地理信息系統(tǒng)概論

1、1. 數(shù)據(jù)：是通過數(shù)字化并記錄下來可以被識別的符號，用以定性或定量地描述事物的特征和狀況。包括數(shù)字、文字、符號、圖像、聲音。數(shù)據(jù) 本身并沒有意義。2. 信息：狹義：兩次不定性之差，即指人們獲得信息前后對事物認識的差別。廣義： 信息是指主體與外部客體之間相互聯(lián)系的一種形式，是主體和客體之間的一切有用的消息或知識，是表征事物特征的一種普遍形式。GIS 中的信息即是廣義的信息概念，它不隨數(shù)據(jù)形式的改變而改變。3. 數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系：數(shù)據(jù)的信息的表達形式，是信息的載體；而信息則是數(shù)據(jù)中蘊含的事物的含義，是數(shù)據(jù)的內(nèi)容。數(shù)據(jù)只有通過解釋才有意義，才成為信息。4. 數(shù)據(jù)處理：是指對數(shù)據(jù)進行收集、篩選、排序、

2、歸并、轉(zhuǎn)換、存儲、檢索、計算，以及分析、模擬和預(yù)測等操作。數(shù)據(jù)處理的目的在于：1）把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于觀察、分析、傳輸或進一步處理的形式。2 ） 把數(shù)據(jù)加工成對正確管理和決策有用的數(shù)據(jù)。3 ） 把數(shù)據(jù)編輯后存儲起來，以供后續(xù)使用。5. 信息的特點：1 ）信息的客觀性。2）信息的適用性。3）信息的傳輸性。4）信息的共享性。6. 地理信息：是地理數(shù)據(jù)所蘊含和表達的地理 含義。7. 地理數(shù)據(jù)：是與地理環(huán)境要素有關(guān)的物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律等的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。8. 地理信息的特征：1 ）空間特征。2）屬性特征。3）時序特征。9. 地理信息系統(tǒng)（GIS） ：地理信息系統(tǒng)是由計算

3、機硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計來支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。10. 地理信息系統(tǒng)的基本概念：1 ）地理信息系統(tǒng)首先是一種計算機系統(tǒng)2 ）地理信息系統(tǒng)的操作對象：地理數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)（spatial data ）3 ）地理信息系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢：在于它的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和有效的數(shù)據(jù)集成、獨特的地理空間分析功能力、快速的空間定位搜索和復(fù)雜的空間查詢功能、強大的圖形生成和可視化表達手段，以及地理過程的演化模擬和空間決策支持功能等。4 ）地理信息系統(tǒng)的相關(guān)學(xué)科：它與地理學(xué)和測繪學(xué)有著密切的關(guān)系。11. 地理信息系統(tǒng)的特點：地理信息系統(tǒng)是隸屬于信

4、息系統(tǒng)中的一類，屬于空間信息系統(tǒng)。 與非空間信息系統(tǒng)（如管理信息系統(tǒng)）的主要區(qū)別在于它能夠處理空間定位數(shù)據(jù)。12. 地理信息系統(tǒng)的分類：按研究范圍分：全球系統(tǒng)、區(qū)域系統(tǒng)、國家系統(tǒng)按研究內(nèi)容分：專題系統(tǒng)、綜合系統(tǒng)按其使用的數(shù)據(jù)模型分：矢量系統(tǒng)、柵格系統(tǒng)、矢柵混合系統(tǒng)13. 地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成：系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用人員、應(yīng)用模型。14. 地理信息系統(tǒng)的基本功能：1）數(shù)據(jù)采集與編輯。 2）數(shù)據(jù)存儲與管理。3）數(shù)據(jù)處理和變換。（數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構(gòu)、數(shù)據(jù)抽?。?）空間分析和統(tǒng)計。（疊合分析、緩沖區(qū)分析、數(shù)字地形分析）5）產(chǎn)品制作與演示。 6）二次開發(fā)和編輯。應(yīng)用功能：1 ）資源管理。2

