地理信息系统考研(第1-19章)

L地理信息系统

本课程教学的主要内容包括四个主要模块：基本概念和理论：地理信息系统的框架与功

能；地理信息系统应用；地理信息系统的前沿问题与发展趋势。

基本概念和理论

第一章地理信息系统概论

介绍了地理信息系统的一些最基本的、但又非常重要的概念，包括信息、数据、信息系

统、空间数据、空间信息云口地理信息系统。有些概念，如空间信息和空间数据，还将得到进

一步的阐述，实际上，空间数据也是本书中描述GIS功能的核心。

GIS既是一项技术，也是一门学科，本章也介绍了它的主要研究内容以及与其它学科，

如地理学、地图学、遥感等的关系。

同时介绍了GIS的组成、分类、功能、发展历史和展望，这些将在后面的章节中更为详

尽地被描述。

第二章从现实世界到比特世界

从空间认知的角度讲述了对现实世界进行抽象的过程。空间认知属于行为地理学的范

畴，它研究个体如何对现实世界进行认知，并在意识中编码的过程。在认识的基础上进行逐

步抽象，最后得到数字化的空间数据，这正是OpenGIS九层抽象模型前五层所描述的内容。

最后是空间数据库模型，进一步强调了该抽象过程。

第三章空间数据模型

本章描述的是整个GIS理论中最为核心的内容。为了能够利用信息系统工具来描述现实

世界，并解决其中的问题，必须对现实世界进行建模。对于地理信息系统而言，其结果就是

空间数据模型。空间数据模型可以分为三种：

1、场模型：用于描述空间中连续分布的现象；

2、要素模型：用于描述各种空间地物：

3、网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络。

在各种模型中，又介绍了相关的概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系的形式化

描述---9交模型等。

最后讲述了普通的二维数据模型在空间上和时间上的扩展，时间数据模型和三维数据模

型。值得注意的是，本章谈到的场模型和要素模型类同r后面提及的栅格数据和矢最数据，

但是前者是概念模型；后者是指其在信息系统中的实现。

第四章空间参照系统和地图投影

一个要素要进行定位，必须嵌入到一个空间参照系中，因为GIS所描述的是位于地球表

面的信息.，所以根据地球腌球休建立的地理坐标（经绊网）可以作为所有要素的参照系统.

