中国海洋大学地理信息系统复习

1第一章概论1.GIS地理信息系统（GIS,GeographicInformationSystem）是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。它作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。2.GIS基本特征。①数据的空间定位特征；②空间关系处理的复杂性；③海量数据的处理能力。3.GIS与管理信息系统的区别。GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS（数据库管理系统）。表格见PPT4.国内外GIS发展。（1）国际GIS的发展状况①60年代，探索时期：（GIS思想和技术方法的探索）人们关注什么是GIS，GIS能干什么。②70年代，巩固时期：（这时由于计算机技术及其在自然资源和环境数据处理的应用，促进GIS迅速发展）。这期间，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理这三个方面。③80年代，实破阶段：也是GIS普遍发展和推广应用阶段，人们把GIS与RS解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等。④90年代，全面应用：产业化阶段，对GIS进一步研究，研究的内容集中在：空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等。（2）国内GIS的发展状况①70年代，准备阶段：GIS先驱看到GIS的广阔前景和GIS的重要性，进行极积呼吁，为GIS在我国的发展奠定了理论基础并做了一些可行性实验。②80年代，试验起步阶段:这期间，我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些典型，试验专题试验软件开发工作。④90年代，我国GIS发展阶段：我国改革开放以来，沿海、沿江经济开发区的发展土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，这也推动GIS在我国的全面发展。⑤96年以来，是我国GIS产业化阶段。应用得到极大发展，国产专业GIS软件由研发走向应用5.GIS技术发展趋势。数据标准化、数据多维化、结构组件化、应用社会化、平台网络化、系统集成化、实时GIS。6.GIS的构成有哪些？2计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据、网络（包括局域网模式和广域网模式）、系统开发、管理和使用人员。7.常用的GIS软件有哪些？Autodesk公司的Autocad、ESRI公司的ArcGIS系列、Intergraph公司的GeoMedia系列、MapInfo公司的MapInfo、Supermap公司的SupermapdeskPro系列。8.GIS与地理学、测绘学、计算机科学的关系？①地理信息系统的发展，明显地体现出多学科交叉的特点，这些交叉的学科包括地理学、测量学、地图制图学、摄影测量与遥感学、计算机科学、数学、统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科。②目前数据库技术(DBMS)、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制图(CAM)和计算机图形学(ComputerGraphics)软件包已被许多GIS研究者所采用，但这些系统不是为地理意义而设计的，无法取代GIS的作用.9.GIS的行业应用。地理信息系统的应用就是人们应用GIS对地球表层人文经济和自然资源及环境等多种信息进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境和经济地理要素的空间分布、空间结构、空间联系和空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的依据，从而为区域经济发展服务。行业：测绘与地图制图（制图流程、周期、精度、品种）、资源调查与管理、城乡规划、灾害监测、环境保护、国防、宏观决策支持、电子政务、公众服务等。第二章地理空间数学基础1.地球表面模型类型：地球自然表面、大地水准面、地球椭球面、数学模型。地球自然表面：地球自然表面是一个起伏不平、十分不规则的表面，包括海洋底部、高山高原在内的固体地球表面。地球自然表面极不规则，无法用数学表面进行描述。大地水准面：地球表面的72%被流体状态的海水所覆盖，可以假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。大地水准面所包围的球体具有不规则性、相对唯一性。地球椭球面：总体上讲，大地体非常接近旋转椭球，而后者的表面是一个规则的数学曲面。所以在大地测量以及GIS应用中，一般都选择一个旋转椭球作为地球理想的模型，成为地球椭球。数学模型：数学模型是在解决其他一些大地测量学问题时提出来的，如类地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。2.大地地理坐标概念大地地理坐标系是依托地球椭球用定义原点和轴系以及相应基本参考面标示较大地域地理空间位置的参照系。3.我国采用的2种高程基准①1956年黄海高程系：以青岛港验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海平面作为中国的水准基面，即零高程面。我国的水准原点位于青岛观象山。②1985国家高程基准：基准面为青岛大港验潮站1952－1979年的验潮资料确定的黄海平均海面。4.深度基准概念深度基准是指海图图载水深及其相关要素的起算面。通常取当地平均海面向下一定深度为起算面，即深度3基准面。5.地图投影的概念，地图投影按照变形规律分几种？按投影面分为几种投影？地图投影：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影。按照变形规律分为：等面积投影、等角投影、任意投影。按投影面分为：横圆柱投影：投影面为横圆柱、圆锥投影：投影面为圆锥、方位投影：投影面为平面。6.我国主要应用的2种投影方式？①1：100万兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）：大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影；②1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1：5000采用高斯—克吕格投影。7.比例尺的含义？我国基本地图比例尺地形图系列有哪些？