地理信息系统考研复习资料(必备)

华南师范大学地理信息系统考研复习资料1地理信息的概念定义：是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。特性：1）地域性：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。这是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志；2）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。3）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。可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河洪水、秋季低温）中期的（如土地利用、作物估产）长期的（如城市化、水土流失）超长期的（如地壳变动、气候变化）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。2地理信息系统的概念GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。3GIS的构成应用人员，GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户软系统件，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统硬件系统，各种设备-物质基础数据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在4地理信息的基本功能和应用领域a.数据采集与输入b.数据编辑与更新c.数据存储与管理d.数据显示与输出e空间查询与分析e1空间查询e2叠加分析e3缓冲区分析e4网络分析e5地形分析第二章1地理实体的三个基本特征a属性特征——用以描述事物或现象的特性，即用来说明“是什么”，如事物或现象的类别、等级、数量、名称等b空间特征——用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系，故又称几何特征和拓扑特征，如中国与印度之间边界界桩的经纬度，中国与印度之间的邻接关系c时间特征——用以描述事物或现象随时间的变化，如学生人数的逐年变化。2地理实体的数据类型属性数据——描述空间对象的属性特征的数据，也称非几何数据。即说明“是什么”，如类型、等级、名称、状态等描述时间特征的数据也可以归为这一类。几何数据——描述空间对象的空间特征的数据，也称位置数据、定位数据。即说明“在哪里”，一般用经纬度或X、Y坐标来表示。关系数据——描述空间对象之间的空间关系的数据，一般通过拓扑关系表达。如空间数据的相邻、包含等，主要是指拓扑关系。拓扑关系是一种对空间关系进行明确定义的数学方法3空间数据结构的概念是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。空间数据结构分为基于矢量的数据结构和基于栅格的数据结构两种基本类型。3.1矢量、栅格数据结构的概念矢量数据结构——通过记录空间对象的坐标及其空间关系来表达地理实体的一种数据结构。A.点实体：记录点坐标和属性代码；B.线实体：记录两个或一系列采样点的坐标，并加属性代码；C.面实体：记录边界上一系列采样点的坐标，由于多边形封闭，边界为闭合环，加面域属性代码。栅格数据结构——是指将地表区域划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值。A.点实体：由单个像元来表达B.线实体：由在一定方向上连接成串的相邻像元的集合来表达。C.面实体：由聚集在一起的相邻像元的集合来表达。4拓扑关系的概念，类型拓扑关系：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。类型：最基本拓扑关系拓扑关联：指存在于空间图形中的不同拓扑元素之间的关系结点与弧段：如结b与弧3,2,5，多边形与弧段：面C与弧4,5,3。拓扑邻接：指存在于空间图形中的相同拓扑元素之间的关系。多边形之间,结点之间邻接矩阵,1——邻结；0——不邻结其它拓扑关系拓扑包含：指存在于空间图形中的面与其它元素之间的关系,如面状实体包含哪些点、线状实体层次关系：指存在于空间图形中的相同拓扑元素之间的等级关系，如连云港市各个区拓扑连通：拓扑元素之间的通达关系，如点连通度，面连通度5拓扑关系的意义A.拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。不需要利用坐标或距离就可以确定一个地理实体相对于另一个地理实体的空间位置关系，并且这种拓扑数据较之几何数据具有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化B.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C.根据拓扑关系可重建地理实体。6栅格坐标系统的确定栅格坐标系统的确定由于栅格编码一般用于区域性GIS，原点的选择常具有局部性质。但为了便于区域的拼接，栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。6.1栅格单元尺寸的原则方法栅格单元的尺寸1）原则：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。栅格太大，忽略较小图斑，信息被丢失；栅格太小，会增加存储数据量2）方法：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：H=½(min|Ai|)1/2H为栅格单元边长,Ai为区域所有多边形的面积7栅格单元代码的确定栅格代码(属性值)的确定1、中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。2、面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者。3、重要性法：取重要的属性值为栅格属性值。4、长度占优法：每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。8栅格数据结构的特点用离散的量化栅格值表示空间对象(通常是规则格网)位置隐含，属性明显数据结构简单，易于遥感数据结合，但数据量大存在几何和属性偏差面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系比例尺大小为栅格(像元)的大小与地表相应单元的大小之比。