地理信息系统知识点.docx

1、地理信息系统知识点第一章1、地理信息：.是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；地理信息特征：属于空间信息，它具有空间定位特征（按照经纬网或公里网建立的地理坐标来实现空间位置的确定）、属性特征（多维多层次的属性信息）和时序特征（动态变化的特征。按照时间的尺度来区分地理信息）。2、数据与信息关系：1）在词义上的差别：数据是信息的表达，信息则是数据的内容；2）数据是客观对象的表示，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息；3）信息是当代社会发展的一项重要任务。3、地理信息系统：是用于采集、存储、查询、分析和显示地理空间数据的计算机

2、系统。【地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。】4、GIS、MIS与CAD的区别：（1）数据对象不同：GIS：地理空间数据、属性数据、时态数据；MIS：社会经济、人文等属性数据；CAD：几何数据；（2）功能不同： GIS：空间数据管理与分析、决策服务；MIS：属性数据管理；CAD：几何数据制图；5、分类:按研究内容分：1）专题GIS：具有有限目标和行业特点的GIS系统。如矿产资源、森林动态监测、作

3、物估产、水土流失等信息系统；（2）综合GIS：以全球、区域综合研究和全面信息服务为目标的GIS。如城市、流域GIS。特点：数据项目多，信息齐全。2）按研究范围分：（1）全球性GIS；（2）区域性GIS；（3）国家GIS。3）按使用的数据模型分：（1）矢量GIS；（2）栅格GIS；（3）矢栅混合型GIS。6、地理信息系统的构成：系统软件（核心）、系统硬件、空间数据、应用模型、应用人员。7、地理信息系统的基本功能：1）数据采集与编辑：地理要素转化坐标及属性代码输入计算机。2）数据存储与管理：图属一体化存储与管理。 3）数据处理和变换：数据变换、重构、抽取。4）空间分析和统计：空间查询、叠合分析、缓

4、冲区分析、数字地形分析、空间统计分析。5）产品制作与显示：专题图、统计表、图像。6）二次开发和编程：组件式开发。应用功能：1）资源管理：水、土地、森林、矿产、石油、草场资源等。 2）区域规划：城市、小区规划。3）国土监测：森林火灾、洪水灾情监测、土地利用动态监测等。4）辅助决策；空间决策支持系统。5）定位服务：位置服务系统。6）城市管理：地籍管理、房产管理、地下管线管理、交通消防管理、输电配电管理、园林绿化管理等。8、发展历程：60年代(开拓期): 第一个GIS建立;70年代(巩固期)：相关理论、技术发展；80年代(发展期): 我国85年成立资环信息系统国家重点实验室;90年代后(用户时代):

5、 各地区纷纷建立GIS系统。发展态势：GIS已成为一门综合性技术；GIS产业化的发展势头强劲；GIS网络化已构成当今社会的热点；地理信息科学的产生和发展。第二章1、GIS 空间数据的分类：1）按照数据来源分类：地图数据、影像数据、文本数据2）按照数据结构分类：矢量数据、栅格数据3）按照数据特征分类：空间定位数据、非空间属性数据4）按照数据几何特征分类：点、线、面、曲面、体5) 按照数据发布形式: 数字线画地图（DLG）、数字栅格地图（DRG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）。即“4D”产品3、GIS空间数据的基本特征：1）空间特征2）属性特征3）时间特征。4、空间数据的拓扑关系

6、：拓扑关系：拓扑关系是指网结构元素（结点、弧段、面域）间的邻接、包含、关联等关系即要素（图元）之间的连通性或相邻的关系。5、拓扑关系的类型：（1）拓扑邻接：指存在于空间图形的相同类型元素之间的拓扑关系。（2）拓扑关联：指存在于不同类型空间元素之间的拓扑关系。（3）拓扑包含：指存在于空间图形的相同类型但不同等级的元素之间的拓扑关系。6、空间拓扑关系的意义拓扑关系在GIS的数据处理、空间分析以及数据库的查询与检索中，具有重要的意义。（1）确定地理实体间的空间位置关系。（2）利于空间要素的查询：某一湖泊邻接的土地类型都有哪些。（3）重建地理实体：建立封闭多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的计算等7

