1、1第一章 导论1、地理信息与其他信息的区别：地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的最显著的标志。地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。地理数据：与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形的总称。2、地理信息的特征（区别于其他信息的标志）： （简答）1）空间位置：空间位置数据描述地理对象所在位置，这种位置既可以根据大地参考系定义，也可以定义为地物间的相对位置关系2）属性数据：有时又称非空间数据，是属于一定地物、描述其特征的定性
2、或定量指标3）时域特征:指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段3、地理信息系统（geographic information system）：是由计算机硬、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、操作、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。4、GIS 与其他 IS 之间的关系和区别：GIS 是空间数据和属性数据的联合体 （选择）5、GIS 的基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据应用人员和应用模型五大要素（选6、GIS 的功能： （简答）基本功能：数据采集与编辑； 数据存储于管理； 数据处理与变换；空间查询与分析； 数据显示与输出应用功能：资源管理； 区域与
3、城乡规划； 国土检测； 辅助决策7、GIS 的发展透视（选择）：60 年代开拓期； 70 年代为 GIS 巩固发展期；80 年代为 GIS 技术大发展时期； 90 年代为 GIS 的用户时代8、GIS 与相关学科的关系： （简答）1）地理学与 GIS：地理学为 GIS 提供了一些空间分析的方法和观点，成为 GIS 的基础理论依托，地理信息系统的发展为地理问题的解决提供了全新的技术手段。用地学处理方法得到的数据是 GIS 的数据源；GIS 内部数据处理(分析)功能是地理学研究的主要技术方法。2）地图学与 GIS：地理信息系统脱胎于地图，地图是 GIS 的重要数据源；地图强调数据载体、符号化，GI
4、S 则注重于信息分析3）计算机科学与 GIS：为空间数据提供处理工具4）遥感与 GIS：遥感是 GIS 的信息源，GIS 为遥感数据的产生提供技术手段。第二章 地理信息系统的数据结构1、地理坐标系（GCS-Geographic coordinate system）：是地球上任意一点通常用经度和纬度来决定 。经线和纬线是地球表面上两组正交（相交为 90 度）的曲线，这两组正交的曲线构成的坐标，称为地理坐标系。 北京 1954、西安 1980、地心坐标系投影坐标系（PCSprojection coordinate syatem:）：运用地图投影的方法建立地球表面和平面点的函数关系，使地球表面上任意
5、一个由地理坐标确定的点，在平面上必有2一个与其相对应的点。2、坐标系统的应用（地图投影转换）地理坐标系一致，才能进行投影转换1）图像数据影像配准2）矢量数据没有坐标系统：先赋上西安 80 的地理坐标系，经过高斯-克吕格投影，得到西安 80 的投影坐标系有地理坐标系：如果是西安 80 地理坐标系，如；如果不是西安 80 地理坐标系，则先进行地理坐标转换，将非西安 80 的地理坐标转换为西安 80 的地理坐标，再经过高斯-克吕格投影，得到西安 80 的投影坐标系；有投影坐标系：如果本身是西安 80 的投影坐标，则直接用；如果本身不是西安 80 的投影坐标系，则运用 UTM 反解出西安 80 对应的
6、地理坐标系（将 UTM 对应的地理坐标系转化成西安 80 的地理坐标系）3、空间实体及表达： （简答）空间实体：是指具有形状、属性和时序特征的空间对象，它是对存在于自然世界中地理实体的抽象。 基本类型：点：有位置，无宽度和长度； 抽象的点（x,y） 属性：符号线：有长度，但无宽度和高度； 属性：符号，形状、颜色、尺寸用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多(一串的点 x,y)面：具有长和宽的目标，有连续面和不连续面； 属性：符号变化，等值线通常用来表示自然或人工的封闭多边形(首尾相连的一串点 x,y 坐标)体: 有长、宽、高的目标； 通常用来表示人工或自然的三维目标。空间实体的矢量表达矢量维
