地理信息系统概论复习重点.docx
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地理信息系统概论复习重点
复习资料（A）
1、地理信息系统的定义（p4）、分类（p6）。
定义
地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计来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
地理信息系统：
是在计算机软硬件技术的支持下，对地理信息进行采集、编辑、存储、分析处理的计算机技术系统
分类
根据研究范围全球系统、区域系统和国家系统
根据研究内容专题系统和综合系统
根据使用的数据模型矢量系统、栅格系统和矢栅混合系统
2、地理信息系统的组成平p（6）、研究内容。
基本构成包括五个主要部分的内容系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型
系统硬件
（数据输入设备：
卫星遥感影像接收机GPS扫描仪数字化仪
数据处理设备：
PC工作站服务器大型机
数据输出设备：
绘图仪打印机大屏幕）
数据处理设备
目前运行地理信息系统的计算机包括大型机、图形工作站、服务器和个人计算机，其中基于客户机/服务器结构的计算机硬件系统成为地理信息系统的主流
1图形工作站
图形工作站是一种具备强大的数据运算与图形、图像处理能力，为满足工程设计（CAD/CAM）、动画制作、科学研究和模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能微型计算机
（1）处理器的性能：
图形工作站的处理器性能比普通个人计算机强劲
（2）图形加速功能：
具有专业的级的显卡，在图像程序借口上采用openGL标准，对于多CPU系统也有更好的支持
（3）多种操作系统：
操作系统可以选择UNIX系列和Windows系列，IBM、HP和SUN工作站都有各自版本的UNIX操作系统
2个人计算机
目前运行地理信息系统的计算机包括大型机、图形工作站、服务器和个人计算机，其中基于客户机/服务器结构的计算机硬件系统成为地理信息系统的主流
因其相对较高的性价比，目前也广泛应用于地理信息系统领域。
如Arcinfo、Mapinfo等主流地理信息系统软件产品，都开发了基于个人计算机系统
3客户机/服务器系统
数据输入设备
1图形手扶跟踪数字化仪
2大幅面图形扫描仪
3数字测量设备
数字测量设备主要是地理数据的采集设备，通常有数字摄影测量工作站、全球定位系统
数据输出设备
1绘图仪
2计算机显示器
（1）CRT显示器
（2）LCD显示器
系统软件
地理信息系统的软件是整个系统的核心，用于执行地理信息系统功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和数据输出等。
GIS功能软件
GIS应用软件、GIS基础软件平台
基础支撑软件
数据库系统软件、系统库（编程语言、数学库等）
操作系统软件
操作系统（系统调用、设备运行、网络管理等）
空间数据
地理信息系统的操作对象是地理数据，它具体描述地理现象的空间特征、属性特征和时间特征，空间特征是指地理现象的空间位置极其相互关系，其数据成为空间数据；属性特征表示地理现象的名称、类型和数量等，其数据称为属性数据；时间特征指地理现象随时间而发生的变化，其数据称为时态数据。
应用人员
地理信息系统的应用人员包括系统开发人员和地理信息系统的最终用户，他们的业务素质和专业知识是地理信息系统工程及其应用成败的关键。
应用模式
地理信息系统的应用模型是为某一特定的实际工作而建立的运用地理信息系统的解决方案，其构成和选择也是系统应用成败至关重要的因素
研究内容
3、数据库结构的分类与特点。
P（111）
数据库是数据库系统的简称，一个完整的数据库系统应该包括数据库存储系统、数据库管理系统、数据库应用系统
空间数据库主要是为GIS提供空间数据的存储和管理方法
空间数据库的存储和管理方法有两种：
空间数据文件存储管理和空间数据库存储和管理
特点：
（1）数据量大，图形、图像数据量大
（2）空间数据与属性数据的结合
4、数据、信息的定义、两者特点与关系。
P
（1）
数据是通过数字化并记录下来可以被是被的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况
信息
（1）人们或机器剔红关于现实事实的知识，是数据、消息中包含的意义
（2）是事物或物质特征的表征
信息是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式
数据是信息的表达形式，是信息的载体；而信息则是数据中蕴藏的事物的含义，是数据的内容。
数据只有通过解释才有意义，才成为信息
5、数据的类型。
P
（2）
数字、字符、图形、图像、声音、表格
