地理信息系统考试要点

地理信息系统考试要点

第一章

1.地理信息系统：它是在计算机硬软件系统支持下，对整个或者部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、现实和藐视的技术系统。地理信息的基本功能。（地信的基本功能、组成）

信息系统的组成：信息系统部分或全部由计算机系统支持，并由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成。

2.世界上第一个实用的地理信息系统是加拿大地理信息系统（CGIS）加拿大测量学家Tomlinson于1963年提出。

3.简单描述我国超图软件

SuperMap GIS是北京超图地理信息技术有限公司依托中国科学院的科技优势，立足技术创新，研制的新一代大型地理信息系统平台。SuperMap GIS由一系列软件产品组成，满足各行业不同类型的用户需要，这些产品包括：支持海量空间数据管理的大型空间数据库引擎；适合大型专业应用系统建设的全组件式GIS开发平台；用于建立大型网络GIS服务的Internet GIS开发平台；适用于移动终端设备的嵌入式GIS开发平台；方便数据采集处理与分析的多个桌面GIS软件。

4.地理空间数据：之以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。

5.我国地信发展状况

20世纪60年代→70年代→80年代→90年代

（开拓期）（巩固发展期）（大发展期）（用户时代）

第二章

1.空间数据的类型，关系，属性，位置

①类型：几何图形数据。来源于各种类型的地图和实测几何数据。几何图形数据不仅反映空间实体的地理位置，还要反映实体间的空间关系。影像数据。主要来源于卫星遥感、航空遥感和摄影测量等。属性数据。来源于实测数据，文字报告，或地图中的各类符号说明，以及从遥感影像数据通过解释得到的信息等。地形数据。来源于地形等高线图中的数字化，已建立的格网状的数字化高程模型（DTM），或其他形式表示的地形表面（如TIN）等。元数据。对空间数据进行推理、分析和总结得到的关于数据的数据，如数据来源、数据权属、数据产生的时间、数据精度、数据分辨率、元数据比例尺、地理空间参考基准、数据转换方法等。

②空间关系：

空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。空间关系主要有：

（1）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；

（2）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；

（3）度量空间关系：用于描述空间实体之间的距离远近等关系。

2.GIS为什么要考虑投影

由于GIS大多是以地图的方式来显示地理信息的，而地图是平面，地理信息则是在地球椭球体上的，因此，地图投影在GIS中是不可缺少的。

地图投影：是指在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法。

地图：是按照一定的数学法则采用特定的地图语言，并经过一定的地图综合来表示地球表面形态和各种要素的工具。

3.拓扑关系的定义，类型

定义：地图上的拓扑关系是指图形在保持连续状态下的变形（缩放、旋转和拉伸等），但图

形关系不变的性质。

类型：地图上各种图形的形状、大小会随图形的变形而改变，但是图形要素间的邻接关系、关联关系、包含关系和连通关系保持不变。

邻接关系。空间图形中同类元素之间的拓扑关系。

关联关系：空间图形中不同类元素之间的拓扑关系。

包含关系：空间图形中不同类或同类但不同级元素之间的拓扑关系。

4.元数据:关于数据的数据。

5.空间数据：是指用来表示空间实体的位置、形状、大小、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等诸多方面信息数据的总称。

6.空间数据元数据：指对地理位置、属性及其边界等空间数据的描述或者说明。

7.空间数据的基本特征：位置特征、属性特征、时间特征。

8.空间元数据的应用：

（1）帮助客户获取信息；（2）空间数据质量控制；

（3）在数据集成中的应用；（4）数据存储和功能实现。

第三章空间数据结构

1.栅格数据：又称网络结构或象元结构，是指将地球表面划分为大小均匀、紧密相邻的网格阵列，在各个网格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。

栅格数据的特点：属性明显、定位隐含，即数据直接记录属性的指针或属性本身，而在位置则根据行列号转换成形影的坐标来计算得出。

2.保持原图或原始数据精度的方法：

第一种决定栅格代码时尽量爆出地表的真实性：中心点法、面积占优法、重要性法、百分比法。

第二种方法：缩小单个栅格单元的面积，即增加栅格单元的总数，行列数也相应的增加。

3.栅格数据的压缩编码方式（解决数据冗余现象）

⑴链式编码（主要记录现状地物和面状地物的边界）：由某一起点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。

数据结构：前两个数字为起点的行、列数+第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向（东0，东南1，南2，西南3，西4，西北5，北6，东北7）

优点：有效的压缩栅格数据，特别是对计算面积、涨肚、转折方向和凹凸度等运算十分方便。缺点：对叠置运算如组合、相交等难以实施，对局部修改将改变整体结构，效率较低，而且链码是以每个区域为单位的存储边界，相邻区域的边界则被重复存储而产生冗余。

