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1、地理信息系统复习参考资料地理信息系统原理与应用课程考试大纲1、 数据与信息的概念以及两者的关系 数据定义：人类在认识世界和改造世界过程中，定性或定量对事物和环境描述的直接或间接原始记录，是一种未经加工的原始资料。（存在形式：数据以多种方式和存储介质存在，如数字、文字、符号、图像等；如记录本、地图、胶片、磁盘等。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。是现实世界在人们头脑中的反映。）信息定义： 以文字、数据、符号、声音、图像等形式记录下来进行传递和处理,为人们的生产、建设、管理等提供依据。数据与信息两者关系：数据是信息的表达与载体，信息是数据的内涵和对数据的解释，是形与质的关系。2、 信息的

2、特性 客观性：任何信息都是与客观事实相联系；适用性：对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息；传输性：信息可在信息发送者和接受者之间进行传输；共享性：信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失。3、 地理数据的概念和特征概念：各种地理特征和现象间关系的数字化表示。特征：地理数据具有空间分布性、数据海量性、载体多样性和位置与属性对应性等特征。4、 地理信息的概念和特征概念：是有关地理实体和地理现象的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，是对地理数据的解释。特征：空间相关性、空间区域性、空间多样性和空间层次性。5、 地理信息系统定义不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统

3、一的被普遍接受的定义。在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。6、 地理信息系统基本特征 数据的空间定位特征、空间关系处理的复杂性、海量数据管理能力7、 地理信息系统外延 GIS是计算机、测绘、地理等学科的综合体， GIS在定义、术语和内涵等运用上呈现出很大的弹性，具体体现在以下3个方面：地理信息系统术语外延、地理信息系统定义外延、GIS中“S”含义的演变系统（System）、科学（Science）、服务（Service）。8、 地理信息系统的基本功能（1）数据采集与编辑：数据采集是GIS的第

4、一步，即通过各种数据采集设备如数字化仪、全站仪、调查等来获取现实世界的描述数据，并输入GIS系统。（2）数据存储与管理：数据库是数据存储与管理的最新技术，是一种先进的软件工具。（3）数据处理和变换：GIS涉及数据类型多种多样，同一种类型数据的质量可能有很大的差异。为保证系统数据的规范和统一，建立满足用户需求的数据文件，需要进行数据处理和变换。（4）空间查询和分析：空间查询和分析功能是GIS的一个独立研究领域，它的主要特点是帮助确定地理要素之间新的空间关系。（5）数据显示与输出：GIS为用户提供许多用于地理数据表现的工具，如计算机屏幕显示，报告、表格、地图等硬拷贝图件。（6）二次开发和编程：为技

5、术广泛应用于各个领域，满足各种不同的应用需求，必须具备二次开发环境9、 地理信息系统的应用模式（面向最广大用户的)桌面GIS；（面向部门内的）部门GIS；（面向部门间的）企业GIS。10、 地理信息系统的应用功能（应用范畴）结合专业谈11、 地理信息系统的组成系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员 12、 地理信息系统与相关学科关系GIS脱胎于地图学13、 地理信息系统与其他信息系统的区别与联系GIS离不开数据库技术； GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用；一般MIS侧重非图形数据的优化存储与查询，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能有限。14、 地理信息

6、系统的发展历程 加拿大15、 地球表面几何模型 地球自然表面：一个起伏不平，十分不规则的表面，难以用一个简洁的数学表达式描述出来，不适合数字建模。大地水准面：海水处于完全静止平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。地球椭球体模型：以大地水准面为基准建立起来；大地水准面虽十分复杂，但从整体来看，起伏微小，很接近于绕自转轴旋转的椭球体；地球椭球体表面是一个规则的数学表面。数学模型：在解决其它一些大地测量学问题时提出来，如类地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。16、 球面坐标系统 在大地测量学中，以天文经纬度定义地理坐标。在地图学中，以大地经纬度

7、定义地理坐标。在地理学研究及地图学的小比例尺制图中，采用地心经纬度。17、 我国主要高程基准 1956年黄海高程基准、1985年国家高程基准18、 空间尺度类型 尺度:研究者选择观察（测）世界的窗口。空间分析时会涉及到观测尺度、比例尺、分辨率、操作尺度等四种尺度。19、 地理空间概念及其描述地理空间概念：一般指上至大气电离层，下至地幔莫霍面。在地理信息系统中包括地理空间定位框架及其所联结的特征实体。定位框架：大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成。 特征实体：具有形状、属性和时序特征的空间对象或地理实体，包括点、线、面、曲面和体。地图对地理空间的描述地图按照一定的比例、一定的投影原则有选择

