地理信息系統(tǒng)期末復(fù)習(1-3)

1、地理信息系統(tǒng)期末復(fù)習第一章 導論第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的基本概念一、數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù) | （ data）為便于交流、解釋或處理，對信息的可再解釋的形式化表示。理解：泛指表示一個指定的值或條件的數(shù)字、符號（或字母）等。數(shù)據(jù)是表示信息 的，但這種表示要適合傳輸、分析和處理。在數(shù)字通信中，常把數(shù)據(jù)當作信息的同義詞。 向（ information ）關(guān)于客體（如事實、事件、事物、過程或思想，包括概念）的知識，在一定場合中 具有特定的意義。二、地理信息與地理信息系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)（geographic data）直接或間接關(guān)聯(lián)著相對于地球的某個地點的數(shù)據(jù)。地理信息 | （geographic information

2、 ）關(guān)于那些直接或間接涉及相對于地球的某個地點的現(xiàn)象的信息。GIS的操作對象是 地理數(shù)據(jù)或 空間數(shù)據(jù) 。P5-WhoGIS空間數(shù)據(jù)（地理信息）的基本特征：空間 特征、 屬性 特征、時G或時間 特征。（1、2題的關(guān)系）P3-操作對象的特點 地理信息系統(tǒng)（GIS,）在計算機軟硬件支持下，把各種地理信息按照空間分布，以一定的格式輸入、存儲、 檢索、更新、顯示、制圖和綜合分析的計算機技術(shù)系統(tǒng)。課后習題1、什么是地理信息系統(tǒng)（GIS它與一般計算機應(yīng)用系統(tǒng)有哪些異同點（P4）答：在計算機軟硬件支持下，把各種地理信息按照空間分布，以一定的格式輸入、存儲、檢索、更 新、顯示、制圖和綜合分析的計算機技術(shù)系統(tǒng)。G

3、IS脫胎于地圖學，是計算機科學、地理學、測繪遙感學、環(huán)境科學、城市科學、空間科學、信 息科學和管理科學等眾多學科交叉融合而成的新興學科。但是，地理信息系統(tǒng)與這學科和系統(tǒng)之間 既有聯(lián)系又有區(qū)別：(1) GIS與機助制圖系統(tǒng)。機助制圖是地理信息系統(tǒng)的主要技術(shù)基礎(chǔ)，它涉及GIS中的空間數(shù)據(jù)采集、表示、處理、可視化甚至空間數(shù)據(jù)的管理。地理信息系統(tǒng)和數(shù)字制圖系統(tǒng)的主要區(qū)別在于空間 分析方面。一個功能完善的地理信息系統(tǒng)可以包含數(shù)字制圖系統(tǒng)的所有功能，此外它還應(yīng)具有豐富 的空間分析功能。(2) GIS與DBMS儆據(jù)庫管理系統(tǒng))。GIS除需要功能強大的空間數(shù)據(jù)的管理功能之外，還需要具有圖形數(shù)據(jù)的采集、空間數(shù)據(jù)

4、的可視化和空間分析等功能。因此，GIS在硬件和軟件方面均比一般事務(wù)數(shù)據(jù)庫更加復(fù)雜，在功能上也比后者要多得多。(3) GIS與CAD系統(tǒng)。二者雖然都有參考系統(tǒng)， 都能描述圖形，但CAD系統(tǒng)只處理規(guī)則的幾何圖形、 屬性庫功能弱，更缺乏分析和判斷能力。(4) GIS與遙感圖像處理的系統(tǒng)。遙感圖像處理的系統(tǒng)是專門用于對遙感圖像數(shù)據(jù)處理進行分析處 理的軟件。它主要強調(diào)對遙感柵格數(shù)據(jù)的幾何處理、灰度處理和專題信息提取。這種系統(tǒng)一般缺少 實體的空間關(guān)系描述，難以進行某一實體的屬性查詢和空間關(guān)系查詢以及網(wǎng)絡(luò)分析等功能。需簡化，提取關(guān)鍵句。3s3S 技術(shù)是遙感技術(shù)(Remote sensing, RS)地理信息

