地理信息系统复习重点.pdf

复习要点复习要点 1 1 1 1 概论概论 什么是地理信息系统什么是地理信息系统 GIS GIS GIS GIS GIS 是以地理空间数据库为基础 在计算机软硬件的支持下 对空间相关数据进 行采集 管理 操作 分析 模拟和显示 并采用地理模型分析方法 适时提供 多种空间和动态的地理信息 为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技 术系统 地理信息系统由哪些部分组成地理信息系统由哪些部分组成 硬件 软件 数据 人员和方法 地理信息系统的基本功能有哪些地理信息系统的基本功能有哪些 数据采集 监测与编辑功能 数据处理与变换 矢栅转换 制图综合 数据的存储和管理功能 矢量和栅格模型 图形交互与显示 空间查询与空间分析功能 空间检索 空间拓扑 叠加分析 缓冲分析 网 络分析等 二次开发和编程功能 与其他信息系统相比 地理信息系统的哪些功能是比较独特的与其他信息系统相比 地理信息系统的哪些功能是比较独特的 与其它信息系统相比 空间分析作为核心功能是比较独特的 地理信息系统在社会中最重要的几个应用领域是什么 地理信息系统在社会中最重要的几个应用领域是什么 2 2 2 2 空间数据结构空间数据结构 什么叫空间数据 它包含哪些类型 什么叫空间数据 它包含哪些类型 空间数据是构成地图的基本数据 GIS 的主要数据为二维或三维的空间型地 图数据 包括空间位置 拓扑关系和属性三个方面的内容 矢量数据与栅格数据矢量数据与栅格数据结构结构的区别是什么 的区别是什么 栅格数据栅格数据 将制图区域的平面表象按一定的分解力作行和列的规则划分 就形 成了一个阵列 其中每个栅格也称 像元 或 像素 根据所表示的表像信息 各 个像元可用不同的 灰度值 来表示 但每个像元被认为是内部一致的基本单 元 换句话说换句话说 由平面表像对应位置上像元灰度值所组成的矩阵形式的数据 就是栅格数据 矢量数据矢量数据 通过表格中的一行代表每个特征 要素的形状通过空间上的 XY 进行定义 GIS 连接相邻的点 画出线和轮廓线 要素也可以是离散的位 置或事件 线或面积 两者比较 栅格数据操作总的来说容易实现 矢量数据操作则比较复杂 栅格结构是矢量结构在某种程度上的一种近似 对于同一地物达到于矢量数 据相同的精度需要更大量的数据 在坐标位置搜索 计算多边形形状面积等 方面栅格结构更为有效 而且易于遥感相结合 易于信息共享 矢量结构对 于拓扑关系的搜索则更为高效 网络信息只有用矢量才能完全描述 而且精 度较高 对于地理信息系统软件来说 两者共存 各自发挥优势是十分有效 的 栅格模式矢量模式 优点 1 数据结构简单 2 叠加操作更易实现 更有 效 3 能有效表达空间可变性 4 便于做图像的有效增强 优点 1 数据结构更严密 2 提供有效的拓扑编码 便于拓扑操作 3 图形输出美观 缺点 1 数据量大 需要压缩 2 难以表达拓扑关系 3 图形输出不美观 有锯齿 缺点 1 数据结构复杂 2 叠加操作不方便 3 表达空间变化性能力差 4 不能做增强处理 确定栅格单元代码的方法 确定栅格单元代码的方法 1 中心归属法 2 重要度占优法 3 面积占优法 四叉树结构的本质 四叉树结构的本质 DIMEDIMEDIMEDIME 拓扑编码的本质 如何编码绘制 拓扑编码的本质 如何编码绘制 四叉树分割四叉树分割 将图像区域划分为四个大小相同的象限 而每个象限又可根据一定规 则判断是否继续等分为次一层的四个象限 其终止判据是 不管是哪一层上 的象限 只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几种地物时 则 不再划分 否则将一直划分到单个栅格像元为止 DIME DIME DIME DIME 双重独立式数据结构 是对图上网状或面状要素的任何一条线段 用其两端 的结点及相邻面域来予以定义 常用的矢量数据压缩技术及其原理 常用的矢量数据压缩技术及其原理 间隔取点法 间隔取点法 保留曲线始点 然后计算 