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地理系统考试内容
地理信息系统复习资料
第一章
1）数据是记录信息的符号，是信息的重要载体，是未加工的原始资料。
2）数据源：
能提供某种所需数据的原始媒体称为数据源，目前常用的有：
观测数据、分析测定数据、图形数据、统计调查数据、遥感数据。
3）狭义信息：
信息论中将信息定为“两次不定性程度之差”，即用熵增加值度量事物的认知程度；广义信息：
是宏观世界中主体与外部客体之间相互联系的一种方式，是主客体之间一切有用的消息或知识，是事物运动状态的一种普通的反映形式。
地理信息：
与所研究的地理实体的空间地理分布有关的信息，包括数量、质量、空间分布特征、相互关系及规律等。
4）具有特定功能的相互关联的诸多要素构成的整体称为系统；信息系统是指具有数据信息管理、检索、分析、运算、咨询决策功能的计算机系统。
5）地理信息系统（GIS）是以地理空间数据库为基础，采集、储存、管理、分析地球表面与地理分布的数据，为地理研究与地理决策服务的计算机系统内涵：
A.GIS的管理对象是多种地理实体数据及关系，定位坐标、图形、遥感、属性等。
B.GIS工作内容是区域地理现象与过程等。
C.GIS工作目标是复杂地理规划、决策及管理问题等。
6）地理信息三大要素：
空间位置、属性特征、时间关系
7）GIS五大功能模块
8）
9）GIS基本特征：
①具有采集管理、分析与输出多种地理空间信息的能力，具有空间性与动态性；②以地理模型方法为手段，以地理研究与地理决策为目的，具有区域空间分析，多要素与多目标综合分析及动态预测能力，产生高层次的地理信息；③由计算机系统支持进行地理数据管理、地理过程与现象模拟，产生有用信息为人类社会服务。
第二章
1）
2）地图：
普通地图（地形图比例尺大于或等于1∶100万；地理图比例尺小于1∶100万）、专题地图
3）地形图可精确反映地物、地貌位置形态、国家基本比例尺地形图为（7种）：
大比例尺：
1∶1万中比例尺：
∶2.5万，1∶5万，1∶10万，小比例尺：
1∶25万，1∶50万，1∶100万
4）地理图≤1:
100万的地图，如：
1∶200万，1∶250万，1∶400万，1∶800万，1∶1000万。
5）专题地图：
以普通地图作为底图，强调表示某种或几种专门内容的地图为专题地图（自然地图、社会经济图、工程技术图）
6）自然地图：
地质图、地貌图、水文图、植物图、土壤图、地势图
社会经济图：
人口图、经济图、政区图、历史图
工程技术图：
工程勘测设计图、土地利用图、
7）地图投影理论基本原理：
地球表面上任一点位置的地理坐标决定经纬度，将若干经纬线交点绘在平面上，再将相同经度的点连成经线，相同纬度的点连成纬线，构成经纬网，将球面上的点按经纬度画到相应的位置处，作图。
（按经纬度将球面上的点转移到平面上）地图投影就是利用特定的数学函数将经纬坐标（λ,φ）转换为平面坐标（x,y），即把地理坐标转换为平面坐标。
地图投影可减少因三维坐标转为二维坐标所产生的扭曲变形。
这种地球球面与平面之间点与点的函数关系的数学表示方法，称为地图投影。
8）地图投影的类型
投影目的是尽可能减少变形误差。
地图投影会影响两种误差：
①形状（角度）变化
②面积变化
●等角投影（ConformalMapping）
投影后保持形状不变。
特点：
（1）地物形状不变
（2）图上两地物之间角度与实地测量一致
（3）高纬度地区地物面积会放大
●等面积投影（EquivalentMapping）
投影后保持面积不变。
特点：
（1）面积保持不变
（2）形状发生变化
●任意投影
投影后长度、角度、面积均可能变化。
9）等角投影：
航海图、风向图、洋流图
等面积投影：
区域经济图、数字地图、
小比例尺普通地图
任意投影：
常用作数字地图
10）我国投影方案
①比例尺≥1:
