地理信息系统复习提纲修改版.docx

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地理信息系统复习提纲修改版

地理信息系统导论课程复习提纲

一、名词解释

1.地理信息——指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称，属于空间信息，具有多维结构的特征，时序特征十分明显。

2.地理信息系统（GIS，GeographicInformationSystem）——是一种以地理空间数据库为基础，用于获取、存储、查询、分析和显示地理空间数据的计算机系统，是空间数据和属性数据的综合体。

3.地理坐标系统（GeographicCoordinateSystem）——是由经纬度定义的地球表面空间要素的定位参照系统，经度和纬度都是用角度度量的。

4.地图投影——指从球形球体的地理坐标转换到平面位置的地球表面到平面的数学转换，其结果是以经纬线在平面上系统排列来代表地理坐标系统。

5.投影坐标系统（ProjectionCoordinateSystem）——是基于地图投影而建立的，由大地基准面和地图投影两组参数确定的平面直角坐标系统。

6.拓扑（Topology）——是研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变的几何属性，即拓扑属性，用图表或图形来研究几何对象排列及相互关系，能确保数据质量和完整性、强化GIS分析以及执行空间数据查询。

7.栅格数据模型——也称基于字段的模型，是用规则格网来覆盖整个空间，该格网的每个像元值对应于该像元位置上空间现象的模型，能较好表示连续现象。

栅格数据结构实际上就是像元阵列，由像元大小确定它的分辨率，由行列号确定它的位置，由像元值表示空间对象的类型、等级等特征。

8.无损压缩——是一种减少数据量的数据压缩方法，保留了像元或像素值，允许原始栅格或者图像被精确重构，用来分析或产生新的数据。

9.元数据——是一种提供关于空间数据信息的，对于数据进行描述或说明的数据，说明空间数据内容、质量、状况等其它有关特征的背景信息。

10.几何变换——指利用一系列控制点和转换方程式在投影坐标上配准数字化地图、卫星图像或航空相片的过程，它利用一系列控制点建立数据模型，使一个地图坐标系统与另一个地图坐标系统建立联系，或者使影像坐标与地理坐标建立联系。

11.均方根误差（RMSError，RootMeanSquareError）——是度量几何变换质量的一种定量方法，它估量对控制点实际位置（真实的）与估算位置（数字化的）之间的偏差。

12.空间分析（SpatialAnalysis）——是基于空间数据的分析技术，是为解答地理空间问题而进行的数据分析与挖掘，它以地学原理为依托，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、空间形成和空间演变等信息。

13.缓冲区（Buffer）——根据分析对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的带状区域，用以识别这些实体或主体对邻近对象的辐射范围或影响度，以便为某项分析或决策提供依据。

14.空间叠置分析（Overlay）——指在统一空间参照系统条件下，将同一地区、相同比例尺或相同分辨率的两个或多个地理对象的图层进行叠置，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，涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差的运算。

15.数字高程模型（DEM，DigitalElevationModel）——是对地理空间起伏连续变化的数字表示形式，用来描述地理空间的第三维坐标——高程。

DEM模型表示高程点的规则排列，通常用矩阵表示。

DEM是DTM的一个子集，是DTM的基础数据，最核心部分。

16.数字地形模型（DTM，DigitalTerrainModel）——指带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述，是在数据库中存储并管理的空间地形数据集合的统称。

17.不规则三角网（TIN，TriangleIrregularNetwork）——指用一系列连续无重叠的三角形来近似模拟地球陆地表面，从而构成不规则的三角网。

与DEM对比，TIN是基于高程点的不规则分布。

18.空间插值（Interpolation）——是指用已知点的数值来估算其他点的数值的过程，常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面的过程。

19.控制点——也称已知点、样点或观测点，是空间插值中已知数值的点。

控制点的数目和分布对空间插值精读的影响极大，空间插值的一个基本假设就是估算点的数值受到邻近控制点的影响比较远控制点的影响更大。

20.距离倒数权重插值（IDWInterpolation，InverseDistanceWeightedInterpolation）——是一种精确的局部插值方法，它假设未知点的值受近距离已知点的影响比远距离已知点的影响更大。

21.薄板样条函数（Thin-plateSplines）——是一种局部插值方法，它生成一个通过控制点的表面，并使所有点连接形成的所有坡面的斜度变化最小，即基于生成最小曲率的面来拟合控制点。

22.克里金法（Kriging）——是一种局部插值方法，假定属性的空间变异包含空间相关成分，在空间相关范围分析的基础上，用相关范围内的采样点来估计待插点属性值，可用估计的预测误差来评估预测的质量，常用于地统计学中进行优化策略。

二、填空

1.GIS的组成：

地理空间数据、硬件、软件、专业人员和基础设施。

2.GIS的坐标系统大致有三种：

平面坐标系统（用户自定义坐标系统）、地理坐标系统、投影坐标系统，它们并不是完全独立的，而且各自都有各自的应用特点。

3.经线和纬线的角度可以用度-分-秒（DMS）、十进制表示的度数（DD）或弧度（rad）表示。

4.我国北京-54坐标采用了克拉索夫斯基椭球体，大地原点是原苏联的普尔科沃，大地高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；西安-80坐标采用了IUGG1975椭球体，大地原点定在陕西省泾阳县永乐镇，大地高程为1985年修正值（比前者高出29mm）；而全球定位系统（GPS）则采用了WGS84椭球体。

