面作為基本定位框架的空間數(shù)據(jù)。GIS提供了對地理空間數(shù)據(jù)進行分析和將地理空間數(shù)據(jù)實現(xiàn)可視化的機制。由于計算機中處理和操作的數(shù)據(jù)是離散數(shù)據(jù)，在GIS中，地理空間數(shù)據(jù)是進行離散化表達的空間數(shù)據(jù)，其表達方式根據(jù)不同應(yīng)用目的由空間數(shù)據(jù)模型決定?？臻g數(shù)據(jù)的特點GIS中常把地理空間數(shù)據(jù)稱為空間數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)（SpatialData）是指用來描述空間實體的位置、形狀、大小及其分布特征諸多方面信息的數(shù)據(jù)，以表示地球表層一定范圍的地理事物及其關(guān)系?？臻g實體是空間數(shù)據(jù)中不可再分的最小單元，是對存在于這個自然世界中地理實體的抽象，主要包括點、線、面、體等基本類型。如把一個墓葬抽象成為一個點，它具有所處的位置信息、隨葬品、葬俗等相關(guān)信息；把一段古城墻抽象為一條線，它具有所處的位置信息、起點、終點、長度、寬度等相關(guān)信息；把一座古城遺址抽象為一個面，它具有所處的位置、面積、使用年代、建筑布局等相關(guān)信息?？臻g性：表示了空間實體的位置或所處的地理位置、空間實體幾何特征等等，從而形成了空間物體的位置、形態(tài)以及由此產(chǎn)生的一系列特性?？臻g性不但導(dǎo)致空間物體的位置和形態(tài)的分析處理，同時還導(dǎo)致空間相互關(guān)系的分析處理。專題性（屬性）：是指在一個坐標位置上地理信息具有專題屬性信息。一個地面點上，可獲取遺跡、遺物、古環(huán)境、古地貌等多種專題信息。屬性是空間數(shù)據(jù)中的重要數(shù)據(jù)成分，它同空間數(shù)據(jù)相結(jié)合，才能表達空間實體的全貌。GIS中常用表格和圖像來表達。時間性：是指空間數(shù)據(jù)的空間特征和屬性特征隨時間變化的動態(tài)變化特征，即時序特性。它們可以同時隨時間變化，也可以分別獨立隨時間變化?？臻g數(shù)據(jù)類型地圖數(shù)據(jù)：來源于各種類型的普通地圖和專題地圖，這些地圖的內(nèi)容豐富，圖上實體間的空間關(guān)系直觀，實體的類別或?qū)傩郧逦?，具有很高的精度。影像（多媒體）數(shù)據(jù)：來源于衛(wèi)星遙感和航空遙感等多源海量數(shù)據(jù)，也是GIS的最有效的數(shù)據(jù)源之一。地形數(shù)據(jù)：來源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的數(shù)字高程模型和其它實測的地形數(shù)據(jù)等。屬性數(shù)據(jù)：來源于各類調(diào)查報告、實測數(shù)據(jù)、文獻資料、解譯信息等。元數(shù)據(jù)：關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，例如數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)權(quán)屬、數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時間、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)分辨率、源數(shù)據(jù)比例尺、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法等。矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型是GIS主要的數(shù)據(jù)模型之一。用點、線（或稱“弧”）、面（或稱“多邊形”）三種主要的圖形元素來抽象表示地理對象的。由于面（多邊形）是線（?。┧鶉傻膮^(qū)域，線（?。┯质屈c的有向序列，所以，坐標點是矢量數(shù)據(jù)模型最基本的數(shù)據(jù)元素。從理論上說，矢量數(shù)據(jù)描述的是連續(xù)空間，因而它能精確地表達地理實體的形狀與位置，又可以通過點、線、面三種基本圖元之間的聯(lián)系，構(gòu)筑地理實體及其圖形表示的鄰接、連通、包含等拓撲關(guān)系，從而有利于地理信息的查詢、網(wǎng)絡(luò)路徑優(yōu)化、空間相互關(guān)系分析等地理應(yīng)用。矢量數(shù)據(jù)的位置、形狀表達空間數(shù)據(jù)具有一定的位置，矢量數(shù)據(jù)在表達空間位置時，根據(jù)其特征具有不同的維數(shù)，不同維數(shù)的空間數(shù)據(jù)表達方式也不同。0維矢量：在空間呈點狀分布特征，在二維、三維歐氏空間具有特定坐標位置，分別用（X，Y）及（X，Y，Z）來表示，它沒有大小和方向，如水井、墓葬、灰坑等，主要包括：實體點：用來代表一個實體；注記點：用于定位注記；內(nèi)點：用于負載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)；結(jié)點：表示線的終點和起點；角點：表示線段和弧段的內(nèi)部點等。一維矢量：在空間呈線狀分布特征，在二維、三維歐氏空間分別用離散化的實數(shù)點集（X1，Y1）、（X2，Y2）、…、（Xn，Yn）及（X1，Y1，Z1）、（X2，Y2，Z2）、…、（Xn，Yn，Zn）來表不。它具有長度、曲率、方向，其長度隨比例尺而變化。一維實體如河流、城墻、道路、地下管線等，主要包括：直線：由起點坐標、終點坐標、屬性、顯示符等組成；弧、鏈、網(wǎng)絡(luò)：是n個坐標對的有序集合，附有屬性、指針系統(tǒng)、顯示符號等。二維矢量：在空間呈面狀分布特征，在二維、三維歐氏平面上是一組閉合弧段所包圍的空間區(qū)域，有特定坐標位置，分別用（X1，Y1）、（X2，Y2）、…、（Xn，Yn）、（X1，Y1）及（X1，Y1，Z1）、（X2，Y2，Z2）、…、（Xn，Yn，Zn）、（X1，Y1，Z1）來表示。它具有面積、周長、凹凸性、走向、傾角和傾向等幾何特征，其面積、周長等隨比例尺而變化。二維矢量又稱多邊形或圖斑，在數(shù)據(jù)庫中由一封閉曲線加內(nèi)點來表示面狀實體。二維矢量用來表示建筑基址、古城遺址、聚落范圍等。當用等高線和剖面法表示時，可表達空間曲面。三維矢量：在空間呈體狀分布特征，有表面積、體積、長度、高度等，含有孤立塊或相鄰塊、斷面圖與剖面圖等。三維體狀物體一般具有體積、長度、寬度、高度、空間曲面的面積、空間曲面的周長等屬性。在GIS中，空間數(shù)據(jù)代表著現(xiàn)實世界地理實體或現(xiàn)象。矢量數(shù)據(jù)的空間關(guān)系表達地理空間信息不僅包含空間幾何信息，還包含空間關(guān)系信息?？臻g關(guān)系信息主要有空間度量關(guān)系、方位關(guān)系和拓撲關(guān)系，其中空間拓撲關(guān)系是最主要的空間關(guān)系信息，在GIS數(shù)據(jù)模型研究中占有重要的位置?？臻g度量關(guān)系描述空間實體之間距離，可通過對點、線、面元素的數(shù)學(xué)表達式計算得到?？臻g方位關(guān)系分絕對、相對和基于觀測者的方位。絕對方位以地球參照系統(tǒng)為標準，如東、西、北、東南等。相對方位以所給目標為參照方向，如前、后、左、右、上、下等。地理要素空間信息中幾何信息常用空間坐標的位置、方向、角度、距離、面積等描述物體的幾何形狀和數(shù)量特征。拓撲信息是空間關(guān)系信息，其理論基礎(chǔ)是拓撲學(xué)（Topology），拓撲學(xué)是幾何學(xué)的一個分支，它研究的是將幾何體抽象成點、線、面等元素，再研究其間的關(guān)系，其表達方式較為復(fù)雜。從拓撲的觀點看，只關(guān)心空間點、線、面之間的邏輯關(guān)系，而不關(guān)心其幾何形狀。因此，拓撲信息是一種性能比較穩(wěn)定的信息，它不受投影關(guān)系、比例尺而變化。拓撲學(xué)中空間基本元素為點、線、面三類，它們之間可歸納為6種關(guān)系：關(guān)聯(lián)、相鄰、相連、相交、相離、相重、包含等。