P2 点与 P1 点之间的距离 D21 若 D21 Do 临界距离 则保留 P2 点 否则舍去 P2 点 依此方法 逐一比 较 P3 与前一点 以确定其取舍 但曲线的末尾点一定予以保留 垂距法和偏角法垂距法和偏角法 按垂距或偏角的限差选取符合或超过限差的点 利用曲线 点序列中顺序的 3 点 Pn 1 Pn Pn 1 把 Pn 1 与 Pn 1 点相连 计算 Pn 点到 Pn 1 与 Pn 1 连线的垂距 d 垂距法 或计算 Pn 点到 Pn 1 与 Pn 1 连线的夹角 a 偏角法 并与规定的限差比较 以确定 Pn 点的取舍 然后顺 序取下三个点继续处理 直到这条线结束 道格拉斯道格拉斯 普克 普克 DouglasDouglasDouglasDouglas Peucker Peucker Peucker Peucker 法法 1 对每一条曲线的首末点虚连 一条直线 求所有点到该直线的距离 找出最大距离值 用 与限差 相比 2 当 时 这条曲线上的中间点全部舍去 否则保留该点 并以该点为界把曲线分为两部分 在每一部分上再重复上面 的过程直到遍历所有的点 3 是一个从整体到局部 即由粗到细来确定曲 线压缩后保留点的过程的方法 它具有平移 旋转不变性 对同一曲线 限 差不变则结果不变 且编程易于实现 常用的栅格数据压缩技术及其原理 常用的栅格数据压缩技术及其原理 射线法射线法 由待判栅格点向图外某点引射线 判断该射线与多边形所有边界相交的 总次数 当交点个数为奇数时 则待判点在多边形之内 扫描算法扫描算法 平行线扫描法平行线扫描法 从待检验的栅格单元作一平行于 x 轴的扫描线 当与 多边形边界相交的点数为偶数时 则该栅格在多边形之外 当交点为奇数时 则 该栅格在多边形之内 铅垂线跌落法铅垂线跌落法 从待检查的栅格作一垂直于 X 轴的直线 检查它与多边形边界交点的个数 奇数在多边形之内 而偶数在多边形之外 例 如从 R 点作垂线只交多边形边界于 g 点 故 R 点在多边形之内 矢量向栅格数据转换的方法及原理 矢量向栅格数据转换的方法及原理 栅格向矢量数据转换的方法及原理 栅格向矢量数据转换的方法及原理 第一步 从上到下 从左到右 找出线段经过的栅格 第二步 将栅格 i j 坐标变成直角坐标 X Y 每个 网格中心点的坐标为 第三步 删除多余点 矢量结构的数据点不需要像栅格那样 充满路径 因此对于多余的中间点可以删除 什么是图层 什么是图层 GISGISGISGIS 中的图层有哪些特点 中的图层有哪些特点 层层是指地理特征及其属性在逻辑上的集合 图层可想象成一叠没有厚度的透明纸 将具有不同特性的实体分别置于不同 的图层 各层之间完全对齐 各层按同一基准点对齐 就可得到一幅完整的地图 在栅格数据结构中 每种属性可形成一个独立的层 而新的属性就意味着 在数据库中新加一层 在矢量数据结构中 层是用来区分空间实体的主要类型 目的是为了制图 与显示 因独立地物点与多边形标示符不能区分 因而点和多边形不能在 同一层 层的概念同时适合于栅格数据和矢量数据 特点特点 每一条信息都位于一个层上 用户可以根据需要打开或关闭这些层 一个 层也许构成了一个地区所有的道路信息 另外的层也许表现了同一个地区所有湖 泊的信息 当然 也许还会有一个层描述所有的城市信息 3 3 3 3GISGISGISGIS 空间数据的表达和处理空间数据的表达和处理 空间空间实体是什么实体是什么 它它有什么特点有什么特点 空间实体 地空间实体 地理事物和地理现象的抽象结果 特征 特征 空间位置 属性 时间 空间关系 空间空间实体实体有哪些类型有哪些类型 请列举出某些类型的空间数据 请列举出某些类型的空间数据 线状实体线状实体 由一列有序坐标表示 如下特性 实体长度 从起点到终点的总长 弯曲度 用于表示像道路拐弯时弯曲的程 度 方向性 长流方向是从上游到下游 公路则 有单向与双向之分 线状实体包括线段 边界 链 弧段 网络 等 面状实体面状实体 面状实体也称为多边形 是对湖泊 岛屿 地块等一类现象的描述 在数据库中由一封闭曲线加内点来表示 