地理信息系统复习资料

1、第一章 导论1、地理信息与其他信息的区别：地理信息属于空间信息,其位置的识别是与数据联系在一起的,这是地理信息区别于其他类型信息的最显著的标志.地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称.地理数据：与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形的总称.2、地理信息的特征区别于其他信息的标志：简答1空间位置：空间位置数据描述地理对象所在位置,这种位置既可以根据大地参考系定义,也可以定义为地物间的相对位置关系2属性数据：有时又称非空间数据,是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标3时域

2、特征：指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段3、地理信息系统geographic information system :是由计算机硬、软件和 不同的方法组成的系统, 该系统设计支持空间数据的采集、 治理、操作、分析、建模和显示, 以便解决复杂的规划和治理问题.4、GIS与其他IS之间的关系和区别：GIS是空间数据和属性数据的联合体选择5、GIS的根本构成：系统硬件、系统软件、空间数据应用人员和应用模型五大要素选6、GIS的功能：简答根本功能：数据采集与编辑；数据存储于治理；数据处理与变换；空间查询与分析；数据显示与输出应用功能：资源治理；区域与城乡规划；国土检测；辅助决策7、GIS的开展透

3、视选择：60年代开拓期；70年代为GIS稳固开展期；80年代为GIS技术大开展时期；90年代为GIS的用户时代8、GIS与相关学科的关系：简答1地理学与GIS:地理学为GIS提供了一些空间分析的方法和观点,成为GIS的根底理论依托,地理信息系统的开展为地理问题的解决提供了全新的技术手段.用地学处理方法得到的数据是GIS的数据源；GIS内部数据处理分析功能是地理学研究的主要技术方法.2地图学与 GIS:地理信息系统脱胎于地图,地图是GIS的重要数据源；地图强调数据载体、符号化,GIS那么注重于信息分析3计算机科学与GIS:为空间数据提供处理工具4遥感与GIS:遥感是GIS的信息源,GIS为遥感数

4、据的产生提供技术手段.第二章地理信息系统的数据结构1、地理坐标系GCS-Geographic coordinate system :是地球上任意一点通常用经度和纬度来决定 .经线和纬线是地球外表上两组正交相交为90度的曲线,这两组正交的曲线构成的坐标,称为地理坐标系.北京1954、西安1980、地心坐标系投影坐标系PCSprojection coordinate syatem:运用地图投影的方法建立地球外表和平面点的函数关系,使地球外表上任意一个由地理坐标确定的点,在平面上必有一个与其相对应的点.2-坐标系统的应用地图投影转换一一地理坐标系一致,才能进行投影转换1图像数据一一影像配准没有坐标系

5、统：先赋上西安 影坐标系有地理坐标系：如果是西安 进行地理坐标转换,将非西安2矢量数据80的地理坐标系,经过高斯-克吕格投影,得到西安 80的投80地理坐标系,如；如果不是西安80地理坐标系,那么先80的地理坐标转换为西安 80的地理坐标,再经过高斯 -克吕格投影,得到西安 80的投影坐标系；有投影坐标系：如果本身是西安 80的投影坐标,那么直接用；如果本身不是西安 80的投影 坐标系,那么运用 UTM反解出西安80对应的地理坐标系将 UTM对应的地理坐标系转化成西 安80的地理坐标系3、空间实体及表达：简答空间实体：是指具有形状、属性和时序特征的空间对象,它是对存在于自然世界中地理实体的抽象

6、.根本类型：点：有位置,无宽度和长度；抽象的点x,y 属性：符号线：有长度,但无宽度和高度；属性：符号,形状、颜色、尺寸用来描述线状实体,通常在网络分析中使用较多一串的点x,y面：具有长和宽的目标,有连续面和不连续面；属性：符号变化,等值线通常用来表示自然或人工的封闭多边形首尾相连的一串点x,y坐标体：有长、宽、高的目标；通常用来表示人工或自然的三维目标.空间实体的矢量表达矢量维数实体类型空间表达描述代表地物零维点实数对x , y一个数据点,具有,对x , y坐标 和至少一个属性,逻辑上不能再分.水井、污染源等.一维线：弧、 链一组离散化的实数点对具有相同属性的点的轨迹,由坐标 对序列表示,坐