從拓撲角度看，幾何形狀不同的事物其拓撲關(guān)系可能相同。下圖描述了兩個幾何形狀不同的實體，但各面之間鄰接性關(guān)系是相同的，都可通過面鄰接矩陣來表示。圖c中，數(shù)值1和0分別表示相對應(yīng)的兩個面是鄰接與不鄰接的關(guān)系。

下圖描述了兩個幾何形狀不同的實體，但各點之間鄰接性關(guān)系相同，都可通過點的鄰接矩陣來表示。圖c中，1和0分別表示相對應(yīng)的兩點是連通與不連通的關(guān)系。無拓撲關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點無拓樸關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有簡單、直觀，便于用戶接受和系統(tǒng)維護與更新等優(yōu)點。但也存在著很多缺點：數(shù)據(jù)冗余度大，如多邊形公共邊重復(fù)存儲，但沒有存儲多邊形之間的關(guān)系。相鄰多邊形的公共邊不完全重合時，易產(chǎn)生偽多邊形。需建立多邊形邊界表。缺乏拓撲信息，如鄰域信息等，不便于拓撲分析。對島處理能力差，難于建立外多邊形的關(guān)系。GIS中建立拓撲關(guān)系的優(yōu)缺點GIS中空間數(shù)據(jù)建立拓樸關(guān)系之后，使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊密、拓撲關(guān)系明確，有利于空間數(shù)據(jù)的拓撲查詢和拓撲分析。同時便于系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享，減少了數(shù)據(jù)的冗余（共享公共邊界減少了坐標點數(shù)據(jù)）。但由于拓撲關(guān)系面向不被分割的幾何要素，而不面向地理實體；強調(diào)的是各幾何要素之間的連接關(guān)系，不能重視地理實體的完整、獨立意義，難以表達復(fù)雜的地理實體，使對實體的操作如增加實體、刪除實體、修改實體等效率較低，同時影響對實體快速查詢和復(fù)雜的空間分析效率，尤其在大區(qū)域的復(fù)雜空間分析方面表現(xiàn)尤為明顯。此外數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于系統(tǒng)的維護和更新。柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)就是用數(shù)字表示的像元陣列。其中，柵格的行和列規(guī)定了實體所在的坐標空間，而數(shù)字矩陣本身則描述了實體的屬性或?qū)傩跃幋a。柵格數(shù)據(jù)是計算機和其他信息輸入輸出設(shè)備廣泛使用的一種數(shù)據(jù)模型，如電視機、顯示器、打印機等的空間尋址，甚至專門用于矢量圖形的輸入輸出設(shè)備，如數(shù)字化儀、矢量繪圖儀及掃描儀等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)實質(zhì)上也是柵格的。柵格數(shù)據(jù)最顯著的特點就是存在著最小的、不能再分的柵格單元，在形式上通常表現(xiàn)為整齊的數(shù)字矩陣，且便于計算機進行處理，特別是存儲和顯示。柵格數(shù)據(jù)位置、形狀表達0維矢量：表現(xiàn)為具有一定數(shù)值的一個柵格單元，每個柵格單元也稱點單元，在矩陣中稱柵格，該柵格有一定大小，其大小反映了空間數(shù)據(jù)的分辨率。一維矢量：表現(xiàn)為按線性特征相連接的一組相鄰柵格單元的集合，如城墻、道路。二維矢量：表現(xiàn)為按二維形狀特征連續(xù)分布的一組柵格單元的集合。每個單元的數(shù)值表示空間地理現(xiàn)象，如森林、湖泊、居民區(qū)等。柵格單元位置坐標的確定柵格描述的空間對象屬性明確，位置隱含，其位置坐標確定如下：直接記錄柵格單元的行列號，柵格單元的行列號通常以左上角為坐標零點；在給定分辨率參數(shù)（指行數(shù)和列數(shù)）前提下，將柵格單元按順序編號，編號順序左上角為起點，右下角為終點。柵格數(shù)據(jù)的空間關(guān)系表達柵格數(shù)據(jù)表達中通常不存儲空間關(guān)系，空間關(guān)系的確定通常通過計算求得。對柵格數(shù)據(jù)進行空間關(guān)系分析時，常用四鄰域、八鄰域、24鄰域作為算法的基礎(chǔ)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較

優(yōu)點缺點矢量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，精度高便于表示空間實體及拓撲關(guān)系便于表示網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，進行網(wǎng)絡(luò)分析圖形顯示質(zhì)量好，精度高便于面向?qū)ο髮崿F(xiàn)空間查詢和分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜疊加分析算法復(fù)雜不易同遙感數(shù)據(jù)結(jié)合表達空間變化性的能力差不易實現(xiàn)數(shù)學(xué)模擬柵格數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，定位存取性能好易實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享便于地形分析和數(shù)學(xué)模擬易同遙感數(shù)據(jù)結(jié)合能有效表達空間可變性數(shù)據(jù)量大投影轉(zhuǎn)換復(fù)雜圖形質(zhì)量差難于表達實體及拓撲關(guān)系難于表示網(wǎng)絡(luò)關(guān)系矢量柵格數(shù)據(jù)的混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量柵格數(shù)據(jù)的混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指為解決某問題，同時用矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使其中的每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)揮各自的特長。在這種混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分別保持了各自的特點，各自進行存儲，但可進行統(tǒng)一的顯示、查詢和某些分析。這種混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在資源環(huán)境領(lǐng)域中已被使用。如在區(qū)域聚落考古研究中，以整個區(qū)域的遙感影像為背景，可標繪矢量聚落分布圖；在遙感影像圖上疊置數(shù)字地形模型，能夠?qū)嵤┻b感影像分類和查詢等分析功能。矢量柵格數(shù)據(jù)的一體化結(jié)構(gòu)目前采用的矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的典型方法是將矢量方法表示的線性實體，在記錄原始采樣點的同時，還記錄其包含的柵格。這樣，既保存矢量特性，又具有柵格性質(zhì)。由于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的精度低，通常用細分格網(wǎng)的方法來提高點、線、面狀目標邊界線數(shù)據(jù)的表達精度。顯然，這種矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的一幅圖，其存儲的數(shù)據(jù)量大大超過原始矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)量，它的優(yōu)點是給運算和分析帶來方便?！?-43S（GPS、RS與GIS）的集成GIS、RS和GPS三者集成利用，構(gòu)成為整體、實時和動態(tài)的觀測、分析和應(yīng)用運行系統(tǒng)。在3S集成中，GIS、RS和GPS分別充當不同的角色，相互依存，互為補充，提高了考古GIS的應(yīng)用效率。3S中的遙感技術(shù)能夠接收高分辨率、高光譜、高時相的遙感影像，對考古遺址進行數(shù)字攝影測量，勘探地下未知遺跡，實時掌握考古遺址及其周邊環(huán)境的變化特征，是信息提取與分析的主要手段，為GIS數(shù)據(jù)的動態(tài)更新和綜合分析提供保障。遙感能夠及時、正確、綜合和大范圍地為GIS提供各種數(shù)據(jù)，增加考古GIS的活力和應(yīng)用深度，掌握考古遺址隨季節(jié)的信息變化特征。GPS能夠獲取考古遺跡精確的空間位置數(shù)據(jù)，與遙感技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)既具有各自獨立的功能，又能夠互相補充和完善。GPS測量的地面點位坐標數(shù)據(jù)，能夠作為遙感影像的地面控制點信息，對遙感影像進行精確的幾何校正與配準，為遙感數(shù)據(jù)實時、快速地進入GIS系統(tǒng)提供了可能，保證考古遺址的遙感數(shù)據(jù)與地面監(jiān)測、調(diào)查等數(shù)據(jù)能夠動態(tài)地配準、動態(tài)地進入考古GIS數(shù)據(jù)庫。GPS獲取的地形數(shù)據(jù)和地學(xué)編碼信息，以及考古遺跡邊界等的測繪數(shù)據(jù)，輸入GIS之后可以進行面積、距離的計算，獲取不同剖面的圖形，進行空間分析與模擬。

