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地理信息系统复习要点详解
所著考过为11级环科期中考试考过（张福平教的）
第一章：
导论
1、解释数据与信息的概念，并说明两者之间的关系。
数据是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、现象等内容、数量或特征，以便向人们提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。
数据与信息的关系：
数据是信息的表达形式，是信息的载体；信息则是数据中蕴含的事物的涵义，是数据的内容。
数据只有通过解释才有意义，才成为信息。
总之，数据是信息的载体，信息是数据的涵义。
2、地理信息的特点
空间特征
属性特征
时序特征
3、地理信息系统的定义（考过）
地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、存储、管理、分析、模拟和显示以提供对规划、管理、决策和研究所需的信息空间系统。
4、地理信息系统由哪几个主要部分组成？
（考过）
系统硬件：
（一）数据处理设备：
a图形工作站b个人计算机c客户机/服务器系统（Client/Server，简称C/S）；
（二）数据输入设备:
a图形手扶跟踪数字化仪b大幅面图形扫描仪c数字测量设备；（三）数据输出设备:
a绘图仪b计算机显示器
系统软件：
（一）GIS功能软件
1.GIS功能软件的分类
GIS基础软件平台和GIS应用软件
2.GIS基础软件平台功能
①空间数据输入和编辑②空间数据管理
③空间数据处理和分析④空间数据输出
⑤图形用户界面⑥系统二次开发功能
（二）基础支撑软件:
主要包括系统库软件和数据库软件。
（三）操作系统软件
5、地理信息系统的功能有哪些？
（基本功能与应用功能具体有哪些）（考过）
基本功能与应用功能
基本功能：
数据的采集与编辑、数据的存储与管理、数据的处理与变换、空间分析和统计、产品的制作与演示、二次开方和编程
应用功能：
资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策
第二章：
地理信息系统的数据结构
1、地理空间的实体包括哪些？
地理空间的实体包括点（point）、线（line）、面（polygon）、曲面（surface）、体（volume）等类型。
2、什么是拓补关系？
拓扑关系的类型有哪些？
（考过）
拓扑关系：
是明确定义空间结构关系的一种数学方法，在GIS中，它不但用于空间数据的编辑和组织，而且在空间分析和应用中都具有非常重要的意义。
拓扑关系的类型
（1）拓扑邻接
（2）拓扑关联
（3）拓扑包含
3、空间数据的结构类型有哪些？
（矢量、栅格、曲面）
矢量数据结构、栅格数据结构、曲面数据结构。
一、矢量数据结构
（一）实体数据结构
（二）拓扑数据结构
二、栅格数据结构
（一）栅格矩阵结构
（二）游程编码结构（三）四叉树结构
三、曲面数据结构
（一）TIN的曲面数据结构
（二）规则格网的曲面数据结构
4、比较矢量与栅格数据结构各有什么特征？
（考过）
矢量数据结构的特征：
是利用欧几里德（Euclid）几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。
优点：
这种数据组合方式能很好地表达地理实体的空间分布特征；数据精度高；数据存储的冗余度低。
栅格数据结构的特征：
是指将空间分割成有规则的网格（栅格单元），在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。
优点：
表达地理要素比较直观；容易实现多层数据的叠合操作；便于与遥感图像及扫描输入数据相匹配使用等。
5、栅格数据游程编码结构（考过）
是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（即游程），其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。
6、什么是四叉树结构？
又称四分树、四元树编码，有多种编码方案。
原理是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2n*2n个子象限，直到子象限中的属性值都相等为止，该子象限就不再分割。