7、标对的顺序与线的 形状有美,线上每个点后不多于二 个的邻点.道路、公共设施网等.二维面：多边 形一组闭合弧段所包围的 空间区域所有具有相同属性点的轨迹,以x ,y坐标队的集合表示,坐标队的排 列顺序不影响面的形态、其内部点 可以有多于三个的邻点,面内点具 有相同属性.土壤、植被、岩石分类区、行政 区划等.三维体由一组或多组闭合曲面 所包围的空间对象地形,温度栅格表达法点：具有一定数值的删格单元；线：表现为按线特征相连接的一组单元；面：表现为按二维形状特征相连接的一组单元栅格矢量表达方式的不同：当对空间实体进行数据表达时,关键看如何表达空间的一个点,由于点是构成地理空间实体的根本元素.如果采用一

8、个没有大小的点来表达根本点元素时,称为矢量表示法；如果采用一个有固定大小的点来表达根本元素时,称为栅格表示法.其中,矢量表示法精度高、 属性隐含、位置明显,栅格表示法精度低、属性明显、位置隐含.4、空间数据特征:简答图见PPT或书本P44弧段左多边形右多边形C5P1P5C4P2P3C6P2P1:1空间特征：定位信息：G、C2、C3三条道路在不同的空间位置.关联关系：主干道与次干道在结点 Na处相联接,主干道的结点 N和N2相邻接,结点Na分别与三条路段Ci、G和G相关联等,这些统称为 拓扑关系；C3在C6的左边,称为 方位关系；道路有一定的长度,称为 度量关系.2属性信息：道路分别具有不同的等

9、级3时间特征：随着时间的推移,道路还将发生变化.5、拓补关系1拓扑邻接：指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系,如结点与结点之间的邻接关系,多边形与多边形的邻接关系.多边形邻接2拓扑关联：指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系,如结点与弧段,多边形与弧段等.结点与弧段的关联性结点弧段N1C1, C3, C6N2C1, C2, C3N3C2, C3, C4:多边形与弧段关联性多边形弧段P1C1, C5, C6P2C4, C3, C6P3C2, C5, C4:3拓扑包含：指存在于空间图形的同类,但不同级的元素之间的拓扑关系,如多边形的岛.例如：多边形 P3简单包含P46、栅格数据结构：是将空

10、间分割成有规那么的网格,在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体.主要类型：栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数据结构、八叉树十六叉树结构重点P52-58矢量数据结构： 是一种常见的图形数据结构,它用一系列有序的x、y坐标对表示地理实体的空间位置.分为实体数据结构和拓扑数据结构.特点：属性隐含,定位明显实体数据结构：实质上是面向实体的一种数据组装和编码方法.在实体数据结构中,空间数据以根本的空间对象点、线或多边形为单元进行单独组织,不含有拓扑关系数据,最 典型的是面条spaghetti 数据结构.TIN Triangulated Irregular Network:表示和存储这些要素的根本要

11、求是必须便于连续现 象在任一点的内插计算,因此经常采用不规那么三角网来拟合连续分布现象的覆盖外表,称为TIN数据结构.依据下列图,简述实体数据结构及其特点,并说明其优缺点.定义：实体数据结构实质上是面向实体的一种数据组装和编码方法.在实体数据结构中,空间数据以根本的空间对象 点、线或多边形为单元进行单独组织,不含有拓扑关系数据, 最典型的是面条spaghetti 数据结构.特点：1数据按点、线或多边行为单元进行组织,数据编排直观,数字化操作简单.2每个多边形都以闭合线段存储,多边形的公共边界被数字化两次和存储两次,造成数据冗余和不一致.3点、线和多边形有各自的坐标数据,但没有拓扑数据,互相之间

