地理信息系统复习要点.docx
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地理信息系统复习要点
第一章导论
1、数据与信息的定义及相互关系
数据：
通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
信息：
用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、现象等内容、数量或特征，以便向人们提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。
数据与信息的关系：
a）数据是信息的表达形式，是信息的载体；
b）信息则是数据中蕴含的事物的涵义，是数据的内容。
c）数据只有通过解释才有意义，才成为信息。
总之，数据是信息的载体，信息是数据的涵义。
2、地理信息系统的定义
GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、存储、管理、分析、模拟和显示，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。
3、地理信息系统由哪几个主要部分组成？
数据处理设备：
图形工作站；个人计算机；客户机/服务器系统（Client/Server，简称C/S）
数据输入设备：
图形手扶跟踪数字化仪；大幅面图形扫描仪；数字测量设备
数据输出设备：
绘图仪；计算机显示器
GIS应用软件
功能：
空间数据输入和编辑；空间数据管理；空间数据处理和分析；空间数据输出；图形用户界面；系统二次开发功能。
GIS功能软件
GIS基础软件平台
系统软件
系统库软件：
系统库软件提供基本的程序设计语言以及数学函数库等用户可编程功能。
基础支撑软件
数据库软件：
数据库软件提供复杂空间数据的存储和管理功能，商用关系型数据库系统（如SQLServer）也成为GIS软件系统的重要组成部分。
操作系统软件：
操作系统是计算机系统中支撑应用程序运行环境以及用户操作环境的系统软件。
常见的计算机操作系统有：
MicrosoftWindows系列、UNIX/Linux系列和AppleMacOS系列等。
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。
在地理信息系统中，地理数据在物理上是以结构化的形式存储在计算机的地理数据库中的。
由于地理数据库具有独特的存储空间数据的功能，所以地理数据库也称为空间数据库。
空间数据
应用人员
地理信息系统应用人员包括系统开发人员和地理信息系统的最终用户。
地理信息系统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，其构建和选择也是系统应用成败至关重要的因素。
虽然地理信息系统为解决各种地理相关的问题提供了有效的基本工具，但对于某一特定的应用目的，必须通过构建相应专业的应用模型才能达到目标。
应用模型
4、地理信息系统的功能有哪些？
（基本功能与应用功能具体有哪些）
数据采集与编辑
数据变换：
指对数据从一种数学状态转换为另一种数学状态，包括投影变换、几何纠正、比例尺缩放、误差改正和处理等；
数据重构：
指对数据从一种几何形态转换为另一种几何形态，包括数据拼接、数据裁剪、数据压缩、结构转换等；
数据抽取：
指对数据的条件提取，包括类型选择、窗口提取等。
数据存储与管理
数据处理和变换
该功能是GIS的一个独特研究领域，其主要特点是帮助确定地理要素之间新的空间关系。
叠合分析：
通过将同一地区两个不同图层的特征相叠加，不仅建立新的空间特征，而且能将输入的特征属性予以合并。
缓冲区建立：
自动建立各类实体（点、线、面）的缓冲多边形，用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性。
数字地形分析：
GIS提供了构造DEM（数字高程模型）及有关地形分析的功能模块。
包括坡度、坡向、山谷（脊）线、日照强度、立体图
空间分析和统计
基本功能
地理信息系统产品是指经由地理信息系统处理和分析的结果，可以直接输出供专业规划或决策人员使用的各种地图、图像、图标或文字说明，其中地图图形输出是地理信息系统产品的主要表现形式。
地理信息系统产品制作与显示的功能包括：
设置地图范围、投影、比例尺、组织地图要素显示顺序，定义文字字型字号，设置地图符号的大小和颜色，标注图名和图例，以及图形编辑等。
产品制作与演示
地理信息系统必须具备的另一个重要基本功能是二次开发环境，包括提供专用的脚本语言开发环境，或者系统将某些功能做成组件形式供用户开发语言（C、C++、VB、VC++、C#等）调用等。
二次开发和编程
资源管理：
系统将各种信息汇集在GIS管理的数据库中，用户通过对数据库进行查询、统计、制图以及提供区域多种组合条件的资源分析，为资源的合理开发利用和规划决策提供依据。
区域规划：
城市与区域规划具有高度的综合性，涉及资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等因素，GIS能把这些信息进行筛选并转换成规划人员需要的形式。
