GIS等级考试知识集锦Word文档格式.docx
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数据存储和数据库管理涉及地理元素（表示地表物体的点、线、面）的位置、连接关系及属性数据如何构造和组织等。
用于组织数据库的计算机系统称为数据库管理系统（DBMS）。
空间数据库的操作包括数据格式的选择和转换、数据的连接、查询、提取等。
（3）数据分析与处理：
指对单幅或多幅图件及其属性数据进行分析运算和指标量测，在这种操作中，以一幅或多幅图作为输入，而分析计算结果则以一幅或多幅新生成的图件表示，在空间定位上仍与输入的图件一致，故可称为函数转换、空间函数转换可分为基于点或象元的空间函数，如基于象元的算术运算、逻辑运算或繁类分析等；
基于区域、图斑或图例单位的空间函数，如叠加分类、区域形状量测等；
基于邻域的空间函数．如象元连通性、扩散、最短路径搜索等。
量测包括对面积、长度、体积、空间方位、空间变化等指标的计算。
函数转换还包括错误改正、格式变性和预处理。
（4）数据输出与表示模块：
输出与表示是指将地理信息系统内的原始数据或经过系统分析、转换、重新组织的数据以某种用户可以理解的方式提交给用户如以地图、表格、数字或曲线的形式表示于某种介质上，或采用CRT（CathodeRayTub）显示器、胶片拷贝、点阵打印机、笔式绘图仪等输出，也可以将结果数据记录于磁存贮介质设备或通过通讯线路传输到用户的其他计算机系统。
（5）用户接口模块：
该模块用于接收用户的指令、程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。
系统通过菜单方式或解释命令方式接收用户的输入。
由于地理信息系统功能复杂，且用户又往往为非计算机专业人员，用户界面是地理信息系统应用的重要组成部分，它通过菜单技术、用户询问语言的设置，还可采用人工智能的自然语言处理技术与图形界面等技术，提供多窗口和鼠标选择菜单等控制功能，为用户发出操作指令提供方便。
该模块还随时向用户提供系统运行信息和系统操作帮助信息，这就使地理信息系统成为人机交互的开放式系统。
3）空间数据：
1、某个已知坐标系中的位置。
2、实体间的空间相关性。
3、与几何位置无关的属性。
应用人员：
GIS应用人员包括系统开发人员和GIS技术的最终用户，他们的业务素质和专业知识是GIS工程及其应用成败的关键。
GIS的发展：
1、地理信息系统的开拓期（60年代）
2、地理信息系统的巩固发展期（70年代）
3、地理信息系统技术大发展时期（80年代）
4、地理信息系统的应用普及时代（90年代）
地图强调的是数据分析、符号化与显示，而地理信息系统则注重于信息分析。
GPS在GIS中的应用常常分为两种情况：
一是直接用GPS技术对GIS的空间数据作实时更新和采集；
二是把GPS接收机的实时差分定位技术与GIS的电子地图相结合，组合成各种电子导航系统
GIS软件类型和分类：
1、实用型地理信息系统或者称为面向项目的信息系统。
2工具型地理信息系统或者称为面向管理的地理信息系统。
GIS应用领域：
但GIS的应用已经涵盖了国土、地矿、环保、城建、能源、国防、军事、航天等应用领域，而在与普通大众息息相关的公共设施管理、道路交通、电力供应、资源管理、城市规划、政府决策、大众服务等方面更发挥着越来越大的作用。
GIS发展状况：
2008年我国地理信息产业产值已达到500亿元，地理信息产业从业人员超过３０万，相关企事业单位超过１万家，从事GIS教育的院校和相关单位有200所，每年毕业的学生近万人。
我国已经形成了从大型基础平台软件到各类应用软件的全系列地理信息系统软件产品。
苦难和挑战：
1）数据采集的依赖，
在遥感数据方面，我国目前使用的卫星遥感数据90%以上来自美国、法国、加拿大等国家。
2）大众化应用依然处于初级阶段
3）企业规模较小，企业与企业之间缺少交流，没有形成协作氛围。
知名软件：
美国环境研究所（ESRI）的ArcGIS、MIS公司的MapInfo。
中地公司的MapGIS、吉奥公司的GeoStar和超图公司的SuperMAP。
MapInfo：
是1986年美国纽约州Troy市新成立的一家地理信息系统专业软件公司开发定位的桌面地图系统，地图可视化方面拥有全球较大量的用户群。
MapInfo是一个界于CAD与GIS之间的系统，主要功能偏向于桌面可视化与数据管理，缺乏GIS拓扑分析与管理能力，而且图形处理能力稍差。
MapInfo软件MapInfo主要功能：
计算机地图制图－输入、编辑、输出，接受和输出其它图形系统的数据（DXF格式）。
