李建松,武汉大学 ---空间分析讲解
一种三维GIS与虚拟现实系统集成方法
文章编号:100723817(2010)022*******中图分类号:P208 文献标志码:B 一种三维GIS与虚拟现实系统集成方法崔秋玲 李建松 张 明(武汉大学遥感信息工程学院,武汉市珞喻路129号,430079)摘 要 分析了三维GIS与虚拟现实系统集成,提出了一种虚拟现实系统与三维GIS的集成方法,实现了两个系统之间的数据互操作。
关键词 三维地理信息系统;虚拟现实系统;系统集成;虚拟地理信息系统 地理信息系统GIS和虚拟现实VR的系统集成,是增强地理信息系统表现和丰富虚拟现实世界的最好方式[1],可为地物的三维可视化提供新的技术平台[2]。
虚拟GIS是GIS 和VR结合的产物,始于20世纪90年代。
系统集成的关键技术有GIS数据和VR数据的互操作,图形显示的速度和效率。
为了解决GIS和VR数据的共享,实现GIS和VR的优势互补,提出了将虚拟现实系统与三维GIS集成的方法,研究了系统之间数据互操作、三维数据显示速度和三维目标表达等问题。
1 系统集成实现方法虚拟GIS的发展,一是利用虚拟现实建模语言,VR 与GIS的耦合,二是侧重GIS,显示力求虚拟,而不强调仿真中的沉浸、进入等特性[3]。
将虚拟现实集成到三维GIS中,侧重虚拟现实在三维GIS领域的应用。
先建立虚拟现实的三维模型,把其集成到三维GIS中,进行三维GIS和虚拟现实之间的交互。
通过ArcEngine的二次开发,实现三维GIS与VR的集成,有效地解决了三维GIS和VR数据互操作和优势互补问题。
包括三维模型的创建、集成系统的开发。
实现机制包括数据处理、模型建立、三维模型和GIS数据互动。
1)数据格式转换方法。
建模软件用Multigen Creator,其是一个功能强大、交互的三维建模工具[4]。
原始地形数据为等高线,Creator专用的数字高程数据是DED格式,需要对原始数据进行处理。
首先,利用Arc GIS的3DAnalyst功能,把等高线生成TIN模型,再把TIN转化为Grid,即Arc/ Info Binary Grid文件。
空间解析几何
空 间
证
将直线 L1 化为参数方程
y z
2t t
2
5，
L1
L2
解 析 几 何
代入方程又Ls21解 得1,
t 1，故两直线相交于点(1,3,1)．
2,1，
s2
3,1,1，
故所求平面的 法向量 可取
i jk
n s1 s2 1
2
1 1,2, 5 ，
311
所求平面的方程为 x 2 y 5z 0.
几 何
(4 )若b,c 不是共线向量, a 是 b,c 平面上的一个
向量当且仅当存在 , 使得 a b c
杨建新
空间解析几何
1 已知 a,b,c 都是单位向量，且 a b c 0, 求 ab bc ca
解 由于 a b c 0, 于是 (a b c) (a b c) 0,
a
xb |2 xb
| a |2 | | a |)
2
1 |a
|
lim
x0
2xa
b
x
x2
|
b
|2
a b | b | cos(a ^ b) 1 |a|
杨建新
空间解析几何
6、设向量 p、q、r 两两垂直，且 | p | 1，| q | 2，
|r |
3，求向量
s
p
q
r
的模及
s
（1）向量 (2) 向量 a
a
的模为
| a |
的方向角的余弦为
x2 a
y2 z2 的方向余弦。
cos cos
x
,
x2 zy2 z2 .
x2 y2 z2
cos
y ,
x2 y2 z2
4D产品生产质量的检查内容及方法研究
4D产品构成了地理信息系统的基础数据框架，是其他信息空间载体，用户可依据自身的要求，选择适合自己的基础数据产品，研制各种专题地理信息系统。如在电力管理信息系统中引入适当的GIS系统，可以为电力管理提供行之有效的辅助决策方法；地理信息系统应用于地名数据库管理，提高人们对城市的监控能力；地理信息系统应用于房地产管理，将空间数据与大量的非空间数据（属性数据）结合起来，为维护主地产市场正常、高效运行发挥重要作用；地理信息系统应用于规划管理，提高办事效率，而且利用矢量数据（DLG）与栅格数据（DOM）相结合，使GIS的信息表达更加丰富，形象生动，而且为系统交通、管线、通信、银行、土地等部门。
1.1.4 数字栅格图
数字栅格地图（Digital Raster Graphic简称DRG)是纸制地形图的数字化产品。每幅图经扫描、纠正、图幅处理及数据压缩处理后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件。
图1-1数字正射影像DOM图1-2数字高程模型DEM
图1-3数字线划图DLG图1-4 数字栅格图DRG
DRG可作为背景用于数据参照或修测其他地理相关信息，用于数字线划地图（DLG）的数据采集、评价和更新，还可与数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）等数据信息集成使用，派生出新的可视信息，从而提取、更新地图数据，绘制纸质地图。
DOM具有精度高、信息丰富、直观真实等优点，可用作为背景控制信息，评价其他数据的精度、现实性和完整性；可从中撮自然资源和社会发展信息，为防止灾害和公共设施建设规划等提供可靠依据；还可从中提取和派生新的信息，实现地图的修测更新。在城市测绘领域，DOM被广泛应用于城市规划设计、交通规划设计、城市绿化覆盖率调查、城市建成区发展调查、风景名胜区规划、城市发展与生态环境调查与可持续发展研究等诸多方面，取得了显著的社会与经济效益。
李建松《地理信息系统原理》(第2版)(考研真题精选 名词解释)【圣才出品】
三、名词解释1．地理信息科学[西北大学2012年研]答：地理信息科学（Geographic Information Science）是信息时代的地理学，是地理学信息革命和范式演变的结果。
