武大GIS考研复习整理

1、地理信息系统基础第一章、绪论1. 信息的特征客观性：任何信息都是与客观事实紧密联系的，这是信息正确性和精确度的保证。适用性：信息是为特定的对象服务的，同时也是为服务对象提供管理、分析、决策的有用信息。可传输性：信息可以在信息发送者和信息接受者之间传输。共享性：同一信息可传输给多个用户，为多个用户共享，而本身并无损失，这是与实物不同的。2. 数据和信息的关系？数据是指对某一目标进行定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、语言、图形、图像以及它们能够转换成的形式。信息是用数字、文字、符号、语言、图形、图像等介质或载体，表示事件、事物或现象的内容、数量或特征，向人们(或系统)提供关于现实世界

2、新的事实的知识。联系：信息与数据是不可分离的。就本质而言，数据是客观对象的表示，信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。信息是对数据解释、运用与解算，数据（即使是经过处理以后的数据）只有经过解释才有意义，才成为信息。区别：数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变，即信息不随载体的物理设备形式的改变而改变。信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式的改变而改变。数据是原始事实，而信息是对数据处理、解释的结果。信息是观念上的

3、。不同的人对于同一数据的理解可得到不同的信息。3. 地理信息的概念和特性地理数据(Geographic Data)是各种地理特征和现象之间关系的符号化表示，包括空间位置特征、属性特征和时态特征三个基本特征部分。地理信息(Geographic Information)是指与所研究对象的空间分布有关的信息，它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律，是对地理数据的解释。地理信息除了具备信息的一般特性外，还具备以下特性：空间性即区域性。地理信息属于空间信息，具有空间定位的特点，这是地理信息系统区别其他类型信息最显著的标志。多维性是指在一个坐标位置上具有多个专题和属性的信息结构。动态性

4、即时序特征，主要是指地理信息随时间的动态变化特征。4. GIS的含义，GIS与其他IS之间的联系和区别。 地理信息系统(Geographical Information System)是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、存储、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的空间规划、决策和管理问题。 信息系统(Information System)是由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成的以处理信息流为目的的人机一体化系统。具有数据采集、存储管理、分析和表达能力。主要可分为事务处理系统、决策支持系统、管理信息系统、人工智能和专家系统。 GIS与其他类型

5、信息系统的关系：联系：GIS与其他类型的信息系统都属于信息系统，主要都是由系统硬件、软件、数据和用户等要素组成，以信息作为操作和处理的主要对象，通过对信息的采集、输入、存储、处理、分析和输出，以解决一些复杂的实际问题。都与计算机科学、信息科学和系统工程等有密切的关系。区别：GIS以空间数据作为处理和操作的主要对象，这是它区别于其他信息系统的根本标志。GIS的技术优势在于它的空间分析能力。GIS独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形处理和表达、空间模拟和空间决策支持等，可产生常规方法难以获得的重要信息，这是GIS的重要贡献。学科基础不尽相同。GIS与地理学、地图学

6、、测绘学联系紧密。补充：GIS的分类按研究范围分：全球性信息系统和区域性信息系统按研究内容分：专题信息系统和综合信息系统按其所用的数据模型分：矢量信息系统、栅格信息系统和混合型信息系统。5.GIS与CAD的关系CAD (Computer Aided Design计算机辅助设计)即利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等工作。相同：都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理非图形的属性数据。不同：CAD处理的多为规则的几何图形及其组合，图形功能特别是三维图形功能极强，属性功能相对较弱，CAD中拓扑关

7、系比较简单，一般采用几何坐标系。另外，CAD一般在单幅图上操作，海量数据的图库管理能力比GIS弱。 GIS处理的数据大多来自现实世界，数据结构、数据类型更为复杂，数据量要比CAD的数据量大得多，数据采集方式多样化。空间数据与属性数据的相互操作频繁，空间分析能力较强。属性库结构复杂，功能强大。GIS采用的是地理坐标系。6.GIS的组成 一个实用的GIS系统一般由以下五个部分组成：系统硬件包括GIS主机，它是硬件系统的核心，用作数据的处理、管理和计算，包括各种大、中、小型机、微机、工作站/服务器等。GIS外部设备，包括输入/输出设备、数据存储和传送设备。GIS网络设备，包括布线系统、网桥、路由器和

8、交换机等系统软件GIS软件是整个GIS系统的核心，用于执行GIS功能的各种操作。按其功能分为GIS专业软件、数据库软件和系统管理软件。空间数据它是GIS操作和处理的主要对象，用于描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。应用人员包括系统开发人员和最终用户。应用模型GIS为解决某些具体的应用问题而专门构建的模型。7.GIS的基本功能：数据采集与编辑 数据存储与管理 数据处理和变换 空间分析和统计 产品制作与显示 二次开发与编程。8.GIS的应用领域有哪些？资源管理 资源的清查、管理和分析是GIS应用最广泛的领域，也是目前趋于成熟的主要应用领域，包括森林和矿产资源的管理、野生动植物的保护、土地资