7、数 实体类型 空间表达 描述 代表地物零维 点 实数对（x ，y） 一个数据点，具有一对(x，y)坐标和至少一个属性，逻辑上不能再分。水井、污染源等。一维 线：弧、链一组离散化的实数点对 具有相同属性的点的轨迹，由坐标对序列表示，坐标对的顺序与线的形状有关，线上每个点有不多于二个的邻点。道路、公共设施网等。二维 面：多边形一组闭合弧段所包围的空间区域所有具有相同属性点的轨迹，以(x，y)坐标队的集合表示，坐标队的排列顺序不影响面的形态、其内部点可以有多于三个的邻点，面内点具有相同属性。土壤、植被、岩石分类区、行政区划等。三维 体 由一组或多组闭合曲面所包围的空间对象地形，温度栅格表达法点：具有
8、一定数值的删格单元； 线：表现为按线特征相连接的一组单元；面：表现为按二维形状特征相连接的一组单元栅格矢量表达方式的不同：当对空间实体进行数据表达时，关键看如何表达空间的一个点，因为点是构成地理空间实体的基本元素。如果采用一个没有大小的点来表达基本点元素时，称为矢量表示法；3如果采用一个有固定大小的点来表达基本元素时，称为栅格表示法。其中，矢量表示法精度高、属性隐含、位置明显，栅格表示法精度低、属性明显、位置隐含。4、空间数据特征: （简答） 图见 PPT 或书本 P44 1)空间特征：定位信息：C 1、C 2、C 3三条道路在不同的空间位置。关联关系：主干道与次干道在结点 N2处相联接，主干
9、道的结点 N1和 N2相邻接，结点 N2分别与三条路段 C1、C 2和 C3相关联等，这些统称为拓扑关系；C 3在 C6的左边，称为方位关系；道路有一定的长度，称为度量关系。2)属性信息：道路分别具有不同的等级3)时间特征：随着时间的推移，道路还将发生变化。5、拓补关系1)拓扑邻接：指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系，如结点与结点之间的邻接关系，多边形与多边形的邻接关系。多边形邻接弧段 左多边形 右多边形C5 P1 P5C4 P2 P3C6 P2 P1： ： ：2)拓扑关联：指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系，如结点与弧段，多边形与弧段等。结点与弧段的关联性 结点 弧段N1 C1
10、，C3, C6N2 C1，C2, C3N3 C2，C3, C4： ：多边形与弧段关联性 多边形 弧段P1 C1，C5, C6P2 C4，C3, C6P3 C2，C5, C4： ：3）拓扑包含：指存在于空间图形的同类，但不同级的元素之间的拓扑关系，如多边形的岛。例如：多边形 P3 简单包含 P46、栅格数据结构:是将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体。主要类型：栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数据结构、八叉树十六叉树结构（重点）P52-58矢量数据结构：是一种常见的图形数据结构，它用一系列有序的 x、y 坐标对表示地理实体的空间位置。分为实体数据结构和拓扑数据结
11、构。 特点： 属性隐含，定位明显实体数据结构：实质上是面向实体的一种数据组装和编码方法。在实体数据结构中，空间数据以基本的空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条（spaghetti）数据结构。TIN(Triangulated Irregular Network):表示和存储这些要素的基本要求是必须便于连续现象在任一点的内插计算，因此经常采用不规则三角网来拟合连续分布现象的覆盖表面，称为 TIN 数据结构。4依据下图，简述实体数据结构及其特点，并说明其优缺点。定义： 实体数据结构实质上是面向实体的一种数据组装和编码方法。在实体数据结构中，空间数据以基本的
12、空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条（spaghetti）数据结构。特点：1）数据按点、线或多边行为单元进行组织，数据编排直观，数字化操作简单。2）每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余和不一致。3）点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，互相之间不关联。4）岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系。优点：数据精度高，数据存储的冗余度低缺点：对于多层空间数据的叠合分析比较困难矢量与栅格数据结构的比较 （选择）优点 缺点矢量数据1.便于面向现象(土壤类、土地利用单元等)的 数据表示2数据结构紧凑、冗