7、、矢量数据结构类型：(1)实体数据结构（也称面条数据结构）优点：结构简单、直观、易实现以实体单位的运算和显示。缺点：1）相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。2）点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，彼此不关联。3）岛或洞作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。 (2)拓扑数据结构点是相对独立的，点连成线，线构成面。每条线始于节点，止于终止节点，并与左右多边形相邻接。8、拓扑数据结构编码文件：弧段文件、弧段坐标文件、节点文件、多边形文件.9、栅格

8、数据结构定义：基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，成为栅格单元。10、栅格数据结构特点：1）栅格数据结构中：空间位置用行和列标识。网格通常是正方形，有时也采用矩形等边三角形和正六边形；2）数据精度取决于网格的边长（分辨率）。栅格分辨率表示每一个方向上的像素数量，也可以同时表示成“每英寸像素”（ppi）以及图形的长度和宽度。3）网格边长缩小，分辨率越高，网格单元的数量将呈几何级数递增，存储空间也随之增大；4）与矢量数据结构相比，栅格数据结构表达地理要素比较直观，容易实现多层数据的叠合操作；5）网络分析比较困难。11、栅格数据结构获取方法(1) 手工网格法(2)

9、 扫描数字化法(3) 分类影像输入法(4) 数据结构转换法12、栅格数据结构类型：栅格矩阵结构【是一种用矩阵来存储栅格数据单元的存储结构】、游程（行程）编码结构、链码、块码、四叉树编码结构、八叉树编码结构14、游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度。15、游程编码结构建立方法：将栅格矩阵的数据序列X1 X2 Xn，映射为相应的二元组序列（Ai,Pi），i1,K,且Kn。A为属性值，P为游程，i为游程序号。(下面无损压缩)16、链码：由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的8个基本方向之一表示。8个基

10、本方向自0开始按逆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。17、四叉树编码法：将空间区域按照四个象限进行递归分割n次，每次分割形成2n2n个子象限，直到子象限中的属性数值都相同为止，该子象限就不再分割。18、编码结构比较：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）；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；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；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

11、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。19、矢量与栅格数据结构的比较：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

12、效果不如矢量方和法。20、曲面数据结构定义：连续分布现象的覆盖表面，具有这种覆盖表面的要素有地形、温度、降水量和磁场等。21、曲面的表达：不规则三角网、规则格网。TIN的曲面数据结构思想：将离散分布的实测数据 点连接成三角网，网中的每个三角形要求尽量接近等边形状，并保证由最近邻的点构成三角形，即三角形的边长之和最小。优点： 便于表达连续分布、方便地形分析（坡度、坡向、填挖方计算、阴影和地形通视分析、等高线自动生成和三维显示等）规则格网的曲面数据结构思想： 将区域空间切分为 规则的格网单元 ，每个格网单元对应于一个数值，该 属性值为地面的高程 或其他 连续分布现象的数值。22、空间数据结构的建立

13、过程：数据源的确定数据分类和编码确定数据模型和数据结构类型数据输入和编辑操作（1）矢量数据输入与编辑（方法）矢量数据（2）栅格数据输入与编辑（方法）栅格数据。23、屏幕数字化过程：1、打开栅格图像文件2、图像配准3、输入空间数据4、输入属性数据第三章 空间数据的处理1、空间数据处理的内容：数据变换,数据重构,数据提取.3数据变换解决如果出现坐标系不统一、图纸变形不同来源的地图，投影不相同的情况4 空间数据的变换实质：建立两个坐标系坐标点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换。5 几何纠正是指对数字化原图数据进行的坐标系转换和图纸变形误差的改正，以实现与理论值的一一对应关系；几何纠正的方法包

14、括仿射变换、相似变换、二次变换和高次变换等。6 仿射变换几何含义：对二维坐标数据进行平移、旋转和不同比例（x与y方向）的缩放。特性： 平直线 平行性 不同方向上长度比变化。仿射变换公式推导：X=a0+(m1cos)x+(m2sin)y , Y=b0-(m1sin)x+(m2cos)y. 设a1=m1cos,b1=-m1sin,a2=m1sin,b2=m2cos,化简得X=a0+a1x+a2y,Y=b0+b1x+b2y.未知参数：6个,需控制点个数：至少3对. 但在实际应用时，通常利用4个以上的点进行仿射纠正，利用最小二乘法处理来求解待定参数，以提高变换的精度。8二次变换公式为：X=a0+a1x