GIS是3S技術(shù)的核心和靈魂，能夠?qū)⑦b感的柵格數(shù)據(jù)與GPS等生成的矢量數(shù)據(jù)進行空間疊置，具有對多重信息進行存儲、檢索、分析、模擬、輸出等功能，提高了遙感與GPS等數(shù)據(jù)分析功能和分析精度，實現(xiàn)3S集成的最終功能。考古3S技術(shù)的集成是當前空間信息技術(shù)與考古學(xué)研究、遺產(chǎn)保護等領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢，是文化遺產(chǎn)中空間數(shù)據(jù)采集、更新、處理、分析與研究的強大技術(shù)支持體系，確保快速準確地獲取文化遺產(chǎn)的信息，對數(shù)據(jù)進行動態(tài)更新，產(chǎn)生工作中所需的各種圖件，最終提出決策實施方案?！?-5地形圖數(shù)字化從現(xiàn)有地形圖上采集數(shù)據(jù)，將現(xiàn)有地形圖數(shù)字化，實現(xiàn)圖－數(shù)轉(zhuǎn)換并存人計算機，經(jīng)補測和修測地形圖所需的要素后，由計算機綜合處理，再通過繪圖儀繪制地形圖。這種從地形圖上采集地形數(shù)據(jù)的方法稱為普通地形圖的數(shù)字化。它可以充分利用原有測繪成果的資料，發(fā)揮已有普通測繪儀器的作用，達到數(shù)字化測圖的目的，除圖的精度有所損失外，比較經(jīng)濟、實用。簡單地說，地形圖數(shù)字化就是將現(xiàn)有地形圖轉(zhuǎn)換成CAD、地理信息系統(tǒng)等軟件可以直接調(diào)用和進一步加工的矢量圖形格式的文件。手扶跟蹤數(shù)字化根據(jù)數(shù)字化地形圖的工作原理，地形圖數(shù)字化分為手扶跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化兩種方式。以前在地形圖數(shù)字化工作中，應(yīng)用較普遍的是通過手扶跟蹤方式將圖形信息直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息并輸入到計算機中，這種設(shè)備稱為數(shù)字化儀（Digitizer），又稱為圖數(shù)轉(zhuǎn)換儀。手扶式跟蹤數(shù)字化地圖的精度和效率都較低，現(xiàn)在基本上已經(jīng)停止使用。地形圖掃描數(shù)字化掃描數(shù)字化是使用掃描儀（Scanner）將圖形、圖像（如線劃地形圖、黑白或彩色的遙感和航測像片等），快速、高精度地掃描數(shù)字化后輸入計算機，經(jīng)圖像處理軟件分析和人機交互編輯后，生成可供使用的矢量圖形數(shù)據(jù)。相對于手扶數(shù)字化儀來說，掃描數(shù)字化的優(yōu)勢在于自動化程度高，操作人員的勞動強度小，在同等圖紙條件下數(shù)字化的精度高?，F(xiàn)在很多地形圖掃描矢量化軟件都很成熟，成為地形圖數(shù)字化的主流。掃描數(shù)字化工作流程柵格圖形預(yù)處理↓地物符號、文字注記的識別輸入↓地形圖底圖準備地形圖掃描輸入↓全自動或半自動跟蹤矢量化↓矢量圖檢查編輯↓↓數(shù)據(jù)存儲與輸出↓地形圖底圖準備選擇適合項目需要的地形圖比例尺、圖件種類。比例尺太大會增加很多工作量，比例尺太小會影響精度。地形圖掃描輸入使用平板掃描儀或滾筒掃描儀掃描地形圖，每幅圖最好是一次掃描到計算機中。掃描儀幅面較小時可以分片掃描，每一片經(jīng)過糾正后再拼接起來。柵格圖形預(yù)處理對圖幅進行旋轉(zhuǎn)、剪裁、圖面檢查。對精度要求很高時，需要根據(jù)坐標格網(wǎng)對圖幅進行糾正，減少掃描誤差的影響。彩色圖形需要進行色彩調(diào)整，使等高線、水系等線條分別以單一色彩表示（可以使用PhotoShop等軟件處理），便于計算機自動或半自動跟蹤。全自動或半自動跟蹤矢量化全自動跟蹤矢量化是軟件自動將圖幅內(nèi)的全部線條進行矢量化。這種方法非常快捷，但是矢量化后往往產(chǎn)生很多零碎的線條，凌亂不堪，需要化費更多的時間去修整。對于單獨清繪的圖形，可以采用這種方法進行矢量化。半自動跟蹤矢量化是操作員使用鼠標指定要矢量化的線條，軟件會自動進行跟蹤，遇到交叉點或線條斷開時停止，需要操作員指定下一點應(yīng)該跟蹤的線條位置。一類地物作為一個圖層，一個圖層跟蹤結(jié)束后，再跟蹤另一個圖層。等高線圖層中的計曲線、首曲線、間曲線等應(yīng)該分成不同的類別，給予不同的代碼進行矢量化。半自動跟蹤過程中，一定要根據(jù)等高線的特性，處理好等高線與山脊線、山谷線（河流）的關(guān)系。等高線之間不能有交叉，遇到陡坎、陡坡時，可以只跟蹤出陡坎、陡坡之上、之下的等高線，中間的等高線斷開；等高線與山脊線、山谷線相互正交。地形圖沖溝、河床等處有時沒有繪制等高線，應(yīng)該根據(jù)相關(guān)信息，確定等高線大致的位置。各種地物可以根據(jù)地形圖上繪制的情況，分層進行矢量化。地物符號、文字注記的識別輸入這是將地形圖上的注記進行矢量化。項目不需要作這方面的工作，或者軟件沒有這種功能時，就不必進行識別輸入。矢量圖檢查編輯檢查線條是否有遺漏、是否有違背等高線特性的地方、等高線高程數(shù)值是否正確，以及坐標配準、坐標系轉(zhuǎn)換（3°或6°帶）、地形圖接邊處理等等。數(shù)據(jù)存儲與輸出全部數(shù)據(jù)的存儲、輸出成CAD、地理信息系統(tǒng)等軟件可以調(diào)用格式的文件。不同比例尺地形圖上繪制的等高線往往會有一定的差異，矢量化后往往會出現(xiàn)這種情況。GIS空間數(shù)據(jù)的分層基本數(shù)據(jù)準備完畢，即可在GIS軟件的支持下，分別建立各研究區(qū)域的聚落考古GIS數(shù)據(jù)庫，依次調(diào)入配準好的柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)，建立與編輯屬性數(shù)據(jù)庫。GIS數(shù)據(jù)庫中往往有很多數(shù)據(jù)，需要將數(shù)據(jù)按邏輯類型分成不同數(shù)據(jù)層進行組織和管理。在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，每類屬性數(shù)據(jù)常用一個獨立的層來表示，因此，理論上柵格數(shù)據(jù)層的數(shù)量是不受限制的。在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，常按空間數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系或?qū)I(yè)屬性進行分層。例如，地形圖數(shù)據(jù)可分為地貌、植被、水系、道路、居民點等圖層。當對某地區(qū)的地形進行分析時，需要將相關(guān)的圖層進行統(tǒng)一的分析、處理和顯示?？臻g數(shù)據(jù)分層后，各層數(shù)據(jù)常具有同類的空間特性（點或線或面）、相同的使用目的和方式、同類的數(shù)據(jù)源、同類的屬性信息、各層圖具有同樣的比例尺。空間數(shù)據(jù)可以按專題、時間和垂直高度進行分層：數(shù)據(jù)的專業(yè)類型是數(shù)據(jù)專題分層的主要依據(jù)，按空間數(shù)據(jù)的類型和屬性進行分層，可簡化處理過程和方法。如將一個區(qū)域內(nèi)衛(wèi)星影象、等高線、水系等分別作為一個圖層。但有時需適當考慮數(shù)據(jù)間的關(guān)系及不同數(shù)據(jù)類型的應(yīng)用功能，例如為了分析水資源問題，可將河流、湖泊、水庫、溝渠、水井放在同一圖層，以便于分析。時間序列分層的實質(zhì)是用不同時間的圖層來表示時態(tài)空間數(shù)據(jù)，補償靜態(tài)GIS無力表示動態(tài)空間數(shù)據(jù)的問題。如一個區(qū)域內(nèi)不同時期的古代聚落分布圖層。按地面垂直高度分層是用不同高度的圖層來表示三維空間數(shù)據(jù)，補償目前二維GIS無法表示三維空間數(shù)據(jù)的問題。GIS數(shù)據(jù)庫中諸多要素的排列方式也需要作合理的安排，以便在同時顯示諸多屬性時，上面圖層對下面圖層的疊壓和覆蓋最少。一般情況下，以遙感影像或數(shù)字地面模型等柵格數(shù)據(jù)作為底圖，然后再依次疊加等高線、水系、道路、居民地等現(xiàn)代地物，最后再依次加入面狀、線狀、點狀等的考古遺跡圖層。聚落要素排列時，考慮到從早到晚的先后關(guān)系，一般都是從下到上排列。但是這樣排列也存在著一些問題。比如同一個地點晚期聚落的規(guī)模往往比早期有所發(fā)展，面積上有所增加。幾個時期的聚落同時顯示時，晚期聚落會遮擋早期的聚落?？紤]到多時期聚落同時顯示的情況并不多見，空間分析時經(jīng)常要研究某一時期聚落與環(huán)境要素的關(guān)系。所以一般情況下聚落要素的時間先后都是從下到上排列?？脊虐l(fā)掘中各墓葬、灰坑、建筑基址等的詳細圖形也都可以通過GIS進行表示，甚至表現(xiàn)墓葬中的器物、陶片分布等細節(jié)特征。然后針對不同的圖層設(shè)置不同的顯示比例，以便在不同顯示比例的情況下，更好地展示特定的要素。發(fā)掘工作結(jié)束后，整個發(fā)掘區(qū)的GIS建設(shè)可以同時完成。這種資料應(yīng)該最為清晰、全面，對整理發(fā)掘報告、開展后續(xù)工作以及遺址的保護規(guī)劃等都具有重要的價值。每個遺跡圖層還有對應(yīng)的屬性表，存儲屬性信息。例如墓葬圖層可以設(shè)置有編號、位置、方向、文化屬性、年代推測、發(fā)掘面積、發(fā)掘經(jīng)過、相關(guān)遺跡、層位關(guān)系、距地表深度、保存狀況、塋域、地面建筑、形制與規(guī)格、壁龕、葬具、人骨、堆積層次、工具痕跡、取樣情況、存在問題、附圖號、附表號、照相號、攝像號、備注、記錄者、記錄日期等字段，用于記錄每個墓葬的相關(guān)屬性。其它遺跡圖層中的屬性表可以根據(jù)具體情況設(shè)定相應(yīng)的字段，記錄考古發(fā)掘中的大量信息?！?-6GIS的空間分析方法空間分析是GIS的重要功能，是GIS區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的關(guān)鍵特征，更是評價GIS系統(tǒng)性能的一項主要指標?？臻g分析是基于地理對象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息。在GIS技術(shù)應(yīng)用研究中，需要根據(jù)已有空間數(shù)據(jù)的特征，運用GIS軟件的特殊原理和算法，生成多種空間數(shù)據(jù)模型，充分展示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系及其變化特征，對空間數(shù)據(jù)進行操作、處理、分析、模擬和決策?？臻g分析通過對空間數(shù)據(jù)的分析處理，獲取地理對象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間演變等新信息?？臻g分析的對象是空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有空間位置、空間關(guān)系、時序性、多尺度、多維性和海量數(shù)據(jù)等特點?？臻g分析不僅需要考慮空間實體位置、屬性特征，還要關(guān)心空間實體間的拓撲關(guān)系、空間分布組合、距離和方位、空間交互，這樣才能刻畫空間數(shù)據(jù)的分布模式，探索和模擬各種分布模式的關(guān)系，以提高對空間實體的預(yù)測和控制水平。

