地理信息系统复习

1、第一章 概论1. GIS地理信息系统（GIS , Geographic Information System）是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。它作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。2. GIS基本特征。 数据的空间定位特征； 空间关系处理的复杂性； 海量数据的处理能力。3. GIS与管理信息系统的区别。GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同

2、管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS（数据库管理系统）。表格见PPT4. 国内外GIS发展。（1）国际GIS的发展状况60年代，探索时期：（GIS思想和技术方法的探索）人们关注什么是GIS，GIS能干什么。70年代，巩固时期：（这时由于计算机技术及其在自然资源和环境数据处理的应用，促进 GIS迅速发展）。这期间，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。80年代，实破阶段：

3、也是GIS普遍发展和推广应用阶段，人们把GIS与RS解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等。90年代，全面应用：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。（2）国内GIS的发展状况70年代，准备阶段：GIS先驱看到GIS的广阔前景和GIS的重要性，进行极积呼吁，为GIS在我国的发展奠定了理论基础并做了一些可行性实验。80年代，试验起步阶段:这期间，我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些典型，试验专题试验软件开发工作。 90年代，我国GIS发展阶段： 我国

4、改革开放以来，沿海、沿江经济开发区的发展土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，这也推动GIS在我国的全面发展。 96年以来，是我国GIS产业化阶段。应用得到极大发展，国产专业GIS软件由研发走向应用5. GIS技术发展趋势。数据标准化、数据多维化、结构组件化、应用社会化、平台网络化、系统集成化、实时GIS。6. GIS的构成有哪些？计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据、网络（包括局域网模式和广域网模式）、系统开发、管理和使用人员。7. 常用的GIS软件有哪些？Autodesk公司的Autocad、ESRI公司的ArcGIS系列、Intergraph公司的GeoMedia系列、

5、MapInfo公司的MapInfo、Supermap公司的Supermapdesk Pro系列。8. GIS与地理学、测绘学、计算机科学的关系？地理信息系统的发展，明显地体现出多学科交叉的特点，这些交叉的学科包括地理学、测量学、地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科。目前数据库技术(DBMS)、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制图(CAM)和计算机图形学(ComputerGraphics)软件包已被许多GIS研究者所采用，但这些系统不是为地理意义而设计的，无法取代GIS的作用.9. GIS的行业应用。地理信息系统的应用就是人们应用GIS

6、对地球表层人文经济和自然资源及环境等多种信息进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境和经济地理要素的空间分布、空间结构、空间联系和空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的依据，从而为区域经济发展服务。行业：测绘与地图制图 （制图流程、周期、精度、品种）、资源调查与管理、城乡规划、灾害监测、环境保护、国防、宏观决策支持、电子政务、公众服务等。第二章 地理空间数学基础1. 地球表面模型类型：地球自然表面、大地水准面、地球椭球面、数学模型。地球自然表面：地球自然表面是一个起伏不平、十分不规则的表面，包括海洋底部、高山高原在内的固体地球表面。地球自然表面极不规则，无法用数学表面进行

7、描述。大地水准面：地球表面的72%被流体状态的海水所覆盖，可以假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。大地水准面所包围的球体具有不规则性、相对唯一性。地球椭球面：总体上讲，大地体非常接近旋转椭球，而后者的表面是一个规则的数学曲面。所以在大地测量以及GIS应用中，一般都选择一个旋转椭球作为地球理想的模型，成为地球椭球。数学模型：数学模型是在解决其他一些大地测量学问题时提出来的，如类地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。2. 大地地理坐标概念大地地理坐标系是依托地球椭球用定义原点和轴系以及相应基本参考面标示较大地域地理空

8、间位置的参照系。3. 我国采用的2种高程基准 1956年黄海高程系：以青岛港验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海平面作为中国的水准基面，即零高程面。我国的水准原点位于青岛观象山。 1985 国家高程基准：基准面为青岛大港验潮站19521979年的验潮资料确定的黄海平均海面。4. 深度基准概念深度基准是指海图图载水深及其相关要素的起算面。通常取当地平均海面向下一定深度为起算面，即深度基准面。5. 地图投影的概念，地图投影按照变形规律分几种？按投影面分为几种投影？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。按照变形规律分为：等面积投影、等角投影、任意投影。按投影面分为：横圆柱投

