地理信息系统【笔记】

1、空间数据的表示方法？
矢量表达和栅格表达。

2、ArcGIS支持的矢量数据格式和栅格数据格式？
矢量数据格式：CAD文件、shape文件，Event事件数据表，Coverage文件，TINs 不规则三角网、Geodatabase地理数据库。

栅格数据格式：images、Grids、
3、空间分析内容？
空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生粗新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。

空间分析的内容包括：空间位置、空间分布、空间形态、空间距离、空间方位、空间拓扑、空间相似、空间相关。

空间位置：借助于空间坐标系来传递空间物体的个体定位信息。

（空间位置的描述与分析，地图投影与变换）
空间分布：反映了同类空间事物的群体定位信息，描述空间分布的参数和方法常用的有：分布中心、标准距离、分布密度、分布轴线、空间聚类、趋势面等。

空间形态：是空间物体的几何特征，一些特征易于被视觉感受，如：走向、连通性等；另一些特征必须用数值来描述，如面积、周场、坡度等。

空间物体的形态计算主要就物体的几何特征进行描述。

如线状地物的长度、弯曲程度、分数维等。

空间物体的形态表示主要指空间物体的数值表示。

如曲线与曲面的插值与拟合。

空间距离：反映空间物体之间几何上的接近程度。

有：
欧式距离：均质的度量空间中两点的直线距离。

球面距离：经过两点的大圆在这两点间的弧线长度。

最短距离：网络上两点的距离。

空间方位、拓扑：
方位关系：描述两个物体之间的位置关系的另一种度量，常以角度表示。

又称为方向关系、延伸关系。

拓扑关系：不考虑度量和方向的空间物体之间的结构关系，包括拓扑关联、邻接、包含关系。

空间相似及相关：
相似关系：一是指空间物体形态上的相似（大陆漂移学）；二是指结构上的相似（城市路网分为放射性、棋盘结构等）
相关关系：空间相关在地学上的应用非常多，如降水与地表径流、风力风向与沙丘等。

4、空间分析的步骤？
（1）确定为题并建立分析的目标和要满足的条件
（2）针对空间问题选择合适的分析工具
（3）准备空间操作中要用到的数据
（4）定制一个分析计划然后执行分析操作，采用工作流程图。

（5）显示并评价分析结果
5、按应用空间分析可分为那些类型？
（1）空间数据处理
（2）空间关系查询
（3）缓冲区分析
（4）叠加分析
（5）网络分析
（6）地形分析
（7）流域分析
综上各种方法：地理建模。

空间分析能力已经成为GIS区别于一般信息系统的主要功能特征，也是评价一个GIS的主要指标。

6、ArcGIS包含哪些空间分析模块？
（1）空间分析模块
（2）3D分析模块
（3）地统计分析模块
（4）网络分析模块
（5）跟踪分析模块
空间数据是指以地球表面空间位置为参考的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。

它是GIS所表达的现实世界经过模型抽象后的内容。

空间数据的表示：点、线、面、体。

空间数据的两种表示方法：栅格表达和矢量表达。

矢量数据模型将地理空间看成一个空间区域，地理要素存在于其间。

矢量数据模型是以坐标对来描述点、线、面三类地理实体。

点状要素用坐标表示其位置；线状要素用其中心轴线（或侧边线）上的抽样点坐标串表示其位置和形状；面状要素用范围轮廓线的抽样点坐标串表示其位置和范围。

矢量数据在矢量存储中表达拓扑关系。

空间分析类型分类：
根据数据类型划分：基于矢量数据的空间分析和基于栅格数据的空间分析。

根据数据性质不同划分：基于空间图形数据的分析运算、基于非空间属性的数据运算-地理统计、空间和非空间数据的联合运算。

1、矢量数据是以坐标点对来描述点、线、面三类地理实体。

2、点状要素用坐标表示其位置
现状要素用其中心轴线或侧边线上的抽样点坐标串表示其位置和形状。

面状要素用范围轮廓线的抽样点坐标串表示其位置和范围。

3、ArcGIS支持的6种矢量数据格式
Shape文件、Coverage文件、Geodatabase地理数据库、CAD文件、Envent事件数据表、TIN不规则三角网。

Coveage文件的属性信息和拓扑数据以INFO表存储，并通过其中的标识字段（关键字段）关联要素的几何数据与属性表。

4、ArcGIS支持的3种最常用的CAD文件格式：
5、空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术
6、轴线的凹凸性的判断：
把相邻两个线段看成两个矢量，其方向取坐标点序方向；若前一个矢量以最小角度扫向第二个矢量时呈逆时针方向，则为凸顶点，呈顺时针方向，则为凹顶点。

