地理信息系统知识点

1、数据的概念：它是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以表示定性或定量地描述事物的特征和状况。

2、信息的概念：它是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体和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。

3、数据和信息的关系：
①数据是信息的表达形式，是信息的载体;
②信息是数据中蕴含的事物的含义，是数据的内容；
4、数据处理的概念：它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、模拟和预测等一系列操作
5、信息的三个特点
①信息的客观性：任何信息都是与客观事实紧密相关的，这是信息的正确性和精确度的保证；
②信息的适用性：信息对决策是十分重要的,地理信息系统将大量地理数据收集、组织和管理起来，经过处理和分析变为对决策具有重要意义的有用信息，这是由建立地理信息系统的明确目的性所决定的；
③信息的传输性:信息可以在发送者和接受者之间传输，既包括系统把信息送至终端设备，并以一定的形式或格式提供给有关用户,也包括信息在系统内部各个部分之间的流转和交换。

④信息的共享性:信息与实物不同,信息可以传输给多个用户，为多个用户所共享,而信息本身并无损失，这为信息的并发应用提供了可能性。

6、地理信息的概念：它是地理数据所蕴含和表达的地理含义。

7、地理数据的概念:它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、图像和图形等的总和.
8、地理信息的三个特征：空间特征、属性特征、时序特征。

9、地理信息系统的概念：它是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示,以便解决复杂的规划和管理问题。

10、GIS与非空间信息系统的区别：（1)地理信息系统属于空间信息系统，它与非空间信息系统（如：IMS）的本质区别在于能够处理空间定位数据；
(2）地理信息系统与其他空间信息系统（如:CAD、CAM)的区别在于不仅能够表达和处理空间定位数据,更具有空间分析功能.
11、GIS的构成部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。

12、GIS基础软件平台的主要功能：具有丰富的GIS专业功能，属于通用性GIS 软件，也是开发其他面向特定应用、工程的软件平台，如ArcGIS、MapInfo、MapGIS 等。

13、空间数据的组成：
⑴按数据来源:地图数据、影像数据、文本数据、
⑵按数据结构：矢量数据、栅格数据
⑶按数据特征：空间数据、非空间属性数据
⑷按几何特征：点、线、面、曲面、体
⑸按数据发布形式：数字线画图、数字栅格图、数字高程模型、数字正射影像图
14、GIS应用人员的分类：地理信息系统开发人员、用户
15、GIS应用模型的概念：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.类似于手机套餐中，长途套餐、上网套餐、市话套餐……
16、GIS的基本功能：数据的采集编辑、数据的存储管理、数据的处理变换、空间分析统计、产品制作演示、二次开发编程
17、数据处理的基本内容:
(1）数据变换:数据从一种数学状态转换为另一种数学状态，包括投影变换、几何纠正、比例尺缩放、误差改正和处理；
(2)数据重构：数据从一种几何状态转换为另一种几何状态，包括数据的拼接、裁剪、压缩和结构转换；
(3）数据抽取：完成从数据全集到数据子集的条件条件提取，包括类型提取、窗口提取、逻辑提取和空间内插.
18、常用的空间分析方法：
（1)叠合分析
(2)缓冲区分析
（3)数字地形分析
19、GIS的应用功能：
⑴资源管理
资源管理是GIS应用最广泛、最成熟的领域.
GIS进行资源管理的任务包括：
①各种来源的数据和信息有机的汇集在一起,依靠GIS强大的空间数据管理能力，建立一个连续无缝的大型地理数据库；
②借助于GIS程序终端，对数据库进行查询显示、统计、制图以及多种组合条件的资源分析;
GIS资源管理目标：为资源的合理开发利用和规划决策提供依据.
⑵区域规划：规划具有高度的综合性，涉及很多领域的影响因素。

⑶国土监测:特点：
①结合GIS的空间分析功能
②与RS的多元、多时相数据
服务的主要工作：
①自然灾害预测预报（森林火灾、洪涝灾害)；
②土地资源利用变化分析与监测；
③环境质量评估研究.
⑷辅助决策：
GIS与互联网的有效结合,深化电子商务的应用，满足企业决策多维性的需求。

