GIS原理与应用00.doc

第一章 绪论数据指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图象等符号。信息信息是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数据、符号、声音、图象等形式记录下来，进行传递和处理，为人们的生产、建设、管理等提供决策依据。地理信息地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征及一切有用的知识，他是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。地理信息系统是在计算机硬件、软件系统的支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述以及辅助决策的技术系统。GIS的基本构成1、 计算机硬件系统：计算机主机、数据输入设备、数据存储设备、数据输出设备。2、 计算机软件系统：计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支撑软件、应用分析程序。3、 地理空间数据4、 系统开发、管理和使用人员5、 应用模型GIS的发展概况国际发展状况1、 起步阶段（20世纪60年代），注重空间数据的地学处理。GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图。2、 发展阶段（20世纪70年代），注重空间地理信息的管理，受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视。发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理这三个方面。3、 推广应用阶段（20世纪80年代），也是GIS普遍发展和推广应用阶段，把GIS与RS结合解决全球性问题，注重空间决策支持分析。4、 用户时代（20世纪90年代后）,注重GIS社会应用与服务，GIS技术迅猛发展。产业化阶段，对GIS进一步研究，研究的内容集中在：空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等。5、 21世纪，网络化阶段国内发展状况我国GIS起步较晚，但发展较快，分为以下几个阶段：1、准备阶段2、试验阶段3、全面发展阶段4、产业化阶段GIS的功能和应用GIS的功能1、 数据采集2、 数据处理3、 数据存储与组织4、 空间查询与分析：空间检索；空间数据计算、分析；空间模型分析5、 图形显示与输出GIS的应用1、 测绘与地图制图2、 资源管理3、 城乡规划4、 灾害监测5、 环境保护6、 国防7、 宏观决策支持GIS与其他学科（地理学、测绘学等）的关系1、 GIS与地理学。在地理学研究中，空间分析的理论和方法为地理信息系统提供了引导空间分析的基本观点与方法，成为地理信息系统的基础理论依托。地理研究实际上是基于这个与真实世界并存而且在信息意义上等价的信息世界，GIS提供了解决地理问题的全新的技术手段，即以地理信息世界表达地理现实世界，可以真实、快速地模拟各种自然的和思维的过程，对地理研究和预测具有十分重要的作用。2、 GIS与测绘学。现代测绘学是研究地球有关的基础空间信息采集、处理、显示、管理、利用的科学与技术。测绘学及其分支学科许多相关的算法可直接用于GIS空间数据的变换处理，并促使GIS向更高层次发展。3、 GIS与遥感。遥感是GIS的主要数据源与更新手段，同时，GIS的应用又进一步支持遥感信息的综合开发与利用，从而是遥感和地理信息系统的结合在“全数字”的环境下进入新的阶段。4、 GIS与计算机科学。GIS与计算机的数据库技术、计算机辅助设计、计算机辅助制图和计算机图形学有着密切的联系。5、 GIS与数学。数学的许多分支，尤其是几何学、图论、拓扑学、统计学、决策优化方法等被广泛应用于GIS空间数据的分析。6、 GIS与管理学。传统意义上的管理信息系统是以管理为目的，在计算机硬件和软件支持下具有存储、处理、管理和分析数据能力的信息系统，这类信息系统的最大特征是它处理的数据没有或者不包括空间特征。另一类管理信息系统是以具有空间分析功能的地理信息系统为支持、以管理为目标的信息系统，它利用地理信息系统的各种功能实现对具有空间特征的要素进行处理分析，以达到管理区域系统的目的。GIS与其它IS（一般的MIS、CAD/CAM、RS、机助制图、地图数据库）的区别1、 GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而一般MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询，即使存储了图形，也是以文件的形式存储，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。