GIS重点知识点

空间数据结构建立的基本过程包括：根据用户需求，确定数据项目、确定数据
源、数据分类和编码、确定数据结构类型、数据输入与编辑操作。

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。

1、地理信息系统(geographic information system)：是以空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间有关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。

2、空间分析：是基于空间数据的分析技术，以地学原理为依托，通过分析算法，获取有关空间信息，是综合分析空间数据技术的总称。

3、空间数据元数据
4、缓冲区分析：是指基于点、线、面等因素，按指定的条件，在其周围建立一定空间区域作为分析对象的分析技术，主要描述地理空间实体的一种影响范围或服务范围。

缓冲区分析三步骤：
1）计算主体的综合规模标准化指数；（2分）
2）计算主体对邻近对象的的最大影响距离；（2分）
3）确定主体对邻近对象的实际影响度（F i）与邻近对象离主体的实际距离（d i）的关系分析模型，从而从实际距离计算实际影响度，或从实际影响度反推实际距离。

（2分）
4、Web地理信息系统
5、数字地形模型
6、空间数据模型
7、地图投影(Project)：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法。

指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应关系。

8、ＤＥＭ（Digital Elevation Model）数字高程模型：是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟，高程数据通常采用绝对高程。

DTM digital terrain model:数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。

不规则三角网(Triangulated Irregular Network)TIN: 所以 TIN 是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但不可微
GPS global positioning system:
用于测定地表位置的由一系列卫星和接收设备组成的系统， GPS 用于航空航海，其精确度还支持地籍普查
工作。

Model
对现实的一种描述，用于模仿过程，现在状态，预测结果和分析问题，模型由一系列规则和过程来构成。

包括 GIS 提供的空间建模的工具。

9、拓扑关系：图形在保持连续变化状态下，图形关系保持不变的性质．或空间实体之间的关系．包括：拓扑关联，拓扑包含，拓扑邻接。

1）根据拓扑关系，不需要利用
坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系;
2）利用拓扑数据有利于空间要素的查询;
3）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。

10、空间数据模型及其三个有机联系的层次
11、栅格数据结构：是以规则的像元阵列表示空间地物或现象的分布的数据结构。

12、空间叠合分析
13、地图数字化：根据现有纸质地图，通贯手扶跟踪或扫描矢量化地方法，生产出可在技术机上进行存储、处理和分析的数字化数据。

14、数字地形分析：是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。

15、空间数据库
16、网络模型
17、泰森多边形：采用了一种极端的边界内插方法，只用最近的单个点进行区域插值。

12.空间分析：以地理事物的空间位置和形态特征为基础，异空间数据运算、空间数与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。

18、
大题
5地理信息系统数据源的类型有哪些？在地理信息系统中有哪些主要的数据输入方法？
GIS数据源有：（１）地图资料；（２）影像数据；（３）遥感数据；（４）实测数据；（５）文本资料；（６）统计数据；（７）多媒体数据；（８）其它已有的非系统化的数据。

数据输入方法有：（１）手工键盘输入；（２）手扶跟踪数字化仪输入；（３）扫描数字化仪输入；（４）解析测图法输入；（５）已有数字化形式数据转换。

4 DEM的概念，构建方法及应用领域。

DEM的概念：是用数值矩阵对地表起伏变化的一种连续表示方法，它是地表单元的高程集合，是国家空间地理信息的重要组成部分。

DEM构建方法：（１）等高线法；（２）规划格网法；（３）不规划三角网法。

DEM的应用：（１）用于民用和工程的土石方填挖和计算；（２）为军事目的显示地形景观；（３）为武器精确制导提供地形匹配；（４）通视分析；（５）坡度、坡向分析；（６）和GIS结合进行各种空间分析；（７）对不同地貌进行分析，研究土地浸蚀和泾流；（８）对各种专题地图进行组合分析；（９）是国家地理信息的重要基础；（１０）其它用途。

1、矢量数据与栅格数据的比较
矢量数据结构: 利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地里实体空间分布的一种数据组织方式。

是通过记录坐标的方式来表示点、线、面及其组合体等地理实体。

栅格数据结构指基于栅格模型的数据结构，将空间分割成有规则的网格，然后在各个网格单元内赋予空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。

栅格模型优点：
1、数据结构简单
2、叠加操作易实现
3、能有效表达空间可变性
4、栅格图象便于做图象的有效增强
缺点：
1、数据结构不严密不紧凑，需要用压缩技术解决这个问题
2、难以表达拓扑关系
3、图形输出不美观，线条有锯齿，需要增加栅格数量来克服，但会增加数据量矢量模型优点：
1、提供更严密的数据结构
2、提供更有效的拓扑编码，因而对需要拓扑信息的操作更有效，如网络分析
3、图形输出美观，接近于手绘
缺点：
1、比栅格数据结构复杂
2、叠加操作没有栅格有效
3、表达空间变化性能力差
4、不能象数字图形那样做增强处理
在什么情况下需要用矢量与栅格的互换，如何实现？
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；（２）线的栅格化；（３）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。

栅格向矢量的转换：矢量化的过程要保证以下两点：
拓扑转换，即保持栅格表示出的连通性和邻接性。

否则，转换出的图形是杂乱无章的，没有任何实用价值的；转换空间对象正确的外形。

栅格向矢量转换的主要步骤为：二值化，细化是消除线划横断面栅格数的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线（对多边形而言）位置的单个栅格的宽度。

跟踪，去除多余点及曲线光滑，拓扑关系的生成：判断弧段与多边形间的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的关系。