9、影：投影面为横圆柱、圆锥投影：投影面为圆锥、方位投影：投影面为平面。6. 我国主要应用的2种投影方式？1：100万 兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）：大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影；1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1：5000采用高斯克吕格投影。7. 比例尺的含义？我国基本地图比例尺地形图系列有哪些？比例尺：制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各处的比例是一致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比例；制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和方向的不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时，对地球半径

10、缩小的比率， 称为主比例尺。地图经过投影后，体现在图上只有个别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长度没有变形的点或线上，才可用地图上注明的比例尺。我国基本地图比例尺地形图系列：大比例尺：1：5001：10万、中比例尺：1：10万1：100万、小比例尺：1：100万。8. 描述空间概念尺度有哪些？观测尺度、比例尺、分辨率、操作尺度。第三章 空间数据模型1. 地理空间地理空间（GeographicSpace）是指地球表面及近地表空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该区域。2. 空间实体的概念，基本

11、特征空间实体：对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。基本特征：空间位置特征（几何特征）、属性特征、时间特征、空间关系3. 概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型的概念概念数据模型：地理空间中地理事物与现象的抽象概念集，是地理数据的语义解释；考虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综合、集成各用户视图。逻辑数据模型：GIS描述概念数据模型中实体及其关系的逻辑结构，是系统抽象的中间层。物理数据模型：概念数据模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制，即在物理磁盘上如何存放和存取，是系统抽象的最底层。4. 地理信息中的数据类型，概括起来主要有哪5种

12、。几何图形数据、影像数据、属性数据、地形数据、元数据5. 空间数据的表示类型在二维空间中，不同类型的空间数据都可抽象表示为点、线、面三种基本的图形要素。6. 空间关系包括哪些类型空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。 拓扑空间关系：用来描述实体间的相邻、连通、包含和相交等关系； 顺序空间关系：用于描述实体在地理空间上的排列顺序，如实体之间前后、上下、左右和东、南、西、北等方位关系； 度量空间关系：用于描述空间实体之间的距离远近等关系。7. 空间拓扑关系概念及类型空间拓扑关系：地图上的拓扑关系是指图形在保持连续状态下的变形（缩放、旋转和拉伸等），但图形关系不变的性质。 邻接关系：同类图形要

13、素之间的拓扑关系，如点与点，线与线，面与面。 关联关系：不同类别图形要素之间的拓扑关系，如点与线，线与点，线与面，面与点。 包含关系：同类但不同级图形要素之间的拓扑关系（只有面类要素才有包含关系）。 连通关系：空间图形中弧段之间的拓扑关系。8. 空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析具有重要的意义。拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何坐标关系有更大的稳定性，不随投影变换而变化。利用拓扑关系有利于空间要素的查询。可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧段构建多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的选择等。9. 空间数据逻辑模型空间数据逻辑模型作为概念模型向物理模型转换的桥梁，根据

14、概念模型确定的空间信息内容，以计算机能理解和处理的形式具体地表达空间实体及其关系。10. 矢量数据模型概念矢量数据模型是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。11. 栅格数据模型概念、描述栅格的参数、栅格值的确定方法栅格数据模型实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置。由于栅格模型是按一定的规则排列的，所表示的实体位置很容易隐含在网格文件的存储结构中，且行列坐标可以很容易地转为其它坐标系下的坐标。在网格文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码。一个完整的栅格模型需要以下几个参数：栅格形状

15、；栅格单元尺寸大小/分辨率；栅格原点 ；栅格的倾角。栅格单元大小：L=12S单元值确定: 12. 面向对象数据模型概念面向对象数据模型应用面向对象方法描述空间实体及其相互关系，特别适合于采用对象模型抽象和建模的空间实体的表达。地理空间的实体或现象可看作对象或其实例；一个对象是由描述该对象状态的一组数据和表达它的行为的一组操作（方法）组成的：面向对象技术将对象的属性和方法进行封装（encapsulation），另外还有分类（classification）、概括（generalization）、聚集（aggregation）、联合（association）等对象抽象技术以及继承（inheritan

16、ce）和传播（propagation）等强有力的抽象工具。第四章 空间数据结构1. 空间数据结构空间数据结构是指对空间数据逻辑模型描述的数据组织关系和编排方式，对地理信息系统中数据存储、查询检索和应用分析等操作处理的效率有着至关重要的影响。2. 矢量数据编码的几种方式及其优缺点（1）实体数据结构/spaghetti数据结构优点：结构简单、直观、易实现；以实体为单位的运算和显示。缺点：相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。岛作为

