地理信息系统期末复习资料

第一章节导论

1.数据和信息的基本概念

数据：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。不仅数字是数据，而且文字、符号、图像和声音等也可以是数据。

信息：狭义信息论将信息定义为“两次不定性之差”，即指人们获得信息前后对事物认识的差别；广义信息论认为，信息是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体与客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式。

2.数据的处理与解释

数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。

数据处理的目的在于：（1）把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式

（2）把数据加工成对正确管理和决策有用的数据

（3）把数据编辑后存储起来，以供以后使用

数据处理是为数据解释服务的，数据解释还需要人类的智慧，包括学识和经验。对同一数据，个人的解释可能不同，其对决策的影响也可能不同。而不同的解释，则往往来自不同的背景、目的和应用。

3.地理信息和地理数据的概念

地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理含义。

地理数据是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。

4.地理信息的特征：

（1）空间特征：地理信息具有空间特征，属于空间信息，其数据是与确定的空间位置联系在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的一个最显著的标志。

（2）属性特征：地理信息具有属性特征，通常在二维空间的定位基础上，按专题来表达多维即多层次的属性信息，这对地理环境中的岩石圈、大气圈、水圈、生物圈及其内部的复杂交互作用进行综合性的研究提供了可能性，为地理环境多层次属性数据的分析提供了方便。

（3）时序特征：地理信息具有时序特征，通常可以按照时间的尺度来区分地理信息。

5.地理信息系统的基本概念

（1）地理信息系统首先是一种计算机系统：该系统通常又由若干个相互关联的子系统构成，这些子系统的构成影响着地理信息系统硬件的配置、功能与效率、数据处理的方式和产品输出的类型等。

（2）地理信息系统的操作对象：地理信息系统的操作对象是地理数据或称空间数据。空间数据通常可以抽象成点、线和面等方式进行编码，并以空间坐标形式存储，或者以一系列栅格单元来表达连续的地理现象。

（3）地理信息系统的技术优势：地理信息系统的优势在于它的空间数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的空间查询功能、强大的图形生成和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等。

（4）地理信息系统的相关学科：地理信息系统虽然是信息技术发展的成果，但它与地理学和测绘学有着密切的关系。

6.地理信息系统的基本构成（问答题）：主要概括为五个方便-----系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。

7.空间数据：空间特征是指地理现象的空间位置及其相互关系，其数据称为空间数据。

8.应用模型：地理信息系统应用模型是为某一特定的实际工作而建立的运用地理信息系统的解决方案，其构建和选择也是系统应用成败至关重要的因素。

9.地理信息系统的基本功能

（1）数据采集与编辑：就是把各层地理要素转化为空间坐标及属性对应的代码输入到计算机中，各类数据的转化和输入方法。

（2）数据存储与管理：数据库是数据存储与管理的主要技术。地理信息系统数据库（或称为空间数据库）是地理要素特征以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。

（3）数据处理和变换：数据处理的任务和操作内容有数据变换、数据重构、数据抽取。

10.1963年世界上第一个地理信息系统即加拿大地理信息系统（CGIS）创建

11.地理信息系统正向集成化、产业化和社会化发展方向。出现网络GIS，移动GIS等

第二章节-----地理信息系统的数据结构

1.地理空间概念：地理空间一般指上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。其间是自

然地理过程和生命及人类活动做活跃的场所。

2.地理空间定位框架就是大地测量控制系统，此系统由平面控制网和高程控制网组成。

3.我国常用的三种大地坐标系统：一是1954年北京坐标系统（局部平差）；二是1980年国家大地坐标系（整

体平差）；三是地心坐标系，即以地球的质心作为坐标原点的坐标系。

4.地理实体（空间实体）：地理空间的实体包括点、线、面、曲面和体等多种类型，如何以有效的形式表达它们，

关系到计算机识别、存储、处理的可能性和有效性。

5.高程控制网：我国规定的高程基准面为‘1985国家高程基准’

6.拓扑关系的类型：（1）拓扑邻接（2）拓扑关联（3）拓扑包含

7.简单矢量数据结构的特点：矢量数据结构是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合方式。这种数据组合方式能很好地表达地理空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。

