地理信息系统复习.docx
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地理信息系统复习
地理信息系统复习要点
重点名词
1、叠加分析；
将地理景观分层提取，每个主题层（数据层面）既可以用矢量结构的数据表达，也可以用栅格结构的数据表达。
地理信息系统的叠加分析是将有关主题层组成的数据层面进行叠加，产生一个新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层面要素所具有的属性。
它不仅包括空间关系的比较，也包含属性关系的比较。
提取空间隐含信息的手段之一。
可以分为以下几类（应用）：
视觉信息叠加（遥感影象与专题地图的叠加）点与多边形的叠加（多边形对点的包含关系，进行属性查询），线与多边形叠加（比较线上坐标与多边形的关系，计算河流和路网密度），多边形叠加（土地利用分析），栅格图层叠加（用于空间模拟如：
土壤侵蚀强度模拟）。
2、数字地球；
数字地球-指以地球作为对象的，以地球坐标为依据，具有多分辨率、海量的和多种数据融合的，并可用多媒体和虚拟技术进行多维表达的，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的技术系统。
数字地球，是把浩瀚复杂的地球数据加以数字化、网络化，变成一个地球信息模型计划。
是一种可以嵌入海量地理数据、多种分辨率、三维的地球表达，是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识。
其核心思想有两点：
一是用数字化手段统一处理地球问题；二是最大限度地利用信息资源。
数字地球概念的三个方面：
（1）数字化的三维显示的虚拟地球，或信息化的地球，包括数字化、网络化、智能化和可视化的地球技术系统；
（2）实施数字地球计划，需要政府、企业和学术界的共同协力参加。
实施数字地球计划是社会的行为，需要全社会的关心和支持；（3）数字地球是一次新的技术革命，将改变人类的生产和生活方式，进一步促进科学技术的发展和推动社会经济的进步。
3、栅格游程编码；
是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后的网格的值及合并的网格的长度，其目的是压缩栅格数据量，剔除数据间的冗余。
4、关系数据库；
关系数据库，是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据。
5、虚拟现实；
也称虚拟环境或人工现实，是一种由计算机生成的高级人机交互系统，即构成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉、嗅觉的可感知环境，演练者通过专门的设备可在这个环境中实现观察、触摸、操作、检测等试验，有身临其境之感。
6、数据互操作性；
数据互操作性就是指异构数据源之间的转换。
数据库互操作性技术就是解决异构数据源之间相互转换的技术。
该技术可以提高数据库管理系统的适应性，是数据库管理系统的一个核心技术和组件。
7、空间索引；
是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息。
作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间对象之间，它通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。
8、WebGIS；
是Web技术和GIS技术相结合，即利用Web技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术。
从WWW的任一个节点，Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间检索和空间分析。
9、元数据；
是指描述空间数据的数据，它描述空间数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征，是空间数据交换的基础，也是空间数据标准化与规范化的保证，在一定程度上为空间数据的质量提供了保障。
10、GridGis；
GridGIS（网格GIS）是利用现有的网格技术、空间信息基础设施，空间信息网络协议规范，形成一个虚拟的空间信息管理与处理环境，将空间地理分布的、异构的各种设备与系统进行集成，为用户提供一体化的空间信息应用服务的智能化信息平台。
11、地图投影；
是建立平面上的点（用平面直角坐标或极坐标表示）和地球表面上的点（用纬度和精度表示）之间的函数关系。
12、拓扑关系；
拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的位置关系，拓扑数据也有利于空间要素的查询。
13、几何变换；
几何纠正：
是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的改正。
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。