1万地形图3°分带的高斯-克里格投影②比例尺1:
2.5万~1:
50万地形图
6°分带的高斯-克里格投影③1:
100万比例尺地形图等角圆锥投影（边缘纬线与中纬变形绝对值相等）。
11）对于一张图，可按对象的属性、类型划分为不同的集合，当这些集合在空间叠置在一起时，便显示一张图的影像，这就是图形数据分层；A.按逻辑特征分层①以属性分层②以图形对象类型分层B.按存储特征分层③独立存储④混合存储
12）图形数据分层的优点：
●使图形数据信息按某种规则进行划分，从而使数据含义明晰，易于识别。
●图形分层可在一定程度上减少内外存数据交换量，提高系统效率。
●在某些情况下，图形分层显示效果较好，尤其在图像重叠覆盖时表现明显。
●图形数据分层有利于明确空间关系，对于识别空间数据的信息机理很有帮助。
图形数据分层的缺点
●分层过多，增加用户操作步骤，使用户无法一次获取全部信息；
●分层使一些程序处理过程变得复杂；
●对于某些GIS软件，分层可能产生操作不便
13）图形数据分幅
定义：
按空间位置不同，将图形对象划分为不同的集合，这一过程称为图形数据分幅，GIS均支持一幅地图划分为多幅地图的功能。
14）图形数据分幅的优点：
●当地学海量图形数据存储时，通过分幅，将数据分放于适当数量的文件中，可平衡数据文件大小，便于数据的读写与信息共享。
●适当的分幅可提高用户对幅内信息的识别能力，从而提高应用效率。
图形数据分幅的缺点:
●等间隔分幅法人为地分割了地理要素的完整性，会造成拼幅、空间拓扑关系维护与分析方面的困难；
●区域分幅使数据在各文件中分布不均；
●分幅过多虽然有利于文件读写，但操作过程往往因文件过多而繁杂。
15）属性数据的编码：
属性是对某一地理目标的特征、数量及质量的描述指标，是空间实体的特征性数据；
编码一般方法：
●列出全部对象清单。
●制定对象分类、分级原则。
●拟定分类代码系统。
●设立代码及其格式：
字符、数字、码位长度、码位分配等。
●建立代码和编码的对照表。
常用编码方法：
A．层次分类编码法（以分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种编码方法）B.多元分类编码（又称独立分类编码法，指对于一个特点的分类目标，可根据诸多分类依据分别进行编码，各数字代码间没有隶属关系。
）
编码原则：
编码的系统性与科学性、编码的一致性、编码的标准化和通用性、编码的简捷性、编码的可扩展性
编码内容：
登记部分、分类部分、控制部分
第三章
1）数据在计算机中存储、管理和处理过程中的逻辑关系或组织形式，称为数据结构；
空间数据结构：
包括了空间、属性、时间等复杂的关系的地理数据结构。
2）●基于图形表达的矢量数据结构
●基于图像表达的栅格数据结构
●矢量与栅格一体化数据结构
3）●矢量是面向地物的结构，即对每一个具体的目标都直接赋有位置、属性等信息。
（位置明显，属性隐含）
●栅格是面向位置的结构，即平面空间上的任何一点都与某地物相联系。
但对于某一具体的目标，并不能直接表达其全部信息。
（属性明显，位置隐含）
4）矢量数据结构：
利用欧氏（Euclid）几何学中的点、线、面、体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式，
•●结点：
两条以上弧段相交的点，起点（FN）、终点（TN）。
•●弧段：
相邻两结点间的线段长度表示大小，顺序表示方向。
•●岛：
由一条弧段组成的多边形。
•●简单多边形：
内部不含岛的多边形。
•●复多边形：
内部含岛的多边形。
•●左多边形LP，右多边形RP。
5）矢量数据主要类型：
6）拓扑学对于研究对象的长短、大小、面积、体积等度量性质和数量关系都无关，而是描述空间对象的相邻、包含等关系。
7）
8
（3）曲面数据结构
为表达和存储需要，常用不规则三角网来拟合具有连续分布的自然表面，称为TIN数据结构.