2、 GIS与CAD共同点：都有空间坐标系统；都能将目标和参考系联系起来；都能描述图形数据的拓扑关系；都能处理属性和空间数据不同点：研究对象为人造对象规则几何图形及组合；图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱；中的拓扑关系较为简单；一般采用几何坐标系。处理的数据大多来自于现实世界，数据量更大；数据采集的方式多样化；GIS的属性库结构复杂，功能强大；强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁；GIS采用地理坐标系。3、 GIS与CAM共同点：都有地图输出、空间查询、分析和检索功能不同点：侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图的输出机制；它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系；它与数据库的联系通常是一些简单的查询。CAM是GIS的重要组成部分；综合图形和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策信息4、 GIS与RS遥感数据是GIS的重要信息源。经过遥感信息系统处理的遥感信息，或进入GIS系统作为制图的背景图象，或是与经过分类的信息协同GIS与遥感的集成分析。遥感图象信息处理系统是专门用于对遥感数据进行处理的软件，主要强调对遥感数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取，具有较强的制图功能，可设计丰富的符号和注记，虽有空间叠置分析空能，但由于缺少实体空间关系的描述，难以进行空间实体的空间关系查询、属性查询及网络分析等。遥感图象处理系统不能看作是GIS。5、GIS与机助制图GIS的主要技术基础，强调空间数据的处理、显示与表达6、GIS与地图数据库GIS包含数字制图系统的全部功能地图数据库若空间分析能力较强，可升格为GIS，而GIS若空间分析能力较弱，则退化为地图数据库GIS的特点1、 具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性2、 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息3、 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息第二章 GIS空间数据结构与数据库空间数据结构空间数据结构是指适合于计算机系统存储、管理和处理的地学图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述GIS数据库GIS数据库是指以特定的信息结构和数据模型（关系模型、面向对象模型）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INTERNET和INTRANET上的不同用户对空间信息需求的数据库矢量数据结构地理信息系统中另一种最常见的图形数据结构为矢量结构，即通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续、允许任意位置、长度和面积的精确定义栅格数据结构的定义栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，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，或仅仅包括指向其属性记录的指针。游程长度编码逐行或者逐列将相邻同值网格进行合并，并记录合并网格的值和网格的长度空间数据的类型和基本特征类型1、 空间特征数据（定位数据）：表示空间实体的位置或现在所处的地理位置以及拓扑关系和几何特征。几何特征又称为定位特征，一般以坐标加以表示。2、 时间属性数据（尺度数据）：指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的、超长期的。3、 专题属性数据（非定位数据）：这里主要指的是专题属性，也是非定位数据。专题属性是指实体所具有的各种性质，如房屋的结构、高度、层数、使用的主要建筑材料、功能等。专题属性通常以数字、符号、文本和图象等方式表达。专题属性的表达方式主要有两种：表格和图象。空间数据的拓扑关系1、拓扑邻接： 元素之间的拓扑关系。