地理信息系统概论

1、1. 数据：是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。包括数字、文字、符号、图像、声音。数据 本身并没有意义。2. 信息：狭义：两次不定性之差，即指人们获得信息前后对事物认识的差别。广义： 信息是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式。GIS 中的信息即是广义的信息概念，它不随数据形式的改变而改变。3. 数据与信息的关系：数据的信息的表达形式，是信息的载体；而信息则是数据中蕴含的事物的含义，是数据的内容。数据只有通过解释才有意义，才成为信息。4. 数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、

2、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。数据处理的目的在于：1）把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式。2 ） 把数据加工成对正确管理和决策有用的数据。3 ） 把数据编辑后存储起来，以供后续使用。5. 信息的特点：1 ）信息的客观性。2）信息的适用性。3）信息的传输性。4）信息的共享性。6. 地理信息：是地理数据所蕴含和表达的地理 含义。7. 地理数据：是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、图像和图形等的总称。8. 地理信息的特征：1 ）空间特征。2）属性特征。3）时序特征。9. 地理信息系统（GIS） ：地理信息系统是由计算

3、机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。10. 地理信息系统的基本概念：1 ）地理信息系统首先是一种计算机系统2 ）地理信息系统的操作对象：地理数据或空间数据（spatial data ）3 ）地理信息系统的技术优势：在于它的空间数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析功能力、快速的空间定位搜索和复杂的空间查询功能、强大的图形生成和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等。4 ）地理信息系统的相关学科：它与地理学和测绘学有着密切的关系。11. 地理信息系统的特点：地理信息系统是隶属于信

4、息系统中的一类，属于空间信息系统。 与非空间信息系统（如管理信息系统）的主要区别在于它能够处理空间定位数据。12. 地理信息系统的分类：按研究范围分：全球系统、区域系统、国家系统按研究内容分：专题系统、综合系统按其使用的数据模型分：矢量系统、栅格系统、矢栅混合系统13. 地理信息系统的基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。14. 地理信息系统的基本功能：1）数据采集与编辑。 2）数据存储与管理。3）数据处理和变换。（数据变换、数据重构、数据抽取）4）空间分析和统计。（叠合分析、缓冲区分析、数字地形分析）5）产品制作与演示。 6）二次开发和编辑。应用功能：1 ）资源管理。2

5、）区域规划。3）国土监测。4）辅助决策。15. 地理空间：一般指上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。16. 平面控制网：用以确定物体在地球上的平面位置，通常是地理经纬度坐标。17. 大地水准面：是假设静止的平均海水面穿过大陆、 岛屿形成包围整个地球的闭合曲面（一级逼近）18. 旋转椭球体：是一个椭圆围绕其短轴旋转形成的形体，其赤道半径a 大于极半径b（ 二级逼近）19. 参考椭球体（三级逼近，对局部地区而言）20. 我国不同时期采用的旋转椭球体：1954 年 前 ： 南 京 坐 标 系 Hayford1954 1980 年 ： 北 京 54 坐 标 系Krasovsky1

6、980 现在：国家80 坐标系 IUGG75 现在：GPS坐标系WGS8421. 我国现有三种大地坐标系并存：一是1954年北京坐标系（局部平差）；二是 1980 年国家大地坐标系（整体平差）；三是地心坐标系，即以地球的质心作为坐标原点的坐标系。22. 地图投影：将椭圆面上各点的大地坐标，按照一定的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标。23. 高程： 指空间某点高于多低于基准面的垂直距离，主要用来提供地形信息。高程基准面即大地水准面，是一个延伸到全球的静止海水面，也是一个地球重力等位面。24. 地理空间特征实体：指具有形状、属性和时序特征的空间对象或地理实体，包括点、线、面、面和体，他们

7、构成地球圈层间复杂的地理综合体，也是GIS表示和建立空间数据库的主要对象。25. 地理空间的实体包括：点point 、线 line 、面 polygon 、曲面 surface 、体 volume 等多种类型26. 空间实体的表达：矢量表示法：采用一个没有大小的点（坐标）来表示基本点元素栅格表示法：采用一个有固定大小的点（面元）来表示基本元素它们分别对应矢量数据模型和栅格数据模型27. GIS 空间数据的分类：1 ）按数据来源分类：地图数据、影像数据、文本数据2 ）按数据结构分类：矢量数据、栅格数据3 ）按数据特征分类：空间定位数据、非空间属性数据4 ） 按数据几何特征分类：点、 线、 面、

