GIS复习材料86746

地理信息系统第一章 概论1、信息：是加工后的数据，是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等内容，数据或特征信息的特征：客观性、适用性、可传输性和共享性2、地理空间与地理信息 地理空间是人类赖以生存的地球表层具有一定厚度的连续空间区域，是一个椭球体 地理信息是指研究对象中与空间地理分布有关的信息，表明地表物体和地理环境要素的数量、质量、性质、关系、分布特征和规律的数字、文字、图象、图形信息的总称。 地理信息是一种空间信息。地理信息特征：空间性（最重要）、动态性、专题性（属性）3、地理信息系统 是在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存储、检索、显示和综合分析现实世界的各类空间数据及属性特征的技术系统。4、GIS与机助制图系统及电子地图的区别于联系 GIS不仅要作图还要重视空间数据的管理，分析和决策。电子地图是GIS的输入数据及输出形式，GIS强调空间数据库，空间数据可视化。5、GIS的系统的组成 硬件、软件、空间数据、系统的开发管理和使用人员6、GIS的硬件组成1）、主机 2）、GIS输入和输出设备与主机的接口： 3）、GIS主要输入设备（数字化仪、扫描仪、数字摄影测量仪、GPS接收器）4）、GIS主要输出设备5）、GIS的存储设备6）、GIS的网络设备7、GIS的软件组成1）GIS软件平台 2）应用系统 3）空间数据库8、组件式GIS的基本思想是把GIS各大功能模块划分成几个控件，每个控件完成不同功能，使各个GIS控件之间以及GIS控件与非GIS控件之间可以通过开发工具集成起来，形成最终的GIS 应用系统。9、组件式GIS的特点 高效无缝的系统集成 无须专门GIS开发语言 成本低有利于GIS的普及10、组件式GIS的结构类型 1）、基础组件 2）、高级通用组件 3）、行业性组件11、当前GIS 发展中的几个热点1）组件式GIS（COMGIS） 组件技术是面向对象技术进入实用化阶段后形成的一种软件复用技术。组件GIS的基本思想是把GIS各大功能模块划分成几个控件，每个控件完成不同功能。使各个GIS控件之间，以及GIS控件与非GIS控件之间，可以通过开发工具集成起来，形成最终的GIS应用系统。2）WebGISWebGIS是基于Internet技术的GIS。 由于大多数的客户端采用WWW协议，故称之为 WebGIS（万维网GIS） 。 WebGIS是Internet技术与GIS相结合的产物。 WebGIS是在互联网上提供地理信息，使用户通过浏览器浏览和获得GIS中的数据和功能服务。从而使GIS应用得以扩展，使GIS真正成为一种大众使用的工具。3）OPEN GIS（开放式地理数据互操作规范）由美国Open GIS协会 (Open GIS Consortium，简称OGC)提出的。其目标是制定一个能提供地理数据和地理操作的交互性和开放性软件开发规范，使软件开发者可以在单一的环境和单一的工作流中使用分布于网上的任何地理数据和地理处理。第二章 空间数据的组织1、空间数据类型1）、空间要素数据：如环境污染类型、土地类型数据2）、面域数据：如多边形的中心点、行政区界线及行政单位等3）、网络数据：如道路交点、街道和街区等4）、样本数据：如气象站、环境污染监测点5）、曲面数据:如高程点、等高线或等值线区域6）、文本数据：如地名、河流名称7）、符号数据：如点状符号、线状符号8）、图像数据：航空、航天图像9）、多媒体数据：音频数据，视频数据等2、空间拓扑关系的表达 课本37拓扑学中空间基本元素为结、弧段、多边形三类，他们之间可归纳为6中关系，关系的性质为关联、相邻、相连、相交、相离、相重、包含（填空） 拓扑关系的检验-欧拉定理 欧拉定理人为a,n,p之间存在如下关系:c=n-a+p ( C为常数是多边形的一个特征值恒为2，A弧 N结点 P多边形 )3、栅格数据与矢量数据结构比较（1）基于矢量模型的数据结构称矢量数据结构。