2、拓扑关联： 元素之间的拓扑关系。3、拓扑包含： 元素之间的拓扑关系。4、连通关系:空间图形中弧段之间的拓扑关系。栅格数据结构和矢量数据结构的各自主要的编码方法，重点是游程长度编码、四叉树编码、树状索引编码和拓扑结构编码法。1、 游程长度编码特点：属性的变化愈少，行程愈长，压缩比例越大，即压缩比的大小与图的复杂程度成反比。优点：压缩效率高（保证原始信息不丢失）；易于检索、叠加、合并操作。缺点：只顾及单行单列，没有考虑周围的其他方向的代码值是否相同。压缩受到一定限制。栅格数据的取值方法，1、 中心点法：用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码2、 面积占优法：以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码3、 重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的在栅格单元代码4、 百分比法：根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码栅格数据结构和矢量数据结构的优劣栅格：属性明显，位置隐含。 矢量：位置明显，属性隐含把一幅2n2n的图像压缩成线性四叉树的过程，或将一幅栅格地图压缩成游程长度编码的过程把一幅2n2n的图像压缩成线性四叉树的过程1、按Morton码把图象读入一维数组。2、相邻的四个象元比较，一致的合并，只记录第一个象元的Morton码。循环比较所形成的大块，相同的再合并，直到不能合并为止。3、进一步用游程长度编码压缩。压缩时只记录第一个象元的Morton码。将一幅栅格地图压缩成游程长度编码的过程只在各行（或列）数据的代码发生变化时，依次记录该代码以及相同代码重复的个数，从而实现数据的压缩。数据库的数据与文件组织，空间数据库的特点数据库的数据与文件组织数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、记录、文件和数据库。1、数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项等。2、记录：由若干相关联的数据项组成。3、文件：文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的集合。4、数据库：是比文件更大的数据组织。数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。空间数据库的特点（1）空间特征（2）抽象特征（3）空间关系特征（4）多尺度与多态性（5）非结构化特征（6）分类编码特征（7）海量数据特征空间数据库数据模型：关系模型、网状模型、层次模型和面向对象数据模型的定义及表示1、 层次数据库用树结构表示实体之间联系的模型叫层次模型。树由节点和连线组成，节点代表数据记录（实体型），连线表示两实体型间的从属关系。树有以下特性：每棵树有且仅有一个节点无父节点，此节点称为树的根（Root）。树中的其它节点都有且仅有一个父节点。2、网状数据库网状模型将数据组织成有向图结构，图中的结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间的联系。这种数据模型的基本特征是，结点数据之间没有明确的从属关系，一个结点可与其它多个结点建立联系，即结点之间的联系是任意的，任何两个结点之间都能发生联系，可表示多对多的关系。 是一个满足下列条件的有向图： 可以有一个以上的节点无父节点。少有一个节点有多于一个的父节点。3、关系数据库关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据。关系模型是用二维关系来表示实体及实体间联系的模型，它将数据组织成规范化的表格。一个实体由若干关系组成，关系表的集合就构成了关系模型。用二维表来表示实体及其相互联系4、面向对象数据库对象：现实世界一个客体的模型化含有数据和操作方法的独立模块，可以认为是数据和行为的统一体。如一个城市、一棵树均可作为地理对象。消息： 对对象进行操作的请求，是连接对象与外部世界的唯一通道。类：共享同一属性和方法集的所有对象的集合构成类。关系数据库模型管理空间数据的局限性。1、 实现效率不够高2、 描述对象语义的能力较弱3、 不直接支持层次结构4、 模型的可扩充性较差5、 模拟和操纵复杂对象的能力较弱GIS空间数据库的主要管理方法1、 文件与关系数据库混合管理系统2、 全关系型GIS数据库管理系统3、 对象-关系数据库管理系统4、 面向对象的GIS数据库管理系统5、 面向对象的矢栅一体化GIS数据库管理系统ArcGIS的3种主要的数据组织方式第三章 地理信息系统数学基础地球椭球及其坐标系大地水准面大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。