13、余度低3有利于网络分析4图形显示质量好、精度高1数据结构复杂2软件与硬件的技术要求比较高3多边形叠合分析比较困难4显示与绘图成本比较高栅格数据结构栅格数据1数据结构简单2空间分析和地理现象的模拟均比较容易3有利于与遥感数据的匹配应用和分析4输出方法快速，成本比较低廉1图形数据量大2投影转换比较困难3栅格地图的图形质圾比较低些4现象识别的效果不如矢量方法拓补数据结构：在拓扑数据结构中，点是相互独立的，点连成线，线构成面。每条线开始于起始结点，止于终止结点，并与左右多边形相邻接；多边形是由弧段连接而成的。由一条弧段组成的多边形称为岛。不包含岛的多边形称为简单多边形，表示单连通区域。含岛的多边形称为
14、复合多边形，表示复连通区域根据拓扑结构写拓扑文件（简答）5第三章 空间数据处理1、空间数据的分类和分层原则（简答）1）分类概念: 空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层，为数据采集、存储、管理、查询和共享提供依据。2）分层原则：几何图形原则：即按点、线和面状要素分类（coverage: 一个覆盖面或一个数据层，用于精确地表达的形状和边界。）对象原则：与制图学有关的层，即根据不同的对象分层(layer)。要素类（实体类），要素集（对象类）例如，可以把道路、河流、管道归为线状图形”层，也可以把它们分别归为
15、“道路”层，“河流”层，“管道”层 一般情况下，一个 Coverage 可以包括多个 Layer。2、地图扫描矢量化（屏幕跟踪矢量化）结合实际考察输入步骤 （简答）数据源准备：将已有的地图，通过扫描仪扫入计算机，以栅格形式保存。进行必要的格式转换后，输入 GIS 软件。影象变换处理：输人地面控制点坐标，进行影象纠正、投影转换。利用屏幕跟踪技术：实现专题图层矢量化，在 GIS 软件支持下，将要数字化的影象作为背景图层，增加（建立）矢量要素层：进行屏幕跟踪数字化，直到形成一个数字化信息存储层。检查和修改数字化错误：通过荧屏或绘图显示，检查图层输入错误，包括结点不匹配、假结点、悬挂结点、线段过长或过
16、短、标识点遗漏等，并予以改正。建立拓扑关系：可利用 GIS 软件提供的功能自动建立； 属性输入：将矢量图层叠置在原始影象上，通过目视解译（遥感影象）或读取原图属性（地图扫描），采用键盘输入属性数据。 数字化的方式：1)手扶跟踪数字化； 2)地图扫描数字化3、空间数据坐标变换类型 几何变换：主要解决数字化原图变形等原因引起的误差，并进行几何配准。坐标系转换：主要解决 G1S 中设备坐标同用户坐标的不一致，设备坐标之间的不一致问题。投影变换：主要解决地理坐标到平面坐标之间的转换问题。几何变换和坐标系转换可以通过仿射变换来完成。4、如何影像配准： （简答）采样仿射变换，控制点是均匀分布的(Rms1m
17、)输入图幅四个角落的公里网的交叉点的坐标，形成 4 对控制点；采用仿射变换方法实现坐标系统转换（设备坐标转换为投影坐标）；对变换好的影像进行重采样，得到具有用户定义的坐标系统。5、空间数据结构的转换： （简答）1）矢量向栅格的转换：把点线或面的矢量数据，转换成对应的栅格数据，也即栅格化。2)栅格向矢量的转换（矢量化）目的：将扫描仪获取的图像栅格数据存入矢量形式的空间数据库；将栅格数据进行数据压缩，将面状栅格数据转换为由矢量数据表示的多边形边界。6为了将栅格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出；方法：根据图像数据数据文件的不同，分别采用不同的算法：基于图象数据的转换方法； 基于再生栅格数据的转换
18、方法栅格格式向矢量格式转换一般步骤1)栅格数据的二值化； 2)多边形边界提取和细化；3)多边形边界跟踪； 4)去除多余点及曲线光滑；5)拓扑关系生成； 6、空间数据的融合（结合实际，意义在哪）遥感与 GIS 数据融合1)遥感图像与数字线画图 DLG 融合经过正射纠正后的遥感影像，与数字地图信息融合，可产生影像地图。具有如下特点（实际意义）：*这种影像地图具有一定的数学基础，有丰富的光谱信息与几何信息；*有行政界线和属性信息；*提高了用户的可视化效果；并使用户能够方便的得到各种统计信息，如：某个行政单元的土地利用类型、数量等。2)遥感数据与 DEM 的融合*有助于实施遥感影像的几何校正与配准，消