5、）區(qū)域規(guī)劃。3）國土監(jiān)測。4）輔助決策。15. 地理空間：一般指上至大氣電離層，下至地殼與地幔交界的莫霍面之間的空間區(qū)域。16. 平面控制網(wǎng)：用以確定物體在地球上的平面位置，通常是地理經(jīng)緯度坐標(biāo)。17. 大地水準(zhǔn)面：是假設(shè)靜止的平均海水面穿過大陸、 島嶼形成包圍整個地球的閉合曲面（一級逼近）18. 旋轉(zhuǎn)橢球體：是一個橢圓圍繞其短軸旋轉(zhuǎn)形成的形體，其赤道半徑a 大于極半徑b（ 二級逼近）19. 參考橢球體（三級逼近，對局部地區(qū)而言）20. 我國不同時期采用的旋轉(zhuǎn)橢球體：1954 年 前 ： 南 京 坐 標(biāo) 系 Hayford1954 1980 年 ： 北 京 54 坐 標(biāo) 系Krasovsky1

6、980 現(xiàn)在：國家80 坐標(biāo)系 IUGG75 現(xiàn)在：GPS坐標(biāo)系WGS8421. 我國現(xiàn)有三種大地坐標(biāo)系并存：一是1954年北京坐標(biāo)系（局部平差）；二是 1980 年國家大地坐標(biāo)系（整體平差）；三是地心坐標(biāo)系，即以地球的質(zhì)心作為坐標(biāo)原點的坐標(biāo)系。22. 地圖投影：將橢圓面上各點的大地坐標(biāo)，按照一定的數(shù)學(xué)法則，變換為平面上相應(yīng)點的平面直角坐標(biāo)。23. 高程： 指空間某點高于多低于基準(zhǔn)面的垂直距離，主要用來提供地形信息。高程基準(zhǔn)面即大地水準(zhǔn)面，是一個延伸到全球的靜止海水面，也是一個地球重力等位面。24. 地理空間特征實體：指具有形狀、屬性和時序特征的空間對象或地理實體，包括點、線、面、面和體，他們

7、構(gòu)成地球圈層間復(fù)雜的地理綜合體，也是GIS表示和建立空間數(shù)據(jù)庫的主要對象。25. 地理空間的實體包括：點point 、線 line 、面 polygon 、曲面 surface 、體 volume 等多種類型26. 空間實體的表達：矢量表示法：采用一個沒有大小的點（坐標(biāo)）來表示基本點元素柵格表示法：采用一個有固定大小的點（面元）來表示基本元素它們分別對應(yīng)矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型27. GIS 空間數(shù)據(jù)的分類：1 ）按數(shù)據(jù)來源分類：地圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)2 ）按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分類：矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)3 ）按數(shù)據(jù)特征分類：空間定位數(shù)據(jù)、非空間屬性數(shù)據(jù)4 ） 按數(shù)據(jù)幾何特征分類：點、 線、 面、

8、曲面、體5 ）按數(shù)據(jù)發(fā)布形式：數(shù)字線畫圖DLG數(shù)據(jù)、數(shù)字柵格圖DRG據(jù)、數(shù)字正射影像DOM數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型DE吸據(jù)28. 空間數(shù)據(jù)的基本特征：1 ）空間特征?？臻g關(guān)系包括：方位關(guān)系、拓撲關(guān)系、相鄰關(guān)系、相似關(guān)系。空間關(guān)系稱為拓撲特征或拓撲數(shù)據(jù)2）屬性特征。包括名稱、數(shù)量、質(zhì)量、性質(zhì)等，稱為屬性數(shù)據(jù)3）時間特征。指一定區(qū)域內(nèi)的地理現(xiàn)象和過程隨時間的變化情況，稱為時態(tài)數(shù)據(jù)29. 拓撲關(guān)系的類型：1 ）拓撲鄰接：指存在于空間圖形的相同類型元素之間的拓撲關(guān)系2 ）拓撲關(guān)聯(lián)：指存在于不同類型空間元素之間的拓撲關(guān)系3 ）拓撲包含：指存在于空間圖形的相同類型但不同等級的元素之間的拓撲關(guān)系。包含關(guān)系分簡單包

