环境地理信息系统Word格式.docx
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11、环境科学中GIS的作用
（1）计算机制图：
快速、准确地更新地图和重新绘制整个区域，而且地图数据格式也由纸张上的墨迹变成了在磁盘上存储的数字数据。
（2）空间数据库管理：
空间数据库管理系统将计算机制图能力与传统数据库管理能力联系起来。
用户能够在地图上点击查询任何位置，回复给定位置的信息。
（3）GIS模拟：
模拟地图光桌功能，具有距离、方向计算能力，逐步模拟用户地图分析的日常工作。
（4）空间推理：
在GIS基础上，建立环境领域知识库，模拟人类推理机制，进行环境空间推理，消解人类利益冲突，实现环境管理智能化。
12、在环境科学中需要采用GIS进行处理的基本问题有7个：
GIS问题面临的环境问题
GIS功能
涉及方法
是否需要进行地图制图（制图）
环境制图
（描述性的）
数据
信息
理解
（说明性的）
什么事件发生在什么地方（位置）
环境管理
哪里发生变化（趋势）
时间序列分析
存在什么关系（关系）
环境空间分析
哪里是最佳位置/最佳路径（条件）
适宜性评价
什么影响什么（关联）
环境系统分析
假设……分析……（模拟）
环境模拟技术
13、GIS在环境科学中应用的4个发展方面：
①环境空间数据挖掘
②环境数值预报模型
③环境过程动态监测
④环境信息服务
第二章空间数据结构
1、地理实体：
指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。
2、空间数据基本特征
（1）属性特征：
表示实际现象或特征。
如变量、级别、数量特征和名称等；
（2）空间特征：
表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。
空间特征又称几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示；
（3）时间特征：
指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期、短期、中期和长期等。
3、图层：
地理目标数据可按某种属性特征形成一个数据层。
4、空间数据结构：
是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构。
5、矢量数据结构：
是通过坐标值来精确表示点、线、面等地理实体的。
6、拓扑邻接：
指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。
7、拓扑关联：
指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系。
8、拓扑包含：
指存在于空间图形的同类，但不同级的元素之间的拓扑关系。
包含关系分简单包含、多层包含和等价包含三种形式。
9、空间数据采用拓扑数据结构的意义
（1）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空间位置关系。
（2）利用拓扑数据有利于空间要素的查询。
（3）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。
10、拓扑结构的优缺点
（1）优点
1）描述点、线、面的空间关系不完全依赖于具体坐标位置。
2）用拓扑表所表达的空间关系信息丰富、简洁。
3）便于作多边形和多边形的叠合。
4）便于检查数据输入过程中的错误。
（2）缺点
1） 拓扑关系的建立比较复杂。
2） 数据结构本身比较复杂。
11、栅格（Raster）/网格数据结构：
是以规则的像元阵列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。
12、栅格数据的获取
（1）遥感数据：
通过遥感手段获得的数字图像就是一种栅格数据。
（2）对图片的扫描：
通过扫描仪对地图或其它图件的扫描，可把资料转换为栅格形式的数据。
（3）由矢量数据转换而来：
通过运用矢量数据栅格化技术，把矢量数据转换成栅格数据。
（4）由手工方法获取：
在专题图上均匀划分网格,逐网格地确定其属性代码的值，最后形成栅格数据文件。
13、栅格模型和矢量模型的比较
矢量模型
栅格模型
优点
1．数据存储量小
1．数据结构简单
2．空间位置精度高
2．多种地图叠合分析方便
3．空间关系描述方便
3．容易描述边界复杂的事物
4．查询与更新方便
4．能直接处理数字图像信息
5．普通地图可直接手工数字化
5．能直接用栅格状设备输出图形
缺点
1．数据结构复杂
1．数据储存量大
2．多种地图叠合分析较困难
2．空间位置精度低
3．边界复杂的事物难以描述
3．难以表达线状、网络状的事物
4．不能直接处理数字图像信息
4．输出地图不美观
第三章GIS空间表达基础
1、环境空间要素
（1）地理位置：
精确的表达地理位置是GIS管理、分析和表达的基础。
（2）方向：
需确定一个参照点，然后通过方位角确认方向。
（3）尺度：
地图比例尺，是GIS项目的空间精度。
（4）距离：
是空间上两个位置之间的度量。
（5）空间实体：
环境实体的表达就是对实体空间特征和属性进行描述。
（6）环境空间制图：
地图是建立环境空间联系的基本工具，应包括图名、方向、比例尺、图例、轮廓线和边缘空白等。
2、GIS参照系：
时间参照系、空间参照系
