地理信息系統(tǒng)期末復習(本科)

1、第一章導論1、地理信息系統(tǒng)：是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對空間相關數據進行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種 空間和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務而建立起來的計算機技術系統(tǒng)。2、地理空間數據：是地理信息系統(tǒng)的操作對象與管理內容，也是地理信息系統(tǒng)的核心。它是指以地球表面空間位置為參照，描述自然、社會和人文經濟景觀的數據，這些數 據可以是數字、文字、表格、圖像和圖形等。3、地理信息系統(tǒng)具有的特征：（1）GIS的物理外殼是計算機化的技術系統(tǒng)（2）GIS的操作對象是空間數據，即點、線、面、體等這類有三維要素的地理實體。（3）GIS的

2、技術優(yōu)勢在于它的數據綜合、模擬與分析評價能力，可以產生常規(guī)方法或普遍信 息系統(tǒng)難以得到的重要信息，實現地理空間過程演化的模擬和預測。4、GIS的基本功能：對空間信息及其相關的屬性信息的處理基本功能：（1）數據采集與編輯；（2）數據存儲與管理；（3）數據處理和變換；（數據變換；數據重構；數據抽取）（4）空間分析和統(tǒng)計；（疊合分析；緩沖區(qū)分析；數字地形模型）（5） 產品制作與顯示；（6）二次開發(fā)和編程應用功能：資源管理；區(qū)域規(guī)劃；國土監(jiān)測；輔助決策；定位服務5、地理信息系統(tǒng)的類型：（1） 按內容分：專題地理信息系統(tǒng)區(qū)域地理信息系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)工具（2）按數據結構分: 基于多邊形的，即矢量型地理信

3、息系統(tǒng)，如MaPinfo ； 基于格網的，即柵格型地理信息系統(tǒng)，如IdriSi等； 基于混合型的，如ArCGiS6、GIS的基本構成：（1）系統(tǒng)硬件：由主機、外設和網絡組成，用于存儲、處理、傳輸和顯示空間數據。（2） 系統(tǒng)軟件：由系統(tǒng)管理軟件、數據庫軟件和基礎GIS軟件組成，用于執(zhí)行GIS功能的數 據采集、存儲、管理、處理、分析、建模和輸出等操作。（3）空間數據庫：由數據庫實體和數據庫管理系統(tǒng)組成，用于空間數據的存儲、管理、查詢、 檢索和更新等。（4）應用模型：由數學模型、經驗模型和混合模型組成，用于解決某項實際應用問題，獲取經濟效益和社會效益（5）用戶界面：由菜單式、命令式或表格式的圖形用戶

4、界面所組成，是用以實現人機對話的 工具。7、地理信息系統(tǒng)中的數據：（ 1）空間數據 ：用來確定圖形或制圖特征的位置， 幾何坐標（即位置信息）：主要用于標識地理景觀在自然界或包含某個區(qū)域的地圖的空間位置。如經緯度、平面直角坐標、極坐標等。 實體間的空間相關性：即拓撲關系，表示點、線、網、面等實體之間的空間聯(lián)系。如面實體遇島或內部點的包容關系，再如是否相交關系。（ 2）非空間的屬性數據： 用來反映與幾何位置無關的屬性 ，是與地理實體相聯(lián)系的地理變量或地理意義。 8、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢：（ 1） GIS 已成為一門綜合性技術；（ 2） GIS 產業(yè)化的發(fā)展勢頭強勁；（ 3） GIS 網絡化已構成

5、當今社會的熱點；（ 4）地理信息科學的產生和發(fā)展。第二章 地理信息系統(tǒng)的數據結構1、地理空間實體特征： 指具有形狀、屬性和時序特征的空間對象或地理實體。2、GIS 的空間數據：（1）按數據源：影像數據；地圖數據；地形數據；屬性數據；元數據（2）按對象：類型數據；面域數據；網絡數據；樣本數據；曲面數據；文本數據；符號數據（3）數據結構：矢量數據；柵格數據（ 4）數據特征 :a. 空間定位數據 b. 非空間屬性 （5）數據幾何特征：點，線，面，曲面（6）數據發(fā)布形式：a數字線劃圖數據（DLG）b.數字柵格圖數據（DRG）c.數字高程模型數據（DEM）d.數字正攝影像數據（DOM）3、數據壓縮要求：