地图投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影地图投影的分类1、 按投影的变形性质分类等角投影等级投影任意投影2、 按投影方式分类几何投影按辅助投影面的类型划分方位投影圆柱投影圆锥投影按辅助投影面与地球（椭球）面相割或相切的关系划分割投影切投影按辅助投影面与地球（椭球）面的位置关系划分正轴投影横轴投影斜轴投影非几何投影什么是高斯投影？高斯投影的条件。高斯-克吕格投影简称高斯投影，是横轴等角切椭圆柱投影。其投影方法是：设想用一个椭圆柱横切于椭球面上某一子午线（称中央子午线），椭圆柱中心轴位于赤道面上，按其投影条件，将中央子午线两侧一定经差范围内的椭球面投影于椭圆柱面，将椭圆柱面沿过南北极的母线剪开、展平得到。条件中央经线和赤道投影为相互垂直的直线，而且是投影的对称轴；是等角投影；中央经线上长度没有变形。投影特点：高斯克吕格投影的中央经线和赤道为互相垂直的直线，其他经线均为凹向并对称于中央经线的曲线，其他纬线均为以赤道为对称轴的向两极弯曲的曲线，经纬线成直角相交。在这个投影上，角度没有变形。中央经线长度比等于1，没有长度变形，其余经线长度比均大于1，长度变形为正，距中央经线愈远变形愈大，最大变形在边缘经线与赤道的交点上；在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；在同一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快；面积变形也是距中央经线愈远，变形愈大。地理信息系统中地图投影配置的一般原则1、 所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图（基本比例尺地形图、基本省区图或国家大地图集）投影系统一致2、 系统一般最多只采用两种投影系统，一种服务于大比例尺的数据处理与输入输出，另一种服务于中小比例尺3、 所用投影以等角投影为宜4、 所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所用的网格系统在投影中应保持完整第四章 GIS数据获取与处理GIS的数据源与GIS数据获取GIS的数据源分类1、 地图2、 遥感影像数据3、 社会经济数据4、 实测数据5、 数字数据6、 各种文字报告和立法文件GIS数据获取1、 属性数据的采集2、 几何数据的采集手扶跟踪数字化输入扫描数字化输入图像数据获取数据处理的定义及目的数据处理是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、检索、计算以及分析、模拟和预测的操作。目的就是把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式，为空间决策服务。图形变换、数据格式的转换、几何纠正空间数据格式转换数据格式的转换一般分为两大类：不同数据介质之间的转换，即将各种不同的源材料信息如地图、照片、各种文字及表格转为计算机可以兼容的格式，主要采用数字化、扫描、键盘输入等方式，这在上一节中已经说明；第二类转换是数据结构之间的转换，而数据结构之间的转化又包括同一数据结构不同组织形式间的转换和不同数据结构间的转换。矢量数据结构向栅格数据结构的转换栅格数据结构向矢量数据结构的转换图像几何纠正几何纠正是指对数字化原图数据进行的坐标系转换和图纸变形误差的改正，以实现与理论值的一一对应关系；几何纠正的方法包括仿射变换、相似变换、二次变换和高次变换等。主要用于通过扫描得到的地形图和遥感影像。具体算法和图形变换基本相同。空间数据误差的内容、空间数据检查的方法空间数据误差的内容1）几何数据的不完整或重复。2）几何数据的位置不正确。3）比例尺不正确。4）变形。5）几何数据与属性数据的连接有误。6）属性数据错误、不完整。空间数据检查的方法目视检查法，叠合比较法,逻辑检查法1）通过图形实体与其属性的联合显示，发现数字化中的遗漏、重复、不匹配等错误；2）在屏幕上用地图要素对应的符号显示数字化的结果，对照原图检查错误；3）把数字化的结果绘图输出在透明材料上，然后与原图叠加以发现错漏；4）对等高线，通过确定最低和最高等高线的高程及等高距，编制软件来检查高程的赋值是否正确；5）对于面状要素，可在建立拓扑关系时，根据多边形是否闭合来检查，或根据多边形与多边形内点的匹配来检查等；6）对于属性数据，通常是在屏幕上逐表、逐行检查，也可打印出来检查；7）对于属性数据还可编写检核程序，如有无字符代替了数字，数字是否超出了范围，等等；8）对于图纸变形引起的误差，应使用几何纠正来进行处理。