9矢量与栅格数据结构的比较第三章1GIS数据源有哪些a地图数据存储介质、现势性、投影转换b遥感、航空影象和数据分辨率、变形规律、纠正、解译特征c实测数据d数字数据格式、精度e统计数据、文本数据f多媒体，辅助GIS空间分析和查询2GIS数据质量的概念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。3地理控制基础的内容地理控制基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分内容：1统一的地图投影系统2统一的地理格网坐标系统（地理参照系）3统一的地理编码系统4GIS中地图投影的设计与配置一般原则a与相应比例尺的国家基本图投影系统一致。B系统一般只考虑至多采用两种投影系统，一种应用于大比例尺的数据处理与输出、输入，另一种服务于小比例尺。C所用投影以等角投影为宜。d所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所采用的网格系统在投影带中应保持完整。5连接地理实体与计算机中表现形式为编码；标识码是联系实体的几何信息和属性信息的关键字；实体几何数据与属性数据的连接纽带——公共标识符(关键字)6代码的功能a鉴别代码代表对象的名称，是鉴别对象的惟一标识。b分类当按对象的属性分类并分别赋予不同的类别代码时，代码又可作为区分分类对象类别的标识。c排序当按对象产生的时间、所占的空间或其他方面的顺序关系排列并分别赋予不同的代码时，代码又可作为区别对象排序的标识。7地理目标数据分层的目的是为了便于空间数据的管理——对所有地理目标的管理就简化为对各数据层的管理。查询——对地理目标数据进行查询，只需要对某一层地理目标数据进行查询即可，因而可加快查询速度。显示——不需要分层后的地理目标数据由于任意选择需要显示的图层，因而增加了图形显示的灵活性分析——对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析8GIS数据质量的基本内容a位置精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的质量。b属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。c逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等。d完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性等e现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等9GIS数据质量误差产生的原因a空间现象自身存在的不稳定性b空间现象的表达（如由椭球体到平面必然产生误差）c空间数据处理中的误差d空间数据使用中的误差10空间数据误差的类型GIS空间数据的误差可分为源误差和处理误差(1)源误差，是指数据采集和录入中产生的误差，包括：A遥感数据：摄影平台、传感器的结构及稳定性、分辩率等b测量数据：人差(读数误差等)、仪差(仪器不完善等)、环境(干扰等)c属性数据：数据的录入、数据库的操作等dGPS数据：信号的精度、接收机精度、定位方法、处理算法等e地图：控制点精度，编绘、清绘、制图综合等的精度f地图数字化精度：纸张变形、数字化仪精度、操作员的技能等(2)处理误差，是指GIS对空间数据进行处理时产生的误差，如：1几何纠正；2坐标变换；3几何数据的编辑；4属性数据的编辑；5空间分析(如多边形叠置等)；6图形化简(如数据压缩)；7数据格式转换；8计算机截断误差；9空间内插；10矢量栅格数据的相互转换。11空间数据标准的概念是指空间数据的名称、代码、分类编码、数据类型、精度、单位、格式等的标准形式。每个地理信息系统都必须具有相应的空间数据标准12空间数据交换标准的方式由于空间数据模型的不同，空间数据的定义、表达和存储方式也不同，因而数据交换也需要统一的标准。1外部数据交换标准这类标准通常是ASCII码文件，用户可以通过阅读说明书来直接读写这种外部数据格式。GIS的外部数据交换格式通常包括：矢量数据交换格式；栅格数据交换格式；数字高程模型交换格式。特点：自动化程度不高，速度较慢等，但它可解决不同GIS之间的数据转换问题。它仍然是实现数据共享的主流方式。2空间数据互操作协议制定一套各方都能接受的标准空间数据操纵函数，通过调用这些函数以互相操作对方的数据。特点：比外部数据交换标准方便，但由于各种软件存储和处理空间数据的方式不同，空间数据的互操作函数又不可能很庞大，因此往往不能解决所有问题。3空间数据共享平台服务器存放空间数据，采用客户机/服务器体系结构，各种GIS通过一个公共的平台在服务器存取所有数据，以避免数据的不一致性。特点：思路较好，但现有的GIS软件各有自己的底层，要统一平台目前难以实现4统一数据库接口在对空间数据模型有共同理解的基础上，各系统开发专门的双向转换程序，将本系统的内部数据结构转换成统一数据库的接口。特点：这种方式的前提，首先要求对现实世界进行统一的面向对象的数据理解，这不易实现的。目前：外部数据交换标准仍是实现数据共享的主流方式13空间元数据的定义，主要作用空间元数据(GeospatialMetadata)：地理的数据和信息资源的描述性信息。是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数据的数据。作用：（1）确定一套地理空间数据的存在性及其位置和其对于某种应用的适宜性，确定空间数据的存储方法、表达方法和使用方法。2）用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源3）帮助数据使用者查询所需空间信息4）用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心5）提供数据转换方面的信息14GIS空间数据互操作的含义和其对于GIS的必要性指异构环境下两个或两个以上的实体可以互相通信和协作，以完成某一特定任务，这些实体包括程序、对象、系统运行环境等。必要性：1）解决基础数据的共享问题的需要2）GIS应用趋向多学科综合和集成化3）GIS走向社会化的需要4）是InternetGIS发展的需要15OPENGIS的概念OGIS，也叫开放式地理数据交换规程，它是由开放地理信息系统协会(OpenGISConsortium)制定的一系列开放标准和接口。OpenGIS规范是OGC规范的最高层次，是利用软件统一地表示地理数据和地理处理的规范系统。第四章1矢量图形数据的编辑（重要）2空间索引的概念空间索