几何纠正的方法包括仿射变换、相似变换、二次变换和高次变换等。
14、空间数据
是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。
它是由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他系统通讯输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。
15、数据压缩；
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,A3……Am|数据压缩处理后新子序A’:
|A1,A2,A3……An|压缩比a=m/n≥1
16、地理信息系统；
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。
其技术系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计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。
17、空间数据库；
是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
18、矢量数据；
是用直线、圆弧或光滑曲线等基本几何图元表示图形的方法，每个空间实体的要素特征是由一组对应的x,y值来表示的，这个坐标值称为矢量数据。
19、多边形叠置分析方法
将两个或多个多边形图层进行叠置产生一个新多边形图层的操作；叠置结果是将原多边形图层分割成一个新多边形图层，新多边形图层综合了原来两层或多层的属性。
20、DEM；
DEM数字高程模型--地面高程的数字表示，由一系列地面点的x，y位置及其相联系的高程z所组成，DTM中最基本的部分。
数字地形模型（DTM）中地形属性为高程时称为数字高程模型（DEM）。
DEM是地表单元上高程的集合，是地貌形态的离散表示。
DEM是构成DTM的基础，DTM的其他元素均有DEM导出，显然，DEM的质量好坏直接决定着DTM的精确性。
21、OpenGIS；
开放式地理信息系统（OpenGIS），由美国OGC提出。
其目标是，制定一个规范，使得应用系统开发者可以在单一的环境和单一的工作流中，使用分布于网上的任何地理数据和地理处理。
它致力于消除地理信息应用之间以及地理应用与其它信息技术应用之间的藩篱，建立一个无“边界”的、分布的、基于构件的地理数据互操作环境，与传统的地理信息处理技术相比，基于该规范的GIS软件将具有很好的可扩展性、可升级性、可移植性、开放性、互操作性和易用性。
22、GIS互操作；
互操作是指在异构环境下的两个或多个实体，尽管它们实现的语言、执行的环境和基于的模型不同，但仍然可以相互通信和协作，以完成某一特定任务。
这些实体包括应用程序、对象、系统运行环境等。
空间数据的互操作针对异构的数据库和平台，实现数据处理的互操作，与数据转换相比，它是“动态”的数据共享，独立于平台，具有高度的抽象性，是空间数据共享的发展方向。
23、地理数据和地理信息；
地理数据，是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。
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；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
24、空间索引；
是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息。
作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间对象之间，它通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。
25、规则格网模型；
规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。
规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。
数学上可以表示为一个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组。
每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值
26、DTM；
数字地面模型简称DTM，是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。
27、3S集成
“3S”集成技术：
将遥感技术与全球定位技术作为快速获取和更新地理信息的手段，将地理信息系统作为存贮、管理和分析空间信息和数据的基础平台，以这三项技术和技术系统为核心而形成的技术体系。
更广义和更深层的意义：