9、源潜力的评价和土地利用规划以及水资源的时空分布特征研究等。区域规划 城市和区域规划具有高度的综合性，涉及资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等诸多因素，而GIS可以为规划人员提供一个强大的工具。例如规划人员可以利用GIS对交通流量、土地利用的人口数据进行分析，预测将来的道路等级；工程技术人员可以利用GIS将地质、水文和人文数据结合起来，进行路线和构造设计；GIS软件帮助政府部门完成总统规划、分区、土地利用等一系列的分析工作，是实现区域规划科学化和满足城市发展的重要保证。国土监测 GIS方法与多时相的遥感数据结合，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情估测和淹没损失估算、土地利用动

10、态变化分析和环境质量的评估研究等。辅助决策 GIS利用现有的数据库和互联网传输技术，已经实现了电子商贸的革命，满足企业多维性的需求，GIS和互联网正成为最佳的决策支持系统和威力强大的商战武器。9.GIS的发展过程国际：20世纪60年代是GIS思想和技术方法的探索时期，注重空间数据的地学处理； 70年代是GIS的巩固发展时期，注重空间地理信息的管理； 80年代是GIS的大发展时期，注重空间决策支持分析； 20世纪90年代GIS进入到用户时代，注重GIS的社会应用与服务； 21世纪初为GIS的空间信息网格时代。国内：准备阶段1978-1980 起步阶段1981-1985初步发展阶段 1986-19

11、95产业化阶段 1996年以来。10.当代GIS的发展动态（即应用前景、发展趋势）(见教程P17)面向对象技术与GIS结合真三维GIS和时空GISGIS应用模型的发展Internet与GIS的结合GIS和专家系统、神经网络的结合GIS与虚拟现实技术的结合3S技术集成GIS与CAD的集成并行处理技术在GIS中的应用OpenGIS的发展11.空间数据概念、特征及分类空间数据是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，以坐标和拓扑关系的形式存储。空间数据的特征：空间特征 非结构化特征 空间关系特征 分类编码特征 海量数据特征。空间数据可分为下列类别：属性数据用以描述空间实体

12、属性特征的数据，也称非几何数据。即说明“是什么”，如事物或现象的名称、数量、等级、类别等。描述时间特征的数据也可归入这一类。几何数据又称位置数据、定位数据，描述空间实体的空间关系的数据。及说明“在哪里”，用X、Y坐标来表示。关系数据又称拓扑数据，描述空间实体之间的空间关系的数据，如空间实体的邻接、关联、包含等关系。时间数据描述地理实体随时间变化的数据。有时也可将其归入属性数据。12.GIS的科学理论基础有哪些？能否称GIS为一门科学？地理信息系统的相关学科有：地理学、地图学、测绘学、遥感、应用数学、系统工程、现代通信技术、计算机图形学、数据库原理、软件工程、人工智能、计算机语言、管理学、信息学

13、等。其中：地理学为GIS提供了一些空间分析的方法和观点，成为GIS德理论依托；应用数学为GIS的计算提供了数学基础；系统工程为GIS的设计和系统集成提供了方法论；计算机科学：软件工程为地理空间信息的表达、存储、处理、分析和应用提供了有利的工具。数据库技术提供对数据的管理、更新、查询和维护功能；计算机图形学为GIS提供图形算法基础；CAD对于辅助设计提供支持；专家系统对于GIS的系统设计提供科学的方法；遥感技术：遥感作为空间数据采集手段，已成为GIS的主要信息源和数据更新途径。过去GIS往往被认为是一项专门技术，其应用主要限于测绘、制图、资源和环境管理等领域。随着地理信息产业的建立和数字化信息产

14、品在全世界的普及，GIS的社会需求量日益增大，应用日趋广泛，甚至进入千家万户，GIS已经从一门技术发展成为一门独立的新兴学科。13.试举例说明GIS的应用现状用于全球环境变化动态监测1)1987年联合国开始实施一项环境计划（UNEP），其中包括建立一个庞大的全球环境变化监测系统（GEMS）； 2)全球森林监测和森林生态变化有关项目(1990年对亚马逊地区原始森林的砍伐状况进行了调绘、1991年编制了全球热带雨林分布图）； 3)海岸线及海岸带资源与环境动态变化的监测； 4)全球性大气环流形势和海况预报等。 用于自然资源调查与管理1)在资源调查中，提供区域多条件下的资源统计和数据快速再现，为资源的