它是关于地理信息的本质特征与运动规律的一门科学，它研究的对象是地理信息，是地球信息科学的重要组成部分。
2．地理空间认知[电子科技大学2014年研]答：地理空间认知是研究人类如何认识自己赖以生存的地理环境（主要指地球的四大圈层：岩石圈、水圈、大气圈、生物圈），包括位置、分布、关系、变化和规律等，人类对地理空间的认知包括地理感知、表现再现、地理记忆和地理思维四个过程。
3．绝对空间与相对空间[武汉大学2014年研]答：绝对空间是具有属性描述的实体的空间位置的集合，它由一系列不同位置上的实体要素的空间坐标值组成。
相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，它由不同实体要素之间的空间关系构成。
4．地理空间数据[福州大学2014年研]答：地理空间数据是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征等诸多方面信息的数据，它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。
空间数据是一种用点、线、面以及实体等基本空间数据结构来表示人们赖以生存的自然世界的数据。
5．虚拟现实[武汉大学2010年研]答：虚拟现实，也称虚拟环境或人工现实，是一种由计算机生成的高级人机交互系统。
虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。
通过虚拟现实技术，可以构成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉、嗅觉的可感知环境，演练者通过专门的设备可在这个环境中实现观察、触摸、操作、检测等试验，有身临其境之感。
6．空间索引[电子科技大学2011年研]答：空间索引是指依据空间对象的位置和形状，或空间对象之间的某种空间关系，按一定的顺序排列的一种数据结构；其中包含空间对象的概要信息，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。
第七章空间数据的统计分析3本
地统计分析概述
地统计具有不同于传统统计的两个显著特点：
1）样本点的空间相关性。传统统计中不同样本点仅具
有随机性，样本点之间保持空间独立性。然而，地统计
中样本点不仅具有随机性，同时样本点之间具有空间相
关性。
2）一次性样本采集。传统统计分析同一空间位置处可
以多次采样数据。实际地统计分析中，源自本区域中每一11变异函数（区域化变量的定义和平稳性假设）
区域化变量即空间位置相关的随机变量。区域化变量为具有内 在空间结构的随机变量，它是随机场的简化。
随着抽象层次的提升或观察尺度的加大，一个复杂结构的空间 单元逐步简化为一个简单的空间位置点。
区域化变量理论重点研究区域化随机变量的各种空间结构和统 计性质，变异函数是描述区域化随机变量空间结构的有效数学 工具，克里金估计利用区域化变量结构性质进行估值应用。
图中的变异函数(h)具有三个参数{a, C0, C0+C}。 a称为变程，是变异函数达到基台值时的空间滞后h，反映了数
据空间自相关的最大距离。
C0称为块金值，是空间滞后为0时的变异函数值，为测量误差和 低于采样间距的随机变异的综合反映。
当空间滞后h超过变程a时，变异函数(h)在一个极限值()附近
实际应用中，测量误差总是无法避免，采样间距总是掩盖了 一些更小尺度的空间变异。
尽管带有块金值的变异函数模型失去了理想变异函数模型在 原点处的连续性，但是该模型合理地模拟了实际变异(测量误 差和小于采样间距尺度下的空间变异)，所以能更好地提高后 续克里金估计的精度。
18
变异函数的定义和非负定性条件
进一步表达式变换为：
19
变异函数的定义和非负定性条件
以上协方差函数和变异函数关系式更加清晰地表明，协方差 函数和变异函数为空间结构的对偶描述方式。
李建松,武汉大学 ---空间分析
§6-4 叠置分析
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
3）、多边形与多边形的叠置
（1）定义： 是指不同图幅或不同图层多边形要素之间的叠置，根据两 组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形（合成叠置） 或进行多边形范围内的属性特性的统计分析（统计叠置）。 合成叠置需要进行属性合并。方法可用加、减、乘、除，也可 取平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等。 统计叠置是确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的面 积等，即把其它图上的多边形的属性信息提取到本多边形中来。
2、建立线缓冲区，在线的两边按 一定的距离（缓冲距）绘平行线， 并在线的端点处绘半圆，连成缓 冲区多边形。 3、重叠处理：对缓冲区边界求交， 并判断每个交点是出点还是入点， 以决定交点之间的线段保留或删 除。这样就可得到岛状的缓冲区。Βιβλιοθήκη 第二节 矢量数据分析的基本方法
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
沿断面采集
资料来源于张超主编的《地理信 息系统教程》所配光盘
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第四节 DEM分析 2) 数据处理
资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
2、DEM 生成
1）人工网格法