6、地理信息定义、地理信息特点。
（P93）
定义：
地理信息是地理数据所蕴藏和表达的地理含义
特征：
空间特征、属性特征、时序特征
7、地理信息系统的基本功能。
P（22）
地理信息系统的基本功能有：
数据的采集、管理、分析和输出
8、叙述mapinfo软件的基本概况、特点。
主要技术特点
（1）以表的形式组织信息
每一个表都是一组MapInfo文件，这些文件组成了地图文件和数据库文件。
为使用MapInfo，就需要有组成表的用户数据和地图文件。
这些文件可以来自MapInfo或者由用户创建。
用户要想在MapInfo中工作，就必须打开一个或多个表。
MapInfo通过表的形式将数据与地图有机地结合在一起。
当用户在MapInfo中打开数据文件时，MapInfo将创建一个表。
这个表至少由两个独立的文件组成，一个是包含数据结构的文件，另一个是包含原始数据的文件。
一个典型的MapInfo表将主要由*.tab、*.dat、*.wks、*.dbf、*.xls、*.map、*.id、*.ind文件格式组成。
（2）、 图形对象
MapInfo内置的数据库管理系统是一种关系型数据库管理系统，也是用二维表组织数据。
与其它关系型数据库不同的是表结构中除可包含常用类型的属性列外，还引入一个图形对象列（OBJ列），用于存储图形对象（如线、区域等）。
MapInfo提供许多图形对象的操作接口，利用这些接口可以生成和处理所需要的各种图形。
（3）、 地图图层化
MapInfo是按图层组织计算机地图的。
也就是说，将一幅计算机地图加工成多个层层叠加的透明层，这个透明层就称为图层。
每个图层包含了整个地图的一个不同方面。
例如，第一个图层包含省边界，第二个图层表示省府的符号，第三个图层由标注文本组成，把它们层层叠加就形成一幅完整的地图。
在创建每一个图层时，都要为其建立一张表，MapInfo就是通过这种方式使表与地图之间建立了联系。
也就是说，MapInfo是以表的形式来进行管理的，每个表一般包含两部份：
地图部分和数据库（属性）部份。
（4）、 专题地图
提供多种数据可视化的专题地图，能将数据库中的信息进行直观的可视化分析。
使用专题渲染在地图上显示数据时，可以清楚地看出在数据记录中难以发现的模式或趋势，为用户的决策提供依据。
专题地图包括范围值、点密度、柱状图、等级符号、饼图和独立值六种形式。
（5）、 内置ODBC
MapInfo内置ODBC，支持各种关系型数据库，支持SQL查询，从而保证了对原有数据库的沿用和对远程数据库地访问。
具备空间查询的功能扩展（如缓冲区、叠加等），采用数据仓库的最新技术OLAP（Online Analytical Processing）的联机事物处理，对于应用程序实现图形查询和表查询提供了强大的手段。
（6）、 支持多种数据格式及其转换
MapInfo既支持数字化仪的图形输入方式，直接生成矢量图，也支持目前市场上流行的图形图象格式。
可接受AutoCAD的DWG、DXF标准文件格式，还可通过MIF及MID文件与其它软件建立数据的接口。
其中MIF文件内保存有图形信息，MID文件内保存有图形的属性信息。
MIF及MID文件通过MapInfo的菜单命令Import和Export来输入和产生。
（7）、 二次开发工具MapBasic
作为一个系统软件，MapInfo提供了可以将其所有的功能用程序来驱动的方法，内置标准的二次开发工具——MapBasic。
MapBasic不仅与大众化的Basic语法相一致，具有基本一致的常用函数集（计算、字符串处理、文件I/O、DLL调用等），而且利用MapBasic语言所提供的函数、过程和语句命令可以完成许多有关图形对象管理的复杂操作和运算。
它的真正优势在于对MapInfo中的Table及其图形对象的管理所提供的特性和强大功能。
采用面向对象及事件驱动编程
（8）、 集成二次开发能力
具有OLE和OLE Automation功能，可以方便地使用Delphi、VB、VC等多种开发工具，保证了新的应用程序与原有的应用界面保持一致，为日后的深层开发提供一个扩展空间。
9、叙述mapinfo文件系统的构成。
1、属性数据的表结构文件（.tab）
2、属性数据文件（.dat）
3、交叉索引文件（.id）
4、空间数据文件（.map）
10、说明mapinfo的工作空间的用途及其与文件的关系。
工作空间是Mapinfo用于保存表、窗口和窗口位置的文件。
在使用Mapinfo工作过程中会用到许多表和窗口，在这些表和窗口使用前须一一打开，如果我们在退出Mapinfo以前将这些打开的表、窗口和窗口的位置保存为工作空间文件，以后使用相同的表和窗口课直接打开保存过的工作空间就可以了，Mapinfo将恢复到你保存是的状态，不必逐个打开需要使用的文件，以提高工作效率。
工作空间文件记录的是工作空间所有使用的文件、打开的窗口及位置、Mapinfo环境设置等信息。
