------------------------------------------------------------------------地理信息系統教程(考試重點)地理信息系統教程第一章緒論1．信息系統：能對數據和信息進行采集、存儲、加工和再現，并能回答用戶一系列問題的系統。具有采集、管理、分析和表達數據的能力。2．地理信息系統：GIS是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統，該系統設計用來支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問題3．GIS與IS之間的區別：GIS是空間數據和屬性數據的聯合體。4．GIS系統五個基本組成部分：⑴硬件系統，各種設備-物質基礎；⑵軟件系統，支持數據采集、存儲、加工、回答用戶問題的計算機程序系統；⑶數據，系統分析與處理的對象、構成系統的應用基礎；⑷應用人員，GIS服務的對象，分為一般用戶和從事建立、維護、管理和更新的高級用戶；⑸應用模型，解決某一專門應用的應用模型，是GIS技術產生社會經濟效益的關鍵所在5．地理信息系統基本功能：⑴數據采集與編輯；⑵數據存儲與管理；⑶數據處理和變換；⑷空間分析和統計；⑸產品制作與顯示；⑹二次開發和編程6．地理信息系統應用功能：資源管理；區域規劃；國土監測；輔助決策第二章地理信息系統的空間數據結構和數據庫1．地理實體：指自然界現象和社會經濟事件中不能再分割的單元，它是一個具有概括性，復雜性，相對性的概念。2．地理實體的特征：⑴屬性特征——用以描述事物或現象的特性；⑵空間特征——用以描述事物或現象的地理位置以及空間相互關系；⑶時間特征——用以描述事物或現象隨時間的變化3．地理實體數據的類型：⑴屬性數據——描述空間對象的屬性特征的數據；⑵幾何數據——描述空間對象的空間特征的數據；⑶關系數據——描述空間對象之間的空間關系的數據4．點：有特定位置；線：具有相同屬性的點的軌跡，由一系列的有序坐標表示；面：對湖泊、島嶼、地塊等一類現象的描述。由封閉曲線加內點來表示；體：用于描述三維空間中的現象與物體，它具有長度、寬度及高度等屬性5．空間數據結構：是指空間數據適合于計算機存儲、管理、處理的邏輯結構，也就是指空間數據以什么形式在計算機中存儲和處理。其分為基于矢量的數據結構和基于柵格的數據結構兩種基本類型6．矢量數據獲取方式：⑴通過外業測量獲得，利用測量儀器記錄測量結果，然后轉換到地理數據庫中；⑵跟蹤數字化，用跟蹤數字化的方式把地圖變成離散的矢量數據；⑶間接獲取：a柵格數據轉換b空間分析7．矢量數據結構：通過記錄空間對象的坐標及其空間關系來表達地理實體的一種數據結構。8．柵格數據結構：是指將地表區域劃分為大小均勻緊密相鄰的網格陣列，每個網格作為一個象元或象素由行、列定義，并包含一個代碼表示該象素的屬性類型或量值。9．柵格數據獲取途徑：手工獲取；掃描儀掃描；由矢量數據轉換而來；遙感影像數據；格網DEM數據10．拓撲關系：是一種對空間結構關系進行明確定義的方法，指圖形保持連續狀態下變形，但圖形關系不變的性質。11．拓撲元素量、質不變及相互關系——歐拉公式：c+L=A+P（P:點數；L:線數；A:面數；c:常數，為多邊形地圖特征，若A包含邊界里面和外面的多邊形，則c=2；若A僅包含邊界內部多邊形，則c=1）12．矢量和柵格數據結構的比較：⑴矢量數據結構優點：便于面向現象(土壤類型等)的數據表示，不僅能表達屬性，而且能方便的記錄每個目標的具體屬性信息，數據結構緊湊，冗余度低，有利于網絡、檢索分析，圖形顯示質量好，位置精度高，能完整地描述空間關系；缺點：數據結構復雜，多邊形疊置分析及模擬比較困難，不能做增強處理，軟硬件技術要求高。⑵柵格數據結構優點：數據結構簡單，易數據交換，空間分析和地理現象模擬比較容易，有利于與RS數據的匹配應用和分析，輸出方法快速，成本比較低廉；缺點：現象識別效果不如矢量方法，圖形數據量大，投影轉換困難，圖形質量轉低。