矢量数据结构中用点、线、面组成的边界或表面来表达空间对象，用标识符表达的内容描述属性对象。（2）基于栅格模型的数据结构称栅格数据结构。栅格数据模型用面域或空域直接描述对象。两种数据格式的优缺点优点缺点矢量数据结构1便于面向对象的数据表示1数据结构复杂2数据结构紧凑、冗余度低2软件和硬件技术要求比较高3有利于网络分析3多边形叠置分析比较困难4图形显示质量高、精度好4显示与绘图成本比较高5图形运算效率高，投影转换容易5实现数据共享不易实现栅格数据结构1数据结构简单1图形数据量大、冗余度高2空间分析和地理现象的模拟均比较容易2投影转换比较困难3有利于同遥感数据的匹配应用和分析3图形显示质量比较低4输出方法快速、成本比较低廉4现象识别的效果不好矢量方法5易于实现数据共享5图形运算效率低4、矢量数据空间位置表达方式1）、0维矢量 2）、一维矢量 3）、二维矢量 4）、三维矢量5、矢量数据的特点1）、用离散的点、线、面来表示和描述空间目标；2）、用拓扑关系来描述矢量数据之间的关系；3）、描述的空间对象位置明确，属性隐含。 6、矢量数据的获取1）、数字化仪获取数据；2）、扫描数据矢量化；3）、数字摄影测量获取数据；4）、全球定位仪（GPS）获取数据；5）、其它栅格数据转换成矢量数据。7、矢量数据结构模型1）、无拓扑关系的矢量数据结构 2）、拓扑关系的矢量数据结构（点状数据结构、线状数据结构 、面状数据结构）8、栅格数据的表达方式1）、用量化的格网值表示和描述空间目标 2）、描述的空间对象属性明确，位置隐含3）、每个栅格只能赋予唯一的值9、栅格数据的获取1）、从扫描仪获取 2）、从遥感获取 3）、矢量数据转化10、栅格数据的压缩编码游程长度编码：方式（gk,lk)1）、游程终止编码 gk 栅格元素的属性值 lk 游程的终止列号2）、游程长度编码 gk栅格元素的属性值 lk 游程的连续长度块码： 方式（行号，列号，半径，代码）行号、列号：正方形区域左上角所在行列号半径：正方形区域行或列栅格元素数代码：正方形区域的属性值第三章 空间数据的获取1、地图投影的概念由于球面的不可展示性，为了用平面坐标来表示球面上目标的空间位置，必须进行球面坐标到平面坐标的转换，这就是地图的投影变换。2、地图投影的分类1）按变形的性质分等角投影、等积投影、等距投影；2）按展开方式分方位投影、圆柱投影、圆锥投影；3）按投影面积与地球相割或相切分割投影和切投影。3、我国常用的地图投影1）、大于1:100万采用高斯克吕格投影2）、1:100万地形图采用LANBERT（正轴等角相割圆锥投影）投影4、高斯投影的特征（横轴等角相切椭圆柱投影）1）、中央经线和赤道投影后为互相垂直的直线，且 为投影的对称轴；2）、投影具有等角的性质(投影后经纬线相垂直)；3）、中央经线投影后保持长度不变。5、高斯投影的优点1）、等角性别适合系列比例尺地图的使用与编制;2）、经纬网和直角坐标的偏差小，便于阅读使用;3）、计算工作量小，直角坐标和子午收敛角值只需计算一个带。由于高斯-克吕格投影采用分带投影，各带的投影完全相同，所以各投影带的直角坐标值也完全一样，所不同的仅是中央经线或投影带号不同。为了确切表示某点的位置，需要在Y坐标值前面冠以带号。如表示某点的横坐标为米，前面两位数字“20”即表示该点所处的投影带号。6、地形图公里网（大于1:10万的地形图上绘有高斯投影平面直角坐标网，其方格为正方形，以公里为单位，故又称公里网。）1:1万 公里网间隔10 cm 实地距离1km1:2.5万 公里网间隔 4 cm 实地距离1km1:5万 公里网间隔 2 cm 实地距离1km1:10万 公里网间隔 2 cm 实地距离2km7、地形图的分幅和编号（课本66）我国，基本地形图的分幅和编号按国际规定的在1:100万地形图基础上，按经纬度进行。