凡属性值都相同的子象限，不论大小，均作为最后的存储单元。
四叉树优点：
（1）具有可变分辨率，编码效率高；
（2）便于岛的表示和分析。
（3）便于同栅格之间相互转换。
四叉树缺点：
转换不稳定性。
相同形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构。
7、空间数据编码，国家基础地理信息数据分类代码的组成？
空间数据编码是指将数据分类的结果，用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程。
编码的结果是形成代码。
代码由数字或字符组成，或由它们共同组成的混合码。
国家基础地理信息数据，其分类代码由六位数字组成。
大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。
识别位由用户自定义，以便于扩充。
大类码识别码
小类码二级代码
一级代码
第三章空间数据处理
名词解释：
数据变换：
指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括几何纠正和地图投影转换等，以实现空间数据的几何配准。
数据重构：
指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括结构转换、类型替换等，以实现空间数据在结构、格式和类型上的统一，多源和异构数据的连接与融合。
数据提取：
指对数据进行某种条件的取舍，包括类型提取、窗口提取、空间内插等，以适应不同用户对数据的特定要求。
地图投影（考过）：
就是依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面映射到平面上或可展开的平面的曲面（如圆锥面、圆柱面等）上最终在地表面点和平面之间建立一一对应的关系。
数据压缩：
空间数据压缩，即从空间坐标数据集合中抽取一个子集，使这个子集在规定的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。
1、矢量数据与栅格数据结构比较的优缺点？
（考过）
2、常用的矢量和栅格数据转换的方法？
矢量向栅格数据的转换方法：
a.点的栅格化：
点状数据转换成栅格数据时是取离点最近的一个栅格单元来存放。
点的栅格化实质上是将点的矢量坐标转换成栅格数据中行列值i和j，从而得到点所在栅格元素的位置。
b.线的栅格化：
扫描线法（由于曲线可用折线来表示，也就是当折线上取点足够多时，所画的折线在视觉上成为曲线。
因此，线的变换实质上是完成相邻两点之间直线的转换。
）
c.面的栅格化：
基于孤段的栅格化：
扫描线算法；射线法；边界点跟踪法
基于多边形的栅格化：
内点填充法；边界代数法；
包含检验法（检验夹角之和发；铅垂线法）
栅格向矢量数据转换的方法:
基于图像数据的矢量化方法：
二值法；细化（剥皮法，骨架法）；跟踪。
（矢量数据和栅格数据的坐标表示不同。
矢量数据的基本坐标是直角坐标，原点为图的左下方；而栅格数据的坐标是行列坐标，原点在图的左上方）
栅格数据的矢量方法：
A、搜索多边形边界孤段相交处的节点位置
B、搜索出的节点力任选一个作为起始的跟踪点
C、将跟踪得到的孤段数据连续链接组织成多边形
3、空间数据的内插方法有哪些？
简述逐点内插法的基本原理，并比较移动拟合法与加权平均法的异同
空间数据内插：
通过已知点或多边形分区的数据，找到一个函数关系式，使其最好地逼近这些已知的空间数据，并能根据该函数关系式推求出区域范围内其它任意点或多边形分区数据的方法就称为空间数据的内插。
根据已知点和已知多边形分区数据的不同，将空间数据内插分为点的内插和多边形分区的内插。
空间数据的内插方法：
点的内插：
是用来建立具有连续变化特征现象（例如地面高程等）的数值方法。
内插的理论基础在于对空间相关性的认知。
1.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
2.逐点内插法：
移动拟合法、加权平均法、克里金法
3.整体内插法：
N次多项式拟合法
区域的内插：
是根据一组多边形分区的已知数据来推求同一地区另一组多边形分区未知数据的内插方法。