数字化的地图上，错误的具体表现形式伪结点悬挂结点“碎屑”多边形或“条带”多边形不正规的多边形GIS空间数据质量的定义、产生空间数据质量问题的原因及研究空间数据质量问题的目的和意义空间数据质量空间数据质量是指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。原因：空间现象自身存在的不稳定性空间现象的表达空间数据处理中的误差空间数据使用中的误差研究空间数据质量问题的目的和意义GIS数据质量研究的目的是建立一套空间数据的分析和处理的体系，包括误差源的确定、误差的鉴别和度量方法、误差传播的模型、控制和削弱误差的方法等，使未来的GIS在提供产品的同时，附带提供产品的质量指标，即建立GIS产品的合格证制度。研究GIS数据质量对于评定GIS的算法、减少GIS设计与开发的盲目性都具有重要意义。如果不考虑GIS的数据质量，那么当用户发现GIS的结论与实际的地理状况相差较大时，GIS将毫无意义。空间数据的元数据的定义、内容及作用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。作用：用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源。帮助数据使用者查询所需空间信息。组织和维护一个机构对数据的投资。用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。提供数据转换方面的信息。内容：对空间元数据所要描述的一般内容进行层次化和范式化，指定出可供参考与遵循的空间元数据标准的内容框架。第一层是目录层，主要用于对数据集信息进行宏观描述，适合在数字地球的国家级空间信息交换中心或区域以及全球范围内管理和查询空间信息时使用。第二层是空间元数据标准的主体，由八个基本内容部分和四个引用部分组成。第五章 GIS空间分析与地学建模GIS基本空间分析方法空间查询和量算、缓冲区分析、叠加分析、网络分析、空间统计分析、空间统计分类分析。空间分析、数字高程模型、空间叠合分析、缓冲区分析、空间数据查询的定义及应用（特别是叠合分析、缓冲区分析、网络分析的应用举例）缓冲区分析：研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形体，从而实现空间数据水平方向得以扩展的信息分析方法。（如：环境污染影响地域的确定，确定公路的位置等等）叠加分析：是指在两个或多个数据层集之间进行的一系列集合运算，产生一个新数据层的操作。（土地适宜性的评价，商场，学校的建设地点等等）网络分析：（选择最佳路径，最短距离等等）ArcGIS叠合分析的六种操作命令（识别叠加(Identity)、均匀差值、和修正更新(Update)），尤其是图层擦除（Erase）、交集操作（Intersect）和图层合并（Union）。缓冲区的定义、生成线状要素的缓冲区的方法、缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。空间缓冲区分析是指根据分析对象的点、线、面实体，自动在其周围建立一定距离的带状区（多边形），用以识别这些实体或主体对临近对象的辐射范围或影像程度，以便为某项分析或决策提供依据。ArcGIS建立缓冲区的3种方式1、 基于点要素的缓冲区。通常是以点位圆心，以一定半径的圆。2、 基于线要素的缓冲区：通常是以线为轴心，距中心轴线一定距离的平行条带多边形。3、 基于面要素多边形边界的缓冲区：向内或向外扩展一定距离，以生成新的多边形。网络的概念及基本组成部分、搜寻最短路径的方法网络就是指现实世界中，由链和结点组成的、带有环路，并伴随着一系列支配网络中流动之约束条件的线网图形，它的基础数据是点与线组成的网络数据组成部分：链：网络中流动的管线障碍：禁止网络中链上流动的点拐角点：出现在网络链中所有的分割结点上状态属性的阻力中心：是接受或分配资源的位置站点：在路径选择中资源增减的站点GIS地学建模与应用地学专家系统的定义、组成和原理地学专家系统是研究模拟地学有关专家的推理思维过程，将地学领域专家的知识和经验，以知识库的形式存入计算机。第九节地学专家系统专家系统是具备知识库且具有学习能力，能对知识库动态修改以增进能力，采用一定策略的推理机制，能够解决适度规模专家级问题的计算机软件系统。组成：专家系统包括数据库、知识库、推理机、解释器及知识获取五个部分组成原理：对某个领域有透彻了解和丰富知识的专家们，将他们的知识以某种方式输入计算机知识获取阶段。