1） 1:100万地形图的分幅和编号 按纬差4度，经差6度分2） 1:50万， 1:20万，1:10万地形图的分幅和编号 1:50万按纬差2度，经差3度分,即一幅1:100万地形图包含4幅 1:20万按纬差40，经差1度分, 分36幅图; 1:10万按纬差20，经差30分,分144幅图;3） 1:5， 1:2.5万，1:1万地形图的分幅和编号这三种图在1:10万地形图基础上，按经纬度划分。8、GIS 数据源类型地图数据、遥感数据、测量数据、野外采集数据、调查统计数据、法律文档数据、已有系统数据等等9、GIS中地图数据的获取1、数字化采集的点的方法： 点式数字化、流式数字化2、扫描仪输入屏幕跟踪扫描矢量化：将扫描仪获取的图像数据经过检查、配准等处理后显示在计算机屏幕上，用鼠标在屏幕进行跟踪进行矢量化，获取矢量数据，方式分完全手工跟踪和半自动跟踪。两种数字化方式的比较直接数字化扫描数据矢量化数据量小数据量大劳动强度大涉及技术多适合线条少，多余信息多的图适合线条清晰地形图扫描数据矢量化愈来愈重要，但不能绝对代替直接数字化。10、遥感和遥感数据遥感技术系统三大部分：数据获取系统、数据传输系统、信息处理系统遥感数据质量指标：空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率、温度分辨率11、遥感数据的优点遥感是从不同高度的平台（Platform）上，使用各种传感器（Sensor），接收来自地球表层的各种电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而对不同的地物及其特性进行远距离探测和识别的综合技术。 优点：1）、观测范围大，如陆地卫星图片达3万平方公里；2）、获取信息速度快，能够提供大范围的瞬间静态图象。3）、条件限制少能够进行大面积重复性观测，即使是人类难以到达的偏远地区也能够做到这一点，大大加宽了人眼所能观察的光谱范围。12、遥感和GIS的结合遥感影像数据进入GIS的方法1）目视法获取遥感影像数据该法的实质是用RS获取专题图作为GIS的数据源。即将航空，航天影像经目视判读，编出各种专题图，进数字化进入GIS系统。2）将RS影像作为基础层输入到GIS中，实现栅格影象和GIS线划图的叠置，从中提取信息。3）将RS直接进入GIS系统，利用RS实现对GIS空间数据和属性数据的更新。13、空间元数据元数据是“数据的数据”，是关于数据和信息资源的描述信息,它描述数据的内容、质量、条件、和其它特征，使数据充分发挥作用，在实现数据共享方面十分重要。14、空间数据元数据的应用和作用1）帮助用户获取数据 2）进行空间数据的质量控制3）在数据集成中的应用 4）在空间数据库管理中的应用15、实现空间数据快速采集的解决方案1）、图形图像识别的自动化2）、多种信息源采集的技术集成3）、数据资源的数据共享第四章 空间数据的处理1、 空间数据处理内容1）空间数据编辑：图形数据的编辑；属性数据的编辑2）图形的幅面处理：图形的拼接；图形的分割 ；窗口的剪裁3）空间数据坐标变换：投影变换；坐标变换；比例尺变换 ;几何校正4）空间数据结构的转换： 矢量向栅格的转换 ； 栅格向矢量的转换5）空间数据格式的转换 ：系统间数据格式的转换6）空间数据的插值 ：点的内插； 区域的内插。二，空间数据的编辑处理（课本91）2、空间数据的坐标变换的类型1）、平移变换 2）、比例变换 3）、反射变换4）、旋转变换 5）、二维变换矩阵的一般形式3、空间数据的结构转换1）矢量数据向栅格数据转换概念 矢量数据向栅格数据转换要将矢量表示的多边形转成栅格数据，使多边形内部所有栅格赋于多边形号。实质上是将矢量图上点、线、面实体的坐标数据转为规则的格网数据再给予填充。栅格单元的归属的确定方法：中心点法 长度优先法 面积优先法 重要性优先法 2）栅格数据向矢量 数据转换从栅格单元转换到几何图形的过程称为矢量化，矢量化过程要保证以下两点：转换物体正确的外形点：某个单元的值与周围不同，代表点；线：具有相同属性值的连续的单元格，将其搜索出来并细化处理，成为一条线；面：将具有同一属性的单元归为一类，再检测两类不同属性的边界作为多边形的一条边。