如下图所示，设一组已知数据的分区成为源区，需要内插的另一组分区成为目标区。
1、重置法2、比重法
逐点内插法
此法的分块范围在内插过程中一经确定，其形状、大小和位置都保持不变。
而逐点内插法则是以插值点为中心，定义一个局部函数去拟合周围数据点，数据点的范围随插值点位置的变化而变化，因此又称移动曲面法。
逐点内插法主要有两种基本的插值方法：
移动拟合法和加权平均法。
此外，克里金法也是一种加权插值方法，只是在计算权重的方法上与加权平均法不同。
比较移动拟合法与加权平均法的异同
移动拟合法是指对每一个待插值点P用一个多项式曲面拟合该点附近的表面，从而计算出该点的高程值。
需要考虑两个问题：
①考虑范围，即采用多大面积范围内的数据点来计算待插值点的数据；②考虑点数，即选择多少数据点参加计算，由此确定需要多大的范围。
加权平均法：
在移动拟合法中，往往需要求解复杂的误差方程组来求解曲面函数的待定系数。
在实际应用中，更为常用的事加权平均法，它可以看做是移动拟合法的特例。
加权平均法在使用搜索圆寻找附近数据点的方法上和移动拟合法相同，但加权平均法在计算待插值点的高程时，使用加权平均值代替误差方程求解出曲面函数。
第4章空间数据库
1、什么是空间数据库？
其主要特点是什么？
空间数据库：
地理信息系统的数据库（简称为空间数据库）是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合。
特点：
（1）数据量特别大；
（2）不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系；
（3）数据应用范围相当广泛。
2、空间数据库设计的步骤（P114）
①需求分析②概念设计③逻辑设计④物理设计
3、空间数据库逻辑设计的步骤和内容
步骤：
①初始模式形成②子模式设计③模式评价（定量分析、性能测算）④优化模式
内容：
把信息世界中的概念模型利用数据库的管理系统所提供的工具映射为计算机世界中为数据库管理系统所支持的数据模型，并用数据描述语言表达出来。
（P114）
第5章空间分析的原理与方法
1、什么是空间分析？
空间分析的主要内容有哪些？
空间分析是基于空间数据的分析技术，它是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、空间分布、空间形态、空间构成、空间演变等信息。
主要内容：
①数字地形模型分析②空间叠合分析③空间邻近度分析④空间缓冲区分析⑤空间网络分析
2、地理信息系统的主要空间分析功能及应用领域
①数字地形模型分析（DTM）：
数字化的形式表达的地形信息。
DTM在形式上可分为①规则格网（grid）；②不规则三角网（TIN）；③数字等高线、等深线、地形特征线等。
DTM在内容上可分为①数字高程模型（DEM）；②派生的地形模型。
DEM是各种地球科学分析、工程设计和辅助决策的重要基础性数据，有着广泛的应用领域。
例如，地球科学分析，工程勘测和设计，DEM通过与各专业部门数据的匹配分析，还可进行遥感影像地形畸变的自动校正，以及进行土地利用规划的研究等。
②空间叠合分析：
简称叠置分析或叠加分析，是指在相同的空间坐标系统条件下，将同一地区两个不同地理特征的空间和属性数据重叠相加，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。
一般用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域。
③空间邻域分析：
描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。
（是通过空间点周围的邻点，或某特定位置及方向范围内的某种性质的邻点，对其进行分析的一种方法）在实际应用中，如研究道路沿线的废气污染或河流沿线的供水能力，公共设施（如商场、邮局、银行、医院、车站、学校等）的服务区域划分，确定工程建设引起的搬迁范围等，都是一个邻近度问题。
空间邻近度分析通常有空间缓冲区分析和Voronoi多边形分析（泰森多边形）两种方法。
④缓冲区分析：
空间缓冲区分析是围绕空间的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的多边形。