11、叙述用mapinfo软件构建一个主题的完整土地空间数据库的基本步骤。
（1）需求分析：
用系统的观点分析与完整土地空间数据库应用有关的数据集合
（2）概念设计：
把完整土地加以解释，并用概念模型表达出来。
（3）逻辑设计：
把信息世界中的概念模型利用数据库管理系统所提供的工具映射为计算机世界中为数据库管理系统所支持的数据模型，并用数据描述语言表达出来。
（4）物理设计：
数据库的物理设计指数据库存储结构和存储路径的设计，即将数据库的逻辑模型在实际的物理存储设备上加以实现，从而建立一个具有较好性能的物理数据库。
（1、建立实际的空间数据库结构
2、装入试验性的空间数据对应用程序进行测试，以确认其功能和性能是否满足设计要求，并检查对数据库存储空间的占有情况
3、装入实际的空间数据，即数据的加载，建立起实际运行的空间数据库）
12、Mapinfo中扫描地图进行座标配准的基本操作步骤。
①打开MapInfo后，用“文件→打开”打开opentable对话框。
②文件类型项中选择“栅格图象”，然后选中地图，点击“打开”。
在弹出的MapInfo对话框中，点击“配准”。
③ 选择配准后，弹出“图像配准”对话框。
点击“投影”，打开“选择投影”对话框后选择正确的投影类型（第一个）。
然后设置单位成“度”，在“图像配准”对话框中，移动鼠标把十字光标移到图廓点上，单击打开增加控制点对话框。
在“地图[M]X、地图[A]Y”中输入该点的地理坐标后，点击确定就可添加一个控制点。
如此重复加入至少三个控制点（不能在同一直线上），控制点要按照顺时针或逆时针方向选取。
选好大于3个控制点后，按“确定”图象就显示在窗口中
13、列举3种GIS工具名称。
ArcmapArcGlobleArcReaderOracleMicrosoftSOLServer、Sybase、Infoemix
MapInfo、Arcinfo、Genamap、Microstation、System9
14、GIS发展历史阶段及主要标志。
1）20世纪60年代地理信息系统的开拓期
2）.20世纪70年代地理信息系统的巩固发展期
3）.20世纪80年代地理信息系统技术茁壮发展时期
4）.20世纪90年代地理信息系统的应用普及时代
5）.21世纪是地理信息系统社会服务时代
主要标志：
1、微机GIS大发展
2、GIS功能大大增强
3、GIS产业形成
普及应用的主要标志
1、网络GIS大量出现
2、数字地球促进GIS应用
15、游程长度码、四叉树的编码过程。
游程编码结构的建立方法：
将栅格矩阵的一行数据序列X1,X2,X3…Xn,映射为相应的二元组序列（Ai,Pi），i=1….k,且k《=n
游程编码结构是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（即游程），其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。
四叉树结构：
将空间区域按照四个象限进行递归分割n次，每次分割成2n×2n个子象限，直到子象限中的属性数值都相同为止，该子象限就不再分割。
凡属性值都相同的子象限，不论大小，均作为最后的存储单元。
16、拓扑结构的定义、类型。
举例说明这些拓扑结构类型在GIS中有哪些实际应用。
拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法
类型：
拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含
意义：
1跟据拓扑关系，不需要利用坐标或者计算距离，就可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。
2利用拓扑数据有利于空间要素的查询
3可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体
例如：
应答某些区域与哪些区域邻接：
某条河流能为哪些政区的居民提供水源：
与某一湖泊邻接的土地利用类型有哪些：
建立封闭多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的计算
17、理解课本51页的拓扑关系表。
在这种数据结构中，弧段是数据结构的基本对象。
弧段文件由弧段记录组成，每个弧段记录包括弧段标识码、起始节点、终止节点、左多边形和右多边形
18、空间数据模型、空间数据结构的定义。
19、矢量数据简单编码法与拓扑结构编码法的利弊。
实体数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界点都单独编码并记录坐标。
而拓扑数据结构的点是相互独立的，点连成线，线构成面。
每条线始于起始节点，止于终止节点，并与左右多边形相邻接。
实体数据结构点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑关系。