⑵游程长度编码（重要编码）：一幅栅格图像常有行或列方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因为可以采取某种方法压缩那些重复的记录内容。

数据结构：只要在个行或列数据的代码发生变化时一次记录该代码以及相同代码重复的个数，从而实现数据的压缩。

优点：在栅格加密时，数据量没有明显增加，压缩效率较高，且易于检索，叠加合并等操作，运算简单，适用于机器存储量小，数据量需大量压缩，而又要避免复杂的编码运算增加处理和操作时间的情况。

缺点：不适合用于类型连续变化或类型分散的分类图。

⑶块状编码（二维的又称长度编码扩展情况）：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，从左上角象元开始。

数据结构：初始位置（行列号）+半径+记录单元的代码。

优点：块状编码在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明显的优越性。

缺点：块状编码对大而简单的多边形更为有效，对碎部较多的复杂多边形效果并不好，对某

些运算不适应，必须在转换成简单那数据形式才能进行。

⑷四叉树编码：将一幅栅格地图或图像等分为四个部分，逐块检查其格网属性值（或灰度），如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则继续将该子区在分割成四个子区。（西北NW，东北NE，西南SW，东南SW）

优点：①便于有效地计算多边形的数量特征；②陈列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高，分辨率也高，而不需要表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而即可精确表示图形结构又可减少存储量；③栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩方法容易；④多边形中嵌套一类小多边形的表示较方便。

缺点：树状表示的转变不具有稳定性，相同形状和大小的多边形可能得出不同的四叉树结构，故不利于行喜欢分析和模式识别。

4.矢量数据结构：即通过记录坐标的方式尽可能精确的表示点、线、面等地理实体，坐标空间设为连续，语序仍以位置、长度和面积的精确定义。

5.矢量数据结构编码的基本内容：点实体、线实体、面实体

6.矢量数据结构编码的方法：P49——P54

①实体式②索引式③双重独立式④链式双重独立式

矢量数据结构组织方式：是对矢量数据模型进行组织的。通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。

尽可能精确地表示点、线、多边形等实体；

坐标空间设为连续

允许任意位置、长度和面积的精确定义

栅格数据结构组织方式：由于地理信息具有多维结构，而栅格结构中赋予每一个栅格的属性值是唯一的，这就要用多个栅格层数据来存储同一个地理区域的不同侧面信息。有3种可能的组织方式。

第四章

1.数据库：数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合

（地理信息系统的数据库（简称空间数据库或地理数据库）是某一区域内关于一定地理

要素特征的数据集合；是地理信息系统在计算机物理存储介质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。）

数据库的主要特征：数据集中控制特征、数据冗余度小的特征、数据独立性特征、复杂的数据模型、数据保护特征。

空间数据库的特点:

⑴数据量特别大；

⑵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；

⑶数据应用广泛。

2.传统数据库系统的数据模型：

层次模型（一对多）：用树结构表示实体以及实体之间联系的模型叫层次模型。

优点：存取方便且速度快；结构清晰，容易理解；数据修改和数据库扩展容易实现

检索关键属性十分方便。

缺陷：结构呆板，缺乏灵活性；同一属性数据要存储多次，数据冗余大（如公共边）

不适合于拓扑空间数据的组织。

网络模型（多对多)：用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方式。

优点：能明确而方便地表示数据间的复杂关系；数据冗余小

缺陷：网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难；需要存储数据间联系的指针，使得数据量增大；数据的修改不方便（指针必须修改）。

关系模型：是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。

优点：简单，表的概念直观、单一，用户易理解非过程化的数据请求，数据请求可以不指明路径，用户只需提出“做什么”，无须说明“怎么做”；数据独立性；坚实的理论基础

缺点：数据库大时，查找满足特定关系的数据费时；对空间关系无法满足。

3.面向对象数据库系统：

面向对象：是指无论怎样复杂的事例都可以准确的有一个对象表示，这个对象是一个包含数据集和操作急的实体。

4.数据库中数据组织层次：数据项、记录、文件、数据库。

5.矢量数据的管理方式及其有缺点（对象关系数据库）

一.文件-关系数据库混合管理方式

不足：

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数据分布和共享困难；

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。

因此，目前空间数据管理正在逐步走出文件管理模式。

二.全关系数据库管理

对于变长结构的空间几何数据，一般采用两种方法处理。

⑴按照关系数据库组织数据的基本准则，对变长的几何数据进行关系范式分解，分解成定长记录的数据表进行存储。然而，根据关系模型的分解与连接原则，在处理一个空间对象时，如面对象时，需要进行大量的连接操作，非常费时，并影响效率。

