地理信息系统重点总结

第一章

1、什么是GIS？它具有什么特点？

答：地理信息系统（GIS , Geographic Information System）是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统

特点有：

○1具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；

○2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。

○3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。

○4由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。

○5地理信息系统从外部来看，它表现为计算机软硬件系统；而其内涵确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。信息的流动及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真

2、GIS与其它信息系统有什么区别

答：第一，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。

第二，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的软硬件设备要复杂、系统功能要强；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。

第三，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。

第四，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。

3、简述GIS的构成

答：GIS构成：硬件平台、软件平台、空间数据、应用人员、GIS模型。

4、简述GIS的发展。

答：地理信息系统的发展的四个阶段：

第一阶段：60年代起源于北美：加拿大国家土地调查局为了处理大量的土地调查资料，于60年代开始建立地理信息系统（CGIS），于70年代初投入产品生产；同一时期的美国哈佛大学的计算机图形与空间分析实验室，建立通用的制图软件包，竭力发展空间分析模型和软件

第二阶段：70年代是GIS发展的巩固阶段：美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对地理信息系统的研究均投入了大量的人力、物力、财力，研究不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。

第三阶段：80年代为地理信息系统的大发展阶段：计算机的迅速发展和普及，地理信息系统也逐步走向成熟，并在全世界范围内全面地推向应用阶段。

第四阶段：90年代至今为地理信息系统的应用普及时代：由于计算机的软硬件均得到飞速的发展，网络已进入千家万户，地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统，尤其是政府

决策部门在一定程度上由于受地理信息系统影响而改变了现有机构的运行方式、设置与工作计划等。从美国的“国家信息基础设施：行动计划（National Information Infrastructure ,简称NII）”建设到数字地球的提出，由“数字地球”细化到“数字中国”、“数字省区”、“数字城市”、“数字小区”直到“企业信息化”、“电子商务”、“数字通讯”、“虚拟现实”等众多的信息化领域的工作已全面铺开。

5、举例说明GIS可应用的行业

测绘与地图制图资源调查与管理城乡规划灾害监测环境保护国防宏观决策支持

如：防火信息系统、水质管理、城市土地利用信息系统、电信资源管理、铁路地理信息系统、公安警用地理信息系统、医疗机构信息查询等

第二章

1、说说地理空间模型是怎样建立的？

（1）地球椭球体模型：以大地水准面为基准建立的。地球的形状接近于椭圆绕其短轴形成的椭球体，通过扁率表示椭球体的扁平程度。大地水准面与具有微小扁率的旋转椭球面非常接近，可用旋转椭球体代替大地球体。

（2）地球表面：最自然的面，包括海洋底部、高山、高原等在内的固体地球表面。——太复杂，难以建模，各种量算也非常困难。

（3）大地水准面：相对抽象的面，是静止海平面的延伸。以它为基准，可以用水准仪测量地球自然表面上任意点的高程。——海平面的起伏将导致测量的不确定。大地水准面所包围的球体，叫大地球体

2、GIS中为什么要考虑地图投影？

答：GIS以地图方式显示地理信息。地图是平面，而地理信息则是在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。

GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。

GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。

3、地理空间实体的三要素是什么？它们之间的关系是怎样的？

答：地理空间试题三要素是点、线、面三种要素，分别用点状、线状、面状符号表示。其中，点要素是有位置，无宽度和长度的抽象的点；线要素是有长度，但无宽度和高度用来描述线状实体的，通常在网络分析中使用较多，度量实体距离。面要素则具有长和宽的目标，通常用来表示自然或人工的封闭多边形，一般分为连续面和不连续面。

4、空间数据的基本特征有哪些？地理信息的数字化描述方法有哪些？

5、答：有

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。

空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如交通学院与电力学院相邻等。

时间特征：描述空间对象随时间的变化

方法有：显性描述和隐性描述。计算机对空间实体的显性描述也称栅格数据结构，对地理实体的隐性描述也成矢量数据结构。所以有栅格法和矢量法可以表示空间信息。

6、什么是元数据？为什么要使用元数据？

答：元数据是关于数据的描述性数据信息，说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背

景信息。其目的是促进数据集的高效利用，并为计算机辅助软件工程服务。元数据的作用和意义：（1）帮助数据生产单位有效的维护和管理数据；

（2）提供有关数据生产单位的各种有关信息供用户查询；（3）帮助用户了解数据；(4) 提供有关信息，以便用户处理和转换有用数据。(5) 采用元数据可以便于数据共享。