8、曲面、体5 ）按数据发布形式：数字线画图DLG数据、数字栅格图DRG据、数字正射影像DOM数据、数字高程模型DE吸据28. 空间数据的基本特征：1 ）空间特征。空间关系包括：方位关系、拓扑关系、相邻关系、相似关系。空间关系称为拓扑特征或拓扑数据2）属性特征。包括名称、数量、质量、性质等，称为属性数据3）时间特征。指一定区域内的地理现象和过程随时间的变化情况，称为时态数据29. 拓扑关系的类型：1 ）拓扑邻接：指存在于空间图形的相同类型元素之间的拓扑关系2 ）拓扑关联：指存在于不同类型空间元素之间的拓扑关系3 ）拓扑包含：指存在于空间图形的相同类型但不同等级的元素之间的拓扑关系。包含关系分简单包

9、含、多层包含、等价包含三种形式30. 空间拓扑关系的意义：1 ）跟据拓扑关系，不需要利用坐标或计算距离， 就可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定性，即它不随地图变换而变化。2 ）利用拓扑数据有利于空间要素的查询。3 ）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体31. 空间数据结构的类型：矢量数据结构、栅格数据结构32. 矢量数据结构：基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。矢量也叫向量33. 矢量数据结构分为以下几种主要类型：1 ）实体数据结构：空间数据按照基本的空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织，其中不含有拓扑关系的信息，最典型

10、的是所谓面条（Spaghetti ）结构。这种数据结构的特点：（ 1 ）数据按点、线或多边形为单位进行组织，数据结构直观简单。（ 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，容易造成数据冗余和产生不一致性。（ 3）点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，彼此不关联。（ 4）岛或洞只作为一个单个图形，没有与 外界多边形的联系。2 ）拓扑数据结构：包才DIME （对偶独立地图 编码法）、POLYVR修边形转换器）、TIGER （地理编码和参照系统的拓扑集成）等。他们共同的特点是：点是相互独立的，点连成线，线构成面。构成多边形的线又称为弧段，有一条弧段组成的多边形

11、称为岛或洞。在这种数据结构中，弧段是数据结构的基本对象。34. 栅格数据结构：基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，称为栅格单元，在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。35. 矢量数据结构与栅格数据结构相比：用栅格数据结构表达地理要素比较直观，容易实现多层数据的叠合操作，便于与遥感图像及扫描输入数据相匹配使用等。但是，栅格数据结构的缺点也是很显著的：数据精度取决于网格的边长，当网格边长缩小时，网格单元的数量将呈几何级数递增，造成存储空间的迅速增加；由于相邻网格单元属性值的相关性，造成栅格数据的冗余度大；栅格数据对于网络分析比较困难等

12、。36. 栅格数据结构的主要存储类型：1 ）栅格矩阵结构：是一种用矩阵来存储栅格 数据单元的存储结构。2 ）游程（行程）编码结构：游程指栅格矩阵一行内相邻同值栅格的数量，也称为行程。 游程编码结构是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（即游程），其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。3 ）四叉树结构：其原理是将空间区域按照四个象限进行递归分割n 次， 每次分割形成2n X 2 n个子象限，直到子象限中的属性值都相同为止，该子象限就不再分割。四叉树的存储方法通常有两种：1 ） 常规四叉树：常规四叉树每个节点通常存储 6 个量，即4 个子节点指针，1 个父节点指针和1

13、个节点值。2 ）线型四叉树：线性四叉树每个节点只存储 3 个量，即莫顿码，深度（或节点大小）和节点值。37. 空间数据的分类：是指根据系统功能及国家规范和标准，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数据层，为数据采集、存储、管理、查询和共享提供依据。在进行具体分类时，首先根据几何图形原则， 将空间数据分为点、线、 面三种类型；其次是对象原则，例如河流和道路，虽同为线状要素，但属于不同地理对象，应当作为不同的数据存储层。以我国基础地理信息数据分类为例，分为测量控制点、水系、居民地、交通、管线与垣栅、境界、地形与土质和植被等八个大类，然后再依次细分为小类、一级

14、类、二级类等。38. 空间数据的变换：即空间数据坐标系的变换。 其实质是建立两个坐标系坐标点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换。39. 几何纠正：是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的纠正。常见的 GIS 软件一般都具有仿射变换、相似变换、二次变换、高次变换等几何纠正功能40. 地图投影：就是依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面映射到平面上或可展开成平面的曲面（如圆锥面、圆柱面、椭圆柱面）上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。41. 高斯 - 克吕格投影所规定的条件如下：1 ）中央经线和赤道投影后为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；2 ）投影具有等角性质；3

15、 ）中央经线投影后保持长度不变。42. 高斯 - 克吕格投影的特点如下：1） ） 中央经线上没有任何变形，满足中央经线投影后保持长度不变的条件；2） 除中央经线上的长度比为1 外， 其他任何点上长度比均大于1；3） 在同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大，最大值位于投影带的边缘；4）在同一条经线上，纬度越低，变形越大， 变形最大值位于赤道上；5）投影属于等角性质， 故没有角度变形，面 积比为长度比的平方；6）长度比的等变形线平行于中央子午线。43 .墨卡托投影：等角正切圆柱投影。没有角度 变形，由每一点向各方向的长度比相等。 它的经纬线都是平行直线，且相交成直 角，经线间隔相等，纬线间隔从标

