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GIS期末复习第1章 导论地理数据：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。地理信息的特征：空间特征、属性特征、时序特征。空间特征（地理信息区别于其他类型信息的最显著地标准） 属性特征 （多维结构特征）时序特征（按照时间的尺度来区分地理信息）地理信息系统(GIS)：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。GIS基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。GIS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、产品制作与演示、二次开发和编程。第2章 GIS的数据结构GIS空间数据的分类：按数据来源按数据结构按数据特征按几何特征按数据发布形式地图数据、影像数据、文本数据矢量数据、栅格数据空间数据、非空间属性数据点、线、面（曲面）、体数字线画图、数字栅格图、数字高程模型、数字正射影像图空间数据的基本特征：空间特征 属性特征 时间特征拓扑关系的类型：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。矢量数据结构：利用欧几里得（Euclid）几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。优点：能很好地表达地理实体的空间分布特征、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较困难。分类：实体数据结构和拓扑数据结构。特点：定位明显，属性隐含。实体数据结构主要特点：1. 数据按点、线或多边形为单元进行组织，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。拓扑数据结构：基于栅格模型的数据结构，将空间分割成有规则的网格，然后在各个网格单元内赋予空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。包括DIME（对偶独立地图编码法）、POLYVRT（多边形转换器）、TIGER（地理编码和参照系统的拓扑集成）等。共同特点：点是相互独立的，点连成线，线构成面。每条线始于起始节点，止于中止节点，并与左右多边形相邻接。特点：属性明显，定位隐含。弧段（构成多边形的线）是数据结构的基本对象。弧段文件：由弧段记录组成，每个弧段记录包括弧段标识码、起始节点、终止节点、左多边形和右多边形。节点(两条以上的弧段相交的点）文件：由节点记录组成，包括每个节点的节点标识码、节点坐标及与该节点连接的弧段标识码等。多边形文件：由多边形记录组成，包括多边形标识码、组成该多边形的弧段标识码以及相关属性等。栅格数据结构：基于栅格模型的数据结构。网格边长决定了栅格数据的精度。存储类型分类：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。随着分辨率的进一步提高，存储数据量将成几何级数递增。2. 游程（行程：栅格矩阵一行内相邻同值栅格的数量）编码结构：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。目的：压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。建立方法：将栅格矩阵的一行数据序列X1X2Xn，映射为相应的二元组序列（Ai，Pi），i=1，K，且K不大于n。其中，Ai为属性值，Pi为游程，i为游程序号。3. 四叉树结构：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*2n个子象限，直到子象限中的属性数值都相同为止，该子象限就不再分割。凡属性值都相同的子象限，不论大小，均作为最后的存储单元。比较分类：常规四叉树和线性四叉树。线性四叉树只存储三个值，比常规四叉树节省存储空间；由于记录节点地址，既能直接找到其在四叉树中的走向路径，又可以换算出它在整个栅格区域内的行列位置；压缩和解压缩比较方便，各部分的分辨率可不同，既可精确地表示图形结构，又可减少存储量，易于进行大部分图形操作和运算。曲面：连续分布现象的覆盖表面，具有这种覆盖表面的要素有地形、降水量、温度和磁场等。表达和存储这些要素的基本要求：必须便于计算连续现象在任一点的数值。不规则三角网（TIN）：其曲面数据结构通常用于数字地形的三位建模和显示。它是将离散分布的实测数据点连成三角网，网中的每个三角形要求尽量接近等边形状，并保证由最近邻的点构成三角形，即三角形的边长之和最小。规则格网（Grid）：其曲面数据结构类似于矩阵形式的栅格数据，只是其属性值为地面的高程或其他连续分布现象的差值。第三章 空间数据处理地图投影：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、圆柱面等）上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。主要的三种变形：角度变形、面积变形和长度变形。地图投影分类：按投影变形性质按投影面与地球的相对位置关系按投影面的形状按投影面和地球的空间逻辑关系等角（正形）投影、等面积投影、任意投影（包括等距离投影）正轴投影、斜轴投影、横轴投影圆锥投影、圆柱投影、方位投影相切投影、相割投影主比例尺（普通比例尺）：计算地图投影或制作地图时，必须将地球按一定比例缩小表示到平面上。局部比例尺：由于投影中必定存在某种变形，地图仅能在某些点或线上保持这个比例尺，其余位置的比例尺都与主比例尺不相同，及大于或小于主比例尺。高斯-克吕格投影：等角横切椭圆柱投影。几何意义：假想用一个椭圆柱横向套在地球椭球外面，并与某一子午线相切（中央子午线或中央经线），椭圆柱的中心轴位于地球椭球的赤道上，再按高斯-克吕格投影所规定的条件，将中央经线两侧一定经差范围内的经纬线投影到椭圆柱面上，并将此椭圆柱面展为平面。特点：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。矢量与栅格数据结构比较：优 点缺 点矢量1. 