因为地球是一个不规则的球体，为了能够将其表面的内容显示在平面的显示器或纸面上，必

须进行坐标变换。

本章讲述了地球椭球体参数、常见的投影类型。考虑到目前使用的1：100万以上地形

图都是采用高斯一一克吕格投影，本章最后又对该种投影类型和相关的地形图分幅标准做了

简单介绍。

第五章GIS中的数据

对空间数据的处理是GIS的核心功能，GIS中的数据通常描述三部分信息：空间信息（位

置，空间关系等等），非空间的属性信息，时间信息。数据按照其测量尺度，可以分为定名、

定比、间隔、比率量四种类型。由于各方面的原因，GIS数据存在着质量问题，了解数据质

量有利于数据的正确使用，避免出现“GarbageIn,GarbageOut”的情形。数据质量可以

通过元数据进行描述，简单的说，元数据是对数据的描述，在GIS应用不断发展、空间数据

不断增长的情况下，元数据有助于数据的共享和有效使用。

地理信息系统的框架与功能

第六章空间数据获取与处理

空间数据获取是地理信息系统建设首先要进行的任务，它可以有多种实现方式包括数据

转换、遥感数据处理以及数字测量等等，其中已有地图的数字化录入，是付前被广泛采用的

手段，也是最耗费人力资源的工作。在GIS中，录入的内容包括空间信息和非空间信息，前

者是录入的主体。目前.，空间信息的录入主要有两种方式，即手扶跟踪数字化和扫描矢量化，

本章具体介绍了这两种方式，以及相关的算法，如曲线近似拟合，栅格图形细化跟踪等。

在图形数据录入完毕后，需要进行各种处理，包括坐标变换、拼接等等，其中最重要的

是建立拓扑关系。在拓扑建立过程中，需要先对各种错误修改，本章描述了各种具体的错误

情形，最后则介绍了多边形自动拓扑生成算法。

第七章空间数据管理

本章首先介绍空间数据库、与一般数据库的比较，以及空间数据库的存储方式。

然后介绍了GIS中两种重要的数据结构:栅格结构和矢量结构，以及其具体的存储方式,

然后比较了两种结构的特点，并给出了其相互转换算法。

最后介绍了空间检索中常用的技术空间索引，介绍了一些常用的空间索引方式，如

BSP树、R树、CELL树等；以及空间数据的查询功能。

第八章空间分析

空间分析源于60年代地理和区域科学的计量革命，在开始阶段，主要是应用定量（主

要是统计）分析手段用于分析点、线、面的空间分布模式。后来更多的是强调地理空间本身

的特征、空间决策过程和复杂空间系统的时空演化过程分析。实际上自有地图以来，人们就

始终在自觉或不自觉地进行着各种类型的空间分析。如在地图上量测地理要素之间的距离、

方位、面积，乃至利用地图进行战术研究和战略决策等，都是人们利用地图进行空间分析的

实例，而后者实质.匕已属较高层次上的空间分析。

地理信息系统集成了多学科的最新技术，如关系数据库管理，高效图形算法，插值，区

划和网络分析，为空间分析提供了强大的工具，使得过去复杂困难的高级空间分析任务变得

简单易行。目前绝大多数地理信息系统软件都有空间分析功能。空间分析早已成为地理信息

系统的核心功能之一，它特有的对地理信息（特别是隐含信息）的提取、表现和传输功能，

是地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征。

空间分析是对分析空司数据有关技术的统称。根据作用的数据性质不同，可以分为：（】）

基于空间图形数据的分析运算；（2）基于非空间属性的数据运算；（3）空间和非空间数据的

联合运算。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库，其运用的手段包括各种几何的逻辑

运算、数理统计分析•，代数运算等数学手段，最终的目的是解决人们所涉及到地理空间的实

际问题，提取和传输地理空间信息，特别是隐含信息，以辅助决策。

本章介绍GIS中实现空间分析的基本功能，包括空间查询与量算，缓冲区分析、叠加分

析、路径分析、空间插值、统计分类分析等，并描述了用关的算法，以及其中的计算公式。

第九章数字地形模型与地形分析

DEM和DTM主要用于描述地面起伏状况，可以用于提取各种地形参数，如坡度、坡向、