15、+a2y+a11x+a12xy+a22y,Y=b0+b1x+b2y+b11x+b12xy+b22y. 二次变换至少需要6对控制点坐标及其理论值求出待定系数。9 常用地图投影：高斯-克吕格投影、墨卡托投影、UTM投影、兰勃特投影、阿尔伯斯投影等。投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据；实质：建立两平面之间点的一一对应关系。投影转换的方法包括正解变换、反解变换和数值变换和解析-数值变换等10 矢量的优点: 便于面向实体的数据表达数据结构紧凑，冗余度低拓扑结构有利于网络分析，空间调查等。缺点：数据结构较复杂软件实现的技术要求比较高多边形叠合等

16、分析相对困难。栅格的优点：数据结构相对简单空间分析较容易实现有利于遥感数据的匹配应用和分析。缺点: 数据量较大，冗余度高，需压缩处理定位精度比矢量低拓扑关系难以表达。11 由矢量向栅格的转换：点的栅格化，线的栅格化，面的栅格化。其中面的栅格化方法中包括基于弧段数据的栅格化方法和基于多边形数据的栅格化方法。12 基于图像的矢量化方法;二值化，细化，跟踪。13 栅格数据的矢量化方法：首先在栅格数据中搜索多边形边界弧段相交处的节点位置，接着从搜索出的节点里选择一个作为起始跟踪节点，最后将跟踪得到的弧段数据连接组织成多边形。14遥感与GIS数据的融合：遥感影像与数字线划图（DLG）的融合，遥感影像与数

17、字高程模型（DEM）的融合，遥感影像与数字栅格图（DRG）的融合15 空间数据的压缩分类：基于矢量的压缩，基于栅格的压缩。16基于矢量的压缩：空间数据压缩方法：1. 间隔取点法2. 垂距法3. 光栏法4. 道格拉斯佩克算法。17道格拉斯佩克算法是基于现状实体的点压缩算法，是对数据的简化处理。原理; 先拟定一个阈值，然后生成一条连接折线首尾节点的直线段，并计算原始折线上的点到直线段的垂直距离。假如所有折线上的点到直线段的距离都小于预先设定的阈值，这条直线段就被用来代替原来的那条折线；假如有些点的距离大于阈值，距离最远的那一点保留，以此点将原折线分为两段。对两段折线重复上述过程，最后保留下来的点就

18、是经过数据压缩的折线。18（1）对矢量的离散点列P(x1, y1),P( x2, y2), , P(x6,y6)，设A=P(x1,y1)和B=P(x6,y6)，用线段连接AB；（2）计算线段上点到直线段AB的距离，如果都小于预先设定的阈值，这条直线段就被用来代替原来的那条折线，假如有些点距离大于阈值，则在AB范围内的点列中，寻找与AB线段具有最大距离的点P3；（3）以P3为分界，将原折线分为两段：AP3和P3B。（4）重复（2），直至找出整个折线所需的简化点。19 基于栅格的压缩：空间数据压缩方法：1. 游程编码2. 四叉树编码。20空间数据的重分类概念：当需要进行特定的数据分析时，常常需要先

19、对从数据库中提取的数据作属性的重新分类和空间图形的简化，以构成数据新的使用形式21空间数据的内插：通过已知点或多边形分区的数据，推求任意点或多边形分区数据的方法。22点的内插：是研究具有连续变化特征现象(例如地面高程等)的数值内插方法。理论基础：空间内地理连续分布现象具有相关性。解决思路：根据未知点附近的已知数据点的数据，建立相关数学模型（逼近拟合法），推测出未知点处的数据。23点的空间内插法分类：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逐点内插法移动拟合法加权平均法克里金法整体内插法：N次多项式拟合法 。24点数据内插应用：以建立数字高程模型为例（Grid）过程如下：数据取样

20、， 数据内插， 数据精度分析。25按照一定间隔的格网取样，格网间距判定方法：高程差异数值是否在数字高程模型精度要求之内。高程差异=二次曲线内插值-线性内插值 。线性内插值：ha=1/2(h1+h2) ,二次曲线内插值;hb=1/8(6h2+3h1-h3),高程差异：=hb-ha=1/8(2h2-h1-h3).26数据内插:分块内插法和逐点内插法。分块内插发思想：把整个内插空间划成若干分块，并对各分块求出各自的曲面函数来刻画曲面形态。分块内插法包括线性内插法（3个已知点数据）和双线性多项式内插法（4个已知点数据）。27 逐点内插法包括移动拟合法和加权平均法，克里金法。移动拟合法：本法适用于由随机