获取的知识被转换成一系列规则，存储在知识库中，用这些规则去识别或描述知识库中的实体。同时，用户对知识库进行访问，达到咨询和调用的目的。用户想从知识库中取出信息时，通过一种称为“推理模块”的程序输入他的问题，这一模块的任务是把用户的要求转换成公式化的询问模型，并用这些模型从知识库中获取知识并进行处理。第六章 数字地面模型（二）、考试内容1、DEM的主要表示模型（定义、特点等）及其转换数字地面模型就是对某一种或多种地面特性空间分布的数字描述，是叠加在二维地理空间上的一维或多维地面特性向量空间，是是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟（1） 容易以多种形式显示地形信息，地形数据经计算机处理后能产生比例尺、纵横断面图与立体图，而常规地图一旦制作形成，比例尺不容易改变，在绘制其他的地形图需要人工处理；（2） 精度不会损失，没有载体变形的问题；（3） 形象逼真。1不规则点集生成TIN2 TIN转成等高线3 等高线转成TIN4 格网DEM转成TIN5 TIN转成格网DEM6等高线转成格网DEM7利用格网DEM生成等高线3、 等高线、规则格网、TIN（Delaunay三角网）的特性等高线法等高线通常被存储成一个有序的坐标点序列，可以认为是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。由于等高线模型只是表达了区域的部分高程值，往往需要一种插值方法来计算落在等高线以外的其他点的高程，又因为这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只要使用外包的两条等高线的高程进行插值。TIN 法TIN（Triangulated Irregular Network)表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点（各三角形的顶点）连接成相互连续的三角面（在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等-Delaunay）。因为TIN可根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置，能充分表示地形特征点和线，从而减少了地形较平坦地区的数据冗余。但存储方式较DEM复杂。规则格网法(Grid)规则格网法是把DEM表示成高程矩阵，此时，DEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便，高程矩阵已成为DEM最通用的形式。高程矩阵特别有利于各种应用。但Grid系统也有下列缺点：a) 地形简单的地区存在大量冗余数据；b) 如不改变格网大小,则无法适用于起伏程度不同的地区；c) 对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方向被夸大；d) 由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征,如山峰、洼坑、山脊等；3、TIN的定义TIN为不规则三角网的缩写，在地理信息系统中有广泛应用：根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程有连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的位置和密度，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征；4、空间内插的一些基本方法（按内插点分布范围分类）DEM内插按插点分布范围，可分为整体内插、分块内插和逐点内插三类1 整体内插某种地理属性在空间的连续变化，可以用一个平滑的数学平面加以描述。其数学模型多用二元高次多项式来拟合。2 分块内插实际连续空间表面很难用一种数学多项式表达，因此，往往采用局部拟合即分块内插技术利用局部范围内的已知采样点拟合内插值。把需要建立DTM的地区，切割成一定大小的规则方块，它的尺寸应根据地形复杂程度和数据源的比例尺确定。在每一个分块上展铺一张数学面，一般要求相邻分块之间有适当宽度的重叠带，以使重叠带内全部数据点成为相邻块展铺数学面时的共用数据，保证一张数学面能够较平滑地与相邻分块的数学面拼接，这在表达地形变化特征的数字高程模型(DEM)内插中应用尤为广泛3 逐点内插以待插点为中心，以适当半径或边长的圆或正方形作为移动面去捕捉适当数目的数据点，并以此展铺一张数学面，内插该中心的高程。