1.空間數(shù)據(jù)的量算GIS軟件都能夠進行長度、面積和體積量算。矢量數(shù)據(jù)中可以根據(jù)點位坐標計算兩點之間的直線距離，能夠基于梯形面積公式的計算方法解算多邊形的面積。柵格數(shù)據(jù)的長度計算分四鄰域方向長度計算和八鄰域方向長度計算，四方向長度計算根據(jù)相鄰柵格單元在水平和垂直方向的距離來計算，八方向長度計算根據(jù)相鄰柵格單元在8個方向的距離來計算。柵格數(shù)據(jù)的面積計算實質(zhì)是統(tǒng)計多邊形中柵格的數(shù)目。空間數(shù)據(jù)的量算能夠統(tǒng)計古代聚落、古城遺址等的面積，考古遺跡之間的距離、考古發(fā)掘的土方量等等。

2.空間信息的查詢檢索圖文互訪

由圖（空間位置）查（檢索）文（屬性）：基于空間特征的查詢。

用戶可以在屏幕上用鼠標點擊圖形影像來檢索發(fā)生在該位置上或距該位置一定距離以內(nèi)的空間對象的屬性特征信息由文（屬性）查（檢索）圖（空間位置、分布）：基于屬性特征的查詢。

屬性條件查詢用戶可以在圖形中找出符合一定屬性條件的空間對象，被選中的對象區(qū)域可以在原視圖中高亮顯示

條件查詢

根據(jù)數(shù)據(jù)項與運算符組成的條件表達式來查詢圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)（如用SQL實現(xiàn)條件查詢）算術(shù)運算符：＋－×/關(guān)系運算符：=<<=>>=<>邏輯運算符：NOTANDOR...空間對象關(guān)系符：空間對象相關(guān)函數(shù)：

空間關(guān)系查詢點、線、面之間相互關(guān)系查詢，檢索與指示相關(guān)的空間目標，即拓撲關(guān)系查詢面-面、面-線、面-點、線-面、線-線、線-點、點-面、點-線相互關(guān)系查詢