在地球科学工作中，地学研究者常常要分析地震的破坏程度从震源扩散影响的范围，环境科学研究者需要分析沿道路噪声污染影响的范围，生态学研究者需要确定围绕湖泊的生态保护区的范围，这些应用都可以通过空间缓冲区分析来解决。
⑤空间网络分析：
网络是一个由点、线的二元关系构成的系统，通常用来描述某种资源或物质沿着路径在空间上的运动。
网络空间分析的用途很广泛，如公共交通的运营路线选择和紧急救援行动路线的选择等，与网络最佳路径选择有关；当估计排水系统在暴雨期间是否溢流及河流是否泛滥时，需要进行网流量分析或负荷估计；城市消防站分布和医疗保健机构的配置等，可以看成是利用网络和相关数据进行资源的分配等。
第6章空间分析应用模型
1、什么是GIS应用模型
地理信息系统的应用模型，就是根据具体的应用目标和问题，借助于GIS自身的技术优势，使观念世界中形成的概念模型，具体化为信息世界中可操作的机理和过程。
这种模型的构建，不但是解决实际复杂问题的不要途径，而且也是GIS取得经济和社会效益的重要保证。
2、GIS的建模步骤有哪些？
①明确分析的目的和评价准则
②准备分析数据
③空间分析操作
④结果分析
⑤解释、评价结果
⑥结果输出
3、空间分析应用
道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算
1）明确分析的目的和标准
目的：
计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的面积和房产价值；
道路拓宽改建的标准是：
a）道路从原有的20m拓宽至60m；
b）拓宽道路应尽量保持直线；
c）部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。
2）准备进行分析的数据
涉及两类信息：
一类是现状道路图；另一类是分析区域内建筑物分布图及相关的信息；
3）进行空间操作
a）选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。
b）将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图，此图包括所有部分或全部位于缓冲区内的建筑物信息。
4）进行统计分析
a）对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去除，并对道路的拓宽边界进行局部调整。
b）对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。
5）将分析结果以地图或表格的形式打印输出
辅助建设项目选址
1）建立分析的目的和标准
目的：
确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂的可能建设位置。
工厂选址的标准包括：
a）地块建设用地面积不小于10000平方米；
b）地块的地价不超过1万元/平方米；
c）地块周围不能有幼儿园、学校等公共设施，以免受到工厂生产的影响。
2）从数据库中提取用于选址的数据
一类为全市所有地块信息的数据层；另一类为全市公共设施（包括幼儿园、学校）的分布图。
3）进行特征提取和空间拓扑叠加
从地块图中提取满足条件a）b）的地块，并与公共设施层数据进行叠加。
4）进行邻域分析
对叠加结果进行邻域分析和特征提取，去掉周围有幼儿园、学校等公共设施的地块，选择满足要求的地块
5）将选择的地块及相关信息以地图和表格的形式打印输出。
第7章GIS设计
1、生命周期法
如果系统设计按阶段进行，预先规定每一阶段的开发目标和任务，然后按照一定的准则顺序开发实施，这种方法被称为生命周期设计法。
应用型地理信息系统的设计，大致可以分为四个主要阶段，即系统分析、系统设计、系统实施、系统运行与维护。
以上这四个阶段构成了系统的生命周期。
P204
2、原型法
原型化设计法，就是根据用户提出的需求，由用户与开发人员共同商定其中重要和基本的开发目标，然后选择一个实验区，设计出初步方案，在较短时间内开发出一个能满足用户基本需求的初步原型或系统雏形，交用户试用，经过一段时间的运行后，根据用户意见对原型加以修改或扩充，产生一个新的原型版本，如此反复和迭代，最后形成一个比较完善和质量较高的应用型地理信息系统。
3、地理信息系统的开发过程各阶段主要内容是什么?