第二章
1、地理空间的概念:一般指上之大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。

它是自然地理过程和生命及人类活动的活跃场所.
2、矢量数据:用欧氏空间的点、线、面等几何元素来表达空间实体的几何特征的数据.
3、栅格数据:将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示空间实体的一种数据组织形式。

(1）空间特征：指地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征；(定位数据）相邻地理现象和过程之间的空间关系。

（拓扑数据）
(2）属性特征:地理现象和过程所具有的专属性质（数量特征、质量特征）.（属性数据)
（3）时间特征:在一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况。

(时态数据）
6、拓扑关系的概念：描述几何图形元素（点、线、面）之间空间结构关系的一种数学方法。

GIS中，拓扑关系不仅是数据的组织和编辑形式，也为一些空间分析和应用功能奠定了数据基础.(网络分析）
7、拓扑邻接关系：相同类型空间元素之间的拓扑关系
8、拓扑关联关系：不同类型空间元素之间的拓扑关系
9、拓扑包含关系:相同类型但不同等级空间元素之间的拓扑关系
（1）拓扑关系反映空间逻辑结构关系信息，根据拓扑关系，不需要利用坐标或者距离计算，就可以确定一种地理实体和另一种地理实体之间的空间位置关系（属于相对关系，而定位信息表达绝对关系）;
（2)利用拓扑关系有利于空间要素的拓扑查询；
（3）利用拓扑数据作为工具,重建地理实体（弧段生成多边形)。

12、空间数据结构的概念：空间数据具有空间、属性和时间的多重特征，因此如何组织具有复杂特征的空间数据，并建立空间数据之间的联系,这个过程被称为空间数据结构。

13、空间数据计算机表示的基本方法
空间分幅：将整个地理空间划分为许多子空间
属性分层：将要表达的空间数据抽象成不同类型的数据层
时间分段：将有时间特征的地理数据按期时间变化划分成不同时段后，逐一时段来表示
14、实体数据结构的特点:一个优点,三个缺点
①优点：数据按点、线、多边形为单元进行组织，数据结构简单;
②缺点：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；(数据冗余）
点、线和多边形有各自的坐标数据，无拓扑数据，彼此不关联;
岛或洞只能作为一个单个图形，与外界无关联。

15、含有拓扑数据结构的空间数据结构由四个数据文件：
（1）弧段文件：标识码、起始节点、终止节点、左多边形、右多边形；（P51表2—8）
（2）节点文件：标识码、节点坐标；（P52表2—9）
（3）弧段坐标文件:标识码、坐标值串码；（P52表2-10)
（4)多边形文件：标识码、弧段标识串码。

（P5表2-11）
16、游程（行程）编码结构的原理:1个存储单位为1行中（起始单元的行位置，列位置，游程,属性值）
17、四叉树结构原理:将网格分成按四象限进行递归分割,直至子象限中所有栅格单元的属性值都相同为止。

图2—20；1存储单位为1块的起点行、列位置,递归分割/合并深度，属性值
18、数据结构建立的基本过程如：P60图2-24.
（1）数据需求分析；（2）确定数据源；(3）数据分类与编码;（4）确定数据结构类型；（5)数据输入和编辑。

19、空间数据的分类的概念：根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素（地理事物）区分开来的过程，称为空间数据分类。

空间数据的编码的概念：是指将数据分类结果用一种易于被计算机和人识别的符号系（数字和字符）表示出来的过程，也称为特征码。

屏幕数字化的过程：
(1）打开栅格图像文件：将图像文件在系统中打开。

（2）图像配准：设置投影方式，选定坐标单位.
（3）输入空间数据
（4)输入属性数据
第三章
1、空间数据变换是指空间数据坐标系统的变换，即从一种坐标系统转换到另一种坐标系统.
2、几何纠正的主要目的在于实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的纠正,使数据源的坐标系与标注的坐标系一致。