21、分布的点的高程，求出待定点的高程。对某一待定点的P，用一个多项式曲面，拟合该点附近的地面，此时取待定点作平面坐标的原点，并以待定点为圆心，以R为半径的圆内诸数据点来定义函数的待定系数。如取二次多项式来拟合圆内的地面，则圆内的高程可写成zp=Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F式中有6个参数，所以至少需上述圆内的6个点的数据来率定。当圆内点的数据多于6个时，可用最小二乘法的方法来率定参数。思路：从数据点的平均密度出发，确定圆内数据点n，以计算搜索圆的半径R，其公式为：R=n(A/N) R=(nA/N). ：N为数据点总数；A为总面积.28加权平均法：方法同移动拟合法，但在计算待插值点的高程时，

22、使用加权平均值代替误差方程求解出的曲面函数。P=1/d或p=(R-d)/d。其中：p是数据点的权重；R是搜索圆半径；d是待插值点到数据点的距离。29 数据的内插：解决方法：（1）叠置法（2）比重法。30拓扑编辑功能：多边形连接编辑，节点连接编辑GIS第四章1数据库:就是为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储、管理和应用的相关联的数据集合。作用：数据存储与管理，辅助用户的空间分析与决策。2、数据库组成成分数据库存储系统、数据库管理系统（DBMS）、数据库应用系统3、空间数据管理实现方式经历四个阶段：初级式的管理模式、混合式的管理模式、扩展式的管理模式、集成式的管理模式。4、空间数据

23、库的设计：实质是将地理空间实体以一定的组织形式在数据库系统中加以表达的过程，也就是GIS中的空间实体建立数据模型的过程。5、空间数据模型的设计内容：需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计6、数据库设计的过程和步骤：需求设计概念设计逻辑设计 地理现象 数据库的 数据库的和过程 概念模型 逻辑模型物理设计空间数据库 数据库的存储模型7、当前最为普遍采用的概念模型（DBMS）：语义数据模型、面向对象数据模型8、最常用的语义模型之一：实体-联系模型（E-R模型）E-R模型三种语义概念：实体、联系、属性9、建立ER模型的基本步骤：1） 确定实体类型：如客户和销售商。2）确定联系类型：销售活动或订货活动。

24、3）确定实体类型和联系类型画出ER图。4）确定实体类型与联系类型的属性：对于客户，其属性有客户的编号、姓名、地址等；对于联系类型，其属性有客户编号、销售编号、商品名称、销售量等。10、E-R模型进行数据库概念设计的三个步骤：1、设计局部E-R模型2、设计全局E-R模型3、全局E-R模型的优化。11、面向对象数据模型基本概念（ORM）：(1)对象：即现实世界中的事物模型表达（2）消息：对对象进行操作的请求，是连接对象与外部世界的唯一通道。（3）类：共享同一属性和方法集的所有对象的集合构成类（4）方法：对对象的所有操作，如对对象的数据进行操作的函数、指令、例程等（5）继承：是现实世界中对象之间的一

25、种独特关系，它使得某类对象可以自然的拥有另外一类对象的某些特征和功能（6）重载;实现特定功能的方法不仅以名称来区分，而且用它所带的参数来区别。（7）多态：同一个消息可以根据发送消息对象的不同采用多种不同的行为方式。（8）概括：把一组具有相同特征和操作的类归纳在一个更一般的超类中（9）聚集：反映了潜逃对象的概念12、ORM图：即对象角色建模（Object Role Modeling），是运用面向对象的原理进行数据库概念建模的软件工程方法。13、实体对象类型：由实际事物组成的对象类型。用实线椭圆表示。值对象类型：由数字或字符串组成的数字类型，用来说明实体对象类型，用虚线椭圆表示。14、谓词：描述由

26、对象类型扮演的角色的事实的一部分。表示为一个或多个角色框的序列。唯一性约束，用双向箭头表示，强制性约束用圆点表示。15、空间数据库逻辑模型设计目的：是从概念模型导出特定的数据库管理系统可以处理的数据库的逻辑结构。16、关系数据库模型以纪录组或数据表的形式组织数据，便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。17、关系数据库模型种类：边界关系、边界-结点关系、节点坐标关系18、关系数据库模型规范化：第一、二、三范式19、概念模式做华为逻辑模式的方式：E-R模型向关系数据模型的转换、ORM模型向IDEF1X模型的