15、合理利用、开发和科学管理提供依据； 2)可应用于不同层次和不同领域的资源调查与管理（例农业资源、林业资源、渔业资源） 用于监测、预测1)借助于遥感和航测等数据，利用GIS对森林火灾、洪水灾情、环境污染等进行监视，例如，1998年长江流域发生特大洪水灾害期间，制作洪水淹没动态变化趋势影像图，为管理部门提供了有效的决策依据。 2)利用数字统计方法，通过定量分析进行预测。如加拿大金矿带的调查，分析不宜再行开采的存在储量危机的矿山，优选出新的开采矿区，并作出了综合预测图。 用于城市、区域规划和地籍管理1)GIS技术能进行多要素的分析和管理，可以实施城市和区域的多目标开发和规划，包括总体规划、建设用地适

16、宜性评价、环境质量评价、道路交通规划、公共设施配置等； 2)城市和区域规划研究（研究城市地理信息系统的标准化、城市与区域动态扩展过程中的数据实时获取、城市空间结构的真三维显示、数字城市等）； 3)地籍管理（土地调查、登记、统计、评价和使用）。 军事应用1)反映战场地理环境的空间结构；完成态势图标绘、选择进攻路线、合理配置兵力、选择最佳瞄准点和打击核心、分析爆炸等级、范围、破坏程度、射击距离等。 2)如海湾战争中，美国利用GIS模拟部队和车辆机动性、估算了化学武器扩散范围、模拟烟雾遮蔽战场的效果、提供水源探测所需点位、评定地形对武器性能的影响，为军事行动提供决策依据。 3)美国陆军测绘工程中心还

17、在工作站上建立了GIS和RS的集成系统，及时地将反映战场现状的正射影像图叠加到数字地图上，数据直接送到前线指挥部和五角大楼，为军事决策提供24小时服务。 4)科索沃战争中，利用3S高度集成技术，使打击目标更精准有效。 用于宏观决策 地理信息系统利用拥有的数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，为国家宏观决策提供依据。例如系统支持下的土地承载力研究，可以解决土地资源和人口容量的规划。其他：GIS还在金融业、保险业、公共事业、社会治安、运输导航、考古、医疗救护、农林水利等领域也得到了广泛的应用。14.GIS近代发展有什么特点？综合性开放式产业化组件式分布式第二章、地理信息系统的空间数据结构和数

18、据库1. 空间实体(Spatial Entity)：GIS将空间数据中不可再分的最小单元被称为空间实体(空间对象、空间目标)。空间实体对存在于自然界中的地理实体进行抽象,可分为点、线、面、体等基本实体类型，复杂的实体可由这些基本实体构成。地理实体：指现实世界中相对永久存在的地表物体，如山地、道路、城市等。地理现象：指一些偶然发生的地理事件，如火山喷发、洪涝、干旱以及一些天气现象等。2. 空间实体的特征空间特征是指空间实体的地理位置及空间相互关系。前者称几何特征，如某地物的经纬度；后者称拓扑特征，如区域是否接壤等。时间特征指空间实体随时间变化的特征，如人口数量的逐年变化。属性特征指空间实体的名称

19、、数量、等级、类别等属性。3. 空间关系类型有哪些？空间关系是指地理实体之间存在的与空间特性有关的关系。通常可分为三大类：拓扑关系、顺序关系、度量关系。(1)拓扑关系：常用的拓扑关系有关联、邻接和包含等空间关系。(2)顺序关系：描述空间实体之间在空间上的排列次序，如实体之间的前后、左右和东南西北等方位关系，所以也称为方向关系。(3)度量关系：描述空间实体的距离或远近等关系。距离是定量描述，而远近则是定性描述。4. 空间拓扑关系有哪些？如何表达？拓扑关系拓扑元素之间具有的拓扑属性关系。图形在拓扑变换下能够保持不变的几何属性称为拓扑属性。拓扑变换可以这样理解：设想有一个像橡皮一样的欧氏平面，可任意

20、弯曲、拉伸、压缩，但不能扭转或折叠，平面上的点、线、面组成几何图形，在变形中这些几何图形的有些属性会改变甚至消失，有些属性则保持不变，前者称为非拓扑属性，后者称为拓扑属性。空间实体之间的拓扑关系如下：点点(相离、重合)点线(邻接、相交、相离、包含)点面(邻接、相交、相离、包含)线线(邻接、相交、相离、包含、重合)线面(邻接、相交、相离、包含)面面(邻接、相交、相离、包含)实体之间的拓扑关系的具体记录方式： (1)面-链关系面：构成面的弧段 (2)链-结点关系链：链两端的结点 (3)结点-链关系结点：通过该结点的链(4)链-面关系链：左面-右面 5. 拓扑关系的意义： 拓扑关系对于数据处理和GI