3、仿射变换的特性：
①直线变换后仍为直线；
②平行线变换后仍为平行线；
③不同方向的长度比发生改变。

4、高斯克吕格投影的条件：
A。

中央经线与赤道的投影线相垂直；
B。

投影具有等角性质；
C。

中央经线投影后长度不变形。

5、高斯克吕格投影特点:
A.中央经线上没有角度、长度和面积变形;
B。

其他投影区域的点长度比均＞1；
C。

同一纬线上，离中央经线越远变形越大,最大处在两侧边缘处;
D。

同一经线上,离两极越远变形越大，最大处在赤道上；
E.角度无变形，面积比是长度比的平方；
F.长度比的等变形线平行于中央子午线.
6、UTM与高斯投影的差异。

详见教材P77
7、正解变换基本原理:通过建立一种投影与另一种投影的严密或近似的解译关系式,直接由一种投影的数字化直角坐标(x、y）变换到另一种投影的数字化直角坐标(X、Y）
反解变换基本原理：由一种投影的坐标（x、y）反解出地理坐标（B、L），然后再由
地理坐标转换为另一种投影的直角坐标（X、Y）.
9、解析变换（公式变换）基本原理：在已知两种投影类型及公式情况下，构建正解或反解的数学表达式，由原投影的坐标数据(x、y）直接求出新投影的坐标数据（X、Y）。

10、数值变换（参数变换）基本原理：当原投影类型无法获取,但可以准确获取
几个点的原投影坐标数据（x
i 、y
i
）和新投影坐标数据（X
i
、Y
i
）时，利用数学
中的数值逼近理论(微积分）,解算出两个投影系转换的若干参数，从而建立两个投影之间的关系式。

逼近方法包括：插值法、有限差分法、待定系数法等。

11、矢量与栅格数据优缺点比较：
12、点的栅格化原理：将矢量点要素的坐标（x、y）转换成栅格单元的行列值（I，J)。

公式见教材P81（3-12)
13、扫描线算法的原理：以平行于X轴或Y轴栅格单元中心的平行线（扫描线），逐格扫描求出线段与扫描线的交点栅格。

14、面的基于弧段数据的栅格化前提条件：矢量数据文件中包含有拓扑结构关系的数据。

基本算法步骤：
（1）用行或列的扫描线在栅格化范围内扫描；
（2）计算扫描线与所有弧段交点的行列值;
（3）根据弧段左右多边形的位置关系（拓扑关系）判断交点左右（上下）栅格单元的填充属性值；
（4）按照X坐标或Y坐标排序交点,逐格生成栅格数据
15、内点填充算法原理：先按照线栅格化方法把多边形边界栅格化，然后在多边形内找到一个内点，从该点出发，向外填充,直至边界位置.
16、边界代数法原理：多边形实体的边界按照线栅格化；以边界上一点环绕多边形一圈;上行环绕时，边界左侧赋值为多边形属性的负值；下行环绕时,边界左侧赋值为多边形属性的正值。

17、基于图像数据的矢量化方法（DRG）
St1。

二值化：将256级灰度（0~255）简化为2级灰度（0、1)；
St2.细化:消除线横断面的栅格数差异,原则是保证弧线必须连续；方法包括：薄皮法和骨架法两种；
St3.跟踪：将细化处理后的栅格数据转换为从节点出发线段或闭合线条.
18、基于栅格数据的矢量化方法
St1.搜索弧段相交处节点位置（相邻单元属性值差异度为3）;
St2。

任选一节点起始,沿属性值不同的两个栅格单元之间跟踪边界弧段，直至另一个节点；
St3。

弧段连接构成多边形.
19、遥感数据与GIS数据的融合的作用
（1）对RS:改善遥感信息提取的及时性和可靠性；
（2）对GIS：便于遥感影像数据对GIS空间数据的获取和更新。