9、含、多層包含、等價包含三種形式30. 空間拓撲關(guān)系的意義：1 ）跟據(jù)拓撲關(guān)系，不需要利用坐標(biāo)或計算距離， 就可以確定一種地理實體相對于另一種地理實體的空間位置關(guān)系。這種拓撲數(shù)據(jù)較之幾何數(shù)據(jù)有更大的穩(wěn)定性，即它不隨地圖變換而變化。2 ）利用拓撲數(shù)據(jù)有利于空間要素的查詢。3 ）可以利用拓撲數(shù)據(jù)作為工具，重建地理實體31. 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型：矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)32. 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量也叫向量33. 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為以下幾種主要類型：1 ）實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：空間數(shù)據(jù)按照基本的空間對象（點、線或多邊形）為單元進行單獨組織，其中不含有拓撲關(guān)系的信息，最典型

10、的是所謂面條（Spaghetti ）結(jié)構(gòu)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點：（ 1 ）數(shù)據(jù)按點、線或多邊形為單位進行組織，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)直觀簡單。（ 2）每個多邊形都以閉合線段存儲，多邊形的公共邊界被數(shù)字化兩次和存儲兩次，容易造成數(shù)據(jù)冗余和產(chǎn)生不一致性。（ 3）點、線和多邊形有各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但沒有拓撲數(shù)據(jù)，彼此不關(guān)聯(lián)。（ 4）島或洞只作為一個單個圖形，沒有與 外界多邊形的聯(lián)系。2 ）拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：包才DIME （對偶獨立地圖 編碼法）、POLYVR修邊形轉(zhuǎn)換器）、TIGER （地理編碼和參照系統(tǒng)的拓撲集成）等。他們共同的特點是：點是相互獨立的，點連成線，線構(gòu)成面。構(gòu)成多邊形的線又稱為弧段，有一條弧段組成的多邊形

11、稱為島或洞。在這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，弧段是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本對象。34. 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：基于柵格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是指將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格，稱為柵格單元，在各個柵格單元上給出相應(yīng)的屬性值來表示地理實體的一種數(shù)據(jù)組織形式。35. 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相比：用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達地理要素比較直觀，容易實現(xiàn)多層數(shù)據(jù)的疊合操作，便于與遙感圖像及掃描輸入數(shù)據(jù)相匹配使用等。但是，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的缺點也是很顯著的：數(shù)據(jù)精度取決于網(wǎng)格的邊長，當(dāng)網(wǎng)格邊長縮小時，網(wǎng)格單元的數(shù)量將呈幾何級數(shù)遞增，造成存儲空間的迅速增加；由于相鄰網(wǎng)格單元屬性值的相關(guān)性，造成柵格數(shù)據(jù)的冗余度大；柵格數(shù)據(jù)對于網(wǎng)絡(luò)分析比較困難等

12、。36. 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要存儲類型：1 ）柵格矩陣結(jié)構(gòu)：是一種用矩陣來存儲柵格 數(shù)據(jù)單元的存儲結(jié)構(gòu)。2 ）游程（行程）編碼結(jié)構(gòu)：游程指柵格矩陣一行內(nèi)相鄰?fù)禆鸥竦臄?shù)量，也稱為行程。 游程編碼結(jié)構(gòu)是逐行將相鄰?fù)档臇鸥窈喜ⅲ涗浐喜⒑髺鸥竦闹导昂喜鸥竦臄?shù)量（即游程），其目的是壓縮柵格數(shù)據(jù)量，消除數(shù)據(jù)間的冗余。3 ）四叉樹結(jié)構(gòu)：其原理是將空間區(qū)域按照四個象限進行遞歸分割n 次， 每次分割形成2n X 2 n個子象限，直到子象限中的屬性值都相同為止，該子象限就不再分割。四叉樹的存儲方法通常有兩種：1 ） 常規(guī)四叉樹：常規(guī)四叉樹每個節(jié)點通常存儲 6 個量，即4 個子節(jié)點指針，1 個父節(jié)點指針和1