粗糙度等，并进行通视分析、流域结构生成等应用分析。因此，DEM在各个领域中被广泛使

用。

DEM可以有多种表达方法，包括网格、等高线、三角网等，本章同时介绍了这些表达方

法之间的相互转换算法，如由三角网生成等高线，网格DEM生成三角网等等。

第十章空间建模与空间决策支持

本章介绍了“更高层次”的GIS分析功能，第一节讲述了如何利用基本的分析，如缓冲区、

叠加分析，进行组合，以完成特定的功能。

后面几节分别介绍了空间决策支持系统、专家系统、数据仓库、元胞自动机和空间定位

和配置方面的知识，这些内容，或者在其它的领域已经成熟，或者属于新兴的领域。在GIS

的支持下，实现相关功能，并将其应用于空间分析，可以解决更为复杂的空间问题。

第十一章空间数据表现与地图制图

空间数据的表现功能贯穿于GIS空间数据处理的始终，功能的许多方面，包括符号、专

题信息表达、图幅配置、制图综合等，都来源于地图制图，这也表明了地理信息系统和制图

学的渊源关系。从某种角度上来讲，地理信息系统可以称为“动态的地图”，它提供了比普

通地图更为丰富和灵活的空间数据表现方式，如动态信息表达、虚拟现实等等。但是，从另

外的角度来看，制图学又是一门艺术，单纯依靠计算机系统是难以制作完美的地图的，它需

要人工的交互干预，如制图综合，目前还没有任何GIS软件能够很好地解决这些问题。

本章最后介绍了可视化的内容，可视化与信息的感知和传输有着密切的关系，地学可视

化的研究、以及在GIS中应用可视化技术，对于空间数据的广泛应用有着重要的意义。

地理信息系统应用

第十二章3S集成技术

本章简介了遥感和全球定位系统技术的基本概念以及它们与GIS的集成应用。

作为实时、客观获取空间信息的新兴技术手段，遥感和全球定位系统成为地理信息系

统的重要数据来源，而通过GIS对其获得的数据进行处理和分析，可以提取各种有用信息，

以进行决策支持。

本章主要介绍了一些3s集成的具体应用，并简要描述了其技术实现方案。

第十三章网络地理信息系统

本章首先介绍了计算机网络的基本知识，包括定义、拓扑结构、分类、网络协议等，然

后介绍了因特网以及目前流行的WWW和HTML语言。

第二节讲述了基于网络的分布计算以及地理信息系统在分布计算环境下的具体实现方

案。

第三节主要介绍了在Web上发布空间数据，即实现WebGIS的几种技术方案，并进行了

比较。

第十四章地理信息系统应用实例

本章介绍了地理信息系统在一些具体领域的应用。

由于GIS是用来管理、分析空间数据的信息系统，所以几乎所有的使用空间数据和空

间信息的部门都可以应用GIS。由于各个部门的不同，GIS在具体业务系统中所占的比重、

应用方式也各异，结合比较紧密的如城市规划、环境领域等，相对松散的有商业、医疗生

领域。

本章简单介绍了一些GIS应用实例，针对不同实例，介绍方法也不同，有的概述一个

具体区域的应用，有的叙述工作流程，有的介绍了工作原理和分析方法，可以对相关领域的

GIS建设提供借鉴，也可以作为其它领域建设GIS的参考。

本章也引入了一些新的概念，如AM/FM、G1S/T以及一些具体的分析方法，如动态分段

模型，它们处于GIS与具体领域的交叉部分，同时也是GIS理论和技术的有益补充。

第十五章地理信息系统应用项目组织和管理

本章首先简单概括了GIS应用项目，提出了GIS应用的三元划分，然后介绍了几种GIS

应用的建立途径以及项目周期。在项目开始之前，需要进行策略性规划和实施规划，如果要

进行项H承包，则要签订合同；在GIS项目进行过程中，要进行人员管理，数据管理以及质

量控制，本章根据GIS具体技术特点，提出了相应的建议。在最后，介绍了软件研制和开发

的质量控制的两个标准，IS09000系列标准和CMM模型，作为项目开发机构的指导。

本章和地理信息系统软件工程技术一章讲述的内容是互相依赖的，后者重点在于技术，

而本章则侧重于组织和管理，往往组织管理对项目成败的影响比所采用的技术更大。

第十六章地理信息系统软件工程技术

