地理信息系统

1、信息的特性：A、客观性：任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息的正确性和精确度的保证。B、适用性：问题不同，影响因素不同，需要的信息种类是不同的。信息系统将地理空间的巨大数据流收集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息，这是由建立信息系统的明确目的性所决定的。如股市信息，对于不会炒股的人来说，毫无用处，而股民们会根据它进行股票的购进或抛出，以达到股票增值的目的。C、传输性：信息可在信息发送者和接受者之间进行传输信息的传输网络，被形象地称为“信息高速公路”。D、共享性：信息与实物不同，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，这为信息的并发应用提供可能性。
2、数据：指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图象等符号。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。
3、数据与信息的关系：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。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。例如“1、”“0”独立的1、0均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了“有”“无”信息，当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息。
4、地理信息：指与研究对象的空间地理分布有关的信息。它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。
5、地理信息特点： A、地域性：（是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志）。地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。B、多维结构：指在同一位置上可有多种专题的信息结构。C、时序特征：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，一实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。以免过时的信息造成决策的失误或因为缺少可靠的动态数据，不能对变化中的地理事件或现象作出合理的预测预报和科学论证。
6、地学信息 ：与人类居住的地球有关的信息都是地学信息。
7、地理信息与地学信息比较：（1）两者信息源不同：地理信息的信息源是地球表面的岩石圈、水圈、大气圈和人类活动等；（2）地学信息所表示的信息范围更广泛，不仅来自地表，还包括地下、大气层甚至宇宙空间。它是人们深入认识地球系统、

适度开发资源、保护环境的前提和保证。
8、系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成，能完成特定功能的有机整。
9、信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。具有采集、管理、分析和表达数据的能力。
10、信息系统类型：从适用于不同管理层次角度出发、信息系统分为下列不同类型： 1）事务处理系统、管理信息系统：主要支持操作层人员的日常事务处理，如图书管理。2）决策支持系统：从MIS中获取信息，进行推测，以辅助决策。3）人工智能、专家系统：用计算机模仿人类思维过程进行推理，在医学上应用较成功，为有效地对信息流进行控制，组织、管理、充分利用，就需要建立某种信息系统，那么对地理信息进行管理、利用就需要建立地理信息系统。
11、GIS与CAD共同点：都有空间坐标系统；都能将目标和参考系联系起来；都能描述图形数据的拓扑关系；都能处理属性和空间数据。GIS与CAD 不同点：CAD研究对象为人造对象—规则几何图形及组合；图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱；CAD中的拓扑关系较为简单;一般采用几何坐标系 .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；GIS的属性库结构复杂，功能强大；强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁；GIS采用地理坐标系 。
12、GIS与CAM共同点:都有地图输出、空间查询、分析和检索功能;GIS与CAM 不同点:CAM侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图的输出机制；它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系；它与数据库的联系通常是一些简单的查询。 CAM是GIS的重要组成部分；综合图形和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策信息。
13、地理实体（空间实体)定义：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。
14、空间数据基本特征：1）属性特征：（非定位数据），表示实际现象或特征。例如变量、级别、数量特征和名称等。2）空间特征：（定位数据）表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示，如笛卡尔坐标等。3）时间特征：（时间尺度），指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等。
15、空间数据类型:1）依据数据来源的不同分为：地图数据、地形数据、属性数据、元数据、影象数据。
16、实体的空间特征 :（1）空

