GIS原理与应用总结

一、名词解释
1．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。

2．信息：是现实世界在人们头脑中的反映。

它以文字、数据、符号、声音、图象等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。

3．地理信息系统：是由硬件、软件和方法组成的，能支持地理空间数据的采集、储存、管理、操作、分析、建模和显示的计算机综合应用技术系统，可描述整个或部分地球表面及其实体空间地理分布，用以解决复杂的规划和管理问题的特定空间信息系统。

4．地理数据：是直接或间接关联着相对于地球的某个地点的数据，是表示地理位置、分布特点的自然现象和社会现象的诸要素文件。

包括自然地理数据和社会经济数据。

5．地理实体（空间实体）：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。

6．地理空间：指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续，具体包括地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。

7．拓扑关系：指图形保持连续状态下形变，但图形关系不变的性质。

8．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。

9．空间信息：是反映地理实体空间分布特征的信息。

10．矢量数据：是用点，线，面及其X，Y坐标来构建点，线，面等具体空间要素的数据模型。

11．矢量数据结构：是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式）。

12．栅格数据结构：指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。

13．空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总合。

类型：层次、网状、关系数据模型
14．空间数据库管理系统：是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义；提供必须的空间数据查询、检索和存取功能；能够空间数据进行有效的维护和更新的一套软件系统。

15．数据模型：是描述实体及其相互关系的数学描述，是空间数据库建立的逻辑模型。

16．矢栅一体化：将矢量面对目标的方法和栅格元子充填的方法结合起来，具体采用填满线状目标路径和充填面状目标空间的方法作为一体化数据结构的基础。

17．GIS的数据质量：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。

误差是指数据与真值的偏离。

18．空间元数据：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、条件和其他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。

19．空间分析：是基于空间数据的分析技术，它以地学原理为依托，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、空间形成、空间演变等信息。

它的根本目的在于通过对空间数据的深加工或分析，获取新的信息。

20．空间缓冲区分析：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，以便为某项分析或决策提供依据。

空间缓冲区的三大要素，即主体、邻近对象和作用条件。

21．空间叠置分析：是将同一地区的两组或两组以上的要素（地图）进行叠置，产生新的特征（新的空间图形或空间位置上的新属性的过程）的分析方法。

22．空间统计分析：主要基于空间数据进行空间和非空间数据的分类、统计、分析和综合评价。

空间统计分析的方法很多，除一般的统计图表分析之外，还有多变量统计分析，空间分类分析以及层次分析等。

23．网络分析：是依据网络的拓扑关系（线性实体与结点之间、结点与结点之间的连接、联通关系），通过考察网络元素的空间及属性数据，以数学理论模型为基础，对网络的性能特性进行多方面的一种分析计算。

有——路径分析；联通分析；资源分配；流分析。

24．DEM数字高程模型（Digital Elevation Models）：是国家基础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学表达为：z = f（x，y）。

25．DTM数字地形模型（Digital Terrain Models）：当z为其他二维表面上连续变化的地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM。

二、填空
1.地理信息属于空间信息，它的特征有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。

2.在自然资源管理和土地规划任务的基础上，诞生了世界上第一个地理信息系统——加拿大地理信息系统（CGIS）。

3.空间数据的三种特性有：空间特征、属性特征、时间特征。

4.地理实体基本特征：空间特征、属性特征、时间特征。

5.GIS区别于其他信息系统两个最本质的特点是：综合一体化管理属性数据和空间分析能力。

6.GIS的基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据库、应用模型、用户界面。

7.空间数据的拓扑关系包括：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。

8.面域栅格数据的压缩方法：游程编码法；四叉树编码压缩法。

9.空间数据类型：几何数据、关系数据、属性数据、元数据。

10.空间数据类型据表示对像不同分——类型数据、面域数据、网络数据、样本数据、曲面数据、文本数据、符号数据。

11.数据变换实质：几何纠正和投影转换
12.空间数据库特点：1）数据量特别大；2）数据种类多，复杂；3）数据应用面相当广。

13.传统的三种数据模型有：层次数据模型，网状数据模型，关系数据模型。

14.空间数据库模型：传统的数据模型，语义数据模型和面向数据模型。

15.GIS数据源类型有：地图数据、遥感数据、文本数据、统计数据、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据。

16.GIS数据质量内容（类型）：位置（几何）精度，属性精度，逻辑一致性，完备性，现势性。

17.空间数据处理内容：1）坐标变换，2）图形编辑，3）拓扑关系的自动建立，4）图形的裁剪、合并与图幅接边，5）空间
插值，6）数据压缩与光滑，7）空间数据格式转换。

18.地图投影分类：按地图投影的构成方法：几何、非几何投影按变形性质：等角、等积、任意投影。

19.目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，现在规定的高程起算基准面为1985国家高程基准。

三、简答题
1.GIS功能有哪些？
答：基本功能：数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理和变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编程；
应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策。

2.GIS基本构成？
答：1）系统硬件：由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。

2）系统软件：由系统管理软件、数据库软件和基础GIS软件组成，用于执行GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。

3）空间数据库：由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。

4）应用模型：由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。

5）用户界面：由菜单式、命令式或表格式的图形用户界面所组成，是用以实现人机对话的工具。

3.数据、信息二者的关系？
答：①数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵②数据经过加工才能变成有效的信息，同样的数据经过不同的处理过程，可变成不同的信息。

