GIS复习.docx

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GIS复习

第一章绪论

地理信息系统：

是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表面层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

（1）计算机化的技术系统；

（2）以空间数据为操作对象；

（3）优势：

空间数据的表达、分析和实现地理空间过程的模拟预测；

（4）集多学科于一体的边缘学科

1、数据：

是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。

数据用以载荷信息的物理符号，数据本身并没有意义。

2、信息：

是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。

3、信息与数据的区别

信息与数据是不可分离的。

信息由与物理介质有关的数据表达，数据种所包含的意义就是信息；数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。

4、信息的特征：

具有客观性、实（适）用性、传输性、共享性

5、地理信息的特征

（1）空间分布性（空间自相关性）：

具有空间定位的特点，先定位后定性，并在区域上表现出分布特点；

（2）数据量大：

区域大、动态变化、类型多；

（3）信息载体的多样性：

地理实体、文字、数字、地图、影像、符号、纸质、磁带、光盘…

（4）时间和空间不可分割：

任何地理数据都是在特定的区域某个时间点（段）上的特征。

6、信息系统：

是具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。

由计算机硬件、软件、数据、用户组成。

7、地理空间数据：

是GIS最重要的组成部分，指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。

GIS通过数据管理系统将空间数据和其他的数据（属性数据）连接,并且用于组织、维护和管理数据.。

地理空间数据包括：

定位、拓扑关系、（定性）属性。

8、山庄选址：

面积为50-80亩---空间查询选择

不能选在有耕地、园地内---空间查询选择

坡度小于15度，高程在以下1930—DEM+选择

距离水源地在300米以内--空间缓冲叠加分析

第二章空间信息基础

1、地球椭球体模型：

是以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型。

2、地理空间坐标系的建立

建立地理空间坐标系，主要的目的是确定地面点的位置。

也就是求出地面点对大地水准面的关系，它包括地面点在大地水准面上的平面位置和地面点到大地水准面的高度。

确定地面点的位置，最直截了当的方法就是用地理坐标（纬度、经度）来表示。

3、地图投影：

为什么要进行投影？

（1）将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影

（2）地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算

（3）地球椭球体为不可展曲面

（4）地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析.

4、地图投影：

GIS中地图投影

（1）GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。

（2）GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。

（3）GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影.

5、地图对地理世界的描述

在地图学上，把地理空间的实体分为点、线、面三种要素，分别用点状、线状、面状符号来表示。

点状要素:

是指那些占面积较小，不按比例尺表示，又要定位的事物。

线状要素:

对于地面上呈线状或带状的事物如交通线、河流、境界线、构造线等，在地图上，均用线状符号来表示。

面状要素:

面状分布的地理事物很多，其分布状况并不一样，有连续分布的，如气温、土壤等，有不连续分布的，如森林、油田、农作物等；它们所具有的特征也不尽相同，有的是性质上的差别，如不同类型的土壤，有的是数量上的差异，如气温的高低等。

6、拓扑关系：

把满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。

即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接关联和包含等关系称之为拓扑关系。

7、地理信息数字化描述方法

栅格数据结构：

计算机对地理实体的显式描述也称栅格数据结构。

矢量数据结构：

计算机对地理实体的隐式描述也称矢量数据结构。

栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式。

8、地理数据一般具有三个基本特征：

空间特征、属性特征、时间特征

9、拓扑关系：

邻接：

N1/N2,N1/N3,N1/N4;P1/P3;P2/P3

关联：

N1/е1、е3、е6；P1/е1、е5、е6

包含：

P3与P4

10、拓扑关系的种类：

A、邻接关系:

空间图形中同类元素之间的拓扑关系。

例如多边形之间的邻接关系，P2/P3，P1/P2，如结点之间的邻接关系A与D，C与D等。

B、关联关系:

　空间图形中不同元素之间的拓扑关系。

例如结点与弧段的关联关系A与e、a、c；多边形与弧段的关联关系P2与e、c、f。

C、包含关系:

空间图形中同类但不同级元素之间的拓扑关系。

例如多边形P1中包含有多边形P4。

11、元数据：

一般都认为元数据就是“关于数据的数据”。

1）常见的元数据：

图书馆卡片、磁盘的标签、地图的制图元素（图名、图例、比例尺、制图单位、制图时间等）等；

2）元数据的内容：

对数据集的描述、数据质量的描述、数据处理信息的说明、数据转换方法的描述、数据更新、集成等说明。

12、元数据的作用：

（--即：

帮助用户理解和使用数据）

（1）帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档

（2）提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据

（3）提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息

（4）帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断

（5）提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据.

13、元数据的内容

对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明

对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等

对数据处理信息的说明，如量纲的转换等

数据转换方法的描述

对数据库的更新、集成方法等的说明.

14、元数据的性质：

元数据是关于数据的描述性数据信息，它应尽可能多地反映数据集自身的特征规律，以便于用户对数据集的准确、高效与充分地开发与利用。

15、空间数据元数据的概念

空间数据用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置、属性及其边界的信息；空间数据元数据指对这些空间数据的描述和说明。

16、为什么在地理信息系统中使用元数据

（1）完整性

（2）可扩展性

（3）特殊化

（4）安全性

（5）差错功能

（6）浏览功能

（7）程序生成

空间数据元数据的应用:

帮助用户获取数据：

理解和使用数据

空间数据质量控制：

约束机制、过程监控

在数据集成中的应用：

数据整合、集成使用

数据存储和功能实现：

减少数据冗余、提高效率

思考与练习

1、说说地理空间模型是怎样建立的？

2、GIS中为什么要考虑地图投影？

3、地理空间实体的三要素是什么？

它们之间的关系是怎样的？

4、空间数据的基本特征有哪些？

地理信息的数字化描述方法有哪些？

第三章空间数据结构

一、栅格数据

1、栅格数据:

栅格数据结构，又称为网格结构或像元结构。

实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置。

（通过灰度值来表示属性信息）

2、栅格数据的特点

（1）离散的量化栅格值表示空间对象。

（2）属性明显，定位隐含。

（3）数据结构简单，易于扩充、修改，特别易于与遥感数据结合，但数据量大。

（4）适合于高级语言作文件或矩阵处理。

（5）存在几何和属性误差。

3.、栅格数据的压缩编码方式：

链式编码、游程长度编码、块状编码、四叉树编码。

4、栅格数据的各种压缩编码方式的比较

（1）直接栅格编码：

简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）；

（2）链码：

压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；

（3）游程长度编码：

在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用；

（4）块码和四叉树编码：

具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。

5、提高栅格数据精度的途径：

（1）.细化栅格像元

（2）提高栅格像元分辨率

6、在转换和重采样时，需要可能保持原图或原始数据精度。

有两种方法：

①尽量准确的确定栅格属性；②提高精度。

二、矢量数据

1、矢量数据存储是用ID号存储（通过坐标点对实现空间信息）

2、矢量数据的优点：

（1）数据结构简单，直观，便于用户接受；

（2）便于系统的维护和更新。

3、矢量数据结构的特点

（1）用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含。

（2）用拓扑关系描述空间对象之间的关系。

（3）面向目标操作，精度高，数据冗余度小。

（4）与遥感等图象数据难以结合。

（5）输出图形质量好，精度高。

4、矢量数据结构编码的方法：

实体式、索引式、双重独立式、链状双重独立式。

两种数据结构的比较

1、栅格数据结构：

优点：

1.数据结构简单；

2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；

3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；

4.输出方法快速，成本比较低廉。

缺点：

1.图形数据量大；

2.投影转换比较困难；

3.栅格地图的图形质量相对较低；

4.现象识别的效果不如矢量方法。

2、矢量数据结构：

优点：

1.便于面向现象（土壤类、土地利用单元等）；

2.数据结构紧凑、冗余度低；

3.有利于网络分析；

4.图形显示质量好、精度高。

缺点：

1.数据结构复杂；

2.软件与硬件的技术要求比较高；

3.多边形叠合等分析比较困难；

4.显示与绘图成本比较高。

栅格数据向矢量数据转换的目的有三：

①数据入库；②数据压缩；③矢量制图

栅格数据模型和TIN数据模型的比较

1、对地理空间的划分：

TIN模型为不规则三角形；而栅格模型为规则格网；

2、空间对象的表示：

栅格数据模型既可以描述连续变化的地理现象，又可以表示离散的地理现象（点、线、面），而TIN模型只能表示联系变化的地理现象；但TIN能精确地表示曲面类型地理现象的形状以及特殊的地形要素，比如山脊、山峰等，而栅格模型不能精确表示；

3、表面模型的精度：

栅格使用统一的CELL大小来表示，在地形平坦的地方，存在大量的数据冗余，而TIN具有随坡度变化而不同的点密度，在坡度变化大的地区点密度较高；

4、栅格模型适合进行空间一致性分析、近邻分析、离散度分析及表面最低成本分析，TIN模型适合进行坡度、坡向、体积计算和视线分析等

思考与练习

1.空间实体可抽象为哪几种基本类型？

它们在矢量数据结构和栅格数据结构分别是如何表示的？

2.叙述四种栅格数据存储的压缩编码方法。

答：

（1）链式编码：

8个基本方向自0°开始按顺时针方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7。

单位矢量的长度默认为一个栅格单元。

（2）游程长度编码：

只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数。

逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码。

（3）块式编码：

是将游程长度编码扩大到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位置行列号加上半径，再加上记录单元的代码组成。

（4）四叉树编码：

是根据栅格数据二维空间分布的特点，将一幅栅格地图或图像等分为四部分。

逐块检查其格网属性值（或灰度），如果某个子区的所有格网值都相同，则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区。

这样逐次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。

3、叙述四种矢量数据结构编码。

答：

1）简单的矢量数据结构—面条结构（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。

2）索引式：

对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序的方式存储，由点索引与边界号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。

3）双重独立式：

双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的节点及相邻面域来予以定义。

4）链状双重独立式：

链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。

在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。

4.叙述矢量数据压缩。

5.试写出矢量和栅格数据结构的模式，并列表比较其优缺点。

6.叙述由矢量数据向栅格数据的转换的方法。

答：

矢量数据的基本坐标是直角坐标x,y，其坐标原点一般取图的左下方。

网格数据的基本坐标是行和列（i,j），其坐标原点一般取图的左上角。

7.叙述由栅格数据向矢量数据的转换的方法。

8.简述栅格到矢量数据转换细化处理的两种基本方法。

第四章空间数据库

1、使用数据库的其他优点：

①存取速度快；

②支持多用户并发访问；

③可以进行复杂的查询。

2、什么是空间数据库？

答：

指以特定的信息结构（如国土、规划、环境、交通等）和数据模型（如关系模型、面向对象模型等）表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足不同用户对空间信息需求的数据库。

3、空间数据库特点：

数据量大；空间、属性数据结合；应用面广。

4、数据库的主要特征：

（1）数据集中控制

（2）数据冗余度小

（3）数据独立性

（4）复杂的数据模型

（5）数据保护

（6）系统的灵活性

5、数据的组织方式：

（1）数据项（字段）：

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。

（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。

6、数据模型：

是数据库系统中关于数据和联系的逻辑组织的形式表示。

7、网络模型优点：

（1）能明确而方便地表示数据间的复杂关系

（2）数据冗余小

（3）具有一定的数据独立性和共享性，运行效率高

8、面向对象数据库的功能（特点）:

（1）复杂的信息建模能力

（2）语义模式的设计

（3）丰富的约束管理

（4）动态模式演进

（5）大规模数据管理

（6）对象的版本管理

（7）可伸缩性事务管理

（8）计算完整的数据库编程语言

9、面向对象数据库的设计思路：

（1）建立全新的数据库模型和数据语言。

（2）用对象能力扩充数据库SQL语言。

（3）用数据库能力扩充面向对象程序设计语言（OOPL）。

（4）提供一个可扩充的面向对象的数据库管理系统类库。

（5）把面向对象语言结构嵌入到传统的宿主语言中。

（6）为特定的应用领域提供一个底层的面向对象数据库管理。

思考

1、与传统数据库比，空间数据库的特点是什么？

2、在GIS中，空间数据库有哪些类型的组织方式？

3、简述面向对象的特点。

第五章空间数据采集与处理

1、地理信息系统的数据源：

是指建立地理信息系统数据库所需要的各种类型数据的来源。

2、数据源种类特点：

地图：

地图存储介质的缺陷、势性较差、需投影转换。

遥感影像数据：

能取得大面积、综合的信息；速度快；降低数据储存冗余和不连续性；能提供各类专题所需要的信息。

统计数据：

主要用作属性数据源。

实测数据：

适合小范围的采集或者更新。

数字数据：

对数字数据的采用需注意数据格式的转换和数据精度、可信度的问题。

各种文字报告和立法文件：

广泛的应用范围

多媒体数据：

数据量巨大、数据类型多。

3、空间数据采集

包括：

（1）属性数据的采集。

属性数据即空间实体的特征数据，一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式。

（2）图形数据的采集。

4、图形数据的采集

野外数据采集：

平板测量、全野外数字化测图、空间定位测量

地图数字化：

手扶跟踪数字化、扫描矢量化

摄影测量方法

遥感图像处理

5、空间数据处理的内容：

编辑处理：

图形数据的编辑；属性数据的编辑。

图形的幅面处理：

图形的拼接；图形的分割；窗口的剪裁。

变换处理：

投影变换；坐标变换；比例尺变换;几何纠正。

编码和压缩处理：

栅格数据的编码；矢量数据的编码；数据的压缩。

数据的插值：

点的内插；区域的内插。

数据结构类型的转换：

矢量向栅格的转换；栅格向矢量的转换；系统间数据格式的转换。

6、什么叫空间数据质量？

答：

是指空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间这三个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统一性的程度。

7、空间数据质量的控制方法

①传统的手工方法。

质量控制的人工方法主要是将数字化数据与数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、绘制到透明图上与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其它比较方法。

    ②元数据方法。

 数据集的元数据中包涵了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。

 ③地理相关法。

建立一个有关地理特征要素相关关系的知识库，以备各空间数据层之间地理特征要素的相关分析之用。

（用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量）

思考与作业

名词解释

1、地图数据

地图是地理数据的传统描述形式，是具有共同参考坐标系统的点、线、面的二维平面形式的表示，内容丰富，图上实体间的空间关系直观，而且实体的类别或属性可以用各种不同的符号加以识别和表示。

