名师推荐地理信息系统复习要点

地理信息系统复习要点详解所著考过为11级环科期中考试考过（张福平教的）第一章：导论1、解释数据与信息的概念，并说明两者之间的关系。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。信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、现象等内容、数量或特征，以便向人们提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。数据与信息的关系：数据是信息的表达形式，是信息的载体；信息则是数据中蕴含的事物的涵义，是数据的内容。数据只有通过解释才有意义，才成为信息。总之，数据是信息的载体，信息是数据的涵义。2、地理信息的特点空间特征属性特征时序特征3、地理信息系统的定义（考过）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，对空间相关数据进行采集、存储、管理、分析、模拟和显示以提供对规划、管理、决策和研究所需的信息空间系统。4、地理信息系统由哪几个主要部分组成？（考过）系统硬件：（一）数据处理设备：a图形工作站b个人计算机c客户机/服务器系统（Client/Server，简称C/S）；（二）数据输入设备:a图形手扶跟踪数字化仪b大幅面图形扫描仪c数字测量设备；（三）数据输出设备:a绘图仪b计算机显示器系统软件：（一）GIS功能软件1.GIS功能软件的分类GIS基础软件平台和GIS应用软件2.GIS基础软件平台功能①空间数据输入和编辑②空间数据管理③空间数据处理和分析④空间数据输出⑤图形用户界面⑥系统二次开发功能（二）基础支撑软件:主要包括系统库软件和数据库软件。（三）操作系统软件5、地理信息系统的功能有哪些？（基本功能与应用功能具体有哪些）（考过）基本功能与应用功能基本功能：数据的采集与编辑、数据的存储与管理、数据的处理与变换、空间分析和统计、产品的制作与演示、二次开方和编程应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策第二章：地理信息系统的数据结构1、地理空间的实体包括哪些？地理空间的实体包括点（point）、线（line）、面（polygon）、曲面（surface）、体（volume）等类型。2、什么是拓补关系？拓扑关系的类型有哪些？（考过）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具有非常重要的意义。拓扑关系的类型（1）拓扑邻接（2）拓扑关联（3）拓扑包含3、空间数据的结构类型有哪些？（矢量、栅格、曲面）矢量数据结构、栅格数据结构、曲面数据结构。一、矢量数据结构（一）实体数据结构（二）拓扑数据结构二、栅格数据结构（一）栅格矩阵结构（二）游程编码结构（三）四叉树结构三、曲面数据结构（一）TIN的曲面数据结构（二）规则格网的曲面数据结构4、比较矢量与栅格数据结构各有什么特征？（考过）矢量数据结构的特征：是利用欧几里德（Euclid）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。优点：这种数据组合方式能很好地表达地理实体的空间分布特征；数据精度高；数据存储的冗余度低。栅格数据结构的特征：是指将空间分割成有规则的网格（栅格单元），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。优点：表达地理要素比较直观；容易实现多层数据的叠合操作；便于与遥感图像及扫描输入数据相匹配使用等。5、栅格数据游程编码结构（考过）是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（即游程），其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。6、什么是四叉树结构？又称四分树、四元树编码，有多种编码方案。原理是将空间区域按照四个象限进行递归分割n次，每次分割形成2n*2n个子象限，直到子象限中的属性值都相等为止，该子象限就不再分割。凡属性值都相同的子象限，不论大小，均作为最后的存储单元。四叉树优点：（1）具有可变分辨率，编码效率高；（2）便于岛的表示和分析。（3）便于同栅格之间相互转换。四叉树缺点：转换不稳定性。相同形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构。7、空间数据编码，国家基础地理信息数据分类代码的组成？空间数据编码是指将数据分类的结果，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。编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成，或由它们共同组成的混合码。国家基础地理信息数据，其分类代码由六位数字组成。大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自定义，以便于扩充。******大类码识别码小类码二级代码一级代码第三章空间数据处理名词解释：数据变换：指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括几何纠正和地图投影转换等，以实现空间数据的几何配准。数据重构：指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括结构转换、类型替换等，以实现空间数据在结构、格式和类型上的统一，多源和异构数据的连接与融合。数据提取：指对数据进行某种条件的取舍，包括类型提取、窗口提取、空间内插等，以适应不同用户对数据的特定要求。地图投影（考过）：就是依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面映射到平面上或可展开的平面的曲面（如圆锥面、圆柱面等）上最终在地表面点和平面之间建立一一对应的关系。数据压缩：空间数据压缩，即从空间坐标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地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。1、矢量数据与栅格数据结构比较的优缺点？（考过）2、常用的矢量和栅格数据转换的方法？矢量向栅格数据的转换方法：a.点的栅格化：点状数据转换成栅格数据时是取离点最近的一个栅格单元来存放。