17、一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。（2）拓扑空间数据结构索引式拓扑空间数据结构：优点：用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。缺点：表达拓扑关系较繁琐，给相邻运算、消除无用边、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难，以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。双重独立编码结构/DIME（Dual Independent Map Encoding）码 链状双重独立式编码：优点：拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。缺点：当图形数据修改、删除

18、、增加点、线、面要素后，其拓扑关系也发生改变，所以，需重新建拓扑。3. 栅格数据压缩编码的几种方式及其优缺点（1） 游程长度编码结构优缺点：对于游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，适用于类型区域面积较大的专题图，而不适合于类型连续变化或类别区域分散的分类图（压缩比与图的复杂程度成反比）。这种编码在栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩率高，并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，且易于检索，叠加，合并等操作，这种编码应用广泛。（2） 四叉树数据结构优点：便于有效计算多边形的数量特征；阵列各部分的分辨率是可变的即可精确表示图形结构又可减少数据量；栅格到四叉树及四叉树到栅格

19、结构的转换比其它压缩方法简单；多边形中嵌套异类小多边形表示较方便。缺点：转换的不确定性。（3） 二维行程编码结构二维行程编码采用了线性四叉树的地址码，并按照码的顺序完成编码，但却是没有结构规律的四叉树。二维行程编码比规则的四叉树更节省存贮空间，而且有利于以后的插入、删除和修改等操作，与线性四叉树之间的相互转换也非常容易和快速。（4） 链式编码优点：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折方向和边界、线段凹凸度的计算。缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将改变整体结构）。区域空间分析困难，相邻区域边界被重复存储。（5） 影像金字塔数据结构4. 矢量数据和栅格数据的对比

20、分析第五章 空间数据组织与管理1. 数据库常用的4种数据模型层次模型（Hierarchical Model）、网状模型（Network Model）、关系模型（Relational Model）、面向对象模型（Object Oriented Model）2. 标准DBMS储蓄空间数据的局限性空间数据记录是变长的（如点数的可变性），而一般的数据库都只允许把记录的长度设定为固定；在存储和维护空间数据拓扑关系方面存在着严重缺陷；一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作；不能支持复杂的图形功能；单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录，一般的DBMS也难以支持；难以保证具有高度内部联

21、系的GIS数据记录需要的复杂的安全维护。3. 空间数据的概念和基本特征空间数据：某一区域内关于一定地理要素特征的数据。基本特征：空间特征、非结构化特征、空间关系特征、尺度与多态性特征、分类编码特征、海量数据特征4. 空间索引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。第六章 空间数据采集与处理1. 空间数据数据源种类地图、遥感影像数据、统计数据、实测数据、数字数据、各种文字报告和立法文件。2. 数据采集任务将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料

22、等转换成GIS可以接受的数字形式。数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性。不同的数据来源要用到不同的设备和方法。3. 空间数据一般性错误 数据不完整、重复 空间数据位置不正确 空间数据比例尺不准确 空间数据变形 几何和属性连接有误 属性数据不完整4. 空间数据质量概念、空间数据质量标准空间数据质量是空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间这三 个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统一性的程度。空间数据质量标准是生产、使用和评价空间数据的依据，数据质量是数据整体性能的综合体现。 空间数据质量标准的建立必须考虑空间过程和现象的认知、表

23、达、处理、再现等全过程。空间数据质量标准要素及其内容：完备性、逻辑的一致性、位置准确度(几何精度)、时间准确度(现势性)、专题准确度评价方法：直接评价法、间接评价法5. 数据质量的相关概念空间数据误差源包括随机误差、系统误差及粗差。空间数据误差类型包括几何误差、属性误差（定量属性数据误差、定性属性数据误差）、时间误差及逻辑误差。空间数据质量控制的方法:1）传统的手工方法；2）元数据方法；3）地理相关法。空间数据生产过程的质量控制:1）数据源的选择；2）数字化过程的数据质量控制数据预处理、数字化设备选用、对点精度、数字化限差、数据精度检查等6. 元数据的概念、作用和内容。元数据：一般都认为元数据

24、就是 “关于数据的数据”。作用：帮助用户了解和分析数据空间数据质量控制数据集成中的应用数据存储和功能实现内容：对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等 对数据处理信息的说明，如量纲的转换等数据转换方法的描述对数据库的更新、集成方法等的说明第七章 空间数据查询与空间度量1. 空间查询空间查询：在空间数据库中检索出满足给定条件或位置的空间对象或属性特征的一种操作。2. 空间查询的主要方式SQL、图形查询、拓扑查询、几何查询3. 空间查询的主要内容空间位置、空间分布、空间关系、属性特征、几何特征

