地理信息系统(缩印)

第一章、一.信息与数据
1
递和处理，为人们生产建立管理提供依据。

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数据是对客观现象的表达，数据本身并没有意义。

数据是信息的表达载体，信息是数据的内涵，是形与质的关系。

二.地理信息及其特征
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等。

（GIS操作对象是空间数据，表达内容是与时空有关的地理信息。

）
2. 地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系；指在同一位置上可有多种专题的信息结构；：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化，因此，实时的GIS系统要求及时更新地理信息，使得地理信息具有现势性。

三.信息系统和地理信息系统
1
数据的能力。

2 GIS是计算机系统，具有系统的基本功能，数据采集、管理、分析和表达。

3 .GIS与其它IS
GIS离不开数据库技术，数据库中的一些基本技术，如数据模型，数据存储，数据检索等都是GIS广泛使用的核
GIS对空间数据和属性数据共同管理，分析和应用；而一般MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询，即使存储了图形，也是以文件的形式存储，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示
功能也很有限。

4. 管理图形数据和非空间属性数据的系统不一定是GIS，如CAD或AutoCAD，CAM（Computer Aided Map计算机地图系统\计算机辅助制图）等。

GIS和CAD都有空间坐标系统；②都能将目标和参考系联系起来③都能描述图形数据的拓扑关系④都能
处理属性和空间数据。

CAD研究对象为人造对象―规则几何图形及组合；GIS处理的数据大多来自于现实世界，较之人造对象更复杂，数据量更大；数据采集的方式多样化；②CAD中图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱；GIS 的属性库结构复杂，功能强大；③CAD中的拓扑关系较为简单；GIS强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁；④CAD
一般采用几何坐标；GIS采用地理坐标系。

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6 是由计算机硬件、软件和不同方法组成的，具有支持空间数据的获取、管理、分析、建模和显示功能，并可
解决复杂的规划和管理问题的信息系统。

7 ①数据采集、监测与编辑；②数据处理与变换（矢栅转换、制图综合）；③数据存储与组织（矢量和栅格模型）；④空间查询与分析（空间检索、空间拓扑、叠加分析、缓冲分析、网络分析等）；⑤图形交互与显示（各种成果表现方式）。

根据社会和用户的需求，GIS是依托基本功能利用空间分析技术模型分析技术，网络技术，数据库和数据集成技术二次开发环境等，演绎出众多的GIS应用系统。

与其它信息系统相比，GIS空间分析作为核心功能是比较独特的。

8 当前，GIS正向着集成化、产业化和社会化发展规律方向迈进，呈现以下主要发展态势：①GIS 成为一门综合性技术即GIS集成技术；②GIS产业化的发展势头强劲；③GIS网络化已构成当今社会的热点；④地理信息科
学的产生和发展。

目前GIS在各行各业都得到应用，如资源规划管理、全球变化、灾害预测等，具有广泛的应用前景。

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GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图，1960年，加拿大测量学家提出了把地图变成数字形式的地图，
1963年，又提出GIS这一术语，并建立了第一个GIS――加拿大GIS，随后GIS在全世界迅速发展起来。

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上世纪60 年代中期，加拿大开始研究建立世界上第一个地理信息系统(CGIS)，随后又出现了美国哈佛大学的SYMAP 和GRID
等系统。

在北美、西欧和日本等发达国家，现在已建立了国家级、洲际之间以及各种专题性的地理信息系统。

（1）模拟地理信息系统阶段；（2）学术探索阶段；（3）飞速发展和推广应用阶段；（4）地理信息
（1）起步准备阶段（1978～1985 年）（2）加速发展阶段（1985～1995 年）（3）地理信息产业化阶段（1995－）。

第二章一、数据结构1( 空间对象，地理实体) GIS
事件中不能再分割的单元，它是一个具体概括性、复杂性、相对意义的概念。

实体抽象的程度会因为研究区域的大小，规模不同而
2①点状实体（零维）有特定位置，无长度，宽度和高度；②线状实体（一维）具有相同属性的点的轨迹，有长度、无宽、高度，具有如下特性：弯曲度，方向性；③面状实体（二维）在数据库中由一封闭曲线加内点来表示，特征：面积，周长，独立性；④体状实体（三维）实体类型组合区域包含线：计算区域内线的密度。