所以存储时，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余和产生不一致。
而且没有存储多边形之间的关系，或者相邻多边形的公共边不完全重复时，易产生伪多边形。
拓扑数据结构因共享公共边界减少了坐标点数据，减少了数据的冗余。
20、如何获得矢量数据，控制矢量数据精度的原理是什么？
在GIS图形中，相邻两点间的弧段长度表示矢量的大小，弧段两端点的顺序表示矢量的方向，因此弧段也可直观地看做事一个矢量。
P（49）
21、如何获得栅格数据，栅格数据量与精度的关系是什么？
如何解决数据量与精度的关系？
获得栅格数据的方式：
（1）从扫描仪获取栅格数据；
（2）从遥感获取栅格数据；（3）矢量数据转换成栅格数据；（4）手工网格法。
栅格数据对地物表达的精度取决于网格大小。
网格边长决定了栅格数据的精度，当网格边长缩小时你，网格单元的数量将呈几何级数递增，造成栅格数据的冗余度大；当用栅格数据来表示地理实体时，不论网格边长变小，与原实体特征相比较，信息都有丢失，这是由于复杂的实体采用统一的格网所造成的。
一般的，可以通过保证最小多边形的精度标准来确定网格尺寸，使形成的栅格数据既有效地逼近地理实体，又能最大限度地减少数据量。
合理的网格尺寸为：
基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，称为山歌单元，在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式
与矢量数据相比，用栅格数据结构表达地理要素比较直观，容易实现多层数据的叠合操作，便于与遥感图像及扫描输入数据相匹配使用等。
数据精度取决于网格的边长，当网格边长缩小时，网格单元的数量将呈几何级数递增，造成存储空间的迅速增加，由于相邻网格单元属性值得相关性，造成栅格数据的冗余度大，栅格数据对于网络分析比较困难。
22、GIS中硬件的主要构成。
数据处理设备（图形工作站、个人计算机、客户机/服务器系统）——用作数据的处理、管理与计算。
、数据输入设备（数字化仪、工程扫描仪、数字测量设备）——将地理数据转换成数字的形式存入计算机，以便进行处理和分析计算等工作、
数据输出设备（数字化仪、工程扫描仪、数字测量设备）——将地理数据转换成数字的形式存入计算机，以便进行处理和分析计算等工作
23、GIS中可涉及的软件类型有哪些？
ArcinfoMapinfoArcGISIntergraph
24、GIS的主要相关学科。
地理学、地图学、测量学、测绘学、数学、计算机科学
25、设有一幅土地利用图层，基本属性有面积、土地类型、坡度、平均气温、权属等，有另交通线图层，求该地区中靠近公路的耕地的平均坡度。
写出操作过程。
P（148）
在靠近公路的所有耕地中（网格单元）找出四个点，分别为p1（i.j）/p（i,j+1）/p（i+1.j）和p（i+1,j+1）
Pi,j为p（I,j）的矢量，则pi,j={（j-1）*x+x0,（i-1）*y+y0,zi,j},i=12345…m,j=1234….n,其中，X为x轴方向的网格单元的长度，Y为y轴方向的网格单元的长度
26、在数字化过程中，由于技术原因输入了许多细小的多边形，如何用mapinfo去除这些细小多边形？
该图层为编辑状态，选中细小多边形旁的一个多边形，点整形按钮，然后，移动点，将细小多边形覆盖，单击对象——设为目标，选中另一个多边形，点击对象——分割
27、栅格图中多边形边界与节点的判断方法。
构成多边形的线称为弧段，也是多边行的边界，两条以上的弧段相交的点成为节点
28、说明算术平均和距离加权平均内插法的差异，对插值结果有什么影响？
移动平均法：
在未知点X处内插变量Z的值时，最常用的方法之一是在局部范围（或称窗口）内计算个数据点的平均值。
窗口的大小对内插的结果有决定性的影响。
小窗口将增强近距离数据的影响；大窗口将增强远距离数据的影响，减小近距离数据的影响。
当观测点的相互位置越近，其数据的相似性越强；当观测点的相互位置越远，其数据的相似性越低。
因此，在应用移动平均法时，根据采样点到内插点的距离加权计算是很自然的。
这就是加权移动平均法。
加权平均内插的结果随使用的函数及其参数、采样点的分布、窗口的大小等的不同而变化。
通常使用的采样点数为6—8点。
对于不规则分布的采样点需要不断地改变窗口的大小、形状和方向，以获取一定数量的采样点。
29、矢量数据与栅格数据特点的比较。
矢量数据：
（1）便于面向实体的数据表达
（2）数据结构紧凑、冗余度低（3）拓扑关系有利于网络分析、空间查询等 缺点：
（1）数据结构复杂
（2）软件实现要求技术较高（3）多边形叠合等分析相对困难栅格数据优点：
（1）数据结构较简单
（2）空间分析较容易实现（3）有利于遥感数据的匹配应用和分析 缺点：
（1）数据量大，冗余度高，需要压缩
