地理信息系统复习整理.doc

第一章，导论1. 地理信息系统是管理和分析空间数据的科学技术。2. 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。3. 信息是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍的形式。4. 数据是信息的表达形式，信息是数据的内容。5. 地理信息系统可以看做是处理地理数据，获得地理信息的计算机系统。6. 信息具有客观性，适用性，传输性，共享性。7. 地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理含义。8. 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、图形的总称。9. 地理信息具有空间、属性、时序三大特征。10. 地理信息系统是有计算机硬件和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。11. 空间数据最根本的特点是每一个地理实体都按统一的地理坐标进行标记，实现对其定位，定性，定量等信息的描述。12. 地理信息系统的基本功能：数据采集和编辑，数据储存和管理，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。13. 地理信息系统的应用功能有：资源管理，区域规划，国土监测，辅助决策。 第二章，地理信息的数据结构1. 地理空间一般是指上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。2. 我国现有三种坐标并存：1954北京坐标系，1980国家大地坐标系，地心坐标系3. 按数据来源分Gis中的空间数据可以分为以下三种类型：地图数据，影响数据，文本数据。4. 按数据结构可以分（1）矢量数据：用欧式几何空间的点，线，面等几何元素来表达空间实体的几何特征数据。数据精度高，储存冗余度低，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。（2）栅格数据：将空间分割成有规则的格网，在这个网格上给出相应的属性值来表示空间实体的一种数据组织形式。5. 按数据特征分为空间地位数据，非空间属性数据6. 按数据的几何特征分为点，线，面，曲面，体7. 按数据发布形式分为4D数据：（1） DLG数字线画（2） DRG数字栅格（3） DEM数字高程：以数字形式表达地形起伏的数据（4） DOM数字正射影像数据 8. 游程编码9. 曲面数据TIN10. 矢量结构的特点：属性隐含，定位明显11. 矢量型数据结构按其是否明确表示各地理实体的空间相互关系可分为实体型(Shapefile)和拓扑型(Coverage)两大类。12. 实体型数据结构的优点 结构简单、直观，编码容易实体型数据结构的缺点 数据冗余，相邻多边形的公共边易产生分歧； 实体互相独立，缺乏联系；岛弧处理比较困难第三章，空间数据处理1. 空间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，用以识别这些实体或主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；2. 坡度（slope）是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度h和水平宽度l的比叫做坡度 。3. 坡度的表示方法有百分比法、度数法、密位法和分数法四种，其中以百分比法和度数法较为常用。 坡向是坡面法线在水平面上的投影的方向过格网单元所拟合的曲面上，某点的切平面的法线的正方向在平面上的投影与正北方向的夹角。坡向由 0 到 359.9 度之间的正度数表示，以北为基准方向按顺时针进行测量。会为输入栅格中的平坦（具有零坡度）像元分配 -1 坡向。 4. 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。一般包括仿射变换，相似变换，二次变换, 高次变换等5. 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上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系（地图投影是利用一定数学方法则把地球表面的经、纬线转换到平面上的理论和方法）6. 高斯-克吕格投影就是等角横切椭圆柱投影7. 在我国1：:25万至1:50万的地形图均采用6度分带，1:1万及更大的比例尺地图采用3度分带，我国1:100万用的是兰伯特投影8. 高斯投影的特性：（1）中央子午线投影后为直线，且长度不变。（2） 除中央子午线外，其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线为对称轴。投影后有长度变形。（3） 赤道线投影后为直线，但有长度变形。（4） 除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。（5）经线与纬线投影后仍然保持正交。 （6） 所有长度变形的线段，其长度变形比均大于l。（7）离中央子午线愈远，长度变形愈大。9. 按照6带划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是： L。=6N3 （N为6带的带号） 例：20带中央子午线的经度为 L。6 203117 按照3带划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是： L。=3n （n为3带的带号） 例：120带中央子午线的经度为 L。3 120360 若已知某点的经度为L，则该点的6带的带号N由下式计算： N L/6 （取整）+1 若已知某点的经度为L，则该点所在3带的带号按下式计算： n L/3（四舍五入）.第五章，空间分析的原理与方法1. 空间分析：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。空间元数据：地理的数据和信息资源的描述性信息。它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的数据。 习题1、 地理空间数据的概念模型分为：对象模型、场模型、网络模型。2、 空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。空间关系主要有头拓扑空间关系、顺序空间关系、度量空间关系。3、 栅格数据模型的一个优点是不同类型的空间数据层可以进行叠加操作，不需要进行复杂的几何计算。4、 矢量数据结构按其是否明确地表示地理实体空间关系分为：实体数据结构和拓扑数据结构两大类。5、 栅格数据结构的显著特点是：属性明显，定位隐含。6、 属性查询是一种较常用的空间数据查询，属性查询又分为简单的属性查询和基于SQL语言的属性查询。7、 空间关系查询包括拓扑关系查询和缓冲区查询。