地理信息系统Word格式.docx

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数据采集与编辑，数据存储与管理，数据处理与变换，空间分析与统计，产品制作与显示，二次开发和编程。

应用功能：

资源管理区域规划国土监测辅助决策

13、为什么要进行投影?

地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算。

地球椭球体为不可展曲面。

地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析。

14、地图投影：

将地球椭球面上的点映射到平面上的方法。

15地图投影的变形：

长度变形，面积变形，角度变形

16、GIS中为什么要进行地图投影？

GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。

GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；

而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。

GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。

17地理信息数字化描述方法：

隐式：

由一系列定义了起点和终点的线及某种连接关系来描述。

——矢量数据结构。

显式：

即栅格中的一系列像元。

这些像元都给予相应的编码值R或相同的颜色、符号、数字、灰度值来表示。

——栅格数据结构。

18空间对象的描述要素：

编码：

区别不同的实体，包括分类码和识别码。

分类码表示空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进行标识，是唯一的。

类型：

空间对象所属的实体类型，或由那些实体组成。

位置：

坐标形式给出空间对象的空间位置。

行为：

空间对象所具备的行为和功能。

属性：

空间对象所对应的非几何信息；

说明：

实体数据来源、精度等。

关系：

与其他实体之间的关系

8空间对象的编码原则：

（注：

编码对象：

属性数据）编码的系统性和科学性；

编码的一致性；

编码的标准化和通用性；

编码的简捷性；

编码的可扩展性

9空间对象编码方法：

1）层次分类编码：

分类对象的从属和层次关系；

有明确的分类对象类别和严格的隶属关系2）多源分类编码：

按空间对象不同特性进行分类并进行编码；

代码之间没有隶属关系，反映对象特性具有较大的信息量，有利于空间分析。

10空间对象编码步骤：

1）、列出全部制图对象；

2）、根据制图对象分类、分级原则和指标，将制图对象进行分类分级；

3）、拟定分类代码系统；

4）、设定代码及格式，设定代码使用的字符和数字、码位长度，码位分配等。

5）、建立代码和编码的对照表，这是编码的最后成果。

11拓扑关系是指明确定义物体之间的空间关系的一种数学方法。

12拓扑元素：

点：

孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点。

线：

两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段。

面：

若干弧段组成的多边形

13基本拓扑关系关联：

不同拓扑元素之间的关系

邻接：

相同拓扑元素之间的关系包含：

面与其他元素之间的关系层次：

相同拓扑元素之间的层次关系

14点、线、面之间的拓扑关系

（1）连通性（弧段与节点的关系）：

以弧段——节点结构来确定弧段与弧段之间的连通性。

多用于路经分析、最佳路径分析、网络流程分析等。

（2）关联性（节点与弧段的关系）：

描述的是与节点相连的弧段。

（3）多边形区域定义（多边形与弧段的关系）：

多边形由一组封闭的线来表示。

（4）邻接性（弧段与多边形的关系）：

用多边形——弧段结构来确定多边形相互之间的邻接关系。

15度量空间关系分析1、空间指标量算：

几何指标：

位置、长度、面积、体积、形状、方位等。

自然地理参数：

坡度、坡向、地表福照度、地形起伏度、河网密度、切割程度、通达性等。

人文地理指标：

集中指标、区位商、差异指数、地理关联指数、吸引范围、交通便利程度、人口密度等。

2、地理空间的距离度量：

（1）大地测量距离：

沿着地球大圆经过两个城市中心的距离。

（2）曼哈顿距离：

维度差加上经度差。

（3）旅行时间距离：

从一个城市到另一个城市的最短的时间。

（4）词典距离：

在一个固定的地名册中一系列城市中他们位置之间的绝对差值。

16栅格数据结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。

17栅格象元的大小确定的原则：

（1）保证精度：

避免轮廓特征过分平滑化；

避免损失小图斑；

避免损失狭小图斑；

（2）注意与其他数据系统相匹配；

（3）注意适应于计算机存储和处理能力。

18栅格单元代码的确定：

百分比法，面积占优法，中心点法，重要性法。

19栅格数据编码方法1）、直接栅格编码：