8、地将复杂三维现实世界的某些内容投影到二维平面媒介上，并用符号将内容要素表现出来。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。遥感影像对地理空间的描述遥感影像对空间信息的描述主要通过不同的颜色和灰度来表示。 利用遥感影像通常可以获得多层面的信息，对遥感信息的提取一般需要具有专业知识的人员通过遥感解译才能完成。20、 地理实体的定义与理解地理实体：自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，一个具有概括性，复杂性和相对意义的概念。理解：地理实体类别及实体内容的确定需要从具体需要出发。在全国地图上：比例尺很小，重庆为一个点，这个点不能再分割，可把重庆定为一个

9、空间实体；在重庆市地图上：比例尺大，重庆的许多房屋，街道都要表达出来，重庆必须再分割，不能作为一个空间实体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体。21、 地理空间实体的基本特征 （1）空间位置特征（2）属性特征（3）时间特征（4）空间关系特征22、 空间实体抽象的3个层次 现实世界、概念世界、数据世界23、 数据概念模型对象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。每个对象对应一组相关的属性以区分不同的对象。对象模型强调地理空间中的单个地理现象。对象模型适合于对具有明确边界的地理现象进行抽象建模。场模型（域模型）把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看

10、待，如地形高度。根据应用不同，场可以表现为二维或三维。连续变化的空间现象难以观察，在实际问题中，常在有限时空范围内获取足够高精度的样点观测值来表征场的变化。网络模型描述不连续的地理现象；考虑相互连接多个地理现象之间的连通情况。可看作一种对象模型的特例，由点对象和线对象间的拓扑关系构成。24、 空间数据类型几何图形数据来源于各种类型的地图和实测几何数据。影像数据来源于卫星遥感、航空遥感和摄影测量等。属性数据来源于实测数据，文字报告，或地图中的各类符号说明，以及从遥感影像数据通过解释得到的信息等。地形数据来源于地形等高线图中的数字化，数字化高程模型（DTM），地形表面（如TIN）等。元数据对空间数

11、据进行推理、分析和总结得到的关于数据的数据。智能化GIS中的规则和知识数据。25、 空间拓扑关系 拓扑关系：图形在保持连续状态下的变形（缩放、旋转和拉伸等），但图形关系不变的性质。邻接关系：空间图形中同类元素之间的拓扑关系。关联关系：空间图形中不同类元素之间的拓扑关系。包含关系：空间图形中不同类或同类但不同级元素之间的拓扑关系。连通关系：空间图形中弧段之间的拓扑关系。 拓扑关系的重要意义：拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何坐标关系有更大的稳定性，不随投影变换而变化。利用拓扑关系有利于空间要素的查询。根据拓扑关系重建地理实体。26、 数据结构与空间数据结构的概念数据结构是指数据

12、组织的形式，是相互有关联的数据元素的集合，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。空间数据结构是指适合于计算机系统存储、管理和处理的地学图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。27、 矢量数据结构定义：矢量数据结构对矢量数据模型进行数据的组织。通过记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体。特点：定位明显，属性隐含：其定位是根据坐标直接存储;属性存于文件头或数据结构中某些特定的位置上。数据精度高，存储空间小 。矢量数据结构中，传统方法是几何图形及其关系用文件方式组织，而属性数据通常采用关系型表文件记录，两者通过实体标识符连接。矢量数据表示时主要考

13、虑以下问题：矢量数据自身的存贮和处理。与属性数据的联系。矢量数据之间的空间关系(拓扑关系)。矢量数据表示内容：点实体、线实体、面实体。矢量数据结构按其是否明确表示地理实体间的空间关系分为：实体数据结构、拓扑数据结构。实体式（坐标序列法，Spaghetti方式 ）构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织；在这种数据结构中，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；不含有拓扑关系数据。实体式优点：编码直观容易；数字化操作简单；显示速度快。实体式缺点：相邻多边形的公共边界数字化两次，造成数据冗余，可能出现数据不一致；缺少拓扑关系（Topological Rela