27、转换20、空间数据查询功能大致分为三类（1）针对空间关系的查询，例如，查询一条公路途径的所有城镇（2）针对非空间属性的查询，例如，查询一个城市的人口数量（3）结合空间关系和非空间属性的查询21、空间关系查询类型（实体间拓扑、顺序、距离、方位等关系的查询）简单的点、线、面实体相互关系的查询包括：（1）点点查询（2）线点查询（3）面点查询（4）点线查询（5）线线查询（6）面线查询（7）点面查询（8）线面查询（9）面面查询22、属性数据查询：结构化查询语言(SQL)23、空间属性联合查询：查询条件既包括空间位置关系，又包括属性信息的查询24、空间查询语言：是指从空间数据库中查找出所有满足空间约束条件

28、和属性约束条件的地理实体的算法语言。25、空间数据可索引目的：快速地在空间数据库中找到所需要的空间信息。26数据库一维索引组成关键字、存储地址27、空间索引原理：依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间实体的概略信息，如标识码、最小外接矩形以及存储地址。28、常见的空间索引方法：一、范围索引二、格网空间索引三、四叉树空间索引29、格网空间索引：将区域划分成大小相等的网格，记录每个网格内所包含的空间实体在数据库中的地址。30、元数据：关于数据的数据。31、空间元数据：在空间数据库中用于描述空间数据的内容、质量、表示方式、空间参考和管理方式等

29、特征的数据。32、空间元数据的作用：帮助空间数据的使用者查询所需的空间信息，进行空间数据共享，并进一步处理空间数据33、使常规的关系数据库支持GIS空间数据类型和空间操作功能：空间数据库引擎（SDE）34、时空一体化数据模型：时间片快照模型、底图叠加模型、时空合成模型35、空间实体的时态特征信息实体从产生到消亡的时间信息，有效时间或生命期。36、时空GIS（四维）核心：时空数37、时空数据库系统空间时态数据表达、空间时态数据更新、空间时态数据查询第五章 空间分析的原理与方法1. 空间分析概念：基于空间数据的分析技术，它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、

30、空间分布、空间形态、空间构成、空间演变等信息。目的：(1)描述与认知空间数据分布特征，如点线面的空间分布状况；(2)解释空间现象与空间模式的形成机理，如城市土地利用变化研究；(3)调控在地理空间上发生的事件，如水资源的合理配置；(4)预测预报，如洪水的预测预报。主要方法：(1) 基于地图的空间图形分析，如GIS中的缓冲区、叠加分析、数字高程模型,数字地面模型等；(2) 空间动力学分析，有城市扩张模型(驱动力等)、空间价格竞争模型(区位优势)、空间择位模型（中心地等）；(3) 空间信息分析，是指根据数据或统计方法建立的模型，如空间聚类、空间自相关、回归模型等。4. 空间分析模型及方法：叠置分析模

31、型：叠置分析缓冲区分析模型：缓冲区分析统计分析模型：主成分分析、聚类分析、关键变量分析、相关分析、层次分析网络分析模型：最短、最佳路径分析、资源分配、流分析三维地形分析模型：地形因子分析、剖面分析、可视化分析。小波分析应用模型：小波压缩、放大5DEM、DTM概念及关系：DEM是地表单元上高程的集合，是地貌形态的离散表示。DEM通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示，广义的DEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。DTM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。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型。关系：DEM是建立DTM

32、的基础数据，其它的地形要素可由DEM直接或间接导出，称为“派生数据”，如坡度、坡向、曲面面积。显然，DEM的质量好坏直接决定着DTM的精确性。6数字地形分析及研究内容：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。研究内容：提取描述地形属性和特征的因子，并利用各种相关技术分析解释地貌形态、划分地貌形态等DTM的可视化分析。7数字地形分析的方法: 1.提取坡面地形因子：即表面积、体积、坡度、坡向、曲率、分维、地表粗糙度、高程变异系数、面元凹凸系数等。2.提取特征地形要素（1）流域分析（2）可视域分析3）谷脊特征分析（4）地形剖面分析（5）等值线分析（6）日照分析8.DEM的表示方法：等高线法，等高线是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段