保持栅格表示出的连通性与邻接性；栅格数据向矢量 数据转换的典型过程多边形边界提取； 边界线追踪； 去除多余点及曲线光滑；拓扑关系生成4、数据的插值的类型（1）插值 已知点全部通过构造的函数 求符合函数的其它点（2）逼近 已知点整体上接近构造的函数 求符合函数的其它点（3）拟合 插值逼近 （4）光滑 一阶导数连续5、数据的插值的概念（1）点数据的插值 单点移动插值： 以待定点为中心进行插值。 局部插值： 它用连续的平滑的数学面加以描述，通常分整体拟合和局部拟合两大类。（2）区域数据的插值区域数据的插值主要解决离散空间数据问题。研究的目标是从已知分区数据中推出同一地区的另一组分区数据的插值方法。 第五章 空间数据的管理1、常用的数据文件1）顺序文件 2）索引文件 3）随机文件 4）倒排文件2、数据模型的分类（1）概念模型：概念模型用于信息世界的建模，它是独立于计算机的数据模型,表示数据及其之间的关系，它与DBMS无关，是面向现实世界，用户易理解的数据模型，是用户同数据库设计人员间进行交流的语言。（2）逻辑模型：逻辑模型也称结构数据模型，是在概念模型基础上的，由DBMS支持的数据模型，并面向数据库的逻辑结构。（3）物理模型：物理模型从满足用户需求的已定逻辑模型出发，在有限的硬软件环境下，用DBMS手段设计的数据库内模式，也就是设计数据库的存储形式，存取路径，文件结构等。3、传统数据库系统的数据模型（给出图判断类型）基于记录的数据模型主要有：（1）层次模型（树数据结构）优点：层次分明，组织有序；缺点：数据独立性较差；难以表达多对多的关系；导致数据冗余（2）关系模型（图数据结构）优点：能描述多对多关系缺点：结构复杂，限制它在空间数据表达中的应用（3）网状模型（表数据结构）优点：概念简单，结构灵活，易理解，易维护；有标准的关系查询语言SQL支持。 缺点：不适合描述非结构特征数据4、空间数据库引擎的概念从用户的角度看，空间数据库引擎是用户和异构空间数据库之间的接口；从软件的角度看，空间数据库是应用程序和RDBMS之间的中间件用来管理空间数据库。从系统的角度看空间数据库引擎利用RDBMS和其扩展功能，实现空间数据库中的物理存储；从客户机看，空间数据库引擎是服务器，它提供空间数据库的接口，接受空间数据服务的要求；从数据库服务器看，空间数据库引擎是客户机，它提供数据库接口，用于连接数据库和存取空间数据。5、空间数据管理中的数据库技术（类型）（1）关系数据库技术（2）SQL查询语言（结构化查询语言）（3）面向对象的数据库管理系统（4）对象-关系数据库技术（5）网络数据库技术 第六章 空间分析1、GIS中的空间分析包含:（1）按分析方法看GIS空间分析分类 GIS系统提供的空间分析各类系统提供的分析能力的差异性很大.主要有查询检索分析、空间形态分析、地形分析、叠置分析、邻域分析、网络分析、图象分析、空间统计分析等 专用空间模型分析（2）按空间数据特征看GIS空间分析分类 空间数据的空间特性分析空间位置分析、空间分布分析、空间形态分析、空间关系分析 空间数据的非空间特性分析：主要是基于数据库的统计分析2、空间数据的基本运算（1）长度计算 矢量数据的长度计算 两点（x1,y1) (x2,y2)之间距离D的计算 点（x0,y0)到直线 之间欧氏距离的计算 线目标的长度 n 表示组成线目标的线段数 栅格数据的长度计算 用8邻域方向累加地物骨架线通过的栅格数目, Nd - 水平和垂直方向的栅格数 Ni 对角方向的栅格数D - 每个栅格的长度（2）面积的计算 空间数据的自动量算是GIS 的重要功能，也是进行空间分析的定量化基础。 面积的量算（辛普森（Simposion)公式）1） 矢量格式下面积的量算通常用辛普森公式（具体参考P145）2） 栅格数据面积的计算 ：统计相同属性的格网数目。