8.栅格数据结构：栅格矩形结构是一种用矩阵来存储栅格数据单元的存储结构。

9.游程（行程）编码结构概念、优缺点

游程编码结构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。

10.压缩比：S=m*n/K来表征，k是游标总数。即压缩比越大，表示压缩效果越显著。

11.四叉树编码概念、优缺点

概念：四叉树又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，绝大部分图形操作和运算都可以直接在四叉树结构上实现。四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格像元。分割的原则是，将图像区域划分为四个大小相同的象限，而每个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限。其终止判断是，不管哪一层上的象限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几种地物时，则不再继续划分，否则一直划分到单个栅格像元为止。

（概念的。参考答案二）

优点——

（1）容易而有效地计算多边形的数量特征；

（2）阵列各部分的分辨率可变，边界复杂部分四叉树较高即分级多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而既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它压缩方法容易；

（4)多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。

缺点——

转换的不确定性，用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构，故不利于形状分析和模式识别。

第三章节-

1.仿射变换的特点：

（1）直线变换后仍为直线

（2）平行线变换后仍为平行线

（3）不同方向上的长度比发生变化

2.我国基本比例尺地形图所用的投影类型:高斯—克吕格投影、墨卡托投影、UTM投影、兰勃特投影、阿尔伯斯投影

3.矢量和栅格数据结构比较：

矢量优点：（1）便于面向实体的数据表达

（2）数据结构紧凑、冗余度低

（3）拓扑结构有利于网络分析、空间查询等

矢量缺点：（1）数据结构较复杂

（2）软件实现的技术要求比较高

（3）多边形叠合等分析相对困难

栅格优点：（1）数据结构相对简单

（2）空间分析较容易实现

（3）有利于遥感数据的匹配应用和分析

栅格缺点：（1）数据量较大，冗余度高，需要压缩处理

（2）定位精度比矢量低

（3）拓扑关系难以表达

4.数据采集采用矢量数据结构，有利于保证空间实体的几何精度和拓扑特性描述;空间分析采用栅格数据结构，有利

于加快系统数据的运行速度和分析应用的进程。

5.基于矢量的压缩：通常是对线状实体上点的数量的压缩，其中最常用的是道格拉斯-佩克算法，该算法基于线状实

体的点压缩算法，是对数据的简化处理

6.空间数据的内插概念：空间数据的内插可以作如下简单的描述：设已知一组空间数据，它们可以是离散点的形式，

也可以是多边形分区数据的形式，现在要在这些数据中找到一个函数关系式，使关系式最好的逼近这些已知的空间数据，并能够根据该函数关系式推求出区域范围内其他任意点或任意多边形分区范围的值。这种通过已知点或多边形分区的数据，推出任意点或多边形分区数据的方法。

7.数据内插法一般运用较少，而通常使用局部分块内插法和逐点内插法。

8.分块内插法：分块内插法是把整个内插空间划分成若干分块，并对各分块求出各自的曲面函数来刻画曲面形态。

分块内插的关键是要解决各相邻分块函数间的连续性问题。

9.线性内插法：线性内插法是先将所有的已知数据点连接成三角网的形式，使用靠近内

插点的三个已知数据点，来确定三角网中的一个三角形形成的空间平面，继而求出该内插点在平面中的高程值。

第五章节----

1.数字地形模型（DTM）和数字高程模型的概念

(1)数字地形模型就是用数字化的形式表达的地形信息。

（2）数字高程模型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。

2.DEM的表达模型

3.根据属性内容，DTM又可以分为：

1.数字高程模型

2.派生的地形模型，当属性为海拔高程数值的时候，则称为DEM

4.DEM是各种地理科学分析、工程设计、辅助决策的重要基础性数据

5.地形因子：包含地形的坡度、坡向、曲面面积以及谷脊特征与地形有关的信息。

6.通视分析可以分为视线通视分析和视域通视分析。

7.空间叠合分析概念：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。

8.空间邻近度：描述了地理空间中两个地物距离相近的程度，邻近度分析是空间分析的一种重要手段。

9.空间缓冲区：是地理空间实体的一种影响范围或服务范围。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。

