地理信息系统复习资料.doc

第一章主要内容1.地理信息系统，简称GIS。是一种由计算机软硬件和不同的方法组成的，用来采集、管理、处理、分析、建模和显示空间数据，以解决复杂的规划和管理问题的系统。2.空间数据：就是有坐标的数据。GIS核心是数据，基础是坐标系统。 3.一般信息系统：只能存储、管理数据，不能将数据在空间上的分布表现出来。4.地理信息系统：除了一般信息系统的功能外，还能显示数据的空间分布，并且有强大的空间定位数据处理（查询、分析、模拟、统计和预测等）功能。5.GIS的基本结构：系统硬件，空间数据，系统软件，应用人员，应用模型6.地理数据：包括空间数据（如点、线、面等）、属性数据（如名称、类型、数量等）和时态数据（描述对象时空变化的状态、特点和过程）。7.空间数据分为矢量数据和栅格数据两种类型。8.GIS能满足人们对空间信息的要求，帮助人们进行各种辅助决策。目前，GIS广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通信、交通运输、公安、水利、公共设施、商业金融等人们生产生活的各个领域。当前地理信息系统正向集成化、产业化和社会化发展方向迈进9.GIS发展趋势： 1. 地理信息系统已经成为一门综合性技术2. 地理信息系统产业化发展势头强劲3. 地理信息系统网络化已构成当今社会的热点4. 地理信息科学的产生和发展 10.(1)如果将GIS用来监测森林火灾，可以( D ) A.用来分析、判断引起火灾的原因 B.预测森林火灾的发生地点 C.预测森林火灾后所造成的后果 D.及时知道火灾地点、范围、分析火势蔓延方向，制定灭火方案第二章内容1.ArcGIS10平台：面向网络的、面向移动设备的、面向桌面端的（ArcMap、ArcCatalog、 ArcToolbox 等）。2.数据分类：矢量数据（ SHP，EOO）、影像数据（栅格数据）（Grid，Img，JPG，TIF等）3.Shapefile：文件存储至少生成三个必需文件（.shp、.shx .dbf），其只有点、线、面。对应我们的矢量。4.Geodatabase：File geodatabase-GDB (跨平台，单表1T)Personal Geodatabase-MDB (windows，基于微软access，支持2G)和ArcSDE中Geodatabase 5.长度单位1km（公里）=1000m（米，公尺） 1m（米）=1000mm（毫米），1m=100cm（厘米）1m=10dm（分米） 1m=3尺，6.面积单位1公顷=15亩，1公顷=1万平方米，1平方公里=100公顷，1亩=2000/3平方米1平方公里=100万平方米， 1平方公里=1500亩7.地图单位介绍-特殊的单位-英寸电子世界的特殊单位（英寸），英寸很常见，例如计算机屏幕，电视机屏幕的尺寸，都是对角线长度计算的。 1英寸（inch ）=25.4mm，1英尺=12英寸， 1米=1000/25.4=39.37英寸 8.打印分辨率 300dpi（dot per inch）=1英寸=300像素（点） 栅格分辨率 30*30m9.地图比例尺:到底什么是比例尺和比例尺具体表现，最简单的讲: 比例尺=图上距离/实地距离,对于一幅挂图就是纸张和地图实际距离的比值。基本比例尺地形图:1:5千，1:1万、1:25万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万、1:100万 比例尺有大小之分，由于比例尺是个比值，分母越大，比例尺也越小，单位必须一致; 通常称1：1000000、1：500000、1：200000为小比例尺地形图；1：100000、1：50000和1：25000为中比例尺地形图；1：10000、1：5000、1：2000、1：1000和1：500为大比例尺地形图。10.一幅实际地图的数据精度，根据肉眼观察最小距离为0.1mm，得出1:500的数据精度为:0.1mm*500=5cm，5公分 1:10000数据精度为:0.1mm*10000=1m，1米影像的分辨率是指在影像数据中一个像素代表的地面大小。具体:当分辨率为1m时，也就是说，图像上的一个象元相当于地面1m x 1m的面积，即1m2,当分辨率为1m时,也就说，我们可以在影像中最小能分辨出距离为1米的地物。