3）辛普森公式的用处 编程时自动计算面积的公式 判断多边形闭合坐标链走向计算出面积为正，坐标链走向顺时针；计算出面积为负，坐标链走向逆时针。判断线段（矢量）和空间的关系计算ABPA的面积，如为正，坐标链走向顺时针，P在右面。计算ABPA的面积，如为负，坐标链走向逆时针，P在左面。3、空间数据查询的类型（1）基于属性（非空间）特征的查询（2）基于空间特性的查询 空间几何数据查询查询空间目标的坐标点、线长、面积、周长及位置等。空间关系查询 基于拓扑关系的查询如 邻接性查询、 包含性查询、 穿越性查询 、落入性查询、方向性查询等。（3）空间和非空间特征的联合查询 这种查询条件中涉及空间特征和属性特征，而不是将查询结果用把空间特性和非空间（属性）特征结合。4、视觉复合叠置分析与矢量叠置的区别（具体可自己补充）叠置分析的概念：将GIS中同一地理空间位置的两层或者多层的地理要素图层进行叠置，经过图形与属性的运算处理生成一个新的要素图层后进行分析的方法称为叠置分析。视觉信息复合叠置分析的实质是将不同层面的图信息进行叠加显示，以判断其间的空间关系。视觉叠置不改变系统的数据结构，不生成新数据，但能够给用户带来视觉效果，帮助用户对空间信息进行重新区划，以形成新的属性数据。GIS的叠置分析是将有关主题层组成的数据层面，进行叠加产生一个新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。叠置分析不仅包含空间关系的比较，还包括属性关系的比较。从数据结构看，叠置分析有矢量叠置分析和栅格叠置分析两种。 基于矢量数据结构的叠置分析，不仅要产生视觉效果，还要对参加叠置的多种空间数据在区域内进行重新组合，得到新的数据。5、缓冲区分析的含义缓冲区是指地理目标或工程规划的范围，如水库淹没范围、街道拓宽的范围、放射源影响的范围；从数据的角度看，缓冲区是指给定空间对象的邻域，通常用邻近度（Proximity)描述地理空间中两个地物距离相近的程度。 缓冲区分析是解决邻近度问题的分析工具，也是GIS中基本的空间分析工具。如确定公共设施的服务半径，确定交通线及河流周围的特殊区域。 6、泰森多边形的概念和特点概念：泰森多边形由一批具有一定分布的样本点数据生成。其实质是将每个样本点周围划出一个地块，认为这地块可以用此样本点数据作为平均数据，代表该地块的属性。如用分布在各地的气象站测得的降雨量，得到该地区的降雨量分布图。特点：（1）每个泰森多边形内只包含一个离散数据点；（2）泰森多边形内的任意点k(x,y) 同该多边形内的离散数据点距离小于它同任何离散数据点间的距离；（3）泰森多边形的任意一个顶点必有三条边同它连接，这些边是相邻三个泰森多边形的两两拼接的公共边；（4）泰森多边形内的任意一个顶点周围有三个离散数据点，将其连成三角形后，该三角形的外接圆圆心即为该顶点。泰森三角形概念：泰森多边形的任意一个顶点周围存在三个离散点，将其连成三角形后其外接圆的圆心即为该顶点，该三角形称泰森三角形。7、空间网络分析概念和基础概念：空间网络分析的实质是通过研究网络的状态，模拟和分析资源在网络上的流动和分配，以实现网络上资源的优化问题。基础：从数学的角度看： 网络分析的基础是图论和运筹学；从数据结构的角度看： 网络分析的基础是合作线性图数据结构。图的矩阵表示有很多形式，其中最基本的是邻接矩阵和关联矩阵。邻接矩阵是顶点之间相邻关系的矩阵;关联矩阵是顶点和边之间关系距阵。 8、最佳路径问题（最佳路径与最短路径不一定相同）P173-1759、定位与配置概念是通过对需求源和供应点的分析，实现网络设施的最优布局，并对一个或多个中心点资源在网络上的最优分配问题进行模拟。 定位(Location)问题： 指已知需求源的分布，确定在何处设置供应点最好。 分配(Allocation)问题：指确定需求源分别由哪些供应点提供。通常要同时解决定位与配置两个问题，以模拟一个或多个中心的资源在网络上的最优分配问题。