20、不同格式数据的融合方法：
⑴基于转换器方法的数据融合：需要一个交换格式文件，先将系统1的数据格式转换成交换格式，再将将换格式转换成系统2的数据格式
⑵基于数据标准方法的数据融合：建立统一的数据标准，只要是支持这个标准的各个系统之间，数据格式都可以实现相互转换;
（3）基于公共接口方法的数据融合：建立统一的数据标准，各个系统都要执行同样的数据结构;
（4)基于直接访问方法的数据融合:常见于小型、专业性和行业性的GIS软件上，可以实现对常见GIS软件格式的直接读取,减小格式转换造成的数据损失,提高数据访问效率。

21、空间数据压缩的概念：从空间坐标数据集合中抽取一个子集，使这个子集在规定的精度范围内最好地逼近原集合。

22、道格拉斯-佩克算法原理：
(1）拟定一个阈值;
(2）生成一条连接折线首尾的直线段;
（3)计算原始折线上的点到直线段的距离;
（4）判断：
A。

所有点到直线的距离均小于阈值,则用直线代替原来的折线;
B。

有些点的距离大于阈值，则取距离最大点对原折现二分成两段，重复上述步骤.
23、数据采样的方法:
⑴随机取样：沿着地性线、等高线和断面线提取采样点。

⑵网格取样：在地形图上敷设方格网,计算网格交点的高程值，作为采样点。

网格交点高程可由二次曲线方法获得。

24、线性插值的原理就是运用三点共面的几何原理，用三点坐标求出上面公式中的三个参数,进而列出该平面的方程式,求出插值点的高程值。

25、加权平均值内插原理：以插值点为中心，确定一个搜索半径，找出若干采样点；计算取样点的距离权；计算采样点高程.
26、区域的内插的作用：将原有分区内的属性值赋予新的分区内的过程，称之为区域内插。

27、叠置法原理:将目标区叠加在原区上,计算面积交集，进而求得目标区的属性值。

28、多边形连接编辑的原理：
（1）从弧段文件中找出与P1多边形相关的全部记录
（2）在符合条件的记录中，如果P1为右多边形，则不变;若为左多边形，则与右多边形对调，且弧段起、始节点也同时对调
（3）调整记录顺序，从任一节点出发,顺序连接各节点,使得连接节点能自行封闭
29、节点连接编辑的原理：
（1）从弧段文件中找出与N2节点相关的全部记录
(2）若N2节点在终点位置，不调整；若N2在起点位置，则与终点对调，且对应左、右多边形对调
(3）调整记录顺序，从任意多边形出发,顺序连接左、右多边形,使得连接多边形能首尾呼应
第四章
1、空间数据管理的四个阶段
（1）初级式的管理模式（P112图4—3.1）
（2）混合式的管理模式(P112图4-3.2）
（3）扩展式的管理模式（P112图4-3.3）
（4）集成式的管理模式（P112图4-3.4）
2、空间数据库设计的过程和步骤：
(1)需求分析：用系统的观点分析与某一特定的空间数据库应用有关的数据集合。

例如：与土地管理系统相关的空间数据库。

（2）概念设计：对用户需求加以解释，用概念模型表达出来(E—R图)，这是现实世界到信息世界的抽象过程,揭示实体之间的本质联系。

3）逻辑设计：主要任务：用DBMS的转换工具或人工形式,将概念模型映射为DBMS 所支持的数据模型（关系数据模型）。

（4）物理设计：数据库存储结构和存储路径的设计，将数据库的逻辑模型在实际的物理存储设备上加以实现。

3、空间数据库设计的原则
①尽量减少空间数据存储的冗余量；
②提供稳定的空间数据结构，在用户的需要改变时,该数据结构能迅速作相应的变化；
③满足用户对空间数据及时访问的需求,并能高效地提供用户所需的空间数据查询结果；
④在数据元素间维持复杂的联系，以反映空间数据库的复杂性；
⑤支持多种多样的决策需要，具有较强的应用适应性。

4、空间数据库的实现的过程：
①建立实际的空间数据库结构；
②装入试验性的空间数据对应用程序进行测试，以确认其功能和性能是否满足设计要求,并检查对数据库存储空间的占有情况;
③装入实际的空间数据（数据加载）,建立起实际运行的空间数据库。