③由于数据和信息之间的紧密联系，通常并不严格区分数据和信息。

4.拓扑关系研究什么？类型？意义？
答：研究非拓扑属性和拓扑属性。

种类：1）关联性：（不同类要素之间）；2）邻接性：(同类元素之间)；3）连通性：与邻接性相类似，指对弧段连接的判别；4）方向性；5）包含性；6）区域定义；7）层次关系。

意义：对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义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。

又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。

3）根据拓扑关系可重建地理实体。

5.空间数据库设计思想及步骤？
答：其实质是将地理空间客体以一定的组织形式在数据库系统中加以表达的过程，也就是GIS中空间客体数据的模型化问题。

过程：1）需求分析—整个空间数据库设计与建立的基础；2）结构设计；3）数据层设计；4）数据字典设计。

6.矢-栅数据比较，优缺点？
7.四叉树的画法？（栅格数据构造方法）
答：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。

1、基本思想：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。

2、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。

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。

例：行为2，列为3的值为13。

解：a）行列号二进制：行号i=10；列号j=11。

b）行列交叉得二进制数1101。

c）二进制数化为十进制数1101=13。

8.元数据作用？
答：作用：（a）用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源。

（b）帮助数据使用者查询所需空间信息。

（c）组织和维护一个机构对数据的投资。

（d）用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。

（e）提供数据转换方面的信息。

9.矢量、栅格数据压缩、存储方法
数据压缩：从所取得的数据集合s中抽出一个子集A，这个子集作为一个新的的信息源，在规定的范围内更好得逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。

压缩比表示曲线信息载量减少的程度。

曲线上点的压缩方法：道格拉斯-普克法(Douglas-Peucker)；Li-openshaw的自然综合法则法；垂距法。

面域栅格数据的压缩方法：游程编码法；四叉树编码压缩法。

10.栅-矢化过程？
答：方法一：实际应用中大多数采用人工矢量化法，如扫描矢量化，该法工作量大，成为GIS数据输入、更新的瓶颈问题之一。

方法二：程序转化转换——过程：1）边界提取；2）二值化；3）二值图像的预处理；4）细化：剥皮法和骨架法；5）跟踪；
6）拓扑化
11.缓冲区分析建立过程？
答：缓冲区建立过程：以线状地物为例——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。

12.DEM（DTM）构建方法，应用？
答：构建方法：1）等高线法2）TIN法3）规则格网法
应用：1）基于DEM的信息提取：坡度；坡向；地表粗糙度；高程变异分析；地貌形态的自动分类。

2）等高线的绘制
3）基于DEM的可视化分析：剖面分析；通视分析；地形三维图绘制；地貌渲染图绘制；模拟飞行。

4）流域水文特征及土木工程。

具体：1）作为国家地理信息的基础数据；2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计；3）为军事目的而进行的三维显示；4）景观设计与城市规划；5）流水线分析、可视性分析6）交通路线的规划与大坝选址；7）不同地表的统计分析与比较；8）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等；9）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与分析；10）与GIS联合进行空间分析；11）虚拟现实(Virtual Reality)；此外，从DEM还能派生以下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图等。

四、分析题
1.道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算。

答：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：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——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——a) 选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。

b) 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——a) 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。

b) 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。

2．辅助建筑项目选址。

答：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：a）地块建设用地面积不小于10000平方米；b）地块的地价不超过1万元/平方米；c）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——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）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a)b)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的形式打印输出。

总结：GIS解决空间问题的一般步骤——1）明确目的、要求；
2）收集（准备）数据并建库;
3）确定GIS空间分析步骤；
4）输出结果；
五、翻译
1.
这些数据文件是“shapefile”格式的，那是特有的空间数据的最常见的格式。

注意到这些文件在Add Data Explorer Window中和Windows Explorer中显示的不同。

当你在Windows Explorer中看到一个文件夹里包含多个文件时，ArcMap知道一个Shapefile 其实是多个文件的一个集合，而不是一个单一的文件，因此它只显示一个单一的图像来解除你的困惑。

在第二个实验中你会遇到其他类型的数据，但是现在我们从简单开始。

2．
MXD文件就是地图文件，和DOC文件在微软的Word中是Word文件是一样的。

MXD文件和DOC文件一个重要的区别就是，DOC文件实际上包含了你插入的所有文本，图像和对象，而MXD文件仅仅反映了你的数据的地址和软件运行的指令。

这意味着你可以移动DOC文件并且维持它的内容不变，但是却不能在移动MXD文件的同时保护其内容的准确性，因为数据的链接不再正确了。

为了避开这个问题，我们命令软件链接数据时用相关的路径名，这个路径名记录了数据源的路径，和MXD 文件保存的位置有关。

这这意味着如果你把数据和MXD文件保存在同一个文件夹里（或者保存在MXD文件所在文件夹的下级文件夹里）的话，你现在便可以移动整个工程并且维持与MXD链接的数据的地址不变。

3.
现在目录栏里的Source选项卡是是活跃的，并且这个新的数据图层是可见的，但是在地图文件的窗口中却没有改变。

这是因为你添加的数据是一个表格而不是“shapefile”,而且它没有详细的地理显示。