5、系統(tǒng)(Geography information systems, GIS和全球定位系統(tǒng)(Global positioning systems, GPS的統(tǒng)稱，是空間技術(shù)、傳 感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導航技術(shù)和計算機技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，多學科高度集成的對 空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成GIS其基本構(gòu)成一般包括以下5個主要部分：系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)、應(yīng) 用人員和應(yīng)用模型。P6-系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題一、系統(tǒng)硬件二、系統(tǒng)軟件GIS功能軟件常分為基礎(chǔ)軟件平臺和應(yīng)用軟件兩大類型。前者如 ArcViewGIS MapInfo、MapGIS,后

6、者如環(huán)境信息系統(tǒng)。P13實習基礎(chǔ)課后習題2、地理信息系統(tǒng)有哪幾個主要部分組成它的基本功能有哪些試舉目前廣泛應(yīng) 用的兩個基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)軟件為例，列出它們的功能分類表，并比較異同點（P6）答：主要有五個組成部分：（1）系統(tǒng)硬件：包括各種硬件設(shè)備，是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)；（2）系統(tǒng)軟件：支持數(shù)據(jù)采集、存儲、加工、回答用戶問題的計算機程序系統(tǒng)；（3）空間數(shù)據(jù)：系統(tǒng)分析與處理的對象，構(gòu)成系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)；（4）應(yīng)用人員：GIS服務(wù)的對象，分為一般用戶和從事建立、維護、管理和更新的高級用戶；（5）應(yīng)用模型：解決某一專門應(yīng)用的應(yīng)用模型，是 GIS技術(shù)產(chǎn)生社會經(jīng)濟效益的關(guān)鍵所在。其基本功能有： 數(shù)據(jù)采集與編

7、輯； 數(shù)據(jù)存儲與管理； 數(shù)據(jù)處理和變換； 空間分析和統(tǒng) 計；產(chǎn)品制作與顯示； 二次開發(fā)和編程。三、空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)（spatial data,）用來表示空間實體的位置、形狀、大小和分布特征諸方面 信息的數(shù)據(jù)，適用于描述 所有呈二維、三維和多維 分布的關(guān)于區(qū)域的 現(xiàn)象。屬性數(shù)據(jù)（attribute data ,）描述地理實體質(zhì)量和數(shù)量特征的數(shù)據(jù)。四、應(yīng)用人員五、應(yīng)用模型第三節(jié)地理信息系統(tǒng)的功能簡介一、基本功能（1）數(shù)據(jù)采集與編輯4D數(shù)據(jù)（2）數(shù)據(jù)存儲與管理(3)數(shù)據(jù)處理與變換數(shù)據(jù)處理與變換方法：數(shù)據(jù)變換/數(shù)據(jù)重構(gòu)/數(shù)據(jù)抽取GIS數(shù)據(jù)處理的任務(wù)和操作內(nèi)容主要有數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構(gòu)、數(shù)據(jù)提取。Mapg

8、is的文件轉(zhuǎn)換、工程裁剪為 數(shù)據(jù)重構(gòu)；Mapgis的整圖變換、MapInfo圖像配準、投影變換 為 數(shù)據(jù)變換；Arcview GIS的kriging interpolation 重分類為 數(shù)據(jù)提取。(4)空間分析與統(tǒng)計空間分析(spital analysis,)基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它以地學原理為依托，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)、空間形成、空間演變等信息。以地學原理為依托，通過分析算法，對地理對象的位置、分布、形態(tài)、形成、演變 等空間信息進行分析的技術(shù)?？臻g分析方法：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)和編程疊置

9、分析 over1ay analysis將不同層的地物要素相重疊，使得一些要素或?qū)傩韵喁B加，從而獲取新信息的方法。 包括合成疊置分析和統(tǒng)計疊置分析。二、應(yīng)用功能GIS的研究核心是地理空間分析。課后習題3、試說明地理信息系統(tǒng)的基本分析功能與應(yīng)用模型之間的區(qū)別和聯(lián)系是什么答：地理信息系統(tǒng)分析功能是基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)按照一定規(guī)律或者參數(shù)進行計算得出的結(jié)構(gòu)，這些規(guī)律 和參數(shù)就可以構(gòu)成一個應(yīng)用模型，比如降雨量計算模型和風力強度計算模型等。但應(yīng)用模型很多是 專業(yè)領(lǐng)域的模型，其表現(xiàn)可以是參數(shù)表格也可以是圖標或計算公式，不利于地理信息這種要與地理 坐標相聯(lián)系，并且需要特殊的可視化效果的信息分析與表達。因此，要構(gòu)建適合

