地理信息系统掌握要点集锦Word格式.docx
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将地球椭球面上的点映射到平面上的方法。
●高斯—克吕格投影：
横轴切椭圆柱等角投影，假想用一个椭圆柱横切于椭球面上投影带的中央子午线，按规定投影条件，将中央子午线两侧一定经差范围内的经纬线交点投影到椭圆柱上，并将此圆柱面展为平面，即得本投影
●横轴墨卡托投影：
等角正切圆柱投影，假设地球被围在一中空的圆柱里，其标准纬线与圆柱相切接触，然后再假想地球中心有一盏灯，把球面上的图形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开就得到一幅选定标准纬线上的“墨卡托投影”绘制出的地图
●兰勃特等角投影：
正轴等角割圆锥投影，设想用一个正圆锥割于球面两标准纬线，应用等角条件将地球面投影到圆锥面上，然后沿一母线展开，即为兰勃特投影平面。
2.地球表面、大地水准面及地球椭球体面之间的关系是什么？
（必考）
●地球表面极不规则，无法用数学表面进行描述
●大地水准面不规则性、相对唯一性
●地球椭球体面标准数学曲面
3.地图投影实质？
地图投影实质：
建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，Φ）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系
4.地图投影变形有哪几种？
将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。
●长度变形
●面积变形
●角度变形
5.地图投影方式的种类？
6.常用的地图投影方法有哪些？
有何特点？
●几何透视法是利用透视的关系，将地球体面上的点投影到投影面（借助的几何面）上的一种方法。
●数学解析法是在球面与投影面之间建立点与点的函数关系，通过数学的方法确定经纬线交点位置的一种投影方法。
第三章空间数据模型：
●地理空间实体：
是对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的结果
●对象模型：
也称作要素模型，将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中。
●场模型：
也称作域（field）模型，把地理空间中的现象当做连续的变量或体来看待，如空气中污染物的集中程度、地表的温度、土壤的适度等。
●网络模型：
在网络模型中，地物被抽象为节点、链等对象，同时要关注其间连通关系。
与对象模型的某些方面相同，都是描述不连续的地理现象；
不同之处在于它需要考虑通过路径连接多个地理现象之间的连通情况。
●拓扑关系：
指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系
●矢量数据模型：
这是一种产生于计算机地图制图的数据模型，适合于用对象模型抽象的地理空间对象。
●栅格数据模型：
采用面域或空域的枚举来直接描述空间实体，比较适宜于用场模型抽象的的空间对象。
●镶嵌（Tessellation）数据模型：
采用规则或不规则的小面块集合来逼近自然界不规则的地理单元，适合于用场模型抽象的地理现象。
●不规则三角网TIN：
采用不规则的三角网形成对地理空间的完整覆盖。
在TIN模型中，样点的位置控制着三角形的顶点，这些三角形尽可能接近等边。
2.理解空间数据的三个基本特征
●空间特征（定位数据）：
表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。
空间特征又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示。
●属性特征（非定位数据）：
表示实际现象或特征，例如变量、级别、数量特征和名称等等。
●时间特征（时间尺度）：
指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等等。
3.实体的空间类型有哪些？
点状实体，线状实体，面状实体，体状实体，实体类型组合
4.实体的空间关系有哪几种类型？
主要的拓扑关系有哪几种？
●拓扑空间关系
●顺序空间关系（方向空间关系）
●度量空间关系
基本拓扑关系
拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含
5.栅格数据模型的特点？
栅格数据模型采用面域或空域的枚举来直接描述空间实体，比较适用于场模型抽象的空间对象。
栅格可以用数字矩阵来表示，地理空间坐标隐含在矩阵的行列上。
在栅格数据模型中，点实体是一个栅格单元（cell）或像元，线实体由一串彼此相连的像元构成，面实体则由一系列相邻的像元构成，像元的大小是一致的。
每个像元对应于一个表示该实体属性的值。
若需要描述统一地理空间的不同属性，则按不同的属性将数据分层，每层描述一种属性。
栅格数据模型的一个优点是不同类型的空间数据层可以进行叠加操作，不需要经过复杂的几何计算。
但对于一些变换、运算，如比例尺变换、投影变换等则操作不太方便。
第四章空间数据结构：
1.GIS中基本数据结构有哪些？
如何理解？