二、空间实体的描述1、空间实体的描述形式：空间数据2
（1）空间特征；（2）非结构化特征；（3）空间关系特征；（4）分类编
码特征；（5）海量数据特征。

般通过代码给予表达）45
分级
6空间关系是GIS数据和表达的重要内容
①顺序空间关系②质量空间关系③拓扑空间关系
①关联性：（不同类要素之间）结点与弧段，多边形和弧段②邻接性：（同类要素之间）③连通性：指对弧段连
接的判别④包含性⑤方向性8a、拓扑关系能清楚滴反映实体之间逻辑结构关系
b、有助于空间要素的查询，可以解决许多实际问题
c、根据拓扑关系可重建地理实体
三、地理空间的表达和空间数据结构1用来抽象描述地理实体数据在空间的排列及关系；强调数据的表达实现，是数据模型的具体实现。

数据模型：强调数据的表达概念，是数据结构的基础。

点：坐标对（X，Y）线：坐标对系列（X1，Y2），……(Xn，Yn)
面：首尾坐标相同的坐标串（X1，Y2），……(X1，Y1)
面——弧弧——点点——弧弧——面
①点：有单个栅格表达②线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格表达③面：由沿线走向有相同属
属性值的多层栅格文件①以象元为记录序列；②每层每个象元的位置，属性一一记录；
③以层位基础，每层内以多边形位序列记录多边形的属性值和多边形内各象元的坐标。

3、四叉树编码
四叉树的树形表示——用一倒立数表示这种分割和分割结果。

树叉：还需分割的块，每个树叉有4个分叉。

矢量与栅格数据结构比较
第三章、数据库采集
①地图数据：包括地形数据和人文景观数据，有图形结构和拓扑结构两种形式；②遥感数据：能快速获取大
范围地区的遥感影像，更新速度快，无坐标系统；③实测数据：通过野外测量获取，如GPS数据；④调查统计数据，⑤已有系统的数据，⑥文本数据，⑦多媒体数据。

⑧其它已有的非系统化的数据。

2、空间数据采集的内涵和任务GIS中的主要是指将不同来源和不同类型的数据转换成GIS可以接受和处理的
数据，并进行标准化和规范化的处理，这一过程通常包括数据化，规范化和数据编码几个方面。

主要取决于原始数据的特点和用户的具体需求。

一般有数据变换、数据重构、数据提取等内容。

数据处理是针对数据本身完成的操作，不涉及内容的分析。

空间数据的处理也可称为数据形式的操作。

②全关系型数据库管理方式，
③对象－关系数据库管理方式，④面向对象数据库管理方式。

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延续，包括：大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈相互作用的区域。

4、GIS的地理基础（控制基础）即：①统一的地图投影系统
定位坐标系统——高程系统；②统一的地理格网坐标系统；③统一的地理编码系统。

5、是建立起地球椭球表面的点与投影平面的点之间的一一对应的数学关系，即：
X=f1（λ，φ）Y=f2（λ，φ）
（1）地图投影变形：长度，面积，角度变形；（2）地图投影方式：平面投影、圆锥面投影、圆柱面投影。

(3)
①所配置的投影系统应与比例尺的国家基本图（基本比例尺地形图，基本省区图或国家大地图集）投影系统一致；
②系统一般只考虑至多采用两种投影系统，一种应用于大比例尺的数据处理与输出，输入，另一种服务于小比例尺；
③所用投影以等角投影为宜；④所有投影应能与网络坐标系统相适应，即所采用的网络系统（特别是一级网格）在投
影带中应保持完整。

是指：GIS中空间数据（几何数据和属性数据）的可靠性，通常用空间数据的误差来度量
②属性精度：如要素的正确性，属性编码的正确性，注记的正确性等，用以反映属性的质量
③逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等
④完备性：数据分类、实体类型、属性数据完备性
⑤现势性：数据采集时间、更新时间
①空间现象自身存在的不稳定性②空间现象的表达
③空间数据处理中的误差④空间数据使用中的误差
空间数据质量控制常见的方法有：①传统的手工方法：将数字化数据与数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、绘制到透明图上与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其他比较方法。