25、4. 空间查询的应用搜索马航失联客机。“查询长江流域人口大于50万的县或市”等。第八章 GIS基本空间分析1. 空间分析空间分析是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征。2. 叠置分析概念、分析的基本条件叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。叠置分析是较为复杂

26、的地理空间分析操作，有以下基本条件： 参加叠置分析的不同数据层面所对应的地面范围必须是一致的。 参与叠置分析的多层面分析数据必须有效匹配。 叠置分析的分析模型与分析数据必须有效匹配。 需了解叠置分析产生的误差与不确定性特征，并有相应的解决方案。3. 缓冲区分析、网络分析、窗口分析等基本空间分析的原理、分析的步骤及其应用。（见课后及PPT）（1） 缓冲区分析：缓冲区就是空间实体的一种影响范围或服务范围。缓冲区分析的基本思想就是给定一个空间实体或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由领域半径R来确定。对于一个空间实体Oi，其缓冲区定义为：对于空间实体集合：，其缓冲区定义为：缓冲区分析流程：（见图a）类

27、型：图a建立： 点缓冲区，以点为圆心，以缓冲距离为半径绘圆。线、面缓冲区，以线状地物或面状地物边界为参考线，作它们的平行线，同时考虑端点圆弧，建立缓冲区。实际的实现中技术处理是相当复杂的。可能出现：缓冲区重叠、相交等。 有时可能建立不同距离的缓冲区。应用：确定拆迁区范围及区内建筑物状况确定商业或服务中心的影响范围预测灾害影响面积与损失评估特殊保护区域的确定环境污染源的污染空间确定环境监测点的控制范围微波接收站的影响与作用范围交通线两侧所划定的绿化带（2） 网络分析网络分析数学定义：在数学领域内，网络分析的基础是图论和运筹学，通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结

28、构及其资源等的优化问题进行研究。如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的运输费用最低等。在GIS中，网络分析就是依据网络拓扑关系（ 结点与弧段拓扑、弧段的连通性），通过考察网络元素的空间与属性数据，以数学理论模型为基础，对网络的性能特征进行多方面的分析计算技术。步骤：网络分析的基础是网络的建立，一个完整的网络必须首先加入多层点文件和线文件，由这些文件建立一个空的空间图形网络；对点和线文件建立起拓扑关系，加入其各个网络属性特征值，如根据网络实际的需要，设置不同阻强值，网络中链的连通性，中心点的资源容量，资源需求量等。应用：网络分析在电子导航、交通旅游、城市规划管理、电力通讯等各种管网管线的布局设计

29、中发挥了重要的作用。如：从甲地到乙地的最短路径是什么？如何设定一个服务中心？特定位置的服务中心的服务范围？从一个位置到另一个位置的通行程度如何？从出发地到目的地，有多少条可行路线？如何在街道图上定位一个发生的事件？（3） 窗口分析窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。窗口分析中的三个要素：中心点，在单个窗口中的中心点可能就是一个栅格点，或者是分析窗口的最中间的栅格点，窗口分析运算后数值赋予给它。分析窗口大小与类型，

30、依据的单个窗口中的栅格分布状况，如平滑运算的3×3矩形窗口，扇形窗口等。运算方式，图层根据窗口分析类型运算，依据不同的运算方式获得新的图层，如DEM提取坡度、坡向运算。分析窗口类型：矩形窗口、圆形窗口、环形窗口、扇形窗口、其它窗口窗口分析的类型：1）统计运算：平均统计值、最大统计值、中值统计2）测度运算：范围统计、多数统计、种类统计.3）函数运算：滤波运算、地形参数运算4）追踪分析4. 网络分析对空间数据有什么特殊要求？5. 分析栅格数据在GIS空间分析中的优缺点。优点：数据结构简单，易于算法实现。空间数据的叠置和组合容易。有利于与遥感数据的匹配应用和分析。各类空间分析、地理现象模拟

31、均较为容易。输出方法快速简便，成本低廉。缺点：图形数据量大，用大像元减小数据量时，精度和信息量受损失，难以建立空间网络连接关系。投影变化实现困难。图形数据质量低，地图输出不精美。第九章 DEM与地形分析1. DEM、DTM的概念DTM (Digital Terrain Model, DTM数字地面模型)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描述。如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）。高程是地理空间中的第三维坐标。数学表达为：