矢量向栅格的转换：从矢量向栅格转换过程中，应尽量保持矢量图形的精度在决定属性值时尽可能保持空间变量的真实性和最大信息量。

格网单元对应几种不同的属性值，而每一单元只能取一个值。

在这种情况下，有如下一些取值方法：（1）中心点法：用处于格网单元0处的地物类型或空间特征决定属性值。

此时，该单元属性值为C。

此法常用于连续分布的地理要素，如降雨量分布、大气污染等；(2)面积占优法：以占单元面积最大的地物类型和空间特征决定格网单元的属性值。

此时，栅格单元的属性值为B。

面积占优法适合分类较细、地物类别斑块较小的情况。

2、地理信息系统的构成和五大基本功能。

构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型
基本功能：数据的采集与编辑、数据的存储与管理、数据的处理与变换、空间分析与统计、产品制作与演示、二次开发与编程（（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。

）
3、简述空间数据的基本特征。

空间特征（定位特征和拓扑特征）：表示空间对象的地理位置及其空间相互关系。

属性特征：表示实体的特征，用来说明是什么。

如事物的名称、类型、等级、数量等。

时间特征：描述实体随时间的变化。

描述拓扑数据结构组织方式，并说明有何特点
4、空间实体可抽象为哪几种基本类型？它们在矢量数据结构和栅格数据结构以及矢量栅格一体化数据结构中分别是如何表示的？
答：点、线、面。

（1分）
矢量数据结构中，点用空间坐标来表示；线由一串坐标对组成；面是由线所形成的闭合多边形。

（3分）
栅格数据结构中，点是一个像元；线由一定方向上连接成串的相邻像元组成；面由聚集在一起的相邻像元集合来表示。

（3分）
矢量栅格一体化数据结构中，将点坐标化为两个Morton码来表示它的位置，并且存储于结点关联的弧段信息；线状目标，以弧段为存储单元：（1）每条记录
表示一条弧段，（2）建立弧段与结点以及弧段与多边形的拓扑关联关系，（3）用Morton码表示中间点的地址；面状目标，包含边界和边界所包围的整个区域：（1）边界：由弧段组成，建立多边形与弧段间的拓扑关系，存储面块头指针，（2）边界包含的区域：用四叉树或二维行程数据结构来表示。

（3分）
综合设计题
5、对某地建设核电站进行适宜性评价，假设建设核电站的影响因素为：1）到海湾的距离，表现为越临近“海湾”越适宜；2）交通便捷，表现为越接近“公路”越适宜；3）地形地质，表现为“坡度”越小越适宜，地质条件“类型”越高越安全。

现将适宜性共分为三个级别。

（1）请试以GIS方法，设计该应用的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其有关的GIS操作。

（2）假设各因子对应的权重为0.5，0.25，0.25，当某个栅格单元三个因子对应的贡献函数值分别为100，0，50时，请计算该栅格单元的评价分值，并判断它属于哪个级别。

答：（1）
（2）R（T）=（0.5*100+0.25*0+0.25*50）/100 = 0.625 （2分）
G1= 1-|0.625 - 1| = 0.625
G2= 1-|0.625 – 0.5| = 0.875
G3= 1-|0.625 - 0| = 0.375
G2最大，所以该栅格单元的适宜性属于第二个级别。

（2分）
GIS 理论研究中及待解决的问题
基于以上的分析，要想得到一个理想的 GIS 系统，需要 GIS 理论上解决以下的主要问题：
1 ）GIS 设计与实现的方法学问题
由于缺乏严格的工程管理和好的分析设计方法支持，导致了 GIS 软件系统的可靠性和可维护性差。

这
是一个长期以来人们一直在尽力解决但还未解决的问题。

2 ）GIS 的功能问题
当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的 GIS，还不能完全满足社会和区域可持续发展在
空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到 GIS 的应用效益和生命力。

3 ）多媒体地理信息系统的管理和操作的问题
在一个多种数据类型并存的混合系统中，如何实现对各类数据的随意操作和有效管理，这是现今信息
媒体多元化新时代的突出问题，它比单一地图数据库的操作和管理更复杂。

4 ）GIS 地理信息的深加工问题
目前的 GIS 还远未发挥它提供结论性专题地图和数据集方面的作用，这是涉及对 GIS 地理信息进行深
加工的问题。

这种深加工的结果，可以是结论性专题地图，也可以是结论性专题数据集。

这两种形式都是
必须的，前者提供结论性图形信息，后者提供结论性数字信息，提供经过深加工的结论性成果对用户更直
接和更有利。

5 ）空间信息可视化技术和虚拟现实技术（VR ）
可视化技术已经远远超过了传统的符号化及视觉变量表示法的水平，进入了在动态、时空变换、多维
的可交互的地图条件下探索视觉效果和提高视觉工具功能的阶段，它的重点是要将那些通常难于设想和接
近的环境与事物，以动态直观的方式表现出来。

GIS 可视化方面的研究主要集中在以下几个方面：运用动
画技术制作动态地图，可用于涉及时空变化的现象或概念的可视化分析；运用 VR 技术进行地形环境仿真，
真实再现地景，用于交互式地观察和分析，提高对地形环境的认知效果；运用图形显示技术进行空间数据
的不确定性和可靠性的检查，把抽象数据可视化，由此发现规律；运用图形界面和交互式手段进行地图设
计和编辑，以直观的方式完成地图设计制作（如地图颜色的可视化设计）；可视化技术用于视觉感受及空间
认知理论的研究。