14、tionship），空间分析非常困难；岛只作为一个单一图形，没有与外界多边形的联系。28、 拓扑数据结构拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。具有拓扑关系的矢量数据结构就是拓扑数据结构。拓扑数据结构没有固定的格式，还没有形成标准，但基本原理相同。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。拓扑数据结构包括：索引式；双重独立编码结构；链状双重独立编码结构。拓扑数据结构的优缺点：优点数据结构紧凑、数据冗余小；拓扑关系明晰，使得拓扑查询、拓扑分析效率高；缺点对单个地理实体的操作效率低；难以表达复杂的地理实体；查询效率低、局部更新

15、困难。29、 栅格数据结构的定义与特点栅格数据结构的概念：以规则栅格阵列表示空间对象的数据结构。 阵列中每个栅格单元上的数值表示空间对象的属性特征。栅格阵列中每个单元的行列号确定位置，属性值表示空间对象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存在一个值。栅格数据结构的特点：属性明显，定位隐含；数据结构简单、数学模拟方便。属性明显：数据直接记录属性的指针或属性本身。定位隐含：位置根据行列号转换为相应的坐标。数据量大；难以建立实体间的拓扑关系；通过改变分辨率而减少数据量时精度和信息量同时受损。30、 栅格单元值的选取 （1）中心点法：用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码。（2）面积占优法：

16、以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码。（不作统计）3）百分比法：根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数来确定栅格单元的代码。（作统计）（4）重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码。31、 完全栅格数据结构定义：完全栅格数据结构是最简单直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法。将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码。完全栅格编码的优点：编码直观简单，信息无压缩、无丢失。完全栅格编码的缺点：数据量大。32、 压缩栅格数据结构链码结构、游程长度编码结构、块状编码结构、四叉树数据结构、二维行程编码结构。采用压缩编码方法其

17、目的就是要用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息。其类型分为信息无损编码和信息有损编码。实例：有一栅格数据文件按行方向由左到右、自上而下直接栅格编码表示为：0，6，1，0；0，1，8，8；1，8，8，8；0，1，1，8。分析并回答下列问题。表示点状地物的代码是几？（6）假设方向代码分别表示为：东=0，东北=1，北=2，西北=3，西=4，西南=5，南=6，东南=7。写出线状地物的链式编码。（1，3，5,5,7,0）按行方向写出一种游程编码方案。（游程编码方案有两种，写出其中一种就可以。代码，个数，代码，个数代码，位置，代码，位置0，1，6，1，1，1，0，10，1，6，2，1，3，0，4）按行方向

18、写出块码编码方案。（行号，列号，半径，代码（1，1，1，0）， （1，2，1，6），（1，3，1，1）， （1，4，1，0）。（2，1，1，0）， （2，2，1，1），（2，3，2，8）。（3，1，1，1）， （3，2，1，8）。（4，1，1，0）， （4，2，1，1），（4，3，1，1）， （4，4，1，8）。）按四叉树分解最多能分解几次？最大层数为多少？（首先查看图像是否为2n2n栅格，如果不是则需要在周边增加背景（值为0）扩充为2n2n栅格。分解的次数（层次）为2。从四叉树的树状表示图可以得到其共有2层。） 33、 栅格数据结构的优缺点 （1）优点：表达地理要素比较直观；容易实现多元数据

19、的叠合操作；便于和遥感图像及扫描输入数据相匹配建库和使用。（2）缺点：数据冗余度较大；数据精度取决于网格的边长，数据精度和数据量存在不可调和的矛盾；难于建立网络连接关系和进行网络分析。34、 矢量与栅格一体化数据结构的理论基础理论基础：（1）三个约定 点状地物仅有空间位置，没有形状和面积，在计算机内部仅有一个位置数据及与结点关联的弧段信息。线状地物有形状但没有面积，在计算机内部需要用一组元子来填满整个路径，并表示该弧段相关的拓扑信息。面状地物具有形状和面积，在计算机内部是由边界包围的紧凑空间和一组填满路径的元子表达的边界组成。（2）多级格网法：由于一体化数据结构是基于栅格的，表达目标的精度必然

20、受栅格尺寸的限制。可利用多级格网法提高点、线（包括面状地物边界）数据的表达精度，使一体化数据结构的精度达到或接近矢量表达精度。多级格网方法将栅格划分成多级格网：粗格网、基本格网、细分格网。（3）现行四叉树编码：35、 数据源分类及其特征特征：地图存储介质、现势性、投影转换。遥感、航空影像数据分辨率、变形规律、纠正、解译特征。地面测量GPS。共享数据格式、精度。统计数据大量。多媒体辅助GIS空间分析和查询。36、 地图数字化地图数字化：根据现有纸质地图，通过手扶跟踪或扫描矢量化的方法，生产出可在计算机上进行存储、处理和分析的数字化数据。矢量电子地图：当纸地图经过计算机图形图像系统光电转换量化为点