应用功能
国土监测：
GIS方法和多时相的遥感数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测、土地利用动态变化分析和环境质量的评估研究等。
辅助决策：
利用GIS迅速有效管理空间数据，进行空间可视化分析，确定商业中心位置和潜在市场的分布，寻找商业地域规律，研究商机时空变化的趋势，不断为企业创造新的商机。
GIS和互联网已成为最佳的决策支持系统。
第二章地理信息系统的数据结构
1、什么是地图投影，我国常采用的那种地图投影
地图投影：
将椭圆面上各点的大地坐标，按照一定的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标，通常称之为地图投影。
目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇。
2、GIS空间数据的分类有哪些
按数据来源
按数据结构
按数据特征
按几何特征
按数据发布形式
地图数据
影像数据
文本数据
矢量数据
栅格数据
空间数据
非空间属性数据
点
线
面、曲面
体
数字线画图
数字栅格图
数字高程模型
数字正射影像图
（1）按照数据来源分类
1）地图数据：
来源于各种类型的普通地图和专题地图。
2）影像数据：
主要来源于卫星遥感和航空遥感，也是GIS的最有效的数据源之一。
3）文本数据：
来源于各类调查报告、实测数据、文献资料、解译信息等。
（2）按照数据结构来源分类
a）矢量数据:
矢量数据是用欧式空间的点、线、面等集合元素来表达空间实体的几何特征的数据。
4）栅格数据:
栅格数据是将空间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达空间实体的一种数据组织形式。
（3）按照数据特征分类
1）空间定位数据:
空间定位数据是表达空间实体在地球上位置的坐标数据。
2）非空间属性数据:
非空间属性数据是有关空间实体自身的名称、种类、质量、数量等特征的数据。
（4）按照数据几何特征分类
1）点:
是对0维的空间实体的抽象数据。
2）线:
是对1维的空间实体的抽象数据。
3）面:
是对2维的空间实体的抽象数据。
4）曲面:
是对在面上连续分布的空间实体的抽象数据，常被称为2.5维数据。
5）体：
是对3维的空间实体的抽象数据。
（5）按照数据发布形式分类
1）数字线画图（DLG）数据：
DLG数据是现有地形图要素的矢量数据，保存各要素间的空间关系和相关的属性信息，全面地描述地表目标。
2）数字栅格图（DRG）数据：
DRG数据是现有的纸质地图经计算机处理后得到的栅格数据文件。
3）数字高程模型（DEM）数据：
DEM数据是以数字形式表达的地形起伏数据。
4）数字正射影像（DOM）数据：
DOM数据是对遥感数字影像，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射投影影像数据。
3、空间数据的特征有哪些？
（1）空间特征:
是指空间物体的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻物体的拓扑关系。
（2）属性特征:
指的是除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征，即专题信息。
（3）时间特征:
是指一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况，称为时态数据。
4、什么是拓补关系？
拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法，在GIS中，它不但用于空间数据的编辑和组织，而且在空间分析和应用中都具有非常重要的意义。
5、拓扑关系对GIS数据处理和空间分析的重要意义
（1）便于确定地理实体间空间位置关系。
（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。
6、GIS中空间数据计算机表示的基本方法是什么？
（1）空间分幅：
即将整个地理空间划分为许多子空间，再选择要表达的子空间。
（2）属性分层：
即将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表示。
（3）时间分段：
将有时间特征的地理数据按其变化规律划分为不同的时间数据，再逐一表达。
7、简述空间数据的结构类型及其表达形式？
（矢量、栅格）
（1）矢量数据结构
1）实体数据结构
2）拓扑数据结构
（2）栅格数据结构
1）栅格矩阵结构
2）游程编码结构
3）四叉树结构
（3）曲面数据结构
1）TIN的曲面数据结构
2）规则格网的曲面数据结构
8、比较矢量与栅格数据的结构特征？
9、栅格数据游程编码方式
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。