21、S空间分析具有重要的意义，因为： (1)拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。 (2)有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县(面面邻接问题)；又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。 (3)根据拓扑关系可重建地理实体。 6. 矢栅数据的优缺点比较数据结构优 点缺 点矢量数据结构便于面向对象的数据表示；结构紧凑，冗余度低；具有空间实体的拓扑信息，便于网络分析；矢量数据的显示质量好、输出精度高。多边形叠合分析和数学模拟比较困难；数据结构和处理算法比较复杂。对软件

22、与硬件的技术要求比较高；显示与绘图成本比较高。栅格数据结构数据结构和处理算法简单；空间分析和地理现象的模拟均比较容易，叠置和组合操作方便；有利于与遥感数据的匹配应用和分析；输出方法快速，开发成本较低。图形数据量大，图形输出质量较低，精度不高；不具有空间实体的拓扑信息，因而难以进行网络分析等操作；对实体进行识别和分离操作比较困难；投影转换比较困难。7. 矢量数据的编码方式及特点(1)实体式(Spaghetti)也称面条模型，以实体为单位记录其位置坐标和属性信息，而不记录其拓扑关系。优点：结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。缺点：相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和数

23、据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。 岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。 所以，这种结构只用于简单的制图系统中显示图形。(2)索引式(树状)对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与边（线）、线与多边形的索引文件。 索引式(树状)与实体式相比：优点：用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。缺点：表达拓扑关系较繁琐，给相邻运算、消除无用边、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难，以人工方式建立编码表，工作量

24、大，容易出错。而且这种编码方式仅考虑了编码对象之间的层次关系，未考虑邻接关系。(3)双重独立式 简称DIME(Dual Independent Map Encoding)系统或双重独立式的地图编码法，这种数据结构最早是由美国人口统计局研制来进行人口普查分析和制图的，它以城市街道为编码的主体。特点：DIME采用了拓扑编码结构，最适合于城市信息系统。其中街道与河流为线状要素，弯曲线段则由一系列直线段表示。这种结构的邻接关系和关联关系明确。通过线文件能自动寻找并形成面文件。(4)链状双重独立式 是DIME数据结构的一种改进。在DIME中一条边只能用直线两端的序号及相邻的面域来表示，而在链状DIME数

25、据结构中，将若干直线段合成一个弧段(或链段)，每个弧段可以有许多中间点。特点:拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。 已被一些成熟的商业化软件所采用，如ARC/INFOR软件。8. 栅格数据的编码方式及特点(1)直接栅格编码： 将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行或逐列记录代码数据，可以每行都从左到右记录，也可奇数行从左到右，偶数行从右到左记录。也可根据需要采用其他的记录方式。特点：最直观、最基本的网格存贮结构，处理方便，但没有进行任何压缩处理。(2)链式编码(Chain Codes)链式编码又称为弗里曼链码(Freeman,1961)或边界链码，主要是记录线状地物

26、和面状地物的边界。它把线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。链式编码的前两个数字表示起点的行、列数，从第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以07的整数代表(东0，东南l，南2，西南3，西4，西北5，北6，东北7) 。优点：链式编码对线状和多边形的表示具有很强的数据压缩能力，且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，类似矢量数据结构，比较适于存储图形数据。缺点：对叠置运算如组合、相交等则很难实施，对局部修改将改变整体结构，效率较低，而且由于链码以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界则被重复存储而产生

27、冗余。(3)游程长度编码(run-length code)游程长度编码的基本思路是：对于一幅栅格图像，按行扫描，将相邻等值的像元合并，并记录代码的重复个数。特点：对与游程长度编码，区域越大，数据相关性越强，则压缩越大。压缩效率高，叠加、合并等运算简单，编码和解码运算快。(4)块状编码(block code)块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置(行、列号)和半径，再加上记录单元的代码组成。特点：多边形所包含的正方形越大，多边形的边界越简单，块状编码的效率就越好。块状编码对大而简单的多边形更为有效，而对那些碎部较多的复杂多

28、边形效果并不好。块状编码在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明显的优越性。然而对某些运算不适应，必须在转换成简单数据形式才能顺利进行。(5)四叉树编码(quad-tree code)四又树结构的基本思想是将一幅2n×2n像元(不足的用背景补上)组成的栅格地图或图像按四个象限进行递归分割。逐块检查其格网属性值(或灰度)。如果某个子区的所有格网属性值都相同，则这个子区就不再分割，否则将这个子区继续分割成四个子区，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止，最后得到一个四分叉的倒向树。优点：容易有效地计算多边形的数量特征；阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高(即分级多

29、)，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量；栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其它压缩方法容易；多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。缺点：具有图形编码的不确定性，不利于形状分析和模式识别。例如，同一形状和大小的多边形可以得出完全不同的四叉树结构。四叉树未能直接表示物体间的拓扑关系。一个物体的图像在构成四叉树时可能会被分割到若干个象限中，从而使它失去了内在的相关性。9. 四叉树编码表示方法，四进制和十进制Morton码的计算，线性四叉树或二维行程编码的过程。四叉树结构按其编码的方法不同又分为常规四叉树和线性四叉树。常规四叉树除了记