5、空间数据库的维护的主要工作
①维护数据库的安全性和完整性,需要及时调整授权和密码，转储及恢复数据库；
②监测并改善数据库性能,分析评估存储空间和响应时间，必要时进行数据库的再组织;
③增加新的功能，对现有功能按用户需要进行扩充；
④修改错误,包括程序和数据。

6、空间查询的基本类型:
①根据空间位置查找空间实体及其属性（位置→属性）；
②按照属性记录查询对应的空间实体（属性→位置）。

7、空间关系查询的类型（9种）：点—点、线-点、面-点、点-线、线-线、面—线、点-面、线-面、面-面。

8、空间索引的概念:依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构,其中包含空间实体的概略信息（标识码、最小外接矩形以及存储地址)。

9、范围索引基本原理：在记录每个空间实体的坐标时，同时记录下该实体的最大坐标和最小坐标（外接矩形)。

10、空间元数据：是指在空间数据库中用于描述空间数据的内容、质量、表示方式、空间参考和管理方式等特征的数据,是实现地理空间信息共享的核心标准之一。

11、MapGIS10中元数据的构成
（1）标识信息：标题、关键字、摘要、数据存储位置;
（2）环境描述信息：语言、字符库、系统、软件版本；
（3）空间范围信息:经纬度范围、实际范围；
（4)空间参考系信息：名称、类型、单位、地理坐标系、投影坐标系、高程坐标系；
（5）实体和属性信息：实体类型、属性描述；
(6）元数据文档信息。

12、SDE的体系结构：三层结构：GIS应用层、SDE层、RDBMS层.
13、SDE的访问模式
(1）首先,在GIS应用程序中有一个面向SDE的API（程序接口)，向SDE发出访问数据的请求；
(2)SDE根据请求的特点对关系数据库中存储的空间数据进行搜索（SQL方式）；（3）搜索结果(数据）通过SDE返回给GIS应用程序.
第五章
1、基于矢量数据坡度、坡向计算的原理：计算DEM中每各格网单元的法矢量，进而求得该网格的坡向及坡度。

2、基于栅格数据坡度、坡向计算的原理：采用二次曲面来拟合出局部的地形表面，通常采用3 ×3的格网来计算中心格网单元的坡度和坡向，如图所示。

3、基于矢量数据曲面面积计算的原理：计算DEM中每个格网单元的边中点的矢量，进而求出法矢量取模作为单元曲面面积。

4、基于栅格数据曲面面积计算的原理:将格网单元分成两个空间三角形，再用海伦公式求出三角形的表面积，进而求出格网单元的总面积。

5、通视分析的概念：判断地形表面上两点是否通视（相互可见）。

6、通视分析的作用（举例）：①架设通信基站；②旅游景点规划;③军事目标打击……
7、点与多边形的叠合分析作用:判定①一个点状要素类中的点要素落在②另一个多边形要素类中的哪一个多边形内,以便③为每个点要素赋予对应多边形的属性.
8、线与多边形的叠合分析作用：判定①一个线状要素集中的线要类经过②另一个多边形要素类中的哪一个多边形内，以便③生成新的线要素并赋予对应多边形的属性.
9、常用的五种多边形叠合分析的方法：Union联合、Intersect相交、Identity 标识
Erase擦除、Update更新
栅格数据叠合分析的条件：
（1)相同地区、相同行列数的多个栅格数据；
（2）栅格单元的大小必须相同。

11、空间缓冲区分析的概念：地震科学中,研究距离震源中心的破坏程度、破坏范围；环境科学中，一条主干道路对周边地区的噪音影响范围;自然科学中,某自然湖泊服务的生态范围.这些应用都可以通过空间缓冲区分析来解决。