②元数据方法：数据集的元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。

③地理相关法：用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。

（1：地理的数据和信息资源的描述性信息，它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其它特征进行描述与说明，以便人们有效地定位，评价，比较，获取和使用与地理相关的数据
（2：①组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源；②帮忙数据使用者查询所需空间信息；
③组织和维护一个机构对数据的投资；④用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心；
⑤提供数据转换方面的信息
第四章、一，空间数据库的概念
就是指对数据的组织、存储、检索和维护。

二、.数据库基本知识 1.数据库：是为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织，存储，管理和应用的相关联的
数据集合。

2.数据库中数据组织方式①数据项：是可以定以数据的最小单元，也叫元素，基本项，字段等。

②记录：由若干的相关联的数据项组成③文件④数据库
（1）数据集中控制（2）数据冗余度小（3）数据独立（4）复杂的数据模型（5）数据保护
①数据特别大，②种类多、复杂，③范围面广
概念：以记录类型为结点的有向树或者森林，它把数据按自然的层次关系组织起，以反映数据之间的隶属关系，并采用关键字来访问其中的每一层次的每一部分。

优点：①存取方便且速度快；②结构清晰，容易理解；③数据修改和扩展容易；④检索关键属性十分方便。

缺点：①不能表示多对多的关系；②南移顾及数据共享和实体间的拓扑关系；③结构呆板，缺乏灵活性。

当对层次模型的结点记录进行修改时，只有当新记录上有上层记录时才能插入，删除一个记录，其所有的下层记录也同时被删除。

概念：将数据组织成有向图结构，图中的结点代表数据记录，连线表示不同结点之间的关系，结点之间没有明确的从属关系，一个结点，可与其它多个结点建立联系，是具有多对多类型的数据组织方式。

①能明确而方便地表示数据间的复杂关系；①网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难；
②数据冗余小。

②需要存储数据间联系的指针，使得数据量增大；
③数据的修改不方便（指针必须修改）。

概念：以记录组成数据表的形式组织数据，以方便利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和交换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。

层次模型反映了实体之间的层次关系，简单、直观、易于理解，并在一定程度上支持数据的重构。

（1①很难描述复杂的，只能描述简单、直观，易于理解，查询，低层次对象，效率低，难进行反向查询；
②独立性差，更新涉及许多指针；③层次命令具有过程式性质。

（2本身复杂，具过程式性质。

（3①无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构；②空间数据通常是变长的；③难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加；④一般DBMS不能支持GIS需要的一些复杂图形功能；⑤一般RDBMS难以支持复杂的数据信息。

论述
利用建立缓冲区、拓扑叠加和特征提取,计算一条道路拓宽改建过程中的拆迁指标。

（1）明确分析的目的和标准。

. 目的是计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值，道路拓宽改建的标准是：
a）道路从原有的20m拓宽至60m； b）拓宽道路应尽量保持直线； c）部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。

（2）准备进行分析的数据。

需要涉及两类信息，一类是现状道路图；另一类为分析区域内建筑物分布图及相关信息。

（3）进行空间操作。

首先选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。

然后将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图，此图包括所有部分或全部位于拓宽区内的建筑物信息。

（4）进行统计分析
首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去掉，并对道路的拓宽边界进行局部调整。

然后对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。

（5）将分析结果以地图和表格的形式打印输出。

第五章空间查询与空间分析
是地理信息系统科学内容的重要组成部分，也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一。

间位置、空间分布、空间形态、空间形成、空间演变等信息。

①数字地面模型分析；②空间叠置分析；③空间缓冲区分析；
④空间网络分析；⑤空间统计分析；⑥空间数据的集合分析和查询。

：①城市规划中科估算各商业中心服务的最大人口数量；②在资源环境领域研究植被的空间分布模式。

基于关系查询语言扩充的空间查询方法、可视化空间查询方法、基于自然语言的查询方法、超文本查询方法。

征，或建立地理对象之间的空间对应关系。

①视觉信息的叠加；②点与多边形的叠加（实质是点与面之间的包含分析）；
③线与多边形的叠加；④多边形与多边形的叠加。

是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或主体对邻近对象的辐射范围或影响读，以便为某项分析或决策提供依据。