间维数：有0，1，2，3 维之分，点、线、面、体。（2）空间特征类型---点状实体 线状实体 面状实体 体状实体。（3）实体类型组合....A、点状实体:点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为0的物体。 a、实体点：用来代表一个实体;b、注记点：用于定位注记;c、内点：用于负载多边形的属性，存在于多边形内。d、角点、节点Vertex。B、线状实体:具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下特性。a、实体长度：从起点到终点的总长。b、弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。c、方向性：如：水流方向，上游—下游，公路，单、双向之分.线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。C、面状实体：是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。特征如下：面积范围、周长、独立性或与其它地物相邻、内岛屿或锯齿状外形、重叠性与非重叠性。D、体、立体状实体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性。具有以下空间特征：体积、每个二维平面的面积、周长、内岛、含有孤立块或相邻块、断面图与剖面图。
17、实体间空间关系类型:1、拓扑空间关系 2、顺序空间关系：（方向空间关系）用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系。3、度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。
18、在地理空间中两点间的距离有两种度量方法：a、沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关，复杂,引入第二种。b、沿地球旋转椭球体的距离量算。
19、距离类别：欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。
20、拓扑关系：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
21、拓扑关系种类：（1）关联性:（不同类要素之间）结点与弧段,多边形与弧段；（2）邻接性：(同类元素之间)多边形之间、结点之间。邻接矩阵 . 重叠：邻接:1 不邻接:0. 3）连通性：与邻接性相类似，指对弧段连接的判别，如用于网络分析中确定路径、街道是否相通。4）方向性:一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城市道路单向，河流的流向等。5）包含性：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。6）区域定义：多边形由一组封闭的线来定义。 7）层次关系：相同元素之间的等级关系，如武汉市有各个区组成。
22、主

要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含
23、拓扑关系的表达:拓扑关系具体可由4个关系表来表示：（1）面--链关系：面构成面的弧段（2）链--结点关系：链—链两端的结点（3）结点--链关系：结点—通过该结点的链
（4）链—面关系：
24、拓扑关系的意义：对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为：1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，--面面相邻问题。3）根据拓扑关系可重建地理实体。
25、栅格数据结构
栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域划分为网格阵列。
位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。
点：由单个栅格表达。
线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格表达。
面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格表达
26、栅格数据编码方法：（1）直接栅格编码：将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行记录代码数据。1）每行都从左到右记录； AAAAABBBAABBAABB2）奇数行从左到右，偶数行从右到左；特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。（2）行程编码（变长编码）：将原图表示的数据矩阵变为数据对：1）属性码，长度，行号（可不要）长度：连续相同码值的栅格个数。2）属性码，点位。（3）块码：游程编码向二维扩展，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。数据对组成:（初始行、列，半径，属性值）如（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7)，(1,5,1,7)…（4）链式编码Freeman 链码、边界链码：1）首先定义一个3x3窗口，中间栅格的走向有8种可能，并将这8种可能0~7进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链.
链式编码表 属性码 起点行 起点列 链码
a 1 4 556656
b 3 7 576654323…
（5）四叉树编码 0 1
2 3
27、四叉树概述：一种可变分率的非均匀网格系统。是最有效的栅格数据压缩编码方法之一
将2n×2n象元组成的图像(不足的用背景补上) 按四个象限进行递归分割，并判断属性是否单一。单一：不分；不单一递归分割。最后得到一颗四分叉的倒向树。
28、四叉树的树形表示.用一倒立树表示这种分割和分割结果。根：整个区域.高：深度、分几级，几次分割.叶：不能再分割的块树叉：还需分割的块 每个树叉均有4个分叉，叫四叉树。
29、数据压缩是将数据表示成更紧凑的格式以减少存

储空间的一项技术。
30、数据压缩分类：a、无损压缩：在编码过程中信息没有丢失，经过解码可恢复原有的信息---信息 保持编码。b、有损压缩：为最大限度压缩数据，在编码中损失一些认为不太重要的信息，解码后，这部分信息无法恢复。--信息不保持编码。



1、数据是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
2、信息是主体和外部客体之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间一切有用信息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式。
3、信息特点：客观性、适用性、传输性、共享性。
4、地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理含义。
5、地理数据是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、表达方式、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。
6、地理信息特征：时序特征、属性特征、空间特征。
7、地理信息系统：是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对地球表面以及内部空间数据进行采集、存储、处理、分析、输出的人机决策支持系统。
8、地理信息系统的组成部分——系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型
9、地理信息系统软件是整个系统的核心，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和输入。地理信息系统功能软件、基础支撑软件、操作系统软件
10、空间数据：地理信息系统的操作对象是地理数据，它具体描述地理现象的空间特征、属性特征和时间特征。空间特征是指地理现象的空间位置及其相互关系，其数据称为空间数据。属性特征表示地理现象的名称、类型、数量等，其数据称为属性数据。时间特征是指地理现象随时间而发生的变化，其数据称为时态数据。
11、GIS最基本的功能：数据的采集、管理、处理、分析和输出。
GIS基本功能——数据采集与编辑（各层地理要素转化为空间坐标及属性对应的代码输入到计算机中，各类数据的转化和输入方法）、数据存储与管理（与属性数据相关的常规数据库管理系统功能，空间数据库的定义、数据的访问和提取、通过空间位置检索空间物体及其属性，按属性条件检索空间物体及其位置、开窗及接边操作、数据更新和维护）、数据处理与变换（数据变换、数据重构、数据抽取）、空间分析与统计（叠和分析、缓冲区分析、数字地形分析）、产品制作与演示（设置地图范围、投影、比例尺，组地图要素显示顺序，定义文字字形字号，设置地图符号的颜色和大小，标注图名和图例，以及图形编辑）、二次开发与编程
12、1980年中国国家大地坐标系的原点——陕西省泾阳县永乐

