地理信息系统复习资料全

第一章导论

1、地理信息与其他信息的区别：地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系

在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的最显著的标志。

地理信息：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

和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。

地理数据：与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、

文字、图像和图形的总称。

2、地理信息的特征（区别于其他信息的标志）：（简答）

1）空间位置：空间位置数据描述地理对象所在位置，这种位置既可以根据大地参考系定义，

也可以定义为地物间的相对位费关系

2）属性数据：有时又称非空间数据，是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标

3）时域特征：指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段

3、地理信息系统（geographicinformationsystem）:是由计算机硬、软件和

不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、操作、分析'建模和显示，

以便解决复杂的规划和管理问题。

4、GIS与其他IS之间的关系和区别：GIS是空间数据和属性数据的联合体（选择）

5、GIS的基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据应用人员和应用模型五大要素（选

6、GIS的功能：（简答）

基本功能：①数据采集与编辑；②数据存储于管理；③数据欠理与变换；

④空间查询与分析；⑤数据显示与输出

应用功能：①资源管理；②区域与城乡规划；③国土检测；④辅助决策

7、GIS的发展透视（选择）：

①60年代开拓期；②70年代为GIS巩固发展期；

③80年代为GIS技术大发展时期；④90年代为GIS的用户时代

8、GIS与相关学科的关系：（简答）

1）地理学与GIS：

①地理学为GIS提供了一些空间分析的方法和观点，成为GIS的基础理论依托，地理信息系

统的发展为地理问题的解决提供了全新的技术手段。

②用地学义理方法得到的数据是GIS的数据源；GIS内部数据欠理（分析）功能是地理学研究

的主要技术方法。

2）地图学与GIS：

①地理信息系统脱胎于地图，地图是GIS的重要数据源；

②地图强调数据载体、符号化，GIS则注重于信息分析

3）计算机科学与GIS：为空间数据提供处理工具

4）遥感与GIS：遥感是GIS的信息源，GIS为遥感数据的产生提供技术手段。

第二章地理信息系统的数据结构

1、地理坐标系（GCS—Geographiccoordinatesystem）:是地球上任意一点通常用经度

和纬度来决定。经线和纬线是地球表面上两组正交（相交为90度）的曲线，这两组正交的

曲线构成的坐标，称为地理坐标系。北京1954、西安1980、地心坐标系

投影坐标系（PCS----projectioncoordinatesyatem:）:运用地图投影的方法建立地

球表面和平面点的函数关系，使地球表面上任意一个由地理坐标确定的点，在平面上必有一

个与其相对应的点。

2、坐标系统的应用（地图投影转换）一一地理坐标系一致，才能进行投影转换

1）图像数据一一影像配准

2）矢量数据

①没有坐标系统：先赋上西安80的地理坐标系，经过高斯-克吕格投影，得到西安80的投

影坐标系

②有地理坐标系：如果是西安80地理坐标系，如①；如果不是西安80地理坐标系，则先

进行地理坐标转换，将非西安80的地理坐标转换为西安80的地理坐标，再经过高斯-克吕

格投影，得到西安80的投影坐标系；

③有投影坐标系：如果本身是西安80的投影坐标，则直接用；如果本身不是西安80的投影

坐标系，则运用UTM反解出西安80对应的地理坐标系（将UTM对应的地理坐标系转化成西

安80的地理坐标系）

3、空间实体及表达：（简答）

空间实体：是指具有形状、属性和时序特征的空间对象，它是对存在于自然世界中地理实体

的抽象。

基本类型：

点：①有位置，无宽度和长度；②抽象的点（x,y）属性：符号

线：①有长度，但无宽度和高度；属性：符号，形状、颜色、尺寸

②用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多（一串的点x,y）

面：①具有长和宽的目标，有连续面和不连续面；属性：符号变化，等值线

②通常用来表示自然或人工的封闭多边形（首尾相连的一串点x,y坐标）

体：①有长、宽、高的目标；②通常用来表示人工或自然的三维目标。

空间实体的矢量表达

矢量维数实体类型空间表达描述代表地物

零维点实数对（x，V）一个数据点，具有一对（x，y）坐标水井、污染源等。

和至少一个属性逻辑上不能再分。

一维线：弧、一组离散化的实数点对具有相同属性的点的轨迹，由坐标道路、公共设施网等。

链对序列表示，坐标对的顺序与线的

形状有关，线上每个点有不多于二

个的邻点。

二维面：多边一组闭合弧段所包困的所有具有相同属性点的轨迹以（X，土壤、植被、岩石分类区、行政

形空间区域y）坐标队的集合表示,坐标队的排区划等。

列顺序不影响面的形态、其内部点

可以有多于三个的邻点，面内点具

有相同属性。

三维体由一组或多组闭合曲面地形，温度

所包困的空间对象

栅格表达法

①点：具有一定数值的删格单元；②线：表现为按线特征相连接的一组单元；

③面：表现为按二维形状特征相连接的一组单元

栅格矢量表达方式的不同：

当对空间实体进行数据表达时，关键看如何表达空间的一个点，因为点是构成地理空间

实体的基本元素。如果采用一个没有大小的点：

采用一个有固定大小的点来表达基本元素时，

属性隐含、位置明显，栅格表示法精度低、属

4、空间数据特征：（简答）

D空间特征：

①定位信息：G、C2、C3三条道路在不同的空后

②关联关系：主干道与次干道在结总N2处相联接，土干道的结点M和岫相邻接，结点N2分

别与三条路段G、C2和C3相关联等，这些统称为拓扑关系；C3在CG的左边，称为方位关系；

道路有一定的长度，称为度量关系。

2）属性信息：道路分别具有不同的等级

3）时间特征：随着时间的推移，道路还将发生变化。

5、拓补关系

1）拓扑邻接器存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系为结点与结点之间的邻接关系，

多边形与多边形的邻接关系。

多边形邻接

弧段左多边形右多边形

C5P1P5

C4P2P3

C6P2P1

••:

2）拓扑关联：指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系，如结点与弧段，多边形与弧

段等。

结点与弧段的关联性多边形与弧段关联性

结点弧段多边形弧段

N1Cl，C3,C6P1Cl，C5,C6

N2Cl，C2,C3P2C4，C3,C6

N3C2，C3,C4P3C2，C5,C4

••

••

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，如多边形的岛。

例如：多边形P3简单包含P4

6、栅格数据结构：是将空闰分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地

理实体。

主要类型：栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数据结构、八叉树十六叉树结构（支点）

P52-58

矢量数据结构：是一种常见的图形数据结构，它用一系列有序的x、y坐标对表示地理实

体的空间位置。分为实体数据结构和拓扑数据结构。特点：属性隐含，定位明显

实体数据结构：实质上是面向实体的一种数据组装和编码方法。在实体数据结构中，空间

数据以基本的空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最

典型的是面条（spaghetti）数据结构。

TIN（TriangulatedIrregularNetwork）:表示和存储这些要素的基本要求是必须便于连续现

象在任一点的内插计算，因此经常采用不规则三角网来拟合连续分布现象的覆盖表面，称为

TIN数据结构。

依据下图，简述实体数据结构及其特点，并说明其优缺点。

定义：实体数据结构实质上是面向实体的一种数据组装和编码方法。在实体数据结构中，

空间数据以基本的空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织，不含有拓扑关系数据，

最典型的是面条（spaghetti）数据结构。特点：

1）数据按点、线或多边行为单元进行组织，数据编排直观，数字化操作简单。

2）每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据

冗余和不一致。

3）点、、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，互相之间不关联。

4）岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系。

优点：数据精度高，数据存储的冗余度低

缺点：对于多层空间数据的叠合分析比较困难

矢量与栅格数据结构的比较（选择）

优点缺点

矢1.便于面向现象（土壤类、土地利用单元等）的数据表示1•数据结构复杂

量2•数据结构紧凑、冗余度低2•软件与硬件的技术要求比较高

数3•有利于网络分析3♦多边形叠合分析比较困难

据4•图形显示质量好、精度高4•显示与绘图成本比较高栅格数

据结构

桐1•数据结构简单1•图形数据量大

格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

数3•有利于与遥感数据的匹配应用和分析3•栅格地图的图形质圾比较低些

据4•输出方法快速，成本比较低廉4♦现象识别的效果不如矢量方法

拓补数据结构：在拓扑数据结构中，点是相互独立的，点连成线，线构成面。

