黄杏元地理信息系统知识概括背诵版

第一章 GIS简介

名词解释

地理信息系统：是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。

空间数据引擎（sde）：是一种空间数据库管理系统的实现方法，即在常规数据库管理系统之上添加一层空间数据库引擎，以获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和管理的能力。代表性的是ESRI的SDE。

一、基本概念

1.1数据及信息

原题：

1、数据及信息的基本概念是什么？绘制相关图形并简要表达数据及信息的关系（2012）

数据：是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号、图象也是数据，数据本身没有意义。

信息：是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、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。

信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性。

关系：

①数据是信息的表达，而信息是数据的内容。

②信息是对数据的解释、运用及解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。

③就本质而言数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。

1.2地理信息及地理信息系统

地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图象和图形的总称。

地理信息系统：(2010)是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。

GIS特点及类型

特点：

①公共的地理定位基础；

②具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；

③系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息；

④以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统。

类型：

①研究范围：全球系统、区域系统和国家系统

②研究内容：专题系统和综合系统

③使用的数据模型：矢量系统、栅格系统和矢栅混合系统

GIS及一般计算机应用系统有哪些异同点？（2004）

原题：

1、简述地理信息系统及一般管理信息系统的区别和共同之处（2006）

2、结合目前国土资源部主持的第二次全国土地调查，谈谈CAD（计算机辅助技术）、RS（遥感）及GIS的区别和联系？（2009）

3、请举例谈谈GIS及CAD的主要区别及密切联系有哪些？（2011）

①GIS及一般管理信息系统

在硬件上：为了处理图形图像数据，配有专门的输入输出设备。

在软件上：研制专门的图形图像数据分析算法和处理软件，这些软件及数据结构和数据库管理方法有关。

在信息处理内容和采用目的上：一般管理信息系统是查询检索和统计分析，处理结果为表格；GIS不仅有以上功能，还有分析资源合理利用等，为生产提供决策。

②GIS及机助制图系统机助制图是地理信息系统得主要技术基础，它涉及GIS中的空间数据采集、表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能，此外它还应具有丰富的空间分析功能。

③GIS及DBMS(数据库管理系统) GIS除需要功能强大的空间数据的管理功能之外，还需要具有图形数据的采集、空间数据的可视化和空间分析等功能。因此，GIS在硬件和软件方面均比一般事务数据库更加复杂，在功能上也比后者要多地多。

④GIS及CAD（2009、2011）

GIS处理多为自然目标，CAD处理多为规则几何图形及其组合；GIS属性库内容结构复杂，功能强大，图形属性相互作用频繁，且多有专业化特征。

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。

⑤GIS及RS(遥感图像处理的系统)（2009）

RS用于对遥感图像数据分析处理，栅格数据几何处理，灰度处理和专题信息提取，是GIS 主要数据源。

RS图像能作为GIS背景影像。

遥感图像处理的系统是专门用于对遥感图像数据处理进行分析处理的软件。它主要强调对遥感栅格数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取。这种系统一般缺少实体的空间关系描述，难以进行某一实体的属性查询和空间关系查询以及网络分析等功能。