第三章空間數據的采集和質量控制1．地圖投影變形種類：長度變形；面積變形；角度變形2．GIS數據源：是指建立GIS的地理數據庫所需要的各種數據來源，主要包括地圖、遙感圖像、文本資料、統計資料、實測數據、多媒體數據、已有系統的數據等。3．GIS數據質量的基本內容：⑴位置精度：如數學基礎、平面精度、高程精度等，用以描述幾何數據的質量；⑵屬性精度：如要素分類的正確性、屬性編碼的正確性、注記的正確性等，用以反映屬性數據的質量；⑶邏輯一致性：如多邊形的閉合精度、結點匹配精度、拓撲關系的正確性等；⑷完備性：如數據分類的完備性、實體類型的完備性、屬性數據的完備性、注記的完整性等；⑸現勢性：如數據的采集時間、數據的更新時間等4．地圖投影及目的：映射將地球橢球面上的點到平面上的方法即為地圖投影；目的：使距離、方位、面積等量算和各種空間分析更容易進行5．GIS與地圖投影的關系：GIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少；GIS數據庫中地理數據以地理坐標存儲時，則以地圖為數據源的空間數據必須通過投影變換轉換成地理坐標；而輸出或顯示時，則要將地理坐標表示的空間數據通過投影變換變換成指定投影的平面坐標；GIS中，地理數據的顯示可根據用戶的需要而指定投影方式，但當所顯示的地圖與國家基本地圖系列的比例尺一致時，一般采用國家基本系列地圖所用的投影6．空間數據分層的目的：空間數據分為若干數據層后，對所有空間數據的管理就簡化為對各數據層的管理，而一個數據層的數據結構往往比較單一，數據量也相對較小，管理起來就相對簡單；2）對分層的空間數據進行查詢時，不需要對所有空間數據進行查詢，只需要對某一層空間數據進行查詢即可，因而可加快查詢速度；3）分層后的空間數據，由于便于任意選擇需要顯示的圖層，因而增加了圖形顯示的靈活性；4）對不同數據層進行疊加，可進行各種目的的空間分析7．GIS中代碼的種類：分類碼（根據地理信息分類體系設計出的各專業信息的分類代碼）；標識碼（對每類數據設計出其全部或主要實體的識別代碼）8．GIS的數據采集：是將空間實體的幾何數據和屬性數據輸入到地理數據庫中9．空間數據標準：指空間數據的名稱、代碼、分類編碼、數據類型、精度、單位、格式等的標準形式10．元數據：關于數據的數據，也即是描述數據和信息資源的數據；空間元數據：地理的數據和信息資源的描述性信息。是通過對地理空間數據的內容、質量、條件和其他特征進行描述與說明，以便人們有效地定位、評價、比較、獲取和使用與地理相關數據的數據。11．空間數據采集的主要任務：將現有的地圖、外業觀測成果、航空影片、遙感圖像、文字資本等轉換成GIS可以處理與接受的數字形式，通常要經過驗證、修改、編輯等處理。12．研究GIS數據質量的目的和意義：目的：建立一套空間數據的分析和處理體系，包括誤差來源確定、誤差的鑒別和度量方法、誤差傳播的模型、控制和削弱誤差的方法等，使未來的GIS在提供產品的同時，提供產品的質量指標，即建立GIS產品的合格證制度；意義：研究GIS數據質量對于評定GIS的自己量、評判算法的優劣、減少GIS設計與開發的盲目性都具有重要意義第四章空間數據的處理1．空間數據處理：是指把來自科學研究、生產實踐和社會經濟活動等領域中的原始數據，用一定的設備和手段，按一定的使用要求，加工成另一種形式的數據。2．空間數據處理目的：⑴把數據轉換成便于觀察分析、傳送或進一步處理的形式；⑵從大量的原始數據中抽取、推導出對人們有價值的信息以作為行動和決策的依據；⑶科學地保存和管理已經過處理（如校正、整理等）的大量數據，以便人們能方便而充分地利用這些寶貴的信息資源。3．順時針方向構多邊形：指多邊形是在鏈的右側4．空間索引：是指依據空間對象的位置和形狀或空間對象之間的某種空間關系,按一定的順序排列的一種數據結構。