面状实体有如下空间特性 面积范围 周长 独立性或与其它的地物相邻 如中国及其周边国家 内岛或锯齿状外形 重叠性与非重叠性 立体状实体立体状实体 立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体 它具有长度 宽度及高 度等属性 体积 如工程开掘和填充的土方量 每个二维平面的面积 周长 内岛或锯齿状外形 含有孤立块或相邻块 断面图与剖面图 各种类型的空间各种类型的空间实体实体在计算机中是如何存储的 在计算机中是如何存储的 1 1 1 1 单一特征 单一特征 在地理信息系统中 点特征用一组 x y 坐标表示 线特征用一维有序 的 x y 坐标表示 面用一组首尾相同的坐标表示 2 2 2 2 多种特征的表示 多种特征的表示 如果具有多种特征 就需要对每一特征给定一个序号 每一特征的坐 标可以用与每一特征的坐标列表有关的序号来描述 3 3 3 3 带有属性的空间特征的表示 带有属性的空间特征的表示 表示道路的一组线特征的属性包括 道路类型 1 分隔行驶的公路 2 干线公路 3 主要公路 4 住宅区街道 5 未铺完的公路 路面材料 混凝土 柏油 砾石 路面宽度 以米计量 道路名称 计数 如何理解拓扑关系 如何理解拓扑关系 Topology 一词来自希腊文 它的原意是 形状的研究 拓扑学是几何学的 一个分支 研究在拓扑变换下能保持不变的几何属性 拓扑属性 拓扑数据结构拓扑数据结构是根据拓扑几何学原理进行空间数据组织的方式 拓扑空间关系 拓扑空间关系 注意 可能会出判断题 判断哪些属于拓扑结构 注意 可能会出判断题 判断哪些属于拓扑结构 4 4 4 4空间数据库空间数据库 空间数据库的含义 元数据的含义与作用 空间数据库的含义 元数据的含义与作用 空间数据库 某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合 空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的 地理空间数据的总和 元数据 描述数据的数据 是关于数据的描述性数据信息 元数据的功能 管理维护 查询检索 使用 处理转换 DBMSDBMSDBMSDBMS 的作用是什么 的作用是什么 DBMS 数据库管理系统作用 数据库定义和创建 数据组织存储和管理 数据 存取 数据库事务管理和运行管理 数据库的创建和维护 通信功能数据转换功 能 异构数据库之间的互访和互操作功能 空间数据库如何管理地理实体 空间数据库如何管理地理实体 空间数据索引主要方法 空间数据索引主要方法 空间索引就是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按 一定的顺序排列的一种数据结构 其中包含空间对象的概要信息 如对象的标识 外接矩形及指向空间对象实体的指针 主要方法 格网型空间索引 BSP 树空间索引 KDB 树空间索引 R 树和 R 树 CELL 树 层次模型 网状模型 关系模型的结构特点 层次模型 网状模型 关系模型的结构特点 层次模型 层次模型 1 除根节点外 任何节点都有且 只有一个 父亲 2 父 节点表示的实体与 子 节点表示的实体是一对多的联系 网状模型 网状模型 1 可以有一个以上的结点没有 父 结点 2 至少有一个结点有多于一个 父 结点 3 结点之间可以有多种联系 4 可以存在回路 关系模型 是满足一定条件的二维表格关系模型 是满足一定条件的二维表格 1 表中的每一个属性必须有一个唯一的名字 2 行的顺序不是重要的影响因素 3 任意两个记录 行 不能完全相同 4 每一个属性应仅包含一个值 拓扑属性拓扑属性一个点在一个弧段的端点一个点在一个弧段的端点 一个弧段是一个简单弧段 自身不相交 一个弧段是一个简单弧段 自身不相交 一个点在一个区域的边界上 内部 外部 一个点在一个区域的边界上 内部 外部 一个面是简单面 面上没有一个面是简单面 面上没有 岛岛 一个面的连接性 给定面上任意两点 