游程（行程）编码是对具有块状地物的栅格数据进行压缩编码的方法。
GIS研究对象多为块状地物。
游程编码以行为单位，将栅格数据矩阵中属性相同的连续栅格视为一游程。
分为游程终点（值）编码和游程长度编码。
10、什么是四叉树结构，比较常规四叉树与线性四叉树的异同？
基本思想是把栅格地图等分成4等分，若每个子区中栅格值相同则不再分割，否则将该区再分割成4个子区，直到每个子块都含有相同的属性值为止，这称为自上往下（Top-to-Down）的常规四叉树。
也可自下而上（Down-to-Top）建立。
常规四叉树占空间大，因为要记录所有结点值和结点之间的关系。
而线性四叉树是通过编码四叉树的叶结点表示数据块的层次和空间关系。
只需要记录叶结点的地址码（Z形编码即莫顿码和深度）和属性码。
四叉树优点：
（1）具有可变分辨率，编码效率高；
（2）便于岛的表示和分析。
（3）便于同栅格之间相互转换。
四叉树缺点：
转换不稳定性。
相同形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构。
第三章空间数据处理
1、名词解释：
数据变换：
空间数据的变换即空间数据坐标系的变换，其实质是两个平面点之间的一一对应的关系，包括几何纠正和投影转换，它们是空间数据处理的基本内容之一。
数据重构：
数据提取：
数据压缩：
数据压缩是数据精炼的过程，其目的是删除冗余数据，节省存储空间，以利于后续处理。
空间数据压缩，即从空间坐标数据集合中抽取一个子集，使这个子集在规定的精度范围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。
空间数据内插：
通过已知点或多边形分区的数据，找到一个函数关系式，使其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围内其它任意点或多边形分区数据的方法就称为空间数据的内插。
2、遥感与GIS数据融合的方法有哪些？
目前最常用的三种融合方法具体表现如下：
（1）遥感影像与数字线画图（DLG）的融合：
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。
这种影像地图具有一定的数字基础，有丰富的光谱信息与几何信息，又有行政界限和属性信息，直接提高了用户的可视化效果。
（2）遥感影像与数字地形模型（DEM）的融合：
DEM代表精确的地形信息，它与遥感数据的融合，有助于实施遥感影像的几何纠正与配准，消除遥感影像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遥感影像的定位精度，同时DEM可参与遥感影像的分类，改善分类精度。
（3）遥感影像与数字栅格图（DRG）的融合：
将数字栅格地图与遥感影像配准叠合，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实现空间数据库的自动/半自动快速更新。
3、简述垂距法与道格拉斯-佩克算法的压缩原理？
垂距法的原理：
从任一个端点起，每次顺序取曲线上的三个点，计算中间点与其他两点连线的垂线距离D，并与阈值d比较。
若D＜d，则中间点去掉；若D≥d，则中间点保留。
然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束。
道格拉斯-佩克法的原理：
将一条曲线的首末端点虚连一条直线，求其余所有点与直线的距离，并找出最大距离值Dmax，用Dmax与阈值d相比较。
若Dmax＜d，则这条曲线上的中间点全部舍去；反之，保留Dmax对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分重复使用该方法。
4、比较矢量数据与栅格数据结构的优缺点？
5、空间数据的内插方法有哪些？
根据已知点和已知多边形分区数据的不同，将空间数据内插分为点的内插和多边形分区的内插。
建立数字高程模型的点的内插方法可以分为以下几个类型：
1.分块内插法：
线性内插法、双线性多项式内插法、二元样条函数内插法
2.逐点内插法：
移动拟合法、加权平均法、克里金法
3.整体内插法：
N次多项式拟合法
6、简述分块内插法和逐点内插法的基本原理？
分块内插法：
是把整个内插空间划分若干分块，并对各分块求出各自的曲面函数来刻画曲面形态。
分块内插的关键是要解决各相邻分块函数间的连续性问题。
逐点内插法：
此法的分块范围在内插过程中一经确定，其形状、大小和位置都保持不变。
而逐点内插法则是以插值点为中心，定义一个局部函数去拟合周围数据点，数据点的范围随插值点位置的变化而变化，因此又称移动曲面法。
7、移动拟合法和加权平均法的异同？
（1）移动拟合法该方法是指对每一个待插值点P用一个多项式曲面拟合该点附近的表面，从而计算出该点的高程值。
此时，取待插值点P为圆心，R为半径的园（称为搜索圆）内各数据点来计算多项式的待定系数。
（2）加权平均法该方法在使用搜索圆寻找附近数据点的方法上和移动拟合法相同，但加权平均法在计算待插值点的高程时，使用加权平均值代替误差方程求解出曲面函数。