多边形方向：若多边形的边界为顺时针方向，则为正多边形，否则为负多边形。

缓冲区的外侧和内侧：位于轴线前进方向的左侧的缓冲区称为缓冲区的外侧。

反之称为内侧。

7、针对折线型实体缓冲区变换的两种几何算法：角平分线法和凸角圆弧法。

8、角平分线法、凸角圆弧法两种几何算法的区别：
9、三种缓冲区范围的建立方法：普通缓冲区、属性权值缓冲区、分级缓冲区
10、缓冲区左右边线自相交多边形自动判别方法：
11、Intersect与Clip的区别。

交集操作（Intersect）输出图层为保留原来两个输入图层的公共多边形。

数据裁剪（Clip）是将输入图层中与剪切要素（Clip Features）重叠的要素提取出来，并形成一个新的图层。

12、如何修改网络边要素的可运行性？
13、网络中边要素的流向可分为哪三类？
14、网络流向取决于以下三个方面：网络的连通性、网络中起点或终点要素的位置和网络要素的运行性。

15、如何设定流向？
16、旗标（flags）：定义为追踪的起点
障碍（barriers）：用于终止网络追踪分析
17、如何添加旗标和障碍？
18、网络中线状要素有两种权重参数：
（1）顺着线状要素的数化方向（From-to）的权重
（2）逆着线状要素数字化的方向（To-from）的权重
Ps：Shape文件只能包含单一的要素类
1、栅格单元、分类区、区域？
（1）栅格数据集由栅格单元组成，栅格中的所有单元都必须是同样大小的。

每
个单元或像元，是代表某个区域特定部分的方块；一个单元可以代表一平方公里、一平方米、甚至一平方厘米。

（2）分类区：栅格数据集中具有相同值的所有单元。

分类区可由连续、不连续或同时由两种单元组成。

（3）区域：分类区内的每组相连接单元为一个区域。

2、实验操作：了解栅格数据
3、设置分析环境：范围捕捉（Snap extent to）？分析掩膜（Analysis mask）？（1）范围捕捉选项能够调整指定范围左下角的坐标，捕捉到选中的栅格数据层上最邻近像元的角，确保了新的输出栅格和指定的捕捉图层的像元边界对齐。

范围捕捉不可用的情况：范围捕捉不能在像元大小设为最大或最小时使用，因为这两个选项中，坐标是未知的，范围捕捉需要一组已知的坐标来进行调整。

（2）设置分析掩膜，确定了分析范围内在操作过程中应该被分析和输出的范围。

分析掩膜可以是栅格图层或矢量图层。

创建栅格掩膜是将不感兴趣的像元设为NoData，从分析中排除区域。

如果栅格掩膜中的像元是NoData，相应的输出像元会被设为NoData。

掩膜中的非NoData像元对处理没有任何影响，可以是任何值。

栅格图层所有像元都被使用，不管是否被选中。

4、成本距离加权函数需要输入两个数据：源栅格数据和成本栅格数据；可生成两个相关输出：成本方向数据和成本分配数据。

5、成本距离加权数据也称为成本累计数据，记录每个栅格到距离最近、成本最低源的最少累加成本。

6、分配数据记录了每一单元隶属的最近源信息，单元值就是其最近源的值
7、泰森多边形：荷兰气候学家A.H.Thiessen提出了一种根据离散分布的气象站的降雨量来计算平均降雨量的方法。

将所有相邻气象站连成三角形，作三角形个边的垂直平分线，每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形。

用这个多边形内所包含的一个唯一气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，并称这个多边形为泰森多边形。

每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据。

泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近
位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。

8、根据内插原理不同，可分为两种密度计算方法：
落在搜寻区域内的点或线有：
（1）简单密度制图（Simple）：同样的权重
（2）核函数密度制图（Kernel）：不同的权重（从中心到边界为由1到0变化的数学函数）
在密度表面中，每个单元值等于用搜索到的要素数量除以搜索面积
搜索半径大小影响计算的结果，大的搜索半径得到较平滑的结果。

9、三种主要的栅格空间插值方法：
（1）反距离加权插值（IDW）：要求离散点均匀分布，并且密集程度足以满足在分析中反映局部表面变化。

（2）样条插值（Spline）：适用于逐渐变化的表面，如温度、高程、地下水位或污染浓度等表面。

（3）克里格插值（Kriging）
10、反距离权重插值——幂（Power）
11、反距离权重插值（IDW）——搜索半径
12、反距离权重插值（IDW）——阻断线
阻断线是指用来限制搜索输入样本点的多线段数据集，定义和控制表面的平滑度和连续性
13、
14、克里格插值和反距离权重插值的相异之处：
IDW权重取决于距预测位置的距离
Kriging取决于已知点的位置、距预测点的距离、预测点周围已知点值间的空间关系
15、半变异函数的参数——块金效应（Nugget）
定义：理论上，当间隔距离为0时，半变异函数的值为0，事实上，在一个无穷小的间隔距离上，观测值的方差并不趋近于0，这就叫块金效应或块金方差。