4、 基于DEM的信息提取坡度坡向坡度变率坡向变率曲率面积、体积计算高程变异分析宏观地形因子6、基于DEM的可视化分析1）剖面分析2）通视分析3）地形三维图绘制4）地貌晕渲图绘制5）模拟飞行6）流域水文特征及土木工程7、DEM的应用1）作为国家地理信息的基础数据；2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计；3）为军事目的而进行的三维显示；4）景观设计与城市规划；5）流水线分析、可视性分析；6）交通路线的规划与大坝选址；7）不同地表的统计分析与比较；8）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等；9）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与分析；10）与GIS联合进行空间分析；11）虚拟现实(Virtual Reality)；此外，从DEM还能派生以下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图等。第七章 地理信息系统产品的输出设计（二）、考试内容1、电子地图、专题地图、普通地图的定义电子地图电子地图是以地图数据库为基础，以数字形式存贮于计算机外存贮器上，并能在电子屏幕上实时显示的可视地图，又称“屏幕地图”或“瞬时地图”。 专题地图专题地图，是在地理底图上，按照地图主题的要求，突出面完善地表示与主题相关的一种或几种要素，使地图内容专题化、形式各异、用途专门化的地图。普通地图是综合、全面地反映一定制图区域内的自然要素和社会经济现象一般特征的地图。该地图内包含有地形、水系、土壤、植被、居民点、交通网、境界线等内容。5、 地理信息系统产品及产品类型地图图像统计图表其他数字数据的输出6、 电子地图、专题地图等的特点电子地图的主要特点：电子地图数据库可包括图形、图像、文档、统计数据等多种形式，也可与视频、音频信号相连，数据类型与数据量的可扩展性比较强；电子地图的检索十分方便，多种数据类型、多个窗口可以在同一屏幕上分层、实时地进行动态显示，具有广泛的可操纵性，用户界面十分友好；信息的存贮、更新以及通讯方式较为简便，便于携带与交流；可以进行动态模拟，便于定性与定量分析，具有较强的灵活性，为地图及其相关信息深层次的应用打下了坚实的基础；可缩短大型系列地图集的生产周期和更新周期，降低生产成本与输出硬设备相连，可将电子地图上的多种信息制成硬拷贝专题地图具有下列3个特点： 专题地图只将一种或几种与主题相关联的要家特别完备而详细地显示，而其他要素的显示则较为概略，甚至不予显示。 专题地图的内容广泛，主题多样，在自然界与人类社会中，除了在地表上能见到的和能进行测量的自然现象或人文现象外，还有那些往往不能见到的或不能直接测量的自然现象或人文现象均可以作为专题地图的内容。 专题地图不仅可以表示现象的现状及其分布，而且能表示现象的动态变化和发展规律。 3、 数字地图的优点数字地图可以非常方便地对普通地图的内容进行任意形式的要素组合、拼接，形成新的地图。可以对数字地图进行任意比例尺、任意范围的绘图输出。它易于修改，可极大的缩短成图时间；可以很方便地与卫星影象、航空照片等其他信息源结合，生成新的图种。可以利用数字地图记录的信息，派生新的数据。4、 图面整饰的基本内容图面布置。用来确定图框、图名、比例尺、经纬网以及图例的位置。通常图名置于图的上方，图例置于图的右下侧，说明置于图的下方等等。图例的创建与修改。包括图例尺寸的确定和位置的选择。图符的填充。图斑的填充通常有两种方式，一种是根据图斑填充图例；另一种是根据图例填充图斑。文字注记。包括字型、字尺寸、间隔、方向等参数的选择，通常输出矢量图时用矢量汉字注记，文字注记整饰常包含有基本文本编辑功能。5、计算机机助制图与GIS的关系计算机地图制图是 GIS采集、贮存、处理空间数据的有力工具和手段。GIS的发展最初是从计算机地图制图和地籍管理起步的。对于所有的GIS，地图是一个中心，它既是输入数据的来源，又是系统输出的一种形式。GIS既提供信息服务(如查询、检索)，又提供综合分析(空间分析、系统分析)，它的博才(资源和技术)取胜和运筹帷幄的优势是计算机地图制图所不及的。计算机地图制图为地理信息的时空分布和产品输出提供了先进的手段，但对于区域综合、方案优选和战略决策等重大目标的管理只能依赖于地理信息系统。GIS和计算机地图制图系统的主要区别在于：计算机地图制图系统侧重于可见实体的显示和处理，而对可见实体可能存在的非图形属性不太注重；地理信息系统既注重实体的空间分布又强调它们的显示方法和显示质量。地理信息系统的发展确实需要很好的计算机地图制图系统，但计算机地图制图系统本身并不能充分完成用户要求完成的最终给出分析评价结果的任务。