12、不关联.4岛只作为一个单个图形,没有与外界多边形的联系.优点：数据精度高,数据存储的冗余度低缺点：对于多层空间数据的叠合分析比拟困难矢量与栅格数据结构的比拟选择优点缺点矢1.便于面向现象土壤类、土地利用单兀等的 数据表示1.数据结构复杂量2.数据结构紧凑、冗余度低2.软件与硬件的技术要求比拟局数3.有利于网络分析3.多边形登台分析比拟困难据4.图形显布质量好、精度局4.显示与绘图本钱比拟高栅格数 据结构栅1 .数据结构简单1.图形数据量大格2.空间分析和地理现象的模拟均比拟容易2.投影转换比拟困难数3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析3.栅格地图的图形质圾比拟低些据4.输出方法快速,本钱比拟低

13、廉4.现象识别的效果不如矢量方法拓补数据结构：在拓扑数据结构中,点是相互独立的,点连成线,线构成面.每条线开始于起始结点,止于终止结点,并与左右多边形相邻接；多边形是由弧段连接而成的.由一条弧段组成的多边形称为岛.不包含岛的多边形称为简单多边形,表示单连通区域.含岛的多边形称为复合多边形,表示复连通区域根据拓扑结构写拓扑文件简答第三章空间数据处理1、空间数据的分类和分层原那么简答1分类概念：空间数据的分类,是指根据系统功能及国家标准和标准,将具有不同属性或 特征的要素区别开来的过程,以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层,为数据采集、 存储、治理、查询和共享提供依据.2分层原那么：几何图形原

14、那么：即按点、线和面状要素分类 coverage: 一个覆盖面或一个数据层,用 于精确地表达的形状和边界.对象原那么：与制图学有关的层,即根据不同的对象分层layer.要素类实体类,要素集对象类例如,可以把道路、河流、管道归为线状图形层,也可以把它们分别归为“道路层,“河流层,“管道层一般情况下,一个 Coverage可以包括多个Layer.2、地图扫描矢量化屏幕跟踪矢量化结合实际考察输入步骤简答数据源准备：将已有的地图,通过扫描仪扫入计算机,以栅格形式保存.进行必要的格式转换后,输入 GIS软件.影象变换处理：输人地面限制点坐标,进行影象纠正、投影转换.利用屏幕跟踪技术：实现专题图层矢量化,

15、在 GIS软件支持下,将要数字化的影象作为背景图层,增加建立矢量要素层：进行屏幕跟踪数字化,直到形成一个数字化信息存 储层.检查和修改数字化错误：通过荧屏或绘图显示,检查图层输入错误,包括结点不匹配、 假结点、悬挂结点、线段过长或过短、标识点遗漏等,并予以改正.建立拓扑关系：可利用 GIS软件提供的功能自动建立；属性输入：将矢量图层叠置在原始影象上,通过目视解译遥感影象或读取原图属性地图扫描,采用键盘输入属性数据.数字化的方式：1手扶跟踪数字化；2地图扫描数字化3、空间数据坐标变换类型几何变换：主要解决数字化原图变形等原因引起的误差,并进行几何配准.坐标系转换： 主要解决 G1S中设备坐标同用

16、户坐标的不一致,设备坐标之间的不一致问 题.投影变换：主要解决地理坐标到平面坐标之间的转换问题.几何变换和坐标系转换可以通过仿射变换来完成.4、如何影像配准：简答采样仿射变换,限制点是均匀分布的Rms<1m输入图幅四个角落的公里网的交叉点的坐标,形成4对限制点；采用仿射变换方法实现坐标系统转换设备坐标转换为投影坐标；对变换好的影像进行重采样,得到具有用户定义的坐标系统.5、空间数据结构的转换：简答1矢量向栅格的转换： 把点线或面的矢量数据,转换成对应的栅格数据,也即栅格化.2栅格向矢量的转换矢量化目的：将扫描仪获取的图像栅格数据存入矢量形式的空间数据库；将栅格数据进行数据压缩,将面状栅格