（2）定位精度比矢量低（3）拓扑关系难以表达栅格化的目的是将点、线、面的矢量数据，转换为对应的栅格数据
30、叙述图形坐标平移、缩放的原理。
31、基于直线判断的矢量数据压缩数学原理是什么。
P（93）先拟定一个或值，然后生成一条连接折线首尾节点的直线段，并计算原始折线上的点到直线段的垂直距离。
32、DTM与DEM的定义。
P（147）
DTM就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。
地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等
DTM数字地形模型，简单的说就是用数字化的形式表达的地形信息，可分为规则网格，不规则三角网，数字等高线、等深线、地形特征线等。
DEM数据高程模型，可分为数字高程模型，派生的地形模型，当属性为海拔高程数值的时候，称为DEM
33、DTM的主要应用有哪些？
用DTM进行洪水淹没面积提取
进行某地区河流污染面积分析
34、叙述用DTM进行洪水淹没面积提取的思路。
假设某地区洪水水位为 20m
为了估算淹没损失，首先，将数字地形的数据和土地利用数据进行匹配；其次，根据高程，确定淹没边界；最后，统计淹没边界内的被淹对象的类别和面积，就能精确地算出研究对象的淹没损失。
为确定淹没边界，如图，设格网边长为△x，洪水的实际淹没高程为H，该高程附近的平均坡度为a，于是
H1=H－1/2*tga 和 H2=H＋1/2*tga
显然，由高程H1确定的网招正好在淹没边界之内，面由H2确定的网格，则正好超过实际淹没高程H一个网格。
由于在数字地形模型中，相邻网格的高程总是存在于H1至H2的高程范围内，因此，凡高程以H2为临界值，将数字地形的数据按照下式进行重新分类，即
1 当Zi,j≤H2
Zi,j=
0 当Zi,j＞H2
得到数字地形的二值图，将该二值图与土地利用数据进行布尔逻辑操作，就能统计出各类土地利用的淹没面积。
35、空间数据索引的概念与用途。
P（135）索引是数据库的一种数据快速查找的机制，通常是由关键字和存储地址组成。
关键字标识数据记录，地址表示记录在数据库中的存储位置，索引就是一张关键字与地址的对照表，通过索引可以直接到数据库里找到对应关键字的记录
空间索引就是依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间实体的概略信息，如标识码，最小外接矩形以及存储地址。
作为一种辅助的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间实体之间，它通过筛选把大量与特定空间操作无关的空间实体排除，从而提高空间操作的速度和效率。
36、空间数据内插的定义是什么？
列举并说明两种空间数据内插方法的内插原理。
P95
通过已知点或多边形分区的数据，推求任意点或多边形分区数据的方法。
点的内插
线性内插法：
线性内插法是先将所有的已知数据点连接成三角网的形式，使用靠近内插点的三个已知数据点，来确定三角网中的一个三角形形成的空间平面，继而求出该内插点在平面中的高程值
双线性多项式内插法：
双线性多项式内插法常常是在规则分布的已知数据点时，只用最靠近内插点的四个已知数据点组成一个四边形，确定一个双线性多项式来内插其中点的高程。
37、矢量数据空间叠加分析的类型。
1、点与多边形的叠合
点与多边形的叠合是通过确定一个点状空间特征中的点落在另一个多边形空间特征的哪一个多边形内，以便为每个点赋予新的多边形属性
2、线与多边形的叠合
线与多边形的叠合是通过一个线性空间特征中的线经过另一多边形空间特征中的那个多边形，以便为线赋予新的多边形属性
3、多边形与多边形
多边形与多边形的叠合是指将两个不同的多边形空间特征数据相重叠，产生新的多边形特征数据，用以解决地理变量的多准则分析、区域多重合性的分析、地理特征的动态变化分析，以及图幅要素更新、区域信息提取。
38、mapinfo中进行缓冲区分析的基本步骤。
缓冲区分析是围绕空间的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的多边形
39、给定某县土地利用图，现需要把面积小于1公顷的水田合并到相邻的任一旱地地块中去（如果没有相邻的旱地地类，则保留该水田），叙述用mapinfo完成上述工作的操作步骤（有信息提取表达式的地方请写出表达式）。
40、已有某县2010年土地利用现状图，现需要通过遥感图像获得该县2011土地利用变更图，制作该县2011年土地利用现状图，试述用mapinfo完成的工作过程。
41、叙述游程编码的基本思路，计算下图游程编码数据压缩率
A
A
C
C
C
D
D
D
A
A
A
C
C
C
D
D
B
B
A
A
C
C
C
D
B
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