3.空間數(shù)據(jù)的疊置空間數(shù)據(jù)的疊置分析是GIS的重要功能，它以空間層次分析理論為基礎(chǔ)，而空間層次分析理論的發(fā)展又同空間疊置分析的應(yīng)用直接相關(guān)?？臻g數(shù)據(jù)的疊置在圖間進行，被疊置的圖必須是同一地區(qū)、同一比例尺、同一投影方式，且各圖均已進行了配準。經(jīng)常需要將遙感影像、等高線、水系和聚落分布等圖層進行了疊置?？臻g數(shù)據(jù)的疊置是將兩幅或多幅專題圖重疊在一起，以生成新圖和對應(yīng)的屬性。疊置分析既能對存在的不同類型信息進行綜合分析，又能通過圖形疊置獲取新信息。按疊置方式分類根據(jù)疊置方式不同，可以分視覺疊置、信息復(fù)合疊置。視覺疊置不改變參加疊置的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也不形成新的空間數(shù)據(jù)，只給用戶帶來視覺效果。信息復(fù)合疊置不僅要產(chǎn)生視覺效果，還要對參加疊置的多種空間數(shù)據(jù)在區(qū)域內(nèi)進行重新組合，從而形成新的目標，產(chǎn)生新的圖層。按疊置對象分類根據(jù)疊置對象的不同，疊置分析可分為點和面的疊置、線和面的疊置、面和面的疊置、線和線的疊置、點和點的疊置及點和線的疊置。其中面和面之間的疊置應(yīng)用最廣。按疊置采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分類按疊置采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可分為矢量疊置和柵格疊置。矢量疊置實質(zhì)上是實現(xiàn)拓撲疊置，疊置后得到新的空間特性關(guān)系和非空間屬性。柵格疊置能夠得到新的柵格圖，而在柵格疊置時，尤其是當疊加要素較多時，可能產(chǎn)生很多組合，其數(shù)量可能很大，使用戶無法接受。這時需要在疊置前或疊置后進行聚合或聚類處理。按疊置功能分類按疊置功能可分為類型合成疊置、統(tǒng)計疊置、信息提取疊置。類型合成疊置是通過對兩幅圖進行交、并、差等疊置運算，求出交集、并集、差集；統(tǒng)計疊置是通過疊置統(tǒng)計出一種要素在另一種要素的某個區(qū)域內(nèi)的分布狀況和數(shù)量特征；信息提取疊置是通過建立幾何圖形，如圓、矩形、條帶、不規(guī)則多邊形等圖形和被疊置信息進行疊置，以提取圓、矩形、條帶、不規(guī)則多邊形內(nèi)包含的圖形信息。視覺疊置視覺疊置的實質(zhì)是將同一地區(qū)、同一比例尺的不同層面的圖形信息進行疊加顯示，從顯示的疊置圖上對它們間的空間位置、空間形態(tài)、空間關(guān)系進行視覺判斷分析。視覺疊置不改變原有數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不生成新數(shù)據(jù)，但它能夠給用戶帶來視覺效果，幫助用戶分析問題。視覺疊置包括一下幾種情況：不同要素之間的視覺信息疊置專題地圖與遙感影像圖的疊置專題地圖與DEM疊置顯示立體專題圖遙感影像與DEM疊置生成三維地物景觀圖基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析GIS中數(shù)據(jù)疊置分析既可用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也可用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，兩者都能得到空間數(shù)據(jù)的新集合。以面狀地物的疊置為例，矢量數(shù)據(jù)疊置得到的是新的多邊形，柵格數(shù)據(jù)疊置得到的是新的數(shù)據(jù)集合。被疊置的對象都是指同一地區(qū)、同一比例尺的兩組或兩組以上的圖層。矢量數(shù)據(jù)疊置中常用的有統(tǒng)計疊置和類型合成疊置兩種方式。統(tǒng)計疊置不對疊置圖件做分割和合并等位置分析，它的目的是精確地計算一種要素在另一種要素的某個區(qū)域多邊形內(nèi)的分布狀況和數(shù)量特征，或者是通過疊置，統(tǒng)計某個區(qū)域范圍內(nèi)某種專題內(nèi)容的數(shù)據(jù)，并輸出統(tǒng)計報表或列表。例如，統(tǒng)計一個重要聚落周圍5公里范圍內(nèi)的其它聚落分布情況，并且將統(tǒng)計結(jié)果通過圖形和表格顯示出來。類型合成疊置實質(zhì)上是拓撲疊置，這時需要對被疊置圖做全面的空間疊置分析。類型合成疊置的目的是通過區(qū)域多重屬性的模擬，尋找和確定同時具有幾種地理屬性的分布區(qū)域，或者按照確定的地理指標，對疊置后產(chǎn)生的具有不同屬性級的多邊形進行重新分類或分級。類型合成疊置的結(jié)果形成新的多邊形。例如，根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)水系圖、坡度圖、聚落分布圖等要素，提取距離水系600米以內(nèi)、坡度小于3°、聚落周圍3公里以內(nèi)的區(qū)域。

基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析柵格數(shù)據(jù)疊置操作比較簡單，概念清楚，但數(shù)據(jù)量大、精度較低。柵格數(shù)據(jù)疊置的實質(zhì)是在確定疊置操作的邏輯表達式后，計算柵格矩陣數(shù)據(jù)中每個像元的邏輯交、邏輯并、邏輯差運算及其組合運算，最后將每個柵格值賦予運算的結(jié)果，得到結(jié)果柵格矩陣。柵格圖層疊加的形式一般是二值邏輯疊加，常作為柵格結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫查詢工具，通常分為兩步，首先為每個條件創(chuàng)建一個新圖層，通常是二值圖層，1代表符合條件，0表示所有不符合條件。第二步進行二值邏輯疊加操作得到想查詢的結(jié)果。

4.鄰域分析鄰域分析是通過空間點周圍的鄰近點或某特定位置及方向范圍內(nèi)的鄰近區(qū)域進行分析的一種方法，強調(diào)鄰域幾何分析，一般有緩沖區(qū)分析和泰森多邊形分析。緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)分析（BufferAnalysis）是GIS常用的空間分析，緩沖區(qū)是指GIS中基本空間要素點、線、面實體周圍建立的具有一定寬度的鄰近區(qū)域。從數(shù)據(jù)的角度看，緩沖區(qū)是給定空間對象的鄰域，可以用鄰近度描述地理空間中兩個地物距離相近的程度。緩沖區(qū)分析是解決鄰近度問題的分析工具，也是GIS中基本的空間分析工具。如分析河流緩沖區(qū)與聚落分布的關(guān)系。緩沖區(qū)分點緩沖區(qū)、線緩沖區(qū)、面（多邊形）緩沖區(qū)。其中多邊形的緩沖區(qū)也可以向內(nèi)拓展。建立緩沖區(qū)是進行緩沖區(qū)分析的基礎(chǔ)，緩沖區(qū)是以圖形元素為基礎(chǔ)，拓寬或緊縮一定寬度而形成區(qū)域。這個寬度通常是等距離的，但也可以是不等距離（變距離）的緩沖區(qū)。從緩沖區(qū)分析的角度看，建立緩沖區(qū)不是最終目的，單純的建立緩沖區(qū)一般沒有實際意義，只有將建立的緩沖區(qū)同GIS中其他分析功能結(jié)合起來，才能實現(xiàn)緩沖區(qū)分析功能。緩沖區(qū)建立之后，便可以對緩沖區(qū)內(nèi)空間信息形態(tài)、特性、分布做進一步分析。緩沖區(qū)分析常涉及疊置分析，如聚落考古研究中將河流緩沖區(qū)與聚落分布圖進行疊置，研究聚落分布與河流緩沖區(qū)的關(guān)系。泰森多邊形泰森多邊形分析是由荷蘭氣象學(xué)家A.H.Thiesen提出的一種空間分析方法，最初用于從離散分布氣象站的降雨量數(shù)據(jù)中計算平均降雨量。泰森多邊形是由一批具有一定分布的離散樣本點數(shù)據(jù)生成，該多邊形的邊界確定了受離散樣本點影響最明顯的最小區(qū)域，該區(qū)域的屬性可用此樣本點數(shù)據(jù)屬性表示。多個互不重疊的離散數(shù)據(jù)點，生成的泰森多邊形具有如下特性：