1.系统分析（systemanalysis）
1.1系统分析及其任务
系统分析一词源自美国的蓝德公司，其基本思想是从系统观点出发，通过对事物进行分析与综合，找出各种可行的方案，为系统设计提供依据。
系统分析的任务是对系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出新系统的目标和结构方案。
系统分析实施设计达到合理、优化的重要步骤，其工作深入与否，直接影响到将来新系统的设计质量和实用性，因此必须予以高度重视。
1.2用户需求调查即调查系统用户对开发的GIS系统的功能要求和信息需求情况。
具体调查的主要内容有：
WhoWhatWhyWhereQuality
2.系统设计
2.1总体设计
总体设计又称为逻辑设计，其任务是根据系统研制的目标来规划系统的规模和确定系统的各个组成部分，说明它们在整个系统中的作用与相互关系，以及确定系统的软硬件配置，规定系统采用的技术规范，并作为经费预算和时间安排，以保证系统总体目标的实现。
最后撰写系统总体设计方案，作为重要的技术文件提供论证和审批。
总体设计的主要内容：
（1）用户需求
（2）系统目标（3）总体结构（4）系统配置（5）数据库设计
（6）系统功能（7）经费和管理
2.2详细设计
详细设计又称实际设计，其任务是根据总体设计方案确定的目标和阶段开发计划，紧密结合特定的硬件、基础软件和规范标准，进行子系统和数据库的详细设计，用于具体指导系统的开发
详细设计的主要内容：
①子系统设计②数据库设计③功能模块设计④用户界面设计
3.系统实施
系统实施是在系统设计的原则指导下，按照详细设计方案方案确定的目标、内容和方法，分阶段、分步骤完成开发的过程。
系统实施的内容包括：
（1）系统硬件和软件的引进及调试
（2）系统数据库建立（3）应用管理系统的开发
（4）系统测试和联调（5）系统验收和鉴定
4.系统运行和维护
系统运行是指系统经过调试和验收以后，交付用户使用。
为了保证系统正常运行，必须要认真制定并严格遵守操作规则。
系统维护是为保证系统正常工作而采取的一切措施和实际步骤，例如数据的维护，是系统数据始终处于相对最新的状态；软件的维护，使软件能适应运行环境和用户需求的不断变化；硬件的维护，使硬件能经常保持完好和正常运行的状态等。
第八章GIS产品输出
1、什么是GIS产品
GIS产品是指经空间数据处理与空间分析长产生的可以供专业人员或决策人员使用的各种地图、图表、图像、数据报表或文字说明等。
2、GIS产品按输出的内容与形式分类
l．全要素地形图
全要素地形图的内容包括水系、地貌、植被、居民地、交通、境界、独立地物等。
它们具有统一的大地控制、统一的地图投影和分幅编号，统一的比例尺系统（1：
l万、1：
2.5万、1：
5万、1：
10万、1：
25万、1：
50万、1：
100万），统一的编制规范和图式符号，属于国家基本比例尺地形图（图8-1）。
它们是编制各类专题地图的基础。
2．各类专题图
专题图是突出表示一种或几种自然或社会经济现象的地图。
它主要由地理基础和专题内容两部分组成。
从专题图内容或要素的显示特征来看，一般包括空间分布、时间变异以及数量、质量特征三个方面。
专题图按照空间分布的点状、线状和面状分布大致有以下的一些表示方法:
定点符号法、线状符号法、质别底色法、等值线法、定位图表法、范围法、点值法、分级比值法、分区图表法和动线法等。
3．遥感影像地图
随着遥感技术，特别是航天遥感技术的发展，遥感影像地图以成为地理信息系统产品的一种表达形式。
v遥感可以提供及时、准确、综合和大范围的各种资源与环境数据，成为地理信息系统重要数据源之一。
v同时，在将遥感图像进行纠正的基础上，按照一定的数学法则，运用特定的地图符号，结合表示地面特征的地图，可以将遥感图像编制成遥感影像地图。
v遥感影像地图具有遥感图象和地形图的双重优点。
既包含了遥感图像的丰富信息内容，又保证了地形图的整饰和几何精度。
v遥感影像地图按其内容又可分为普通影像地图和专题影像地图。
两者的主要区别在于:
前者表示包括等高线等地形内容要素，后者主要反映专题内容。
4．统计图表与数据报表
在地理信息系统中，属性数据大约占数据量的80%左右。
它们是以关系（表）的形式存在的，反映了地理对象的特征、性质等属性。
属性数据的表示方法，可以采用前面所列的专题图的形式，同时还可以直接用统计图表和数据报表的形式加以直观表示。
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1、世事忙忙如水流，休将名利挂心头。
粗茶淡饭随缘过，富贵荣华莫强求。
2、“我欲”是贫穷的标志。
事能常足，心常惬，人到无求品自高。
3、人生至恶是善谈人过；人生至愚恶闻己过。
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