地理信息系统原理知识归纳及试卷.doc

地理信息系统知识归纳信息是数据的内容。数据是信息的表达。信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性GIS的定义地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组 成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、建模、分析和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。本教材中定义:地理信息系统（GIS）是在计算机软硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、 分析和描述空间物体的地理分布数据及与 之相关的属性，并回答用户问题等为主要 任务的技术系统地理信息系统的操作对象是空间数据.空间数据：是指以点、线、面等形式，采用编码技术对空间物体进行特征描述及在 物体间建立相互联系的数据集。是地理信 息系统的操作对象，具体描述地理实体的 空间特征、属性特征和时间特征。空间特征是指地理实体的空间位置及其相互关系;属性特征表示地理实体的名称、类型和数量等; 时间特征指实体随时间而发生的相关变化。1、20世纪60年代开拓发展阶段（63年起）；2、20世纪70年代巩固阶段；3、20世纪80年代推广应用阶段； 4、20世纪90年代以后为社会化和蓬勃发展阶段。GIS的应用领域 :地理逻辑 交通运输部门 绘图 土地规划 地质测绘 环保机构 地方政府 人口局 税务部门 旅游 服务业 公用事业 公司 企业 教育 .地理信息系统（GIS）应对的挑战 :孤立的、各自为政的部门 ;专有的数据, 程式化的编程语言;昂贵的软硬件平台;工具使用的艰难GIS的相关学科: 地理学、GIS、遥感技术、摄影测量学、数学和统计学、制图技术、计算机科学、专家系统、计算机图形学、计算机辅助设计、数据库技术、软件工程。GIS发展趋势a.技术集成图形与属性结合GIS与RS的结合GIS与GPS的结合GIS与ES(专家系统)的结合b.数据管理GIS信息的深加工;GIS多源数据的无缝集成GIS数据的互操作;多尺度GIS数据的自动综合空间数据仓库技;网络数据的存储与传输 C,软件系统的发展面向对象技术的GIS研究;时态GIS或动态GIS的研究GIS的数学建模系统;真三维GIS的建立网络和因特网GIS的建立;无线GIS技术数字地球与GIS 数字地球就是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识。数字城市是数字地球的具体实现。巨大的数字地球由下列体系组成：数据采集与更新体系数据处理与储存体系信息提取与分析体系数据与信息传播体系数据库体系网络体系应用模型体系专用软件体系标准与互操作体系GIS通用软件:ArcGIS软件/MapInfo软件/MapGIS软件/SuperMap软件/Arcview软件.空间数据的来源 :(1)地图数据 (2)影像数据(3)地形数据(4)属性数据(5)元数据.空间数据的类型 类型数据:例如考古地点、道路线和土壤类型的分布等; 区域数据:例如随机多边形的中心点、行政区域界线和行政单元等; 网络数据:例如道路交点、街道和街区等; 样本数据:例如气象站、航线和野外样方的分布区等; 曲面数据:例如高程点、等高线和等值区域;文本数据:例如地名、河流名称和区域名称; 符号数据:例如点状符号、线状符号和面状符号(晕线)等。空间关系是空间实体之间基于位置和形态（形状和结构）的关系。 空间关系包括拓扑关系/顺序关系和度量关系拓扑关系定义：网结构元素节点、弧段、面域之间的空间关系。主要表现为以下三种：（1）拓扑邻接：指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。如：N1与N4； C1与C3； P1与P4； P1与P2（2）拓扑关联：指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系。如：N1与C1，C3，C4等 （3）拓扑包含：指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系。如P4包含P5。 拓扑关系建立的实践性问题1、图幅拼接与图形修改2、拓扑关系的建立与检查 3、拓扑关系与数据共享（影响系统行为）空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织 和设计空间数据库模式提供了基本的方法。 