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1、地信 SaoX地信 SaoX第1章 什么是GIS（地理信息系统）？GIS基本概念：GIS相关的定义、理解GIS的组成：硬件、软件、空间数据、应用人员、数据模型GIS的功能：基本要求、具体功能GIS相关学科：相关学科、关系GIS的应用：应用方向、具体实例 GIS的发展趋势：发展方向 第一章重点内容： 第一节1.理解GIS的三个角度：可视化地图管理数据管理分析空间分析2.地理信息：是与空间地理分布有关的信息，地理信息属于空间信息3.地理信息系统：是地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对地理数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，采用空间模型分析方法提供空间和动态的环境信息，为决策服务

2、而建立起来的计算机技术系统。第二节1.组成GIS的软件系统：GIS系统软件：主要指计算机操作系统，功能为硬件资源管理、硬件与软件交互和用户接口等。GIS数据库软件：支持GIS空间数据和非空间属性数据的管理。GIS专业软件：有ARC/INFO、MAPINFO、MAPGIS、GEOSTAR等。第3节 地理信息系统的基本功能：数据采集与输入、数据编辑与处理、数据存储和管理、空间查询与分析、数据的显示与输出。 圆柱体代表数据库。一列属性叫一字段，一行属性叫一记录。（一列一字段，一行一记录）第2章 地理空间数学基础空间参照系统：地理空间、空间参照系统地理坐标系统：地理空间的数学构建（地球形体的三级逼近）

3、 GIS的空间坐标系 椭球体、大地基准 高程系统投影坐标系统：地图投影、投影变形、投影分类与选择、投影参数、常用投影常用地图投影：等角正割圆锥投影 UTM投影、高斯投影 我国主要采用的地图投影系统地图简介：地图相关概念、类型 地形图第二章重点内容：第一节 1.地理空间：在地理学上，地理空间指物质、能量、信息的存在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。地理空间上至大气电离层，下至地幔莫霍面，是生命过程活跃的场所，也是宇宙过程对地球影响最大的区域。地理空间被定义为绝对空间和相对空间两种形式。地理空间一般包括地理空间定位框架及其所连接的特征实体。2.空间参照系统的理解：地理空

4、间依赖空间参照系统来确定。空间参照系统的重要性：现实世界与计算机抽象空间的桥梁；空间数据配准与空间数据复合的基础；空间数据共享的需要。3.地球形体的三级逼近：一级逼近: 大地水准面(重力等位面)包围的球体，称为大地球体（三轴椭球体）。二级逼近: 大地球体绕短轴(地轴)旋转，形成一个表面光滑的球体，即旋转椭球体（双轴椭球体）。一般称为地球椭球体，为世界各国普遍采用。三级逼近:与局部地区的大地水准面符合得最好的一个地球椭球体，称为参考椭球体。通常不同国家地区采用不同的参考椭球体。4.高程系统：铅垂线、似大地水准面、大地水准面。5.地球椭球体（三要素）:长半轴a，短半轴b，扁率f=(a-b)/a第二

5、节1.地理坐标系（大地坐标系）：是以经度和纬度表示地面点位置的球面坐标系统。地心坐标系：以球心与地球质心重合的总地球椭球为基准的坐标系，地球质心为坐标原点。参心坐标系：以参考椭球体为基准的坐标系，参考椭球的球心为原点.。2.我国常用的大地坐标系，分别属于地心和参心坐标系：参心坐标系：1）1954年北京坐标系2）1980年国家大地坐标系3) 新1954北京坐标系地心坐标系：1）2000国家大地坐标系【CGCS2000】2）WGS-84世界大地坐标系3,。高斯-克吕格投影：是一种横轴等角切椭圆柱投影，它是将一椭圆柱横切于地球椭球体上，并与某一子午线相切，然后用等角条件将中央子午线两侧各一定经差范围