(1)每個泰森多邊形內(nèi)只包含一個離散數(shù)據(jù)點；

(2)泰森多邊形內(nèi)的任意點同該多邊形包含的離散數(shù)據(jù)點間距離小于它同任何其他離散數(shù)據(jù)點間的距離；

(3)泰森多邊形的任意一個頂點必有3條邊同它連接，這些邊是相鄰3個泰森多邊形的兩兩拼接的公共邊；

(4)泰森多邊形內(nèi)的任意一個頂點周圍有3個離散數(shù)據(jù)點，將其連成三角形后，該三角形的外接圓圓心即為該頂點。

5.空間網(wǎng)絡(luò)分析空間網(wǎng)絡(luò)分析是對地理網(wǎng)絡(luò)進行地理分析和模型化。由于網(wǎng)絡(luò)分析以線狀模式為基礎(chǔ)，通常用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)空間網(wǎng)絡(luò)分析。這里所說的網(wǎng)絡(luò)，不是指計算機網(wǎng)絡(luò)，而是由一組線狀要素相互聯(lián)結(jié)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。從數(shù)學(xué)的角度看，網(wǎng)絡(luò)分析的理論基礎(chǔ)是圖論。GIS將圖論中的網(wǎng)絡(luò)概念引入到地理空間中，來表達和描述基于網(wǎng)絡(luò)的地理目標，從而形成了地理網(wǎng)絡(luò)的概念。從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的角度，網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)是非線性圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)分析的實質(zhì)是通過研究網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，模擬和分析資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動和分配，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上資源的優(yōu)化問題。在解決城市交通規(guī)劃、城市管線設(shè)計、醫(yī)療機構(gòu)設(shè)施的布點、救援行動路線的選擇等方面，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?？脊叛芯恐幸灿袑W(xué)者通過網(wǎng)絡(luò)分析，研究聚落周圍人類獲取資源以及資源沿水系等網(wǎng)絡(luò)流動的情況?？臻g網(wǎng)絡(luò)分析包含的內(nèi)容很豐富，其應(yīng)用領(lǐng)域正在日益拓寬。主要包括路徑分析、資源的定位與配置、連通分析和流分析。路徑分析網(wǎng)絡(luò)分析的典型應(yīng)用是求最短路徑問題。最短路徑分析是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓撲性質(zhì)，在網(wǎng)絡(luò)圖中求結(jié)點之間有無路徑；求從一個結(jié)點出發(fā)到其他各結(jié)點之間的最短路徑，或求每對結(jié)點之間的最短路徑。實際使用中最短路徑分析不一定是距離，也可以定義為兩點間所用時間、所付運費、物流量等。最佳路徑實質(zhì)上是求加權(quán)后的最短路徑。例如，在交通運輸中兩個地點之間的最短路徑，不一定是最佳路徑，因為道路可能有上坡、下坡、路面質(zhì)量、道路擁擠度等因素。為此，可對兩點之間賦予權(quán)重，以表示兩點之間的有效距離。定位與配置分析定位與配置分析（Location-AllocationAnalysis）是通過對需求源和供應(yīng)點的分析，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的最優(yōu)布局，并對一個或多個中心點資源在網(wǎng)絡(luò)上的最優(yōu)分配問題進行模擬。定位問題是指已知需求源的分布，確定在何處設(shè)置供應(yīng)點最好。配置問題是確定需求源分別由哪些供應(yīng)點提供，即已設(shè)定供應(yīng)點，求需求配置點。定位與配置是指同時解決需求分配點和供應(yīng)點兩個問題。考古研究中，空間配置分析將聚落與地域進行關(guān)聯(lián)，使GIS支持的地域特性和人類行為關(guān)系的研究成為可能。連通分析尋求從一個結(jié)點出發(fā)，可到達的全部結(jié)點或網(wǎng)線，其中最少費用的連通問題是連通分析中的特定問題。流分析用來尋求資源從一個地點出發(fā)，運到另一個地點的最優(yōu)化方案，優(yōu)化標準包括時間最少、費用最低、路程最短、資源流量最大等。

6.空間密度分析空間密度分析是根據(jù)要素的數(shù)據(jù)集計算整個區(qū)域的數(shù)據(jù)聚集狀況，從而產(chǎn)生一個連續(xù)的密度表面。密度分析主要是基于點要素進行的，以每個待計算的格網(wǎng)點為中心，進行圓形區(qū)域搜尋，計算每個格網(wǎng)點的密度值。密度分析本質(zhì)上是一個通過離散采樣點進行表面內(nèi)插的過程，根據(jù)內(nèi)插原理的不同，分為核函數(shù)密度分析（Kernal）和簡單密度分析（Simple）兩種情況，具體操作中一般會有兩種選項可供選擇?？脊叛芯恐杏袑W(xué)者對聚落的分布進行空間密度分析，研究聚落分布的密度與環(huán)境特征的關(guān)系。由于不同聚落的面積往往懸殊很大，所以根據(jù)聚落的數(shù)目進行簡單密度分析顯得不是很合理，應(yīng)該考慮聚落面積差異等情況。另外，考古發(fā)現(xiàn)的典型器物、特殊材料等的空間密度分析可能具有一定的意義。

7.空間統(tǒng)計分析空間數(shù)據(jù)之間存在著許多相關(guān)性和內(nèi)在聯(lián)系，為了找出空間數(shù)據(jù)之間的主要特征和關(guān)系，需要對空間數(shù)據(jù)進行分類和評價，即進行空間統(tǒng)計分析。通常用戶可以根據(jù)不同的使用目的，選擇GIS中存儲的數(shù)據(jù)，運用適當?shù)慕y(tǒng)計方法，獲得所需信息?？臻g統(tǒng)計分析在考古學(xué)研究中也有廣泛的應(yīng)用，人骨測量數(shù)據(jù)、陶器與金屬器物的成分等數(shù)據(jù)都可進行統(tǒng)計分析，為體質(zhì)人類學(xué)研究、陶器與金屬器物產(chǎn)地研究、器物流通線路研究等提供了強有力的支持。一般包括主成分分析、層次分析、聚類分析和判別分析等?！?-7數(shù)字地面模型數(shù)字地面模型（DTM，DigitalTerrainModel）是美國MIT攝影測量實驗室主任米勒（C.L.Miler）首先提出，用于各種線路選線（鐵路、公路、輸電線）的設(shè)計以及各種工程的面積、體積、坡度計算，以及任意兩點間的通視判斷及任意斷面圖繪制。DTM可以用于提取各種地形參數(shù)，如坡度、坡向、粗糙度等，并進行可視性、流域結(jié)構(gòu)等分析，在很多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在測繪中DTM可用于生成等高線、坡度坡向圖、立體透視圖，制作正射影像圖以及地圖的修測，是地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。DEM與DEM數(shù)字地面模型是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。數(shù)字地面模型中地形屬性為高程時稱為數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，簡稱DEM）。DEM通常用規(guī)則格網(wǎng)單元構(gòu)成的高程矩陣來表示，廣義的DEM還包括等高線、三角網(wǎng)等所有表達地面高程的數(shù)字表示。在地理信息系統(tǒng)中，DEM是建立DTM的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其它的地形要素可由DEM直接或間接導(dǎo)出，稱為“派生數(shù)據(jù)”，如坡度、坡向等。DEM的數(shù)學(xué)表示方法用數(shù)學(xué)方法來表達，可以采用整體擬合方法，即根據(jù)區(qū)域所有的高程點數(shù)據(jù)，用復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)擬合統(tǒng)一的地面高程曲面。也可用局部擬合方法，將地表復(fù)雜表面分成正方形規(guī)則區(qū)域或面積大致相等的不規(guī)則區(qū)域進行分塊搜索，根據(jù)有限個點進行擬合形成高程曲面。DEM的主要表示模型規(guī)則格網(wǎng)模型：規(guī)則格網(wǎng)（Grid）模型用規(guī)則的采樣點數(shù)據(jù)組成，或把不規(guī)則采樣點數(shù)據(jù)內(nèi)插成規(guī)則點數(shù)據(jù)，而后，以矩陣形式來表示地面形狀。在規(guī)則格網(wǎng)模型中，將空間區(qū)域分成規(guī)則的等距離單元，每個單元對應(yīng)一個數(shù)值。在數(shù)學(xué)上，將這些數(shù)據(jù)表示為一個矩陣，矩陣中每個元素的值為該采樣點的高程值。在計算機中這些數(shù)據(jù)表示為一個二維數(shù)組，每個數(shù)組元素對應(yīng)一個高程值。規(guī)則格網(wǎng)模型是DEM最廣泛使用的格式。目前，很多國家都以規(guī)則格網(wǎng)的數(shù)據(jù)矩陣作為DEM的提供方式。規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，算法實現(xiàn)容易，便于空間操作和存儲等優(yōu)點，尤其適合在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS系統(tǒng)中。而且容易計算等高線、坡度、坡向、自動提取地域地形。規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的缺點在于數(shù)據(jù)量大，通常采用壓縮存儲。面對不規(guī)則的地面特性，采用規(guī)則的數(shù)據(jù)表示，兩者之間本身就不協(xié)調(diào)，所以規(guī)則格網(wǎng)不利于表示復(fù)雜地形。在地形平坦的地方，存在大量的數(shù)據(jù)冗余。不規(guī)則三角網(wǎng)模型：不規(guī)則三角網(wǎng)（TriangulatedIrregularNetwork,TIN）是另外一種表示數(shù)字高程模型的方法，它既減少規(guī)則格網(wǎng)方法帶來的數(shù)據(jù)冗余，同時在計算（如坡度）效率方面又優(yōu)于純粹基于等高線的方法。TIN模型根據(jù)區(qū)域有限個點集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任意點落在三角面的頂點、邊上或三角形內(nèi)。如果點不在頂點上，該點的高程值通常通過線性插值的方法得到（在邊上用邊的兩個頂點的高程，在三角形內(nèi)則用三個頂點的高程）。