10、根据栅格数据叠加层面的不同，将栅格数据的叠置分析运算方法分为以下几类：布尔逻辑运算、重分类和数学运算复合法。11、从缓冲区对象方面来看，缓冲区最基本的可分为点缓冲区、线缓冲区和面缓冲区。13、 地理空间分析的三大基本要素是空间位置、属性、时间。14、 GIS运行环境的核心部分是计算机软硬件系统。15、 GIS硬件系统包括输入设备、处理设备、存储设备、和输出设备四部分。16、从数据结构上，GIS可分为矢量GIS、栅格GIS、矢量栅格GIS。17地理空间坐标系统分为球面坐标系统、平面坐标系统，其中平面坐标系统被称为投影坐标系统。18、投影是指建立两个点集之间一一对应的映射关系。19、高斯投影中1：2.5至1:50万比例尺地形图采用经差6度分带，1:1万比例尺地形图采用经差3度分带。20、区域多边形的选择必须和国家现行管理制度相一致，才能发挥其应用效益，保证信息更新的连续性。21、根据空间数据的获取方式可分为：地图数据、遥感影像数据、实测数据、共享数据、其他数据。22、地理信息系统的数据采集工作包括两个方面：空间数据的采集、属性数据的采集。23、属性数据的来源：社会环境数据、自然环境、资源与能源。24、数据重构主要包括 ： 数据结构的转换和数据格式的转换。27、空间数据的误差：几何误差、属性误差、时间误差、逻辑误差。28、数据库领域中最常用的数据模型有：层次模型、网状模型、关系模型、对象模型。34、数据分析的原则：科学性原则，完整性原则，实用性原则，美观性原则。35、模式分级分为等间距分级，分位数分级，等面积分级，标准差分级，自然裂点法分级。四、简答题1. 简述地理信息系统的基本特征a) 数据的空间定位特征b) 空间关系处理的复杂性c) 海量数据管理能力2. 什么是GIS空间分析？其方法是什么？ GIS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。方法：叠置分析、缓冲区分析、窗口分析、网络分析3. 什么是空间数据库？其主要特点是什么？空间数据库是地理信息系统中用于储存和管理空间数据的场所。特点：（a）数据量特别大；（b）不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系；（c）数据应用广泛。4. 网络分析的基本思想是什么？ 人类的活动总是趋向于按一定的目标选择达到最佳效果的空间位置，根本目的是研究、筹划如何安排一项基于网络数据的工程，并使其运行效果最好。5. 简述空间数据的基本特征。空间特征、非结构化特征、空间关系特征、多尺度与多态性、分类编码特征、海量数据特征6. 地理表达和地理模型的关系a) 二者有重叠；b) 地理表达用于描述地理概念和地理事物；c) 地理模型则多用于地理时间和空间数据库环境下。7. 简述栅格数据结构的优缺点 优点：“属性明显，定位隐含”，数据结构简单、数据模拟方便。 缺点：数据量大、难以建立实体间的拓扑关系、通过改变分辨率而减少数据量时精度和信息量同时受损等。8. 简述矢量数据结构的优缺点 优点：数据按照点、线或多边形为单元进行组织，编码容易、数字化操作简单、数据编排直观。缺点：a) 独立存储方式造成相邻多边形的公共边界重复记录，造成数据冗余，导致公共边界出现间隙或重叠；b) 缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系； c) “岛”的问题。（岛只作为一个单个图形，没有建立与外界多边形的联系。）9. 简述空间关系的类型a) 空间拓扑关系：拓扑变换下保持不变的关系；b) 空间顺序关系：描述实体在地理空间上的排列顺序；c) 空间量度关系：描述空间实体的距离远近关系，一般用欧式距离表示。五、论述题1、gis尚待解决的问题及当前的发展趋势（一）问题：(1)数据结构方面存在的问题：目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系(包括相交、通过、包含等)相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差;立地物等问题。 (2)GIS模型存在的问题；传统GIS模型难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。其对空间数据模型和空间数据结构方面力不从心，逐渐暴露其弊端。（二）发展趋势 随着地理信息系统产业的建立和数字化住处产品在全世界的普及,GIS将深人到各行各业以至千家万户，成为人们生产、工作、学习和生活中不可缺少的工具和助手。数据管理方面：(1)多比例尺、多尺度和多维空间数据的表达；三库一体化的数据结构方向；利用数据挖掘技术进行知识发现（2）技术集成方面:：“3S”集成即将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测技术有机地集成在一起；GIS与虚拟现实技术的结合；分布式技术、万维网与GIS的结合；2、试论述矢量数据的叠置分析（1）点与多边形叠加：将一个点图层叠加在一个多边形的图层上，以确定每个点落在哪个多边形内。点与多边形的叠置是通过点在多边形内的判别完成的，它通常是得到一张新的属性表，该属性表除了原有的属性以外，还含有落在那个多边形的目标标识。如果必要，还可以在多边形的属性表中提取一些附加属性。如行政区名称，行政区首长姓名等。（2）线与多边形叠加：线与多边形的叠加，首先计算线与多边形的交点，将原线打断成一条条弧段，并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。根据叠加的结果可以确定每条弧段落在哪个多边形内，可以查询指定多边形内指定线穿过的长度。（3）多边形叠加：多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作，其结果将原来多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。叠加过程可分为几何求交和属性分配两步。几何求交过程首先求出所有多边形边界线的交点，再根据这些交点重新进行多边形拓扑运算，对新生成的拓扑多边形图层的每个对象赋一多边形唯一标识码，同时生成一个与新多边形对象一一对应的属性表。3、论述失量数据与栅格数据的结构的转换 栅格向矢量的转换：矢量化的过程要保证以下两点：拓扑转换，即保持栅格表示出的连通性和邻接性。否则，转换出的图形是杂乱无章的，没有任何实用价值的；转换空间对象正确的外形。栅格向矢量转换的主要步骤为：二值化，一般情况下，栅格数据是按0255的不同灰度值表达的；细化是消除线划横断面栅格数的差异，使得每一条线 只保留代表其轴线或周围轮廓线（对多边形而言）位置的单个栅格的宽度。跟踪，去除多余点及曲线光滑，拓扑关系的生成：判断弧段与多边形间的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的关系。 矢量向栅格的转换：从矢量向栅格转换过程中，应尽量保持矢量图形的精度在决定属性值时尽可能保持空间变量的真实性和最大信息量。格网单元对应几种不同的属性值，而每一单元只能取一个值。在这种情况下，有如下一些取值方法：（1）中心点法：用处于格网单元