在地形图上蒙上格网，逐格 读取中心点或交点的高程值。
第一节 栅格数据分析的基本模式
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
2、栅格叠置的作用 1） 类型叠置 即通过叠置获取新的类型。如土壤图与植被图叠置，以分 析土壤与植被的关系。 （2）数量统计 即计算某一区域内的类型和面积。如行政区划图和土壤类 型图叠图，可计算出某一行政区划中的土壤类型数，以及各种类型土壤 的面积。 （3） 动态分析 即通过对同一地区、相同属性、不同时间的栅格数据的 叠置，分析由时间引起的变化。 （4）益本分析 即通过对属性和空间的分析，计算成本、价值等。 （5）几何提取 即通过与所需提取的范围的叠置运算，快速地进行范围 内信息的提取
空间分析的基本方法
2 1
+
A B
地貌图 土壤图
2A 1A 1B 2 B
合成图
合成叠置
10
11 +
ac bd
12
行政图
e g
f
土壤图
类
面积
区 域型 数 a
b
10 5
11 3
统计表
统计叠置
空间叠置分析根据叠置对象图形特征的不同，分为点与多 边形的叠置、线与多边形的叠置、多边形与多边形的叠置三种 类型。
1. 点与多边形叠置 点与多边形的叠置是确定一图层上的点落在另一图层的哪个
重点：矢量数据分析方法，栅格数据分析方法、空间插值。 • 学习目标
难点：空间插值技术
空间分析 是综合分析空间数据的技术的通
称。空间分析有着十分丰富的内涵，它是构成地 理信息系统的核心部分之一，在整个地理数据的 应用中发挥着举足轻重的作用，也是GIS区别与 其它信息系统的一个显著标志。
分析技术:
空间图形数据的拓扑运算；
二、空间分析模型的特点
GIS中的应用空间分析模型大多数为数学模型，他们除了 具有数学模型的一般特征之外，还具有由GIS的性质和任务 所决定的一些特点。
（1）空间性：模型与空间位置、分布有密切关系； （2）动态性：模型描述的现象与时间有密切关系； （3）多元性：模型会涉及自然、经济、社会、技术等多
种因素； （4）复杂性：由于所处理问题的复杂性，模型常采用定
一、点、线和面状图之间的复合
通过点线和面状图的相互复合，寻求特征信息在空间上的 关联性。在这里强调的是复合图之间的关系，而不是强调生成
新的目标。如要了解居民点与污染区空间位置关系，就可以把 居民点图和污染分区图进行点与面的视觉复合。直觉上可以看 到各个居民点的污染轻重。
02-地理国情监测的内容与技术(李建松)
武汉大学遥感信息工程学院 报告人：李建松 2012年10月
主要内容
1 2 3 4 5 什么是地理国情监测 地理国情监测的内容 地理国情监测的技术 地理国情监测的案例 对策与建议
1
什么是地理国情监测
什么是国情？
国情是一个国家的社会性质、政治、经济、文化等方 面的基本情况和特点。
2
地理国情监测的内容
6、水文监测 《中华人民共和国水文条例》第二十条规定“水文机构应 当加强水资源的动态监测工作，发现被监测水体的水量、 水质等情况发生变化可能危及用水安全的，应当加强跟踪 监测和调查，及时将监测、调查情况和处理建议报所在地 人民政府及其水行政主管部门”。水利部负责全国水文水 资源动态监测工作，已经建立覆盖5000多条中小河流、 2058个县水文监测站的动态监测预警体系。
1
什么是地理国情监测
什么是监测？ 监测就是对关注的对象进行监视和测量。 什么是地理国情监测？
地理国情监测是综合利用全球导航卫星系统、航空航天遥感、地理 信息系统等现代测绘技术和地理、人文、社会经济科学调查技术， 综合各时期档案和调查成果，对地形、水系、湿地、冰川、沙漠、 地表形态、地表覆盖、道路、城镇等要素进行动态化、定量化、空 间化的持续监测，并统计分析其变化量、变化频率、分布特征、地 域差异、变化趋势等，形成反映各类资源、环境、生态、经济要素 的空间分布及其发展变化规律的监测数据、地图图形和研究报告 等，从地理空间的角度客观、综合展示国情国力。
2
地理国情监测的内容
7、海洋监测 《中华人民共和国海洋环境保护法》第五条规定“国家海 洋行政主管部门负责海洋环境的监督管理，组织海洋环 境的调查、监测、监视、评价和科学研究”。国家海洋局 按照国家制定的环境监测、监视信息管理制度，负责管 理海洋综合信息系统，为海洋环境保护监督管理提供服 务。国家海洋局直属四个海洋分局、全国100多个海洋科 学与工程单位从事海洋综合调查、全国海岸带和海涂资 源综合调查工作。
李建松《GIS原理》复习二
李建松《GIS原理》复习题2009第一部分地理信息系统的科学和技术基础第一章地理信息系统的科学基础名词：地球系统科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信息科学第三章地理信息系统概述简答：地理信息系统的定义、特征、构成、发展简史第四章地理信息系统的技术基础填空和判断：数据采集输出、GIS软件的发展第二部分地理空间数据组织与管理第五章地理空间信息基础简答：矢量数据、栅格数据、TIN的结构和特点名词：元数据第六章地理空间数据模型简答：空间索引的类型和用途填空和判断：空间数据的基本特征和描述内容第七章地理空间数据结构计算：无拓扑矢量数据结构、拓扑数据结构、栅格数据Morton码、TIN数据结构第八章地理空间数据库填空简答：间数据库管理系统的管理模式1、空间数据的基本特征是、、2、矢量数据最基本的拓扑关系是关联和邻接，解释关联和邻接的含义3、在网络分析方面矢量数据比栅格数据（方便、不方便）4、在叠置分析方面矢量数据比栅格数据（方便、不方便）5、缓冲区分析用什么数据结构比较方便？6、投影变换时，矢量数据比栅格数据（简单、复杂）7、GIS中有几何数据、属性数据和拓扑数据，哪些适合用数据库表示？哪些适合用数据文件表示？