第三章

1、空间数据模型

是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供着基本方法。三个层次：概念模型、逻辑数据模型、物理数据模型

2、GIS中的概念模型：（3个）

? 场模型：强调空间要素的连续性(栅格模型)

? 基于对象的模型（对象模型）：强调空间要素的离散性（矢量模型）

? 网络模型：强调空间要素的交互

3、空间数据结构：

栅格数据结构（指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式）

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织方式）。

4、栅格数据结构的压缩编码方法：链式编码（弗里曼链码，边界链码）、游程长度编码、块式编码、四叉树编码。

四叉树编码有许多优点：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是可变的，边界复杂部分四叉树较高，即分级多，分辨率也高，而不需表示的细节部分则分级少，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多边形中嵌套不同类型小多边形的表示较方便。

四叉树编码的最大缺点是，树状表示的变换不具有稳定性，相同形状和大小的多边形可能得出不同四叉树结构，故不利于形状分析和模式识别。

矢量数据结构编码的方法：实体式、索引式、双重独立式、链状双重独立式

5、矢量数据结构的特点

? 用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含。

? 用拓扑关系描述空间对象之间的关系

? 面向目标操作，精度高，数据冗余度小

? 与遥感等图象数据难以结合

? 输出图形质量号，精度高

7、矢量与栅格数据如何互为转化？

矢量转栅格：（1）内部点扩散法，即由多边形内部种子点向周围邻点扩散，直至到达各边界为止；(2)复数积分算法，即由待判别点对多边形的封闭边界计算复数积分，来判断两者关系；(3)射线算法和扫描算法，即由图外某点向待判点引射线，通过射线与多边形边界交点数来判断内外关系；(4)边界代数算法，是一种基于积分思想的矢量转栅格算法，适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换，方法是由多边形边界上某点开始，顺时针搜索边界线，上行时边界左侧具有相同行坐标的栅格减去某值，下行时边界左侧所有栅格点加上该值，边界搜索完之后即完成多边形的转换。

栅格转矢量：即是提取具有相同编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑

关系，并表示成矢量格式边界线的过程。步骤包括：多边形边界提取，即使用高通滤波

将栅格图像二值化；边界线追踪，即对每个弧段由一个节点向另一个节点搜索；拓扑关

系生成和去处多余点及曲线圆滑。

第四章

1、数据库的定义：是为一定目的服务，以特定的数据存储的相关联的数据集合

2、数据库的特征：

（1）在数据库中的数据独立于应用，从而实现了数据共享，减少了信息冗余，提高了数据的利用效率。

（2）在数据值中建立了联系，体现逻辑性和科学性。

（3）复杂的数据模型，为数据的安全与保护提供了基础。

（4）数据保护性特征

3、数据库管理系统

定义：在信息系统中，应用程序对数据库中的数据的访问，是通过一个能对数据库进行定义、建立、维护、管理、查询、通讯等基本操作的核心软件而进行的。功能：数据库的定义、数据库的维护、数据库之间的通讯。

4、地理信息系统数据库（GIS数据库）及其特点

定义：GIS数据库是关于特定区域内一定地理要素特征的数据集合。

特点：（1）不仅存贮有关对象的属性数据，同时还存储有关对象的空间定位数据，且二者具有不可分割的紧密联系。（2）数据量特别大。（3）数据的应用广泛。

5、数据模型：数据库系统中关于数据和联系的逻辑组织的形式表示。数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型，其中应用最广泛的是关系模型。