3、空间参照系包括确定环境空间实体平面位置的平面坐标系和确定高程的高程系。
4、地图投影：
就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转化到平面上，使地理点的地理坐标（φ，λ）与地图上相对应的平面坐标（x，y）或者极坐标（δ，ρ）间，建立一一对应的函数关系。
5、地图投影的选择因素
（1）制图区域的地理位置、形状和范围
（2）制图比例尺
（3）地图内容:
如交通图、航空图、军用地图等要求方向正确，应选择等角投影；
自然地图和社会经济地图等要求保持面积对比关系的正确，应选择等积投影
（4）出版方式:
地图在出版方式上分为单幅图、系列图和地图集。
单幅图的投影选择只需按上述原则选取，系列图由于性质相近，也可选择同一变形性质的投影，而地图集应该结合具体情况分析。
6、地图的特征
（1）有位置和属性两个要素
（2）具有比例尺
（3）具有一定数学基础，即坐标系统和投影
（4）人为选择地图内容和制图区域
（5）是地表的模拟表达
7、地图类型：
普通地图：
较全面反映自然地理要素和社会经济要素的基本特征、分布规律及其相互关系。
专题地图：
显示特定要素的空间分布，可以从中发现特定要素的分布模式。
8、地图坐标转换：
是将一个坐标系统转换为另一个新坐标系统。
9、进行坐标转换的原因
（1）在GIS数据库中，对多种来源的GIS数据，将不同地图投影转换为一个统一地图投影；
（2）在地图数字化过程中，校准地图收缩或扭曲变形引起的地图测量误差；
（3）对具有几何误差和变形的遥感图像进行几何校正，产生地理编码图像。
第四章地理空间数据采集及处理
1、GIS的数据源：
地图数据、遥感数据、文本数据、统计数据、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据
2、环境数据及其来源：
模拟地图、航空照片、遥感影像、测量数据、已有的数字数据文件
3、地图数字化：
把传统的纸质或其他材料上的地图转换为计算机可识别的图形数据的过程，以便进一步在计算机中进行存贮、分析和输出。
4、阐述扫描矢量化处理流程
其中屏幕跟踪矢量化流程：
（1）准备扫描图像选择要数字化的地图，识别该图的投影和坐标系统，在图上选取至少4个控制点并获取控制点的实际地理坐标，然后将地图扫描成GIS软件可识别的栅格图像格式保存。
如果没有现成的坐标系统，也可以在图上建立自己的坐标系统并读取相应的控制点的坐标。
（2）栅格图像配准：
选择投影和单位、输入控制点、编辑控制点
（3）新建数字化图层
（4）屏幕跟踪矢量化地图
5、地理数据的误差来源
（1）空间现象自身存在的不稳定性：
空间现象在空间位置分布上的不确定性变化；
在发生时间段上的游移性；
属性类型划分的多样性；
非数值型属性值表达的不精确性
（2）空间现象的表达：
投影变换误差；
仪器误差与操作误差
（3）数据处理中的误差：
底图数字化处理和扫描时的矢量化处理中产生的误差；
数据格式转换；
数据抽象；
建立拓扑关系；
与主控数据层匹配；
数据叠加操作和更新；
数据集成处理；
数据的可视化表达
（4）空间数据使用中的误差：
对数据的解释过程中产生的误差；
在缺乏对空间数据说明的情况下，对数据的随意使用而产生的误差
6、地理数据质量控制：
设计过程的质量控制、对基础资料的质量控制、对数据采集手段的选择、对软、硬件配置的要求、数据采集前的准备工作、数据采集中的监控、结果控制。
第五章 地理数据库
1、数据库：
是允许不同应用系统共享的无冗余数据集合。
2、数据库的四个标准要素：
表格、报告、窗体、查询
3、空间数据库的概念和特征
（1）概念：
是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合。
（2）特征：
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。
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。
4、地理数据模型有四种：
层次模型、网络模型、关系模型和面向对象模型。
5、空间数据库设计过程:
（1）规划：
进行建立地理数据库的必要性和可行性分析,确定地理数据库之间的关系
（2）需求分析：
需求分析是整个地理数据库设计与建立的基础，主要进行以下工作：
调查用户需求、需求数据的收集和分析、编制用户需求说明书。
（3）概念设计：
将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念设计。
（4）逻辑设计：
逻辑设计的主要任务是将空间数据分析阶段所得到的地理数据重新进行分类、组织。
包括图块结构设计（分块）和图层信息组织（分层）。
（5）物理设计：
确定数据库的存储结构。
（6）数据字典设计：
用于描述数据库的整体结构、数据内容和定义等
第六章空间分析
1、空间分析的定义与内容
（1）空间分析：
是研究和提取不同位置上、具有相互关联的空间对象之间关系，是空间数据转换、操作和分析方法的应用。
（2）GIS空间分析的内容
1）选择：
包括制图、数据库和度量功能
2）操作：
包括空间拓扑、叠加、插值和空间权重，涉及数据聚合、分散、地图提取、质心和网格
3）预测：
即空间插值
2、环境空间分析：
假定环境事件或现象之间存在特定空间关联，探索和理解具有空间、时间、多属性和多尺度特征的环境数据及其组合的各种空间结构。
3、空间分析包括4个层次：
（1）空间数据操作：