11.ArcGIS中坐标系统分为两种:地理空间坐标系与投影坐标系（平面直角坐标 ）12.地理空间坐标系：使用基于经纬度坐标描述地球上某一点所处的位置。某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义的。基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面；也称球面坐标 。如WGS 1984（GPS点），Xian 1980.prj，Beijing 1954.prj。13.投影坐标系统 ：使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理空间坐标系。平面坐标系统地图单位通常为米，也称非地球投影坐标系统 ，或者是平面直角坐标。14.投影坐标系由以下两项参数确定:1.地理空间坐标系（由基准面确定，比如:北京54、西安80、WGS84）2.投影方法（比如高斯克吕格、Lambert投影、Mercator投影）15.坐标是GIS数据的骨骼框架，能够将我们的数据定位到相应的位置，为地图中的每一点提供准确的坐标。16.北京54坐标系、西安80坐标系、WGS84的区别 北京54坐标系与西安80坐标系都是以Gauss_Kruger为基础，经局部平差后产生的坐标系 北京54坐标系:1954建立，原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。西安80坐标系:也称国家大地坐标系，1980年，原点在西安附近。17.GPS系统所采用的是1984年世界大地坐标系(Word Geodetic System 1984即WGS-84)。WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系。原点是地球的质心。WGS84一般是经纬度坐标系18.由于长、短半轴不一样，西安80坐标系与北京54坐标系转换是不严密的不存在统一的公式。19.地球上同一点，各个坐标系的经纬度是不一样的20.不同基准面坐标的转换主要是:三参数和七参数法。 个别4参数21.定义坐标系统和坐标转换区别坐标转换是真正改变坐标（xy）值：投影变换：投影变换是研究从一种地图投影点的坐标变换为另一种地图投影点的坐标的理论和方法。在平面坐标下，在arcmap可以查看经纬度，反过来是经纬度坐标系统，无法看xy，因为中央经线不一样，xy就不一样22.换带的目的：1.解决投影带的统一性。如一个县区的数据跨两个带，2.解决投影变形大的问题。换带分类:从一个3度度到另一个,；从3度到6度带说明：ArcGIS支持动态投影，不同带的数据，可以自动叠加，不需要进行数据投影变化23.地理坐标系表面的形状和大小由球体或旋转椭球体定义。选择使用球体还是旋转椭球体取决于地图的用途以及数据的精度。- 小比例尺地图 1:1,000,000 或更大,必须使用旋转椭球体表现地球的形状。同一个地球，同一个球体？24.为什么要使用投影坐标系？经纬度无法精确测量距离或面积，也难以在平面地图或计算机屏幕上显示数据。投影坐标系在二维平面中进行定义。根据不同的投影方式，可以得到等角度， 等距离或者等面积的投影结果/地图。形状，面积，以及距离也可能随之变形。25.高斯克吕格投影：通过分带控制变形 6分带：用于1：2.5万 1：50万比例尺地图，起始于格林威治，我国范围可分成11个6度带 3分带：用于大于1：1万比例尺地图，始于东经130，我国范围可分成22个三度带 坐标系原点为每个投影带的中央经线与赤道交点26.横坐标可能出现负值？ 如何区分不同的投影带？向西偏移（False Easting）500km 东西方向坐标值前加上所在带号27.坐标系就是空间参考？空间参考描述要素实际所处的位置，包括x、y、z 值坐标 系以及 x、y、z 和 m 值的容差值和分辨率值。 坐标系：X,Y 坐标通过地理坐标系或投影坐标系进行标识。Z坐标通过垂直坐标系标识。 容差：容差值为坐标之间的最小距离，多用于空间查询/选择和拓扑运算。 分辨率：分辨率表示要素类记录地理要素的位置和形状时所使用的详细程度。