32、z = f（x，y）DEM是DTM的一个子集，是DTM的基础数据，最核心部分，可以从中提取出各种地形信息，如高度、坡度、坡向、粗糙度，并进行通视分析，流域结构生成等应用分析。课本概念：数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表示），高程数据常常采用绝对高程（即从大地水准面起算的高度）。2. DEM图形的表示方法1）线模式等高线是表示地形最常见的形式。其它的地形特征线也是表达地面高程的重要信息源，如山脊线、谷底线、海岸线及坡度变换线等。2）点模式用离散采样数据点建立DEM是DEM建立常用的方法

33、之一。数据采样可以按规则格网采样，可以是密度一致的或不一致的；可以是不规则采样，如不规则三角网、邻近网模型等；也可以有选择性地采样，采集山峰、洼坑、隘口、边界等重要特征点。3）规则格网模型规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为一个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组。每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。4）不规则三角网(TIN)模型不规则三角网（Triangulated Irregular Network, TIN）是另外一种表示数字高程模型的方法Peuker等，1978，它既减少规则

34、格网方法带来的数据冗余，同时在计算（如坡度）效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）。所以TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但不可微。3. DEM数据采集方法1）地面测量利用自动记录的测距经纬仪（常用电子速测经纬仪或全站经纬仪）在野外实测。这种速测经纬仪一般都有微处理器，可以自动记录和显示有关数据，还能进行多种测站上的计算工作。其记录的数据可以通过串行通讯，输入计

35、算机中进行处理。2）现有地图数字化利用数字化仪对已有地图上的信息（如等高线）进行数字化的方法，目前常用的数字化仪有手扶跟踪数字化仪和扫描数字化仪。3）空间传感器利用全球定位系统GPS，结合雷达和激光测高仪等进行数据采集。4）数字摄影测量方法这是DEM数据采集最常用的方法之一。利用附有的自动记录装置（接口）的立体测图仪或立体坐标仪、解析测图仪及数字摄影测量系统，进行人工、半自动或全自动的量测来获取数据。4. DEM的生成方法： 格网法：在地形图上蒙上格网，逐格读取中心点或交点的高程值。 三角网法：对有限个离散点，每三个邻近点联结成三角形，每个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程，可计算各格

36、网点高程，生成DEM。 立体像对法：通过遥感立体像对，根据视差模型，自动选配左右影像的同名点，建立数字高程模型，在产生DEM数据时，地形变化复杂的地区，增加网格数量（提高分辨率），而在地形起伏不大的地区，则减少网格数量（降低分辨率）。 曲面拟合法：根据有限个离散点的高程，采用多项式或样条函数求得拟合公式，再逐个计算各点的高程，得到拟合的DEM。可反映总的地势，但局部误差较大。 等值线插值法：等值线插值法是比较常用的DEM生成方法，它根据各局部等值线上的高程点，通过插值公式计算各店的高程，得到DEM，输入等值线后，可在矢量格式的等值线数据基础上进行，插值效果较好。5. DEM基本分析因子（1）坡

37、度定义为地表单元的法向与Z轴的夹角，即切平面与水平面的夹角。在计算出各地表单元的坡度后，可对不同的坡度设定不同的灰度级，可得到坡度图。（2）坡向坡向是地表单元的法向量在水平面上的投影与该点的正北方向的夹角，在计算出每个地表单元的坡向后，可制作坡向图，通常把坡向分为东、南、西、北、东北、西北、东南、西南8类，再加上平地，共9类，用不同的色彩显示，即可得到坡向图。（3）曲率曲率是对地形表面一点扭曲变化程度定量化度量因子，地面曲率在垂直和水平2个方向上的分量分别称之为平面曲率和剖面曲率。（4）宏观地形因子地形起伏度、地表粗造度、地表切割深度等地形因子是描述和反映地形表面较大地区内地形的宏观特征。水土

38、保持、土壤侵蚀特征、地表发育、地貌分类的研究具有重要意义。地形起伏分析窗口内最大高程与最小高程的差地表粗造度（破碎度）是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，一般定义为地表单元的曲面面积与其水平面上的投影面积之比。 地表切割深度地面某点的邻域范围的平均高程与该邻域范围内的最小高程的差。（5）地貌形态的自动分类6. 流域分析的步骤（1）流域定义：河流或水系在地面的集水区。（2）流域提取：DEM洼地填充、水流方向确定、水流累计矩阵生成、流域网络提取7. 通视分析和可视域分析的基本算法通视分析：1）方法：a、以O为观察点，对格网DEM或三角网DEM上的每个点判断通视与否，通视赋值为1，不通视赋值为0。