本章介绍了软件工程的基本概念，软件开发活动，过程模型以及两种重要的开发方法：

结构化方法和面向对象的方法。在GIS开发过程中应用软件工程技术，可以提高软件开发效

率和质量。本章讲述了软件工程技术在GIS系统开发中的几个应用方面：

1、GIS软件构件和构架

2、需求分析

3、数据管理设计

4、用户界面设计

5、设计模式在GIS软件开发中的应用

6、应用配置管理来实现空间过程支持

这些方面涉及了GIS开发过程中不同的阶段以及不同的层次，有些方法之间是互斥的，

如UML和Code方法，但是软件工程技术最重要的是实用，开发者可以根据具体的情况选用

不同的技术。

第十七章地理佶息系统标准

信息技术的标准对于产业的发展有着重要的意义，CIS也不例外，目前GIS标准主要集

中于空间数据模型和空间服务模型以及相关领域，此外还包括流程、认证等等。本章介绍了

两个主要的GIS标准：IS0/TC211和OpenGISo

地理信息系统的前沿问题与发展趋势

第十八章地理信息系统和社会

地理信息系统应用的社会化是其发展的必然趋势，在社会化的GIS应用阶段，GIS技术

在公众生活中被广泛使用，形成了GIS产业，这需要有相应的政策法规来规范产业运行，并

且需要教育为GIS应用提供专业人才。在GIS技术影响社会的同时，•些社会因素也影响着

GIS的发展。

第十九章地球信息科学和数字地球

本章介绍了GIS发展的一些最新的概念，包括地球信息科学，数字地球等等，这些概念

的具体含义至今仍在变化。

数字地球与其说是一门技术，不如说是一个政策，它是GIS应用发展的顶点。最后介绍

了国家空间数据基础设施，它是一个国家推广GIS应用重要的第一步。

2.地理信息系统讲义概要

第一章地理信息系统概论

名词解释：

信息

数据

地理信息系统

问答与思考题：

简述地理信息系统的主要组成部分以及各个部分的主要功能。

简述地理信息系统的发展过程，特别是我国地理信息的发展

论述地理信息系统的发展动态。

第二章从现实世界到比特世界

问答与思考题：

论述地理信息系统对现实世界的抽象过程。

简述空间认知的主要内容。

简述GIS空间数据建模的内容和分类。

第三章空间数据模型

名词解释：

空间数据模型

场模型

栅格数据模型

要素模型

问答与思考题：

比较分析场模型和要素模型。

简述空间关系分析内容和方法。

论述当前新型空间数据模型的研究现状和研究趋势。

第四章空间参照系统和地图投影

问答与思考题；

什么是空间参照系统和地图投影？GIS为什么需要空间参照系统和地图投影？

简述主要的地图投影的主要类型及其特点。

什么是高斯一克吕格投影？

简述国家基本比例尺地形图的图幅分幅和编号系统。

第五章GIS中的数据

名词解释：

元数据

问答与思考题：

简述空间数据的则量尺度及其特点。

简述空间数据误差的主要来源和质量控制方法。

简述空间数据元数据的内容和作用。

第六章空间数据获取与处理

问答与思考题：

简述空间数据采集的主要方法。

简述扫描矢量化的处理流程。

数据录入的后处理主要包括那些内容。

简述多边形拓扑关系的生成算法。

第七章空间数据管理

名词解释：

数据库

矢量模型

栅格模型

问答与思考题：

简述栅格数据结构及其编码方法。

简述矢量数据结构及其编码方法。

比较分析栅格数据结构和矢量数据结构的优缺点。

结合实际工作，论述如何对矢量数据结构和栅格数据结构进行选择。

简述空间索引的概念和作用。

简述空间信息查询的内容和方法。

第八章空间分析

名词解释：

缓冲区分析

问答与思考题：

简述缓冲区分析的内容和主要作用。

论述点、线、面数据之间的叠加分析的内容和方法。

简述多边形叠加的主要类型和方式。

简述网络拓扑结构和网络分析的主要功能。

简述主要的空间插值方法并进行对比分析

结合一个实例，论述空间分析在GIS应用中的作用。

第九章数字地学模型（DTM）与地形分析

名词解释：

DTM

TIN

问答与思考题；

DEM主要的标识模型有哪些？

TIN模型如何通过不规则点集生成TIN?