空间参考包含描述要素 实际所处的位置的坐标 系和其他空间属性。28.容差，分辨率越小越好？必须清楚数据对应的正确的空间参考！29.坐标系变换：常用变换方式 三参数： x偏移，y偏移，z偏移；通过一个已知坐标点推算；适用30km范围内的数据（经验值） 七参数：x偏移，y偏移，z偏移，x旋转，y旋转，z旋转，比例因子；通过三个已知坐标点推算（布尔莎模型） 严密的转换过程，结果精确30.数据跨越了好几个投影带，如何处理？ 显示：动态投影至地理坐标系 Beijing54/Xian80 分析：按照需求重新投影- 1：100万比例尺 lambert投影；省级范围 lambert(等角圆锥投影)或者Albers投影(正轴等积割圆锥投影)31.计算数据的面积时，结果为什么是0？不能在地理坐标系下进计算面积 允许较大误差：将Data Frame设置为投影坐标系，通过动态投影的方式 精确计算：将数据投影至相应的投影坐标系32.使用Measure工具得到地理坐标系下两点间精确的距离？通过大地测量学的方式得到：默认是两点间最短距离；ArcGIS10中可以选择等角航线/大椭圆测量类型- 基于数据的椭球体信息；粗略的测量结果 等距投影得到精确结果33.生成的缓冲区垂直方向直径不水平方向直径不等？10 数据为地理坐标系，建立的缓冲区半径为线性单位 缓冲区节点至数据的距离为大地测量学粗略计算结果 圆形的缓冲区效果 选择与数据坐标系相符的测量单位 精确的缓冲区范围 进行相应的坐标系变换34.3度，6度分带含义3分带法:从东经130起，每3为一带，将全球划分为120个投影带，东经130-430，.17830-西经 17830，.130-东经130。东半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式:L0=3n ,中央经线为3、6.180。西半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式:L0=360-3n ,中央经线为西经177、.3、035.带号和中央经线的计算公式1、3度带：中央经线 L0=3*n 带号n=L0/32、6度带：中央经线 L0=(6n-3) 带号n=(L0+3)/6总之：中央经线和带号只和经线有关，与纬度无关，经度在地球上表现为东西方向。36.由经线(X)反算最近带号1、3度带：以中央经线正负1.5度N=Int（(X + 1.50)/3)2、6度带：是以中央经线正负3度N=Int(X/6) +1中国经纬度范围最东端 东经135度2分30秒 黑龙江和乌苏里江交汇处 ；最西端 东经73度40分 帕米尔高原乌兹别里山口（乌恰县） ；最南端 北纬3度52分 南沙群岛曾母暗沙 ；最北端 北纬53度33分 漠河以北黑龙江主航道（漠河县）经度为73-135，3度为25带-45带，6度带 13（对应中央经线为75度）-23（对应中央经线为135度）纬度为3度-53度37. 3度分带、6度分带对应平面XY规定在GIS系统中，采用6度或3度分带的高斯-克吕格投影，如北京54，西安80。每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网，投影带中央经线投影后的直线为X轴(纵轴，纬度方向)，赤道投影后为Y轴(横轴，经度方向)，为了防止经度方向的坐标出现负值，规定每带的中央经线加500公里（中央经线向东平移500公里）。由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，因此规定在横轴坐标前加上带号，如(37318980,2165593)其中37即为带号，同样所定义的偏移值也需要加上带号，如37带的偏移值为37500000米。第3章 空间数据库管理工具ArcCatalog基础1.ArcCatalog是ArcGIS DeskTop中最常用的三个应用程序之一，其也被称为地理数据的资源管理器。它用来管理空间数据存储和数据库设计，以及进行元数据的记录、预览和管理。 ArcCatalog应用模块可以帮助使用者组织和管理其所有的GIS信息。2.ArcCatalog不仅可以帮助GIS数据管理人员维护GIS空间和属性数据，还可以帮助普通用户快速地进入数据库进行地理数据与元数据的浏览。