16、准纬线 向两级逐渐增大。地图上长度和面积变形 明显。在地图上保持方向和角度的正确是 墨卡托投影的优点。44 .UTM投影：属于横轴等角割圆柱投影，圆柱 割地球于两条等高圈上，投影后这两条割线没有变形，中央经线上长度比0.9996UTM投影在应用中具有下列特征：该投影将 世界划分为60个投影带，带号为 1,2，60连续编号，每带经差为 6° , 经度自180°腐口 174° W之间为起始带， 且连续向东计算，带的编号系统与1:100万比例尺地图有关规定是一致的。45 .兰伯特投影46 .阿尔伯斯投影47 .地图投影变换的方式：1）正解变换。2）反 解变换。根据转换的

17、方法不同，投影转换可分为：1）解析变换。2）数值变换。3）解析-数 值变换。数据 结构优点缺点矢量1 . 便丁面向实体 的数据表达2 .数据结构紧凑， 冗余度低3 .拓扑结构有利 于网络分析，空 间查询等4 .图形显木质量 好，精度局1 .数据结构较 复杂2 .软件实现的 技术要求比 较局3 .多边形叠合 等分析相对 困难4 .显示与绘图 成本比较局栅格1 .数据结构相对 简单2 .空间分析较容 易实现1 .数据量较大， 冗余度局,需 压缩处理2 .定位精度比3 .有利于遥感数 据的匹配应用 和分析4 .输出方法快捷， 成本比较低廉矢量低3 .拓扑关系难 以表达4 .投影转换比 较困难栅 格

18、化 技 术点的栅格化线的 栅格 化扫描线算法面的 栅格 化基于弧段 的栅格化扫描线算法基于多边 形的栅格 化内点填充法边界代数法包含 检验 法检验夹角之 和法铅垂线法（交点个数 法）48 .基于图像数据的矢量化步骤：1）二值法。2） 细化。3）跟踪。49 .遥感与GIS数据的融合，目前最常用的方法 具体表现为：1 ）遥感影像与数字线画图（DLG的融合2 ）遥感影像与数字地形模型（ DEM的融合3 ）遥感影像与数字栅格图（DRG的融合50 .空间数据压缩：从空间坐标数据集合中抽取 一个子集，使这个子集在规定的精度范围 内最好地逼近原集合， 而又取得尽可能大 的压缩比。压缩比表示信息载体减少的程度

19、。51 .基于矢量的压缩通常是对线状实体上点的 数量的压缩，其中最常用的是道格拉斯一 佩克算法。52 .栅格数据的压缩可以采用游程编码和四叉 树编码等方法。53 .空间数据的内插：通过已知点或多边形分区 的数据，推求任意点或多边形分区数据的 方法。根据已知点和已知多边形分区数据的不同， 将空间数据内插分为点的内插和多边形 分区的内插。54 .点的内插：是用来建立具有连续变化特征现 象（如地面高程）的数值方法。点的空间内插法分类点的 空间 内插分块内插法线性内插法双线性多项式内插 法二元样条函数内插 法逐点内插法移动拟合法加权平均法克里金法整体内插法N次多项式拟合法55.数字高程模型的建立一般包

20、括：数据取样、 数据内插、数据精度分析等56 .区域的内插：是根据一组多边形分区的已知 数据来推求同一地区另一组多边形分区 未知数据的内插法。可以采用两种方法： 1）叠置法。2）比重法。57 .元数据（metadata ）:是“关于数据的数据”. 它反映了某项数据自身的一些特征。58 .空间元数据：是指在空间数据库中用于描述 空间数据的内容、质量、表示方式、空间 参考和管理方式等特征的数据，是实现地理空间信息共享的核心标准之一。59 .空间元数据的主要作用：是帮助空间数据的 使用者查询所需的空间信息，进行空间数据的共享，并进一步处理空间数据。60 .空间分析：是基于空间数据的分析技术，它 是以地球科学原理为依托，通过分析算 法，从空间数据中获取有关地理对象的空 间位置、空间分布、空间形态、空间构成、 空间演变等信息。61 .按空间数据的形式可以把空间分析分为两 种类型：1）矢量数据空间分析、2）栅格 数据空间分析按Goodchild提出的空间分析框架，可以将 空间分析方法分别归纳到两种类型中：1 ）产生式分析：指通过分析可获得新的信 息，尤其是综合信息。2）查询式分析：旨在回答用户所提出的问 题。62.空间分析的步骤：1 ）确定问题并建立分