地理信息系统基础主要知识点

《地理信息系统基础》主要知识点

第一章

什么是地理信息？地理信息有什么特性？

地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征及地理现象之间关系的地理数据的解释。或者定义为：表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。从另一个角度来说，一切及空间位置有关的信息都叫做地理信息。

（1）空间分布性：属于空间信息，其位置的识别是及数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。

（2）数据量大。

（3）信息载体的多样性。

什么是GIS？它具有什么特点？

地理信息系统（GIS , Geographic Information System）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表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、显示和描述的技术系统。

具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生高层次的地理信息。

具有公共的地理定位基础，所有的地理要素，要按经纬度或者特有的坐标系统进行严格的空间定位，才能使具有时序性、多维性、区域性特征的空间要素进行复合和分解，将隐含其中的信息变为显示表达，形成空间和时间上连续分布的综合信息基础，支持空间问题的处理及决策。

地理信息系统从外部来看，它表现为计算机软硬件系统；而其内涵却是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。

GIS及其它信息系统有什么区别？

GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS 是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。

GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。

GIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。

GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备复杂、系统功能强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的

MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。

简述GIS的构成。

GIS的功能有哪些？

空间数据获取及集成空间数据组织及管理空间编辑及处理查询统计及空间分析输出

简述GIS的发展。

60年代起源于北美

70年代是GIS发展的巩固阶段

80年代为地理信息系统的大发展阶段

90年代至今为地理信息系统的应用普及时代

举例说明GIS可应用的行业。

测绘及地图制图

资源调查及管理

城乡规划

灾害监测

环境保护

国防

精细农业

……

公众服务

第二章

说说地球空间模型是怎样建立的？

水准面，地球表面，大地水准面，旋转椭球面

GIS中为什么要考虑地图投影？

地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算。

地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析空间数据的基本特征有哪些？

空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系。

属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等。

时间特征：描述空间对象随时间的变化。

地理信息的数字化描述方式有哪些？它们各自是怎样来描述地理信息的？

什么是拓扑关系？如何利用关系表来表达空间拓扑关系？

什么是元数据？元数据的主要作用是什么？元数据包括哪些内容？

对空间数据的有效生产和利用，要求空间数据的规范化和标准化，以利于数据的交换、更新、检索、数据库集成以及数据的二次开发利用等。

“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

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(clearing house)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，以及及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

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；

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；

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；

对数据库的更新、集成方法等的说明。

第三章

什么是数据结构？对空间数据而言有什么特点？

数据结构是指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构；

对空间数据而言则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，是对数据的一种理解和解释。不说明数据结构的数据是毫无用处的，不仅用户无法理解，计算机程序也不能正确处理。

空间实体可抽象为哪几种基本类型？它们在矢量数据结构和栅格数据结构分别是如何表示的？

叙述下列栅格数据存储的压缩编码方法：链式编码、游程长度编码、块状编码和四叉树。

将线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。链式编码的前两位数字表示起点的行、列数，从第三个数字开始表示单位矢量的方向。

游程长度编码只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数。

块式编码是将游程长度编码扩大到二维的情况，把多边形范围划分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。块式编码的数据结构由初始位置(行号，列号)和边长，再加上记录单元的代码组成。

它将×像元阵列连续进行4等分，如果某正方形的所有格网值相同，则该正方形就不再继续分割，否则还要把它再分割成四个正方形。也可采用从下而上的方法建立，对栅格数据按如下的顺序进行检测：如果每相邻四个格网值相同则进行合并，逐次向上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。L.

什么是栅格数据的属性误差？如何确定栅格单元的属性值？

中心点法、面积占优法、重要性法、百分比法

矢量和栅格数据各有什么特点？比较矢量和栅格数据结构的优缺点。

优点：

表示地理数据的精度较高

严密的数据结构，数据量小

完整的描述空间关系

图形输出精确美观

图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现

面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息

缺点：

数据结构复杂

矢量叠置较为复杂

数学模拟比较困难

技术复杂，特别是软硬件

优点：

数据结构简单

空间数据的叠置和组合方便

各类空间分析很易于进行

数学模拟方便

缺点：

图形数据量大

用大像元减少数据量时，精度和信息量受损

地图输出不美观

难以建立网络连接关系

投影变换比较费时

简述矢量数据和栅格数据相互转换的基本步骤。

点的变换、矢量线段的变换、多边形数据的转换

基于扫描图像的矢量化（二值化、细化、剥皮法、跟踪）

十进制Morton码如何组成？有什么作用？

如何结合十进制Morton码完成一幅栅格影像的线性四叉树编码？

矢栅一体化数据结构的理论基础是什么？

多级格网方法、三个基本约定和线性四叉树编码。

第四章

简述GIS数据库的特征。

空间特征：是空间数据最主要的特征，它描述空间物体的位置、形态，更重要的是描述物体之间的拓扑关系。除了通用性数据库管理系统或者文件系统关键字的索引和辅关键字索引外，一般都需要建立空间索引。

空间关系特征：空间数据除了空间坐标隐含了空间分布关系外，空间数据中也记录了拓扑数据结构表达的多种空间关系。这种拓扑数据结构一方面方便了空间数据的查询和空间分析，另一方面也给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂程度。

多尺度及多态性：不同观察尺度具有不同的比例尺和精度，同一地物在不同情况下会有形态差异。

非结构化特征:在当前通用的关系数据库管理系统中，数据记录一般是结构化的，也就是说每一条记录是定长的，数据项表达的只能是原始数据，不允许镶嵌记录，而空间数据则不能满足这种结构化要求。

分类编码特征：一般而言，每一个空间对象都有一个分类编码，而这种分类编码往往属于国家标准，或行业标准，或地区标准，每一种地物的类型在某个GIS中的属性项个数是相同的。因而在许多情况下，一种地物类型对应于一个属性数据表文件。

海量数据特征：空间数据库的数据量比一般的通用数据库要大得多，一个城市GIS的数据量可能达几十GB乃至TB、PB级。正因为空间数据量大，所以需要在二维空间上划分块或者图幅，在垂直方向上划分层来管理。

应用面广的特征：GIS数据应用于地理研究、环境保护、土地利用及规划、市政管理等各方面。

简述GIS的几种主要数据模型，并进行各自优缺点分析。

层次数据库模型

优点：

存取方便且速度快

结构清晰，容易理解

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

网络数据库模型

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）

关系数据库模型

优点：

结构特别灵活，具有严密的数学基础和操作代数基础，满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形成的查询要求。

能搜索、组合和比较不同类型的数据。

增加和删除数据非常方便。

缺陷：

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，模拟和操作复杂对象的能力较弱。

为什么不能用标准DBMS存储空间数据？

空间数据记录是变长的，而一般的数据库都只允许把记录的长度设定为固定。

在存储和维护空间数据拓扑关系方面存在着严重缺陷。

一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作。

不能支持复杂的图形功能。

单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录，一般的DBMS也难以支持。

难以保证具有高度内部联系的GIS数据记录需要的复杂的安全维护。

目前空间数据库存在的主要问题有哪些？

数据共享问题

数据文件格式统一性：如何对各种格式的数据进行不损失的转换。

地理信息的标准化

数据共享的政策