第三部分地理空间数据的获取与处理第九章地理空间数据获取填空和判断：数据源的种类、数据采集的方法第十章空间数据的编辑填空简答：图形数据的编辑、图形数据的几何纠正第十一章空间数据的处理方法填空简答：空间数据的拓扑关系自动生成、空间数据的压缩编码方法、矢量数据和栅格数据的转换计算：栅格数据压缩编码方法第十二章地理空间数据的质量填空简答：GIS数据质量的内容、空间数据的不确定性数字测绘和GIS的数据采集有什么区别？1、用SuperMap对栅格数据矢量化时，什么情况下选用非地球坐标系？2、空间数据的不确定性包含了哪些方面？分别举例说明几何数据和属性数据的不确定性3、如何发现进入GIS中的数据错误4、判断点和多边形的关系有和两种方法A 垂线法B 面积法C 内插法D弧长法E转角法5、仿射变换和相似变换公式的差别，各需要几个已知点？6、X=A0+A1x-B1y Y=B0+B1x+A1y 是变换X=A0+A1x+A2y Y=B0+B1x+B2y 是变换A 拓扑B投影 C 仿射 D 相似7、如何求解以上二式中的A0、A1、A2、B0、B1、B2第四部分空间分析基本原理和方法第十五章空间分析方法填空简答：矢量和栅格数据的叠置分析、缓冲区分析1、举例说明几何图形到属性、属性到图形的双向查询2、空间关系查询包含哪些内容？3、解释：属性数据的离散特征数和集中特征数4、DEM分析有哪几种主要用途？5、空间对象的关系有、、、、五种6、点、线、面之间各有什么关系？如何判断点和线之间的关系？第五部分地理信息系统产品输出及可视化第十六章地理信息系统产品输出填空和判断：地理信息系统产品的输出系统的硬件、地理信息系统产品的类型第十七章空间信息可视化技术方法简答：可视化的技术方法、GIS制作专题地图的类型和方法1、举例说明如何将空间查询、统计和分析的结果可视化表示2、VR有哪几种主要类型和功能？3、简述电子地图和GIS的关系和差别第六部分地理信息系统工程设计与标准化第十八章地理信息系统工程设计简答：GIS工程的系统分析、系统设计、实施、运行和维护的内容第十九章地理信息系统的标准化1、GIS开发的四个阶段为、、、2、快速原型法和结构化生命周期法的主要区别是什么？3、GIS的发展瓶颈是什么？改进途径有哪些？4、在众多的GIS的应用领域中，列举出六个领域。
李建松《地理信息系统原理》课后习题(地理信息系统概论)【圣才出品】
第3章地理信息系统概论1．什么是地理信息系统？它与地图数据库有什么异同？与地理信息的关系是什么？答：（1）地理信息系统的定义地理信息系统是指在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、计算、分析、显示和描述的空间信息系统。
（2）地理信息系统与地图数据库的异同①相同点两者均可对地理数据进行存储和管理。
②不同点：a．地理信息系统是一个对有关地理分布数据进行采集、存储、管理、计算、分析、显示和描述的技术系统，侧重于对地理数据进行分析和应用，在地理信息的基础上对真实世界进行数量化处理分析，以解决实际应用问题；b．地图数据库是一类基础地理空间数据库，通过对数据的调度、更新、维护、并发控制、安全、恢复等提供服务，侧重于地理数据的日常维护和管理，是地理信息系统的下游产品，其更新依赖于地理信息系统。
（3）地理信息系统与地理信息的关系①地理信息是有关地理实体和地理现象的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，是与地球表面空间位置数据相关联的信息，是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理数据的解释。
②地理信息系统在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、计算、分析、显示和描述的技术系统，属于决策支持系统类型。
③地理信息系统是一种特定的、十分重要的空间型信息系统，通过运用地理信息系统对地理数据展开分析，从而能够得到有助于提高人们地理认识的地理信息，揭示相关的客观规律。
2．地理信息系统由哪些部分组成？它与其它信息系统的主要区别有哪些？答：（1）地理信息系统组成部分如下：①硬件系统计算机硬件系统是计算机系统中的实际物理装置的总称。
②软件系统GIS的软件系统构成了GIS的核心，关系到GIS的功能，是由一组程序集按层次结构组成和运行的。
③地理空间数据（地理空间数据库）数据是GIS的操作对象，包括空间数据和属性数据，地理空间数据库是地理数据组织的直接结果，并提供数据管理系统进行管理。
李建松《地理信息系统原理》章节题库(地理信息系统产品输出)【圣才出品】
第16章地理信息系统产品输出一、名词解释。
1．专题地图。
答：专题地图是突出表示一种或数种自然现象或社会经济现象的地图，按内容性质分类可分为自然地图、社会经济（人文地图）和其他专题地图三种类型。
在专题地图中，各种制图对象的基本形状是由点、线、面及其过渡形态组成的，并以此反映现象的分布特点、现象的变化时刻、质量和数量的特征及综合特征。
2．自然地图。
答：自然地图是反映自然环境各要素或现象的空间分布规律、区域差异及其相互关系的地图。
3．影像地图。
答：影像地图以航空和航天遥感影像为基础，经几何纠正，配合以线划和少量注记，将制图对象综合表示在图面上的地图。
4．电子地图。
答：电子地图是当纸质地图经过计算机图形图像系统光——电转换量化为点阵数字图像，经图像处理和曲线矢量化，或者直接进行手扶跟踪数字化后，生成可以为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件，这种与纸地图相对应的计算机数据文件称为矢量化电子地图。
5．虚拟地理环境。