②线缓冲区③面缓冲区
网络分析的基础是图论和运筹学
①明确目的、要求；②收集（准备）数据并建库；
③确定GIS的分析步骤；④输出结果。

第六章空间信息可视化
：将符号或数据转化为直观的图形、图像的技术，它的过程是一种转换，目的是将原始数据转化为可显示的图形、图像，从而全面且本质地把握住地理信息系统的空间特征
：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
①大大扩展人类的视觉功能；②海量的数据只有通过可视化变成形象，才能激发人的形象思维
③大大加速数据的处理速度，使时刻都在产生的海量数据得到有效利用；④可以在人与数据、人与人之间实现图像通信，从而使人们能够观察到数据中隐含的现象，位发现和理解科学规律提供有力工具
⑤实现对计算和编程过程的引导和控制，通过交互手段改变过程所依据的条件，并观察其影响
①可视性②多维性③交互性
⑤电子地图：是以地图数据库为基础，以数字形式存储于计算机外存储器上并能在屏幕上显示。

⑥动态地图：是能集中形象的表示空间信息的时空化状态和过程的电子地图。

5、多媒体地学信息主要动态视觉变量：时刻持续时间频率幅度次序
②持续时间是各个静态场景之间的时间长度，决定动画的步调
③频率是现象出现的频繁程度。

名词解释
开发与利用。

元数据的内容包括对数据集的描述、对数据质量的描述、对数据处理信息的说明、对数据转换方法的描述、对数据库
的更新、集成等的说明。

数据冗余的目的，包括一维行程和二维行程．
间实体之间的关系．即邻近度分析，是对空间点线面实体周围形成范围的一种距离空间的分析技术，主要描述地理实体目标的影响范围和服务范围．
二、简答题
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栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针。

因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。

栅格数据的主要编码方式包括：
（1）直接栅格编码：这是最简单直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都从左到右逐个象元记录，也可以奇数行地从左到右而偶数行地从右向左记录，为了特定目的还可采用其他特殊的顺序。

（2）压缩编码方法：目前有一系列栅格数据压缩编码方法，如键码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。

其目的是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，其类型又有信息无损编码和信息有损编码之分。

四叉树：又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。

四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。

分割的原则是，不管是哪一层上的象限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几种地物时，则不再继续划分，否则一直划分到单个栅格象元为止。

2
当进行空间线性拓扑关系分析以及网络分析，单个实体的定义和操作和对成图精度质量要求高时，具体当进行城市分区规划、详细规划、土地管理等时用矢量数据格式，这时需把栅格数据转换为矢量数据。

当进行缓冲区分析、与遥感影像或其它图像匹配处理、数据共享时，具体当进行大范围小比例尺的环境、农林等区域问题研究时，以及建立地理实体模型和进行DEM地形分析时，需把矢量转换为栅格。

矢量转换为栅格的实现方法有：（1）内部点扩散算法；（2）复数积分法；（3）扫描法；（4）射线法；（5）边界代数算法。

具体步骤是：（1）选择合理的栅格尺寸；（2）点的栅格化；（3）线的栅格化；（4）面的填充。

栅格转换为矢量的过程：（1）边界提取；（2）二值化；（3）细化；（4）边界跟踪；（5）拓扑关系生成；（6）去除多余点和边界光滑处理。

数据处理在GIS中的作用：（1）将实测数据或不符合GIS质量要求的数据通过处理使之符合GIS质量的要求；（2）对已有的GIS 数据进行处理派生出新的信息。

数据处理的主要内容：（1）图形编辑；（2）自动拓扑；（3）数据转换；（4）坐标转换；（5）数据压缩；（6）数据内插等。

3 GIS的构成及主要功能。

GIS的构成：（1）系统硬件；（2）系统软件；（3）数据；（4）用户。

GIS的主要功能：（1）空间数据的采集和输入；（2）空间数据的编辑与管理；（3）空间数据的处理与转换；（4）空间查询与空间分析；（5）空间数据的显示与输出。