它包含空間對象的概要信息，通過篩選作用，大量與特定空間操作無關的空間對象被排除，從而提高空間操作的速度和效率5．幾何糾正目的：實現對數字化數據的坐標系轉換和圖紙變形誤差的糾正6．仿射變換的特性：⑴直線變換后仍為直線；2）平行線變換后仍為平行線；3）不同方向上的長度比發生變化7．投影變換目的：將某一研究區域不同投影方式的圖件統一起來，需要將一種投影方式轉換為另一種投影方式。方法：⑴解析變換法：找出兩投影間坐標變換的解析計算公式；⑵數值變換法8．空間數據分層方法：a專題分層：每個圖層對應一個專題，包含某一種或某一類數據，b時間層序分層：把不同時間或不同時期的數據作為一個數據層9．地圖跟蹤數字化：通過記錄數字化板上點的平面坐標來獲取矢量數據10．數據壓縮：是指從所取得的數據集合中抽出一個子集，使得該子集在規定的精度范圍內較好地逼近原集合，且盡可能降低其數據量的數據處理過程11．空間數據插值：在已觀測點上的數據的空間推算出未知點的數據的過程12．數字高程模型（DEM）：也稱數字地面模型，是一種對空間起伏的連續表示方法第五章空間查詢與空間分析1．空間查詢：空間查詢，是指基于給定的屬性和空間約束條件從地理數據庫中查找指定地理對象及其屬性的過程2．GIS中空間數據的統計分析，是指對GIS地理數據庫中的專題數據進行統計分析3．DEM的表示法：1）規則格網(Grid)：規則格網法是將區域空間切分為規則的格網單元，每一個格網單元對應一個高程值。數學上可把DEM表示成高程矩陣。2）TIN：利用區域有限個點集將區域劃分為互不交叉、互不重疊且相連的三角面網絡來模擬地形表面的數據模型。4．空間疊置分析：是指在統一的空間參照系統條件下，將同一地區的兩組或兩組以上的圖層要素進行疊置，產生新的特征的分析方法。5．緩沖區分析概念：是指根據分析對象的點、線、面實體，自動建立它們周圍一定距離的帶狀區域，用以識別這些實體對鄰近對象的輻射范圍或影響度，以便為某項分析或決策提供依據6．泰森多邊形：將所有相鄰氣象站連成三角形，作這些三角形各邊的垂直平分線，于是每個氣象站周圍的若干垂直平分線便圍成一個多邊形，用這個多邊形內所包含的一個唯一氣象站的降雨強度來表示這個多邊形區域內的降雨強度7．泰森多邊形的性質：⑴每個泰森多邊形內僅含有一個控制點數據；⑵泰森多邊形內的點到相應控制點的距離最近；⑶位于泰森多邊形邊上的點到其兩邊控制點的距離相等第六章空間信息的可視化1．可視化：可視化是將符號或數據轉化為直觀的圖形、圖像的技術，它的過程是一種轉換，它的目的是將原始數據轉化為可顯示的圖形、圖像，從而全面且本質地把握住地理空間信息的基本特征，便于最迅速、形象地傳遞和接收它們。2．科學計算可視化：科學計算可視化：是指運用計算機圖形學和圖像處理技術，將計算過程中產生的數據及計算結果轉換為圖形和圖像顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術。3．空間信息可視化：是指運用地圖學、計算機圖形學和圖像處理技術，將地學信息輸入、處理、查詢、分析以及預測的數據及結果采用圖形符號、圖形、圖像，并結合圖表、文字、表格、視頻等可視化形式在屏幕上顯出來，并進行交互處理的理論、方法和技術。4．空間信息可視化的形式：A紙質地圖；B電子地圖；C多媒體地圖；D三維仿真地圖；E虛擬現實5地圖符號的分類：點狀符號、線狀符號、面狀符號6．電子地圖：是數字地圖與GIS軟件工具結合后的產物，它是一種出于運動狀態的數字地圖，這種運動狀態或是輸入、輸出，或是顯示、檢索分析。7．電子地圖集：是為了一定用途，采用統一、互補的制作方法系統匯集的若干電子地圖8．電子地圖與GIS的區別：⑴電子地圖包含了GIS的主要功能，但不是全部功能；⑵電子地圖側重于可見實體的顯示，其中較完善的空間信息可視化功能和地圖量算功能是一般GIS所欠缺的；⑶不同來源的電子地圖數