答：虚拟地理环境简称VGE，是基于地学分析模型、地学工程等的虚拟现实，它是地学工作者根据观测实验、理论假设等建立起来的表达和描述地理系统的空间分布以及过程现象的虚拟信息地理世界，一个关于地理系统的虚拟实验室，它允许地学工作者按照个人的知识、假设和意愿去设计修改地学空间关系模型、地学分析模型、地学工程模型等，并直接观测交互后的结果，通过多次的循环反馈，最后获取地学规律。
6．等值线。
答：等值线是指在地图上通过表示一种现象的数量指标的一些等值点的曲线。
等值线法宜用于表示地面上连续分布而逐渐变化的现象，并说明这种现象在地图上任一点的数值或强度。
7．计算机地图制图。
答：计算机地图制图是指以计算机硬件设备为基础，在相应软件系统的支持下，以数字格式对地图制图要素与现象数据进行采集、处理与管理，按照地图制作的规范进行符号化、图版制作与输出，并提供地图自动分析的全过程。
二、简答题。
李建松《地理信息系统原理》第2版笔记和课后习题(含考研真题)详解-第一章至第二章【圣才出品】
第1章绪论1.1复习笔记一、地理信息系统的概念1．地理信息系统的相关定义（1）地理信息系统地理信息系统是对地理空间实体和地理现象的特征要素进行获取、处理、表达、管理、分析、显示和应用的计算机空间或时空信息系统。
（2）地理空间实体地理空间实体是指具有地理空间参考位置的地理实体特征要素。
具有相对固定的空间位置和空间相关关系、相对不变的属性变化、离散属性取值或连续属性取值的特性。
就属性取值而言，地理实体特征要素可以分为离散特征要素和连续特征要素两类。
（3）地理现象地理现象是指发生在地理空间中的地理事件特征要素，具有空间位置、空间关系和属性随时间变化的特性。
（4）空间对象空间对象是地理空间实体和地理现象在空间或时空信息系统中的数字化表达形式，具有随着表达尺度而变化的特性。
（5）离散对象离散对象是采用离散对象方式进行表达的空间对象，每个对象对应于现实世界的一个实体对象元素，具有独立的实体意义。
离散对象在空间或时空信息系统中一般采用点、线、面和体等几何要素表达。
根据表达的尺度不同，离散对象对应的几何元素会发生变化。
（6）连续对象连续对象（或称为空间场）是采用连续对象方式进行表达的空间对象，每个对象对应于一定取值范围的值域。
连续对象在空间或时空信息系统中一般采用栅格要素进行表达。
根据表达的尺度不同，表达的精度会随栅格要素的尺寸大小变化。
（7）地理数据地理数据是根据特定的空间数据模型或时空数据模型，对地理空间对象进行概念定义、关系描述、规则描述或时态描述的数据逻辑模型，按照数据结构，生成的地理空间数据文件。
（8）地理数据集地理数据集是地理信息在GIS中的数据表达形式，是GIS应用时的一组数据文件，如拓扑关系文件、索引文件等，这些文件之间也需要进行必要的概念、关系和规则定义。
（9）显示显示是对地理空间数据的可视化处理，以帮助人们更好地理解其含义。
（10）应用应用指的是地理信息如何服务于人们的需要。
只有将地理信息适当应用于人们的认识行为、决策行为和管理行为，才能满足人们对客观现实世界的认识、实践、再认识、再实践的循环过程，这正是人们建立GIS的根本目的所在。
弹性力学第八章 空间问题的解答
问题描述：
F
半空间体，体力不计，在水平面上受法
向集中力 F ，建立如图所示坐标系。
0
z
R
•
z 图：8－3
因为要用到位移势函数，不讲了，具体的推导过程见《弹性力学》 第三版，许芝伦。
弹性力学简明教程
NORTHEASTERN UNIVERSITY
§8－4 按应力求解空间问题
z
xy z
yz x
xz y
2
2 z xy
（8－11）
弹性力学简明教程
NORTHEASTERN UNIVERSITY
§8－4 按应力求解空间问题
将物理方程（7－12）带入相容方程（8－10）和（8－11）
1
2 y z2
2 z y2
2
z2
2 y2
2 1
2
yz
yz
（c）
A zy
dxdy
z0
Afydxdy0
（d）
A
yzx xzy
dxdy
z0
A yfx xfy dxdyM （e）
（c），（d），（e）在任意横截面上都满足。
把（8－15）代入（c）
AzxdxdyAydxdy dxydysBAdx0
弹性力学简明教程
NORTHEASTERN UNIVERSITY
fz z
1 2 y
2 y2
1 1
2
fy
y
fz z
fx x
1
2 z
2 z2
1 1
2
fz
z
fx x
fy
y
1
2
yz
李建松《地理信息系统原理》(第2版)(章节题库 地理空间数据模型建模)【圣才出品】
第4章地理空间数据模型建模一、名词解释1．数据模型答：数据模型是描述数据库的概念集合，包括精确描述数据、数据关系、数据语义及完整性约束条件等概念。
根据GIS中存在的数据类型，空间数据模型也分为矢量数据模型、栅格数据模型和数字高程模型三个主要类型。
它是对现实世界进行认知、简化和抽象表达，并将抽象结果组织成有用、能反映世界真实状况数据集的桥梁。
2．对象模型答：对象模型也称要素模型，是将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中的模型。
按其空间特征分点、线、面、体四种基本对象，每个对象对应一组相关属性。
对象也可能由其他分离的对象保持特定关系，如点、线、面、体的拓扑关系。
将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中。
3．场模型答：场模型也称域模型，是把地理现象作为连续变量或体来看待，如大气污染度、地表温度、土壤湿度和地形地貌等。
根据应用的不同，场可以表现为二维或三维。
一个二维场是在二维空间中任何已知的地点上，都有一个表现这一现象的值；而一个三维场是在三维空间中对于任何位置来说都有一个值。
一些现象，诸如空气污染物在空间中本质上讲是三维的，但是许多情况下可以由一个二维场来表示。