当每个像元都有唯一一个属性值时，一层内的编码就需要m行×

n列×

3（x,y和属性编码值）个存储单元。

2）、游程长度编码：

游程长度编码是按行帧序存储多边形内的各个像元的列号，即在某行上从左至右存储属该多边形的始末像元的列号。

特点：

压缩效率比较高，其程度与图的复杂程度成正比，且易于检索、叠加、合并等操作，运算简单。

适用于机器存储量小，数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码、解码运算，增加处理和操作时间的情况。

3）、块式编码是将游程长度编码扩大到二维的情况，把多边形范围划分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。

块式编码的数据结构由初始位置（行号，列号）、半径和属性，再加上记录单元的代码组成。

具有可变的分辨率，即当代码变化小时图块大，表明在区域图斑内部分辨率低；

反之以小块记录区域边界地段分辨率高，以此达到压缩的目的。

块码与游程长度编码相似，随着图形复杂程度的提高而降低效率，即图斑越大，压缩比越高；

图斑越破碎，压缩比越低。

块码在合并、插入、检查延伸性，计算面积等操作时有明显的优越性，然而对某些运算并不适应，必须再转换成简单的数据形式才能顺利进行。

4）链式编码：

以多边形的边界为基本单元编码，它是由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量。

可以有效地压缩栅格数据，而且对于估算面积、长度、转折方向的凹凸度等运算十分方便，比较适合于存储图形数据。

缺点是对边界进行合并和插入等修改编辑工作比较困难，对局部的修改将改变整体结构、效率较低，而且由于链码是以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界将被重复存储从而产生冗余。

5）四叉树编码：

将一幅栅格地图或图像等分为四部分，逐块检查其格网属性值。

如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则还需按该子区再分割成四个子区，这样依次地分割，直至每个子区都具有相同的属性值或灰度为止。

编码值：

叶子值+地址值优点：

容易而有效地计算多边形的数量特征；

阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树越高即分级多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存储量。

栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩方法容易。

多边形中嵌套异类小多边形的表示较为方便。

缺点：

转换不定性，即用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构，不利于形状分析和模式区别。

6）、八叉树编码：

八叉树主要用来解决地理信息系统中的三维问题

20栅格数据结构特点离散的量化栅格值表示空间对象位置隐含,属性明显数据结构简单,易与遥感数据结合,但数据量大几何和属性偏差面向位置的数据结构,难以建立间对象之间的关系

21矢量数据结构：

指通过记录地理实体坐标的方式精确地表示点、线、面等实体的空间位置和形状，是人们较为习惯的一种表示空间数据的方法

22矢量数据的各种编码方法优缺点比较：

1坐标序列法：

优点：

结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示。

1、邻接多边形的公共边被数字化和存储两次，由此产生冗余和边界不重合的匹配误差；

2、每个多边形自成体系，而缺少有关邻域关系的信息；

3、不能解决复杂多边形嵌套问题，内岛只作为单个的图形建造，没有与外围多边形的联系2树状索引法的优缺点优点：

树状索引结构消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信息可通过对多边形文件的线索引处理得到缺点：

但比较繁琐，因而给邻域函数运算、消除无用边、处理岛状信息以及检查拓扑关系等带来一定的困难，而且两个编码表都要以人工方式建立、工作量大且容易出错。

3双重独立编码优点：

1多边形网络完全综合成一个整体，没有重叠和漏洞，也没有过多的冗余数据。

2全部多边形、链、属性数据均为内部连接在一起的整体单元的一部分，可以进行任何类型的邻域分析。

3多边形嵌套多边形不受限制，可以无限地嵌套。

4数据库的位置精度只受数字化精度和计算机字长的限制。

5便于数据共享。

1拓扑表必须在一开始就创建，这需要一定时间和存储空间。

2一些简单操作，如图形显示需要的是空间坐标而非拓扑结构，没有必要建立繁琐的拓扑表。

23矢量数据与栅格数据的优缺点比较1矢量数据：

（1）表示地理数据的精度较高

（2）严密的数据结构，数据量小（3）完整的描述空间关系（4）图形输出精确美观（5）图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现（6）面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息缺点：