6、内的地区投影圆柱面上，并将此柱面展为平面，即获得高斯克吕格投影。第3节 1.地图投影：是指建立地表曲面和投影平面两个点集间的一一对应关系，亦即研究如何将地球曲面表示到地图平面的方法与过程。2.地图投影变形概念及类型：概念：在地图投影时，把球面上的经纬线网转换到投影平面上，转换后地图上经纬线网格必然产生变形，这种变形称为地图投影变形。类型：长度比和长度变形面积比和面积变形角度变形3.地图比例尺:反映了制图区域和地图的比例关系；比例尺：是图上长度与相应地面长度的比例；比例尺表明了地图数据的详细（精确）程度。 第四节1.等角正割圆锥投影：全球1:100万地形图的数学基础。(中央经线90E ，标准纬线

7、:24N,47N)2.高斯-克吕格投影的变形特征及应用：中央经线上无变形；同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大；同一条经线上，纬度越低，变形越大；?应用：_3.UTM投影与高斯投影的区别与联系:二者是横轴墨卡托投影的两个特例，采用同样的投影公式，只是参数差异，如：a.比例系数：UTM是等角横割圆柱投影，在投影带内有两条长度比1的标准经线，中央经线的长度比scale factor=0.9996 高斯-克吕格投影是等角横切圆柱投影，scale factor=1.0b.分带方式：UTM投影六度分带，自-180度起算；而高斯-克吕格投影自本初子午线0度起算第3章 空间数据模型和空间数据结构（重中之重

8、）地理空间与空间抽象：基本概念、空间抽象过程、数据模型空间数据概念模型：对象模型、场模型、网络模型拓扑空间关系：基本概念、拓扑元素、关系类型、表示空间数据与空间关系（矢量数据结构）：基本概念、表达内容、矢量数据结构及编码GIS空间数据（逻辑）模型（栅格数据结构）：基本概念、组织方法、栅格数据结构编码空间数据结构：矢量、栅格数据结构的比较、优缺点 第三章重点内容：第一节1.空间实体：对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。空间实体的类型：点状实体、线状实体、面状实体、立体状实体。2.空间实体描述内容包括的五个方面：标识符、空间位置、空间关系、属

9、性特征和功能。第二节1.空间数据概念模型：是考虑多类对象，只能体现地理空间的某一方面。根据地理认知方式，可把GIS数据组织方式分为三类模型：（1）基于对象：用于表示可精确描述出位置或边界的地物及其特征（2）基于域/场：用于表示地学现象的连续分布特征或者变化（3）基于网络GIS中空间数据概念模型的三种类型：对象模型场模型网络模型要素数据基本都是矢量图形/数据。第三节1.空间关系：指地理空间实体之间相互作用的关系。空间关系的类型：拓扑空间关系：用来描述实体间的相邻、连通、包含和相交等关系；顺序空间关系：用于描述实体在地理空间上的排列顺序，如实体之间前后、上下、左右和东、南、西、北等方位关系；度量空

10、间关系：用于描述空间实体之间的距离远近等关系。2.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，是指图形在保持连续状态下变形（缩放、旋转和拉伸等），但图形关系不变的性质。GIS中拓扑关系种类及其表示：1）种类：邻接关系、连通关系：空间图形中相同拓扑元素之间的关系。邻接关系是借助于不同类型的拓扑元素描述，如面通过链而邻接。关联关系（拓扑关联）：空间图形中不同类元素之间的拓扑关系。包含关系（拓扑包含）：空间图形中不同类或同类但不同级元素之间的拓扑关系。2）表示：拓扑关系的表达使用关系表。结点、弧段、多边形之间拓扑关系用四个关系表表达： （1）面-链关系： 面|构成面的弧段（2）链-结点关系

11、： 链|链两端的结点（3）结点-链关系： 结点|通过该结点的链（4）链面关系： 链|左面|右面 拓扑关系的意义：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。根据拓扑关系可重建地理实体。第四节1.GIS中基本的空间数据模型：矢量数据模型栅格数据模型2.矢量数据模型的类别：OGC简单要素模型（无拓扑）拓扑数据模型基于规则的数据模型（层次结构）TIN（不规则三角网）第五节1.空间数据结构：是指空间数据在计算机内的组织和编码形式，是一种适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构, 也就是指空间数据以什