6、 不失真，變換簡單，壓縮、解壓迅速可靠4、空間數據的基本特征：（ 1）幾種特征： 空間特征數據：表示現象的空間位置或現在所處的地理位置。 屬性特征數據：表示現象的特征，例如變量、分類、數量特征和名稱等等。 拓撲特征數據：指現象或物體空間的相互關系。 時間特征數據（2）拓撲結構和拓撲關系J在 GIS中，為了真實地反映地理實體，不僅要包括實體的位置、形狀、大小和屬性、還必須反映實體之間的相互關系拓撲關系：在地圖上是通過圖形來識別和解釋的，而在計算機中，則必須按照拓撲結構加I 以定義。J拓撲結構：用于準確表示空間實體之間空間結構關系的一種數學方法。 拓撲鄰接：空間圖形中同類元素之間的拓撲關系 拓撲關

7、聯(lián)：空間圖形中不同類元素之間的拓撲關系 拓撲包含：空間圖形中同類但不同級別元素之間的拓撲關系 拓撲層次：空間圖形中相同拓撲元素之間的層次關系（3）拓撲關系的表達面域與弧段的拓撲關系結點與弧段的拓撲關系 弧段與結點的拓撲關系弧段與面域的拓撲關系5、空間數據結構：表示地理實體的空間數據的空間特征、 屬性特征和時態(tài)特征的組織和建立，J以便計算機存儲和操作。計算機表示的基本方法：空間分幅、屬性分層、時間分段（1柵格數據結構：又稱為網格結構或象元結構，指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網格陣列，每個網格作為一個象元或象素，由行、列號定義，并包含一個 代碼，表示該象素的屬性類型或量值。（最簡單最直觀的空

8、間數據結構） 特點：數據結構簡單、采點轉換容易 、拓撲關系明了主要類型：柵格矩陣結構：一種完全由柵格陣列的空間數據組織形式；柵格數據占有比較大的存儲空間游程編碼結構：游程長度編碼是柵格數據壓縮的重要編碼方法基本思路：對于一幅柵格圖像，常常有行（或列）方向上相鄰的若干點具有相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復的記錄內容。其編碼方案是，只在各行（或列）數據的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同代碼重復的個數，從而實現數據的壓縮。四叉樹數據結構基本方法：將空間區(qū)域按照四個象限進行遞歸分割，直到子象元的數值單調為止。（為保證四叉樹能不斷的分解下去，要求圖象必須為2n*2n的柵格陣列）建立方法

9、：A自上而下法：當n*n的矩陣比較大，且區(qū)域內容要素又比較復雜時，建立這種四叉樹的速度比較慢。B自下而上法：如果每相鄰四個網格值相同則進行合并，逐次往上遞歸合并， 直到符合四叉樹的原則為止。運算速度較快在計算機中的表達：A常規(guī)四叉樹B線性四叉樹 八叉樹和十六叉樹結構（2）矢量數據結構：基于矢量數據模型的數據結構，是通過記錄坐標的方式盡可能精確地表示 點、線、多邊形等地理實體的一種數據組織方法。三種數據結構 ： 簡單數據結構（實體數據結構）； 拓撲數據結構（DlME 對偶獨立地圖編碼法、 PLoYVRT 多邊形轉換器、 TlGER 地理編碼和參照系統(tǒng)的拓撲集成 ）； 曲面數據結構原理： 根據曲面

10、要素的實測點分布，將它們連成三角網，三角網中的每一個三角形要求盡量接近等邊形狀，并保證由最鄰近的點構成三角形，即三角形的邊長之和最小。6、矢量與柵格數據結構的比較（ 1） 柵格數據結構類型具有“屬性明顯、位置隱含”的特點，它易于實現，且操作簡單；（ 2）有利于建模，進行空間信息的分析；（ 3）因為柵格數據格式的簡單性 （不經過壓縮編碼） ，其數據格式容易為大多數程序設計人員 和用戶所理解，基于柵格數據基礎之上的信息共享也較矢量數據容易；（ 4）與遙感影像的數據結構一致 ；（ 5）柵格數據表達精度不高，數據存儲量大，工作效率較低。（ 6）矢量數據結構類型具有“位置明顯、屬性隱含”的特點，它操作起