TIN的數(shù)據(jù)存儲方式比格網(wǎng)DEM復(fù)雜，它不僅要存儲每個點的高程，還要存儲其平面坐標、節(jié)點連接的拓撲關(guān)系，三角形及鄰接三角形等關(guān)系。TIN模型在概念上類似于多邊形網(wǎng)絡(luò)的矢量拓撲結(jié)構(gòu)。不規(guī)則三角網(wǎng)模型由連續(xù)的三角面組成，三角面的形狀和大小取決于不規(guī)則分布的測點或節(jié)點的位置和密度。不規(guī)則三角網(wǎng)與高程矩陣方法不同之處是隨地形起伏變化的復(fù)雜性而改變采樣點的密度和決定采樣點的位置，因而它能夠避免地形平坦時的數(shù)據(jù)冗余，又能按地形特征點如山脊、山谷線、地形變化線等表示數(shù)字高程特征。不規(guī)則三角網(wǎng)模型克服柵格數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)冗余問題，表示地面形態(tài)效率高，數(shù)據(jù)精度高。它能較好地表示地性線，充分表示復(fù)雜的地形特征，適應(yīng)起伏不同的地形。但是，不規(guī)則三角網(wǎng)模型算法實現(xiàn)復(fù)雜，由于形成三角網(wǎng)方法不同有不同算法，對特殊的地性線要調(diào)整。通常大比例尺數(shù)字高程模型采用能表示地性線的不規(guī)則三角網(wǎng)，以便較精確地顯示小區(qū)域地形特性；小比例尺數(shù)字高程模型通?？刹捎靡?guī)則格網(wǎng)模型，以顯示大區(qū)域宏觀地形特性。等高線模型：等高線以符號化模型來表示空間立體的形態(tài)，即用高程相等的相鄰地面點連結(jié)成封閉曲線來表示連續(xù)遞變的面狀地形分布特征。等高線模型表示高程，高程值的集合是已知的，每一條等高線對應(yīng)一個已知的高程值，這樣一系列等高線集合和它們的高程值一起就構(gòu)成了一種地面高程模型。等高線通常被存成一個有序的坐標點對序列，可以認為是一條帶有高程值屬性的簡單多邊形或多邊形弧段。由于等高線模型只表達了區(qū)域的部分高程值，往往需要一種插值方法來計算落在等高線外的其它點的高程，又因為這些點是落在兩條等高線包圍的區(qū)域內(nèi)，所以，通常只使用外包的兩條等高線的高程進行插值。DEM模型之間的相互轉(zhuǎn)換在實際應(yīng)用中，經(jīng)常需要將不同的DEM模型相互轉(zhuǎn)換。大部分DEM數(shù)據(jù)都是規(guī)則格網(wǎng)DEM，但由于規(guī)則格網(wǎng)DEM的數(shù)據(jù)量大而不便存儲，而且很多分析計算需要使用TIN模型的DEM，如進行通視分析，需要將規(guī)則格網(wǎng)DEM轉(zhuǎn)成TIN模型的DEM。反之，如果已有TIN模型的DEM數(shù)據(jù)，為滿足水文分析等的需要，也需要轉(zhuǎn)成規(guī)則格網(wǎng)的DEM。現(xiàn)在常用的GIS軟件基本上都具有實現(xiàn)這些轉(zhuǎn)換的功能，基本上包括不規(guī)則點集生成TIN、格網(wǎng)DEM轉(zhuǎn)成TIN、等高線轉(zhuǎn)成TIN、TIN提取等高線、TIN轉(zhuǎn)成格網(wǎng)DEM?！?-8數(shù)字地形分析數(shù)字地形分析可以分為兩個部分，其一是通過數(shù)字地面模型計算出地面坡度、坡向和地表粗糙度等基本地形因子。其二是根據(jù)數(shù)字地面模型進行通視性分析、可視域分析、水文分析等分析計算。地形曲面擬合由于DEM數(shù)據(jù)屬于地面離散高程點組成的數(shù)據(jù)集，高程點之外的區(qū)域沒有高程數(shù)值，所以，DEM最基礎(chǔ)的應(yīng)用是求DEM范圍內(nèi)任意點的高程，在此基礎(chǔ)上進行地形屬性分析。由于已知有限個格網(wǎng)點的高程，可以利用這些格網(wǎng)點高程擬合一個地形曲面，推求區(qū)域內(nèi)任意點的高程。曲面擬合方法可以看作是一個已知規(guī)則格網(wǎng)點數(shù)據(jù)進行空間插值的特例，距離倒數(shù)加權(quán)平均方法、克里金插值方法、樣條函數(shù)等插值方法均可選用。生成立體透視圖