如何通过DEU计算坡度、坡向、挖方、填方？

DEM分析的主要应用有哪些？

第十章空间建模与空间决策支持

名词解释：

空间决策支持系统

专家系统

知识推理

空间数据挖掘

问答与思考题：

结合一个实例，简述空间分析和空间建模的过程。

简述空间数据挖掘的内容和主要方法。

第十一章空间数据表现与地图制图

名词解释：

可视化

虚拟现实

问答与思考题：

简述地图符号的类型和构成要素。

简述专题地图的类型和主要表示方法。

简述制图综合的概念、影响因素和主要方法。

论述当前地图可视化的发展前沿。

第十二章3s集成技术

问答与思考题：

论述3S集成的作用和意义。

简述3S集成的主要方法。

结合一个实例，论述3s集成的具体应用。

第十三章网络地理信息系统

问答与思考题：

简述WebGIS的体系结构和主要实现方法

论述网络地理信息系统的发展方向。

第十四章地理信息系统应用实例

问答与思考题：

结合自己的实际工作，论述一个地理信息系统的应用实例。

第十五章地理信息系统应用项目组织和管理

问答与思考题：

简述GIS应用的建立途径和项目周期。

简述开发GIS应用的主要方式并进行比较分析。

第十六章地理信息系统软件工程技术

名词解释：

软件工程

结构化方法

面向对象方法

问答与思考题；

简述GIS需求分析的主要内容。

简述GIS数据管理设计方案。

第十七章地理信息系统标准

问答与思考题：

简述目前主要的地理信息系统标准。

简述OpenGIS规范的几个主要模型。

第十八章地理信息系统和社会

问答与思考题：

论述GIS社会化的趋势和主要问题。

论述社会对GIS发展的影响。

第十九章地球信息科学和数字地球

问答与思考题：

简述数字地球的主要内容和核心技术。

什么是国家空间数据基础设施？

第一章地理信息系统概论

数据与信息

信,息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义,

它不随载体的物理设备形式的改变而改变。

信息的特点：

客观性（信息与客观事实紧密相关）、

实用性（经过信息系统处理可以变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息）、

传输性（可以在发送者和接收者之间传播）、

共享性（可为多个用户共享而本身无损失）。

数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及

它们能够转换成的数据等形式。

数据的特点：

格式依赖计算机系统，可以转换形式，是用以载荷信息的物理符号，木身并无意义。

数据与信息的关系：

信息与数据是不可分离的。

信息由与物理介质有关的数据表达，

数据中所包含的意义就是信息。

数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其

中包含的信息内容不会改变。

信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存

在；

而数据的格式往往与计算机系统有美，并随载荷它的物理设备的形式而改变。

数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。

不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。

地理数据：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规

律的数字、文字、图像和图形等的总称。

地理信息：是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对地理

数据的解释。在地理信息中，其位置是通过数据进行标识的，这是地理信息区别于其它类型

信息的最显著的标志。地理信息具有区域性、多维结构特性和动态变化的特性：

信息系统：

信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单i的或有组织的

决策过程提供有用信息。

信息系统的类型：

事务处理系统（支持操作层人员的日常活动，处理日常事务）；

管埋信息系统（为战术层管理者提供信息，包含事务处理系统）；

决策支持系统（交互式信息系统，能支持管理者制定决策）；

人工智能和专家系统（能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统）。

地理信息系统

地理信息系统是一种决策支持系统。它的定义由两方面组成，一方面，地理信息系统是一门

学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴交叉学科；另一方面，

地理信息系统是一个位术系统，是以空间数据库为基础，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的计算机技术系统。

＞地理信息系统的特点：

第一，具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性；

第二，由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地

理分析方法，完成人类难以完成的任务；

第三，计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而地理信息系统能以快速、精确、

综合地对更杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。

地理信息系统的特殊性：其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置（位置信息）以

及与该位置有关的地物属性特征（非位置信息）成为信息检索的重要部分。

>地理信息系统的构成：

计算机硬件系统（计算机系统中的实际物理装置的总称）、

计算机软件系统（必须的各种程序，包括系统软件、地理信息系统软件和应用分析

程序）；

系统开发、管理和使用人员和

空间数据（指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据）。地

理信息系统功能概述：数据采集、监测与编辑（手扶跟踪数字化）；数据处理（矢栅转

换、制图综合）；数据存储与组织（矢量栅格模型）；空间杳询与分析（空间检索、空间

拓扑叠加分析、空间模型分析）；图形交互与显示（各种成果表现方式）。

第二章从现实世界到比特世界

从现实世界到比特世界

现实世界、概念世界、地理空间世界、维度世界、项目世界、比特世界。

第三章空间数据模型

三个基本模型

空间数据模型是关J•现实世界中空间实体及其相互间联系的概念。

空间数据模型的类型：基于对象（要素）的模型；网络模型；场模型。

要素模型：

点对象，由特定位置、维数为零的物体；线对象，维度为一的空间组成部分；多边形对

象，即面状实体，通常用封闭曲线加内点来表示。矢量模型即是基于要素的，将现象看成原

型实体的集合，矢量模型的表达源于空间实体的本身，通常以坐标来定义.