ArcCatalog界面简洁明了，并利用其提供的易于使用的界面与向导，可以创建和管理空间数据库。ArcCatalog是以数据为核心，用于定位、浏览和管理空间数据的ArcInfo应用模块。其可以看作是用户规划数据库的环境，是用户用于制定和利用元数据的环境。ArcCatalog能够识别不同的GIS数据集，如ArcInfo coverages、ESRI shapefiles、geodatabases、INFO表、图像、grid、TIN、CAD文件、地址表、动态分段事件表、及其他的ESRI数据类型和文件。每一种数据集都用一个唯一的图标来表示。3.图层的概念不同于单个数据模型。一个图层不仅包括数据模型，还包括对该数据进行的修饰，如颜色的更改、符号的表现和制图要素的添加等。因此为了完整地制作一幅地图，我们需要使用图层。在图层中，保存的颜色等属性是不变的，方便再次使用。而在数据模型中的是不固定的，即每次打开该数据模型，其图形颜色是不一样的。4.元数据是关于数据的数据，是数据和属性的描述性信息。5.一个完整的ESRI的Shapefile文件至少包括3个文件，即主文件（*.shp）、索引文件（*.shx），dBASE（*.dbf）表。6.使用ArcCatalog可以创建新的Shapefile文件。新创建的Shapefile文件包括空间信息和属性信息。在ArcCatalog中，可以通过Shapefile文件属性（Properties）来改变它的名称、字段和索引等，但是想要修改其要素数据或是属性信息，必须使用ArcMap。7.GIS中的坐标系定义是GIS系统的基础。正确定义GIS系统的坐标系非常重要。在新建一个Shapefile文件时，应同时给其指定坐标投影信息。如果在建立Shapefile文件时，没有同时建立其坐标系统，而是选择以后定义Shapefile文件的坐标系统的话，那么直到被坐标系统定义前，它的坐标系统都将被定义为“未知”。8.Geodatabase是按照成层次型的数据对象来组织地理数据的。这些数据对象包括对象类（0bjects）、要素类（FeatureClass）和要素数据集。9.数据库设计，就是把现实世界中一定范围内存在着的应用处理和数据，抽象成一个数据库具体结构的过程。空间数据库的设计是指在现在数据库管理系统的基础上，建立空间数据库的整个过程。空间数据库的设计一般包括需求分析、结构设计和数据层设计等内容。在设计过程中，其始终要遵循一定的原则和要求。10.要素数据集是存储要素类的集合。建立一个新的要素数据集，必须定义其空间参考，包括坐标系统（地理坐标、投影坐标）和空间参考属性（X、Y、Z和M容差）。数据集中所有的要素类必须使用相同的空间参考。定义了要素数据集空间参考之后，在该数据集中新建要素类时不需要再定义其空间参考，新建要素类将使用数据集的空间参考。如果在数据集之外（即在数据库的根目录处新建要素类时），必须单独定义空间参考。如果将数据集之外的要素类添加到数据集之内时，该要素类的空间参考与数据集不同，则要素类的空间参考自动转换为数据集的空间参考。11.同类空间要素的集合即为要素类，如河流、道路、植被、用地和电缆等。要素类之间可以独立存在，也可具有某种关系。当不同的要素类之间存在关系时，我们将其组织到一个要素数据集中。建立了要素集后，就可以在其中建立各种要素类。建立一个要素类可以在要素数据集中建立，也可以独立建立。但在独立建立时，必须要定义其投影坐标。在要素数据集中建立一个要素类，可以选择创建一个存储简单要素（点、线、面）组成的要素类，也可以选择要素类将保存注记要素、网络要素和维要素等定制对象。12.使用表设计器可以很便捷地在ArcCatalog中创建表。在Geodatabase中，表可以存储非空间对象、空间对象和关系。存储非空间对象的表称为对象类，它有一个表示子类的特殊字段；存储空间对象的表称为特征类；存储关系的表称为关系表。13.Geodatabase中所包含的不仅仅是要素类、要素集及表，其可能还包关系类、注释类、几何网络和拓扑等不同的结构和类别。所以不可避免要对数据库进行进一步的定义和管理。14.地理数据库按照面向对象的模型存储地理信息。这些信息对象可以表示为空间视图要素，也可以将其非空间信息保存在表中。对于要素和表可以设置一些规则来进行限制。