一般来说，GIS空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个有机联系 的层次所组成小结：直接栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）；链码：压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适 合于微机地理信息系统采用；块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行 大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法栅格数据取值方法举例：中心归属法 ：每个栅格单元的值以 网格中心点对应的面域属性值确定。 面积占优法： 每个栅格单元的值以在 该网格单元中占据最大面积的属性 长度占优法： 每个栅格单元的值以 网格中线的大部分长度所对应的面 域的属性值来确定。 重要性法： 根据栅格内不同地物的重要性 程度，选取特别重要的空间实体决定对应 的栅格单元值 栅格数据结构特点 l 离散的量化栅格值表示空间对象 l 位置隐含,属性明显 l 数据结构简单,易于遥感数据结合,但数 据量大 l 面向位置的数据结构,难以建立空间对 象之间的关系 l 几何和属性偏差 为了建立矢量与栅格一体化数据结构,要对点、线、面目标数据结构的存储要求作如下的统一约定:(1)对点状目标,因为没有形状和面积,在计算机内部只需要表示该点的一个位置数据及与结点关联的 弧段信息。(2)对线状目标,它有形状,但没有面积,在计算机内部需用一组元子来填满整个路径,并表示该弧段相 关的拓扑信息。 (3)对面状目标,它既有形状,又有面积,在计算机内部需表示由元子填满路径的一组边界和由边界组成 的紧凑空间。为使数据格式一致,基本格网和细分格网都采用线性四叉 树的编码方法,将采样点和线性目标与基本格网的 交点用两个Morton码表示（均用十进制Morton码， 简称M码）。其中，M1表示该点(取样点或附加的交 叉点)所在的基本格网地址码,M2表示该点对应的细 分格网的Morton码,即M1和M2是将同一对X、Y坐标转 换成的两个Morton码。矢量格式向栅格格式的转换方法l 内部点扩散法l 扫描算法l 射线算法l 边界代数算法l 其他，等等l 栅格格式向矢量格式的转换（基本步骤）l 多边形边界提取l 边界线追踪l 拓扑关系生成l 去除多余点及曲线圆滑.地理信息系统原理试卷一、单项选择 (每小题 2 分，共20 分)1世界上地理信息系统的普遍发展和推广应用的阶段是20世纪（ ）年代：A. 60年代 B. 70年代 C. 80年代 D. 90年代2以下不属于GIS输出设备的为（ ）A. 绘图仪 B. 数字化仪 C. 打印机 D. 高分辨率显示装置3、在地理信息系统中，空间线对象是（）：. A 0维特征 B. 1维特征 C. 2维特征 D. 3维特征.4、空间图形的不同类元素之间的拓扑关系称为： （ ）A拓扑邻接 B拓扑关联 C拓扑包含D拓扑相交 5、获取栅格数据的方法有： （ ） A手扶跟踪数字化法 B屏幕鼠标跟踪数字化法 C扫描数字化法 D人工读取坐标法6、栅格结构的特点是： （ ）A定位明显、属性隐含 B定位明显、属性明显C定位隐含、属性明显 D定位隐含、属性隐含7、以线性四叉树表示8*8的栅格矩阵时，第6行第5列位置处的栅格的十进制MORTON码与四进制MORTON码值分别为：（ ）A. 57，302 B. 50，302 C. 57，321 D. 50，3218、描述图形在保持连续变化状态下，图形关系保持不变的性质或空间实体之间的关系的数据为： （ ）A属性数据 B拓扑数据 C几何数据 D统计数据9、在栅格数据获取过程中，为减少信息损失提高精度可采取的方法是：（ ） A.增大栅格单元面积 B.缩小栅格单元面积 C.改变栅格形状 D.减少栅格总数10、GIS区别于其它信息系统的一个显著标志是： （ ） A.空间分析 B.计量分析 C.属性分析 D.统计分析11、数据处理是GIS的基本功能之一，对数据从一种数据格式转换为另一种数据格式，包括结构转换、格式转换、类型转换等，这种数据处理为（ ）A. 数据重构 B. 数据变换 C. 结构转换 D. 数据抽取12、某选址项目中，需要同时满足三个条件：1）距离公路2000米以内；2）距离湖泊1000米以外；3）地块面积大于500KM2。利用GIS的空间分析功能进行选址，分别采用（ ）A. 缓冲区分析、intersect叠加分析、基于非空间属性的查询；B. 缓冲区分析、identify叠加分析、基于空间关系的查询； C. 缓冲区分析、erase叠加分析、基于非空间属性的查询；D. 缓冲区分析、clip叠加分析、基于空间关系的查询。13、以下哪些不属于栅格数据结构的特点（ ）A. 图形显示质量好 B. 多边形叠置分析较容易 C. 数据结构简单 D. 图形数据量小14、“二值化”是处理何种数据的一个技术步骤： （ ）A. 扫描数据 B矢量数据 C关系数据 D属性数据15、对于估算长度、转折方向的凹凸度方便的编码方法是： （ ） A.