用各种现代化方法来采集、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关的数据的一种综合和集成的技术体系。
简答题
1、四叉树数据结构的定义？
线性四叉树的编码方法？
在GIS中有何应用？
四叉树数据结构，是将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n≥1），直到子象限的数值单调为止。
凡数值（特征码或类型值）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。
这样，对同一种空间要素，其区域网格的大小，随该要素分布特征而不同。
线性四叉树编码的基本思想是：
不需记录中间结点和使用指针，仅记录叶结点，并用地址码表示叶结点的位置.线性四叉树有四进制和十进制两种，十进制四叉树的地址码又称Morton码。
为了得到线性四叉树的地址码，首先将二维栅格数据的行列号转化为二进制数，然后交叉放入Morton码中，即为线性四叉树的地址码。
这样，在一个2n×2n的图像中，每个像元点都给出一个Morton码，当n＝3时即为（图4—23）：
这样就可将用行列表示的二维图像，用Morton码写成一维数据，通过Morton码就可知道象元的位置。
把一幅2n×2n的图像压缩成线性四叉树的过程为：
1°、按Morton码把图象读入一维数组。
2°、相邻的四个象元比较，一致的合并，只记录第一个象元的Morton码。
3°、比较所形成的大块，相同的再合并，直到不能合并为止。
对用上述线性四叉树的编码方法所形成的数据还可进一步用游程长度编码压缩。
压缩时只记录第一个象元的Morton码。
解码时，根据Morton码就可知道象元在图像中的位置（左上角），本Morton码和下一个Morton码之差即为象元个数。
知道了象元的个数和象元的位置就可恢复出图像
应用:
四叉树编码有许多优点，首先是它具有可变分辨率，它能够按图形特征、自动调整分割尺寸和层次，既能精确表示图形的细节部分，又可以根据图形结构除去不必要存储量，所以这样编码效率高；其次，四叉树编码具有区域性质，适合于图形图象的分析运算；另外，四叉树编码便于岛的分析，便于同栅格矩阵之间进行转换。
2、GIS中的缓冲区有点、线、面的缓冲区三种。
试分别举一例说明其在地学中的应用。
缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一，是指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。
例如，某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析；而在对野生动物栖息地的评价中，动物的活动区域往往是在距它们生存所需的水源或栖息地一定距离的范围内，为此可用面缓冲区进行分析，等等。
3、分析的意义、算法，并举例说明其应用。
缓冲区分析是邻近度分析的一种，缓冲区是为了识别某一地理实体或空间物体对其周围地物的影响度而在其周围建立具有一定宽度的带状区域。
缓冲区作为独立的数据层进行叠加分析，可应用到道路、河流、环境污染源、居民点、辐射源等的空间分析，为某种应用目的提供科学依据，另外，结合不同的专业模型，可以在生活、军事、城乡规划等领域发挥重要的作用。
缓冲区分析是地理信息系统重要的空间分析功能之一，它在交通、林业、资源管理、城市规划中有着广泛的应用，例如湖泊和河流周围的保护区的定界、汽车服务区的选择、民宅区远离街道网络的缓冲区的建立等
缓冲区的生成有栅格和矢量两种基本算法。
栅格方法在原理上较简单,容易实现,但受精度的限制。
矢量方法是角平分线法和凸角圆弧法。
4、GIS与一般计算机信息系统的异同？
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。
4、GIS空间数据的分类和内容及其特征？
GIS的空间数据分类
（1）依据数据来源的不同分为：
地图数据、地形数据、属性数据、元数据、影像数据
（2）数据结构:
矢量数据结构和栅格数据结构
3）按数据特征分类：
空间定位数据非空间属性数据
（4）按数据计划特征分类：
点，线，面，曲面，体
（5）按照数据发布形式：
数字线画图数据数字栅格图数据数字高程模型数据数字正射影像数据。
空间数据一般具有三个基本特征：
属性特征（非定位数据），表示实际现象或特征，例如变量、级别、数量特征和名称等等。
空间特征（定位数据）：
表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。
空间特征又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示，例如笛卡尔坐标等。
时间特征（时间尺度）：
指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等等。
5、3S集成的概念和基本思路。
“3S”集成技术：
将遥感技术与全球定位技术作为快速获取和更新地理信息的手段，将地理信息系统作为存贮、管理和分析空间信息和数据的基础平台，以这三项技术和技术系统为核心而形成的技术体系。