17、数据转换为由矢量数据表示的多边形边 界.为了将栅格数据分析的结果,通过矢量绘图装置输出；方法：根据图像数据数据文件的不同,分别采用不同的算法：基于图象数据的转换方法；基于再生栅格数据的转换方法栅格格式向矢量格式转换一般步骤1栅格数据的二值化；2多边形边界提取和细化；3多边形边界跟踪；4去除多余点及曲线光滑；5拓扑关系生成；6、空间数据的融合结合实际,意义在哪遥感与GIS数据融合1遥感图像与数字线画图DLG融合经过正射纠正后的遥感影像,与数字地图信息融合,可产生影像地图.具有如下特点实际意义：* 这种影像地图具有一定的数学根底,有丰富的光谱信息与几何信息；* 有行政界线和属性信息；* 提升了用户

18、的可视化效果；并使用户能够方便的得到各种统计信息,如：某个行政单元的 土地利用类型、数量等.2遥感数据与DEM勺融合* 有助于实施遥感影像的几何校正与配准,消除遥感图像中因地形起伏所造成的像元位移, 提升遥感图像的定位精度；* DEM可参与遥感图像的分类,改善分类精度*提升GIS空间分析水平.3多卫星、多时相遥感数据融合将不同时期的遥感图像配准叠合,可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域,进而实现GIS数据库的自动/半自动快速更新不同格式数据融合基于转换器的数据融合：如Tab EOO Coverage基于数据标准的数据融合：SDTS基于公共接口的数据融合：OGC基于直接访问的数据空间数据综合

19、类型：数据属性的重新分类、空间图形的化简、图形特征的内插栅格数据压缩：影像数据压缩的可能性是由于像素之间存在着较强的相关性：从统计观点上看,某像素的灰度值总是和周围其他像素的灰度值有某种关系,应用编码方法提取并减少这种相关牲,便可实现影像数据的压缩.从信息论观点来看,影像压缩就是减少影像信息中无用的冗余信息.7、栅格数据重分类给一个坡度数据用软件来重分类SpatialAnalyst 空间分析模块的空间插值功能将点状数据生成数字高程模型；外表分析功能将数字高程模型转换成坡度栅格；Reclassify 重分类功能可以将栅格数据的像元值根据一定的范围进行修改以新值替 代旧值8、内插的概念：设一组空间

20、数据,它们可以是离散点的形式,也可以是分区数据的形 式,空间数据的内插就是从这些数据中找到一个函数关系式,使该关系最好地逼近这些已 知的空间数据,并能根据该函数关系式推求出区域范围内其他任意点或任意分区的值.内插的类型：点的内插A逐点内插：a、反比距离加权法：权值应与距离成反比,间距愈近,对待求点测定值的影响应愈大.如取W = 1 / dA2或R-d /d A2式中：W数据点的权重d为待定点到数据点间的水平距离,R为定义函数待定参数时所求的圆半径.b、克里金法：区域化的变量随所在区域位置的改变而连续地变化,彼此离得近的点之间有某种程度上的空间相关性,而相隔较远的点之间在统计上看是相互独立的.日

21、局部函数内插区域的内插：主要解决离散属性数据问题.研究的目标是从分区的数据如社会经济数据中推出同一地区的另一组分区数据.叠置法、比重法计算p104-p105第四章地理信息系统空间数据库1、文件方式保存和数据库保存的优缺点：优点：一个 GIS软件可以同时直接使用多个空间数据文件,一个空间数据文件也可以同时 为多个GIS共享缺点：空间数据存储在不同的文件里造成数据是面向应用的,多个文件之间彼此孤立,不 能反映数据之间的联系,易造成数据的冗余与不一致.2、空间数据治理模式开展阶段给一个实例,判断这是哪个阶段：初级式coverage -混合式shape, MapInfo 的.TAB 文件-扩展式geo