8、区域内插中，叠置法的算法及实例？
认为在源区和目标区内数据是均匀分布的。
求解时，将目标区叠置到源区上，求出源区和目标区之间的交集。
目标区内各分区的数据按如下公式计算：
第四章地理信息系统空间数据库
1、空间数据库的特点？
空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：
（1）数据量特别大；
（2）不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系；
（3）数据应用范围相当广泛。
2、数据库中的数据组织一般可以分为哪些？
数据库中的数据组织一般可以分为四级：
数据项、记录、文件和数据库。
（1）数据项：
是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等。
（2）记录：
由若干相关联的数据项组成。
对大多数据库系统，记录是处理和存储信息的基本单位。
（3）文件：
文件是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的集合。
（4）数据库：
是比文件更大的数据组织。
数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。
数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。
3、数据库领域采用的传统数据模型有哪些？
70年代广泛流行的是网络数据模型和层次模型。
80年代以来，占主导地位的是关系数据模型。
4、空间数据库设计的步骤及其内容
数据库设计的典型步骤
①需求分析。
即用系统的观点分析与某一特定的数据库应用有关的数据集合。
②概念设计。
把用户的需求加以解释，并用概念模型表达出来。
概念模型实现从现实世界到信息世界的抽象，具有独立于具体的数据库实现的优点，因此是用户和数据库设计人员之间进行交流的语言。
③逻辑设计。
数据库逻辑设计的任务是：
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。
数据库的物理设计之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。
5、名词解释
对象：
一个对象是现实世界中一个客体的模型化。
它有惟一的名称标识，并且把自身的状态和功能封装在一起。
对象是对现实世界的一种高度的抽象概括形式。
任何一个空间客体都可以用对象表达，如表示一个行政区域的多边形对象、表示一条河流的弧段对象等。
消息：
是对象之间互相请求或相互协作的惟一途径。
如果消息属于同一对象，其中有些可由其他对象向它发送的，叫做公有消息。
另外一些则是由它自己向自身发关的，叫私有消息。
如多边形对象中要求计算周长等，可由外界对象发送给它，这就是公有消息。
如要求弧段分别计算出各自的长度，给这些弧段对象发送消息就是私有消息。
概括：
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。
如空间对象类归纳了多边形对象类和弧段对象类共有的一些空间特征，而互为子类和超类。
概括形成了子类和超类之间一种称为is-a（即是）的语义联系。
聚集：
反映了嵌套对象的概念，嵌套对象是由一些其他对象组成的，它是描述更高层次对象的一种形式。
如一个图层对象类是由多边形、弧段、点等对象类的聚集体。
图层对象就是嵌套对象、多边形对象类等与图层对象之间形成一种is-part-of（部分）的语义联系。
第五章空间分析的原理与方法
1、空间分析的概念
是基于空间数据的分析技术，它是以地球科学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间构成、空间演变等信息。
2、空间分析的主要方法有哪些，各自的含义及其用途
按照空间数据的形态可分为：
矢量数据空间分析、栅格数据空间分析
按照Goodchild提出的空间分析框架可分为：
产生式分析、查询式分析
3、基于矢量与栅格的空间叠合的方法原理与应用
基于矢量数据的空间叠合分析
根据叠合对象图形特征的不同，分为点与多边形的叠合（point-in-polygonoverlay）、线与多边形的叠合（line-in-polygonoverlay）和多边形与多边形的叠合（polygon-on-polygonoverlay）三种类型。
多边形与多边形的叠合分析是指将两个不同图层的多边形要素相叠合，产生输出层的新多边形要素，用以解决地理变量的多准则分析、区域多重图幅要素更新、相邻图幅拼接和区域信息提取等。
基于栅格数据的空间叠合分析
单元统计：
以栅格单元为单位来进行单元统计（CellStatistics）分析。
邻域统计：
邻域统计的计算是以待计算栅格为中心，向其周围扩展一定范围，基于这些扩展栅格数据进行统计函数运算，从而得到此栅格邻域范围内的数据统计值。
邻域统计通过窗口分析获得指定邻域的数据统计信息。
分类区统计：
分类区统计即以一个数据集为基础在它所包含的不同类别中对另一个被分类数据集进行统计。