①每条线开始于起始结点，止于终止结点，并与左右多边形相邻接；

②多边形是由弧段连接而成的。由一条弧段组成的多边形称为岛。不包含岛的多边膨称为简

单多边形，表示单连通区域。含岛的多边形称为复合多边形，表示复连通区域

根据拓扑结构写拓扑文件（简答）

第三章空间数据欠理

1、空间数据的分类和分层原则（简答）

1）分类概念：空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或

特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层，为数据采集、

存储、管理、查询和共享提供依据。

2）分层原则:

①几何图形原则：即按点、线和面状要素分类（coverage:一个覆盖面或一个数据层，用

于精确地表达的形状和边界。）

②对象原则：与制图学有关的层，即根据不同的对象分层（layer）。要素类（实体类），要

素集（对象类）

例如，可以把道路、河流、管道归为线状图形”层，也可以把它们分别归为“道路”层，

“河流"层，“管道”层一般情况下，一个Coverage可以包括多个Layer。

2、地图扫描矢量化（屏幕跟踪矢量化）结合实际考察输入步骤（简答）

①数据源准备：将已有的地图，通过扫描仪扫入计算机，以栅格形式保存。进行必要的格

式转换后，揄入GIS软件。

②影象变换欠理：输人地面控制点坐标，进行影象纠正、投影转换。

③利用屏幕跟踪技术：实现专题图层矢量化，在GIS软件支持下，将要数字化的影象作为

背景图层，增加（建立）矢量要素层：进行屏幕跟踪数字化，直到形成一个数字化信息存

储层。

④检查和修改数字化错误：通过荧屏或绘图显示，检查图层输入错误，包括结点不匹配、

假结点、悬挂结点、线段过长或过短、标识点遗漏等，并予以改正。

⑤建立拓扑关系：可利用GIS软件提供的功能自动建立；

⑥属性揄入：将矢量图层叠置在原始影象上，通过目视解译（遥感影象）或读取原图属性

（地图扫描），采用键盘揄入属性数据。

数字化的方式：1）手扶跟踪数字化；2）地图扫描数字化

3、空间数据坐标变换类型

几何变换：主要解决数字化原图变形等原因引起的误差，并进行几何配准。

坐标系转换：主要解决G1S中设备坐标同用户坐标的不一致，设备坐标之间的不一致问题。

投影变换：主要解决地理坐标到平面坐标之间的转换问题。

几何变换和坐标系转换可以通过仿射变换来完成。

4、如何影像配准：（简答）

采样仿射变换，控制点是均匀分布的（RmsVm）

①输入图幅四个角落的公里网的交叉点的坐标，形成4对控制点；

②采用仿射变换方法实现坐标系统转换（设备坐标转换为投影坐标）；

③对变换好的影像进行重采样，得到具有用户定义的坐标系统。

5、空间数据结构的转换：（简答）

1）矢量向栅格的转换：把点线或面的矢量数据，转换成对应的栅格数据，也即栅格化。

2）栅格向矢量的转换（矢量化）

目的：①将扫描仪获取的图像栅格数据存入矢量形式的空间数据库；

②将棚格数据进行数据压缩，将面状栅格数据转换为由矢量数据表示的多边形边界。

③为了将栅格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出；

方法：根据图像数据数据文件的不同，分别采用不同的算法：

①基于图象数据的转换方法；②基于再生栅格数据的转换方法

栅格格式向矢量格式转换一般步骤

1）棚格数据的二值化；

2）多边形边界提取和细化；

3）多边形边界跟踪：

4）去除多余点及曲线光滑；

5）拓扑关系生成»