22、database SDE Spatial Database Engine- 集成式oracle spatial cartridge 即对象-关系数据 库3、SDE空间数据库引擎Spatial Database Engine :在常规数据库治理系统上加一 层空间数据库引擎,实现数据库的储存与治理.4、关系数据模型：用关系的方式来组织表达空间数据,关系就是二维表.5、面向对象数据模型：用对象的方式来组织表达数据模型1对象：就是现实世界中客体的模型化,与数据库中记录、元组等概念相似.如：行政区域的多边形对象,表示一条河流的弧段对象2消息：是对象之间相互请求或相互协作的唯一途径.一个对象必须通过向其它

23、对象发送 消息的形式使得其它对象提供各自能实现的功能.3类：类是对一组对象的抽象描述,它将该组对象所具有的共同特征集中起来,以说明该 组对象的水平和性质.6、概括：是把一组具有相同特征和操作的对象类归纳在一个更一般的超类中.例左下列图 聚集：反映了嵌套对象的概念,嵌套对象是由一些其它对象组成的,它是用来描述较高层次对象的一种形式.例右下列图概括和聚集的区别：概括是父类和子类的关系；聚集是无父类子类关系8、空间元数据：空间数据的一种描述性数据第五章 空间分析的原理与方法1、空间查询的过程结合实例写过程：1软件提供的工具：2属性查询：由目标的某种属性数据或者属性集合查询该目标的其他属性信息； 由地

24、物目标的属性信息查询其对应的图形信息.3空间关系查询：a、点-点查询：歹U,查询距离水井1km范围内的所有城镇.b、线-点查询：歹U,查询距离河流1km范围内的所有城镇.c、面-点查询：歹U,查询距离某行政区域内的所有城镇.d、点-线查询：歹U,查tiJ距离某乡镇500m范围内的河流.e、线-线查询：歹U,查询与某河流的干流连接的支流.f、面-线查询：歹U,查询过某行政区域的河流.g、点-面查询：歹U,查询某乡镇所在的行政区域.h、线-面查询：歹U,查询某河流经过的行政区域.i、面-面查询：歹U,查询与某行政区域相邻的其他行政区域.2、空间叠置分析Spatial Overlay Analysi

25、s:是指在统一空间参照系统条件下,每次将 同一地区两个地理对象的图层进行叠置,以产生空间区域的多重属性特征,或建立地理对 象之间的空间对应关系.缓冲区分析：是指根据分析对象的点、线、面实体,自动建立其周围一定距离的带状 区,用以识别这些实体或者主体对邻近对象的辐射范围或者影响程度,是解决邻近度问题 的空间分析工具之一.它在交通、林业、资源治理、城市规划中有着广泛的应用.缓冲区：地理空间实体的一种影响范围或效劳范围.3、空间分析的步骤论述：一建立分析目的和标准二准备空间操作的数据三进行空间操作,包括建立特征缓冲区,进行拓扑叠加、特征提取、特征合并等.4、辅助建设工程选址1、目的：将建设工程选在最

26、正确位置2、标准：面积 1万m2地彳5000元/m2、地块周围不能有小学、幼儿园等、地形相对 平坦坡度53、准备数据：地块面状矢量、地价属性数据、小学、幼儿园等公共设施分布图、坡度数据4、空间操作：1选择地块：通过属性查询面积1万m2、地价 5000元/m2的地块,将满足上述两条件的地块提取出来2邻域分析：将学校等公共设施的信息叠加到选中地块的层次上进行分析3将坡度栅格数据通过栅格计算,将坡度5的数据提取出来,并通过矩阵运算,把像元1的提取出来,转化为矢量数据4将3和2进行叠合5、统计分析：将满足条件的地块选出来6、打印输出图形或表格5、DTM: Digital Terrain Model :用数字化的形式表达的地形信息DEM数字高程模型Digital Elevation Model :数字地形模型中地形属性为高程 DEMa示模型：规那么格网模型、等高线模型、不规那么三角网模型6、坡度和坡向的计算7、计算最短路径第七章地理信息系统的设计与评价1、地图：是根据一定