10.空间缓冲区分析的三种模型：线性函数模型、幂函数模型、指数函数模型

11.Voronoi多边形特征：所有的Voronoi多边形都是凸多边形。

概括而言，以点代面，全面复习，重点搞清楚以下内容。

1.地理实体：地理空间的实体包括点、线、面、曲面和体等多种类型，如何以有效的形式表达它们，关系到计算机

识别、存储、处理的可能性和有效性。

2.地图数字化：是将地图图形或图像的模拟量转换成离散的数字量的过程。其主要种类有跟踪数字化和扫描数字化。

3.四叉数编码：把地理空间定量划分为可变大小的网格，每个网格具有相同的属性。将二维区域按照四个象限进行递归分割，直到子象限的数值单调为止。是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。

4.游程：指栅格矩形一行内相邻同值栅格的数量，也称为行程。

5.拓扑关系：（1）拓扑邻接（2）拓扑关联（3）拓扑包含

6.缓冲区：是地理空间实体的一种影响范围或服务范围。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。

7.空间分析：是GIS的重要组成部分，也是评价一个GIS功能强弱的主要指标之一。

8.地理信息：是地理数据所蕴含和表达的地理含义。

9.空间叠置分析：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。

10.实体型矢量数据结构的优缺点

优点：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

缺点：对于多层空间数据的叠合分析比较困难

11.游程长度编码优缺点

12、空间数据分类的原则

1)遵循已有的国家标准，以利于全国范围内的数据共享。

(2)遵循国务院有关部委以及军队正在使用的数据标准。

(3)遵循各领域中普遍使用和认同的数据标准。

(4)当各种数据标准相互矛盾时，应遵循由上而下的原则进行处理。

(5)制定新的数据标准时，应尽可能参考同类标准

13.泰森多边形性质

泰森多边形每个顶点是每个三角形的外接圆圆心。泰森多边形也称为Voronoi图，或dirichlet图。

泰森多边形的特性是：

1、每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据；

2、泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近；

3、位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。

泰森多边形可用于定性分析、统计分析、邻近分析等。例如，可以用离散点的性质来描述泰森多边形区域的性质；可用离散点的数据来计算泰森多边形区域的数据；判断一个离散点与其它哪些离散点相邻时，可根据泰森多边形直接得出，且若泰森多边形是n边形，则就与n个离散点相邻；当某一数据点落入某一泰森多边形中时，它与相应的离散点最邻近，无需计算距离。在泰森多边形的构建中，首先要将离散点构成三角网。这种三角网称为Delaunay三角网。

15.矢量数据获取方法（唯一不准的答案）

（1）来源于政府和科研机构提供

（2）来源于矢量化（手工和自动矢量化）

（3）数字化

（4）编制生产

参考答案二

（1）由外业测量获得

数字测图

（2）由栅格形式的空间数据转换获得

栅格数据，如卫星测地、扫描数字化仪扫描、航摄像片等。可以用此类数据转化为矢量数据。

（3）对现有地图跟踪数字化获得将现有的地图图形离散化为数据

16.四叉树编码的优缺点

优点——

（1）容易而有效地计算多边形的数量特征；

（2）阵列各部分的分辨率可变，边界复杂部分四叉树较高即分级多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而既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它压缩方法容易；

（4)多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。

缺点——

转换的不确定性，用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构，故不利于形状分析和模式识别。

17.矢量数据结构中实体数据(简单数据)结构的主要特点

（1）数据按点、线或多边形为单元进行组织，数据结构直观简单

（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，容易造成数据冗余和产生不一致性。（3）点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，彼此不关联。

（4）岛或洞只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系。

18.拓扑空间关系研究意义

（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。因为拓扑数据已经清楚地反映出地理实体之间的逻辑结构关系，而且这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定性，即它不随地图变换而变化。

（2）利用拓扑数据有利于空间要素的查询。例如，应答某些区域与哪些区域邻接；某条河流能为哪些政区的居民提供水源；都需要利用拓扑数据。

（3）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。例如，建立封闭多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的计算等。