用来作为基础进行分类的分类区就是分类区数据中拥有相同值的所有栅格单元，而不考虑他们是否邻近。
在此基础上对同一分类区所对应的被分类数据集进行统计，输出统计结果。
4、缓冲区分析的原理与应用
缓冲区分析是GIS的重要分析功能之一。
这一功能是基于对点、线或面等因素，按指定的条件，在其周围建立一定空间区域作为分析对象，这个区域称缓冲区。
缓冲区实际上是独立的多边区域，它的形态和位置与原来因素有关。
如图5-39中（a）为点的缓冲区，（b）为线的缓冲区，（c）为面的缓冲区。
缓冲区分析在GIS中用途较多。
例如，在林业规划中，为了防止水土流失，可建立一缓冲区，在该区域内森林不准砍伐。
又如，根据高速公路噪声引起污染的范围，可建立一缓冲区，在该区域内不建立居民区。
再如，为了防止废弃污染物对水源的影响，建立废弃污染范围的缓冲区，在该区域内不准有饮用水源经过等。
5、网络分析的方法与应用
网络分析是运筹学模型中的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好，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。
其基本思想则在于人类活动总是趋于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。
网络分析的应用：
路径选择;负荷估计;资源分配;时间和距离估算。
第六章GIS的应用模型
1、什么是GIS的应用模型
地理信息系统的应用模型，就是根据具体的应用目标和问题，借助于GIS自身的技术优势，使观念世界中形成的概念模型，具体化为信息世界中可操作的机理和过程。
这种模型的构建，不但是解决实际复杂问题的不要途径，而且也是GIS取得经济和社会效益的重要保证。
2、应用模型建模的步骤有哪些？
①明确分析的目的和评价准则
②准备分析数据
③空间分析操作
④结果分析
⑤解释、评价结果
⑥结果输出
3、基于GIS的道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算步骤
4、基于GIS的辅助建筑项目选址步骤
5、设计基于GIS的地球科学应用模型的具体步骤与方法
第七章地理信息系统的设计与评价
1、什么是原型法？
什么是生命周期法？
原型化设计法，就是根据用户提出的需求，由用户与开发人员共同商定其中重要和基本的开发目标，然后选择一个实验区，设计出初步方案，在较短时间内开发出一个能满足用户基本需求的初步原型或系统雏形，交用户试用，经过一段时间的运行后，根据用户意见对原型加以修改或扩充，产生一个新的原型版本，如此反复和迭代，最后形成一个比较完善和质量较高的应用型地理信息系统。
生命周期设计法，应用型地理信息系统的设计，大致可以分为四个主要阶段，即系统分析、系统设计、系统实施、系统运行与维护。
以上这四个阶段构成了系统的生命周期，如果系统设计按阶段进行，预先规定每一阶段的开发目标和任务，然后按照一定的准则顺序开发实施，这种方法被称为生命周期设计法。
2、应用型地理信息系统设计的步骤与内容？
（1）总体设计
1）用户需求：
阐明系统的用户构成、不同用户对系统的要求、系统应具备的功能等。
2）系统目标：
阐明该系统的应用目标，属于演示系统或运行系统、单机运行系统或分布式运行系统、事务处理系统或系统管理系统等。
3）总体结构：
根据系统功能的聚散程度和耦合程度，将系统化分为若干子系统或功能模块，构成系统总体结构图。
4）系统配置：
指系统运行的设备环境，包括计算机、存储设备、输入和输出设备以及网络等，并说明其型号、数量和内存等性能指标，画出硬件设备配置图。
系统配置的软件包括计算机系统软件、网络管理软件、地理信息系统基础软件、数据库管理系统软件、应用软件等，并说明其版本、数量和性能特点。
系统配置应遵循技术上稳定可靠、投资少、见效快、立足现在和顾及发展的原则。
5）数据库设计：
数据库是系统的核心组成部分，一个系统可以具备一个或多个数据库。
按信息内容，可将数据库分为基础数据库和专题数据库。
按数据类型，可将数据库分为空间数据库和属性数据库。
数据库设计要确定空间数据与属性数据的管理模式，集中式或分布式的建库方案，采用的数据结构类型和数据库管理系统以及数据分类等。
6）系统功能:
由于应用型地理信息系统集成了开发平台所提供的大部分功能，因此应用型地理信息系统功能设计的任务不在于解决基本功能，而在于解决用户所需要的特定功能。
因此，应用型地理信息系统的功能不同于开发平台的基本功能，具有自己的特殊性。
但是，应用系统的这些特殊功能主要应该依靠基础GIS提供的基本功能来开发和实现。
7）经费和管理:
由于系统开发是一项复杂的系统工程，为保证系统开发工作的顺利进行，必须拟定好系统开发计划、系统管理措施、投资经费概算以及最后应提交的成果等。
（2）详细设计
1）子系统设计:
子系统设计以对用户需求的进一步详细调查为依据，分别完成各个子
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