30、录叶结点之外，还要记录中间结点。结点之间借助指针联系，每个结点需要用六个量表达：四个叶结点指针，一个父结点指针和一个结点的属性或灰度值。这些指针不仅增加了数据贮存量，而且增加了操作的复杂性。常规四叉树主要在数据索引和图幅索引等方面应用。线性四叉树则不记录中间结点和使用指针，只存贮最后叶结点的信息，用地址码表示叶结点的位置，也隐含了叶结点的深度信息。最常用的地址码是四进制或十进制的Morton码。A A A AA B B BA A B BA A B B(1)将图像压缩为二维行程码的过程。如有如右边栅格图像：其编码为：A4 A1 B3 A2 B2 A2 B2。若在行与行之间不间断的连续编码，则可表

31、示：A5 B3 A2 B2 A2 B2。(2) 十进制Morton码的计算。计算方法：先将二维栅格数据的行列号转化为二进制数，然后交叉放入Morton码中，即为线性四叉树的地址码。例如，对于第5行、第7列的Morton码为：行号 = 5（0 1 0 1）；列号 = 7（0 1 1 1）Morton码 = 0 0 1 1 0 1 1 1 = 55这样，在一个2n×2n的图像中，每个像元都给出一个Morton码，当n=3时即为： 列行012345670014516172021123671819222328912132425282931011141526273031432333637484

32、95253534353839505154556404144455657606174243464758596263这样就可以将用行和列表示的二维图像，用Morton码写成一维数据，通过Morton码就可以知道像元的位置。(3)四进制的Morton码的计算(见原理P123)基于四进制的Morton码(MQ)的生成和四叉树的建立有两种方法：方法一：用自上而下分裂的方式在建立四叉树的过程中逐步产生Morton码(MQ)。具体过程是：在分割成的四个象限中，分别用标号0、1、2、3来表示左上、右上、左下、右下四个子象限。这种标号即为Morton码(MQ)。每再分割一次，就在原Morton码后增加一位数字。

33、Morton码的位数不断增加，每一位数字都是不大于3的四进制数。Morton码的位数代表了树的高度。方法2：采用自下而上合并的方法。计算每个栅格对应的Morton码(MQ)。按码的升序排成线性表，放在连续的内存块中。依次检查每四个相邻的MQ对应的属性值，相同则合并，不同则存盘。第一轮检测完以后再依次检查四个大块的格网值，若其中的某个子块的值不同或已经存盘，则不作合并而存盘。直到没有能够合并的子块为止。四进制四叉树的主要缺点：码的内外存开销大。由于大多数语言不支持四进制变量，需要用十进制长整型来表示Morton码，显然是浪费。运算效率不高，比较费时。(4)将一幅2n×2n图像压缩为线性

34、四叉树的过程。按Morton码将图像读入一维数组。相邻的四个像元比较，一致的合并，只记录第一个像元的Morton码。比较所形成的大块，相同的再合并，直到不能合并为止。A0A1A4A5A2B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15所形成的数据还可以进一步用游程长度编码压缩。例如，右图的Morton码为：该图中像元值的脚标为Morton码，则压缩处理过程为：按Morton码读入一维数组。Morton码0123456789101112131415像 元 值AAABAABBAAAABBBB四个相邻的像元合并，只记录第一个像元的Morton码。Morton码01234567812像 元 值

35、AAABAABBAB由于不能进一步合并，则可用游程长度编码压缩。Morton码0346812像 元 值ABABAB解码时，根据Morton码就可以知道像元在图像中的位置，本Morton码与下一个Morton码之差即为像元个数。知道了像元个数和像元的位置就可以恢复出图像了。线性四叉树的优点是：压缩效率高，压缩和解压缩比较方便，阵列各部分的分辨率可不同，既可精确的表示图形结构，又可减少存储量，易于进行大部分图形操作和运算。缺点：不利于形状分析和模式识别，即具有图形编码的不确定性，例如，同一形状和大小的多边形可以得出完全不同的四叉树结构。10. 矢栅一体化数据结构的思想矢量和栅格数据结构各有优缺点，

36、如何充分利用两者的优点，在同一个系统中将两者结合起来，是GIS中的一个重要理论与技术问题。在矢栅一体化数据结构中，同时具有矢量实体的概念，又具有栅格覆盖的思想。将矢量面对目标的方法和栅格元子填充的方法结合起来，具体采用填满线状目标路径和填充面状目标空间的方法作为一体化数据结构的基础。线状地物：除记录原始取样点外，还记录路径所通过的栅格。 面状地物：除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面域栅格。 一方面，它保留了矢量的全部性质，以目标为单元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓扑关系；另一方面，它建立了栅格与地物的关系，即路径上的任一点都直接与目标建立了联系。从原理上说，这是一种以矢量的方式来组织