（1）数据结构复杂

（2）矢量叠置较为复杂（3）数学模拟比较困难（4）技术复杂，特别是软硬件

2栅格数据：

（1）数据结构简单

（2）空间数据的叠置和组合方便（3）各类空间分析很易于进行（4）数学模拟方便缺点：

（1）图形数据量大

（2）用大像元减少数据量时，精度和信息量受损（3）地图输出不美观（4）难以建立网络连接关系（5）投影变换比较费时

24矢量数据到栅格数据边界代数算法（任伏虎）原理：

（单个多边形）初始化栅格阵列，使各栅格阵列的值为0，若填充多边形编号为a的区域，即是将区域内的栅格点的值变为a，而区域外各点仍保持原值零。

以栅格行列为参考坐标轴，由多边形边界上某点为起始点，顺时针搜索边界线，当边界线段位上行时，位于搜索边界线左侧的具有相同行坐标的所有栅格点被减去a，当边界线下行时，则将边界线左边所有具有相同行坐标的栅格点加上一个行值。

当沿边界线搜索运算一周或到起始点后，所有多边形内部的栅格点都被赋值a，而多边形外栅格点的值不变。

多个多边形：

对每幅地图的全部具有左右多边形编号的边界弧段，沿其前进的方向逐个搜索，当边界上行时，将边界线位置与左图框之间的网格点加上一个值=（左多边形编号）-（右多边形编号），当边界线下行时，将边界线位置与左图框的栅格点加上一个值=（右多边形编号）-（左多边形编号）

25栅格格式向矢量格式转换通常包括以下四个步骤：

（1）多边形边界提取：

采用高通滤波器将栅格图像二值化或以特殊值标识边界点。

（2）边界线追踪：

对每个边界需沿除进入方向的其它7个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段。

（3）拓扑关系生成：

对于矢量表示的边界弧段，判断其与原图上各多边形的空间关系，形成完整的拓扑结构，并建立与属性数据的联系。

（4）去除多余点及曲线光滑：

由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以减少数据冗余。

26栅格数据到矢量数据双边界直接搜索算法（任伏虎）：

通过边界提取，将左右多边形信息保存在边界点上，每条边界弧段由两个并行的边界联组成，分别记录该边界弧段的左右多边形编号。

边界线搜索采用2*2栅格窗口。

在每个窗口内的四个栅格数据的模式可以唯一地确定下一个窗口的搜索方向和该弧段的拓扑关系。

27GIS数据分类:

空间特征数据,专题属性数据,时间属性数据

28数据采集的任务:

将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字形式。

数据入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性。

不同的数据来源要用到不同的设备和方法。

数据的转换装载。

数据处理：

几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等。

29空间数据采集方法：

手扶跟踪数字化仪采集；

摄影测量数字化采集；

扫描跟踪数字化采集；

外业实地数字化采集。

30地图预处理工作:

（1）对于纸张不好的纸质地图，需将其复制到聚酯薄膜上，以减少因图纸变形而产生的误差；

（2）为使相邻图幅便于拼接，需将每幅数字化底图的四边内图廓框相交的线划要素向外延伸。

（3）对于地图上封闭曲线和较长的线划要素进行分段；

（4）对于非国家标准分幅地图，还应打上方格网，以利于控制点坐标数据精度的量取。

31手扶跟踪数字化：

连接数字化仪；

图版定向；

数字化

32属性数据采集：

包括各类调查报告、文件、统计数据、实验数据与野外调查的原始记录等，如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据。