39、由此可形成属性值为0和1的格网或三角网。b、以观察点O为轴，以一定的方位角间隔算出0°360°的所有方位线上的通视情况。对于每条方位线，通视的地方绘线，不通视的地方断开，或相反。这样可得出射线状的通视图。2）关键算法均是判断格网或三角网上的某一点是否通视（即两点是否可见）。(两点是否可见的算法)两点是否可见的算法：a）倾角法格网DEM为例，O(xo，yo，zo)为观察点，P(xp,yp,zp)为某一格网点，OP与格网的交点为A、B、C，OP的倾角为，观察点与各交点的倾角为i (iA,B,C)，若tgmax(tgi , iA、B、C)，则OP通视 ,否则，不通视。b) 剖面图

40、两点连线是否与剖面相交。3）可视域算法第十章 空间统计分析1. 空间统计分析空间统计分析：即空间数据的统计分析，通过空间位置建立数据间的统计关系。空间统计分析含义：“空间数据的统计分析”着重于空间物体和现象的非空间特性的统计分析，研究如何以数学统计模型来描述和模拟空间现象和过程。“数据的空间统计分析”直接从空间物体的空间位置、联系等方面出发，研究既具有随机性和结构性，或具有空间相关性和依赖性的自然现象。2. 空间统计分析的目的 描述事物在空间上的分布特征（随机的、聚集的或规则的）。分析数据的空间自相关性，空间自相关性对空间格局的影响，如何利用这种关系构建模型。3. 探索性数据分析所谓探索性数据

41、分析（Exploratory Data Analysis，以下简称EDA），是指对已有的数据(特别是调查或观察得来的原始数据)在尽量少的先验假定下进行探索，通过作图、制表、方程拟合、计算特征量等手段探索数据的结构和规律的一种数据分析方法。特别是当我们对这些数据中的信息没有足够的经验，不知道该用何种传统统计方法进行分析时，探索性数据分析就会非常有效。4. 探索性数据分析的基本分析工具 直方图：对采样数据按一定的分级方案进行分级，统计采样点落入各个级别中的个数，并通过条带图或柱状图表现出来。 QQplot分布图：正态QQPlot分布图用来评估单变量样本数据是否服从正态分布。普通QQPlot 分布图

42、 （General QQPlot）用来评估两个数据集的分布的相似性。 变异函数 Voronoi图：又称泰森多边形。定义：它是由一组由连接两邻点直线的垂直平分线组成的连续多边形组成。N个在平面上有区别的点，按照最邻近原则划分平面；每个点与它的最近邻区域相关联。Delaunay三角形是由与相邻Voronoi多边形共享一条边的相关点连接而成的三角形。特点：a.组成多边形的边总是与两相邻样点的连线垂直；b.多边形内的任意位置总是离该多边形内样点的距离最近，离相邻多边形内样点距离远；c.每个多边形内包含且仅包含一个样点。5. 空间分布模式空间分布模式：可以划分为聚集模式（clustered patter

43、n)、分散模式（dispersed pattern)和随机模式（random pattern)三类。6. 空间自相关空间自相关是指属性值在空间上相关是由要素的地理位置造成的，即距离越近的两事物越相似。空间自相关是根据位置相似性和属性相似性的匹配情况来测度的。7. 分级统计的概念分级统计：把数据划分成不同的级别，体现数据自身的特征，为应用研究及专题制图提供基础。分级：根据一定的方法或标准把数据分成不同的级别。8. 模式分级的类型模式分级：按固定模式进行分级，级差由特定的算法自动设定。（1）等间距分级（2）分位数分级（3）等面积分级（4）标准差分级（5）自然裂点法分级（6）其他分级方法：有规律的不

44、等间距分级、按嵌套平均值分级、按面积正态分布分级9. 常用的空间插值函数有哪些？常用函数：线性内插和双线性内插、二元样条函数内插、Coons曲面与Geomap曲面、多层曲面叠加内插、最小二乘配置、克里格插值法、有限元内插。第十一章 地理信息可视化1. 地理信息系统产品输出类型地图地图是空间实体的符号化模型，是地理信息系统产品的主要表现形式， 根据地理实体的空间形态，常用的地图种类有点位符号图、线状符号图、面状符号图、等值线图、三维立体图、晕渲图等。 图像图像也是空间实体的一种模型，它不采用符号化的方法，而是采用人的直观视觉变量表示各空间位置实体的质量特征。它一般将空间范围划分为规则的单元，然后