37、栅格数据的数据结构。其理论基础是：多级格网方法、三个基本约定和线性四叉树编码。线性四叉树是基本数据格式，三个约定是设计点、线、面数据结构的基本依据，而细分格网法可保证足够精度。多级格网的方法是将栅格划分成多级格网：粗格网、基本格网和细分格网。粗格网用于建立空间索引，基本格网的大小与通常栅格划分的原则基本一致，细分格网则用以增加栅格的空间分辨率，从而提高点、线的表达精度。三个约定：点状地物仅有空间位置而无形状和面积，在计算机中仅有一个坐标数据；线状地物有形状但无面积，它在平面上的投影是一连续不间断的直线或曲线，在计算机中需要用一组元子填满整个路径来表达；面状地物有形状和面积，在计算机中由一组填满

38、路径的元子表达的边界线和内部的区域组成。线性四叉树：(见题9)矢栅一体化的优点：遥感数据是建立在栅格基础上的，因此很容易实现GIS和RS的一体化。大部分的空间分析基于栅格形式比较高效，因此可以有比较强的空间分析能力。有助于采用面向对象的程序设计方法，提高系统的功能。11. 矢量、栅格数据结构的选择 在GIS建立过程中，应根据应用目的和应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配置情况，选择合适的数据结构。 栅格结构:大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究。 矢量结构：城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用。 12. 矢量、栅格形式的三维数据结构有哪些

39、？八叉树的存储结构有哪些？三维边界法具体如何表示？三维数据结构也包括矢量和栅格两种形式。三维矢量数据结构的表示方法主要是三维边界表示法。三维栅格数据结构是将地理实体的三维空间分成细小单元-体元。主要采用八叉树的表示方法。(1)八叉树结构思想： 可看做是四叉树在三维空间的推广。将要表示的形体V放在一个充分大的正方体C内，C的边长为2n，不断用两个与XOY、XOZ的平面均分C为8个子体，并判断属性单一性：若子体部分为V-灰结点，需再1分为8。直至子体中无V-白结点，则停止分割，即叶结点子体全为V黑结点。(2)存贮结构规则八叉树 与常规四叉树类似，用10项字段来记录每个结点(8个子结点指针， 1个父

40、结点指针，1个结点属性)。最普遍的形式，方式自然，易掌握。但指针占总存储量的94%，空间使用率低。线性八叉树Motorn码 用某一预先确定的次序将八叉树转换成一个线性表，表中的每个元素与一个结点相对应。每个结点用固定的字节描述，其中某些位专门用来说明它是否为叶结点。特点：节省存贮空间，便于某些运算，但丧失一定的灵活性，不便于其它遍历方式对树的结点进行存取，应用效果不佳。一对八式的八叉树 每个结点均1分为8，并标记为 0，1，2，3，4，5，6，7。隐含地假定了这些子结点记录存放的次序。特点：便于检索，但浪费存储，除非完全八叉树，即所有叶结点均在同一层次出现，上层均为非叶结点。三维边界表示法(教

41、程P35)13. 矢量数据的获取方式由外业测量获得。栅格数据转换得。跟踪数字化。14. MapInfo与ArcInfo中是如何表示空间信息的？比较其优缺点。MapInfo以实体型数据结构组织图形数据。在MapInfo中，点、线、多边形和区域等要素的空间位置和相互关系都是通过坐标来定义的。如线由一组有序坐标对来定义，多边形由一组首尾坐标相同的有序坐标对来表示。在MapInfo中，点、线、多边形和区域都作为地图对象来处理，每个对象都可以有自己独立的表现形式。如对于线对象可以有自己的线型、线宽、颜色等特征；对于多边形对象，可以有自己的填充方式、前景颜色、背景颜色、边框线型等特征，对于点对象，可以有自

42、己的符号、填充颜色等特征。MapInfo也可表示一些复杂的对象。如用区域来表示“岛”、“湖”，区域是由若干多边形组成的对象。15. 栅格数据和矢量数据的图形表示方法栅格数据结构以规则的像元阵列来表示空间地物或现象的分布的数据结构，其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征，位置则由行列号来确定。点实体：表示为一个像元。线实体：表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合。面实体：表示为聚集在一起的相邻像元的集合。矢量数据结构以坐标值来精确表示点、线、面等地理实体的数据结构。点：由一对X、Y坐标表示。线：由一串有序的坐标对表示。面：由一串或几串有序的且首尾坐标相同的坐标对及面标识表示。16. 建立