对属性的约束称为属性域。例如，可以对某数值属性设置一个限制范围，即设置一个变化域。超过这个范围或是域的值都被视为是不合格的。15.拓扑表达的是对象之间相邻、包含和关联等空间关系。创建拓扑关系可以是地理数据库能更真实的表示地理要素，更完美的表达现实世界的地理现象。创建拓扑的优势在于：根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，就可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系。拓扑关系能更清楚地反映实体之间的逻辑结果关系，它比几何数据有更大的稳定性，不随地图投影的变化而变化。16.当数据存储在表格或要素类中时，可能希望创建索引加快查询速度，但要注意如果定义过量的索引，性能反而会下降。空间索引提高了空间要素几何查询的选择速度。属性索引是dBMS在表中取得记录的一种可选方法。与直接从第一行记录开始查找，并搜索整个表相比较，首先查找索引，然后找到合适的记录会快得多。个人Geodatabase不可以添加空间索引，但对于ArcSDE Geodatabase却可以添加、修改和删除空间索引。在ArcCatalog中，可以对一张表中的一个或几个属性创建索引，也可以随时增加或删除索引。17.现实世界中的对象与数据库中的对象通常存在特殊的联系。在地理数据库中，这种联系称为关系。关系可以存在于空间对象之间（要素类中的要素），非空间对象之间（表中的行），或空间与非空间对象之间。在地理数据库中，空间对象存储在要素类中，非空间对象存储在属性表中，而关系存储在关系类中。一般来说，关系的相关度包括一对一，一对多，多对一和多对多。第4章 空间可视化工具ArcMap 1.ArcMap是一个用于编辑、显示、查询和分析地图数据的以地图为核心的模块，其包含一个复杂的专业制图和编辑系统，既是一个面向对象的编辑器，又是一个完整的数据表生成器。2.ArcMap可以用来浏览、编辑地图，以及基于地图的分析。ArcMap提供了一体化的完整地图绘制、显示、编辑和输出的集成环境。3.在ArcMap中，地图文档一般是后缀为.mxd的文件，可以新建并保存。下次想打开这个文件只需双击这个后缀为.mxd的文件，这时ArcMap将自动启动并加载这个地图的数据。当双击打开以前保存的mxd文件，启动了ArcMap但却发现没有正确加载数据，或者是在目录内容区虽有数据目录，但在图形区却没有图形，而且在目录内容区数据目录前均有红色的叹号。这是由于mxd文件只保存了数据的路径，却不能保存数据。当数据改变存储目录或被破坏就会出现上述情况。4.设置视图书签，就是将地图数据的某一视图状态保存起来，以便于在任何情况下，用到这种状态时，随时可以调入书签，回到这一视图状态。视图书签可以随时创建，可创建多个视图书签以便快速回到不同的视图状态。对于视图书签也可以随时浏览或删除等操作。5.数据框（layer）是 GIS 地图上地理表达的单位。每个数据框表达的是按照地图绘制者的规范绘制出的一系列有关联的地理数据。图层则是数据框的基本单位，数据框和图层的关系如图6.26所示。第5章 空间数据的编辑1.空间数据的编辑是对采集后的数据进行编辑操作。它是丰富完善空间数据以及纠正错误的重要手段。空间数据的编辑主要包括数据的几何图形编辑和数据的属性编辑。2.在ArcMap工作环境中进行数据编辑，其操作对象是地理要素类或是地理要素集。要素类是相同要素的集合，如点要素集、线要素集和面要素集等。要素集则是具有相同空间参考的要素类型的集合。Shapefile文件只能是某一简单的要素类，它无法将多个要素类组成数据集。而Geodatabase文件复杂且功能强大，它可以将要素类组成要素集。应注意，在ArcMap中，可以同时加载多种类型的数据集，但是每次只能对一个数据集中的要素类进行编辑。3.在对数据进行输入与编辑的过程中，可以使用捕捉功能。利用捕捉功能，可以实现对绘制或编辑的要素进行位置的精确定位及要素之间相互连接等功能。与CAD软件捕捉功能类似， ARCGIS中的捕捉功能也十分强大。4.点要素是构成空间数据的基本单元，也是最简单的空间数据元素。5.线要素可以视为由点要素组成。