二、GIS基本构成

原题：

1、详述地理信息系统的组成？并画出示意图（2005）

2、简述地理信息系统的构成（2006）

3、以一种GIS软件为例，绘图说明GIS的构成和功能（2009）

GIS主要组成部分

①系统硬件：包括各种硬件设备，是系统功能实现的物质基础；

②系统软件：支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；

③空间数据：系统分析及处理的对象，构成系统的应用基础；

④应用人员：GIS服务的对象，分为最终用户和GIS开发人员；

⑤应用模型：解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在。

GIS软件的基本组成

空间数据管理系统、图形图像处理系统、数字高程模型、空间数据分析系统、智能专家系统、输入输出支持系统。

三、GIS功能

原题：

1、以一种GIS软件为例，绘图说明GIS的构成和功能（2009）

2、绘图表示GIS的基本功能，详述其发展历程和发展趋势（2010）

GIS基本功能：数据采集及编辑、数据存储及管理、数据处理和变换、空间分析和统计、产品制作及显示、二次开发和编程

GIS应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策

四、GIS发展透视

4.1 GIS发展历程和发展趋势

原题：

1、试述传统GIS的不足及WebGIS的性能特点、未来的发展和应用趋势。（2009）

2、绘图表示GIS的基本功能，详述其发展历程和发展趋势（2010）

发展趋势

①地理信息系统已成为一门综合性技术，地理信息系统不仅及全球卫星定位系统（GPS）、遥感（RS）构成“3S”集成系统，而且及CAD、多媒体、通信、英特网、办公自动化、虚拟现实等多种技术相结合，构成了综合的信息技术；

②地理信息系统产业化的发展势头强劲；

③地理信息网络化已成为当今社会热点，逐步受到关注；

④地理信息科学的产生和发展，地理信息系统已经发展到地理信息科学，但学科体系尚未健全，还处在发展阶段。

发展历程

①开拓期：1963年Roger Tomlinson开创了世界上第一个地理信息系统即加拿大地理信息系统（CGIS），Tomlinson 被誉为地理信息系统之父；

②巩固和发展期：计算机第三代推出，计算机屏幕数字化操作，ESRI公司开发了著名的ArcInfo软件；

③大发展时期：由于第四代计算机推出，促进了地理信息系统技术发展，1987年美国成立了国家地理信息及分析中心（NCGIA）。

④普及时代：美国前副总统提出了“数字地球”这一概念；

⑤新时代：地理信息系统正在开始走进千家万户，地理信息系统也英特网结合实现了人类社会巨大资源共享，网络GIS，移动GIS逐渐普及。

4.2 GIS的应用，如何应用？

原题：

1、结合你的专业论述GIS的应用和发展前景（2004）

GIS的应用

现今地理信息系统已应用于测绘及地图制图、资源管理、城乡规划、灾害监测、环境保护、国防、宏观决策支持等领域

3S结合的好处

是地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遥感技术（RS）的结合。

它们在3S体系中各自充当着不同的角色，遥感技术是信息采集（提取）的主力；全球定位系统是对遥感图像（像片）及从中提取的信息进行定位，赋予坐标，使其能和"电子地图"进行套合；地理信息系统是信息的"大管家"。