对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键入或文件、表格、数据库导入。

对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须进行编码输入。

33空间数据编辑的必要性：

修正数据输入错误；

维护数据的完整性和一致性；

更新地理信息

34空间数据一般性错误：

数据不完整、重复；

空间数据位置不正确；

空间数据比例尺不准确；

空间数据变形；

几何和属性连接有误；

属性数据不完整错误检查主要方法：

叠合比较法；

目视检查法；

逻辑检查法

35图形编辑（修改）：

（1）结点吻合

（2）结点与线的吻合（3）清除伪结点（4）碎屑多边形（5）正规的多边形

36图象纠正原因及实质：

原因：

地图变形（均匀变形、非均匀变形）；

数字化中的位置移动；

遥感影像本身存在几何变形；

投影方式不同；

分幅扫描实质：

建立纠正图象与标准地图的一一对应关系

37图象纠正变换方法：

精确方法：

仿射变换、双线性变换、平方变换、立方变换等。

近似方法：

橡皮板变换纠正步骤：

纠正点—数据采集—函数建立—逐点或网格纠正

38有关数据质量的基本概念1、准确度（Accurancy）：

即测量值与真值之间的接近程度。

可用误差来衡量。

2、精度（precision）：

即对现象描述的详细程度。

3、不确定性（uncertainty）：

不确定性是指某一现象不能被准确测定的程度，包括空间位置不确定性、属性不确定、时域不确定、逻辑上的不一致性和数据的不完整性。

5、相容性（compatibility）：

指两个来源的数据在同一个应用中使用的难易程度。

6、一致性（consistency）：

指对同一现象或同类现象表达的一致程度。

7、完整性（completeness）：

指用同一准确度和精度的数据在特定空间范围内是否完整的程度。

8、可得性：

指获取或使用数据的容易程度。

9、现势性：

指数据反映客观现象目前状况的程度。

34数据误差或不确定的来源

1、空间现象自身存在的不稳定性：

空间特征和过程在空间、专题和时间内容上的不确定性。

2、空间现象的表达3、空间数据处理中的误差：

投影变换、地图数字化和扫描后的矢量化处理、数据格式转换、数据抽象、建立拓扑关系、与主控数据层的匹配、数据叠加操作和更新、数据集成处理、数据的可视化表达4、空间数据使用中的误差：

包括对数据的解释过程和缺少文档。

35数据的误差类型：

几何误差，属性误差，时间误差，逻辑误差

36空间数据的质量控制方法：

（1）传统的手工方法；

（2）元数据方法：

数据的元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。

（3）地理相关法：

用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。

36元数据是指描述数据的数据。

37元数据内容：

（1）对数据集的描述：

对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据序代（数据生产历史）等的说明；

（2）对数据质量的描述：

数据精度、数据的逻辑一致性、分辨率、元数据的比例尺等。

（3）对数据处理信息的说明：

如量纲的转换。

（4）对数据转换方法的描述；

（5）对数据库的更新、集成等的说明。

38元数据作用

（1）帮助数据生产单位有效的管理和维护空间数据，建立数据文档，并保证即使其主要工作人员离退时，也不会丢失对数据情况的了解。

（2）提供有关数据生产单位对数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据。

（3）帮助用户了解数据以便就数据是否满足其需求做出正确的判断。

（4）提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。

39元数据类型

（1）根据元数据的内容分：

科研型元数据、评估型元数据、模型元数据

（2）根据元数据描述对象分：

数据层元数据、属性元数据、实体元数据（3）根据元数据在系统中的作用分：

系统级元数据、应用层元数据（4）根据元数据的作用分：

说明元数据、控制元数据

40数据项：

是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等。

41记录：

由若干相关联的数据项组成。

42文件：

文件是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的集合。

43常用的数据文件：

顺序文件，索引文件，直接文件，倒排文件

44数据组织的分级逻辑：

数据项、记录、文件、数据库物理：

比特、字节、字、块、桶和卷

45数据间的逻辑联系主要是指记录与记录之间的联系，有1：

1，1：

n，m:

n三种

46数据库：

数据库就是为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储、管理和应用的相关联的数据集合。

47数据库管理系统：

位于用户和操作系统之间的一种数据管理软件。

48数据库系统：

是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员和用户构成。

49数据模型是描述数据内容和数据之间联系的工具，它是衡量数据库能力强弱的主要标志。

主要有层次模型、网状模型和关系模型、面向对象的数据库模型。

50GIS数据库是指以特定的信息结构和数据模型表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足Internet/Intranet上的不同用户对空间信息需求的数据库。