更广义和更深层的意义：
用各种现代化方法来采集、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关的数据的一种综合和集成的技术体系。
3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析（图1-1），以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。
GIS、RS和GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率。
5、论述GIS的发展简史与趋势？
第一阶段：
从1978年到1980年为准备阶段，主要进行舆论准备，正式提出倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。
第二阶段：
从1980年到1985年为起步阶段。
这一阶段主要是对地理信息系统进行理论探索和区域性实验研究，并在此基础上制定国家地理信息系统规范。
从1984年开始，国家测绘局测绘科学研究所着手组建中国国土基础信息系统；1985国家资源与环境信息系统实验室成立；
第三阶段：
从1985年到1995年为发展阶段。
GIS研究作为政府行为被列入国家攻关计划，并开始了有计划、有组织、有目标的科学研究。
如“七五”国家攻关项目“三北防护林遥感调查”、“黄土高原遥感调查”等都开展了地理信息系统在资源管理方面的研究。
“八五”期间国家攻关项目包括“重大自然灾害监测与评估系统”、“重点产粮区主要农作物估产”、“国家基础地理信息系统建设”。
第四阶段：
1995年至今为我国GIS产业化阶段。
强调GIS的实用化、集成化和工程化，力图使GIS从发展阶段走向实用化和生产化。
6、试比较地理信息系统与其它信息系统之间的异同？
7、试比较矢量、栅格两种数据结构的优缺点？
比较矢量与栅格数据结构的优缺点
优点
缺点
矢
量
1、便于面向实体的数据表达。
2、数据结构紧凑，冗余度低。
3、拓扑结构有利于网络分析、空间查询等。
1、数据结构较复杂。
2、软件实现的技术要求比较高。
3、多边形叠合等分析相对困难。
栅
格
1、数据结构相对简单。
2、空间分析较容易实现。
3、有利于遥感数据的匹配应用和分析。
1、数据量较大，冗余度高，需要压缩处理。
2、定位精度比矢量低。
3、拓扑关系难以表达。
8、什么是地理信息系统？
它与一般的计算机应用系统由那些异同点？
9、试解释缓冲区分析方法，并举例说明该空间分析方法的用途。
缓冲区分析----对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕其要素区多边形实而形成一定缓冲体，从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法。
缓冲区分析用途：
污染源对其周围的污染量随距离而减小，确定污染的区域；为失火建筑找到距其500米范围内所有的消防水管等；道路噪声影响范围就是沿道路建一定宽度的缓冲区，车流量决定缓冲区半径；某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析等等。
叠合分析用途：
可以计算每个污染区的平均人口密度；计算同一高程处植被类型的种类，或可以计算同一种植被类型下高程的平均值。
以下为以某一地区坡度分类区为分类区数据集，土地利用类型为被分类数据集（下图），计算同一坡度分类区内土地利用类型的种类。
10、近几年来遥感与地理信息系统学科有哪些热门领域和热点问题？
试举3个实例，并说明个人的看法。
11、比较地理信息系统数据库和一般数据库的区别。
1）数据量特别大，地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤
其是要素的空间位置，其数据量往往很大。
2）不仅有地理要素的属性数据（与一般数据库中的数据性质相似），还有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。
3）数据应用广泛，例如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等。
12、请简要说明DTM有哪些具体表达模型？
同时说明从DTM中实现谷脊特征的提取方法。
DEM的概念：
是用数值矩阵对地表起伏变化的一种连续表示方法，它是地表单元高程集合，是国家空间地理信息的重要组成部分。
DEM构建方法：
（1）等高线法；
（2）规划格网法；（3）不规划三角网法。
DEM的应用：
（1）用于民用和工程的土石方填挖和计算；
（2）为军事目的显示地形景观；（3）为武器精确制导提供地形匹配；（4）通视分析；（5）坡度、坡向分析；（6）和GIS结合进行各种空间分析；（7）对不同地貌进行分析，研究土地浸蚀和泾流；（8）对各种专题地图进行组合分析；（9）是国家地理信息的重要基础；（10）其它用途。
13、简述地理信息系统的组成
14、简述地图数字化的方法和它们的注意点