43、栅格数据结构的方法(即栅格数据的获取方式)？如何确定栅格单元的尺寸、栅格代码？(1)栅格数据的获取方式主要有：来自遥感数据地图扫描数字化由矢量数据转化而来手工方法获取。(2)栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅格数据的比例尺就是栅格(象元)的大小与地表相应单元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属性方面的偏差。(3)栅格单元的大小根据比例尺或图像精确度的要求来确定。原则：应能有效地逼近空间对象的分布特

44、征，又减少数据的冗余度。 格网太大，忽略较小图斑，信息丢失，影响图像精度；缩小栅格尺寸，分辨率提高，然而栅格数据量也成指数增大，计算机成本就越高，处理速度越慢。 方法：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：h为栅格单元边长 Ai为区域所有多边形的面积。(4)确定栅格代码的方法主要有：中心归属法每个栅格单元的值由该栅格的中心点所在的面域的属性来确定。长度占优法每个栅格单元的值由该栅格线段最长的实体的属性来确定。面积占优法每个栅格单元的值由该栅格面积最大的实体的属性来确定。重要性法根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物的属性作为栅格单元的属性值。17. 数据库的主要特征、结构数据库(

45、Data Base)是以一定的组织方式存储在一起的相互关联的数据集合。能以最佳方式最少冗余为多种目的服务。数据库的特征：数据集中控制 数据独立 数据结构化 减少数据冗余 数据保护数据库的结构(三个层次)：物理级(由内模式描述)、概念级(由概念模式定义)、用户级(用外模式定义)18. 数据模型数据模型是对现实世界部分现象的抽象，它描述了数据的基本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作，是数据库系统中关于数据内容和数据间联系的逻辑组织的形式表示。数据模型的三要素：数据结构、数据操作和数据的约束条件。数据模型大致分为两类：一类是独立于计算机之外的，不涉及信息在计算机中如何表示，称为概念模型；另一

46、类是直接面向计算机的，以记录为单位构造数据模型。19. 数据库管理系统的概念和功能数据库管理系统(DBMS)是处理数据库数据存储和各种管理控制的软件，是数据库系统的核心，应用程序对数据库的操作全部通过DBMS进行。DBMS的功能：数据库定义功能 数据库管理功能 数据库维护功能 数据库通讯功能20. 三种传统模型用于GIS地理数据库的局限性(1)层次数据模型用于GIS地理数据库的局限性很难描述复杂的地理实体之间的联系，描述多对多的关系时导致物理存储上的冗余；对任何对象查询都必须从层次结构的根结点开始，低层次对象的查询效率很低，很难进行反向查询；数据独立性较差，数据更新涉及许多指针，插入和删除操作

47、比较复杂，父结点的删除意味着其下层的所有子结点均被删除；层次数据命令具有过程式性质，要求用户了解数据的物理结构，并在数据操作命令中显示地给出数据的存取路径；基本不具备演绎功能和操作代数基础。(2)网状模型用于GIS地理数据库的局限性由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自己所处的位置；网状数据命令具有过程式性质，要求用户了解数据的物理结构，并在数据操作命令中显示地给出数据的存取路径；不直接支持对于层次结构的表达；基本不具备演绎功能和操作代数基础。(3)关系模型用于GIS地理数据库的局限性无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构，模拟和操作复

48、杂地物对象的能力较弱；用关系模型来描述本身具有复杂结构和含义的复杂地物对象时，需对地理实体进行不自然的分解，导致存储模式、查询途径及操作方面均显得语义不甚合理；由于概念模式和存储模式的相互独立性，以及实现关系之间的联系需要执行系统开销较大的连接操作，运行效率不够高。21. 面向对象的基本思想面向对象的基本思想是通过对问题领域进行自然的分割，用更接近人类通常思维的方式建立问题领域的模型，并进行结构模拟和行为模拟，从而使设计出的软件能尽可能的直接的表现出问题的求解过程。面向对象的定义是：无论怎样复杂的事例都可以准确地由一个抽象的对象来表示，这个对象是一个包含了数据集和操作方法集的实体。22. 对象

49、的概念、特征和划分原则对象：含有数据和操作方法的独立模块，可以认为是数据和行为的统一体。如一个城市、一棵树均可作为地理对象。对象的特征：具有唯一的标识，以表明其存在的独立性；具有一组描述特征的属性，以表明其在某一时刻的状态；具有一组表示行为的操作方法，用以改变对象的状态。对象的划分：根据对象的共性及对它的研究目的来划分，与具体的目的、性质相联系，不同的目的就会有不同划分。(即找共同点，所有具有共性的系统成份就可划分为一种对象。)23. 类、实例的概念和关系类共享同一属性和方法集的所有对象的集合构成类。如河流具有共性(名称、长度、流域面积等)和相同的操作方法(查询、计算长度、求流域面积等)，因此