4．GIS空间数据模型答：空间数据模型是关于现实世界空间实体及其相互联系的抽象和表达，以便计算机能够进行数据的管理和分析。
空间数据模型是整个GIS理论中最为核心的内容。
GIS空间数据模型由三个有机联系的层次组成：概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型。
二、简答题1．请简述数据模型和数据结构的区别。
答：（1）数据模型：地理空间数据模型是人们对客观现实世界抽象表达的重要方式，处于对地理实体或现象抽象表达层次模式的中间层。
它是由现实世界到计算机世界的必经之路，是定义空间数据结构、建立空间数据库的重要依据。
（2）数据结构：数据结构是数据模型在特定的数据库中，经数据库的定义语言和数据描述语言精确描述的存储模型。
GIS空间分析的数据模型
基态修正模型
基态修正模型按事先设定的时间间隔进行采样，它 只存储某个时间数据状态(基态)和相对于基态的变 化量。
33
时空立方体模型( Space-time Cube)
由空间两个维度和一个时间维组成，描述了二维 空间沿着第三个时间维演变的过程。任何一个空 间实体的演变历史都是空间-时间立方体中的一 个实体。
➢ 拐点(Turn)：从一个链到另一个链的过渡。拐点在 网络模型中不用于模拟现实世界中的实体，而是 代表链与链之间的过渡关系。
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常用的网络模型：
网络跟踪(Trace)
➢用于研究网络中资源和信息的流向； ➢在水文应用中，网络跟踪可用于： • 计算河流中水流的体积， • 跟踪污染物从污染源开始，沿溪流向下游扩散的
28
3.7 时空数据模型
➢ 静态GIS（SGIS）：
传统的地理信息系统应用只涉及地理信息的 两个方面：空间维度和属性维度。
➢时态GIS （TGIS）:
能够同时处理时间维度。 解决历史数据的丢失问题。 实现数据的历史状态重建、时空变化跟踪、
发展势态的预测等功能。
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数据的时间维度：
➢结构化数据：如一个测站历史数据的积累，可以 通过在属性数据表记录中简单地增加一个时间戳 (Time Stamp)实现管理；
➢ 结点(Node)：链的终止点。 链总是在结点处相交。结点可以用来表示道路 网络中道路交叉点、河网中的河流交汇点等。
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➢ 站点(Stops)：在某个流路上经过的位置。代表现 实世界中邮路系统中的邮件接收点、或高速公路 网中经过的城市等。
➢ 中心(Center)：网络中的一些离散位置，可以提供 资源。如现实世界中的资源分发中心、购物中心、 学校、机场等。其状态属性包括资源容量，如总 的资源量；阻力限额，如中心与链之间的最大距 离或时间限制。
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c．在计算时，可能仅知道某个位置的值，对其进行处理； d．这些处理都是基于栅格单元一个一个被独立处理的，需要计算每个单元的值； e．一些算子和函数允许重新定义邻域的大小。 （2）运算符和函数 ①局部函数 处理单个栅格单元位置的值，输出生成一个新的栅格数据层，每个栅格单元的值是与这 个位置相关的一个或多个其他栅格数据层数值的函数。局部运算函数有 4 种类型： a．数学函数运算； b．分类函数； c．选择函数； d．统计函数。 ②焦函数或邻域函数 处理邻域内栅格单元的值，根据近邻的栅格大圆计算输出值。 ③分区函数 处理分区内栅格单元的值，是基于邻域的思想的。 ④块函数 处理移动窗口内的单元值。 ⑤全局函数 处理栅格数据集的所有栅格单元的值。 ⑥执行一个特定的应用分析 如水文分析函数等。 （3）栅格单元分析的几个问题
图 7-1 水平和垂直成本距离计算
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图 7-2 对角线成本距离计算 5．栅格数据的提取方法 （1）通过属性提取：根据设置的属性值，提取大于、小于或等于该值的栅格单元。 （2）通过形状提取：根据设定的图形形状，提取位于图形内的栅格单元。 （3）通过掩膜栅格数据提取：以掩膜栅格单元的值与源栅格数据的值做逻辑运算，真 值提取出来，将原值赋给该栅格；非真的其他栅格赋给无值。 6．栅格数据的概括分析 栅格数据的概括分析的目的是清理栅格数据中小的错误，或对数据进行综合，去掉小的 不必要的细节，获得概括的数据。 7．水文分析 （1）汇流盆地的概念 汇流盆地是水流和其他物质共同出口的一个区域。
（2）问题分解
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通过将问题分解为一系列的目标，发现为实现分析目的需要的一系列必要的处理步骤。
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第6章地理空间数据获取与处理一、名词解释1．扫描答：扫描是将模拟地图转换成栅格格式扫描文件的数字化方法，通过跟踪描绘可将扫描文件转换成矢量格式。
2．数字线划图答：数字线划图（DLG）是USGS标准图幅的点、线和面要素的数字化表示，包括等高线、点高程、水系、边界、交通和美国公有土地调查系统，是现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集。
DLG既包括空间信息也包括属性信息，可用于建设规划、资源管理、投资环境分析等各个方面，以及可作为人口、资源、环境、交通、治安等各专业信息系统的空间定位基础。