13、個節(jié)點值。2 ）線型四叉樹：線性四叉樹每個節(jié)點只存儲 3 個量，即莫頓碼，深度（或節(jié)點大小）和節(jié)點值。37. 空間數(shù)據(jù)的分類：是指根據(jù)系統(tǒng)功能及國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，將具有不同屬性或特征的要素區(qū)別開來的過程，以便從邏輯上將空間數(shù)據(jù)組織為不同的數(shù)據(jù)層，為數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、查詢和共享提供依據(jù)。在進行具體分類時，首先根據(jù)幾何圖形原則， 將空間數(shù)據(jù)分為點、線、 面三種類型；其次是對象原則，例如河流和道路，雖同為線狀要素，但屬于不同地理對象，應(yīng)當(dāng)作為不同的數(shù)據(jù)存儲層。以我國基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)分類為例，分為測量控制點、水系、居民地、交通、管線與垣柵、境界、地形與土質(zhì)和植被等八個大類，然后再依次細分為小類、一級

14、類、二級類等。38. 空間數(shù)據(jù)的變換：即空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)系的變換。 其實質(zhì)是建立兩個坐標(biāo)系坐標(biāo)點之間的一一對應(yīng)關(guān)系，包括幾何糾正和投影轉(zhuǎn)換。39. 幾何糾正：是為了實現(xiàn)對數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差的糾正。常見的 GIS 軟件一般都具有仿射變換、相似變換、二次變換、高次變換等幾何糾正功能40. 地圖投影：就是依據(jù)一定的數(shù)學(xué)法則，將不可展開的地表曲面映射到平面上或可展開成平面的曲面（如圓錐面、圓柱面、橢圓柱面）上，最終在地表面點和平面點之間建立一一對應(yīng)的關(guān)系。41. 高斯 - 克呂格投影所規(guī)定的條件如下：1 ）中央經(jīng)線和赤道投影后為互相垂直的直線，且為投影的對稱軸；2 ）投影具有等角性質(zhì)；3

15、 ）中央經(jīng)線投影后保持長度不變。42. 高斯 - 克呂格投影的特點如下：1） ） 中央經(jīng)線上沒有任何變形，滿足中央經(jīng)線投影后保持長度不變的條件；2） 除中央經(jīng)線上的長度比為1 外， 其他任何點上長度比均大于1；3） 在同一條緯線上，離中央經(jīng)線越遠，變形越大，最大值位于投影帶的邊緣；4）在同一條經(jīng)線上，緯度越低，變形越大， 變形最大值位于赤道上；5）投影屬于等角性質(zhì)， 故沒有角度變形，面 積比為長度比的平方；6）長度比的等變形線平行于中央子午線。43 .墨卡托投影：等角正切圓柱投影。沒有角度 變形，由每一點向各方向的長度比相等。 它的經(jīng)緯線都是平行直線，且相交成直 角，經(jīng)線間隔相等，緯線間隔從標(biāo)

16、準(zhǔn)緯線 向兩級逐漸增大。地圖上長度和面積變形 明顯。在地圖上保持方向和角度的正確是 墨卡托投影的優(yōu)點。44 .UTM投影：屬于橫軸等角割圓柱投影，圓柱 割地球于兩條等高圈上，投影后這兩條割線沒有變形，中央經(jīng)線上長度比0.9996UTM投影在應(yīng)用中具有下列特征：該投影將 世界劃分為60個投影帶，帶號為 1,2，60連續(xù)編號，每帶經(jīng)差為 6° , 經(jīng)度自180°腐口 174° W之間為起始帶， 且連續(xù)向東計算，帶的編號系統(tǒng)與1:100萬比例尺地圖有關(guān)規(guī)定是一致的。45 .蘭伯特投影46 .阿爾伯斯投影47 .地圖投影變換的方式：1）正解變換。2）反 解變換。根據(jù)轉(zhuǎn)換的

17、方法不同，投影轉(zhuǎn)換可分為：1）解析變換。2）數(shù)值變換。3）解析-數(shù) 值變換。數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)優(yōu)點缺點矢量1 . 便丁面向?qū)嶓w 的數(shù)據(jù)表達2 .數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊， 冗余度低3 .拓撲結(jié)構(gòu)有利 于網(wǎng)絡(luò)分析，空 間查詢等4 .圖形顯木質(zhì)量 好，精度局1 .數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較 復(fù)雜2 .軟件實現(xiàn)的 技術(shù)要求比 較局3 .多邊形疊合 等分析相對 困難4 .顯示與繪圖 成本比較局柵格1 .數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對 簡單2 .空間分析較容 易實現(xiàn)1 .數(shù)據(jù)量較大， 冗余度局,需 壓縮處理2 .定位精度比3 .有利于遙感數(shù) 據(jù)的匹配應(yīng)用 和分析4 .輸出方法快捷， 成本比較低廉矢量低3 .拓撲關(guān)系難 以表達4 .投影轉(zhuǎn)換比 較困難柵 格