12、点、线、面缓冲区的建立类型，教材P164
13、Voronoi多边形数学定义：
V(p
i ) ＝｛p ｜ d(p, p
i
) ＜ d(p， p
j
）, j ≠ i, j=1，… ，n｝
式中： p
1，…， p
n
为2维平面空间R2中的有限个已知点;
P为R2中任意位置点；
V(p
i
) 为第i各已知点所在的Voronoi多边形;
d（p， p
i )为p点到p
i
点的距离。

14、Voronoi多边形特征：
（1）所有的Voronoi多边形都是凸多边形；
（2） Voronoi多边形的顶点是相邻已知点构成的Delaunay三角形的外接圆圆心；
（3） Delaunay三角形的外接圆内不包含其他已知点。

15、网络图（graph）的定义：这里的图不是几何图形,它是一种抽象形式来表达确定的事物以及事物之间是否具有某种特定关系的数学系统或逻辑模型。

16、数学中，将图看作是非空顶点集合与顶点偶对形成的边集合所构成的二元组。

非空顶点集合：V（G）={v
1，v
2
，.。

,v
i
，。

.。

}，其中v
i
(x
i
,y
i
）
顶点偶对形成的边集合：V（B）=｛E
1,E
2
，。

，E
i
,...｝，其中E
i
(v
m
，v
n
）, v
m
，
v
n
∈V（G）
17、顶点无序，连线为边，由边构成的图称无向图；
顶点有序，连线为弧,由弧构成的图称有向图.
边或弧上带有权重的图，即为网络。

18、邻接矩阵与图的对应关系:设图上有v个顶点，则对应有邻接矩阵D=[d
ij
]是
一个v×v阶的方阵。

在无向图中，若 v
i 和 v
j
相邻(形成偶对的边），则边的d
ij
为1，否则视为0；（如图所示）在网络中，若 v
i 和 v
j
相邻(形成偶对的边或弧)，
则边或弧的d
ij
为权值,否则视为0或∞；（如图所示）图见教材P170(5—33）19、Dijkstra算法的基本原理，详见教材P170
第六章
1、空间分析模型与广义分析模型的区别：
(1）空间定位是空间分析模型特有的性质，构成空间分析模型的空间目标(点、弧段、网络、面域、复杂地物）的多样性决定了空间分析模型建立的复杂性。

（2）空间关系也是空间分析模型的一个重要特征，空间层次关系、相邻关系及空间目标的拓扑关系也决定了空间分析模型建立的特殊性。

(3)包含坐标、高程、属性及时序特征的空间数据极其庞大，大量的空间数据通常用图形的方式表示.这样由空间数据构成的空间分析模型也具有了可视化的图形特征。

2、空间分析模型的分类：
（1）空间分布模型用于研究地理对象的空间分布特征
(2）空间关系模型：用于研究基于地理现象的位置和属性特征的空间物体之间的关系.
(3）空间相关模型:用于研究物体位置和属性集成下的关系，尤其是物体群（类）之间的关系，多属于空间统计学范畴。

预测、评价与决策模型:用于研究地理对象的动态发展、根据过去和现在推断未来,根据已知推测未知。

3、空间分析建模的类型
（1）适宜性建模：农业应用、城市化选址、道路选线；
（2）水文建模:水的流向分析、洪涝灾害影响范围；
(3)表面建模：城镇某个地方的污染程度；
（4）距离建模：最短路径、最优路径分析.
4、空间分析建的基本流程：(1）明确问题（2）分解问题（3）组建模型（4）验证模型(测试模型）(5）应用分析结果
5、图解建模的概念：指用直观的图形语言将一个具体的过程模型表达出来。

用不同的图形代表输入数据、输出数据、控件处理工具，他们以流程图的形式进行组合并且可以执行空间分析操作功能。

6、模型的基本构成: 输入数据(椭圆）输出数据（椭圆）空间处理工具（矩形）和箭头
7、每一个过程都有一个基本的结构：输入数据→处理函数→输出数据
8、单过程模型：模型中只有一个过程。

9、多过程模型：模型中有多个过程，一个过程产生的结果（输出数据）是另一个过程的输入数据.。