游程编码 B.块码 C.四叉树编码 D.链码二名词解释 （每小题6分，共30分）1、地图投影2、栅格数据结构 3、DTM4、空间分析 5、地理信息系统三简答题（每小题5分，共20分） 1、 地理信息系统的构成和五大基本功能。2、 空间实体可抽象为哪几种基本类型？它们在矢量数据结构和栅格数据结构中分别是如何表示的？3、简述空间数据的基本特征。4、描述拓扑数据结构组织方式，并说明有何特点。5、什么叫空间缓冲区分析？举例说明空间缓冲区分析的分析步骤。四论述题(每小题10分，共20分) 1、 地理信息系统中空间数据有两种主要数据结构，请分别描述这两种数据结构和它们的优缺点。2、建立如下图所示的拓扑关系的全显式表达。地理信息系统原理试卷答案一、 单项选择 (每小题 2 分，共 30 分)CBBBC CABBA ACAAD二、 名词解释（每小题5分，共20分）1、 地图投影-建立地球椭球面上的点的地理坐标（，）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系： 2、 栅格数据结构-指基于栅格模型的数据结构，将空间分割成有规则的网格，然后在各个网格单元内赋予空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。点是一个像元；线由一定方向上连接成串的相邻像元组成；面由聚集在一起的相邻像元集合来表示。3、 DTM：是地形表面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 数字表述。 4、 空间分析-综合分析空间数据的技术的通称。基于空间数据的分析技术，以地学原理为依托，通过分析算法，获取有关空间信息。5、 地理信息系统-地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以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。三简答题（每小题5分，共20分） 1、地理信息系统的构成和五大基本功能。GIS的构成：（）系统硬件；（）系统软件；（）数据；（）用户。GIS的主要功能：（）空间数据的采集和输入；（）空间数据的编辑与管理；（）空间数据的处理与转换；（）空间查询与空间分析；（）空间数据的显示与输出。2、空间实体可抽象为哪几种基本类型？它们在矢量数据结构和栅格数据结构中分别是如何表示的？答：点、线、面。（1分） 矢量数据结构中，点用空间坐标来表示；线由一串坐标对组成；面是由线所形成的闭合多边形。（3分）栅格数据结构中，点是一个像元；线由一定方向上连接成串的相邻像元组成；面由聚集在一起的相邻像元集合来表示。（3分）3、 简述空间数据的基本特征。空间特征（定位特征和拓扑特征）：表示空间对象的地理位置及其空间相互关系。属性特征：表示实体的特征，用来说明是什么。如事物的名称、类型、等级、数量等。时间特征：描述实体随时间的变化。4.4、 描述拓扑数据结构组织方式，并说明有何特点。 拓扑数据结构中，点是互相独立的，弧段是数据组织的基本对象，每条弧段始于起始节点，止于终止节点。拓扑数据结构的组织： 结点文件：由结点记录组成。包括每个结点的结点号、结点坐标及与该结点联接的弧段标识码等。 弧段文件：由弧段记录组成。包括每个弧段记录包括弧段标识码、FN、TN、LP、RP 多边形文件：由多边形记录组成。包括多边形标识码、组成多边形的弧段标识码以及相关属性等。主要特点：具有拓扑编辑功能，能保证数字化原始数据的自动查错编辑；可以自动形成封闭的多边形边界。5、什么叫空间缓冲区分析？举例说明空间缓冲区分析的分析步骤。答：空间缓冲区分析（spatial buffer analysis）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。（4分）缓冲区分析三步骤：1） 计算主体的综合规模标准化指数；（2分）2） 计算主体对邻近对象的的最大影响距离；（2分）3） 确定主体对邻近对象的实际影响度（Fi）与邻近对象离主体的实际距离（di）的关系分析模型，从而从实际距离计算实际影响度，或从实际影响度反推实际距离。（2分）四论述题(每小题10分，共20分) 1、地理信息系统中空间数据有两种主要数据结构，请分别描述这两种数据结构和它们的优缺点。两种数据结构主要包括矢量数据结构和栅格数据结构。 矢量数据结构: 利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地里实体空间分布的一种数据组织方式。是通过记录坐标的方式来表示点、线、面及其组合体等地理实体。点：用空间坐标来表示；线：由一串坐标对组成；面：是由线所形成的闭合多边形。特点：定位明显，属性隐含.栅格数据结构指基于栅格模型的数据结构，将空间分割成有规则的网格，然后在各个网格单元内赋予空间对象相应的属性值的一种数据组