便于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1. 数据结构较复杂2. 软件实现的技术要求比较高3. 多边形叠合等分析相对困难栅格1. 数据结构相对简单2. 空间分析较容易实现3. 有利于遥感数据的匹配应用和分析1. 数据量较大，冗余度高，需要压缩处理2. 定位精度比矢量低3. 拓扑关系难以表达遥感与GIS数据的融合：（1） 数字线画图（DLG）：经过正射纠正后的遥感影像，与数字线画图信息融合，可产生影像地图。这种影像地图具有一定的数学基础，有丰富的光谱信息与几何信息，又有行政界线和属性信息，直接提高了用户的可视化效果。（2） 数字地形模型（DEM）：有助于实施遥感影像的几何校正与配准，消除遥感影像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遥感影像的定位精度，同时数字地形可参与遥感影像的分类，改善分类精度。（3） 数字栅格图（DRG）：将数字栅格地图与遥感图像配准叠合，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实现空间数据库的自动/半自动更新。不同格式数据的融合：格式主要有：ESRI公司的Arcinfo Coverage、Shapefile、E00格式；Autodesk公司的DXF和DWG格式；Mapinfo公司的TAB和MIF格式；Intergraph公司的DGN格式等。融合方式：（1）基于转换器的数据融合 （2）基于数据标准的数据融合 （3）基于公共接口的数据融合。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（信息载体减少的程度）。基于矢量的压缩：道格拉斯-佩克算法。基于栅格的压缩：游程编码，四叉树编码。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叫做空间数据的内插。分块内插法：把整个空间划成若干分块，并对各分块求出各自的曲面函数来刻画曲面形态。逐点内插法（移动曲面法）：以插值点为中心，定义一个局部函数去拟合周围的数据点，数据点的范围随插值点位置的变化而变化。第四章 地理信息系统空间数据库完整的数据库系统：包括数据库存储系统、数据库管理系统（DBMS）和数据库应用系统。空间数据库管理系统：能够对介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义，提供必需的空间数据查询检索和存取功能，以及能够对空间数据进行有效的维护和更新的一套管理系统。数据库设计的过程和步骤：需求分析 概念设计 逻辑设计 物理设计 空间数据库实体-联系模型：最常用的语义数据之一关系数据模型：是一种数学化的模型，它把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表中的元素，这种表就称为关系。关系的集合构成关系模型。关系模型的完整性有三类：实体完整性、参照完整性和用户自定义的完整性。第一范式（1NF）：是一个关系模式所要遵循的最基本的条件，即关系中的每个属性必须是原子的、不可分割的数据项。第二范式（2NF）：关系在满足1NF的基础上，每一个非主属性完全函数依赖于该关系的关键字。第三范式（3NF）：关系在满足第二范式的基础上，其非关键字属性既非函数依赖，也不传递依赖于关键字。（空间）元数据：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。时空GIS：是一种四维（X，Y，Z，T）或（S、T）的信息系统，其中（X，Y，Z）或（S）表示空间系统，（T）表示时间，这是一种具有时空复合分析功能的多维信息可视化的系统。第五章 空间分析的原理与方法空间分析：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。按形式分类：矢量数据空间分析、栅格数据空间分析。数字地形模型（DTM）：用数字化的形式表达的地形信息。按形式分类：1、规则格网2、不规则三角网3、数字等高线、等深线、地形特征线等。空间叠合分析：在相同的空间坐标条件下，将同一地区两个不同地理特征的空间和属性数据重叠相加，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。五种叠合方式：Union、Intersect、Identity、Erase、Update。空间缓冲区分析：空间缓冲区就是地理空间实体的一种影响范围或服务范围。空间缓冲区分析是围绕空间的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的多边形。步骤：（1）计算主体的综合规模标准化指数（2）计算主体对邻近对象的的最大影响距离（3）确定主体对邻近对象的实际影响度（Fi）与邻近对象离主体的实际距离（di）的关系分析模型，从而从实际距离计算实际影响度，或从实际影响度反推实际距离。Voronoi(泰森）多边形分析：根据离散分布的已知数据点对研究区域进行划分，使得划分成的多边形覆盖整个研究区域，形成一个Voronoi图，且每一个多边形仅包含一个已知的数据点。第7章 GIS的设计与评价应用型GIS：在基础型GIS的基础上，经过二次开发，建成满足专门用户、解决特定实际问题的GIS。主要特点：具有特定的用户和应用目的、具有为适应用户专门需求而开发的地理空间实体数据库和应用模型，它继承基础型GIS开发平台提供的部分功能，并具有专门开发的用户界面。应用型GIS的设计：分为系统分析、系统设计、系统实施、系统运行与维护四个主要阶段。（表格见下页）生命周期设计法：如果系统设计按阶段进行，预先规定每一阶段的开发目标和任务，然后按照一定的准则顺序开发实施。优点：严格分阶段进行，便于开发工作的组织管理。缺点：系统开发过程比较长、新系统实际效果的可见性差、来自最终用户的反馈比较迟，不容易把握用户需求的变化等。原型化设计法：根据用户提出的要求，有用户与开发人员共同商定其中重要和基本的开发目标，然后选择一个试验区，设计出初步方案，在较短时间内开发出一个能满足用户基本需求的初步原型或系统雏形，交用户试用，经过一段时间的运行后，根据用户意见对原型加以修改或补充，产生一个新的原型版本。系统分析的任务：对系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出新系统的目标和结构方案。总体设