10、于地理信息分析和表達的應(yīng)用模型就要把如氣象農(nóng)業(yè)等行業(yè)應(yīng)用模型轉(zhuǎn)變或者結(jié)合地理信息做成與空間信息相連接的模型應(yīng)用于分析。第四節(jié)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展概況、發(fā)展概況(略)二、基礎(chǔ)理論(略)第二章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第一節(jié)地理空間及其表達一、地理空間的概念1、地理空間定位框架(1)平面控制網(wǎng)地圖投影(map projection ,)按一定的數(shù)學洋則,把參考橢球面，的點、線投影到平面上的方法。(2)高程控制網(wǎng)地理空間定位框架由 平面控制網(wǎng) 和 高程控制網(wǎng) 組成,為建立地理空間數(shù)據(jù)的 坐標位置提供了一個通用坐標系。目前，我國采用的大地坐標系為1980年中國國家大地坐標系 。課后習題4、請簡述平面控制網(wǎng)和

11、高程控制網(wǎng)在GIS中的應(yīng)用(P38-P39)答：平面控制網(wǎng)用以確定在地球上的平面位置通常是地理經(jīng)緯度坐標；高程控制網(wǎng)利用空間某點高于或低于基準面的垂直距離來提供地形信息。二、空間實體表達1、矢量表小矢量數(shù)據(jù)(vector data,)X,Y坐標或坐標，表示的空間點、線、面等圖形數(shù)據(jù)及其屬性數(shù)據(jù)的總稱。2、柵格表示柵格數(shù)據(jù)(raster data,)被表示成有規(guī)則的4間陣列時數(shù)據(jù)。第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征一、GIS的空間數(shù)據(jù)的分類1、數(shù)據(jù)源：地圖/影像/文本2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：矢量/柵格3、數(shù)據(jù)特征：空間/屬性4、幾何特征：點/線/面/曲面/體5、發(fā)布形式：4D （2G/2M, 1 矢 3 柵）：D

12、LG/DRG/DEM/DOM數(shù)字高程模型（digital elevation model , DEM）是一定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點的平面坐標（X, Y）及其高程（Z）的數(shù)據(jù)集，它主要是 描述區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布，是通過等高線或相似立體模型進行數(shù)據(jù)采集（包括采樣 和量測），然后進行數(shù)據(jù)內(nèi)插而形成的。數(shù)字正射影像（digital orthophoto map , DOM）數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)是經(jīng)過輻射校正和幾何校正，并進行投影差改正處理的影像。影 像可以是全色的或彩色的，也可以是多光譜的，有時附之以主要居民地、地名和境界等 矢量數(shù)據(jù)。是對航空（或力天）像片進行數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成 的

13、數(shù)字正射影像集。它是同時具有地圖幾何精度和影像特征。課后習題5、什么是4D數(shù)據(jù)它們與矢量和柵格數(shù)據(jù)之間具有什么聯(lián)系 （P43）5、什么是4D數(shù)據(jù)它們與矢量和柵格數(shù)據(jù)之間具有什么聯(lián)系 （P43）答：4D數(shù)據(jù)是指：數(shù)字線畫圖數(shù)據(jù)（DLG）、數(shù)字柵格圖數(shù)據(jù)（DRG）、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù) （DEM）、 數(shù)正射影彳t數(shù)據(jù)（DOM）。數(shù)字線畫圖數(shù)據(jù)（DLG）:是現(xiàn)有地形圖要素的矢量數(shù)據(jù)；數(shù)字柵格數(shù)據(jù)（DRG）:是現(xiàn)有紙質(zhì)地圖經(jīng)計算機處理后得到的柵格數(shù)據(jù)；數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（DEM）:是數(shù)字形式表達的地形起伏數(shù)據(jù)，是 柵格數(shù)據(jù)；數(shù)正射影像數(shù)據(jù)（DOM）：是對遙感數(shù)字影像，經(jīng)像元進行投影差改正、鑲嵌，也是一 種柵