9）（4）索引式数据结构:
索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，具体方法是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。
矢量数据结构的特点：
A：
优点
①数据结构严密，数据量小；
②数据精度高，数据存储冗余度低；
③可最好逼近地理实体空间分布特征，因而能够完整描述拓扑关系；
④可实现图形数据的恢复、更新与综合；
⑤图形输出美观。
B：
缺点
①数据结构复杂；
②多层数据的空间叠置分析较困难；
③数学模拟较困难；
④空间分析技术上较复杂。
10）1．栅格数据相关概念
将空间按一定规则分割成若干网格（正方形或矩形），在各个网格上给出相应的属性值表达地理实体特征，而网格的位置由网格所在的行列号定义，这种“属性明显，位置隐含”的数据组织形式称为栅格数据。
2．栅格数据结构的特点
A．优点
●数据结构简单
●空间数据的叠置和组合方便
●便于实现各种空间分析
●数学模拟方便
●开发费用低
B．缺点
●数据量大
●降低分辨率时，信息缺失严重
●地图输出不够精美
●难以建立网络连接关系
●投影变换较为费时
3．栅格数据结构主要类型
（1）栅格矩阵结构
栅格矩阵结构指全栅格阵列组织形式，如图所示
（2）游程编码结构
●游程（run-length）：
相邻同值网格的数量。
●游程编码：
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长度，其目的是压缩数据所占的空间。
●游程编码结构的建立方法
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），i=1,2,…,k，且k≤n，其中A为属性值，P为游程，k为游程序号，将上图的栅格矩阵转换为二元序列就是：
游程编码压缩数据的质量，可用Re来估算数据冗余度
（5）链式编码
链式编码（ChainCodes）又称为弗里曼链码（Freeman，1961）或边界链码。
链式编码主要是记录线状地物和面状地物的边界。
它把线状地物和面状地物的边界表示为：
由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。
基本方向可定义为：
东＝0，东南＝l，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，东北＝7等八个基本方向。
链式编码的前两个数字表示起点的行、列数，从第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以0—7的整数代表。
11）矢量与栅格一体化概念
一般情况下，人们认为矢量与栅格是两种完全不同的数据结构，各自满足不同用途，但有时为了多种应用目的，要求空间数据同时满足两种特性，既保持矢量特性，又具有栅格性质，做到矢量与栅格一体化。
（1）块状编码（BlockCodes）是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单元的代码组成。
写出前图（四叉树）的游程编码（行优先+列优先）与块状编码。
（2）写出前图（DIME）的树状索引编码（顺时针方向为正，升序排号）。
–表1：
多边形号弧段号
–表2：
弧段号节点号
第四章空间数据库
1）数据库是按照一定的结构组织在一起的相关数据的集合；
数据库管理系统是提供数据库建立、使用和管理工具的软件系统；
数据库应用系统是为满足用户需求而建立的、具有数据库访问功能的应用软件，其标志是提供用户一种与数据库相联的用户界面。
2）1、数据项：
是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等。
2、记录：
由若干相关联的数据项组成。
3、文件：
文件是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的集合。
4、数据库：
是比文件更大的数据组织。
数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。
数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。
3）记录与逻辑之间的关系：
一对一（1：
1），一对多（1：
N），多对多（M:
N）
4）空间数据库：
是空间数据库系统的简称
●空间数据库，指GIS中在计算机上存储的地理空间数据总合；一般以特定结构文件形式存储。
●空间数据库管理系统，指对存储的地理空间数据进行语义定义及逻辑定义，提供空间数据存储、查询、检索、维护与更新的一套软件系统。
