地理信息系统复习资料修改版2.doc

1 GIS的定义：在计算机硬、软件系统支持下，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、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 书本上定义为：可输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。2 元数据的定义：用于描述要素、数据集或数据集系列的内容、覆盖范围、质量、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式等有关的信息。（关于数据的数据）。3 空间数据及其基本特征，地理信息主要功能及其特征。空间数据：它是由系统的建立者输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。主要包括空间位置、空间关系、属性等。(空间数据反映GIS的地理内容)空间数据的主要特征：（）空间特征；（）非结构化特征；（）空间关系特征；（）分类编码特征；（）海量数据特征。地理信息的主要特征有：（）地域性，是地理信息区别于他类信息的显著标志；（）多维性，是指同一地物具有多种不同的专题信息；（）时序性，即地理信息具有动态性。地理信息的主要功能：数据采集与编辑功能；数据存储与管理功能；制图功能；空间查询与空间分析功能；二次开发与编程功能。4 地图投影（重点掌握高斯-克吕格投影）、投影变形的内容、地图投影的选择依据。地图投影：从球面地理格网到平面坐标系的转换过程。高斯克吕格投影的几何概念是，假象有一个椭圆柱与地球椭球体上某一经线相切，其椭圆柱的中心轴与赤道平面重合，将地球椭球体面有条件地投影到椭球柱面上。这些条件包括：1、中央经线和赤道投影为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；2、具有等角投影的性质；3、中央经线投影后保持长度不变。这种投影，将中央经线投影为直线，其长度没有变形，与球面实际长度相等，其余经线为向极点收敛的弧线，距中央经线愈远，变形愈大。随远离中央经线，面积变形也愈大。地图投影变形的具体表现为以下三个方面：长度（距离）变形、角度（形状）变形和面积变形。地图投影选择的依据：1、 制图区域的地理位置、形状和范围。制图区域的地理位置决定了所选择投影的种类；制图区域的形状制约地图投影的选择；制图区域的范围大小也影响地图投影的选择。2、 比例尺：各种比例尺地图对精度的要求不同，导致在投影选择上也各异。3、 地图的内容：即使同一个制图区域，但因地图所表现的主题和内容不同，投影选择也有所不同。4、 出版方式：有单幅图、系列图和地图集之分。5 GIS空间数据、数据处理在地理信息系统中的作用及主要内容、数据处理的误差。空间数据是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。空间数据是一种用点、线、面以及实体等基本空间数据结构来表示人们赖以生存的自然世界的数据。数据处理（data processing）是对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输。数据处理的基本目的是从大量的、可能是杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导出对于某些特定的人们来说是有价值、有意义的数据。GIS项目中费用最大的部分是数据库建设。将纸质地图转化为数字地图通常是数据库建设的第一步。 数据处理的误差：主要来自两方面：源误差以及数据处理误差。数据处理误差包括数据编辑产生的误差、数据坐标变换产生的误差、属性数据录入、统计、整理操作引起的误差等6 地理信息系统数据源有哪些？在地理信息系统中有哪些主要的数据输入方法？数据源：包括卫星影象、野外数据、街道地址，X、Y坐标的文本文件和纸质地图等；也可以通过手扶跟踪数字化、扫描、屏幕数字化来创建。数据输入方法：建立数据库;由卫星影像、GPS数据或纸质地图创建新的GIS数据；利用数字化仪、计算机屏幕数字化以及扫描等方法将纸质地图转成数字化地图。7 GIS中的空间数据结构类型及其特征。GIS中的空间数据结构类型有栅格、矢量数据。比较内容矢 量 结 构栅 格 结 构数据结构复杂简单数据量小大图形精度高低图形运算、搜索复杂、高效简单、低效软件与硬件技术不一致一致或接近遥感影像格式要求比较高不高图形输出显示质量好、精度高， 但 成本比较高输出方法快速，质量低，成本比较低廉数据共享不易实现容易实现拓扑和网络分析容易实现不易实现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。