矢量数据结构栅格数据结构矢栅一体化数据结构镶嵌数据结构三维数据结构
●空间数据结构是指对空间逻辑数据模型描述的数据组织关系和编排方式，对地理信息系统中数据存储、查询检索和应用分析等操作处理的效率有着至关重要的影响。
●同一种空间逻辑数据模型可以采用多种空间数据结构。
●空间数据结构的选择取决于数据的类型、性质和使用方式，应根据不同的任务目标，选择最有效和最合适的数据结构。
2.总结矢量数据和栅格数据在结构表达方面的特色。
栅格数据结构特点：
属性明显，位置隐含；
优点数据结构简单，便于空间分析和地表模拟，现势性较强；
缺点数据量大，投影转换比较复杂，图形数据质量低，地图输出不精美
矢量数据结构特点：
位置明显，属性隐含；
优点数据结构紧凑，冗余度低；
有利于网络和检索分析；
图形显示质量好精度高；
缺点数据结构复杂，多边形叠加分析比较困难，显示与绘图成本比较高
3.理解几种矢量数据编码方式（实体式、索引式、双重独立式、链状双重独立式）的特点、优缺点，其中拓扑数据模型与非拓扑数据模型有何优缺点？
●实体式:
空间数据按照基本的空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织，其中不含有拓扑关系信息。
●索引式、双重独立编码结构、链状双重独立编码结构共同特点：
点是相互独立的，点连成线，线构成面。
每条线始于起始结点，止于终止结点，并与左右多边形相邻接
●索引式:
采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息
●双重独立式:
该结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用顺序的两点以及相邻多边形来予以定义。
●链状双重独立式:
将若干直线段合为一个弧段，每个弧段可以有许多中间点。
●非拓扑表达模型
优点：
结构简单，存取速度快
缺点：
拓扑分析困难
●拓扑表达模型
拓扑分析容易
结构复杂，存取速度较慢
4.理解栅格代码确定的几种方法？
优点
缺点
基于像元
简单明了，便于数据扩充和修改
进行属性查询和面域边界提取时速度较慢
基于层
便于进行属性查询
重复存储每个像元的坐标，浪费存储空间
基于面域
便于面域边界提取
在不同层中像元的坐标要多次存储，浪费存储空间
5.理解栅格数据压缩编码的几种方式（直接编码、行程编码、链式编码）。
行程编码，是一种栅格数据无损压缩的重要方法，也是一种栅格数据结构
对于一幅栅格数据（或影像），常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。
6.栅格与矢量数据结构相比较各有什么特征？
属性明显、位置隐含
位置明显、属性隐含
矢量数据结构
1.数据结构紧凑、冗余度低
2.有利于网络和检索分析
3.图形显示质量好、精度高
1.数据结构复杂
2.多边形叠加分析比较困难
3.显示与绘图成本比较高
栅格数据结构
1．数据结构简单
2．便于空间分析和地表模拟
3．现势性较强
1．数据量大
2．投影转换比较复杂
3、图形数据质量低、地图输出不精美
7.什么是矢量化、栅格化？
矢量化:
计算机中显示的图形一般可以分为两大类——矢量图和位图。
矢量图使用直线和曲线来描述图形，这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等等，它们都是通过数学公式计算获得的。
栅格化:
把矢量转为位图的过程称之为栅格化。
第五章空间数据组织与管理
1.基本概念：
空间数据库、空间数据库引擎（SDE）、空间索引
●空间数据库：
又称地理数据库，是描述与特定空间位置有关的真实世界对象的数据集合。
●空间数据库引擎：
将空间图形数据也存放到大型关系数据库中管理的产品
●空间索引：
空间索引是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构
2.矢量数据的管理方式有哪些？
●文件管理
●文件-关系数据库混合管理
●全关系数据库管理
●对象-关系数据库管理
●面向对象数据库管理
3.栅格数据的管理方式有哪些？
●文件管理方式
●文件-数据库管理方式
●关系数据库管理
4.什么是数据组织中的纵向分层和横向分幅？
●纵向分层：
根据地图的某些特征,把空间数据分为若干个专题层,将不同类不同级的图元要素进行分层存放,每一层存放一种专题或一类信息。
●横向分幅：
分块组织是将某一区域的空间信息按照某种分块方式，分割成多个数据块；
将一幅地图划分为多个图幅，以文件或表的形式存放在不同的目录或数据库中。
第六章空间数据的采集与处理：
1.空间元数据的概念与作用？
●空间元数据——关于空间数据的描述性数据信息
空间元数据的作用：
●让GIS用户了解公共数据在覆盖范围、数据性质和数据现势性方面是否满足用户的特殊要求；
●向GIS用户说明了如何处理和解释空间数据；
●为需要了解更多信息的GIS用户提供了联系信息。
2.地图数字化的方法有哪几种？
（不准确）
扫描、栅格数据、矢量化、矢量文件、格式转换
第七章空间数据查询与空间度量：
1.理解空间数据查询的类型与查询内容？
类型：
属性查询、图形查询、空间属性联合
查询内容：
空间对象的属性、空间位置、空间分布、几何特征、以及和其他空间对象的空间关系