18、化 技 術(shù)點的柵格化線的 柵格 化掃描線算法面的 柵格 化基于弧段 的柵格化掃描線算法基于多邊 形的柵格 化內(nèi)點填充法邊界代數(shù)法包含 檢驗 法檢驗夾角之 和法鉛垂線法（交點個數(shù) 法）48 .基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化步驟：1）二值法。2） 細化。3）跟蹤。49 .遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合，目前最常用的方法 具體表現(xiàn)為：1 ）遙感影像與數(shù)字線畫圖（DLG的融合2 ）遙感影像與數(shù)字地形模型（ DEM的融合3 ）遙感影像與數(shù)字柵格圖（DRG的融合50 .空間數(shù)據(jù)壓縮：從空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)集合中抽取 一個子集，使這個子集在規(guī)定的精度范圍 內(nèi)最好地逼近原集合， 而又取得盡可能大 的壓縮比。壓縮比表示信息載體減少的程度

19、。51 .基于矢量的壓縮通常是對線狀實體上點的 數(shù)量的壓縮，其中最常用的是道格拉斯一 佩克算法。52 .柵格數(shù)據(jù)的壓縮可以采用游程編碼和四叉 樹編碼等方法。53 .空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插：通過已知點或多邊形分區(qū) 的數(shù)據(jù)，推求任意點或多邊形分區(qū)數(shù)據(jù)的 方法。根據(jù)已知點和已知多邊形分區(qū)數(shù)據(jù)的不同， 將空間數(shù)據(jù)內(nèi)插分為點的內(nèi)插和多邊形 分區(qū)的內(nèi)插。54 .點的內(nèi)插：是用來建立具有連續(xù)變化特征現(xiàn) 象（如地面高程）的數(shù)值方法。點的空間內(nèi)插法分類點的 空間 內(nèi)插分塊內(nèi)插法線性內(nèi)插法雙線性多項式內(nèi)插 法二元樣條函數(shù)內(nèi)插 法逐點內(nèi)插法移動擬合法加權(quán)平均法克里金法整體內(nèi)插法N次多項式擬合法55.數(shù)字高程模型的建立一般包

20、括：數(shù)據(jù)取樣、 數(shù)據(jù)內(nèi)插、數(shù)據(jù)精度分析等56 .區(qū)域的內(nèi)插：是根據(jù)一組多邊形分區(qū)的已知 數(shù)據(jù)來推求同一地區(qū)另一組多邊形分區(qū) 未知數(shù)據(jù)的內(nèi)插法。可以采用兩種方法： 1）疊置法。2）比重法。57 .元數(shù)據(jù)（metadata ）:是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”. 它反映了某項數(shù)據(jù)自身的一些特征。58 .空間元數(shù)據(jù)：是指在空間數(shù)據(jù)庫中用于描述 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、表示方式、空間 參考和管理方式等特征的數(shù)據(jù)，是實現(xiàn)地理空間信息共享的核心標(biāo)準(zhǔn)之一。59 .空間元數(shù)據(jù)的主要作用：是幫助空間數(shù)據(jù)的 使用者查詢所需的空間信息，進行空間數(shù)據(jù)的共享，并進一步處理空間數(shù)據(jù)。60 .空間分析：是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它 是以地球科學(xué)原理為依托，通過分析算 法，從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對象的空 間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間構(gòu)成、 空間演變等信息。61 .按空間數(shù)據(jù)的形式可以把空間分析分為兩 種類型：1）矢量數(shù)據(jù)空間分析、2）柵格 數(shù)據(jù)空間分析按Goodchild提出的空間分析框架，可以將 空間分析方法分別歸納到兩種類型中：1 ）產(chǎn)生式分析：指通過分析可獲得新的信 息，尤其是綜合信息。2）查詢式分析：旨在回答用戶所提出的問 題。62.空間分析的步驟：1 ）確定問題并建立分