19、除遥感图像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遥感图像的定位精度；*DEM 可参与遥感图像的分类，改善分类精度*提高 GIS 空间分析能力。3)多卫星、多时相遥感数据融合将不同时期的遥感图像配准叠合，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实现 GIS 数据库的自动半自动快速更新不同格式数据融合基于转换器的数据融合：如 Tab EOO Coverage基于数据标准的数据融合：SDTS基于公共接口的数据融合：OGC 基于直接访问的数据空间数据综合类型：数据属性的重新分类、空间图形的化简、图形特征的内插栅格数据压缩：影像数据压缩的可能性是因为像素之间存在着较强的相关性：从统计观点上看，某像素的
20、灰度值总是和周围其他像素的灰度值有某种关系，应用编码方法提取并减少这种相关牲，便可实现影像数据的压缩。从信息论观点来看，影像压缩就是减少影像信息中无用的冗余信息。7、栅格数据重分类（给一个坡度数据 用软件来重分类）Spatial Analyst（空间分析）模块的空间插值功能将点状数据生成数字高程模型；表面分析功能将数字高程模型转换成坡度栅格；Reclassify（重分类）功能可以将栅格数据的像元值按照一定的范围进行修改以新值替代旧值8、内插的概念：设已知一组空间数据，它们可以是离散点的形式，也可以是分区数据的形式，空间数据的内插就是从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系最好地逼近这些已知的空
21、间数据，并能根据该函数关系式推求出区域范围内其他任意点或任意分区的值。内插的类型：点的内插 7A、逐点内插：a、反比距离加权法：权值应与距离成反比，间距愈近，对待求点测定值的影响应愈大。如取 W = 1 / d2 或( (R-d) /d )2式中：W 数据点的权重d 为待定点到数据点间的水平距离，R 为定义函数待定参数时所求的圆半径。b、克里金法：区域化的变量随所在区域位置的改变而连续地变化，彼此离得近的点之间有某种程度上的空间相关性，而相隔较远的点之间在统计上看是相互独立的。B、局部函数内插区域的内插：主要解决离散属性数据问题。研究的目标是从已知分区的数据(如社会经济数据)中推出同一地区的另
22、一组分区数据。叠置法、比重法(计算)（p104-p105）第四章 地理信息系统空间数据库1、文件方式保存和数据库保存的优缺点：优点：一个 GIS 软件可以同时直接使用多个空间数据文件，一个空间数据文件也可以同时为多个 GIS 共享缺点：空间数据存储在不同的文件里造成数据是面向应用的，多个文件之间彼此孤立，不能反映数据之间的联系，易造成数据的冗余与不一致。2、空间数据管理模式发展阶段（给一个实例，判断这是哪个阶段）：初级式（coverage）-混合式（shape，MapInfo 的.TAB 文件）-扩展式(geodatabase SDE，Spatial Database Engine)-集成式(
23、oracle spatial cartridge 即对象-关系数据库)3、SDE：空间数据库引擎（Spatial Database Engine）:在常规数据库管理系统上加一层空间数据库引擎，实现数据库的储存与管理。4、关系数据模型：用关系的方式来组织表达空间数据，关系就是二维表。5、面向对象数据模型：用对象的方式来组织表达数据模型1)对象：就是现实世界中客体的模型化，与数据库中记录、元组等概念相似。如：行政区域的多边形对象，表示一条河流的弧段对象 2)消息：是对象之间相互请求或相互协作的唯一途径。一个对象必须通过向其它对象发送消息的形式使得其它对象提供各自能实现的功能。3）类：类是对一组对象
24、的抽象描述，它将该组对象所具有的共同特征集中起来，以说明该组对象的能力和性质。6、概括：是把一组具有相同特征和操作的对象类归纳在一个更一般的超类中。例左下图聚集：反映了嵌套对象的概念，嵌套对象是由一些其它对象组成的，它是用来描述较高层次对象的一种形式。例右下图概括和聚集的区别：概括是父类和子类的关系；聚集是无父类子类关系88、空间元数据：空间数据的一种描述性数据第五章 空间分析的原理与方法1、空间查询的过程（结合实例写过程）：1）软件提供的工具：2）属性查询：由目标的某种属性数据（或者属性集合）查询该目标的其他属性信息；由地物目标的属性信息查询其对应的图形信息。3）空间关系查询：a、点-点查询