3．仿射变换答：仿射变换是对坐标数据在x和y方向上进行不同比例的缩放，同时进行扭曲、旋转和平移的一种几何纠正方法。
仿射变换常用在地理配准中的图形纠正部分，即在选好变换标准图后，于待纠正的图形和标准图上采集同名地物点，通过仿射变换方法来使地图坐标点和地图拼接准确。
4．GIS的数据质量答：GIS的数据质量是指GIS中空间数据（几何数据和属性数据）在表达空间位置、属性和时间特征时所能达到的准确性、一致性、完整性以及三者统一的程度的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。
误差是指数据与真值的偏离。
二、简答题1．请简述地理信息系统的数据来源及数据采集的主要方法。
答：（1）地理信息系统的数据来源①各类地图数据地图数据是GIS的主要数据源，因为地图包含着丰富的内容，不仅含有实体的类别和属性，而且含有实体间的空间关系。
地图数据主要通过对地图的跟踪数字化和扫描数字化获取。
②航空航天遥感影像数据遥感影像数据是GIS的重要数据源，遥感数据是一种大面积的、动态的、近实时的数据源，它常常被用于提取线划数据、生成数字正射影像图（DOM）、生成数字高程模型（DEM）数据。
③文本资料数据文本资料是指各行业、各部门的有关法律文档、行业规范、技术标准、条文条例等，如边界条约，这些也是GIS的数据源。
④统计资料国家和军队的许多部门和机构都拥有不同领域（如人口、基础设施建设等）的大量统计资料，这些都可以作为GIS的数据源，尤其是GIS属性数据的重要来源。
李建松《地理信息系统原理》第2版笔记和课后习题含考研真题详解(地理信息系统基础理论)【圣才出品】
李建松《地理信息系统原理》第2版笔记和课后习题含考研真题详解第2章地理信息系统基础理论2.1复习笔记一、地理信息科学的提出与发展1．地理信息科学的提出（1）地理学的三个发展阶段①第一阶段以地理学定量分析为特点；②第二阶段以图形学为特点，注重数量的空间关系，进一步由大地测量、遥感、摄影测量、GPS的融入，发展到Geomatics；③第三阶段开始引入GIS，借助GIS来研究地理问题，产生“地理信息科学”的概念。
（2）提出地理信息科学基于的三种观点①地理信息科学是信息社会的地理学思想，强调使用计算机完成地理数值模拟和地学符号推理，辅助人类完成地理空间决策。
地理科学是研究地理信息的出发点，也是地理信息研究的归宿。
②地理信息科学是面向地理空间数据处理的信息科学分支，从信息科学概念出发，地理信息科学的定义为地理信息的收集、加工、存储、传输和利用的科学。
③地理信息是人类对地理空间的认知，地理信息科学是人们直接或间接地（借助计算机等）认识地理空间后形成的知识体系。
（3）地理信息系统与地理学的关系①地理学是理解世界的基础科学，GIS使得地理科学应用到现实世界中。
②地理学与GIS密不可分，两者形成完美结合。
地理学的进一步研究需要GIS的支持，GIS软件的开发需要对地理问题的深入认识。
③地理信息的虚拟分析与研究得以发展。
地理学家可通过所建立的虚拟境界，亲自感受和认知复杂的空间关系和物理关系，深化对其内部关系和机理的认识。
④数值模拟和定量化研究不断加强。
RS、GIS、GPS等研究手段，和分形学、混沌学、神经网络等研究方法论的发展，使人们对地理系统的认识更加深刻。
2．地理信息科学的发展（1）地球系统理论的发展地球系统的理论基础有3个，共同形成地理信息流的过程。
①地球系统的非均衡性理论，是地球系统信息流形成的基础；②地球系统的耗散结构理论，是地球系统的热力形成的基础；③地球系统的引力场理论，是地球系统的动力形成的基础。
（2）地理信息科学的孕育和发展地理信息科学的形成和发展受到以下4个因素的影响：①客观实践的需求促进了地理信息科学的形成和发展a．系统论在系统中，运用系统理论和方法，揭示各种地理要素的耦合关系，及各种物质、能量和信息之间的传递模式和过程，成为我们探索一切现象或过程的特征和规律的重要依据。
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第十五章 空间分析方法
Hale Waihona Puke 理信息空间分析通过对矢量数据、栅格数据等的
系 统
空间运算，回答人们特定的问题。对栅格数据
分析来讲，一般存在比较固定的模式，但对矢 量数据来讲，一般不存在固定的模式。
原
理
GIS
地 理
第一节 栅格数据分析的基本模式
信
息
栅格数据分析常见的模式主要有聚类分析、
系 聚合分析、复合分析、追踪分析和窗口分析等。
点的缓冲区 线的缓冲区 以线状地物为例：
面的缓冲
1、线的重采样，对线进行化简， 以加快缓冲区建立的速度。----线 的矢量数据压缩算法。
2、建立线缓冲区，在线的两边按 一定的距离（缓冲距）绘平行线， 并在线的端点处绘半圆，连成缓 冲区多边形。
3、重叠处理：对缓冲区边界求交， 并判断每个交点是出点还是入点， 以决定交点之间的线段保留或删 除。这样就可得到岛状的缓冲区。
理
信 二、聚合分析
息 根据空间分辨率和分类表，进行数据类型的合并或
系 统
转换，以实现空间地域的兼并。这类分析主要用于 对数据进行重新归类，将面积较小的地块划归到临 近较大地块的类别中，具有数据综合的作用 。
原
理
GIS
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第一节 栅格数据分析的基本模式
三、栅格数据的信息复合分析 1、 概念 分为视觉信息复合、叠加分类。视觉信息复合，将不同专题内容进行叠加显 示。叠加分类，叠加产生新的数据图层（空间地域重新划分，属性重新赋 值）。 叠置分析是指将不同图幅或不同 数据层的栅格数据叠置在一起， 在叠置地图的相应位置上产生新 的属性的分析方法。新属性值的 计算可表示为： U＝f(A,B,C,……)