6、空间数据的融合（结合实际，意义在哪）遥感与GIS数据融合

1）遥感图像与数字线画图DLG融合

经过正射纠正后的遥感影像，与数字地图信息融合，可产生影像地图。

具有如下特点（实际意义）：

*这种影像地图具有一定的数学基础，有丰富的光谱信息与几何信息；

*有行政界线和属性信息；

*提高了用户的可视化效果；并使用户能够方便的得到各种统计信息，如：某个行政单元的

土地利用类型、数量等。

2）遥感数据与DEM的融合

*有助于实施遥感影像的几何校正与配准，消除遥感图像中因地形起伏所造成的像元位移，

提高遥感图像的定位精度；

*DEM可参与遥感图像的分类，改善分类精度

米提高GIS空间分析能力。

3）多卫星、多时相遥感数据融合

将不同时期的遥感图像配准叠合，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实

现GIS数据库的自动/半自动快速更新

不同格式数据融合

①基于转换器的数据融合：如TabEOOCoverage

②基于数据标准的数据融合：SDTS

③基于公共接口的数据融合：OGC④基于直接访问的数据

空间数据综合类型：数据属性的重新分类、空间图形的化简、图形特征的内插

栅格数据压缩：影像数据压缩的可能性是因为像素之间存在着较强的相关性：

①从统计观点上看，某像素的灰度值总是和周围其他像素的灰度值有某种关系，应用编码

方法提取并减少这种相关牲，便可实现影像数据的压缩。

②从信息论观点来看，影像压缩就是减少影像信息中无用的冗余信息。

7、栅格数据重分类（给一个坡度数据用软件来重分类）

①SpatialAnalyst（空间分析）模块的空间插值功能,将点状数据生成数字高程模型；

②表面分析功能将数字高程模型转换成坡度栅格；

③Reclassify（重分类）功能可以将栅格数据的像元值按照一定的范围进行修改以新值替

代旧值

8、内插的概念：设已知一组空间数据，它们可以是离散点的形式，也可以是分区数据的形

式，空间数据的内插就是从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系最好地逼近这些已

知的空间数据，并能根据该函数关系式推求出区域范困内其他任意点或任意分区的值。

内插的类型：

点的内插

A、逐点内插：

a、反比距离加权法：权值应与距离成反比，间距愈近»对待求点测定值的影响应愈大。

如取W=1/d*2或（（R-d）/d）*2

式中：W数据点的权重

d为待定点到数据点间的水平距离，

R为定义函数待定参数时所求的圆半径。

b、克里金法：区域化的变量随所在区域位置的改变而连续地变化，彼此离得近的点之间有

某种程度上的空间相关性，而相隔较远的点之间在统计上看是相

互独立的。

B、局部函数内插

区域的内插：主要解决离散属性数据问题。研究的目标是从已知分区的数据（如社会经济数

据）中推出同一地区的另一组分区数据。

叠置法、比重法（计算）（pl04-pl05）

第四章地理信息系统空间数据库

1、文件方式保存和数据库保存的优缺点：

优点：一个GIS软件可以同时直接使用多个空间数据文件，一个空间数据文件也可以同时

为多个GIS共享

缺点：空间数据存储在不同的文件里造成数据是面向应用的，多个文件之间彼此孤立，不

能反映数据之间的联系，易造成数据的冗余与不一致。

2、空间数据管理模式发展阶段（给一个实例，判断这是哪个阶段）：

初级式（coverage）—;昆合式（shape，MapInfo的.TAB文件）—扩展式（geodatabase

SDE»SpatialDatabaseEngine）—集成式（oraclespatialcartridge即对象-关系数据

库）

3、SDE：空间数据库引擎（SpatialDatabaseEngine）:在常规数据库管理系统上加一