ArcGIS是美国环境系统研究所（ESRI公司）开发具有代表性的产品，ESRI公司成立于1969年。
产品将近四十年历史，功能强大，产品在国际影响较大、产品在世界上占有较强的份额。
ArcGIS按组织机构部署配置需求分为：
ArcView,ArcEditor,ArcInfo,ArcSDE,ArcIMS,和ArcGISServer。
ArcGIS主要功能有：
创建、管理、集成、分析、显示和传播空间数据和地理处理服务。
还具有强大的可视化、编辑、分析和数据管理功能，使ArcGIS软件家族成为GIS软件的领先者。
标准化：
国际地理信息标准化工作大体可分为两部分。
一是以已经发布实施的信息技术（IT）标准为基础，直接引用或者经过修编采用；
二是研制地理空间数据标准，包括数据定义、数据描述、数据处理等方面的标准。
元数据可以从以下七个方面对空间数据进行描述：
（1．1）标识（Indentification）：
包括数据名称，开发者，数据描述的区域，专题，现势性，对数据使用的限制等；
（1．2）数据质量（DataQuality）：
数据质量的定义，数据精度，完整性，一致性，产生该数据的原始数据以及处理过程；
（1．3）空间数据组织（SpatialDataOrganization）：
数字编码的空间数据组织方式，空间实体的数目，除空间坐标外其他的属性；
（1．4）空间参照（SpatialReference）：
数据采用的地图投影，存储格式（矢量还是栅格），水平与垂直的地球参照系，从一种坐标系统转换到另一种坐标系统的方法；
（1．5）实体和属性信息（Entity&
AttributeInformation）：
数据中包括的地理信息，信息的编码方式，编码的意义描述；
（1．6）分发（Distribution）：
如何得到数据，数据的格式，存储介质，价格等等；
（1．7）元数据参考信息（MetadataReference）：
该数据何时完成，由谁完成等信息。
基础知识：
一坐标系统
1、地面点的平面位置根据实际情况，可以选用地理坐标、平面直角坐标、高斯平面直角、地心坐标等系统表示。
地理坐标就是用经纬度表示地面点位的球面坐标。
地心坐标系是以参考椭圆体为根据的坐标系，是以地球质心为坐标原点的三维坐标系。
WGS-84世界大地坐标系就是一种地心坐标系。
2000国家大地坐标系参数：
◆原点：
包括海洋和大气的整个地球的质量中心
◆三个坐标轴的指向：
Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。
采用广义相对论意义下的尺度。
◆地球椭球的4个基本参数定义：
2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：
长半轴a＝6378137m扁率f=1/298.257222101
地心引力常数GM＝3.986004418×
1014m3s-2
自转角速度ω＝7.292l15×
10-5rads-12000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8—10年。
现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；
2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000国家大地坐标系。
2、地图比例尺：
地图上沿某方向的微分线段和地面上相应微分线段水平长度之比。
比例尺有多种表示方法，如：
数字比例尺，文字比例尺，直线比例尺等，我们最常见的是数字比例尺，数字比例尺是指用阿拉伯数字形式表示的比例尺。
我国基本比例尺地形图有1：
1万、1：
2.5万、1：
5万、1：
10万、1：
25万、1：
50万和1：
100万七种。
作用：
比例尺赋予了地图可量测计算的性质，为地图使用者提供了明确的空间尺度概念。
比例尺还隐含着对地图精度和详细程度的描述。
分幅标准：
我国1∶100万地形图分幅是采用国际标准分幅的经差6°
、纬差4°
为一幅图。
以百万分之一地图为基础直接划分。
一幅百万分之一地形图划分四幅1：
50万地形图，每幅为经差3o，纬差2o；
一幅百万分之一地图划分为16幅1：
25万地形图，每幅为经差1o，纬差40’；
一幅百万分之一地图划分144幅1:
10万地形图，每幅为经差30’，纬差20’。
每幅大于1：
10万比例尺的地形图，则以1：
10万图为基础进行逐级划分，一幅1：
10万地形图划分四幅1：
5万地形图；
一幅1：
5万地形图划分为四幅1：
2.5万地形图。
在1：
10万图的基础上划分为64幅1：
1万地形图；
1万地形图又划分为4幅1：
5000地形图。
