地理信息系统复习资料整理.doc

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地理信息系统复习资料整理

信息系统：

是一种采集、输入数据或低级信息，按照人们的指令进行加工处理，提取、输出有用信息乃至知识的系统。

数据：

指人类在认识世界过程中，定性或定量描述认识目标的直接记录或原始资料。

信息：

狭义的信息论认为，信息是人们获得信息前后对事物认识的差别；广义信息论认为，信息是指主体（人、生物或机器）与外部客体（环境或其他的人、生物或机器）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。

以一定规则组织在一起的事实的集合。

信息的本质特征：

就是从数据中提取和发掘有用的信息。

信息系统的构成要素：

数据及信息、硬件、软件和人员（用户）四大要素。

地理信息系统：

地理信息系统是在计算机硬件支持下，对地理空间数据进行采集、存储、显示、管理和分析的技术系统。

地理空间数据和信息的三个基本特征：

第一，空间位置特征。

第二，属性特征。

第三，时态特征。

地理信息系统区别于一般信息系统的主要特点：

1、地理空间数据和信息的特殊复杂性。

2、必须具备科学可视化功能。

3、区域性和多层次。

4、数据量较大。

5、注重空间分析。

3S：

地理信息系统技术（GIS）、遥感技术（remotesensing简称RS）——采集、接收遥感，特别是卫星遥感数据，并从中分析、提取地球资源环境各种信息的技术。

全球定位系统技术（globalpositioningsystems,简称GPS）——利用系统卫星实时高精度确定地面目标精确位置的技术。

GIS、RS、GPS集成，形成一体化的3S技术。

地理信息系统的主要功能：

1、地理信息系统的基本功能：

数据采集和输入；数据处理；数据存储、组织和管理；显示与输出；空间查询与分析；

2、空间分析与模型分析功能：

空间查询检索；定式化的空间分析功能；其他空间模型分析。

地理信息系统的主要组成成分：

1、地理空间数据和信息。

是地理信息系统的动作对象。

2、硬件系统。

GIS的物理外壳。

可分为计算机主机、各种输入输出外部设备、网络传输设备等主要成分。

3、软件系统。

系统软件和GIS专业软件。

4、系统开发、管理和使用人员。

空间关系：

度量空间关系、顺序空间关系、拓扑空间关系。

拓扑空间关系：

连接性（曲线或弧段在结点处的相互联接关系）、包含、邻接性（指共有公共边的两个区域的邻接关系）。

属性数据：

基本属性数据、说明数据。

GIS栅格空间数据模型：

规整格网、二维空间坐标系、属性数据和分辨率、矩阵数组。

数据组织和管理的主要层次：

数据项、记录、文件、数据库。

数据库管理系统的功能：

数据库定义功能、数据库管理功能、数据库维护功能、数据库通讯功能。

（定义、管理、维护、通讯）

矢量和栅格数据结构的总体比较：

矢量结构和栅格结构是利用计算机形象表现客观世界的两种基本方式，二者互相补充，相辅相成。

矢量数据结构具有天然的精练性，以及为了保证准确、精练而带来的结构复杂性；栅格结构的基点是从某种（属性）角度，用简单规整的格网来模拟空间景观的整体形象，“属性明显，位置隐含”。

两种数据的表现手法和总体效果也正好相反：

矢量数据的空间位置坐标取值可以是任意的、连续的，但表达的空间形象是分立空间对象组成的画面，即总体效果是不连续的；而栅格结构的数据取值方式是不连续的、分立的，但总体表达效果却可以是连续的，表现为照片般的空间图像。