可以补充

4.3 GIS认识及展望

原题：

1、根据你的地理信息系统知识和相关专业知识，针对“GIS是工具还是科学？”这个世界性问题，详谈你对GIS的认识和展望（2008）

略

第二章GIS数据结构

一、地理空间及其表达

1.1地理空间的概念

地理空间：一般包括地理空间定位框架及其联结的特征实体。地理空间定位框架即大地测量控制，有平面控制网和高程控制网组成。

我国三种坐标系并存：1954北京坐标系，1980国家大地坐标系，地心坐标系。

高程：指空间参考的高于或低于某基准平面的垂直位置，主要用来提供地形信息。

高程起算基准面为“1985国家高程基准”，该基准比原国务院批准启用的“黄海平均海平面”高29mm。

1.2空间实体的表达

空间实体：点、线、面、曲面和体。指在给定的时刻具有确定的空间位置和形态特征，并具有地理意义的地理空间物体。

矢量表示法：采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素

删格表示法：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素

二、地理空间数据及其特征

2.1 GIS的空间数据

原题：

1、地理信息系统数据源的类型有哪些？（2010）

空间数据是GIS的核心

GIS的数据来源

地图数据：来源于各类普通地图和专题地图

影像数据：来源于卫星遥感和航空遥感

地形数据：来源于地形等高线数字化，dem和其他实测数据

属性数据：来源于各类调查报告，实测数据等

元数据：来源于各类纯数据通过调查、推理、分析和总结得到的有关数据的数据。

空间数据分类（根据对象分）

类型数据；面域数据；网络数据；样本数据；曲面数据；文本数据；符号数据。

2.2空间数据的基本特征

原题：

1、举例描述GIS空间数据的基本特征（2006）

2、空间数据的基本特征有哪些？请叙述（2012）

3、简述空间数据拓扑关系及其对GIS数据处理和空间分析有何重大意义？（2011）

4、详述空间拓扑关系的类型和特点（综合计算题）（2012）

GIS空间数据特征：空间特征、属性特征、时间特征（人口数的逐年变化）

空间特征数据包括地理实体或现象的定位数据和拓扑数据

属性特征数据包括地理实体或现象的专题属性（名称、分类、数量等）数据和时间数据

黄杏元书P33页

拓扑结构：是明确定义空间结构关系的一种数学方法

拓扑关系：地理实体不仅具有空间位置、形状、大小等空间特征，而且不同实体之间还存在邻接、关联和包含等空间相互关系特征，由于描述的地理实体的这种关系时不需要考虑空间坐标和距离因素，所以又称为拓扑关系。

空间数据的拓扑关系包括

拓扑邻接：指空间图形中同类元素之间的拓扑关系

拓扑关联：指空间图形中不同元素之间的拓扑关系

拓扑包含：制空间图形中不同等级元素之间的拓扑关系

拓扑关系对 GIS 数据处理和空间分析的重大意义：

①根据拓扑关系，不需要利用坐标或者计算距离，就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。

2.3空间数据的计算机表示

地理实体相邻两个结点间的一个弧段是基本存储单位。

三、空间数据结构的类型

原题：

1、什么是空间数据结构？有哪几种数据结构？（2011）

空间数据结构：是对空间数据的合理组织，是适合于计算机系统存储、管理和处理地学图形的逻辑结构，是对地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述及表达。

结构分类：

矢量数据结构：面向地物的结构

栅格数据结构：面向位置的结构

矢量栅格一体化的数据结构

3.1矢量数据结构

原题：

1、矢量数据结构分为几种类型（2005）

2、拓扑数据结构的类型和特点（2010）

3、在地理信息系统中，什么是Voronol图？它有哪些主要特性和用途？（2012）

4、联接编辑的算法（计算综合）（2008）

矢量数据结构：基于矢量模型的数据结构，结构上利用欧几里得几何学中的点、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。

主要类型：

1、简单数据结构：空间数据按照以基本的空间对象为单元进行单独组织，不含有拓扑关系结构，最典型是面条结构。

特点：

①数据按点、线或多边形为单元组织，数据排版直观，数字化操作简单；

②每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余和不一致；

③点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，互相之间不关联；

④岛只作为一个单个图形，没有及外界多边形的联系。

2、拓扑数据结构

分类：DIME(对偶独立地图编码法)、POLYVRT（多边形转换器）、TIGER（地理编码和参照系统的拓扑集成）。

特点：点是相互独立的，点连成线，线构成面。

拓扑编辑功能：（计算综合）（2008）

①多边形连接编辑

②结点连接编辑

3、曲面数据结构

TIN：用不规则三角网来拟合连续分布现象的覆盖表面的一种数据结构

Voronoi图（泰森多边形）：设平面上有n个互不重叠的离散数据点，则其中的任意一个离散数据点Pi都有一个临近范围Bi，在Bi中的任一个点同Pi点之间距离小于它同其他离散数据点之间距离。这里的Bi域是一个不规则多边形，该多边形称为泰森多边形。

Voronoi图主要特性：

①每个泰森多边形内仅含有一个基站

②泰森多边形区域内的点到相应基站最近

③位于泰森多边形边上的点到其两边的基站距离相等

④在判断一个控制点及其他哪些控制点相邻，可直接根据泰森多边形得出结论，泰森多边形是n边形，则及n个离散点相邻。

Voronoi图用途：

利用泰森多边形可以确定一些商业中心、工厂或其他的经济活动点的影响范围。如果要在考虑每个点的实际大小的基础上修正相邻点连线的垂线，利用泰森多边形分析商店和工厂的影响区域，将更具典型意义。由此，城市规划专家能大致估算一个商业中心满足的最大人口数量

泰森多边形分析并不只限于经济地理方面的应用，还可用于近邻关系分析，区域专题现象的分级统计分析，绘制区域等值线图等。