25、：列，查询距离水井 1km 范围内的所有城镇。b、线-点查询：列，查询距离河流 1km 范围内的所有城镇。c、面-点查询：列，查询距离某行政区域内的所有城镇。d、点-线查询：列，查询距离某乡镇 500m 范围内的河流。e、线-线查询：列，查询与某河流的干流连接的支流。f、面-线查询：列，查询过某行政区域的河流。g、点-面查询：列，查询某乡镇所在的行政区域。h、线-面查询：列，查询某河流经过的行政区域。i、面-面查询：列，查询与某行政区域相邻的其他行政区域。2、空间叠置分析(Spatial Overlay Analysis)：是指在统一空间参照系统条件下，每次将同一地区两个地理对象的图层进行叠置
26、，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。缓冲区分析：是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或者主体对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解决邻近度问题的空间分析工具之一。 它在交通、林业、资源管理、城市规划中有着广泛的应用。缓冲区：地理空间实体的一种影响范围或服务范围。3、空间分析的步骤（论述）：一）建立分析目的和标准二）准备空间操作的数据三）进行空间操作，包括建立特征缓冲区，进行拓扑叠加、特征提取、特征合并等。4、辅助建设项目选址1、目的：将建设项目选在最佳位置2、标准：面积1 万 m2、地价5000 元/m2、地块周围不能
27、有小学、幼儿园等、地形相对平坦（坡度5）3、准备数据：地块面状矢量、地价属性数据、小学、幼儿园等公共设施分布图、坡度数据4、空间操作：1）选择地块：通过属性查询面积1 万 m2、地价5000 元/m2 的地块，将满足上述两条件的地块提取出来2）邻域分析：将学校等公共设施的信息叠加到选中地块的层次上进行分析3）将坡度栅格数据通过栅格计算，将坡度5 的数据提取出来，并通过矩阵运算，把像元1 的提取出来，转化为矢量数据4）将 3）和 2）进行叠合95、统计分析：将满足条件的地块选出来6、打印输出图形或表格5、DTM:（Digital Terrain Model）：用数字化的形式表达的地形信息DEM：
28、数字高程模型（Digital Elevation Model）：数字地形模型中地形属性为高程DEM 表示模型：规则格网模型、等高线模型、不规则三角网模型6、坡度和坡向的计算7、计算最短路径第七章 地理信息系统的设计与评价1、地图：是按照一定的数学法则，将地球表面上的空间信息，经概括综合，以可视化、数字或触摸的符号形式，缩小表达在一定载体上的图形模型，用以传输、模拟和认知客观世界的时空信息。2、地图符号（Symbol）：地图符号可以指出目标种类（如公路）及其数量特征和质量特征（如公路行车部分的铺面种类和宽度），并且可以确定对象的空间位置和现象的分布（如人口密度等）。3、专题地图：是根据专业的需要
29、，突出反映一种或几种主题要素或现象的地图。表示方法：（给定实例，判断其用什么方法）4、专题地图制作过程 （结合软件操作，写出具体步骤）1）选择专题地图类型 2）选择欲在图中表现的数据项从本表中某字段获取数据从其它相关的表中获取数据从本表或相关表中获取派生数据3）修改、编辑专题图4）保存专题地图DEM、TIN 与栅格之间的关系1.TIN，又叫做不规则格网的 DEM，是基于矢量的数字地理数据的一种形式，通过将一系列折点组成的三角形来构建。各折点通过由一系列边进行连接，最终形成一个三角网。在ArcGIS 中主要有三种生成 TIN 的方式，即由矢量数据生成 TIN、由栅格数据生成 TIN 和由Terr
30、ain 数据集生成 TIN。2.对于 DEM 并没有一个标准的定义。按照 DEM 的结构，即其数据组织方式，可以分为基于点、基于线单元和基于面单元的 DEM。其中基于点的 DEM 实质上就是离散采样点的集合；基于线单元的 DEM 主要是基于等高线 DEM；基于面单元的 DEM 又分为基于规则格网（如正方形格网、正六边形格网等）的 DEM 和基于不规则格网的 DEM。DEM 可以以栅格、矢量、TIN 和 grid 的形式表示。3.栅格数据是最简单、最直观的一种空间数据结构，它是将地面划分为均匀的网格，每个网格作为一个像元，像元的位置由所在行、列号确定，像元所含有的代码表示其属性类型或仅是与其属性记录相联系的指针。但当栅格具有高程值时，此时栅格又叫做 DEM，并且以面的形式显示。而在 ArcGIS 中，一般将基于 TIN 的 DEM 简记为 TIN，将基于规则格网 DEM 记为 DEM，将与矢量数据相对应的数据记为栅格。并且，这三种数据之间可相互转换。10