12、么形式在计算机中存储和处理。分为基于矢量的数据结构和基于栅格的数据结构两种基本类型。矢量数据结构：是通过记录空间对象的坐标及空间关系，尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体的数据结构，允许任意位置、长度和面积的精确定义。矢量数据结构的种类：简单数据结构（实体数据结构/spaghetti数据结构）拓扑数据结构（.双重独立编码结构。.链状双重独立编码结构）2.栅格数据结构:是以规则的网格单元来表示空间地物或现象的分布的数据结构，其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征。栅格数据结构的编码方法（尤其块码、四叉树编码）:逐个像元编码 / 链码 / 游程编码 / 分块编码 / 四叉树编码3.矢量、栅

13、格数据结构的比较（主要是优缺点）第4章 空间数据采集空间数据：空间数据基本概念、特征及类型 元数据概念、作用 测量尺度空间数据的采集：空间数据采集的内容 空间图形数据采集 属性数据采集（属性编码、采集） 几何数据与属性数据的连接 空间数据的编辑、检核 空间数据的组织与分层 几何数据采集（地图数字化）第四章重点内容：第一节1.空间数据：指表征地理空间诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。2.空间数据的基本特征：空间特征：用以描述事物或现象的地理位置。时间特征：用以描述事物或现象随时间的变化。属性特征：用以描述事物或现象的特性。3.空间数据的类型：间特征

14、数据：空间特征数据记录的是空间实体的位置、拓扑关系和几何特征；专题特征数据：专题属性特征通常以数字、符号、文本和图像等形式来表示。时间特征数据：时间属性是指地理实体的时间变化或数据采集的时间等；时间可以被看成一个专题特征；空间数据随时间的变化相对较慢有时被忽略。研究GIS数据质量的目的和意义：GIS的数据质量是指GIS中空间数据(几何数据和属性数据)的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。误差是指数据与真值的偏离。 研究GIS数据质量对于评定GIS的算法、减少GIS设计与开发的盲目性都具有重要意义。GIS数据质量对保证GIS产品的可靠性有重要意义。4.元数据：就是关于数据的数据，描述了数据的内容

15、、质量、条件、和其它特征。元数据的作用：可以检索访问数据库有效利用数据资源对数据进行加工和二次开发为什么需要元数据：因为用户必须在了解数据的基础之上才可以对数据进行处理。第二节1.空间图形数据的采集方式有哪些：地理空间数据收集：包含栅格数据和矢量数据的一手和二手数据。三种数据源：已有数据。创建新数据。再生数据采集。DEM：数字高程模型。2.纸质地图空间图形数据采集过程（地图数字化）：地图数字化是指把传统的纸质或其他材料上的地图（模拟信号）转换为计算机可识别的图形数据（数字信号）的过程，以便进一步在计算机中进行存储、分析和输出。数字化方式有以下三种：手工数字化数字化仪数字化扫描仪数字化地图数字化

16、处理过程：（1）确定数字化路线：选择底图地图分层与分幅（2）地图预处理:减少图纸变形的影响线划要素的分段选取控制点（3）地图数字化3.属性数据的分类与分级：分类：将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开的过程。分级：对事物或现象的数量或特征进行等级的划分。4.属性数据编码方法：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。代码结构有严格的隶属关系。多源分类编码法：是指对于一个分类目标，根据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。5.GIS中代码的组成和概念：分类码是指利用信息分类的结果制定的代码。用于标记不同类别

17、信息的数据。标识码是在分类码的基础上，对每类数据设计出全部或主要实体的识别码。用其对某一类数据中各个实体进行标识。第5章 空间查询与空间分析空间分析概念、研究目标及类型空间查询：空间查询概念、方式、种类缓冲区分析：邻近度、缓冲区分析 缓冲区分析中的自相交多边形空间叠置分析：空间叠置分析、视觉信息叠加、点与多边形、 线与多边形、多边形与多边形叠加、栅格数据叠加空间网络分析：网络分析、网络的组成 网络分析解决的基本问题第5章重点内容：补充：【？空间数据和属性数据如何结合在一起?_1 空间数据的组织 存放：“图形文件”形式 属性数据的组织 存放：“关系表（二维）”形式？2.GIS中的属性数据分类能处

