地理信息系统复习资料.doc

第一章1 地理信息的概念，特性？定义：是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。特性： 1）地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。这是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志； 2）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。 3）时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河洪水、秋季低温）中期的（如土地利用、作物估产）长期的（如城市化、水土流失）超长期的（如地壳变动、气候变化） 实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。2 地理信息系统的概念GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用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。3 GIS的构成应用人员，GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户软系统件，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统硬件系统，各种设备-物质基础数 据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在 4 地理信息的基本功能和应用领域a.数据采集与输入 b.数据编辑与更新 c.数据存储与管理 d.数据显示与输出 e 空间查询与分析 e1空间查询e2叠加分析e3缓冲区分析e4 网络分析e5 地形分析 第二章1 地理实体的三个基本特征a属性特征b空间特征c时间特征2 地理实体的数据类型属性数据 几何数据 关系数据3 空间数据结构的概念空间数据结构分为基于矢量的数据结构和基于栅格的数据结构两种基本类型。3.1矢量、栅格数据结构的概念矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及其空间关系来表达地理实体的一种数据结构。A. 点实体：记录点坐标和属性代码；B. 线实体：记录两个或一系列采样点的坐标，并加属性代码；C. 面实体：记录边界上一系列采样点的坐标，由于多边形封闭，边界为闭合环，加面域属性代码。 栅格数据结构是指将地表区域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象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值。A. 点实体：由单个像元来表达B. 线实体：由在一定方向上连接成串的相邻像元的集合来表达。 C. 面实体：由聚集在一起的相邻像元的集合来表达。 4 拓扑关系的概念，类型拓扑关系：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。类型：最基本拓扑关系 拓扑关联：指存在于空间图形中的不同拓扑元素之间的关系结点与弧段：如结b与弧3,2,5 ，多边形与弧段：面C与弧4,5,3。拓扑邻接：指存在于空间图形中的相同拓扑元素之间的关系。多边形之间,结点之间邻接矩阵,1邻结；0不邻结其它拓扑关系 拓扑包含：指存在于空间图形中的面与其它元素之间的关系,如面状实体包含哪些点、线状实体层次关系：指存在于空间图形中的相同拓扑元素之间的等级关系，如连云港市各个区拓扑连通：拓扑元素之间的通达关系，如点连通度，面连通度5 拓扑关系的意义A. 拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。不需要利用坐标或距离就可以确定一个地理实体相对于另一个地理实体的空间位置关系，并且这种拓扑数据较之几何数据具有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化B. 有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题C. 根据拓扑关系可重建地理实体。 9 矢量与栅格数据结构的比较第三章1 GIS数据源有哪些a地图数据 存储介质、现势性、投影转换b遥感、航空影象和数据 分辨率、变形规律、纠正、解译特征c实测数据d数字数据 格式、精度e统计数据、文本数据f多媒体，辅助GIS空间分析和查询2 GIS数据质量的概念GIS的数据质量，是指GIS中空间数据(几何数据和属性数据)的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。 误差是指数据与真值的偏离。4 GIS中地图投影的设计与配置一般原则a 与相应比例尺的国家基本图投影系统一致。 B 系统一般只考虑至多采用两种投影系统，一种应用于大比例尺的数据处理与输出、输入，另一种服务于小比例尺。 C 所用投影以等角投影为宜。 d 所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所采用的网格系统在投影带中应保持完整。5 连接地理实体与计算机中表现形式为编码；标识码是联系实体的几何信息和属性信息的关键字；实体几何数据与属性数据的连接纽带公共标识符(关键字)8 GIS数据质量的基本内容a位置精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的质量。b属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。c逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等。d完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性等e现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等 10 空间数据误差的类型GIS空间数据的误差可分为源误差和处理误差13 空间元数据的定义，主要作用空间元数据(Geospatial Metadata)：地理的数据和信息资源的描述性信息。是通过对地理空间数据的内容、质量、条件 和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关数据的数据。作用：（1）确定一套地理空间数据的存在性及其位置和其对于某种应用的适宜性，确定空间数据的存储方法、表达方法和使用方法。2） 用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源3）帮助数据使用者查询所需空间信息4）用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心5）提供数据转换方面的信息15 OPENGIS的概念OGIS，也叫开放式地理数据交换规程，它是由开放地理信息系统协会(Open GIS Consortium)制定的一系列开放标准和接口。Open GIS规范是OGC规范的最高层次，是利用软件统一地表示地理数据和地理处理的规范系统。第四章4 投影变换的方法1 解析变换法：找出两投影间坐标变换的解析计算公式的两种方法：A.反解变换法 先解出原地图投影点的地理，对于x，y的解析关系式，将其代入新图的投影公式中求得其坐标。B.