层空间数据库引擎，实现数据库的储存与管理。

4'关系数据模型：用关系的方式来组织表达空间数据，关系就是二维表。

5、面向对象数据模型：用对象的方式来组织表达数据模型

1）对象：就是现实世界中客体的模型化，与数据库中记录、元组等概念相似。如：行政区

域的多边形对象，表示一条河流的弧段对象

2）消息：是对象之间相互请求或相互协作的唯一途径。一个对象必须通过向其它对象发送

消息的形式使得其它对象提供各自能实现的功能。

3）类：类是对一组对象的抽象描述，它将该组对象所具有的共同特征集中起来，以说明该

组对象的能力和性质。

6、概括：是把一组具有相同特征和操作的对象类归纳在一个更一般的超类中。例左下图

聚集：反映了嵌套对象的概念，嵌套对象是由一些其它对象组成的，它是用来描述较高

层次对象的一种形式。例右下图

I电普双寿类]

------[一注足5M承芸1

a.m一■----＜}＞安也形对象类

-------{皿欣祝方芸~1

----0弧―对象类

概括和聚集的区别：①概括是父类和子类的关系；②聚集是无父类子类关系

8、空间元数据：空间数据的一种描述性数据

第五章空间分析的原理与方法

1、空间查询的过程（结合实例写过程）：

1）软件提供的工具：

2）属性查询：①由目标的某种属性数据（或者属性集合）查询该目标的其他属性信息；

②由地物目标的属性信息查询其对应的图形信息。

3）空间关系查询：

a、点一点查询：列，查询距离水井1km范围内的所有城镇。

b、线一点查询：列，查询距离河流1km范围内的所有城镇。

c'面一点查询：列，查询距离某行政区域内的所有城镇。

d、点-线查询：列，查询距离某乡镇500m范围内的河流。

e'线一线查询：列，查询与某河流的干流连接的支流。

f'面一线查询：列，查询过某行政区域的河流。

g、点一面查询：列，查询某乡镇所在的行政区域。

h、线-面查询：列，查询某河流经过的行政区域。

i、面-面查询：列，查询与某行政区域相邻的其他行政区域。

2、空间叠置分析（SpatialOverlayAnalysis）:是指在统一空间参照系统条件下，每次将

同一地区两个地理对象的图层进行叠置，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对

象之间的空间对应关系。

缓冲区分析：是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立其周国一定距离的带状区，

用以识别这些实体或者主体对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解决邻近度问题的空

间分析工具之一。它在交通、林业、资源管理、城市规划中有着广泛的应用。

缓冲区：地理空间实体的一种影响篦国或服务篦国C

3、空间分析的步骤（论述）：

一）建立分析目的和标准

二）准备空间操作的数据

三）进行空间操作，包括建立特征缓冲区，进行拓扑登加、特征提取、特征合并等。

4、辅助建设项目选址

1、目的：将建设项目选在最佳位置

2、标准：面积＜1万m2、地价＜5000元/成、地块周囹不能有小学、幼儿园等、地形相对

平坦（坡度〈5）

3、准备数据：地块面状矢量、地价属性数据、小学、幼儿园等公共设施分布图、坡度数据

4、空间操作：

1）选择地块：①通过属栏查询面积＜1万m2、②地价＜5000元/ni2的地块，将满足上述两

条件的地块提取出来

2）邻域分析：将学校等公共设施的信息叠加到选中地块的层次上进行分析

3）将坡度栅格数据通过栅格计算，将坡度＜5的数据提取出来，并通过矩阵运算，把像元〈

1的提取出来，转化为矢量数据

4）将3）和2）进行叠合

5、统计分析：将满足条件的地块选出来

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