网络模型：地物被抽象为捱、节点等对象，同时要注意其连通关系。

场模型：用于模拟一定空间内连续分布的现象，常用栅格数据模型描述。栅格数据模型是基

于连续铺盖的，它是将连续空间离散化，以规则或不规则的铺盖覆盖整个空间。

三种模型的对比:

基于对象的模型强调了离散对象，网络模型表示了特殊对象之间的交互，场模型表

示了二维或三维空间中连续变化的数据。

要素模型和场模型的不同在于一个是先选择要素，再回答“它在哪里”的问题；场模

型实现选择一个位置，在回答“哪里怎么样”的问题，最后都得到数据。网络模型的基本

特征是：节点数据之旬没有明确的从属关系，一个节点可以与其他多个节点建立联系，

将数据组织成有向图结构，它反映了现实世界中常见的多对多关系，在一定程度上支持

数据的重构。

空间关系分析

三种基本类型：拓扑关系（确定拓扑属性）、方向关系（地物对象之间的方位）、度最关系。

度量关系分析包括空间指标量算（几何、自然、人文）、地理空间的距离量算（4种距离）。

第四章空间参照系统和地图投影（不考）

第五章GIS中的数据

空间数据的类型

三种类型：空间特征数据（定位数据）是指空间实体的位置、拓扑关系和几何特征；

时间属性数据（尺度数据）是指地理实体的时间变化或数据采集的时间；

专题属性数据（非定位数据）是指地理实体所具有的各种性质。

测量尺度

四个层次：命名量命名量是定性而非定量，不能进行任何算术运算；

次序量次序量只按顺序排列，可以比较比例量大小，也不能运算；

间隔曷间隔量按相等间隔表示相对位置，但无真实零值，可以进行运算；

比例量比例量间隔相等，而且有真实零值，测量尺度与单位无关。

数据质量

概念：准确性，即一个记录值与它的真实值之间的接近程度；

拈度，即对现象描述的详细程度；

空间分辨率，即两个可测量数值之间最小的可辨识的差异；

比例尺，即地图上一个记录的距离和它所表现的真实距离之间的一个比例；

误差，即一个所记录的测量和它的事实之间的差异；

不确定件，包括，工间位置的不询定性、属性不确定性和数据不完整性等。

元数据

元数据是关］数据的描述性数捌/息，说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信

息。其目的是促进数据集的高效利用，并为计算机辅助软件工程服务。

元数据的内容：对数据集的描述，对数据质量的描述，对数据处理信息的说明，对数据转换

方法的描述，对数据库的更新、集成等的说明。

元数据的作用和意义：

帮助数据生产单位有效的维护和管理数据；

提供有关数据生产单位的各种有关信息供用户查询；

帮助用户了解数据；

提供有关信息，以便用户处理和转换有用数据。

采用元数据可以便于数据共享。

第六章空间数据获取与处理

地图数字化

手扶跟踪数字化是目前最为广泛使用的将已有地图数字化的手段，利用手扶跟踪数字化仪可

以输入点地物、线地物以及多边形边界的坐标，通常采月两种方式，即点方式和流方式，流

方式又分距离流方式和时间流方式。

曲线离散化算法

曲线离散化即在数字化过程中对原有曲线进行采样简化，在曲线上取有限个点将其变为折

线，并能在一定程度上保持原有形状。

算法：1.在首尾两点之间连接一条直线段，称为曲线的弦；

2.得到曲线上离该直线段距离最大的点，并计算•其与弦的距离：

3.比较该距离与给定阈值的大小，若小于阈值则将弦作为曲线的近似；若大于阈值

则用最远点将曲线分为两段，分别进行上述处理；当所有的曲线都处理完毕后依次连接

各个分割点形成折线，即可作为曲线的近似。

图像细化

线细化就是不断去除曲线上不影响连通性的轮廓像素的过程。

一般要求：通性；细化结果是原曲线的中心线；百细线端点。

坐标变换

包括：基本坐标变换：I称（将图形的一部分或全部移动到迪卡尔坐标系中另外的位置）、

（（用于输出大小不同的图形）、漩转（投影变换中常用）；仿射变换（综合考虑图形的平

移、旋转和缩放的变换）。

拓扑生成

拓扑关系需定义的内容：区域、邻接性和连通性。

数字化后地图错误的表现形式：伪节点、悬挂节点、碎屑多边形和不正规多边形。

建立拓扑关系：多边形拓扑关系的建立需要描述多边形的组成弧段，弧段两侧的多边形、两

段的节点，节点相连的弧段。网络拓扑关系的建立，需要确定线实体之间的连通关系。

第七章空间数据管理

栅格数据结构