正解变换法 直接求出两种投影点的直角坐标关系式。2数值变换法 原投影点的坐标解析式不知道，或不易求出两投影之间坐标的直接关系，利用若干同名数字化点(对同一点在两种投影中均已知其坐标的点)，采用插值法、有限差分法或多项式逼近的方法，即用数值变换法来建立两投影间的变换关系式。3数值解析变换法 当已知新投影的公式，但不知原投影的公式时，可先通过数值变换求出原投影点的地理坐标，然后代入新投影公式中，求出新投影点的坐标。5 数据压缩的概念是指从所取得的数据集合中抽出一个子集，使得该子集在规定的精度范围内较好地逼近原集合，且尽可能降低其数据量的数据处理过程。5.2 栅格数据的压缩概念、方法（重要）概念：是指为了删除冗余数据，减少数据存储量，节省存储空间，加快后继处理速度，对栅格数据所做得处理方法。1 游程编码压缩方法是指将原始栅格阵列的行或列中属性值相同的连续若干个栅格单元进行合并，并映射成 一个游程，以减少数据存储冗余度的编码压缩方法。每个游程的数据结构为（A，P）整数对。其中A代表属性值或属性值的指针， P 代表连续相同属性值的栅格个数（游程编码压缩方法是一种无损失的压缩编码结构 ）2 链式编码压缩用从某一起点开始沿8个方向前进的单位矢量链来表示线状地物或多边形的边界，从而达到压缩数据量的方法。建立步骤：1）首先定义一个33窗口，对中间栅格的走向的8种可能进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链。如下图所示： 3 块状编码压缩是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置(行、列号)和半径，再加上记录单元的代码组成。数据对格式(初始行、列，半径，属性值) 4四叉树编码压缩方法是指将栅格或图像沿中央位置等分成四部分，如果某一子区的所有网格都具有同样的属性值，则这个子区就不再继续分割；否则，就要把这个子区再等分成四个区域，直到每个子区都含有相同的属性值为止，据此再进行编码的方法。一种可变分率的非均匀网格系统，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。第五章1 空间数据库的概念以特定的信息结构和数据模型表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足不同用户对空间信息需求的数据库。2 空间数据库的特征A 空间数据库具有一般数据库所共有的特征1 数据集中控制 在文件管理方法中，文件是分散的，文件之间一般是没有联系的，不能按照统一的方法来控制、维护和管理。而数据库则很好地克服了这一缺点，可以集中控制、维护和管理有关数据。2 数据独立 数据库中的数据独立于应用程序，包括数据的物理独立性和逻辑独立性。这给数据库的使用、调整、优化和进一步扩充提供了方便，提高了数据库应用系统的稳定性。3 数据共享 数据库中的数据可以供多个用户使用，每个用户只与数据库中的一部分数据发生联系。用户数据可以重叠，用户可以同时存取数据而互不影响，大大提高了数据库的使用效率。4 较小的数据冗余 数据库中的数据不是面向应用，而是面向系统，数据是按照一定的数据模型组织、描述和存储，并进行集中管理，具有较小的冗余度，也提高了数据的一致性。5 统一的数据保护功能 多用户共享数据资源时，严格检查用户使用数据，规定用户的访问和存取权限，确保数据的安全性、一致性和并发控制。4 GIS数据模型的概念，三要素，建立的目的数据模型 是指数据库系统中关于数据内容和数据间联系的逻辑组织形式，它以抽象的形式描述和反映地理实体构成及其相互关系。三要素：数据结构、数据操作和数据的约束条件建立数据模型的目的是：用最佳的方式表达实体对象及其相互关系，并能以最佳的方式为用户提供访问数据库的逻辑接口5 层次、网状、关系数据模型的优缺点（以下为关系数据模型）优 点：结构简单灵活；容易维护和理解，数据的修改和更新方便。一般DBMS管理属性数据方便可靠，管理图形数据有局限： 1无法用递归和嵌套的方式来描述复杂的层次和网状结构，模拟和操作复杂地理对象的能力较弱；1对复杂结构地理对象的描述，需对实体进行不自然的分解，导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理；3概念模式和存储模式的相互独立性，导致关系之间的联系需要执行联接操作，系统开销较大，运行效率不够高；4难于存储和维护变长的空间数据及其拓扑关系；5不能支持GIS需要的一些复杂图形功能及包含、叠加等操作。 6 数据库结构设计数据库设计，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的具体结构的过程。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。主要包括需求分析、结构设计和数据层设计三部分。第六章1 空间分析的定义是集空问数据分析和空间模拟于一体的技术，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题的过程。3数字地面模型（DTM）和高程模型（DEM）。数字地面模型：是指地表形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。数字高程模型：是一定区域范围内地面高度连续变化的数字化表示方法，通常是指按照一定的格网间隔采集地面高程所建立的规则格网高程模型。4 TIN的概念、特点TIN：利用区域有限个点集将区域划分为互不交叉、互不重叠且相连的三角面网络来模拟地形表面的数据模型。特点： TIN模型具有可变分辨率； 因能顾及各种地形特征点、线，故能以较少的采样点高精度的逼近复杂的地形表面 TIN模型可减少规则格网法带来的数据冗余，同时在计算坡度等效率方面优于纯粹基于等高线的方法； TIN数据结构、存储管理与操纵较为复杂，数据共享不便，大规模DEM生产管理较少采用，一般用于大比例尺地形测图5 空间叠置分析、缓冲区分析、网络分析的概念空间叠置分析又称叠加分析，是指在统一的空间参照系统条件下，将同一地区的两组或两组以上的图层要素进行叠置，产生新的数据层的分析方法。缓冲区分析是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的带状区域，用以识别这些实体对邻近对象的辐射范围或影响度，以便为某项分析或决策提供依据。GIS的网络分析是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的优化问题进行研究的一种空间分析方法。（网络分析的基础是图论和运筹学）第七章1 空间信息可视化的概念是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图 像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。3 电子地图的概念、特征与GIS地图的区别电子地图(屏幕地图或瞬时地图)：以地图数据库为基础，以数字形式存储在计算机外存储器上，并依托于空间信息可视化系统实时再现地理信息的数字化地图。电子地图(集)的基本特征：1 能够全面继承并发展了地图科学中对地学信息进行多层次智能综合加工、提炼的优点；2 很强的空间信息可视化性能，具有严密的数学基础、科学而系统的符号系统、强有力的可视化界面，支持地图的动态显示，并可采用闪烁、变色等手段增强读图效果；3 支持空间信息的多种形式的查询、检索和阅读；4 支持基本的统计、计算和分析；5 大多数电子地图支持“所见即所得”地编辑和输出硬拷贝，支持电子出版；6 大多数电子地图支持多媒体信息技术。区别：1 电子地图包含了GIS的主要