因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。矢量数据结构是最常见的图形数据结构，是一种面向目标的数据组织方式。矢量方法强调离散现象的存在，将线离散为一串采样点的坐标串，面状区域由边界线确定。由于矢量数据结构具有结构紧凑，冗余度低，利于网络、检索分析等优点，是GIS主要的数据存储结构之一。矢量数据结构特点：精确地定义位置、长度和大小。矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。矢量方法将地理现象或事物抽象为点、线、面实体，将它们放在特定空间坐标系下进行采样记录。矢量数据的简单数据结构: 矢量数据的简单数据结构分别按点、线、面三种基本形式来描述。优点：这种结构具有结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示的优点。由于面结构建立了链索引，一个面(多边形)就可由多条链构成，每条链的坐标可由线(链)的矢量数据结构获取。这种方法可保证多边形公共边的唯一性；缺点：多边形的分解和合并不易；邻域处理比较复杂，需追踪出公共边；在处理“洞”或“岛”之类的多边形嵌套问题时较麻烦，需计算多边形的包含等。8 拓扑关系的概念及其重要意义。矢量数据拓扑编码（掌握看图填写相关的拓扑编码表）。空间关系是指各空间实体之间的空间结构关系，包括拓扑空间关系，顺序空间关系和度量空间关系。由于拓扑空间关系对GIS查询和分析具有重要意义，在GIS中，空间关系一般指拓扑空间关系。拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。是指图形在保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。表达: 在目前的GIS中，主要表示基本的拓扑关系，而且表示方法不尽相同。在矢量数据中拓扑关系可以由下图的四个表格来表示。b意义：拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化；有助于空间要素的查询。失量、栅格数据结构的选择栅格结构： 大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究。矢量结构： 城市分区或详细规划、水利工程、土地管理、公用事业管理等方面的应用。9 栅格数据编码的定义、内容。掌握看图编写链式编码（R线）、行程长度编码和四叉树编码等主要编码方式。栅格数据的主要编码方式：（1）直接栅格编码（2）压缩编码方法：目前有一系列栅格数据压缩编码方法，如键码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。其目的是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息a）链码：又称为弗里曼链码或边界链码。 b）游程长度编码：栅格图像常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。c）块码：块码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，再加上记录单位的代码组成。d ）四叉树：又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。10 地理信息系统中的基本空间分析的内容。GIS空间查询类型、空间统计分类分析的主要内容；叠置分析的主要类型及其方法；曼哈顿距离与欧氏距离的异同；缓冲区的定义和缓冲区的建立。GIS的空间分析是以地理事物的空间位置和形态特征为基础，以空间数据运算、空间数据与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。GIS空间查询类型：几何查询；属性查询；拓扑查询；SQL查询。空间统计分类分析主要内容：统计图表分析 密度分析 主成分分析 层次分析法 系统聚类分析 判别分析叠置分析的内容（类型）：多边形叠置、点与多边形叠置、线与多边形叠置叠置分析有栅格和矢量两种方法。栅格的叠置算法很简单，相当于两个矩阵的算术或逻辑运算，但栅格的精度没有矢量高。矢量的叠置算法复杂，但能保证计算的精度。 缓冲区的定义：指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。缓冲区的建立：点的缓冲区建立时，只需要给定半径绘圆即可；面的缓冲区只朝一个方向；而线的缓冲区需在线的左右配置。