对于1：
5000以上的大比例尺地形图，大多按纵横坐标格网线进行等间距分幅，即采用矩形分幅方法。
我国的旧标准编号也是采用国际标准。
从赤道起向北或向南至纬度88°
止，按纬差每4°
划作22个横列，依次用A、B、„„、V表示；
从经度180°
起向东按经差每6°
划作一纵行，全球共划分为60纵行，依次用1、2、„„、60表示。
每幅图的编号由该图幅所在的“列号——行号”组成，一般来讲，把列数的字母写在前，行数的数字写在后，中间用一条短横线连接。
例如，北京某地的经度为116°
26′08″、纬度为39°
55′20″，所在1∶100万地形图的编号为J-50。
2）我国1∶100万比例尺地形图的新标准编号1∶100万图幅的编号，由图幅所在的“行号列号”组成。
与国际编号基本相同，除了去除行号与列号之间的短横线，改为连写外，没有任何变化。
如北京所在1∶100万地形图的图号由J-50改写为J50。
3）1∶50万、1∶25万、1∶10万比例尺地形图的旧标准编号
这三种例尺地形图都是在1∶100万地形图的旧标准编号的基础上进行分幅编号的。
一幅1∶100万的图可划分出为4幅1∶50万的图，分别以代码A、B、C、D表示。
将1∶100万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，例1∶50万图幅的编号为J-50-A。
一幅1∶100万的图可划分出16幅1∶25万的图，分别用[1]、[2]、„„、[16]代码表示。
将1∶100万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，例1∶25万图幅的编号为J-50-[1]。
一幅1∶100万的图，可划分出144幅1∶10万的图，分别用1、2、„„、144代码表示。
将1∶100万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，例1∶10万图幅的编号为J-50-1。
4）1：
1万地形图的旧标准编号以1：
10万地形图的编号为基础，将一幅1：
10万地图划分四幅1：
5万地图，分别用甲、乙、丙、丁表示，其编号是在1：
10万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-32-甲。
再将一幅1：
5万地图划分四幅1：
2.5万地形图，分别用1、2、3、4表示，其编号是在1：
5万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-32-甲-1。
1：
1万地形图的编号，是以一幅1：
10万地形图划分为64幅1：
1万地形图，分别以带括号的
（1）—（64）表示，其编号是在1：
10万图号后加上1：
1万地图的序号，如J-50-32-（10）。
1万地形图划分为4幅1：
5000地形图，分别用小写拉丁字母a、b、c、d表示，其编号是在1：
1万图号后加上它本身的序号，如J-50-32-（10）-a。
5）1∶50万至1∶5000图幅的新标准编号各大中比例尺地形图的图号均由五个元素10位码构成。
从左向右，第一元素1位码，为1：
100万图幅行号字符码；
第二元素2位码，为1：
100万图幅列号数字码；
第三元素1位码，为编号地形图相应比例尺的字符代码；
第四元素3位码，为编号地形图图幅行号数字码；
第五元素3位码，为编号地形图图幅列号数字码；
各元素均连写，没有横线隔开。
例如：
J50B001001。
（三）地图投影：
地图投影，就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转化到平面上，使地理点的地理坐标（φ，λ）与地图上相对应的平面坐标（x，y）或者极坐标（δ，ρ）间，建立一一对应的函数关系。
（一）按构成方法分类：
1、几何投影：
这种投影方法是把椭球面上的经纬线网投影到几何面上，然后将几何面展为平面而得到。
（1）圆柱投影：
以圆柱面作为投影面，使圆柱面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆柱面上，然后将圆柱面展为平面而成。
（2）方位投影：
以平面作为投影面，使平面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到平面上而成。
（3）圆锥投影：
以圆锥面作为投影面，使圆锥面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆锥面上，然后将圆锥面展为平面而成。
2、非几何投影：
不借助几何面，根据某些条件用数学解析法确定球面与平面之间点与点的函数关系。