10、空间分析综合应用例例一、利用GIS进行土地适宜性评价目标对玉米地进行土地适宜性评价，通过评价将研究区分成四种适宜性等级，S1、S2、S3、S4方法1）对评价对象的生态条件进行调查，得出结论：玉米属于禾本科，为一年生草本植物；主导生态条件是：喜高温、水量大、土壤肥、土层松、根系要防水土流失；2）确定玉米地土地适宜性评价的主要因素和因子及等级标准；3）确定各因素的权重和贡献函数值；4）计算玉米地土地适宜性评价等级，并输出分级图。主要因素和因子 最后求得供水等级、供氧等级、土壤侵蚀等级的分级标准，（温度反映在季节上）。3）确定各因素的权重和贡献函数值，建立评价指标表（1）建立4个因素的重要性比较表将4个因素按重要性排队，得F4、F3、F2、F1按倍数关系比较相互之间的重要性 令F4的重要性为1； F3的重要性同 F4； F2的重要性是F3重要性的2倍； F1的重要性是F2重要性的4倍 （2）求权重 W4=1/(1+1+2+2*4)=1/12=0.0 83 W3 =1/12=0.083W2=0.083*2=1/6=0.17 W1=0.17*4=2/3=0.67(3)贡献函数按影响因素的级别确定贡献函数如下：对供水因素，如上所述分四级，现将最适合的定为贡献函数值为100，不适合的定为贡献函数值为0即最适合的指标贡献函数为P1i=100 （供水为一级）较适合的指标贡献函数为P2i=67 （供水为二级）免强适合的指标贡献函数为P3i=33（供水为三级）不适合的指标贡献函数为P4i=0 （供水为四级） 因子 因素4）计算玉米地土地适宜性评价等级，并输出分级图。11、领域分析的概念：领域分析师通过空间点周围的临近点或某特定位置及方向范围内的邻 近区域对其进行分析的一种方法。12、地理编码的概念 地理编码又称地址匹配，是指将数据库中存在的包含地址的数据，转化地图上具有地理位置点，并进行显示的过程。第七章 数字高程模型及应用1、DTM模型 和DEM模型的概念DEM（数字高程模型）：是新一代的地形图，它通过存储在介质上的大量地面点空间数据和地形属性数据，以数字形式来描述地形地貌。DTM模型（数字地形模型）：50年代由MIT摄影测量实验室提出，是用数字形式描述地形表面的模型。实质上这是对地面形态和属性信息的数字表达。2、描述DEM表示的地面景观的两种主要数据模型的区别(规则格网、不规则三角网TIN)（1）规则格网（grid)模型规则格网模型将空间区域分成规则的等距离单元, 每个单元对应一个数值，通常在数学上表示为一个矩阵， 在计算机中表现为一个二维数组， 每个格网单元或数组元素对应一个高程值。数据结构：格网数据结构是典型的栅格数据结构表现形式：用规则采样点数据（或把不规则采样点数据内插成规则点数据），而后,以矩阵形式来表地面形状。 规则格网数据模型的优点： 1）数据结构简单，算法实现容易，便于空间操作和存储。 2）容易计算等高线、坡度、坡向、自动提取地域地形等。规则格网数据模型的缺点：1）数据量大，通常采用压缩存储，包括无损压缩存储和有损压缩存储2）不规则的地面特性与规则的数据表示之间本身就不协调。它对不同地形采用一律平等的规则格网，不利于表示复杂地形。（2）不规则三角网（ TIN）模型不规则三角网（ TIN）模型把不规则分布的数据点，按优化组合的方法，生成连续的三角形面来逼近地面的地形表面。使每个离散点为三角面的顶点。 即TIN将区域内有限的点集划分为相连的三角面网。不规则三角网模型是一种三维空间的分段线性模型，其数据格式在概念上类似二维数据结构中带拓扑结构的矢量数据结构，只是TIN模型中不定义岛和洞的拓扑关系建立。数据结构：不规则三角网（ TIN）模型是一种典型的矢量拓扑结构表示形式：以文件的形式来表示不规则三角网 模型的优点：1）克服栅格数据中的数据冗余问题；2）表示地面形态效率高，数据精度高。它能较好地表 示地性 线，充分表示复杂的地形特征，适应起伏不同的地形。不规则