21、阵数字图像，经图像处理和曲线矢量化，或者直接进行手扶跟踪数字化后，生成可以为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件。数字化方法：（1）手扶跟踪数字化（2）扫描矢量化。 数字化仪采用的数字化方式主要包括点方式和流方式。距离流、时间流。两种数字化方法的比较：精度、自动化程度、速度、工作量大小。37、 整个GPS系统组成 整个GPS系统包括空间卫星、地面控制站和用户接收机三个部分。38、 属性数据的分类 空间数据分类概念：根据系统的功能及相应的国际、国家和行业空间信息分类规范和标准，将具有不同空间特征和语义的空间要素区别开来的过程。分类方法线分类法（层次分类法）：将分

22、类对象按选定的空间特征和语义信息作为分类划分的基础，逐次地分成相应若干个层级的类目，并排列成一个有层次的，逐级展开的分类体系。同级类之间为并列关系，下级类与上级类间存在隶属关系，同级类不重复、不交叉。39、 属性数据编码编码概念：确定属性数据代码的方法和过程。代码是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。编码的直接产物就是代码。编码原则：编码的系统性和科学性；编码的一致性和唯一性；编码的标准化和通用性；编码的简捷性；编码的可扩展性。编码方法：层次分类编码法、多源分类编码法（独立分类编码法）。40、 坐标变换的地理意义 实现地图的数学法则：坐标变

23、换是将地球球面上的地理对象表示在平面上的数学基础。实现由设备坐标（数字化仪坐标和栅格图像坐标）到现实世界坐标（实际地理坐标）的转换。控制数据采集的精度：由控制点建立的坐标转换公式实际上是一组回归方程，通过在图面上均匀选取适当数目的控制点，并精确地输入控制点的实际地理坐标，可以提高回归方程的拟合精度，从而根据需要进一步控制数字化的精度。实现多图幅拼接或不同比例尺间地图的匹配：当需要对多幅地图进行数字化时，如果在多幅地图之间或在不同比例尺地图之间建立了一个统一的坐标系，并在每一幅地图上都输入一定数量的控制点（至少四个）及相应地理坐标，则经由控制点拟合的坐标转换公式，将所有图幅的数字化仪平面坐标转换

24、成统一坐标系中的坐标，这样就使图幅拼接或不同比例尺地图间的匹配成为可能。41、 矢量数据向栅格数据的转换矢量结构与栅格结构的相互转换是地理信息系统的基本功能之一，目前已经发展了许多高效的转换算法。点状实体只是坐标精度变换问题，不存在太大的技术问题。线实体把序列中坐标对变为栅格行列坐标以及在坐标点之间插满一系列栅格点，这容易由两点式直线方程得到；同时线实体的转换与将多边形边界表示为矢量结构相似。多边形数据结构的转换主要方法 内部点扩散法 复数积分法 射线法 扫描法42、 栅格数据向矢量数据的转换栅格向矢量转换的目的：将栅格数据分析的结果通过矢量绘图装置输出；为了数据压缩的需要，将大量的面状栅格数

25、据转换为由少量数据表示的多边形的边界；为了能将自动扫描仪获得的栅格数据加入矢量形式的数据库。多边形栅格格式向矢量格式转换就是提取以相同的编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑关系，并表示由多个小直线段组成的矢量格式边界线的过程。栅格数据到矢量数据转换的一般过程：二值化二值图像的预处理细化追踪拓扑化去除多余点及曲线圆滑。二值化是对栅格数据进行处理。43、 数据交换模式 外部数据交换模式、直接数据访问模式、数据互操作模式、空间数据共享平台模式。44、 数据压缩概念 数据压缩：从数据集合S中抽出一个子集A，这个子集作为一个新的信息源，在规定精度范围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩

26、比。压缩比表示曲线信息载量减少的程度。设曲线的原点序A:|A1,A2,A3Am| 数据压缩处理后新子序A: |A1,A2,A3An| 压缩比a=m/n145、 矢量数据压缩矢量数据压缩目的：删除冗余数据，减少数据的存贮量，节省存贮空间；加快后继处理的速度。矢量数据压缩内容：在不扰乱拓扑关系的前提下，对采样点数据进行合理的抽稀；对矢量坐标数据重新进行编码，以减少所需要的存储空间。矢量数据压缩方法：大多数情况下，道格拉斯普克法的压缩算法较好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大；垂距法算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点p值去掉而失真；间隔取点法以前应用较广，现在应用较少。

27、46、 空间数据质量概念空间数据质量：空间数据在表达其空间位置、专题特征和时间信息时所能够达到的准确性、一致性、完整性及它们之间统一性的程度。通常用空间数据的误差来度量。47、 空间数据质量问题的来源 （1）空间现象自身存在的不稳定性（2）空间现象的表达 （3）空间数据处理中的误差（4）空间数据使用中的误差48、 数据误差类型 空间数据误差主要有几何误差、属性误差、时间误差和逻辑误差四大类。其中属性误差和时间误差与普通信息系统中的误差概念一致，几何误差是GIS所特有，而几何误差、属性误差和时间误差都会造成逻辑误差。49、 常见空间数据的误差分析 （1）逻辑误差检查逻辑误差，有助于发现不完整的数

28、据和其他三类误差。对数据进行质量控制或质量保证或质量评价，一般先从数据的逻辑性检查入手。几何误差几何误差主要是点误差与线误差。（2）地图数据的质量问题：地图数据的质量问题中主要有地图固有的误差：用于数字化的地图本身所带有的误差，包括控制点误差、投影误差等；图纸变形产生的误差：这类误差是由于图纸的大小受湿度和温度变化的影响而产生的；图形数字化误差：数字化的两种方法（手扶跟踪数字化和扫描矢量化）。跟踪数字化，影响其数据质量的因素主要有：数字化要素对象（简单与复杂程度）、数字化操作人员（技术与经验 ）、数字化仪（分辨率和精度 ）和数字化操作（方式）。扫描数字化，影响其数据质量的因素包括原图质量（如清

29、晰度）、扫描精度、扫描分辨率、配准精度和校正精度等。（3）遥感数据的质量问题：遥感数据的质量问题，一部分来自遥感仪器的观测过程，一部分来自遥感图像处理和解译过程。（4）测量数据的质量问题空间数据质量控制方法有以下三种：传统的手工方法：质量控制手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他比较方法。元数据方法：数据集的元数据中包含大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可了解数据质量的状况和变化。地理相关法：用空间数据的地理特征各要素自

30、身的相关性分析数据的质量。50、 缓冲区查询缓冲区：根据数据库中点、线、面地理实体，自动建立其周围一定宽度范围的多边形，来表征特定地理实体对邻域的影响范围。缓冲区查询特征：不破坏原有空间目标的关系，只检索缓冲区范围内涉及到的空间目标。缓冲区查询原理：根据用户给定点缓冲、线缓冲或面缓冲的距离，形成一个缓冲区的多边形；再根据多边形检索的原理，从该缓冲区内检索出所要的空间对象。51、 属性查询属性查询：根据一定的属性条件查询满足条件空间实体的位置。图形与属性的混合查询是一种更为复杂的查询，查询的条件不仅是某些属性条件或某个空间范围，而是两者的综合。52、 图形查询图形查询：根据图形的位置查询有关属性

31、信息。图形查询属性分为两步：借助空间索引，在GIS数据库中快速检索出被选空间实体；根据空间实体与属性的连接关系得到查询空间实体的属性列表。点查询、矩形或圆查询、多边形查询。53、 空间分析概述基于地理对象的位置和形态的空间数据分析技术，目的在于提取和传输空间信息。空间分析是GIS的主要特征；GIS空间分析能力是GIS区别于一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统成功与否的一个主要指标。空间分析概念：地学原理为依托，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、空间分布、空间形态、空间形成和空间演变等信息的空间分析技术。54、 叠置分析叠置（加，合）分析是GIS最常用的提取空间隐含信息的手段之一。该方法源于传统的透明材料叠加。空间叠置分析(spatial overlay analysis)：在统一空间参照系统条件下，将同一区域两个或多个地理对象图层进行叠置产生一个新数据层面；同时产生空间区域多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。空间合成叠合：用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域，或对叠合后产生的多重属性进行新的分类；空间统计叠合：用于提取某个区域范围内某些专题内容的数量特征