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。

栅格结构的显著特点：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或数据本身，而所

在位置则根据行列号转换为相应的坐标。

栅格数据的编码方法：直接栅格编码，就是将栅格数据看作•个数据矩阵，逐行（或逐列）

逐个记录代码；压缩编码，包括

链码（弗里曼链码）比较适合存储图形数据；

，工长度可通过记录行或列上相邻若干属性相同点的代码来实现；

块码是有成氏度编码扩展到二维的情况，采用方形区域为记录单元；

义训得是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，还能提高图形操作效率，具有可变

的分辨率。

矢量数据结构

矢量数据结构是通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线和多边形等地理实体，坐标空

间设为连续，允许任意位置、氏度和面枳的精确定义。

矢量结构的显著特点：定位明显，属性隐含。

矢量数据的编码方法：

对于点实体和线实体，直接记录空间信息和属性信息；

对于多边形地物，有坐标历列法、树状索引编码法和"。坐标序列法是由

多边形边界的x,y坐标对集合及说明信息组成，是最简单的〜种多边形矢量编码法，文件结

构简单，但多边形边界被存储两次产生数据冗余，而且缺少邻域信息；树状索引编码法是将

所有边界点进行数字化，顺序存储坐标对，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边

形相联系，形成树状索引结构，消除了相邻多边形边界数据冗余问题：拓扑结构编码法是通

过建立一个完整的拓扑关系结构，彻底解决邻域和岛状信息处理问题的方法，但增加了算法

的复:杂性和数据库的大小，

矢量栅格数据的比较

矢量数据的优缺点：

优点为数据结构紧凑、冗余度低，有利于网络和检索分析，图形显示质量好、精度高;

缺点为数据结构复杂，多边形叠加分析比较困难。

栅格数据的优缺点：

优点为数据结构简单，便于空间分析和地表模拟，现势性较强；

缺点为数据量大，投影转换比较复杂。

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；矢展结沟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。

矢量栅格相互转换算法

矢量转栅格：内部点扩散法，即由多边形内部种子点向周围邻点扩散，直至到达各边界为止;

复数积分算法，即由待判别点对多边形的封闭边界计算复数积分，来判断两者关系；射线算

法和扫描算法，印由图外某点向待判点引射线，通过射线与多边形边界交点数来判断内外关

系；边界代数算法，是一种基广积分思想的矢量转栅格算法，适合于记录拓扑关系的多边形

矢量数据转换，方法是由多边形边界上某点开始，顺时针搜索边界线，上行时边界左侧.具有

相同行坐标的栅格减去某值，下行时边界左侧所有栅格点加上该值，边界搜索完毕之后即完

成多边形的转换。

栅格转矢量：即是提取具有相同编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑关

系，并表示成矢量格式边界线的过程。步骤包括：多边形边界提取，即使用高通滤波将栅格

图像二值化；边界线追踪，即对每个弧段由一个节点向另一个节点搜索；拓扑关系生成和去

处多余点及曲线圆滑。

第八章空间分析

空间量算

包括几何量算（对点线面地物有不同含义）、形状量算（为间一致性、多边形边界特征描述）、

质心量兜和距离量算。

缓冲区

地理空间目标的一种影响范围或服务范围。是解决临近度问题的空间分析工具之一。

缓冲区解决的基本问题是双线问题：角分线法、凸角圆弧法。例子：交通沿线和河流沿线的

地物特征，公共设施的服务半径，水库建设引起的搬迁，铁路公路以及河道对所经区域经济

发展的重要性。

叠加分析：

将地理景观分层提取，每个主题层（数据层面）既可以用矢量结构的数据表达，也可以用棚

格结构的数据表达。地理信息系统的叠加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面要素所具有的属性。它不仅包括