50、可抽象为河流类。实例被抽象的对象称为实例。如长江、黄河等就是河流类的实例。二者关系：类是抽象的对象，是实例的组合，类、实例是相对的，类和实例的关系为上下层关系。即：类-申请实例-成为具体对象。24. 面向对象的三个特性的含义面向对象方法具有抽象性、封装性和多态性。抽象是对现实世界的简明表示。形成对象的关键是抽象，对象是抽象思维的结果。抽象思维是通过概念、判断、推理来反映对象的本质，揭示对象内部联系的过程。封装是指将方法和数据放在一个对象中，以使对数据的操作只可通过该对象本身的方法来进行。即一个对象不能直接作用于另一个对象的数据，对象间的通信只能通过消息来进行。对象就好比是一个封装好的独立模块。

51、封装是一种信息隐蔽技术，封装的目的在于将对象的使用者和设计者分离。对用户而言，只需要了解该模块的功能是什么，至于如何实现这些功能则是隐蔽在对象内部的。多态是指同一消息被不同对象接收时，可解释为不同的含义。因此可以发送更一般的消息，把实现的细节都留给接收消息的对象。即相同的操作可用于多种类型的对象，并能获得不同的结果。25. 面向对象的四种技术分类将一组具有相同属性结构和操作方法的对象归纳或映射为一个公共类的过程。概括是把几个类中具有某些部分公共特征的属性和操作方法抽象出来，形成一个更高的层次、更具一般性的超类的过程。聚集是将几个不同类的对象组合成一个更高级的复合对象的过程。联合是将同一类对象中

52、的几个具有部分相同属性值的对象组合起来，形成一个更高水平的集合对象的过程。26. 继承、传播的概念和二者的区别继承为面向对象方法所独有，服务于概括，是父类定义子类，再由子类定义其子类，一直定义下去的一种工具。在继承体系中，子类的属性和方法依赖于父类的属性和方法。继承是一种十分有用的抽象工具，既减少了冗余数据，又能保持数据的完整性和一致性。传播是一种作用于聚集和联合的工具，用于描述复合对象或集合对象对成员对象的依赖性并获得成员对象的属性的过程。它通过一种强制性的手段将成员对象的属性信息传播给复合对象。继承与传播的区别：(1)继承服务于概括，传播作用于联合和聚集； (2)继承是从上层到下层，应用于

53、类，而传播是自下而上，直接作用于对象； (3)继承包括属性和操作，而传播一般仅涉及属性；(4)继承是一种信息隐含机制，只要说明子类与父类的关系，则父类的特征一般能自动传给它的子类，而传播是一种强制性工具，需要在复合对象中显式定义它的每个成员对象，并说明它需要传播哪些属性值。27. GIS管理空间数据的方式特点P55参考GIS空间数据库模型来回答28. 时空GIS概念、分类时空GIS是一种采集、存储、管理、分析与显示地理实体时空信息的计算机系统(简称TGIS)，是一种四维的信息系统。在系统中增加对时间维的表达、分析能力，提供历史分析与趋势分析的功能，是时空GIS的独特之处。时空数据模型大体可分为

54、三种：(1)连续快照模型用一系列状态对应的地图类反映地理现象的时空演化过程。是一种常规的时空数据模型。特点：这种快照图像仅代表地理现象的状态变化，缺乏对所包含的现象之间在时间上的拓扑联系。 在捕捉方面，无法实现按时间联系而确定的捕捉规则。 数据冗余极大。(2)底图叠加模型基本思路是：首先确定数据的初始状态，然后按照适当的时间间隔记录发生变化的区域。通过叠加操作利用事件数据来建造状态数据，每一次叠加表示状态的一次变化。(3)时空合成模型该模型是在底图叠加模型的基础上提出的，其基本思想是：将每一次独立的叠加操作转化为一次性的合成操作。这样，变化的累积即形成最小变化单元，并由相互联系的图形文件和记录

55、变化历史的属性文件来表达。特点：该模型一方面保持了底图叠加模型的优点，另一方面与当今的GIS软件表达空间数据和属性数据的手段相似，时间变化特征储存在关系数据库中，操作简便、高效。29. 地理数据库(空间数据库)的概念及特征空间数据库SDB是指以特定的信息结构和数据模型表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足Internet和不同用户对空间信息需求的数据库。空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：空间性 抽象性 多尺度与多态性 海量数据特征 非结构化特征 分类编码特征 应用范围广泛。空间性空间数据库以空间数据作为操作、处理的主要对象。空间数据描述了空间实体的位置、形态以及空间拓扑关系，它是空间数据最主要的特征，也是空间数据区别于其他数据的标志性特征。抽象性空间数据描述的是现实中的地理事物和地貌特征，非