2.说明拓扑关系查询在地学分析中的意义？
●拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。
●有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。
如某县的邻接县，--面面相邻问题。
又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。
●根据拓扑关系可重建地理实体
第8章
8.1矢量数据分析：
1.什么是缓冲区分析？
缓冲区分析有哪些用途？
●缓冲区分析：
是对一个、一组或一类空间对象按照某一个缓冲距离建立其缓冲区多边形，然后将原始图层与缓冲区图层相叠加，进而分析两个图层上空间对象的关系的分析方法
●用途：
查询、空间分析（据学校一定距离内不能有游戏厅、都市规划中的河流一定范围内不能有建筑、道路拆迁估算、商业选址）中立区（抗议人群距政府的距离）
2.什么是地图叠加？
地图叠加的类型有哪些？
地图叠加的操作类型主要有哪几种？
●地图叠加：
把两幅或多幅地图进行叠加以生成新的地图的操作
要素类型（点与多边型叠加、线与多边型叠加、多边形与多边型叠加）
●操作类型：
联合、相交、层叠加
破碎多边形处理（在地图叠加过程中，沿着两个输入地图的共同边界出现的极小多边形。
）
融合、裁剪、合并
8.2栅格数据分析：
1.栅格数据分析有哪些类型？
他们的特点？
●局部运算
栅格数据分析中的单个单元运算。
对应栅格单元运算。
不涉及位置运算。
不受邻域单元影响。
产生新的栅格地图。
●领域运算
涉及一个中心点单元和一组环绕其单元的栅格数据分析技术。
邻域运算要素（中心点、邻域大小与类型、邻域运算函数）。
邻域运算一般在单个图层上进行。
通过所确定的邻域类型扫描整个格网。
●分区运算
以一个输入栅格图层中定义的区域为单位，对另一个输入栅格图层表示的地理数据作某种数学或统计计算，表达各区域内某种地理实体分布的数量特征。
●全局运算
输出栅格图层的每一个单元格的计算涉及输入栅格图层全部单元格的函数。
全局运算的一个典型应用是距离的量算。
2.理解栅格数据分析的距离量算？
3.试分析栅格数据在GIS空间分析中的优点与局限性。
●同矢量数据多边形叠置分析相比，栅格数据的更易处理，简单而有效，不存在破碎多边形的问题等优点，使得栅格数据的叠置分析在各类领域应用极为广泛。
●栅格数据由于其自身的“属性明显，位置隐含”独特特点，并且将地图代数的方法在栅格数据上的独到应用，利用了图数一体的栅格数据优点，充分发挥栅格图的平面点集位数据蕴含了全部拓扑数据和几何数据这一特点，弥补了矢量数据在数据维护、更新等的缺陷，自动并且自适应地组织和输入图论的各种方法所需要的数据。
8.3网络分析：
1.网络分析的概念？
关于网络的图论分析、最优化分析以及动力学分析的总称。
网络分析是对网络中所有传输的数据进行检测、分析、诊断，帮助用户排除网络事故，规避安全风险，提高网络性能，增大网络可用性价值。
是通过模拟、分析网络的状态以及资源在网络上流动和分配等，研究网络结构、流动效率及网络资源等的优化问题的一种方法。
网络分析一般包含以下分析情况：
快速查找和排除网络故障；
找到网络瓶颈提升网络性能；
发现和解决各种网络异常危机，提高安全性；
管理资源，统计和记录每个节点的流量与带宽；
规范网络，查看各种应用，服务，主机的连接，监视网络活动；
分析各种网络协议，管理网络应用质量；
在实际当中，网络分析更多的是解决“网络故障”，“网络性能”，“网络安全”。
对地理网络（如交通网络）、城市基础设施网络（如电信线、电力线、给水线等）进行地理分析和模型化，是网络分析的主要目的，其根本目标就是研究、筹划一项网络工程如何安排、并使其运行效果最好。
一个网络中最基本的组成部分包括：
链（Link）：
网络中流动的管线，如电线。
障碍（Barrier）：
禁止网络中链上流动的点，如刀闸。
拐角点（Turn）：
出现在网络链中所有分割点上，如电阻。
中心（Center）：
接受或分配资源的位置，如电站。
站点（Stop）：
在路径选择中资源增减的站点，如电厂。
2.理解网络分析的路径分析、定位与资源分配等？
（1）路径分析
静态最佳路径：
给定每条链上的属性后，求两点间的最佳路径。
动态最佳路径：
网络中每条链上的属性是动态变化的，且可能出现一些障碍点，需要动态求最佳路径。
N条最佳路径：
求出代价较小的N条路径，以供选择。
最短路径：
确定起点、终点以及所要经过的中间点、中间线，求最短路径。
动态分段：
将网络中的链根据其属性将特征相近的连线分段。
分段是动态进行的，因为它与当前连线的属性相对应，如果属性改变了，动态分段将创建一组新的分段。
如按公里数将一条道路分段。
（2）地址匹配
地址匹配实质是对地理位置的查询，它涉及到地址的编码。
地址匹配与其它网络分析功能结合起来，可以满足实际工作中非常复杂的分析要求。
所需输入的数据，包括地址表和含地址范围的街道网络及待查询地址的属性值。
这种查询也经常用于公用事业管理，事故分析等方面，如邮政、通讯、供水、供电、治安、消防、医疗等领域。
（3）最佳选址
选址功能是指在一定约束条件下、在某一指定区域内选择设施的最佳位置，它本质上是资源分配分析的延伸。