11、來比較復雜，許多分 析操作（如疊置分析等） 用矢量數據結構難于實現； 但它的數據表達精度較高， 數據存儲 量小，輸出圖形美觀且工作效率較高。7、空間數據的編碼： 空間數據的編碼是指將數據分類的結果表示成一種易于被計算機和識別的符號系統(tǒng)。編碼的結果是代碼，由數字或字符或它們的組合組成8、GlS 中引入拓撲關系的優(yōu)缺點優(yōu)點 ：（1）描述點、線、面的空間關系不完全依賴于具體的坐標位置。（2）空間關系信息豐富、簡潔，數據冗余小。（3）方便多邊形和多邊形的疊合。（4）便于檢查數據輸入過程中的錯誤。缺點：（ 1）拓撲關系建立過程比較復雜（ 2）數據結構本身復雜第三章 空間數據處理1、空間數據處理：（ 1）

12、數據變換：指數據從一種數學狀態(tài)到另一種數學狀態(tài)的變換。幾何糾正、投影轉換和輻 射糾正等 , 以解決空間數據的幾何配準。（ 2）數據重構：指數據從一種格式到另一種格式的轉換，包括數據結構、格式和類型等的改 變，以實現多源和異構數據的聯(lián)結和融合。（ 3）數據提取：指對數據進行某種條件的提取，包括類型提取、窗口提取和空間內插等，以滿足不同用戶對數據的特定需求 2、空間數據的坐標變換： （1）坐標平移（ 2）圖形縮放變換（ 3）縮放中心不在原點的縮放變 換 P70必要性 ： （1）設備坐標系與用戶定義的坐標系不一致 （2）設備坐標系如計算機顯示器、打印機等的坐標系 （3）數字化原圖圖紙的變形 （4）地

13、圖投影與地圖比例尺的差異 基本類型：（1）仿射變換（ 2）相似變換（ 3）二次變換 投影轉換：（1）正解變換（ 2）反解變換；（1）解析變換（ 2）數值變換（ 3）解析 -數值變換3、由矢量向柵格的轉換： 基本原理：矢量數據結構的數據存儲方式：只記錄數據點的坐標柵格數據結構的數據存儲方式：以陳列的方式存儲，記錄行和列的數據主要兩種：.弧段數據柵格化：數據管理；轉換計算多邊形數據柵格化4、由柵格向矢量的轉換： 是掃描矢量化由人工方法向自動或半自動方法轉化的重要基礎。 兩種方法：基于圖像數據的矢量化方法：二值化、細化（剝皮法；骨架法）、跟蹤、去除多余點及曲線光滑、拓撲關系生產文件組織形式）進行。6

14、、遙感與 GIS 數據數據融合類型：7、不同數據格式之間的融合方法：（1）基于轉換器的數據融合 （3）基于公共接口的數據融合1）遙感影像與數字地圖的融合（2）遙感影像與 DEM 的融合（3）遙感影像與掃描圖象的融合（2）基于數據標準的數據融合（4）基于直接訪問的數據融合基于再生柵格數據的矢量化方法5、空間數據融合：是一個多級、多層面的空間數據處理過程，主要完成對來自多個信息源的空間數據（包括不同的空間數據結構， 或相同空間數據結構不同的數據格式和8、空間數據壓縮： 即從空間數據坐標集合中抽取一個子集，使這個子集在規(guī)定的精度范圍內最好的逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。目的：節(jié)省計算機存儲空

15、間、在地圖比例尺改變時需要影響因子：曲線的復雜程度、壓縮倍數、精度要求、數字化取點密度和壓縮技術等。第四章 地理信息系統(tǒng)空間數據1、數據庫： 為一定目的服務的，以特定的數據存儲形式相關聯(lián)的數據集合，它是數據管理的高級階段，是從文件管理系統(tǒng)發(fā)展而來的。2、空間數據庫：（地理數據庫）是某一區(qū)域內關于一定地理要素特征的數據集合。3、空間數據庫與一般數據庫相比，具有以下特點：（1數據量特別大，地理系統(tǒng)是一個復雜的綜合體，要用數據來描述各種地理要素，尤其是 要素的空間位置，其數據量往往很大。（2不僅有地理要素的屬性數據（與一般數據庫中的數據性質相似），還有大量的空間數據,即描述地理要素空間分布位置的數據