第八章 GIS标准化（二）、考试内容1、GIS标准化的作用可移植性（portability）：为了获得在硬件、软件和系统上的综合投资效益，系统必须是可移植的，使所开发的应用模块和数据库能够在各种计算机平面上移植；互操作性（interoperability）：一个大型信息系统，往往是一个由多种计算机平台组成的复杂网络系统，有了标准，可以促进用户从网络的不同节点上获取数据和实现各种应用。可伸缩性（scalability）：为了适应不同的项目和应用阶段，有了标准，可以使软件以相同的用户界面在不同级别的计算机上运行。通用环境（common application environment）：标准提供了一个通用的系统应用环境，如提供通用的用户界面和查询方法等7、 GIS标准化的方法数据交换标准化和互操作性数据交换是进行标准化的原因和直接要求互操作性是标准化过程的最终目的8、 OpenGIS、ISO和ISO/TC211OpenGIS的定义一个由开发小组开发的系统，并且这个系统的设计是公开的，并且经过所有人一致通过的。开放的开发过程也意味着Open GIS。一个由公开的代码和公共资源实现的系统，开放源码也意味着Open GIS。一个以公开的标准为基础的系统，支持公开标准的系统也意味着Open GIS。一个运行在多个计算平台上，支持多种编程环境的系统。开放的系统也意味着Open GIS. 一个设计在多个硬件环境和软件环境（操作系统，数据库，应用程序服务器等）中运行的系统，开放的平台支持也意味着Open GIS。一个存放和管理公开数据格式的系统，支持公开数据格式的系统意味着Open GIS。一个具有定义良好的接口的系统，允许用户和另外的程序和这个系统进行交互。开放的接口和数据交换格式也意味着Open GIS。OpenGIS的作用通过OpenGIS规范把商业部门、集成部门、用户、研究人员、数据提供商等连接到一起，通过必要的软件工具和通信技术，为各种用户提供对地理信息的共享和互操作。OpenGIS的目的就是提供一套具有开放界面规范的通用组件，开发者根据这些规范开发出交互式组件,这些组件可以实现不同种类地理数据和地理处理方法间的透明访问。国际标准化组织(ISO)ISO的任务是促进标准的开发和相关活动的开展，目的是推动货物和服务的国际交换，发展智力、科学、技术和经济活动领域的合作。ISO 的技术工作很分散，由大约2700个技术委员会、附属委员会和工作组开展工作。ISO的范围不仅限于某一特殊部门；它包括所有的标准化，除了有关电的和电子工程的标准，这些由IEC负责开发。信息技术领域的工作由一个联合组织ISO/IEC技术协会承担（ISO/IEC/JTC1，Information Technology）。ISO标准根据以下原则开发：（a）一致性：所有观点都要考虑：生产商、厂家、用户、消费团体、测试研究室、政府、工程专家和研究组织；（b）行业广泛：世界范围内满足行业和用户的全球性解决方案；（c）自发性：国际标准化是受市场趋使的，是基于市场利益的自发行动。ISO的开发工作获得国际认可所即可颁布为国际标准。国际标准化组织地理信息技术委员会ISO/TC211地理信息/地球信息业技术委员会，即ISO/TC 211编号为15046，用于专门研究和建立一个处理与地球位置有直接或间接关系的地理对象或现象的标准体系，包括数字地球信息的获取、处理、分析、访问表示以及转换的方法、工具和服务体系等内容。可以用于不同级别的用户；a）专业或私人GIS产品开发者；b）GIS应用系统（使用GIS产品）开发者，包括系统综合者与工程师、购买者、数据综合者和数据管理员；c）地理数据生者和供应者；d）地理数据和GIS用户；e）具体地理信息应用软件和信息技术（IT）标准开发者第九章 GIS技术的发展（二）、考试内容1、 组件式GIS 技术1、 ComGIS的概念ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。2、 ComGIS的特点高效无缝的系统集成无须专门GIS开发语言大众化的GIS成本低3、 ComGIS的设计与开发数据采集与编辑控件图像处理控件三维控件数据转换控件地图符号编辑/线性编辑控件空间查询分析控件等2、 嵌入式地理信息系统1 嵌入式GIS定义嵌入式GIS（或称“移动GIS”），是新一代地理信息系统发展的代表方向之一，它是运行在嵌入式计算机系统上高度浓缩、高度精简的GIS软件系统。嵌入式计算机系统是隐藏在各种装置、产品和系统（如掌上电脑、机顶盒、车载盒、智能手机等）之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统，是计算机技术发展到后PC时代或信息电器时代的产物。2 嵌入式GIS体系结构嵌入式GIS应用软件的系统结构因具体应用的不同而有所增减。如图所示为一般嵌入式GIS应用软件所应具