45、再根据几何规则确定的图像平面的相应位置，用直观视觉变量表示该单元的特征。统计图表非空间信息可采用统计图表表示。统计图将实体的特征和实体间与空间无关的相互关系采用图形表示，它将与空间无关的信息传递给使用者，使得使用者对这些信息有全面、直观的了解。统计图常用的形式有柱状图、扇形图、直方图、折线图和散点图等。统计表格将数据直接表示在表格中，使读者可直接看到具体数据值。2. 图面配置的主要内容一幅完整的地图图面内容包括图廓、图名、图例、比例尺、指北针、制图时间、坐标系统、主图、副图、符号、注记、颜色、背景等内容。图面配置应该主题突出、图面均衡、层次清晰、易于阅读，以求美观和逻辑的协调统一而又不失人性化

46、： 主题突出； 图面平衡； 图形-背景； 视觉层次。3. 地图可视化的表现形式（1） 等值线显示等值线又称等量线，表示在相当范围内连续分布而且数量逐渐变化的现象的数量特征。用连接各等值点的平滑曲线来表示制图对象的数量差异，如等高线、等深线、等温线、等磁线等等。等高线是表示地面起伏形态的一种等值线。它是把地面上高程相等的各相邻点所连成的闭合曲线，垂直投影在平面上的图形。一组等高线可以显示地面的高低起伏形态和实际高度，根据等高线的疏密和图形，可以判断地形特征和斜坡坡度。（2） 分层设色显示分层设色法是在等高线的基础上根据地图的用途、比例尺和区域特征，将等高线划分一些层级，并在每一层级的面积内绘上不

47、同颜色，以色相、色调的差异表示地势高低的方法。这种方法加强了高程分布的直观印象，更容易判读地势状况，特别是有了色彩的正确配合，使地图具有了一定的立体感。设色有单色和多色两种。（3） 地形晕渲显示晕渲法也叫阴影法，是用深浅不同的色调表示地形起伏形态。按光源的位置分直照晕渲、斜照晕渲和综合光照晕渲；按色调分墨渲和彩色晕渲。（4） 剖面显示地形剖面图、地质剖面图（5） 专题地图显示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。（6） 立体透视显示GIS的立体透视显示可以实现多种地形的三维表达。立体等高线模型、三维

48、线框透视模型、地形三维表面模型。（7） 空间信息的三维建模LOD（levels of detail，LOD）模型、多分辨率建模方法、CAD与三维GIS的集成（8） 三维景观显示基于遥感影像的地形三维景观、基于地物叠加的地形三维景观（9） 虚拟现实技术虚拟现实（Virtual Reality，VR）是计算机产生的集视觉、听觉、触觉等为一体的三维虚拟环境，用户借助特定装备（如数据手套、头盔等）以自然方式与虚拟环境交互作用、相互影响，从而获得与真实世界等同的感受以及在现实世界中难以经历的体验。（10） 三维动态漫游第十二章 地理信息的传输1.网络地理信息系统广义：广义的网络GIS包含了以各种网络协议

49、和不同分布式软件体系构建起来的GIS应用。广义网络GIS概念框架并非是“理想模式”，很多GIS平台厂商在其GIS软件平台的开发与部署过程中也是按照这种模式生产自己的软件，以适应不同网络模式下的需求。狭义：在一定时期内特定形式的计算机网络和分布式对象技术的融合所形成的GIS系统便是狭义性的网络GIS。2.WebGIS优点及其未来发展网络地理信息GIS发展的必然：（1）新技术层出不穷新技术的发展在改变地理信息的作用逐渐成为基础设施（2）GIS软件日臻完善产品更深、更细、更专业解决方案更全面、更实际（3）各类数据与日俱增利用数字技术我们可以获取世界的各类信息并将信息快速地发布到世界任何地方（4）组织

50、机构不断完善（5）网络应用形式更加凸显第十三章 地理信息系统的发展1.组件式GIS组件式GIS，又称ComGIS(COM是Component Object Model的简写)，是未来GIS系统发展的重要趋势。组件式GIS是面向对象技术和组件技术相结合的应用型GIS，其基础是组件对象模型。利用组件技术开发应用GIS的基本思想是：把GIS的各大功能模块划分为若干个控件，每个控件完成不同的功能，控件之间、控件与非控件之间可以方便地通过可视化软件工具集成起来，将这些控件集成在一起, 就像搭积木一样构造软件系统，形成最终的GIS应用软件。2.组件式GIS特点高效无缝的系统集成：一个系统的建立往往需要对G