如空间查询、度量、缓冲区和叠加分析
（2）空间数据分析：
包括描述和解释，地图制图和数据操作可视化过程
（3）空间统计分析：
是假设检验过程
（4）空间模拟和预测：
建立过程模型，预测空间模式
4、空间分析的步骤
（1）建立分析的目的和标准
（2）准备空间操作的数据
（3）进行空间分析操作
（4）进行表格分析
（5）结果评价和验证修改
（6）产生结果图和表格报告
5、空间查询：
是按一定的要求对空间实体及其空间信息进行访问，从众多的空间实体中挑选出满足用户要求的空间实体及其相应的属性。
6、网络分析：
是依据网络拓扑关系（线性实体之间、线性实体与结点之间、结点与结点之间的连结、连通关系），并通过考察网络元素的空间、属性数据，对网络的性能特征进行多方面的分析计算
7、叠置分析：
在统一的空间参照系统条件下，每次将同一地区两个或多个地理对象的图层进行叠合，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。
8、DEM（DigitalElevationModels），是国家基础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合。
9、DEM特点：
1）容易以多种形式显示地形信息。
2）精度不会损失。
3）容易实现自动化、实时化
10、DEM表示方法：
1）等高线法；
2）规则格网法（Grid）；
3）TIN法
11、空间插值概念：
空间插值利用已知未知或某种尺度集合上的空间模式信息，预测没有观测数据位置上的数值和合并不完整的空间数据，实现数据集成。
12、空间插值的内容：
1）数据集成。
融合空间上有矛盾的数据集。
2）预测缺乏观测位置上的数值。
3）插补与外推。
第七章网络GIS
1、WebGIS：
是指支持在Internet上发布地理信息和服务，而用户可以随时随地获得分布的空间数据和服务的一种技术，它是Web技术和GIS技术相结合的产物。
2、使用WebGIS的原因
（1）扩展GIS应用范围，通过在Internet发布GIS数据和服务可以满足更广泛用户的GIS需求，GIS由专业系统转变为公众信息系统；
（2）从多个数据源集成数据，通过Internet可以集成各种异构数据源的数据，降低了数据散发成本，提高了地理数据共享程度；
（3）空间信息基础设施的需要，运用基于Web的GIS技术，通过Internet，可以构造跨地区、跨部门的地理信息服务网络。
3、WebGIS的特点
（1）基于Web标准
（2）平台无关
（3）分布式
（4）互操作
4、WebGIS的基础技术
（1）空间数据库管理技术
（2）面向对象方法
（3）客户/服务器模式
（4）组件技术
（5）分布计算平台
5、WebGIS应用分为：
（1）空间数据发布
（2）空间查询检索
（3）多用户数据编辑
（4）空间模型服务
（5）Web资源的组织
（6）GIS服务平台
第八章地理信息输出与环境虚拟
1、地理信息输出的类型：
地图、多媒体地学信息、三维仿真地图、虚拟现实
2、地理信息输出的方式：
屏幕显示、打印机输出、绘图机输出、电子地图编制
3、地图符号（Symbol）：
是地图的语言，它是表达地图内容的基本手段。
地图符号由形状不同、大小不一和色彩有别的图形和文字组成。
4、地图符号的功效
（1）有选择的表示地理环境中的主要事物；
（2）用平面的图形符号表示地面的起伏状况；
（3）能表示出景物看不见的本质特征；
（4）可表示出地面没有外形的许多自然和社会经济现象。
5、地图设计的过程
（1）创建一个地图版面
（2）在屏幕上绘制地图
（3）在模板上查看、编辑地图
（4）重复上述步骤，直接可接受
（5）进行最后的绘图输出
6、环境地图设计包括五个方面
（1）图形轮廓
（2）内容
（3）视觉平衡
（4）说明性要素，如图名、图例、插图
（5）方向与比例尺
7、影响地图视觉的因素
（1）地图符号的相对权重
（2）地图符号和要素的视觉层次
（3）地图视觉中心位置和地图内部各个要素间的相对位置
（4）地图版面设计
（5）地图颜色设计
（6）地图注记字体大小、色调和文字位置的标注
8、虚拟现实：
是包括可视化显示、立体眼镜、跟踪系统、输入设备、声音系统、触觉设备、图形与计算硬件及软件工具和参与人员共同组成的人机环境系统。
9、虚拟环境：
是利用虚拟技术，可视化人类生产与生活环境，并允许用户融入在数字环境中。
10、虚拟环境关键技术
（1）环境数据获取技术
（2）3D重建技术
（3）环境仿真与浸入技术
（4）接口技术与集成技术
11、虚拟环境实现步骤
（1）明确虚拟目标，确立虚拟环境的地理区域
（2）数据准备与建立环境VR数据库
（3）建立环境VR系统
第九章GIS进展
1、时空一体化数据模型：
是一种有效组织和管理时态地理数据，属性、空间和时间语义更完整的地理数据模型。
2、移动GIS：
是伴随现代移动通信技术发展的无线InternetGIS技术。
通过各无线设备访问和使用GIS数据，实现GIS功能。
3、移动GIS优越性
（1）集成GIS于数据采集过程中，使其可以直接实时实现领域数据的采集、数字化和管理。
（2）在线GIS空间分析与空间决策支持。
（3）协作的数据处理和分析。
4、移动GIS组成：
移动交换中心、基站、用户手持接收机
5、数字地球：
是指一个以地理坐标（经纬网）为依据的、具有多分辨率海量数据的、立体显示地球的技术系统。
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