镇
13、地图投影：就是将椭圆面上各点的大地坐标，按照一定的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标。14、空间实体包括点、线、面、曲面和体。
15、空间的实体表示方法有矢量表示法、栅格表示法。
矢量表示法 ：采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素。
栅格表示法：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素。
16、数据类型：按数据来源分类：地图数据、影像数据、文本数据。按数据结构分类：矢量数据、栅格数据。按数据特征分类：空间定位数据、非空间属性数据。按数据几何特征分类：点、线、面、曲面、体。按数据发布形式分类：数字线画图数据、数字栅格图数据、数字高程模型数据、数字正射影像数据。
17、空间数据特征：空间特征、属性特征、时间特征
18、拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法，在GIS中，它不但用于空间数据的编辑和组织，而且在空间分析和应用中都有非常重要的作用。拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含基于矢量模型的数据结构称为矢量数据结构。分为以下主要类型：实体数据结构、拓扑数据结构。
18、基于栅格模型的数据结构称为 栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，称为网格单元，在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。分为以下主要类型：栅格矩阵结构、游程（行程）编码结构、四叉树结构
19、空间数据的分类：在进行具体分类时，首先根据几何图形原则，将空间数据分为点、线、面三种类型;其次是对象原则。
20、空间数据的编码也称为特征码，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统表示出来的过程。
21、矢量数据输入的方法（数字化）：手扶跟踪数字化仪数字化、屏幕数字化、扫描矢量化
栅格数据输入的方法：扫描输入、遥感影像解译、数据结构转换
22、空间数据处理包括数据变换（数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，以实现空间数据的几何配准）、数据重构（数据从一种格式到另一种格式的转换，，以实现数据在结构、格式、类型上的统一，多源和异构数据的联接和融合）、数据提取（对数据进行某种条件的取舍，以适应不同用户对数据的特定要求）几何纠正是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的纠正。
23、矢量数据优点：（1）便于面向实体的数据表达（2）数据结构紧凑、冗余度低（3）拓扑关系有利于网络分析、空间查询等。缺点：（1）数据结构复杂（2）软件实现要求技术较高（3）多边形叠合等分析相对困难
栅格数据优点：（1）数

据结构较简单（2）空间分析较容易实现（3）有利于遥感数据的匹配应用和分析。缺点：（1）数据量大，冗余度高，需要压缩（2）定位精度比矢量低（3）拓扑关系难以表达
24、栅格化的目的是将点、线、面的矢量数据，转换为对应的栅格数据。
矢量化的目的是：（1）将扫描仪获取的图像栅格数据输入矢量形式的空间数据库（2）将栅格数据进行数据压缩，将栅格数据转换为由矢量数据表示的多边形边界。
25、空间数据的压缩：从空间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的逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。
26、空间数据的内插：通过已知点或多边形分区的数据，推求任意点或多边形分区的数据的方法。
27、拓扑编辑功能包括多边形连接编辑和节点连接编辑。
28、一个完整的数据库系统包括数据库存储系统、数据库管理系统、数据库应用系统。
29、数据库设计步骤：需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计
30、空间数据库设计遵循的原则：（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出相应的变化（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
31、空间数据库的实现过程：（1）建立实际的空间数据库结构（2）装入实验性的空间数据对应用程序进行测试，以确认其功能及性能是否满足设计需求，并检查对空间数据库存储空间的占有情况。（3）装入实际的空间数据，即数据库的加载，建立起实际运行的空间数据库。
32、空间数据库运行和维护的主要工作：（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，转储和恢复数据库（2）监测并改善数据库性能，分析评估存储空间及响应时间，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
33、空间数据的查询类型：针对空间关系的查询，针对非空间属性的查询，结合空间关系和非空间属性的查询元数据是“关于数据的数据”，它反映了某些数据自身的一些特征。空间元数据是指在空间数据库中用于描述的内容、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。
34、空间分析的目的:通过对空间数据的深加工，获得新的地理信息。
35、空间分析的定义:基于空间数据的分析技术，它是以地理科学