我国大多数的GIS系统其图形数据大部分都来自地图。

2、遥感数据

通过遥感影象可以快速、实时、准确地获得大面积的、综合的各种专题信息。

3、数据质量

论述

1.试述GIS数据源的种类及GIS空间数据的采集

2.说说在数字化中属性数据采集的原则和方法？

答：

（1）编码原则：

①编码的系统性和科学性；②一致性；③标准化和通用性；④简捷性；⑤可扩展性

（2）编码方法：

①列出全部制图对象清单。

②制定对象分类，分级原则和指标将制图对象进行分类、分级。

③拟定分类代码系统。

④设定代码及其格式，设定代码使用的字符和数字、码位长度、码位分配等。

⑤建立代码和编码对象的对照表，这是编码最终成果档案，是数据输入计算机进行编码的依据。

目前常用的编码方法有层次分类编码法和多源分类编码法

1）层次分类编码法：

是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。

2）多源分类编码法：

对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。

3.简述空间数据编辑与处理的基本内容和方法

1）误差或错误的检查与编辑

2）图像纠正

3）数据格式的转换

4）地图投影转换

5）空间数据索引

6）图像解译

7）图幅拼接

4.论述空间数据的误差及与空间数据不确定性的异同

5.空间数据质量标准要素与内容有哪些？

答：

（1）数据情况说明：

要求对地理数据的来源、数据内容及其处理过程等作出准确、全面和详尽的说明。

（2）位置精度或称定位精度：

为空间实体的坐标数据与实体真实位置的接近程度，常表现为空间三维坐标数据精度。

它包括数学基础精度、平面精度、高程精度、接边精度、形状再现精度（形状保真度）、像元定位精度（图像分辨率）等。

平面精度和高程精度又可分为相对精度和绝对精度。

（3）属性精度：

指空间实体的属性值与其真值相符的程度。

通常取决于地理数据的类型，且常常与位置精度有关，包括要素分类与代码的正确性、要素属性值的准确性及其名称的正确性等。

（4）时间精度：

指数据的现势性。

可以通过数据更新的时间和频度来表现。

（5）逻辑一致性：

指地理数据关系上的可靠性，包括数据结构、数据内容（包括空间特征、专题特征和时间特征），以及拓扑性质上的内在一致性。

（6）数据完整性：

指地理数据在范围、内容及结构等方面满足所有要求的完整程度，包括数据范围、空间实体类型、空间关系分类、属性特征分类等方面的完整性。

（7）表达形式的合理性：

主要指数据抽象、数据表达与真实地理世界的吻合性，包括空间特征、专题特征和时间特征表达的合理性等。

6.空间数据的误差类型及控制的方法有哪些？

答：

1）源误差：

（1） 地面测量数字数据的误差

（2） 地图数字化数据的误差

（3） 遥感数据误差（4） GPS采集数据的误差（5） 属性数据的误差

2）操作误差：

（1）由计算机字长引起的误差

（2）由拓扑分析引起的误差（3）数据分类和内插引起的误差

第六章地理信息系统空间分析原理与方法

1、空间分析

空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息

空间分析：

GIS的空间分析是以地理事物的空间位置和形态特征为基础，以空间数据运算、空间数据与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。

2、地学模型：

利用地理建模的思想和方法，对自然地理对象的抽象和概括。

是用来描述地理系统各个要素之问相互关系和客观规律的，它用信息的、语言的、数学的或其它表达形式，通常反映地学过程及其发展趋势或结果。

是在对系统所描述的具体对象与过程，进行大量专业研究的基础上，总结出来的客观规律的抽象或模拟。

地学模型也称为专题分析模型。

3、地学分析模型主要包括：

1）逻辑模型：

由地理名词和逻辑运算符组成的逻辑表达式表达；

2）物理模型：

由物理模拟过程表达；

3）数学模型：

由常数、参数、变量和函数关系等组成的数学表达式表达；

4）图像模型：

由某种图像或运算的集合表达。

4、综合方法建立GIS分析模型的步骤

（1）系统描述数据分析：

选择可以描述系统的状态、与外部关系、随时间变化等方面的数据，构造该系统的数据体系

（2）理论推导：

根据地理规律和系统的特点，进行理论推导，确定上面的数据体系中多因子之间的量纲关系，作为分析模型的基本框架

（3）简化表达：

根据理论分析和具体应用要求，筛选去除相对影响较小和不重要的要素，或采用主成分分析法等数学方法简化表达形式，使模型接近实用

（4）参数确定：

模型参数的确定可采用参数试验方法，或采用层次分析法（AHP）、专家打分法、确定模糊隶属度等方法

5、缓冲区（分析）

是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。

从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由邻域半径R决定。

6、叠置分析

是指在统一空间参照系统条件下，把两层或两层以上的专题要素图层进行叠置，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理要素之间的空间对应关系。

7、数字地面模型（DTM）

是通过地表点集的空间坐标及其属性数据表示表面特征的地学模型。

是带有空间位置特征和地面属性特征的数字描述。

8、数字高程模型（DEM）

是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模型，它是对二维地理空间上具有连续