（二）按变形性质分类：
（1）等角投影：
角度变形为零。
同一方向长度比相同。
定义为任何点上二微分线段组成的角度投影前后保持不变，亦即投影应的微分面积保持图形相似，故可称为正形投影。
（2）等积投影：
面积变形为零。
定义为某一微分面积投影前后保持相等，亦即其面积比为1，即在投影平面上任意一块面积与椭球面上相应的面积相等，即面积变形等于零。
（3）等距投影：
在任意投影上，长度、面积和角度都有变形，它既不等角又不等积。
但是在任意投影中，有一种比较常见的等距投影，定义为沿某一特定方向的距离，投影前后保持不变，即沿着该特定方向长度比为1。
投影选择的影响因素：
选择制图投影时，主要要考虑以下因素：
制图区域的范围、形状和地理位置，地图的用途、出版方式及其他特殊要求等，其中制图区域的范围、形状和地理位置是主要因素
高斯克吕格投影：
根据地图投影的分类和用途，有多种投影方式。
不同的国家、不同的区域甚至同一区域不同用途的地图，它所采用的投影方式就不相同。
我国现行地图中，常采用的投影方式有高斯克吕格投影、墨卡托投影、兰伯特投影，省区图多采用墨卡托投影，1：
100万的地形图多采用兰伯特投影，1:
1万至1:
50万的地形图多采用高斯－克吕格投影。
高斯－克吕格投影概念：
我们假想用一个圆柱体横套在地球椭球体上，并使圆柱体与椭球体的某一经线相切，圆柱体的中心轴位于赤道上，按等角条件将地球椭球体表面投影到圆柱体上，然后将圆柱体展开成平面。
高斯克吕格投影的中央经线和赤道为互相垂直的直线，其他经线均为凹向并对称于中央经线的曲线，其他纬线均为以赤道为对称轴的向两极弯曲的曲线，经纬线成直角相交。
高斯－克吕格投影的特征
（1）中央经线和地球赤道投影成为直线，且为投影的对称轴；
（2）是等角投影，经线和纬线投影后仍正交。
（3）中央经线上没有长度变形，而在其它经线上，纬度越低，变形越大，赤道处最大；
（4）变形特征：
在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；
在同一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快。
在6度带范围内，长度最大变形不超过0.14%。
投影带的划分：
我国常采用6°
分带法和3°
分带法。
我国规定1：
50万比例尺地形图，均采用高斯克吕格投影。
1：
2.5万至1：
50万的地形图，采用经差6°
分带方案，全球共分为60个投影带；
我国位于东经72°
到136°
间，共含11个投影带；
大于或等于1:
1万地图采用经差3°
空间数据库：
空间数据库是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合。
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，地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往很大。
2）不仅有地理要素的属性数据（与一般数据库中的数据性质相似），还有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。
3）数据应用广泛，例如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等。
数据结构：
数据结构即数据组织的形式，是适合于计算机存贮、管理、处理的数据逻辑结构。
换句话说，是指数据以什么形式在计算机中存贮和处理。
在地理信息系统的空间数据结构中，有栅格结构和矢量结构两种方式。
栅格结构的编码方式主要有直接栅格编码、链码、游程长度编码、块码、四叉树码等；
矢量结构主要有坐标序列编码、树状索引编码和二元拓扑编码等编码方法。
空间数据结构的选择对GIS的设计和建立起着非常关键的作用。
空间数据类型：
根据空间数据的特征，可以把空间数据归纳为三类：
1）属性数据2）几何数据3）关系数据。
此外，还有元数据，它是描述数据的数据。
栅格结构的显著特点是：
属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标给出。
这种结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观。
栅格结构表示的地表是不连续的，是量化和近似离散的数据。
在栅格结构中，地表被分成相互邻接、规则排列的矩形方块（特殊的情况下也可以是三角形或菱形、六边形等），每个地块与一个栅格单元相对应。
栅格数据的获取方式：
遥感影像、矢量数据的转换、手工采集、扫面数据。