在ArcMap中，组成线要素的点分为3种，即起点（Start Node）、终点（End Node）和中间点（Vertex）。6.面要素可以视为由线要素组成，而线要素由点要素组成。可以认为面要素是由一系列点组成边界线，由边界线围成最终的面要素。面要素的输入及其编辑操作可细化为边界点编辑操作。7.地理信息包括空间位置信息，也包括属性信息。8.在ArcMap中，选择记录分为根据属性选择和根据位置选择，属性选择是利用SQL查询语句给出的条件选择属性。第六章 空间数据的转换本章节将学习在ArcMap中更改地图的投影方式，以及高斯-克吕格、墨卡托、UTM、兰伯特、阿尔伯斯等投影的类型、特点和优点。了解如何进行数据变换、数据结构和格式转化等内容。1.投影变换（Projection Transformation），就是从一种地图投影变换成另一种地图投影的理论和方法。2. 地球椭球体表面是曲面，而地图通常是要绘制在平面图纸上，因此制图时首先要把曲面展为平面，然而球面是个不可展的曲面。 由于球面上任一点的位置是用地理坐标（纬度j、经度l）表示，而平面上点的位置是用直角坐标（纵坐标x、横坐标y）或极坐标（动径动径角）表示，所以要想将地球表面上的点转移到平面上，必须采用一定的数学方法来确定地理坐标与平面直角坐标或极坐标之间的关系。这种在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。3. 坐标系统的定义是在不改变当前数据集中特征X Y值的情况下对该数据集指定坐标系统信息。 4. 不同数据结构间的转换主要包括矢量到栅格数据的转换和栅格到矢量数据的转换。5. 栅格结构是最简单最直观的空间数据结构，又称为网格结构（raster或grid cell）或象元结构（pixel），是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或像素，由行、列号定义，并包含一个代码，表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。第7章 空间数据的处理 1数据处理涉及的内容很广泛，主要取决于原始数据的特点和用户的具体需求，一般包括数据变换、数据重构和数据提取等内容。数据处理是针对数据本身完成的操作，不涉及内容的分析。因此，空间数据的处理又称为数据形式的操作。2. 数据拼接是指将空间相邻的数据拼接成为一个完整的目标数据。拼接的前提是矢量数据经过严格的接边（关于数据接边的操作主要是在空间配准工具中进行。3.一般来说，对于矢量数据的拼接操作需要被拼接的数据具有同样的投影坐标信息，对于其属性结构则可以不同。4. ArcGIS包括一套丰富的工具来处理和作用于地理信息，而ArcToolbox就是这样一个包含了一系列用于空间处理的工具集，其具有空间处理和空间分析的功能。5. ArcGIS矢量数据的空间分析主要是基于点、线和面3种基本形式。在ArcGIS中，矢量数据的空间分析主要是缓冲区分析、叠置分析和网络分析等。6. 缓冲区是指为了识别某一地理实体对其周围地物的影响度，而在其周围建立一定宽度的多边形区域。缓冲区分析（Buffer）是对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件建立缓冲多边形的空间分析方法。它是用来解决邻近度问题的空间分析工具之一。邻近度描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。7. 叠加分析是指将同一地区、同一比例尺、同一数学基础和不同信息表达的两组，或多组专题要素的图形或数据文件进行叠加，根据各类要素的图形和属性建立具有多重属性组合的新图层的空间分析方法。ArcGIS中矢量数据的叠加分析主要分为6种，即擦除、标识、相交、对称差（交集取反）、联合和更新。8. 在现实世界中，地理网络是由若干线状实体和点状实体构成的，网络资源沿着这个线性网流动的一个网状结构体系。网络数据模型即是真实世界中网络系统（如交通网、通讯网、自来水管网和煤气管网等）的抽象表示。网络分析是指通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结构及其资源配置的优化问题进行研究的空间