●空间数据库应用系统，指由GIS中的空间分析模型与应用模型组成的软件集合。
5）数据模型是数据库系统中关于数据和联系的逻辑组织的形式表示
数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型，其中应用最广泛的是关系模型。
●层次数据模型
描述各类客体及客体类间的关系，有如下限制：
每一个客体（地理实体）最多只能有一个双亲客体类，而一个双亲客体可有多个子女客体类。
双亲和子女客体类之间形成了所谓的层次关系，这就是层次数据模型
2.网状数据模型
网状数据模型以系结构为基础。
所谓系结构的描述是这样的：
每个系由属于两个不同客体类的客体组成，其中只包含一个属于所谓首客体类的客体，同时包含若干个属于所谓属客体类的客体。
在网状数据文献中，需用系值表征系的使用。
“系值”由首客体类的客体和属客体类的若干个（包括零个）客体组成。
同一系的所有系值组合为系类。
（2）网状数据模型的实现方式
每个客体为一个记录结构，称为记录型，系类作为一个系型，系值的实现是将一个系值的各个记录链接起来，构成所谓链。
3.关系数据模型的基本概念
●关系：
关系是一种数学化的模型，所谓关系就是一个二维表，其中表的每行对应一个元组，表的每列对应于所谓属性
●关系模式：
关系的描述称为关系模式。
包括关系名、属性名、属性间依赖关系等。
●关系型数据库：
一系列关系的集合构成一个关系型数据库。
7）空间数据仓库用于支撑空间决策支持系统，它由四大部分组成：
数据源、空间数据库系统、空间数据仓库信息存储系统、空间数据仓库分析工具。
空间数据挖掘是数据挖掘的一个研究分支，即从空间数据库中挖掘时空系统中潜在的、有价值的信息、规律和知识的过程，包括空间模式与特征、空间与非空间数据之间的概要关系等
第五章
1）空间分析（SpatialAnalysis）是基于空间数据的分析技术，以地学原理为依托，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、空间形成及空间演变等信息
1.空间位置：
借助于空间坐标系传递空间对象的定位信息，是空间对象表述的研究基础，即投影与转换理论。
2.空间分布：
同类空间对象的群体定位信息，包括分布、趋势、对比等内容。
3.空间形态：
空间对象的几何形态。
4.空间距离：
空间物体的接近程度。
5.空间关系：
空间对象的相关关系，包括拓扑、方位、相似、相关等。
2）
（1）咨询式分析
●空间集合分析
●空间数据查询
（2）产生式分析
●空间叠合分析（矢量数据）
●空间缓冲区分析（矢量数据）
●空间网络分析（矢量数据）
●栅格数据分析
●空间统计分析
●数字地面模型分析
3）SQL语句：
select<列名>…
from<表名>…
where<逻辑表达式>…
NOT-非
AND-与
OR-或
4）空间叠合分析（SpatialOverlayAnalysis）是将两层或多层地图要素进行叠合，产生一个新要素层的操作，其结果是将原来要素分割生成新的要素，新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性
5）
（3）多边形与多边形的叠合
将两个不同图层的多边形要素相叠加，产生输出层的新多边形要素，建立分析模型（变量多准则分析、多属性模拟分析、动态变化分析、要素更新与邻幅拼接、区域信息提取等）。
是GIS空间叠合分析的主要功能，一般都提供三种多边形叠加：
6）矢量数据的包含分析：
确定要素之间是否存在着直接的联系，即矢量点、线、面之间是否存在在空间位置上的联系，这是地理信息分析处理中常要提出的问题，也是在地理信息系统中实现图形—属性对位检索的前提条件与基本的分析方法。
7）空间缓冲区分析是针对点、线、面实体,自动建立周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形。
其产生有三种形式：
●基于点要素的缓冲区，一般以点为圆心，以一定距离为半径的圆；
●基于线要素的缓冲区，一般是以线为中心轴线，中心轴线一定距离的平行条带多边形
●基于面要素多边形边界的缓冲区，向内或向外扩展一定距离生成新的多边形。
4.空间缓冲区分析方法实例
假设在某研究地区10km2区域内有三条道路，它们相关的几何数据和属性数据如下表所示。
现以这些道路为主体，道路附近的居民出行为邻近对象，试进行这些道路通达度的缓冲区分析。
其分析和操作过程如下：
（3）实施缓冲区操作
1）由设定di值→求取Fi值→输出缓冲区图形的技术途径。
根据该技术途径的操作步骤是，首先，根据应用需求和道路的最大影响距离，分别设定它们的di值，例如：
道路A的di值分别为100、200、300、400、500（m）；道路B的di值分别为50、100、150、200、250、300、350（m）；道路C的di值分别为25、50、75、100（m）。