18、理的数据类型：命名 定名 间隔 数量 顺序 比例？3.对象关系数据库：数据库和数据库管理系统关系型数据库：按（关系）组织表格，数据集间按关键字链接。4.关系数据库模型：一维二维表构成。5.关系数据库是表的集合。主键和外部键：（源表主键 目标表外部键）源表 连加到 目标表 【笔记本】分辨主/外部键（源/目标表）：源n+1 目标n 合并后为nSQL：结构化查询语言。补充：】第一节1.空间分析：是集空问数据分析和空间模拟于一体的技术，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题的过程。2.从GIS应用角度看，空间分析可归纳为哪两类:基于点、线、面基本地理要素的空间分析地理问题模拟3.空间查

19、询的方式：给出图形信息给出属性特征条件第二节1.邻近度、缓冲区分析（的概念）邻近度：描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。由于地域相关性，两个邻点距离越近，二者之间的联系或属性越接近。缓冲区： 所谓缓冲区就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（缓冲距离）R决定。2.自相交多边形分为哪两种情况：岛屿多边形和重叠多边形。第三节1.叠置分析：指在统一的空间参照系统条件下，将同一地区的两组或两组以上的要素 (地图)进行叠置，产生新的特征(新的空间图形或空间位置上的新属性的过程)的分析方法。2.地理信

20、息系统叠加分析可分为哪几类：视觉信息叠加 |点与多边形叠加 |线与多边形叠加 |基于矢量数据的叠加分析多边形与多边形叠加 |基于栅格数据的叠加 |路网密度=长度/面积（如：河北省内铁路长度/河北省总面积）基于矢量叠加：点与多边形叠加线与多边形叠加多边形与多边形叠加不会产生新图层 形成新图层由于矢量结构的有限精度原因，叠加结果可能出现一些碎屑多边形，可设定模糊容限以消除它。第四节1.网络分析：是通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结构及其资源等的优化问题进行研究的一种空间分析方法。2.网络分析所能解决的问题：最短路径问题 连通分析最小生成树资源分配定位与分配问题

21、3.最短路径的算法Dijkstar算法：被认为是目前公认的最好的求解算法。基本思想：按最短路径长度递增的顺序，逐个产生各最短路径。重点：要能够应用GIS分析方法解决实际问题！第六章 空间信息可视化空间信息可视化概述：可视化；科学计算可视化概念、功能、应用 空间信息可视化概念及其形式空间数据的可视化过程：从地理数据库中检索图形数据 空间数据预处理 地图符号化电子地图、动态地图和VR技术：电子地图概念、基本特征 动态地图概念、特征和作用 虚拟现实技术概念、应用、分类与实现技术第六章重点内容：第一节科学计算可视化在GIS中的应用：A、空间位置的直观表示B、空间分析的可视化描述C、动态制图D、空间信息

22、的可视化查询E、面向对象的模型化2.空间信息可视化：是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。3.空间信息可视化的形式：地图（软拷贝和硬拷贝）多媒体地学信息三维仿真地图虚拟现实第二节1.空间数据可视化的过程：从地理数据库中检索图形数据空间数据预处理地图符号化地图输出第三节1.电子地图：以地图数据库为基础，以数字形式存储在计算机外存储器上，并依托于空间信息可视化系统实时再现地理信息的数字化地图。2.电子地图与GIS的区别：电子

23、地图包含了GIS的主要功能，但不是全部功能侧重于可见实体的显示难以赋予统一的空间数学基础，空间分析薄弱。一些电子地图(集)难予使其可视子空间均具有统一的空间数学基础，因而空间分析相对于GIS薄弱，这也是两者的分水岭。电子地图(集)是一种新型的、内容广泛的GIS产品，电子地图(集)系统则是一些内容广泛、功能各异的新型GIS系统3.虚拟现实：是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，是当代信息技术高速发展和集成的产物。考试占70%14届试题类型名词解释填空判断 5个 常识题型简答题 5-6分/个 稍详细些论述题 有分析题13届试题类型名词解释 10个题 共20分填空 20个空 共10分简述题 5-6个题 共40分论述题与计算题共有2道题 共30分