地理信息系統(tǒng)期末復(fù)習(1-3)

PAGEPAGE5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。信息（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)（geographicdata）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（geographicinformation）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)。P5Who？GIS空間數(shù)據(jù)（地理信息）的基本特征：空間特征、屬性特征、時序或時間特征。（1、2題的關(guān)系）P3操作對象的特點地理信息系統(tǒng)（GIS，7.132）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)。GIS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(數(shù)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)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)(Remotesensing，RS)、地理信息系統(tǒng)(Geographyinformationsystems，GIS)和全球定位系統(tǒng)(Globalpositioningsystems，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）：DLG/DRG/DEM/DOM數(shù)字高程模型（digitalelevationmodel，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（digitalorthophotomap，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(或航天)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)正射影像數(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（topologicalrelation）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。關(guān)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。類（class）具有共同特性和關(guān)系的一組要素的集合。[TD/T1016-2007,3.2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)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/T1016-2007,3.3層]實體entity具有共同特性的對象類。[GB/T17798-20073.7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

1ayer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)結(jié)構(gòu)的類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（datastructure，7.117）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)的基本操作三個方面。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)構(gòu)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、地圖投影及其變換重點：地圖投影的概念/基本原理/類型高斯-克呂格投影一種等角橫切橢圓柱投影（其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Beijinggeodeticcoordinatesystem1954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XiAngeodeticcoordinatesystem1980采用1975國際橢球，以JYD1968.0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，采用多點定位所建立的大地坐標系。WGS84(世界大地坐標系)worldgeodeticsystem1984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BIH1984.0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年一1979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)/形狀/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。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，使得每一條線只保留代表其軸線或周圍輪廓線位置的單個柵格的寬度。細化又可分為“剝皮法”和“骨架法”兩大類。3）跟蹤法：是將細化處理后的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為從節(jié)點出發(fā)的線段或閉合的線條，并以矢量形式存儲線段的坐標。第三節(jié)多元空間數(shù)據(jù)的融合一、RS與GIS的融合DOM與其他3D的融合二、不同格式數(shù)據(jù)的融合性質(zhì)：數(shù)據(jù)重構(gòu)第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類一、空間數(shù)據(jù)的壓縮1、空間數(shù)據(jù)壓縮的概念2、空間數(shù)據(jù)壓縮的方法基于柵格數(shù)據(jù)的壓縮可以采用游程編碼壓縮和四叉樹編碼壓縮等方法。二、空間數(shù)據(jù)的重分類性質(zhì)：數(shù)據(jù)抽取重分類依據(jù)：屬性第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法性質(zhì)：數(shù)據(jù)抽取一、點的內(nèi)插方法1、點的內(nèi)插方法：整體/分塊/逐點，宏觀/中觀/微觀3個層次。2、逐點內(nèi)插法：IDW/Kriging/移動擬合法MapGIS/MapInfo/ArcView空間插值課后習題3、試述克里金內(nèi)插法的基本原理、優(yōu)點及實施過程？（P101—P103）答：基本原理：將被插值的某要素（例如地形要素）當作一個區(qū)域化的變量來看待。所謂區(qū)域化的變量就是介于完全隨機的變量和完全確定的變量之間的一種