⑵将图形数据的变长部分处理成Binary二进制Block块字段。

三.对象-关系数据库管理

由于直接采用通用的关系数据库管理系统的效率不高，而非结构化的空间数据又十分重要，所以许多数据库管理系统的软件商在关系数据库管理系统中进行扩展，使之能直接存储和管理非结构化的空间数据。

这种扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据的变长记录的管理，由数据库软件商进行扩展，效率要比前面所述的二进制块的管理高得多。但是它仍然没有解决对象的嵌套问题，空间数据结构也不能内用户任意定义，使用上仍受到一定限制。

四．面向对象空间数据库管理

面向对象模型最适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集，但由于面向对象数据库管理系统还不够成熟，价格又昂贵，目前在GIS 领域还不太通用。

6.栅格数据的管理方式及其优缺点（文件管理方式）

一.文件管理方式：

缺点：大量的图像元数据信息（如图像类型、摄影日期、摄影比例尺等）需要单独建立文件；多数据源、多时相的遥感图像数据间的关系无法反映；数据的安全性、并发控制和数据共享问题。

二.文件—数据库管理

在关系数据库中，每个文件都有唯一的标识号（ID）对应影像信息，如文件名称、存储路径等.

三.关系数据库管理

①所有数据集中存储，数据安全，易于共享。

②较方便管理多数据源和多时态的数据。

③支持事务处理和并发控制，有利于多用户的访问与共享。

④影像数据和元数据集成到一起，能方便的进行交互式查询。

⑤对Client/Server的分布式应用支持较好，网络性能和数据传输速度都有很大提高。

⑥影像数据访问只能通过数据库驱动接口访问，有利于数据的一致性和完整性控制，数据不会被随意移动、修改和删除。

⑦支持异构的网络模式，即应用程序和后台数据库服务器可以在不同操作系统平台下运行。

7.空间数据的索引方式有哪些，比较各种方法的优缺点

空间索引就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，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。

空间索引方式优点缺点

格网索引计算出用户查询对象所在格

网，在该格网中快速查询所

选空间实体，大大提高了空

间索引的查询速度。

没有包含空间实体的格网，

在索引表中没有出现该编

码，即没有该条记录。如果

一个格网中含有多个地物，

则需要记录多个实体的标

志。

BSP索引能较好地与空间数据中空间

对象的分布情况相适应。其深度较大，不利于空间操作。

可以对多维空间中的点进行不直接支持占据一定时间范

KDB索引动态索引，删除和增加空间

点对象，很方便

围的空间对象

四叉树索引划分无重叠；通过规则可以

快速找到区域所在的行列，

还可以根据空间对象的稠密

来确定分辨率；通过四叉树

可以判断简单的空间实体关

系。

树的深度相差很大，空间利

用率较低；

随着分辨率的提高，层次会

变得很深，结构更加复杂，

数据维护也更加困难。

R树和R+树索引，R树结构矩形的原则是矩形

空间重叠少；矩形尽可能包

含更多的空间信息；矩形可

以嵌套。

R+树允许虚拟矩形相互重

叠，允许一个空间对象同时

为多个虚拟矩形所包含。

树的层次可以表达分辨率信

息。

当矩形数量较多时，检索特

定的空间数据所需的时间太

多，检索效率低下。

在构造R树时，由于空间对

象的复杂性，所包含的虚拟

矩形难免会重叠。

R+树对于被分割的下层虚拟

矩形或实体外接矩形，需要

关系表达。

CELL索引采用凸多边形来作为划分的基本单位，使空间不再相互覆盖。

磁盘访问次数较少，是比较优秀的空间索引方式，且搜索性能高。

第五章

1.数据源种类：地图、遥感影像数据、统计数据、实测数据、数字数据、各种文字报告和立法文件。

2.空间数据采集

（1）采集的基本内容和流程

1数据源的选择①是否能够满足系统功能的要求；

②所选数据源是否已有使用经验；

③系统成本。

2采集方法的确定：根据不同的数据源类型选择适当的采集方法，具体采集方法有：扫

描数字化成果、野外数据采集、摄影测量、遥感图像处理、数据交换、

键盘输入

3数据的编辑和处理

①各种方法所采集的原始空间数据，都不可避免地存在着错误或误差，属性数据在

建库输入时，也难免会存在错误，所以对图形数据和属性数据进行一定的检查、编辑是很有必要的。

②不同系统对图形的数学基础、数据结构等可能会有不同的要求，往往需要进行数

学基础、数据结构的转换。此外，根据系统分析功能的要求，需要对数据进行图形拼接、拓扑生成等处理。

③如果考虑到存储空间和系统运行效率，往往需要对数据进行一定程度的压缩。

4数据质量控制与评价

无论何种数据源，使用何种方法进行采集，都不可避免地存在各种类型的误差，而且

误差会在数据处理及系统的各个环节之中累计和传播。对于数据质量的控制和评价是系统有效运行的重要保障和系统分析结果可靠性的前提条件之一。

5数据入库

3.两种常用的属性数据编码法

1)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，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。