透視立體圖能更好地反映地形的立體形態(tài)，非常直觀。與采用等高線表示地形形態(tài)相比有獨特的優(yōu)點，更接近人們的直觀視覺。特別是隨著計算機圖形處理工作的增強以及屏幕顯示系統(tǒng)的發(fā)展，使立體圖形的制作具有更大的靈活性，人們可以根據(jù)不同的需要，對于同一個地形形態(tài)作各種不同的立體顯示。例如局部放大，改變高程值的放大倍率以夸大立體形態(tài)；改變視點的位置以便從不同的角度進行觀察，還可以通過鼠標控制立體圖形的視點與視角等各個參數(shù)值，從不同方位、不同距離顯示形態(tài)各不相同的透視圖。還能夠設(shè)置飛行路線，實時地產(chǎn)生動畫DTM透視圖。地面坡度計算坡度和坡向是表示地面形態(tài)的兩個重要因子，不管從物理意義上還是從地形分析的角度看，坡度和坡向都是不可分開的，沒有坡度的地面也就沒有坡向。地面坡度和坡向都可以由TIN或Grid直接生成。坡度（Slope）是描述地形的重要參數(shù)，地面坡度是表示地表面斜坡的傾斜程度。由于空間曲面上不同位置的坡度是不同的，地面上給定點的坡度是曲面上該點的法矢線與垂直方向間的夾角。坡度也可以定義為過地面點的切面與水平面的夾角。地面坡向計算地面的坡向（Aspect）就是坡面的朝向，是坡面法線在水平面上的投影與正北方向的夾角。坡向粗略地可分為向南、向北、向東、向西4個方向。如將其細分，可分為向南、向北、向東、向西、向東南、向西南、向東北和向西北8個方向。在地學(xué)領(lǐng)域中，通常根據(jù)法線在水平面上的投影位置，將其分成陽坡、陰坡、半陽坡和半陰坡?？梢曅苑治隹梢曅裕╒isibility）分析應(yīng)該屬于對地形最優(yōu)化處理的范疇?？梢曅苑治鲇袃煞N情況，其一是通視性（InterVisibility）分析，顯示兩點之間的通視情況，從而判斷從一個觀察點是否能夠看到目標物。其二是可視域（Viewshed）分析，研究從一個或多個觀察點可以觀察的區(qū)域。不可視區(qū)域不可視區(qū)域可視性分析對于人類行為的研究應(yīng)該具有非常重要的意義，特別是在人類社會發(fā)展之初，出于對自然環(huán)境的無知和恐懼，古人在選擇居住地、墓葬等位置時，往往會考慮可視性的問題。但是現(xiàn)有的考古材料尚不夠完備，很多地域的可視性研究還不能很好的開展。建立可視域之前需要確定視點的位置和高度等參數(shù)，同時設(shè)定新圖層的柵格大小，然后由點圖層與TIN或Grid一起生成可視域圖層。生成的可視域中可視范圍可設(shè)置為無色調(diào)顯示，不可視范圍以一種淺色調(diào)顯示。當?shù)讏D為遙感影像時，再疊置不同時期的聚落要素，這樣就可以較好地展示重要聚落與中小型聚落或其它環(huán)境要素之間的可視特征。水文分析水文分析是研究地表水流等情況。GIS軟件可以根據(jù)地形數(shù)據(jù)模擬生成局部區(qū)域中水流的方向，計算出最小溝谷的集水區(qū)域。水文分析對考古學(xué)研究應(yīng)該具有非常重要的意義，由流域產(chǎn)生的地形特征對古代聚落分布、人類生產(chǎn)活動等都具有最直接的影響。水文分析是對格網(wǎng)DEM進行分析，如果只有TIN數(shù)據(jù)，首先需要將TIN轉(zhuǎn)換成Grid。格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)是一些離散的高程點數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)本身不能反映實際地表的水文特征。為了從格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)中得到流域地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)，需要生成一個清晰的流域地貌結(jié)構(gòu)模型。

生成流向圖水文分析中首先需要定義Grid格網(wǎng)點之間的水流方向，對于每一個格網(wǎng)而言，水流方向是指水流離開此格網(wǎng)時的指向。在ARCGIS9.x等軟件中，中心格網(wǎng)的水流方向通過其周圍8個方向的編碼來確定。方向值以2的倍數(shù)指定是因為存在格網(wǎng)水流方向不能確定的情況，此時需要將數(shù)個方向值相加，以便在后續(xù)處理中根據(jù)相加結(jié)果確定中心格網(wǎng)的水流方向。

幾種例外情況的特殊處理：如果一個格網(wǎng)點的最大坡向格網(wǎng)點與之具有相同的高程值，且之前沒有其它格網(wǎng)點流向這個相鄰格網(wǎng)，則強制流向它。如果還有另外的格網(wǎng)點流向這個相鄰格網(wǎng)，則當前格網(wǎng)點為凹點。當兩個或多個相鄰格網(wǎng)點的最大坡向相等時，先比較各自相鄰格網(wǎng)點坡向，如果仍沒解決，繼續(xù)比較相對格網(wǎng)點的坡向，決定賦一個流向。對于具有相同高程值的區(qū)域則擴大搜索窗口半徑，用7×7窗口，如果需要還可以使用更大窗口。在DEM數(shù)據(jù)的外圍加一圈高程值為0的格網(wǎng)點，強制其最大坡向流向研究區(qū)之外。這一點在有的軟件中作為選項出現(xiàn)。填充洼地DEM是比較光滑的地形表面模型，但是由于存在DEM誤差和洼地地形，使得DEM表面存在一些凹陷的區(qū)域，其水流方向不會指向流域出口，而是終止于凹陷點，導(dǎo)致計算水流方向時一些區(qū)域會產(chǎn)生不合理甚至錯誤的結(jié)果。所以在進行水流方向計算之前，首先應(yīng)該對DEM數(shù)據(jù)進行洼地填充，得到無洼地的DEM數(shù)據(jù)。

洼地填充的基本過程是先根據(jù)水流方向數(shù)據(jù)計算出DEM數(shù)據(jù)中的洼地區(qū)域，再計算洼地深度，然后依據(jù)這些洼地的深度設(shè)定填充閾值，完成洼地填充。最后根據(jù)無洼地DEM重新生成新流向圖，進行后續(xù)的計算。計算匯流累積量

匯流累積量數(shù)值矩陣表示研究區(qū)域中每個點的流水累積量，可以根據(jù)水流方向數(shù)據(jù)進行計算。計算匯流累積量時，首先假設(shè)規(guī)則格網(wǎng)的DEM每點處有一個單位的水量，按照自然水流從高處流往低處的自然規(guī)律，根據(jù)區(qū)域地形的無洼地水流方向數(shù)據(jù)計算每點處所流過的水量數(shù)值，于是得到該區(qū)域的匯流累積量。計算匯流累積量時，還可以根據(jù)區(qū)域內(nèi)降水、土壤、植被等影響徑流分布不平衡的因素建立一個權(quán)重矩陣，以便更精確地模擬該區(qū)域的地表特征。如果沒有權(quán)重矩陣數(shù)據(jù)，一般系統(tǒng)默認為1。根據(jù)匯流累積量還能夠計算出水流長度，即地面上每一點沿水流方向到達其流向起點（或終點）間的最大地面距離在水平面上的投影長度。水流長度直接影響地面徑流的速度，進而影響地面土壤的侵蝕力。水流長度的計算方式有順流計算和溯流計算兩種，順流計算是計算地面上每一點沿水流方向到該點所在流域出水口的水平投影距離，溯流計算是計算地面上每一點逆水流方向到其流向起點的水平投影距離。提取河網(wǎng)

匯流累積量圖形已經(jīng)基本上顯示出河網(wǎng)的分布情況，由此根據(jù)地表徑流漫流模型，當某一柵格的匯流量達到一定數(shù)值時，就會產(chǎn)生地表水流，所有匯流量大于臨界值的柵格就是潛在的水流路徑，由水流路徑構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)就是河網(wǎng)。河網(wǎng)生成過程中匯流累積量閾值的設(shè)置非常重要，不同級別的溝谷對應(yīng)不同的閾值，不同區(qū)域中相同級別的溝谷對應(yīng)的閾值也不相同。在設(shè)定閾值時，應(yīng)該通過不斷改變數(shù)值大小和利用現(xiàn)有相關(guān)資料輔助檢驗的方法來確定閾值。再通過柵格計算的方法，得到柵格河網(wǎng)圖形。最后將柵格河網(wǎng)矢量化，生成矢量數(shù)據(jù)河網(wǎng)圖。流域分割

流域（Watershed）又稱集水區(qū)域，是指流經(jīng)其中的水流或其它物質(zhì)從一個公共的出水口排出而形成的一個集中的排水區(qū)域，可以顯示出每個流域匯水區(qū)域的大小。出水口（或點）即流域內(nèi)水流的出口，是整個流域的最低處。集水區(qū)域間的分界線就是分水嶺，分水嶺包圍的區(qū)域稱為一條河流或水系的流域。計算集水區(qū)域之前需要統(tǒng)計河網(wǎng)中結(jié)點之間的連接信息，得到每個河網(wǎng)弧段的起始點和終止點，然后便可以生成流域盆地和集水區(qū)域。流域盆地是由分水嶺分割而成的匯水區(qū)域，可利用水流方向確定出所有相互連接并處于同一流域盆地的柵格區(qū)域。首先，確定窗口邊緣出水口的位置，所有流域盆地的出水口均處于分析窗口的邊