51、IS数据、基本空间处理功能与各种应用模型进行集成。而系统集成方案在很大程度上决定了系统的适用性和效率，不同的应用领域、不同的应用开发者所采用的系统集成方案往往不同。无须专门的GIS开发语言：只要符合组件模型开发标准的语言均可使用。如VC(Visual C+)，VB(Visual Basic)，Visual FoxPro，Borland C+，Delphi，Power Builder等。大众化GIS：因GIS组件与其它商业化组件一样，遵循同样的组件对象模型标准，非GIS专业人员同样可以方便使用。成本低：组件的重用率极高。同一个组件可以在不同的软件中重复使用。3.ComGIS对GIS的影响（1）性

52、能与可靠性有较大提高系统从较高的技术起点出发，性能和可靠性较过去的系统已经有了较大的提高，且在各个领域的实际应用中积累了不少经验，完全可以充当中小型系统的支撑平台。（2）充分利用现有的开发人员由于组件式GIS开发平台可以采用一般的MIS工具来开发，且其开发API的形式与常规数据库的开发接口类似，所以许多MIS开发人员只需经过短期学习就可以承担起GIS或GMIS的开发任务，这是普及GIS或GMIS至关重要的因素。（3）开发周期缩短由于采用高层次的开发工具，开发者可尽可能地利用已有的经验和技能，加上组件式GIS平台本身具有层次简明的特点与对象化的开发方法，将会大幅度缩短构造一个GIS或GMIS系统

53、所需的时间。过去，利用传统GIS开发平台开发一个应用系统往往需要一年或更长的时间，而采用组件式GIS开发平台，对于不太复杂的系统来说，几周就可以构造出原型，几个月就能见到成效了。（4）可扩展性增强组件本身封装程度高，系统的升级可以做到较为透明。整个GIS系统就是由组件搭建而成，其结构必然更为简单且易于调整。此外，组件遵循的是国际标准，开放性会更好。（5）降低系统建设成本如果采用传统GIS开发平台，构造一个运行在十几台计算机上的中小型GIS系统，购买开发环境的费用在30万元人民币左右。而采用国产组件式GIS平台产品，开发环境只需几千元，加上平均几百元一个的运行许可，总体平台费用会降到十分之一左右

54、。4.三维GIS需解决的关键问题地球空间信息真三维表示的数学模型；精确高效的数据获取与建模；分布式海量数据库一体化管理；实时可视化与解析分析等集成应用。5.GPS有哪些应用GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。应用：精确定时：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中。工程施工：道路、桥梁、隧道的施工中大量采用

55、GPS设备进行工程测量。勘探测绘：野外勘探及城区规划中都有用到。导航：武器导航：精确制导导弹、巡航导弹；车辆导航：车辆调度、监控系统；舶导航：远洋导航、港口/内河引水；飞机导航：航线导航、进场着陆控制；星际导航：卫星轨道定位。定位：车辆防盗系统；手机，PDA等通信移动设备防盗；儿童及特殊人群的防走失系统。6.开放GIS概念开放式GIS是指在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口所建立起来的地理信息系统。它不仅使数据能在应用系统内流动，还能在系统间流动。7.开放GIS特点(1)互操作性：不同地理信息系统软件之间连接、信息交换没有障碍。(2)可扩展性：硬件方面可在不同软件、不同档次的计算机上运行，

56、软件方面增加新的地学空间数据和地学数据处理功能。(3)技术公开性：开放思想主要是对用户公开公开源代码及规范说明是重要的途径之一。(4)可移植性：独立于软件、硬件及网络环境，不需修改便可在不同的计算机上运行。8.数字地球概念数字地球是指数字化的地球，更确切地说是指信息化的地球，是与国家信息化的概念相一致的。信息化是指以计算机为核心的数字化、网络化、智能化和可视化的全部过程。详细一点说，数字地球是指以地球作为对象的、以地理坐标为依据，具有多分辨率、海量的和多种数据融合的，并可用多媒体和虚拟技术进行多维(立体的和动态的)表达的，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的技术系统。形象一点地说，数字地球是指整个地球经数字化之后由计算机网络来管理的技术系统。“数字地球”核心思想有两点， 一是用数字化手段统一性地处理地球问题，另一点是最大限度地利用信息资源