(2)多源分类编码法(独立分类编码)

是指一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各个数字之间并没隶属关系。

4.图形数据和属性数据的误差：

（1）空间数据的不完整或重复：主要包括空间点、线面数据的丢失或重复、区域中心点的遗漏、栅格数据矢量化时引起的断线等。

（2）空间数据位置的不准确：主要包括空间点位的不准确、线段过长或过短、线段的断裂、相邻多边形结点的不重合等。

（3）空间数据的比例尺不准确。（4）空间数据的变形。

（5）空间属性和数据连接有误。（6）属性数据不完整

5.检查：叠合比较法、目视检查法、逻辑检查法。

6.空间数据误差来源P111

第六章

一、地理信息系统空间分析的定义、步骤

1、定义：空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。空间分析是地理信息系统的主要特征。

2、步骤：（1） 确定问题并建立分析的目标和要满足的条件

（2）针对空间问题选择合适的分析工具；

（3）准备空间操作中要用到的数据；

（4）定制一个分析计划然后执行分析操作；

（5）显示并评价分析结果

二、叠加分析：是指一个图层与另一个图层相叠，叠置分析的结果往往是将其中一个图层的误差类型

误差来源 误差特征

源误差 数据年代；数据的空间覆盖范围；地图比例尺；观测密度数据的可访问性；数据格式；数

据与用途的一致性；数据的采

集处理费用。 明显、易探测

由自然变化或原始测量引

起的误差 位置误差；属性误差；质量和数量方面的误差；数据偏差；输入输出错误；观测者偏差；

自然变化。

不明显、难测定 GIS 处理过程中引起的误差 计算机字长产生的误差；拓扑分析引起的误差；逻辑误差；地图叠置操作；分类与综合引

起的误差；分类方法；分类间

隔；内插方法。

复杂、难探测

属性信息注入到另一个图层中，然后更新得到的数据图层；基于新数据图层，通过属性直接获得两个图层叠加所需要的信息。

三、网络分析：就是对交通网络、各种网线、电力线、电话线、供排水管线等进行地理分析和模型化，然后再从模型中提炼知识指导现实，从网络分析应用功能的角度上，网络分析划分为路径分析、最佳选址、资源分配和地址匹配。

四、窗口分析中的三个要素：

中心点，在单个窗口中的中心点可能就是一个栅格点，或者是分析窗口的最中间的栅格点，窗口分析运算后的数值赋予它。

分析窗口大小与类型，依据的单个窗口中的栅格分布状况，如平滑运算的3×3矩形窗口，扇形窗口等。

运算方式，图层根据窗口分析类型运算，依据不同的运算方式获得新的图层，如DEM提取坡度、坡向运算。

五、拓扑生成

建立要素间的拓扑关系，包括结点——弧段拓扑关系和弧段——结点拓扑关系。

1.▲拓扑生成（多边形拓扑关系的建立步骤）（ppt 第五章65页）

节点匹配→建立节点-弧段拓扑关系→多边形自动生成→建立多边形拓扑关系的算法

六、空间关系查询：包括拓扑关系查询和缓冲区查询

1、拓扑关系查询：拓扑关系对地理信息系统的数据处理和空间分析，都具有非常重要的意义，拓扑数据比几何数据具有更大的稳定性，有利于空间要素的查询。

（1）邻接关系查询（2）包含关系查询（3）关联关系查询

22、缓冲区查询

缓冲区是根据数据库中点、线、面地理实体，自动建立其周围一定宽度范围的多边形，来表征特定地理实体对邻域的影响范围。

缓冲区查询是不破坏原有空间目标的关系，只检索缓冲区范围内涉及到的空间目标。

根据用户给定点缓冲、线缓冲或面缓冲的距离，形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索的原理，从该缓冲区内检索出所要的空间对象

首先按给定距离建立距离为300米的缓冲区，然后将土地利用类型图和土壤类型图进行合并，利用合并后的图层与排水管道缓冲区进行叠置，然后SQL查询满足Lucode=300且suit>=2的区域，所选择的区域即为适合建立实验室的候选区域