由于与地图的渊源，矢量结构至今在GIS领域占主导地位；但栅格结构由于遥感及互联网、多媒体的迅速发展，重要性正在不断增加。

矢量和栅格数据结构优缺点比较

传统GIS数据库系统技术：

关系数据库与文件系统的混合管理模式要点：

第一，点、线和多边形的空间位置（图形）数据与属性数据两者分别组织、管理与检索。

第二，两种数据间落实于每个地物的挂联关系通过唯一标识符或者内部连接码进行链接。

第三，用关系数据库的DBMS直接管理属性数据或属性数据库。

第四，借用关系模型的理念，利用文件系统，并通过高级语言编程来管理空间位置（图形）数据。

GIS系统采用高级语言编程，主要任务一是开发图形处理功能，二是利用文件系统组织图形数据和管理图形库。

第五，由于地理空间数据的海量、区域性和多层次特点，地理空间数据通常在水平方向分图幅或区域，在垂直方向上分图层来组织管理。

元数据：

关于数据的数据，说明数据的数据，关于数据的描述性数据。

空间数据元数据的应用及其意义：

首先，元数据可以帮助用户获取数据。

其次，可利用元数据进行空间数据质量控制。

第三，元数据在数据集成中的应用。

第四，元数据在数据管理中的应用。

GIS特色的数据处理：

1、属性与图形交互编辑：

基于空间对象唯一标识符；图形编辑中进行相应属性数据的编辑；或属性数据的编辑涉及到相应图形编辑。

2、GIS图幅接边：

不仅进行几何接边，还要进行逻辑接边，即同一地物在边界两侧的属性必须一致。

3、拓扑关系生成和编辑净化（cleaning）：

找交点形成结点和线，装配多边形、清除假结点、点在多边形内的判别等。

4、制图概括（或制图综合）及有关编辑：

根据地图比例尺、用途、地理特征等条件，进行地图内容取舍、符号化、地物移位和制图对象概括归推理等，以及专为制图概括所进行的编辑，如曲线化简等。

5、空间数据质量与精度方面的处理：

进行空间数据质量的控制、总结和评价等，以保证空间数据较好的准确性、一致性和完整性，以及它们三者之间统一性。

6、地理坐标转换和地理投影：

其他坐标向地理坐标的转换、不同地理坐标之间的转换、地表曲面上的地理坐标向平面上投影、精校正、坐标配准等。

7、空间数据内插：

通过已知点或分区数据推求其他地点的可能取值。

8、三维立体处理：

面向不规则地表的GIS特色的三维模型和显示等处理

9、地图输出前预处理：

地图符号、注记、图例等GIS特色制图处理

10、矢量、栅格数据转换：

涉及地理属性数据挂联的矢量、栅格数据的相互转换。

大地水准面：

平均海平面（物理上相当于静止海平面）及其在陆地下的延伸所构成的一个闭合的环球水准面曲面。

三种地理坐标：

1、地心坐标。

2、依据参考椭球建立的大地坐标。

3、单纯的球面坐标，即只有经度、纬度二维坐标，称为天文经纬度。

地图投影：

在球面与平面间建立点与点之间对应数学关系的方法。

地图投影的分类：

按投影变形性质的不同：

等角投影、等积投影、任意投影。

按投影几何面的不同：

方位投影、圆柱投影、圆锥投影。

高斯－克吕格投影简称高斯投影，采用等角横轴切椭圆柱投影。

高斯－克吕格直角坐标网格称为方里网。

空间数据插值：

通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的处理及其方法，它是地球科学和相关领域中，具有基础意义并广泛应用的一种空间数据处理类别。

空间数据插值的必要性：

第一，由于自然环境较恶劣地区难以采集数据，或观测仪器（如遥感器）故障导致部分数据缺失等原因，导致数据分布不完整，部分区域数据缺失，需要进行空间数据插值。

第二，数据可能分布不均，需要进行插值以加密数据。

第三，对空间变量分布规律不够了解，人为的数据采样方式不适合该分布规律。

第四，当需要转换数据格式，进行坐标校正，或在应用对象变化等情况下，也可能需要进行数据插值。

GIS实践中常见的数据源的空间分布类型：

第一，栅格数据。

第二，较均匀的采样数据。

第三，不均匀或不规则数据。

空间数据插值主要的四种类型：

第一，基于专业知识基础进行空间插值。

第二，用一个数学关系（方程或某种数学函数的级数）来模拟已知样点上空间变量分布。

第三，邻近样点数值决定法。

第四，边界插值法。

DEM:

数字高程模型（digitalelevationmodel）是以（x，y）为自变量的高程z数据的有序集合。

常用的DEM有两种形式：

一种称为高程矩阵，高程数据布满覆盖整个区域的方格网的网格，相当于高程栅格数据；另一种DEM高程数据布满覆盖整个区域的三角网网点，实际上就是TIN数据。

现代三维地形表达的5个层次：

第1层：

数字高层模型DEM第2层：

数字地形模型DTM第3层：

数字地面模型DGM第4层：

虚拟现实的数字地面模型第5层：

VR－GIS的数字地面模型

数字高程模型的地形派生数据：

1、坡度：

地面单元与水平面之间的夹角，或地面单元的法矢量与铅垂线之间的夹角。

2、坡向：

地面单元的法矢量在水平面内投影所指方位角，通常从北点方向顺时针度量。

3、等值线

4、视线图：

亦称为可视域分析。

描述通视情况，即从指定观察地点视线能及的区域范围。

5、地形轮廓线及其他。

集水线是山坡上高程等于给定数值的点的连线。

空间分析

空间查询包括基本空间查询和较复杂的空间查询：

基本空间查询包括：

从地物空间位置（或图形）特征查属性、从属性查空间位置（或图形）的特征、用户给定范围查询。

较复杂空间查询包括：

空间关系查询、三维环境下的查询、与统计分析交互的空间查询。

程式化空间分析功能：

空间操作：

传统GIS的空间操作（空间剪裁、空间筛选、多边形合并、叠置操作、缓冲区操作）、OO空间操作

网络分析

三维地形或环境的空间分析

其他空间分析：

空间统计分析、分析地图学、空间分析模型。

多边形合并包括两种情形：

一种是合并处理中形成的细碎多边形。

另一种多边形合并是相同属性的相邻多边形之合并。

叠置操作：

点与多边形叠置、线与多边形叠置、多边形叠置。

多边形叠置：

将两个或多个多边形图层进行叠加，产生一个新的多边形图层。

缓冲区：

指与点、线或多边形边界的距离为给定值的区域。

网络：

现实世界中，由链和结点组成的、带有环路，并伴随着一系列支配网络中流动之约束条件的线网图形。

网络分析：

通过模拟、分析网络的状态以及资源在网络上的流动和分配等，研究网络结构、流动效率及网络资源等的优化问题的领域。

网络数据结构的最基本组成部分：

一是结点（node）,它体现网络中的连接、连通关系；

二是link,链。

它是网络中每两个结点之间的线形单元。

GIS网络分析主要有：

最佳路径、资源分配、服务中心选址、地址匹配。

综合分析评价的四个过程：

第一，评价因子的选择与筛选。

第二，多因子重要性指标（权重）的确定。

第三，因子内各类别对评价目标的隶属度确定。

第四，选用某种方法进行多因子综合。

地理信息系统输出产品：

地图、图像、统计图表、文字和表格、多媒体。

地图绘制：

空间对象的符号化过程。

地图符号：

点位符号、线状符号、面状符号。

专题地图：

以普通地图为基础，着重表示制图区域内某一种或几种自然或社会经济现象的地图。

专题地图按内容可以划分为自然和社会经济两大类别。

自然地图主要表示自然要素的分布特征。

社会经济地图反映人类社会经济现象的地理规律。

专题地图内容表示方法：

符号法、等值线法、质底法、范围法、基于统计资料的方法。

地图符号制作方法：

编程法、直接信息法、间接信息法。

地图注记：

一是地图上的内容注记，主要是地名注记。

另一种注记是制图说明注记，这种注记仅与地图输出有关。

注记的数据结构：

点阵字库、矢量字库、TrueType（点阵与矢量结合的字体）。

注记方式分四种：

单点注记、双点注记、布点注记和参考线注记。

地图排版：

颜色配置、图幅整饰、地图排版布局。

万维网地理信息系统（WebGIS）：

也称互联网地理信息系统。

指基于Internet平台、客户端应用软件采用WWW协议、运行在万维网上的地理信息系统。

其核心是在地理信息系统中嵌入HTTP和TCP/IP标准的应用体系。

WebGIS是由多主机、多数据库与多台终端，并通过Internet/Intranet连接而成的。

WebGIS组成：

WebGIS浏览器、WebGIS信息代理、WebGIS服务器、WebGIS编辑器。

WebGIS主要特点：

1、基于Internet/Intranet标准

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