缓冲区建立的步骤：1、 明确目的和标准2、 数据准备3、 空间操作4、 统计分析5、 结果输出栅格缓冲区的建立：将栅格数据表示为一个二值(0,1)矩阵(MN)，其中“0”像元为空白位置，“1”元素为空间物体所占据的位置。经过距离变换，计算出每个“0”元素与最近的“1”元素的距离，即背景像元与空间物体的最小距离。假设缓冲区的宽度为d，则缓冲区边界就是距离为d的各个背景像元的集合。栅格缓冲区特点：精度受栅格尺寸的影响，可以通过减小栅格的尺寸而获得较高的精度。其计算速度也较快。栅格方法原理简单，但精度较低，而且内存开销较大，难以实现大数据量的缓冲区分析。矢量缓冲区的建立：矢量缓冲区常见的有角平分法和叠置算法。角平分法由三步组成，即逐个线段计算简单平行线，尖角光滑矫正和自相交处理。尖角光滑矫正除角平分线法之外，还可采取圆弧法，但矫正过程都很复杂，难以完备地实现。叠置方法分两步完成。首先求出点、线段等基本元素的缓冲区，然后通过对基本元素缓冲区的叠置运算，求解折线、面边界等复杂目标的缓冲区。11. 数据模型。数据库系统中关于数据和联系的逻辑组织的形式称为数据模型数据模型：概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型。12.我国地理信息系统的发展起步于20世纪什么时代？ 70年代13、空间数据库管理方式。空间数据库管理方式包括文件-关系数据库混合管理方式、对象-关系数据库管理方式、面向对象数据库管理方式.14 GIS可应用于哪些领域？试结合所学专业论述GIS的应用和发展前景。1、城市规划、建设管理：地图更新，土地区划管理，建筑审批处的内部工作管理2农业气候区划：“3S”在项目中的应用 利用GIS对农业气候区划综合要素空间查询和管理 利用GIS对气候资源进行小网格推算模式研究 GIS在农业气候资源分析中的应用 利用“3S”提取农业背景信息参与区划计算 利用GIS建立集区划资源动态监测高产栽培技术为一体的信息服务系统 3大气污染监测管理4道路交通管理路廓设计 道路管理 道路管理涉及的属性 动态分段 流量和路径分析 道路网络拓扑 用于道路网络分析的数据结构 流量和网络分析的具体应用和相关模型 5地震灾害和损失估计包括以下四个步骤：1）估计地表震动灾害2）估计次生的地震灾害3 ）估计对于建筑物的损害4 ）估计可以用金钱衡量和不可以用金钱衡量的损失6地貌在地貌研究中采用GIS技术具体实现步骤为：1）研究地貌信息内涵和地貌系统的特点。2）结合GIS工具建立地貌信息专题分析系统。3）在地貌信息系统的支持下，建立综合的定量地貌分析模型。4）开发机制地貌制图系统作为地貌信息系统的输出系统。7医疗卫生GIS与流行病研究 GIS与医疗设施分布 3联系流行病学与医疗实施规划空间决策支持系统8军事15 以一个项目选址为例，说明空间分析过程的一般步骤。选址标准包括：地块建设用地面积不小于10000平方米；地价不超过2万元/m2；在2km道路范围之内；厂周围不能有医院、学校等公共设施。答案及评分标准：（1）建立分析的目的和标准。（2分）（2）从数据库中提取用于选址的数据（1分）。 为达到选址的目的，需准备两种数据，一种为包括全市所有地块信息的数据层（1分）；另一类为全市公共设施（包括学校等）的分布图（1分）。（3）进行特征提取和空间拓扑叠加（1分）。 从地块中选择所有满足条件（1）（2）的地块（1分），并与公共设施层数据进行拓扑叠加（1分）。（4）进行邻域分析。（1分） 对叠加的结果进行邻域分析和特征提取，选择出满足要求的地块。（2分）（5）将选择的地块及相关信息以地图和表格形式打印输出。（1分） 类似题目：以城市郊区公园的选址来说明:假设某市政府要在郊区选择一个地点建立主题公园，该公园应满足以下条件：公园不得紧邻沼泽区；公园距公路的距离不小于250米，不大于1250米；公园必须靠近天然的主干河流（小于1200米）。 根据上述要求，准备好相应的数据，建立相应的数据层，包括土地利用图、公路交通图、水系图。并对公路交通图和水系图进行缓冲区分析，生成与公路距离图、与主干河流距离图。然后以土地利用图、与公路距离图、与主干河流距离图为输入数据层进行叠置运算。T(最后确定最短距离) ；P（暂时标号距离）；W（两点间距离） 从某一点n出发： Pm=minPm,Tn+w(m,n) Tm=minPm 1、从v1出发有3条路：P2= minP2,Tn+w(m,n)=min+,T1+w(1,2)= min+,10=10；P4= minP4,Tn+w(m,n)=min+,T1+w(1,4)= min+,30=30；P5= minP5,Tn+w(m,n)=min+,T1+w(1,5)= min+,100=100；T2=minP2=1