6、传统数据库在管理空间数据时的局限：

（1）管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符。

（2）管理的实体类型较少，并且实体类型之间通常只有简单、固定的空间关系。

（3）存储的数据通常为等长记录的数据；

（4）只操纵和查询文字和数字信息；

第五章

1、数据源：指建立地理数据库所需的各种数据的来源

类型：地图遥感图像文本资料统计资料实测数据多媒体数据已有系统的数据

2、图形数据的采集：实际上就是将图形进行数字化以输入计算机的过程。

两种方法：手扶跟踪数字化仪输入和扫描仪输入。

属性数据的采集：键盘输入

3、空间数据坐标变换的实质：是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换，它们是空间数据处理的基本内容之一。

4、几何纠正是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的改正。几何纠正常用的有高次变换、二次变换和仿射变换。

5、投影转换：当系统所使用的数据是来自不同地图投影的图幅时，需要将各种投影的几何数据转换成所需同一投影的几何数据，这就需要进行地图投影变换。

6、矢量数据的图形编辑：结点编辑、图幅的接边操作

图幅拼接包括逻辑接边和几何接边（①识别和检索相邻图幅：②相邻图幅边界点坐标数据的匹配：③相同属性多边形公共边界的删除）

7、数据压缩：所谓数据压缩，即从所取得的数据集合S中抽出一个子集A，这个子集作为

一个新的信息源，在规定的范围内更好的逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。压缩比表示曲线信息载量减少的程度。

8、数据质量的基本内容：1°位置精度：2°属性精度：3°逻辑一致性：4°完备性：5°现势性：

9、空间数据的质量问题分哪几类？

GIS空间数据的误差可分为源误差和处理误差。

源误差：是指数据采集和录入中产生的误差，包括：遥感数据、测量数据、属性数据、GPS 数据、地图、地图数字化精度。（地图数据化数据的误差包括制图误差和数字化误差；遥感数据误差包括数据获取、数据预处理、数据转换、人工判读误差；地图测量数字数据误差）处理误差（操作误差）：指GIS对空间数据进行处理时产生的误差。几何纠正；坐标变换；几何数据的编辑；属性数据的编辑；空间分析(如多边形叠置等)；图形化简(如数据压缩)；数据格式转换；计算机截断误差；空间内插；矢量栅格数据的相互转换。

误差传播是指对有误差的数据，经过处理生成的GIS产品也存在着误差。

10、GIS的空间分析：是指以地理事物的空间位置和形态为基础，以地学原理为依托，以空间数据运算、为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程，如获取关于空间分布、空间形成以及空间演变的信息。

11、空间分析内容：基本的空间分析包括以下方面：空间查询、空间量算（这两者为简单的空间分析）；缓冲区分析、缓冲区分析叠加分析网络分析空间统计分析空间插值数字高程模型（数字地形模型）（复杂的空间分析）；空间建模与空间决策支持系统（面向应用的分析）

12、栅格数据的聚类分析：栅格数据的聚类是根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法。

13、栅格数据的聚合分析：是指根据空间分辨力和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并

14、能够极为便利地进行同地区多层面空间信息的自动复合叠置分析，是栅格数据一个最为突出的优点。信息复合模型(overlay)包括两类，简单的视觉信息复合和较为复杂的叠加分类模型

15、栅格数据的窗口分析（领域分析）：窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。

16、矢量数据的叠置（加）分析原理：就是把同一地区的两幅或两幅以上的图层重叠在一起进行图形运算和属性运算（关系运算），产生新的空间图形和属性的过程。

目的：寻找和确定同时具有几种地理属性的地理要素的分布，或是按照确定的地理指标，对叠加后产生的具有不同属性级的多边形进行分类或分级

17、缓冲区分析：是GIS的基本空间操作功能之一，是指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。缓冲区分析是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法。

18、缓冲区模型：分析模型如下：（1）线性模型：随距离增大影响呈线性衰减；（2）二次模型：随距离增大影响呈二次形式衰减；（3）指数模型：随距离增大影响呈指数形式衰减19、空间数据的内插：设已知一组空间数据，它们可以是离散点的形式，也可以是分区数据的形式，现在要从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系式最好地逼近这些已知的空间数据，并能根据该函数关系式推求出区域范围内其他任意点或任意分区的值。

这种通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法就称为空间数据的内插。20、DEM(数字高程模型)：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，用函数的形式描述为：