对线条简单的或线条位置精度要求不高的图形，最好能自己动手绘制。
对不称心的各种地图，如倾斜的、有污点的、对比度低的、部分内容不需要的、部分内容需要添加的等等，就要进行修改。
①作一些简单的修改，如纠正倾斜、擦除污点或不需要的内容、修改边框、增强对比度、添加少量的文字或线条等，宜用PHOTPSHOP。
这样比较快捷，且与原图的质量保持一致，如图3、图4。
在具体操作中，要注意正确选择。
在进行对比度调整、任意角旋转、添加文字时，必须先把图像转成灰度模式，不然无法操作。
在导出图像时，一般应将图像转成位图模式。
因为灰度文件容量太大，而中学所用地图大都是黑白的，没有必要用灰度，除非有特殊用途。
除此以外，直接修改就行了。
②对于要添加大量文字、较复杂或精确的图形时，推荐使用FLASH，因为FLASH的绘图功能要远远强于PHOTOSHOP，如图5、图6（根据图5改制的世界区域图）。
修改方法是，先用ACDSEE看图软件将图像复制到FLASH，然后将位图文件转成图元文件（修改/描绘位图），接着可随意进行各种修改，最后以WMF或EMF格式导出图像。
对于找不到源文件且较复杂的图像，那只得用纸绘加扫描的方法了。
纸上绘图自由度大，如可以请美术老师画。
而电脑绘图要求高，必须结合电脑技术与绘图技术，如图7、图8。
具体方法是：
找一张白一点的纸（以增强对比度），自己或请人画，然后将它扫描成数字图像。
需要注意的是，扫描模式设成黑白，分辨率为150～600，视原图大小而定。
如插入后不需缩放的，则150就可以了，要放大一倍，则为300，依次类推。
15、GIS的构成及主要功能
GIS的基本构成：
GIS一般包括以下5个主要部分：
系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
1、系统硬件：
（1）GIS主机：
包括大型、中型、小型机，工作站∕服务器和微型计算机，其中各种类型的工作站∕服务器成为GIS的主流。
（2）GIS外部设备：
包括各种输入（如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等）和输出设备（如各种绘图仪、图形显示终端和打印机）。
（3）GIS网络设备：
包括布线系统、网桥、路由器和交换机等。
2、系统软件：
按功能分为GIS专业软件、数据库软件和系统管理软件。
3、空间数据：
在地理信息系统中，空间数据是以结构化的形式存储在计算机中的，称为数据库。
4、应用人员：
包括系统开发人员和GIS技术的最终用户。
5、应用模型
GIS的功能：
基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。
1、基本功能：
包括数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编程。
2、应用功能：
包括资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策、定位服务
17、空间数据库管理的方式有哪几种，各有什么优缺点？
空间数据库管理方式（几种方案）
1、文件关系数据库混合管理方案
定义：
用一组文件形式来存储地理空间数据及其拓扑关系，利用通用关系数据库存储属性数据，通过唯一的标识符来建立它们之间的连接。
局限性：
由于空间数据和属性数据的分开存储，在表现地理空间数据方面缺乏完整的表达语义和存储机制，难以保证数据的存储和操作的统一。
这种方式实际上不能建立真正意义上的空间数据库。
文件关系数据库混合管理方案优点：
1）GIS可通过DBMS提供的高级编程语言的接口，直接操纵属性数据，查询属性数据库，并在GIS的用户界面下，显示查询结果。
（2）在ODBC（OpenDataBaseConnectivity,开放式数据库互连）推出后，GIS软件商只需开发GIS与ODBC的接口软件，就可将属性数据与任何一个支持ODBC的RDBMS连接。
这样用户可在一个界面下处理图形和属性数据。
文件关系数据库混合管理方案缺点：
（1）属性数据和图形数据通过ID联系起来，使查询运算，模型操作运算速度慢；
（2）数据发布和共享困难；
（3）属性数据和图形数据分开存储，数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能；
（4）缺乏表示空间对象及其关系的能力。
目前，空间数据管理正在逐步走出文件管理模式。
2、全关系式数据库管理方案
基于关系模型方式，将图形数据按关系模型组织。
图形数据和属性数据统一存储在通用关系数据库中，即将图形文件转成关系存放在目前大部分关系型数据库提供的二进制块中。
将图形数据变长部分处理成BinaryBlock字段（多媒体或变长文本）
全关系式数据库管理方案优点：
（1）在全关系型数据库中加入了二进制数据块形式省去大量关系连接操作,可提高查询速度；
（2）便于数据的维护。
全关系式数据库管理方案缺点：
（1）不定长记录造成存储效率的下降；
（2）实现SQL查询要附加接口，因此它只适用于功能简单的GIS。
3、面向对象数据库管理
升级会员 