原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间构成、空间演变等信息。
36、空间分析的类型：矢量数据空间分析、栅格数据空间分析
37、空间叠合分析：在相同的空间坐标系统条件下，将同一地区两个不同地理特征的空间和属性数据重叠相加，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。
38、空间叠合分析的数据结构：基于矢量数据的叠合分析、基于栅格数据的叠合分析
39、空间缓冲区是指地理空间实体的一种影响范围或服务范围。空间缓冲区分析是围绕空间的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的多边形。
40、GIS应用模型分类：数学模型、经验模型、混合模型
41、发展预测模型的预测方法：定性、定量、定时和概率预测区位选择考虑的标准包括环境、工程和经济三个方面。
42、城市交通规划模型包括城市交通发生量模型，发生分布模型、交通量最优分配
43、地球科学模拟模型是应用计算机、数字模拟技术及综合分析的方法来模拟许多地理过程或现象，使得受几个因素的共同影响，要经过若干年才能完成的地理过程，采用计算机模拟模型，只需几分钟就能得出类似的结果，为资源开发、国土整治、水土整治、工程论证等提供数据。
44、总体设计的主要内容包括：用户需求、系统目标、总体结构、系统配置、数据库设计、系统功能、经费和管理详细设计的主要内容：子系统设计、数据库设计、功能模块设计、用户界面设计。
45、GIS输出的内容包括空间数据和属性数据
46、与常规地图相比，数字地图有以下优点:(1)数字地图的存储介质是计算机磁盘、光盘等，与纸张印刷的常规地图相比，其信息存储量大、体积小，携带方便和通过网络进行传播。（2）数字地图是以空间数据反映各类地理特征，可以在计算机软件的支持下借助高分辨率的显示器实现地图的无级缩放、漫游等显示和讯息的动态选择、查询、量算等功能。（3）数字地图便于与遥感信息和GIS空间数据相结合，实现地图的快速更新，同时也便于多层次信息的综合表现与分析。

大题例1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算。
1、明确分析的目的和标准。 目的：计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的面积和房产价值。 道路拓宽改建的标准是：（1）道路从原有的20m拓宽至60m；（2）拓宽道路应尽量保持直线；（3）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。 涉及两类信息：一类是现状道路图；另一类是分析区域内建筑物分布图及相关的信息。

3、进行空间操作。 （1）选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。（2）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缓冲区内的建筑物信息。 4、进行统计分析。 （1）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，将其从选择组中去除，并对道路的拓宽边界进行局部调整。 （2）对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。 5、将分析结果以地图或表格的形式打印输出。
例2：辅助建筑项目选址
1、建立分析的目的和标准。 目的：确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂的可能建设位置。 工厂选址的标准包括：（1）地块建设用地面积小于10000平方米；（2）地块的地价不超过1万元/平方米；（3）地块周围不能有幼儿园、学校等公共设施，以免受到工厂生产的影响。 2、从数据库中提取用于选址的数据。 涉及两类信息：一类为全市所有地块信息的数据层；另一类为全市公共设施（包括幼儿园、学校等）的分布图。
3、进行特征提取和空间拓扑叠加。 从地块图中提取满足条件（1）、（2）的地块，并与公共设施层数据进行叠加。 4、进行邻域分析。 对叠加结果进行邻域分析和特征提取，去掉周围有幼儿园、学校等公共设施的地块，选择满足要求的地块。
5、将选择的地块及相关信息以地图和表格形式打印输出。