空间关系的比较，也包含属性关系的比较。提取空间除含信息的手段之一。

可以分为以下几类（应用）：

视觉信息叠加（遥感影象与专题地图的叠加）

点与多边形的叠加（多边形对点的包含关系，进行属性查询）

线与多边形叠加（比较线上坐标与多边形的关系，计算河流和路网密度）

多边形叠加（土地利用分析）

栅格图层叠加（用于空间模拟如：土壤侵蚀强度模拟）。

空间插值

将离散点的测量数据转化为连续的数据曲面，以便于其他空间现象的分布模式进行比较，包

括空间内插和外推两种算法

用处：不同分辨率和方向的影象之间的转换、改变数据模型、现有数据的不能完全覆盖所要

求的区域范围。

数据源：航片和卫星影象、扫描影象、野外测量采样数据、数字化地图。

空间插值方法

整体（边界内插、趋势面分析），局部插值（泰森多边形方法、距离倒数插值法、样条

函数插值法、克里金插值法）

第九章数字地形模型和地形分析

DEM

数字地形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。当地形属性为高程时就是数字高程模型（DEM）。

应用：

线路选线设计、工程的面租体积坡度计算、通视判断和断面图绘制。绘制等高线、立体透视

图，是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析规划、军事导航和制导。

表示方法：

格网DEM：DEM最广泛使用的模式，以数据矩阵形式提供，应用方便，但不能准确

地表示地形的结构和细部，旦数据量过大，通常要进行压缩存储；

TIN：根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程有连续的三角

面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的位置和密度，能够避免地形平

坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征；

等高线模型：一系列等高线集合和它们的高程值一起构成等高线模型，一般需要用插值

方法确定等高线以外的其他点的高程。缺点：计算坡度的效率不高。优点：数据量比较

小。

TIN生成算法：由规则点集生成TIN（泰森多边形）、由格网DEM转成TIN；

格网DEM转成TIN：保留重要点发（计算平均值并与阈值比较）、启发丢弃法（逐次迭代

计算逐渐删除不太重要的点）。

TIN转成格网DEM：投影、对格网搜索其附近的TIN数据点，按某种插值计算。

等高线转成DEM容易出现阶梯地形，格网DEM提取等高线容易出现二义性（最短距离占

优）。

DEM的应用

格网DEM的应用：地形曲面拟合，立体透视图，通视分析，特征地貌提取，地形属性计算。

TIN的应用：三角网内插、等高线追踪。

第十章空间建模与空间决策支持

第十一章空间数据表现与地图制图

GIS给制图技术带来的变化：

计算机制图的主要内容是将地图设计和绘制通过计算机程序和相应的硬件来实现。地图符号

可以完全由计算机绘制，对地图特征的许多处理都可以曰计算机来实现，但是制图综合方面

还不成熟。

DEM表不法可以表现传统方法尢能为力的垂直分布特征如：地貌晕渲图和三维曲曲。

地理信息的可视化和虚拟地理环境技术将给制图技术和人机交互显示带来更大的变化。

第十二章3S集成技术

遥感

遥感是指通过某种传感器装置，在不与研究对象直.接接触的情况下，获得其特征信息，并对

这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术。

遥感技术的优点：增大了观察范围，能提供大范围的瞬间静态图像，用于监测动态变化的对

象；能够进行大面枳重灾观察；拓宽了人眼所能观察到的光谱范围；空间详细程度高。

GPS

全球定位系统是利用人造地球卫星进行点位测量导航技术的一种。

全球定位系统的组成：卫星星座、地面监控系统、信号接收机。

全球定位系统定位基本原理：利用测距交会确定点位。四颗卫星即能测准接收机的位置。

3S集成

RS与GIS集成：遥感数据是GIS的重要信息来源，GIS则可作为遥感图像解译的强有力的

辅助工具。GIS作为图像处理工具，可以进行几何纠正和辐射纠正，图像分类和感兴趣区域

的选取；遥感数据作为GIS的重要信息来源，可以进行线和其他地物要素的提取，DEM数

据的生成，以及土地利用变化和地图更新。

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