14、格形式的數(shù)據(jù)。二、空間數(shù)據(jù)的基本特征課后習題1、通過實例說明 GIS空間數(shù)據(jù)的基本特征及在計算機中的表示方法（P44）答：GIS空間數(shù)據(jù)的基本特征： 空間特征、屬性特征、時間特征。在計算機中空間特征采取空間分幅， 即將整個地理空間劃分為許多子空間，在選擇要素表達子空間；屬性特征采取屬性分層即將要表達 的空間數(shù)據(jù)抽象成不同類型屬性的數(shù)據(jù)層來表達；時間特征采取時間分段即將有時間特征的地理數(shù) 據(jù)按其變化規(guī)律劃分為不同的時間段數(shù)據(jù)再逐一表示。三、空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系拓撲關(guān)系（topological relation ）指滿足拓撲幾何學原理的各空間數(shù)據(jù)間的相互位置關(guān)系,即用結(jié)點、弧段和多邊形 所表示的實體

15、之間的 鄰接、關(guān)聯(lián)和包含 等關(guān)系。民聯(lián) | （association）兩個或兩個以上類之間的語義關(guān)系，定義了類中實例間的連接。HI （class）具有共同特性和關(guān)系的一組要素的集合。TD/T 1016-2007類課后習題2、簡述空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系及其對GIS數(shù)據(jù)處理和空間分析有何重要意義答：空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系是明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學方法，它是指滿足拓撲幾何學原理的 各空間數(shù)據(jù)間的相互位置關(guān)系，即用結(jié)點、弧段和多邊形所表示的實體之間的鄰接、關(guān)聯(lián)和包含等 關(guān)系。意義：在GIS中，空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系不但用于空間數(shù)據(jù)的編輯和組織，而且在空間分析和應(yīng)用中都具有非常重要的意義。（P45）（1）根據(jù)

16、拓撲關(guān)系，不需要利用坐標或者計算距離，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；（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。（P47）四、空間數(shù)據(jù)的計算機表示（三分）1、空間分幅2、屬性分層3、時間分段層 layer具有相同空間特征和屬性的實體及其屬性的集合TD/T 1016-2007層實體entity具有共同特性的對象類。GB/T 17798-2007 實體屬性 attribute對象的特征。既可指類型，又可指實例。屬性作為類型時，用名稱、數(shù)據(jù)類型和域 等進行描述。分層layer按照一定規(guī)則，對地圖數(shù)據(jù)進行分組的過程。第三節(jié)空間數(shù)據(jù)

17、結(jié)構(gòu)的類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（data structure ,）數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。|一般包括數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)和對數(shù)據(jù)的基本操 三個方面。一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓撲/無拓撲（實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矩陣/游程編碼/四叉樹（常規(guī)/線性）游程編碼游程編碼是逐行將相同值的柵格合并，記錄合并后柵格的值及合并柵格的數(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。柵格四叉樹結(jié)柢T柵格四叉樹結(jié)構(gòu)是指將空間區(qū)域按照四個象限進行遞歸分n次，每次分割形成2*2*個子象限中的屬性數(shù)值都相同為止，該子象限就不再分割。三、曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GRD/TINTin不規(guī)則三角網(wǎng)，是將離散分布的實測數(shù)據(jù)點連成三角網(wǎng)，網(wǎng)中

18、的每份三角形要求盡量接近等邊 形狀，并保證由最近鄰點構(gòu)成三角形，即三角形的邊長之和最小。課后習題3、試比較矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各有什么特征本題切入點：從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念入手數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：邏輯/存儲/基本操作三個方面角度：拓撲/存儲/壓縮/轉(zhuǎn)換/空間分析。對教材P80表3-1內(nèi)容進行整合。本題答題思路和內(nèi)容應(yīng)進行調(diào)整，在理解、分析的基礎(chǔ)上進行整合。第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立（實驗）一、系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)源的關(guān)系二、空間數(shù)據(jù)的分類與編碼三、矢量數(shù)據(jù)的輸入與編輯四、柵格數(shù)據(jù)的輸入與編輯五、曲面數(shù)據(jù)的輸入與編輯第三章空間數(shù)據(jù)的處理第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的變換一、幾何糾正幾何糾正的方法：仿射/相似/二次變換二、地圖投影及其變換