点的栅格化实质上是将点的矢量坐标转换成栅格数据中行列值i和j，从而得到点所在栅格元素的位置。b.线的栅格化：扫描线法（由于曲线可用折线来表示，也就是当折线上取点足够多时，所画的折线在视觉上成为曲线。因此，线的变换实质上是完成相邻两点之间直线的转换。）c.面的栅格化：基于孤段的栅格化：扫描线算法；射线法；边界点跟踪法基于多边形的栅格化：内点填充法；边界代数法；包含检验法（检验夹角之和发；铅垂线法）栅格向矢量数据转换的方法:基于图像数据的矢量化方法：二值法；细化（剥皮法，骨架法）；跟踪。（矢量数据和栅格数据的坐标表示不同。矢量数据的基本坐标是直角坐标，原点为图的左下方；而栅格数据的坐标是行列坐标，原点在图的左上方）栅格数据的矢量方法：A、搜索多边形边界孤段相交处的节点位置B、搜索出的节点力任选一个作为起始的跟踪点C、将跟踪得到的孤段数据连续链接组织成多边形3、空间数据的内插方法有哪些？简述逐点内插法的基本原理，并比较移动拟合法与加权平均法的异同空间数据内插：通过已知点或多边形分区的数据，找到一个函数关系式，使其最好地逼近这些已知的空间数据，并能根据该函数关系式推求出区域范围内其它任意点或多边形分区数据的方法就称为空间数据的内插。根据已知点和已知多边形分区数据的不同，将空间数据内插分为点的内插和多边形分区的内插。空间数据的内插方法：点的内插：是用来建立具有连续变化特征现象（例如地面高程等）的数值方法。内插的理论基础在于对空间相关性的认知。1.分块内插法：线性内插法、双线性多项式内插法、二元样条函数内插法2.逐点内插法：移动拟合法、加权平均法、克里金法3.整体内插法：N次多项式拟合法区域的内插：是根据一组多边形分区的已知数据来推求同一地区另一组多边形分区未知数据的内插方法。如下图所示，设一组已知数据的分区成为源区，需要内插的另一组分区成为目标区。1、重置法2、比重法逐点内插法此法的分块范围在内插过程中一经确定，其形状、大小和位置都保持不变。而逐点内插法则是以插值点为中心，定义一个局部函数去拟合周围数据点，数据点的范围随插值点位置的变化而变化，因此又称移动曲面法。逐点内插法主要有两种基本的插值方法：移动拟合法和加权平均法。此外，克里金法也是一种加权插值方法，只是在计算权重的方法上与加权平均法不同。比较移动拟合法与加权平均法的异同移动拟合法是指对每一个待插值点P用一个多项式曲面拟合该点附近的表面，从而计算出该点的高程值。需要考虑两个问题：①考虑范围，即采用多大面积范围内的数据点来计算待插值点的数据；②考虑点数，即选择多少数据点参加计算，由此确定需要多大的范围。加权平均法：在移动拟合法中，往往需要求解复杂的误差方程组来求解曲面函数的待定系数。在实际应用中，更为常用的事加权平均法，它可以看做是移动拟合法的特例。加权平均法在使用搜索圆寻找附近数据点的方法上和移动拟合法相同，但加权平均法在计算待插值点的高程时，使用加权平均值代替误差方程求解出曲面函数。第四章空间数据库1、什么是空间数据库？其主要特点是什么？空间数据库：地理信息系统的数据库(简称为空间数据库)是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合。特点：(1)数据量特别大；(2)不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系；(3)数据应用范围相当广泛。2、空间数据库设计的步骤（P114）①需求分析②概念设计③逻辑设计④物理设计3、空间数据库逻辑设计的步骤和内容步骤：①初始模式形成②子模式设计③模式评价（定量分析、性能测算）④优化模式内容：把信息世界中的概念模型利用数据库的管理系统所提供的工具映射为计算机世界中为数据库管理系统所支持的数据模型，并用数据描述语言表达出来。（P114）第五章空间分析的原理与方法1、什么是空间分析？空间分析的主要内容有哪些？空间分析是基于空间数据的分析技术，它是以地球科学原理为依托，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。主要内容：①数字地形模型分析②空间叠合分析③空间邻近度分析④空间缓冲区分析⑤空间网络分析2、地理信息系统的主要空间分析功能及应用领域①数字地形模型分析（DTM）：数字化的形式表达的地形信息。DTM在形式上可分为①规则格网（grid）；②不规则三角网（TIN）；③数字等高线、等深线、地形特征线等。DTM在内容上可分为①数字高程模型（DEM）；②派生的地形模型。DEM是各种地球科学分析、工程设计和辅助决策的重要基础性数据，有着广泛的应用领域。例如，地球科学分析，工程勘测和设计，DEM通过与各专业部门数据的匹配分析，还可进行遥感影像地形畸变的自动校正，以及进行土地利用规划的研究等。②空间叠合分析：简称叠置分析或叠加分析，是指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。一般用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域。③空间邻域分析：描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。（是通过空间点周围的邻点，或某特定位置及方向范围内的某种性质的邻点，对其进行分析的一种方法）在实际应用中，如研究道路沿线的废气污染或河流沿线的供水能力，公共设施（如商场、邮局、银行、医院、车站、学校等）的服务区域划分，确定工程建设引起的搬迁范围等，都是一个邻近度问题。空间邻近度分析通常有空间缓冲区分析和Voronoi多边形分析（泰森多边形）两种方法。④缓冲区分析：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。在地球科学工作中，地学研究者常常要分析地震的破坏程度从震源扩散影响的范围，环境科学研究者需要分析沿道路噪声污染影响的范围，生态学研究者需要确定围绕湖泊的生态保护区的范围，这些应用都可以通过空间缓冲区分析来解决。⑤空间网络分析：网络是一个由点、线的二元关系构成的系统，通常用来描述某种资源或物质沿着路径在空间上的运动。网络空间分析的用途很广泛，如公共交通的运营路线选择和紧急救援行动路线的选择等，与网络最佳路径选择有关；当估计排水系统在暴雨期间是否溢流及河流是否泛滥时，需要进行网流量分析或负荷估计；城市消防站分布和医疗保健机构的配置等，可以看成是利用网络和相关数据进行资源的分配等。第六章空间分析应用模型1、什么是GIS应用模型地理信息系统的应用模型，就是根据具体的应用目标和问题，借助于GIS自身的技术优势，使观念世界中形成的概念模型，具体