16、如何通过等值线的分布判读地表的变化情况？
（1）看等值线的稀疏程度。

等值线越密，表面值的变化越大；等值线越稀，表面值的变化越小。

（2）等高线的疏密区分平坦区和陡峭区
（3）等高线的聚合和发散，确定山脊和山谷。

17、坡度有哪两种表示方法？实际应用举例。

（1）degree of slope坡度度数：即水平面与地形之间的夹角。

（2）Percent of slope坡度百分比：即高程增量与水平增量之比的百分数。

（3）应用举例：根据坡度起伏变化，确定崩塌、泥石流区域或严重的土壤侵蚀区，作为灾害防治与水土保持工作的基础。

识别地面平坦地区，寻找援助紧急事件时，飞机着陆的地点。

设计滑雪娱乐场，并要求把它建在三个不同的坡度上，以考虑不同级别运动员的需要。

18、坡向的定义及表示方法？实际应用举例
（1）定义：坡向识别了从一个单元到邻近单元最陡的下坡方向，即坡向表征了该点高程值改变量的最大变化方向。

平坦的坡面没有方向，赋值为-1。

坡向值规定：正北方向为0度，顺时针方向计算，取值范围为0~360°。

（2）实际应用：寻找山体所有面向北方的坡面，帮助搜索宜于滑雪的最佳坡面。

寻找山区所有面向南方的坡面，识别积雪初融的位置，已确定易于被初融雪水破坏的居民区的位置。

19、山体阴影计算中涉及哪三个重要参数？是如何定义的？
（1）太阳方位角：正北方向为0度，顺时针方向度量，默认为315度为（人眼习惯）
（2）太阳高度角：太阳高度角为光线与水平面之间的夹角，符合人演的视觉习惯，通常默认为45°。

（3）表面灰度值：ArcGIS提取的光照面表面灰度值的范围为0~255.
21、ArcGIS提供四种邻域统计分析窗口，每种邻域窗口的参数设置：
矩形：需设置矩形的长和宽
圆形：需设置圆形的半径
环形：需设置环形的内半径和外半径
锲型：需输入起始角度、终止角度和半径。

23、对数据进行重分类的原因：
（1）新值替代：用一组新值替代原来的值
（2）旧值合并：将原值重新组合分类
（3）重新分类：以一种分类体系对原始值进行分类
（4）空值设置：把指定值设置空值或空值设置为指定值
坐标空间定义了栅格数据集中位置间的空间关系，坐标空间可以使真实世界坐标系统或图像空间，单元方位有坐标系统的X和Y轴决定，在地图坐标中，以（x，y）位置的方式访问单元，而不用行列位置。

地理配准：将一个栅格数据集的非真实世界坐标系统（图像空间）转变为真实世界坐标的过程
几何变换：校正栅格数据集、进行投影、从一个投影变换到另一个投影、改变单元的大小统称为几何变换。

离散数据：也叫类别数据，最常用于表示对象，这些对象通常属于：一个类别（如土壤类型），一个种类（如土地利用类型），一个组（如政治团体）。

有显著或可定义的边界，用相同值的单元集合来表示，常用整型数据表示。

用序列或类型表示离散数据最佳。

连续数据：也称为域、非离散或表面数据。

表达无边界的地理现象（降水量、高程、坡向），浮点型。

连续表面也包括地表上从源出发渐次改变的现象，如扩散的危险溢出物、核反应堆污染程度等。

用比率或间隔型数值表示连续数据最佳。

在确定栅格单元大小时，应考虑下列因素：
（1）输入数据的精度
（2）结果数据库的大小和磁盘容量
（3）期望的响应时间
（4）将进行的应用和分析
1、理论半变异图中，X轴表示距离（步长），Y轴表示平均半变异函数的值
2、距离相近的样对，位于X轴左侧；比距离远的样对具有更大的相关性，位于Y轴下方，较小的相异性或较低方差。

3、变异估计的主要目的：探索和量化空间相关性
4、步长分组（binning）：一定距离和方向范围内的样点对。

目的：减少样点对的数量
5、每个步长组的半变异值用颜色编号，称之为半变异表面
6、半变异值随着步长组离原点的距离的增加而增加
7、冷色(蓝色和绿色)表示的半变异值低；暖色（红色和黄色）表示的半变异值高
8、如何查找离群值：
直方图、半变异/协方差函数云识别、V oronoi maps（聚类、熵的方法）。