19、重點：地圖投影的概念/基本原理/類型高斯-克呂格投/一種等角橫切橢圓柱投影（具投影帶中央子午線投影成直線且長度不變，赤道投影 也成直線，并與中央子午線投影線正交）。1954（年）北京坐標系Beijing geodetic coordinate system 1954根據(jù)蘇聯(lián)1943年普爾科沃坐標系（采用克拉索夫斯基橢球）,以1956年黃海高程 系作為高程基準，通過聯(lián)測和天文大地網(wǎng)局部平差所建立的大地坐標系。1980 西安坐標系XiAn geodetic coordinate system 1980采用1975國際橢球，以系統(tǒng)為橢球定向基準，選用陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)為大地原 點所在地，采用多點定位

20、所建立的大地坐標系。WGS84世界大地坐標系）world geodetic system 1984由美國國防部在與 WGS72相應(yīng)的精密星歷系統(tǒng) NSWC-9Z-2基礎(chǔ)上，采用1980大 地參考系和系統(tǒng)定向所建立的一種地球參考系和地心坐標系。1985 國家高程基準 National Vertical Datum 19851987年頒布命名的，以青島驗潮站1952年 1979年驗潮資料計算確定的平均海面 作為基準面的高程基準。課后習題8、請簡述地圖投影的分類及作用（P72 P73、P229）答：地圖投影分類：按 構(gòu)成方法/變形性質(zhì)/形斗/位置關(guān)系進行分類。（1）按地圖投影的 構(gòu)成方法 可分為：幾

21、何投影和非幾何投影。幾何投影：按投影面的形狀分為方位投影、圓柱投影、圓錐投影；按投影面與地球的相對位置關(guān)系分為正軸投影、橫軸投影和斜軸投影；非幾何投影：偽方位投影、偽圓柱投影、偽圓錐投影、多圓錐投影；（2）按地圖投影 變形性質(zhì)可分為：等角投影、等積投影、任意投影。作用：（1）為空間數(shù)據(jù)的錄入提供數(shù)學基礎(chǔ)。投影方式是空間數(shù)據(jù)庫數(shù)學基礎(chǔ)的三要素之一，投影準確是GIS數(shù)字化的工作要求。（2）為空間分析提供數(shù)學基礎(chǔ)。GIS研究的核心是空間分析，投影準確是GIS空間疊合分析的工作要求。（3）為計算機制圖提供數(shù)學基礎(chǔ)。比例尺、投影和圖例是地 圖的三要素（P229）,投影準確是 GIS專題圖編繪的工作要求。

22、本題進行了較大幅度的修改和補充。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換一、矢量轉(zhuǎn)柵格面的柵格化方法：內(nèi)點填充法/邊界代數(shù)法/包含檢驗法（夾角/交點）二、柵格轉(zhuǎn)矢量柵格轉(zhuǎn)矢量的方法：二值化/細化（剝皮/骨架）課后習題4、請舉例說明常用的矢量和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方法（P80- P87）答：矢量向柵格轉(zhuǎn)換方法：矢量向柵格轉(zhuǎn)換處理的根本任務(wù)就是把點、線或面的矢量數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)，這一過程叫做柵格化。柵格化可以分別針對點、線和面來進行，點的柵格化是線 和面柵格化的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)換方法：建立矢量數(shù)據(jù)的平面直角坐標系和柵格行列坐標系之間的對應(yīng)關(guān)系。點的柵格化：矢量坐標（x, y）,轉(zhuǎn)換后的柵格單元行列值（I, J）;線的

23、柵格化：線的柵格化先分 解成折線的每一個線段的柵格化，對應(yīng)一條線段的柵格化，先使用點柵格化的方法，柵格化線段的 兩個端點，然后再柵格化線段中間的部分；面的柵格化：基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化方法，與線段柵格 化的方法類似，基于多邊形數(shù)據(jù)柵格化的方法，是以非拓撲的實體多邊形作為柵格化的處理單元， 將一個多邊形的內(nèi)部柵格單元賦予多邊形的屬性值，基于多邊形數(shù)據(jù)的柵格化方法包括：內(nèi)點填充 法、邊界代數(shù)法和包含檢驗法等。柵格向矢量的轉(zhuǎn)換方法：柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化又稱為矢量化。矢量化方法：1）二值化，先根據(jù)柵格數(shù)據(jù)建立一個閾值，再根據(jù)這個閾值將不同的數(shù)據(jù)使灰度圖像二值化。2）細化，是消除線畫橫斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線