其次，根据式（4）和式（5）分别计算所有道路在不同di时的ri和Fi值。
最后，依据di值在道路的两边绘制平行线，在线的端点处绘制半圆，生成缓冲区多边形，并在该缓冲区多边形内赋予相应的属性值Fi，直至输出全部图形及其属性。
8）地理空间网络是作为点、线二元关系构成的系统，对地理网络进行地理分析与模型化，解决网络运行效率及资源合理配置等问题称为空间网络分析
9）空间统计分析主要用于空间数据的权值确定、变量筛选、变量间关系模型及空间特征排序等。
10）空间信息的自动化量算是地理信息系统所具有的重要功能，也是进行空间分析的定量化基础。
其中的主要量算有：
•质心量算:
目标的半径位置或保持均匀的平衡点，一般为多边形的几何中心或重心
•几何量算:
几何量算对点、线、面、体4类目标物而言，其含义不同:
点状目标：
坐标；
线状目标：
长度、曲率、方向；
面状目标：
面积、周长等；
体状目标：
表面积、体积等
•形状量算
11）在已存在观测点的区域范围之内估计未观测点的特征值的过程称内插；在已存在观测点的区域范围之外估计未观测点的特征值的过程称推估。
空间数据的内插有离散空间内插和连续空间内插
12）DTM（数字地面模型）的通用性定义：
是描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列；
DEM是DTM的特例或子集，是地球表面地形地貌的数字表达。
DEM的函数形式：
Vi=（xi,yi,zi）（i=1,2,…,n）
式中：
xi,yi是平面坐标，zi是xi,yi对应的高程
第六章
1）可视化是一种描述地表和地下地质情况的工具，利用该技术可以用三维方式显示构造、油气储层参数的空间变化等地质信息，利用一些特殊设备可以把观察者置入虚拟三维空间中。
地图可视化、地理可视化、GIS可视化
2）
3）“meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。
一般都认为元数据就是“关于数据的数据”。
4）元数据的作用
•帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档
•提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络（clearinghouse）及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据
•提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息
•帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断
•提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据
5）元数据的内容：
1对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明
2对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等
3对数据处理信息的说明，如量纲的转换等
数据转换方法的描述
4对数据库的更新、集成方法等的说明
第七章
1）所谓“三S”是全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）的统称。
“
2）“数字地球”是指以地球作为对象的、以地理坐标为依据，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（立体的和动态的）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。
形象地说，数字地球是指整个地球经数字化之后由计算机网络来管理的技术系统。
3）GIS的五个现代化
1.网络化（WebGIS）
2组件化（ComGIS）
3多维化（3D/4DGIS）
4智能化（IntelligentGIS）
5嵌入化（EmbeddedGIS）
4）GPS:
一种系统，由处于2万公里高度的6个轨道平面中的24颗卫星组成。
此系统用于在任何时间，向地球上任何地方的用户提供高精度的位置、速度、时间信息，或给用户提供其邻近者的这种信息.
5）RS:
利用不同物体电磁波特性不同，遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。
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