比例尺：制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各处的比例是一致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比例；制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和方向的不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时，对地球半径缩小的比率，称为主比例尺。地图经过投影后，体现在图上只有个别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长度没有变形的点或线上，才可用地图上注明的比例尺。我国基本地图比例尺地形图系列：大比例尺：1：500—1：10万、中比例尺：1：10万—1：100万、小比例尺：〈1：100万。8.描述空间概念尺度有哪些？观测尺度、比例尺、分辨率、操作尺度。第三章空间数据模型1.地理空间地理空间（GeographicSpace）是指地球表面及近地表空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该区域。2.空间实体的概念，基本特征空间实体：对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。基本特征：空间位置特征（几何特征）、属性特征、时间特征、空间关系3.概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型的概念概念数据模型：地理空间中地理事物与现象的抽象概念集，是地理数据的语义解释；考虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综合、集成各用户视图。逻辑数据模型：GIS描述概念数据模型中实体及其关系的逻辑结构，是系统抽象的中间层。物理数据模型：概念数据模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制，即在物理磁盘上如何存放和存取，是系统抽象的最底层。4.地理信息中的数据类型，概括起来主要有哪5种。几何图形数据、影像数据、属性数据、地形数据、元数据5.空间数据的表示类型4在二维空间中，不同类型的空间数据都可抽象表示为点、线、面三种基本的图形要素。6.空间关系包括哪些类型空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。①拓扑空间关系：用来描述实体间的相邻、连通、包含和相交等关系；②顺序空间关系：用于描述实体在地理空间上的排列顺序，如实体之间前后、上下、左右和东、南、西、北等方位关系；③度量空间关系：用于描述空间实体之间的距离远近等关系。7.空间拓扑关系概念及类型空间拓扑关系：地图上的拓扑关系是指图形在保持连续状态下的变形（缩放、旋转和拉伸等），但图形关系不变的性质。①邻接关系：同类图形要素之间的拓扑关系，如点与点，线与线，面与面。②关联关系：不同类别图形要素之间的拓扑关系，如点与线，线与点，线与面，面与点。③包含关系：同类但不同级图形要素之间的拓扑关系（只有面类要素才有包含关系）。④连通关系：空间图形中弧段之间的拓扑关系。8.空间数据的拓扑关系，对数据处理和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，它比几何坐标关系有更大的稳定性，不随投影变换而变化。②利用拓扑关系有利于空间要素的查询。③可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧段构建多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的选择等。9.空间数据逻辑模型空间数据逻辑模型作为概念模型向物理模型转换的桥梁，根据概念模型确定的空间信息内容，以计算机能理解和处理的形式具体地表达空间实体及其关系。10.矢量数据模型概念矢量数据模型是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。11.栅格数据模型概念、描述栅格的参数、栅格值的确定方法栅格数据模型实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置。由于栅格模型是按一定的规则排列的，所表示的实体位置很容易隐含在网格文件的存储结构中，且行列坐标可以很容易地转为其它坐标系下的坐标。在网格文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码。一个完整的栅格模型需要以下几个参数：栅格形状；栅格单元尺寸大小/分辨率；栅格原点；栅格的倾角。栅格单元大小：5单元值确定:12.面向对象数据模型概念面向对象数据模型应用面向对象方法描述空间实体及其相互关系，特别适合于采用对象模型抽象和建模的空间实体的表达。地理空间的实体或现象可看作对象或其实例；一个对象是由描述该对象状态的一组数据和表达它的行为的一组操作（方法）组成的：面向对象技术将对象的属性和方法进行封装（encapsulation），另外还有分类（classification）、概括（generalization）、聚集（aggregation）、联合（association）等对象抽象技术以及继承（inheritance）和传播（propagation）等强有力的抽象工具。第四章空间数据结构1.空间数据结构空间数据结构是指对空间数据逻辑模型描述的数据组织关系和编排方式，对地理信息系统中数据存储、查询检索和应用分析等操作处理的效率有着至关重要的影响。2.矢量数据编码的几种方式及其优缺点（1）实体数据结构/spaghetti数据结构优点：结构简单、直观、易实现；以实体为单位的运算和显示。缺点：①相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形—数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。②自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。③岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。（2）拓扑空间数据结构①索引式拓扑空间数据结构：优点：用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。缺点：表达拓扑关系较繁琐，给相邻运算、消除无用边、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难，以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。6②双重独立编码结构/DIME（DualIndependentM