1、内容 1）点与多边形的叠置 点层与面层的叠置 核心算法为判断点是否在多边形内。 2
线与多边形的叠置是把一幅图(或一个数据层)中的多边形 的特征加到另一幅图(或另 一个数据层) 线与多边形叠置的算法就是线的多边形裁剪。
3
§6-4 叠置分析
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
3）、多边形与多边形的叠置
§6-5 缓冲区分析
多个实体的缓冲 区，各实体缓冲 区的并，半径可 以不同
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第二节 矢量数据分析的基本方法
三、多边形叠置分析 多边形叠置分析是将同一地区的两组或两组以上的要素进行叠置，产生 新的特征的分析方法。叠置的直观概念就是将两幅或多幅地图重迭在一 起，产生新多边形和新多边形范围内的属性。
（2）应用：寻求和确定同时具有几种属性的分布区域。 例如，土壤类型图（1，2）与城市功能分区图（a,b）叠置， 可得出土壤与分区合成图，也可得出新属性统计表（属性 面 积
（1）定义： 是指不同图幅或不同图层多边形要素之间的叠置，根据两
组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形（合成叠置） 或进行多边形范围内的属性特性的统计分析（统计叠置）。 合成叠置需要进行属性合并。方法可用加、减、乘、除，也可 取平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等。 统计叠置是确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的面 积等，即把其它图上的多边形的属性信息提取到本多边形中来。
统
原
理
GIS
地 第一节 栅格数据分析的基本模式
理 信 一、聚类分析 息 根据设定的聚类条件，对原有数据系统进行有选择的 系 信息提取而建立新的栅格数据系统的方法 统 原 理
GIS
这种分析方法经常用于对数据进行分类合并，对遥感影 象等的解译结果进行整理，消除同类地物之间的边界等 作用。
地 第一节 栅格数据分析的基本模式
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第二节 矢量数据分析的基本方法
与栅格数据分析相比，矢量数据分析一般不存在模式化的分析处理方 法，表现为处理方法的多样性和复杂性。 1、拓扑叠加，通过将同一地区两个不同图层的特征相叠加，不仅建立 新的空间特征，而且能将输入的特征属性予以合并，易于进行多条件的 查询检索、地图裁剪、地图更新和应用模型分析等。 2、缓冲区建立，它是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立各种 类型要素的缓冲多边形，用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性。 它是GIS重要的和基本的空间分析功能之一。例如规划建设一个开发区， 需要通知一定范围内的居民动迁；在林业规划中，需要按照距河流一定 纵深范围来确定森林砍伐区，以防止水土流失等等。 3、数字地形分析：GIS提供了构造数字高程模型及有关地形分析的功能 模块，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷线、山脊线、日照强度、库 容量、表面积、立体图、剖面图和通视分析等，为地学研究、工程设计 和辅助决策提供重要的基础性数据。 4、空间集合分析：空间集合分析是按照两个逻辑子集给定的条件进行布 尔逻辑运算。
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第二节 矢量数据分析的基本方法
一、包含分析 判断某个地理元素、实体是否位于另一地理实体范围之内。是一种简单 的空间分析。 二、矢量数据的缓冲区分析 1、 缓冲区的概念 :是指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽 度的多边形。
作用： 缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一，一般应用于求地 理实体的影响范围，即邻近度问题。
2、例子：1） 如道路噪声影响范围就是沿道路建一定宽度的缓冲区， 车流量决定缓冲区半径。2）如某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆 炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析等。3）禽流感疫情爆发影 响的范围；4）
第六章 空间查询与空间分析
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
3、基于矢量数据的缓冲区的建立
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第一节 栅格数据分析的基本模式
2、栅格叠置的作用 1） 类型叠置 即通过叠置获取新的类型。如土壤图与植被图叠置，以分 析土壤与植被的关系。 （2）数量统计 即计算某一区域内的类型和面积。如行政区划图和土壤类 型图叠图，可计算出某一行政区划中的土壤类型数，以及各种类型土壤 的面积。 （3） 动态分析 即通过对同一地区、相同属性、不同时间的栅格数据的 叠置，分析由时间引起的变化。 （4）益本分析 即通过对属性和空间的分析，计算成本、价值等。 （5）几何提取 即通过与所需提取的范围的叠置运算，快速地进行范围 内信息的提取