式中，xi，yi是平面坐标，zi是对应的高程。DEM最主要的三种表示模型是：①规则格网模型②不规则三角网模型③等高线模型

21、DTM(数字地面模型)：是地表或空间现象起伏变化的数字表示,它借助于三维空间数据x、y、z的集合，以离散分布的平面点来模拟连续分布的地表或空间现象形态。

22、基于DEM的坡度与坡向计算

坡度：定义为地表单元的法向与Z轴的夹角，即切平面与水平面的夹角

坡向：是地表单元的法向量在水平面上的投影与X轴之间的夹角。

@@@附加@@@：

1、GIS中应有哪些空间关系？拓扑空间关系顺序空间关系：（方向空间关系）度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。

2、GIS开发四阶段：系统分析，系统设计，系统设施，运行评价

3、空间信息可视化：是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式显示并进行交互处理的理论、方法和技术。

4、图层：将空间信息按其几何特征及属性划分成的专题。

5、简述地理信息的特征。

地理信息处了具备信息的客观性、信息的实用性、信息的可传输性和信息的共享性以外，还具有一些独特的特性。包括：空间相关性、空间区域性、空间多样性、空间层次性。

6、简述栅格数据结构的优缺点。

优点：数据结构简单，易于算法实现；空间数据的叠置和组合容易，有利于与遥感数据的匹配应用和分析；各类空间分析、地理现象模拟均较为容易；输出方法快速简便，成本低廉。缺点：图形数据量大，用大像元减小数据量时，精度和信息量受损失；难以建立空间网络连接关系；投影变化实现困难；图形数据质量低，地图输出不精美。

7、建立和分析缓冲区应注意那些方面？

应注意：1、缓冲区叠置处理；2、缓冲区宽度不同处理。（论述从略）

8、举例说明GIS空间查询类型？

属性查图形：简单的属性查询；SQL查询；

9、简述信息的特征。

客观性、适用性、可传输性和共享性。

10、简述矢量数据结构的优缺点。

优点：数据结构严谨，冗余度小，数据量小；空间拓扑关系清晰，易于网络分析；面向对象目标的，不仅能表达属性编码，而且能方便地记录每个目标的具体的属性描述信息；能够实现图形数据的恢复、更新和综合；图形显示质量好、精度高。

缺点：数据结构处理算法复杂；叠置分析与栅格图组合比较难；数学模拟比较困难；空间分析技术上比较复杂，需要更复杂的软硬条件；显示与绘图成本比较高。

11、数据融合：由于地理数据的多语义性、多时空性、多尺度性、获取手段的多样性、存储格式的不同以主数据模型与数据结构的差异等，导致多源数据的产生，为了实现数据的集成与信息的共享，就必须进行数据融合。

类型：基于转换器的数据融合；基于数据标准的数据融合；基于公共接口的数据融合；基于

直接访问的数据融合。

12、基本概念：（1）对象：含有数据和操作方法的独立模块，可以认为是数据和行为的统一体。（2）类：共享同一属性和方法集的所有对象的集合构成类。（3）消息：对对象进行操作的请求，是连接对象与外部世界的唯一通道。（4）方法：对对象的所有操作。（5）封装：是指将方法与数据放于一对象中，以使对数据的操作只可通过该对象本身的方法来进行。（6）多态：指同一消息被不同对象接收时可解释为不同的含义。两种语言工具：继承和传播。

13、空间数据库概念：指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上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。

14、空间网络分析：是指依据网络拓扑关系（线性实体之间线性实体与结点之间结点与结点之间的邻接关联关系）通过考察网络元素的空间数据与属性数据，对网络的性能特征进行多方面的分析计算。网络要素：链或弧段，结点、障碍、拐角、中心、站点。

15、不规则三角网（TIN）模型：由不规则分布的数据点，按照优化组合的原则，将这些离散点连接成一连续三角面，采用此不规则三角面来逼近地形表面，三角面的形状和大小取决于不规则分布的观测点或地形特征点的密度和位置。

16、泰森多边形法：通过数学方法定义平分点间的空间并与直线相连在点状实体间形成多边形的方法。