16、，并且這兩種數據之間具有不可分割的聯(lián)系。（3）數據應用廣泛，例如地理研究、環(huán)境保護、土地利用與規(guī)劃、資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境、市 政道路、道路建設等。原則:(1)1 十辿趣T5L #宀 IriTiJ存1+s橈輕J(3)(5)技術:(1)最少的數據冗余;滿足對數據及時的訪問（2）穩(wěn)定的和可轉換的數據結構（4）能反映數據元素間的復雜關系具有滿足多種決策目的的適應性數據設計技術（2）技術設計技術:4、空間數據庫的設計：將地理空間實體以一定的組織形式在數據庫系統(tǒng)中進行表達并模型化的過程。內容:5、空間數據庫設計的過程和步驟:靜態(tài)特性設計（數據結構）；動態(tài)特性設計（數據操作）；物理設計（完整性約束）概念化模型

17、：認識和抽象復雜的現實世界，即研究和系統(tǒng)分析不同專業(yè)研究領域， 最后形成空 間數據系統(tǒng)和應用系統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)概念化模型邏輯模型：指把概念模型結構轉換成計算機數據庫系統(tǒng)結構支持的數據結構，這種數據結構應 該與某種概念模型結構吻合存儲模型：是概念模型反映在計算機物理存儲介質中的具體數據組織形式6、E-R模型（實體-聯(lián)系）：（語義模型）(1) 實體：就是對客觀存在起獨立作用的客體的抽象，用矩形符號表示(2) 關系：就是客體間有意義的相互作用或對應關系，用菱形符號表示(3) 屬性：對實體和聯(lián)系特征的描述，每個屬性都有一個域，用橢圓表示E-R模型概念設計的三個步驟：局部 E-R模型設計全局E-R模型E

18、-R模型的優(yōu)化：a實體類型的合并b冗余屬性的消除C冗余聯(lián)系的消除7、關系數據模型：一個實體由若干個關系組成的關系表的集合。根據數學概念建立的，把數 據的邏輯結構歸結為滿足一定條件的二維表形式。(邏輯模型)關系：即二維表，每一行對應于一個元組(或叫記錄)，每一列對應一個域(或叫字段)。每一個域有一個名字，也叫屬性。&關系數據庫：是一系列關系的集合，有型和值之分。型定義了若干域及其域定義的關系模 式。值是所有關系模式在某一時刻的關系集合。每一個關系有一個關系模式，所有關系模式構成了關系數據庫模式。9、元數據：關于數據的數據，是對數據的標識 一一我們通常通過一組屬性或元素來描述特定的資源，而

19、這些屬性或元素就是該資源的元數據?？臻g元數據：指在空間數據庫中用于描述空間數據的內容、質量、表示方式、空間參照系J和管理方式等特征的數據，是實現地理空間信息共享的核心標準之一。作用：幫助空間數據的使用者查詢所需的空間信息，進行空間數據的共享，并進一步處理空間數據。10、傳統(tǒng)數據庫-關系數據庫存儲空間數據的缺陷：(1) 不直接提供GIS的空間數據類型的存儲功能(2) 提供的數據類型較少，難于支持復雜的空間數據(3) 沒有提供對GIS空間數據類型的操作11、時空一體化數據模型：時間片快照模型、底圖疊加模型、時空合成模型(1) 時間片快照模型：是用一系列狀態(tài)對應的地理數據來反映地理現象的時空演化過程

20、。39(2) 底圖疊加模型：首先確立空間數據的初始狀態(tài)，即底圖數據，然后每次記錄一定時間隔底圖發(fā)生的變化，并用變化圖來恢復每一時間的原圖。(3) 時空合成模型：將每一次獨立的疊加操作轉換為一次性的合成疊加，這樣，變化的累計就形成最小變化單元，這些最小變化單元構成的圖形文件和記錄變化歷史的屬性文件聯(lián)系在一 起就能表達數據的時空特征。第五章空間分析原理和方法1、空間分析：是在空間數據庫支持下，對空間數據進行各種地學分析的一種技術方法，通過空間分析，可以獲得有關地理對象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間構成和空間演變等現象和過程的狀態(tài)和規(guī)律。2、緩沖區(qū)：是指圍繞地理要素的一定寬度的區(qū)域。緩沖區(qū)分析