51GIS数据库作用：

（1）对海量数据的管理能力；

（2）空间分析功能；

（3）设计方式灵活，满足用户要求（4）支持网络功能

52空间数据的特征：

（1）空间特征

（2）抽象特征（3）多尺度与多态性特征（4）非结构化特征（5）空间关系特征（6）分类编码特征（7）海量数据特征

53空间数据与一般数据相比所具有的特点：

（1）数据量大；

（2）不仅拥有地理要素的属性数据，且还拥有大量的空间数据，且这两种数据具有不可分割的联系；

（3）数据应用面广

54传统数据库系统管理地理空间数据的局限性：

1、传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符，而地理信息数据是连续的，并且具有很强的空间相关性。

2、传统的数据库管理的实体类型较少，并且实体类型之间通常只有简单的、固定的空间关系，而地理空间数据的实体类型繁多，实体类型之间存在着复杂的空间关系，并且还能产生新的关系。

3、传统数据库存储的数据通常为等长记录的数据，而地理空间数据通常用于不同目标的坐标串长度的不定，具有变长记录，且数据项可能很大、很复杂。

4、传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息，而空间数据库中需要大量的空间数据操作和查询，如邻域、连通、包含和叠加等。

55GIS空间数据库主要管里方法：

（1）文件关系数据库混合管理

（2）全关系数据库管理（3）扩展关系（对象-关系）数据库管理（4）面向对象数据库管理系统

56空间数据分块组织（分区管理）：

磁盘容量、查询分析效率、数据库维护图块划分原则：

按存取效率较高的空间分布单元划分图块，以提高数据库的存取效率。

图块的划分应使基本存储单元具有较高较为合理的数据量。

在定义图块分区时，应充分考虑未来地图更新的图形属性信息及空间分布，以利于更新和维护。

56空间数据分层组织：

将不同类不同级别的图元要素进行分层存放，每一层存放一种专题或一类信息。

每一图层应具有的特性：

可见性、绘图特征、叠加性

57工作区通常将一幅图或几幅图的范围当作一个工作单元或称工作区

59工作层被定义为空间数据处理的一个工作单元，它在平面上可能与工作区范围一致，但是在垂直方向，不同的软件定义有所区别。

60逻辑层如果一个工作层包含的内容很多，如所有地物类，这是为了显示、制图和查询方便，需要定义逻辑层。

61地物类将类型相同的地物组合在一起，形成地物类。

62空间索引就是指依据空间对象的位置和形状或空间对象的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构。

63空间索引方法：

（1）对象范围索引

（2）格网索引（3）四叉树索引（4）R树索引

64空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。

包括空间数据的分析和数据的空间分析。

65空间分析的内容:

空间位置：

借助于空间坐标系传递空间对象的定位信息，是空间对象表述的研究基础，即投影与转换理论。

空间分布：

同类空间对象的群体定位信息，包括分布、趋势、对比等内容。

空间形态：

空间对象的几何形态。

空间距离：

空间物体的接近程度。

空间关系：

空间对象的相关关系，包括拓扑、方位、相似、相关

66区别空间分析、GIS和空间模型：

空间分析和空间模型是不同层次上的概念。

空间分析是基本的，解决一般问题的理论和方法，空间模型是复杂的，解决专门问题的理论和方法。

例：

工厂选址与水库选址，水土流失。

应用模型无可枚举，而空间分析技术是有限的。

应用模型建立过程比较复杂，有些还不能用数学方法描述，空间分析技术为解决复杂的应用模型提供基本的分工具。

GIS是空间数据处理理论和方法的集成化实现。

包含了大部分的空间分析技术，是GIS的技术特色。

空间分析和空间模型是零件和机器的关系。

67空间查询：

图形与属性互查是最常用的查询，有两类，一类是按属性信息的要求来