例如连锁超市、邮筒、消防站、飞机场、仓库等的最佳位置的确定。
在网络分析中的选址问题一般限定设施必须位于某个节点或某条链上，或者限定在若干候选地点中选择位置。
（4）资源分配
是将地理网络的边或网络结点，按照中心的供应量及网络边和网络结点的需求量，分配给一个中心的过程。
有两种分配方式：
一是由分配中心向四周输出；
另一种是从四周向分配中心集中。
资源分配的应用包括消防站点的分布和求援区划分、学校选址、停水/停电对区域的社会和经济的影响等。
8.4地形分析：
1.DTM、DEM、DTA的概念？
●DTM（DigitalTerrainModel）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。
DTM是栅格数据模型的一种。
它与图像的栅格表示形式的区别主要是：
图像是用一个点代表整个像元的属性，而在DTM中，格网的点只表示点的属性，点与点之间的属性可以通过内插计算获得。
●DEM（DigitalElevationModel）数字高程模型：
数字地形模型中的地形属性为高程时称为数字高程模型，是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。
DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。
●DTA（DigitalTerrainAnalysis）数字地形分析：
是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。
内容包括地形因子提取（坡度、坡向、平面曲率、坡面曲率、地形起伏度、粗糙度、切割深度等）和特征地形要素提取（地形特征点、线、面，山顶点、脊点、谷点、鞍点，水系、山脊线、谷底线，流域、视域）
2.数字高程模型的表示方法有哪些？
各自的特点？
常用算法是规则格网模型，等高线模型和不规则三角网模型。
●规则网格模型：
是把DEM表示成高程矩阵，此时，DEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。
●等高线模型：
等高线通常被存储成一个有序的坐标点序列，可以认为是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。
由于等高线模型只表达区域的部分高程值，所以需要一种插值方法来计算落在等高线以外的其他点的高程。
●不规则三角网模型（TIN）：
利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点（各三角形的顶点）连接成相互连续的三角面。
TIN可根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置，能充分表示地形特征点和线，从而减少了地形较平坦地区的数据冗余。
3.理解常见的几种基于DEM的可视化分析（剖面分析、通视分析等）？
基于DEM的流域分析流程：
4.简述地形分析的内容？
数字地形模型的概念
数字地形分析：
地形因子计算、地形剖面线计算、通视分析、流域分析
（1）地形剖面线表现的是在地表从一个点出发到另一个点沿途的地形变化情况。
通常以横坐标表示平面上的距离，纵坐标表示地形的高度。
剖面线可以提供地貌形态、通视性等方面的地形特征信息。
剖面线的计算可以通过已知的DEM进行，主要是运用插值算法，在剖面上的两点间插值出相应的高程数据。
（2）通视分析是指以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形分析。
通视问题可以分为五类：
1）已知一个或一组观察点，找出某一地形的可见区域。
2）欲观察到某一区域的全部地形表面，计算最少观察点数量。
3）在观察点数量一定的前提下，计算能获得的最大观察区域。
4）以最小代价建造观察塔，要求全部区域可见。
5）在给定建造代价的前提下，求最大可见区。
通视分析的实现可以借助上述的地形剖面线来完成，在任意两点间先生成一条剖面线，再在两点间形成一条直线，判断直线与剖面线是否有交点：
若有交点则两点不通视；
若没有交点，在判断两点高程是否高于剖面线的高程：
若高于则两点通视，否则不通视。
（3）在格网DEM实现流域地形分析，需要顺序执行如下步骤：
1）DEM洼地填充
填充洼地最常用的方法是之一是把其单元值加高至周围的最低单元值。
——无洼地DEM
2）水流方向确定（flowdirection）
水流方向是指水流离开格网时的流向。
——水流方向矩阵
3）水流累积矩阵生成（flowaccumulation）
水流累积矩阵是指流向该格网的所有的上游格网单元的水流累计量（将格网单元看作是等权的，以格网单元的数量或面积计），它是基于水流方向确定的，是流域划分的基础。
——流水累计矩阵
无洼地DEM、水流方向矩阵、流水累计矩阵是DEM流域分析的三个基础矩阵。
4）流域网络提取（streamnetworks）
流域网络是在水流累计矩阵基础上形成，它是通过所设定的阈值，即沿水流方向将高于此阈值的格网连接起来，从而形成流域网络。
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