从一点可以完全在面的一个面的连接性 给定面上任意两点 从一点可以完全在面的 内部沿任意路径走向另一点 内部沿任意路径走向另一点 非拓扑属非拓扑属 性性 两点之间的距离两点之间的距离 弧段的长度弧段的长度 一个区域的周长一个区域的周长 一个区域的面积一个区域的面积 5 5 5 5空间分析空间分析 什么是空间分析 其本质是什么 什么是空间分析 其本质是什么 空间分析是对分析空间数据有关技术的统称 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 GISGISGISGIS 常用的空间分析模型有哪些 常用的空间分析模型有哪些 缓冲区分析模型 空间叠置分析 网络分析模型缓冲区分析模型 空间叠置分析 网络分析模型 什么是缓冲区分析 如何生成缓冲区 请举例说明它有什么用途 什么是缓冲区分析 如何生成缓冲区 请举例说明它有什么用途 缓冲区分析 针对点 线 面实体 自动建立起周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形 通常用于确定地理空间目标的一种影响范围或服务范围 矢量缓冲区的建立 只需要一点状实体为圆心 以缓冲区距离为半径绘圆即可 栅格缓冲区的建立 第一步 对需要做缓冲区的栅格单元作距离扩散 计算其他栅格到 需要做缓冲区的栅格的距离 第二步 按照设定的缓冲区距离提取出符合要求的栅格单 元 用途 比如城市化影响范围 水污染影响范围等 什么叫什么叫 DEMDEMDEMDEM 常用的 常用的 DEMDEMDEMDEM 表示方法有哪些 表示方法有哪些 DEMDEMDEMDEM 与与 DTMDTMDTMDTM 是什么关系 是什么关系 DEM Digital Elevation Models 是国家基础空间数据的重要组成部分 它表 示地表区域上地形的三维向量的有限序列 即地表单元上高程的集合 数学表达 为 z f x y DEM 表示方法有数学方法和图形方法 DEMDEMDEMDEM 与与 DTMDTMDTMDTM 的关系的关系 数字高程模型 Digital Elevation Model DEM 研究地面起伏 数字地形模型 Digital Terrain Model DTM 含有地面起伏和属性 如坡度 坡 向等 两个含义 是 DEM 的进一步分析 网络分析有哪些主要的功能 请举几个例子说明 网络分析有哪些主要的功能 请举几个例子说明 1 路径分析 最佳路径分析和最佳旅游方案 2 连同分析 连通分量求解和最小运费连通方案 3 资源分配 选址问题和分配问题 设施服务范围 资源分配范围确定问题 4 流分析 5 动态分段技术 6 地址分配 6 6 6 6 地图可视化 地图可视化 空间信息可视化的含义 空间信息可视化的含义 空间信息可视化是指运用计算机图形图像处理技术 将复杂的科学现象和自然景 观及一些抽象概念图形化的过程 具体地说 指利用地图学 计算机图形图象技 术 将地学信息输入 处理 查询 分析 采用图形 图像 结合图表 文字 报表 以可视化形式 实现交互处理和显示的理论 技术和方法 空间信息可视化的类型 空间信息可视化的类型 地图和虚拟现实 空间信息可视化的发展前沿 空间信息可视化的发展前沿 1 二维数据的可视化 主要研究二维图形的显示算法 如画线 符号库和符 号化 颜色设计 图形输出打印等 2 2 5 维图形的可视化 2 5 维图形的可视化以地形分析为核心 研究用二维数据表示三维数据 即 将三维数据投影到二维屏幕上 显示之 但无法表示三维物体的体特征 实质是 研究三维到二维数据的坐标变换 隐藏线 隐藏面消除 光照模型 3 真三维数据的可视化 20 世纪 90 年代以来 三维物体的体特征的可视化研究成了热点 从发展看 GIS 可视化研究着重于技术层次上 如数据模型 图形图象显示 图形图象的实时动 态处理等 为提高 GIS 可视化的实用性 在 GIS 可视化研究中一直十分注意在 地形图上显示地物要素 研究点 线 面要素在三维景观上的叠加算法 总结比较 总结比较 二维可视化