栅格系统的确定：
栅格系统的确定包括栅格坐标系的确定和栅格单元尺寸的确定。
1、栅格坐标系的确定坐标系的确定实质是坐标系原点和坐标轴的确定。
栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。
2、栅格单元的尺寸栅格单元的尺寸确定的原则是应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。
格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。
一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大，按分辨率的平方指数增加，计算机成本就越高，处理速度越慢。
具体可采用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸的方法。
栅格单元代码（属性值）的方式的确定：
中心点法，面积占优法，重要性法，长度占优法。
矢量数据结构：
地理信息系统中另一种最常见的图形数据结构为矢量结构，即通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积
的精确定义。
1）矢量数据结构编码的基本内容：
1、点实体点实体包括由单独一对x，y坐标定位的一切地理或制图实体。
在矢量数据结构中，除点实体的x，y坐标外还应存储其它一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、制图符号和显示要求等。
2、线实体可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对以上的x，y坐标定义。
最简单的线实体只存储它的起止点坐标、属性、显示符等有关数据。
其中唯一标识是系统排列序号。
线标识码可以标识线的类型；
起始点和终止点可以用点号或直接用坐标表示；
显示信息是显示线的文本或符号等；
与线相联的非几何属性可以直接存储于线文件中，也可单独存储，而由标识码联接查找。
3、面实体
多边形（有时称为区域）数据是描述地理空间信息的最重要的一类数据。
在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等；
具有标量属性的有时也用等值线描述（如地形、降雨量等）。
多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作，由于要表达的信息十分丰富，基于多边形的运算多而复杂，因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多。
2）矢量数据结构编码的方式
矢量数据结构的编码形式，按照其功能和方法可分为：
实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式。
1、实体式
实体式数据结构是指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。
按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化。
但这种方法也有以下明显缺点：
（1）相邻多边形的公共边界要数字化两遍，造成数据冗余存储，可能导致输出的公共边界出现间隙或重叠；
（2）缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系；
（3）岛只作为一个单个图形，没有建立与外界多边形的联系。
2、索引式
索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，具体方法是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，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。
栅格数据和矢量数据比较：
栅格数据
1.数据存储量大
2.空间位置精度低
3.不易实现拓扑和网络分析
4.输出速度快，但绘图粗糙、不美观
5.便于面状数据处理
6.数错误！
未指定文件名。
构简单
7.快速获取大量数据
8.图形运算简单、低效
9.多种地图叠合分析方便
10.能直接处理数字图像信息
11.空间分析易于进行
12.与遥感影像格式一致或接近
13.技术开发费用低
矢量数据
1.数据存储量小
2.空间位置精度高
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