21、：指根據分析對象的點、線、面實體，自動建立它們周圍一定距離的帶狀區(qū)域，用以識別這些實體或主體對鄰近對象的輻射范圍，以便為某項分析或決策提供依據。3、疊加分析：是將兩層或多層地圖要素進行疊加產生新的要素，它是空間信息系統(tǒng)中最常用的提取隱含信息的手段之一。疊加分析不僅包含空間關系的比較，還包含屬性關 系的比較，它可以分為以下五類：視覺信息的疊加、點與多邊形的疊加、線與多 邊形的疊加、多邊形疊加、柵格圖層疊加?？臻g疊加分析：指在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，每次將同一地區(qū)兩個地理對象的圖層進行疊加，以產生空間區(qū)域的多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應關系。多邊形與多邊形的疊合：合并、相交、框定、剔除

22、、更新、截取。4、數字地面模型：描述地球表面形態(tài)多種信息空間分布的有序數值陣列。5、 空間鄰近度分析：描述了地理空間中兩個地物距離相近的程度，鄰近度分析是GIS空間分析的一種重要手段。包括：空間緩沖區(qū)分析、VOrOnOi多邊形分析第七章地理信息系統(tǒng)的設計與評價1、地理信息系統(tǒng)設計的方法： 結構化生命周期、原型法和面向對象的開發(fā)方法2、GIS的設計與應用開發(fā)的的環(huán)節(jié)： 系統(tǒng)定義、系統(tǒng)總體設計、系統(tǒng)詳細設計、系統(tǒng)實施、GIS測試與評價、GIS維護3、應用型GIS設計階段：系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行與維護（參考課本P205）3、GIS標準的四大作用：1.可移植性2.互操作性3.可伸縮性4

23、.通用環(huán)境4、地理信息系統(tǒng)的評價：系統(tǒng)效率、系統(tǒng)可靠性、可擴充性、可移植性、效益 。第八章 GIS產品輸出設計1、地理信息系統(tǒng)產品：經由系統(tǒng)處理和分析，可以直接供專業(yè)規(guī)劃人員或決策人員使用的各種地圖、圖表、圖像、數據報表或文字說明。2、 地理信息系統(tǒng)產品輸出的內容：空間數據、屬性數據。3、地理信息系統(tǒng)產品輸出方式： 打印機輸出、屏幕顯示輸出、繪圖儀輸出4、地理信息系統(tǒng)的產品形式： 常規(guī)的紙質地圖、數字地圖補充：1、空間數據內插： 即通過已知點或分區(qū)的數據，推求任意點或分區(qū)數據的方法。2、地理信息和空間數據的主要特征。地理信息：（1）地域性，是地理信息區(qū)別于他類信息的顯著標志；（ 2）多維性，是

24、指同一地物具有多種不同的專題信息； （ 3）時序性，即地理信息具有動態(tài)性?？臻g數據：（1）空間特征； （2）非結構化特征； （3）空間關系特征； （ 4）分類編碼特征； （5）海量數據特 征。3、地理信息系統(tǒng)與一般的計算機應用系統(tǒng)有哪些異同點 ?GIS 脫胎于地圖學，是計算機科學、地理學、測繪遙感學、環(huán)境科學、城市科學、空間科學、信息科學和 管理科學等眾多學科交叉融合而成的新興學科。 但地理信息系統(tǒng)與這些學科和系統(tǒng)之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。（ 1） GIS 與機助制圖系統(tǒng)機助制圖是地理信息系統(tǒng)得主要技術基礎，它涉及GIS 中的空間數據采集、表示、處理、可視化甚至空間數據的管理。地理信息系統(tǒng)和數字制

25、圖系統(tǒng)的主要區(qū)別在于空間分析方面。一個功能完善的地理信息系統(tǒng) 可以包含數字制圖系統(tǒng)的所有功能，此外它還應具有豐富的空間分析功能。（ 2） GIS 與 DBMS（ 數據庫管理系統(tǒng) ）GIS 除需要功能強大的空間數據的管理功能之外，還需要具有圖形數據的采集、空間數據的可視化和空間 分析等功能。因此， GIS 在硬件和軟件方面均比一般事務數據庫更加復雜，在功能上也比后者要多地多。（ 3） GIS 與 CAD 系統(tǒng)二者雖然都有參考系統(tǒng)，都能描述圖形，但 CAD 系統(tǒng)只處理規(guī)則的幾何圖形、屬性庫功能弱，更缺乏分析 和判斷能力。（ 4） GIS 與遙感圖像處理的系統(tǒng) 遙感圖像處理的系統(tǒng)是專門用于對遙感圖像數據處理進行分析處理的軟件。它主要強調對遙感柵格數據的 幾何處理、灰度處理和專題信息提取。這種系統(tǒng)一般缺少實體的