5.地理格网（Grids）分为经纬网（Graticule）和方里网（MeasuredGrid）。

6.地图投影可根据投影面类型分为方位投影、圆柱投影和圆锥投影；根据投影所保留的性质可分为正形投影、等积投影、等距投影和等方位投影。

7.一般而言，一种地图投影包括5种参数：

标准线（标准纬线/标准经线）、主比例尺、比例系数、中心线、横坐标东移和纵坐标北移。

8.我国国家地形图基本比例尺除了1：

100万是使用兰伯特投影外，其余均使用高斯-克吕格投影，其中1：

1万地形图使用3°分带，其余使用6°分带。

9.高斯-克吕格投影的ScaleFactor为1，UTM投影的ScaleFactor为0.9996。

10.矢量数据模型中，Coverage（有拓扑）和Shapefile（非拓扑）属于地理相关数据模型，空间数据和属性数据分别贮存在链接的分离系统。

Geodatabase（有拓扑）属于面向对象数据模型，基于对象数据模型将空间数据和属性数据贮存在一起。

11.地理关系数据模型用两个独立的系统分别存储空间和属性数据：

用图形文件存储空间数据，用关系数据库存储属性数据。

一般要用要素标识码（ID）对两者进行链接，空间和数据两部分必须同步才能进行查询、分析和数据显示。

12.矢量数据转换为栅格数据称为栅格化，栅格数据转换成矢量数据称为矢量化。

13.为了保证几何变换的精度，控制点的均方根误差必须控制在一定的容差值内，如一景地面分辨率是30m的TM影像需要使RMS误差小于1个像元。

14.建立缓冲区的算法包括角平分线法和凸角圆弧法。

缓冲距离（缓冲大小）未必为常数，也可以根据给定字段的取值而变化。

15.栅格数据分析中常包括4种类型：

局域运算、邻域运算、分区运算和自然距离量测。

局域运算由单个或多个输入栅格通过关系函数得到新栅格；邻域类型有矩形、圆形、环形和楔形。

16.最大z容差算法选取高程点的常用算法是得朗奈（Delaunary）三角测量法。

17.地形制图技术主要有：

等高线法、垂直剖面法、地貌晕渲法、分层设色法和透视图法。

18.“GIS之父”R.F.Tomlinson（罗杰·汤姆林森）在1963年开发出第一个可操作的GIS——CGIS（加拿大地理信息系统）。

19.有一点实体P，其矢量坐标为P（10.5，16.2），若有15*15的格网，其每个格网边长为2，则P点栅格的行列坐标为（8，5）。

三、简答或分析

1.GIS的基本功能

（1）数据的采集、检验与编辑（数据获取）

（2）数据的格式化、转换、概化（数据操作）

（3）数据的组织与管理

（4）数据分析（其中空间分析是地理信息系统的核心功能）

（5）显示

2.GIS的应用

（1）土地利用遥感动态监测（5）城市交通GIS

（2）海洋渔业GIS（6）警用GIS

（3）基于地理信息系统的滑坡风险评价（7）医疗机构信息查询与分析

（4）城市、区域规划和地籍管理（8）个人应用

3.墨卡托投影的特点

墨卡托投影是正轴等角切圆柱投影，经纬线相互垂直，经线相互平行且间隔相等，纬线间隔自投影中心向两极逐渐增大。

它的面积变形最大，在纬度60°地区，经纬线都扩大了2倍，面积比扩大了4倍，且愈接近两极，经纬线扩大的越多。

到了纬度80°经纬线都扩大近6倍，面积比扩大33倍，所以墨卡托投影在80°以上高纬通常不绘。

4.高斯-克吕格投影与UTM投影的特点对比

（1）高斯-克吕格投影是横轴等角切椭圆柱投影，中央经线和赤道投影为互相垂直的直线且为投影的对称轴，无角度变形，中央经线无长度变形，除赤道外其余纬线为曲线且对称于赤道。

纬线间隔自赤道向两极增大，在赤道上经线间隔自中央经线向东西两侧递增。

为了保证精度，高斯-克吕格投影采用3°或6°分带投影，长度变形＜0.14%。

（2）UTM投影即通用横轴墨卡托投影，是横轴等角割圆柱投影，除了中央经线投影后的长度比变为0.9996以外其余性质跟高斯-克吕格投影一样，是美国等国家地形图使用的主要投影方式。

UTM投影也采用6°分带投影，长度变形＜0.04%，但起算子午面却是从西经180°起每隔经差6度自西向东分带，将地球划分为60个投影带。

5.兰伯特投影和阿伯斯投影的特点对比

（1）兰伯特（Lambert）投影：

双标准纬线（正轴）等角割圆锥投影，自赤道起按纬差4°分带，北纬84°以北和南纬80°以南采用等角方位投影。

无角度变形，两条标准纬线上没有变形，纬线间隔自圆心向扇形边缘减少，经线间隔自对称轴向边沿增大，超过标准纬线的纬度间距将增加。

（2）阿伯斯（Albers）投影：

正轴等积割圆锥投影，角度变形大，投影区域面积保持与实地相等。

纬线间距自圆心向扇形边缘减少，经线间距自对称轴向东西两侧递增。

（3）我国大部份省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影。

6.多光谱波段的卫星影像存储格式

（1）波段序列（.bsq）法：

将每一波段的卫星数据存储为一个图像文件，如一副影像有7个波段，那么该数据集则具有7个连贯的文件，每个波段对应一个文件。

（2）波段依行交替（.bil）法：

将所有波段的值按行存储在一个文件中，如：

行1，波段1；行1，波段2…行2，波段1；行2，波段2…

（3）波段依像元交替（.bip）法：

将所有波段的值按像元存入一个文件中，如：

像元（1，1），波段1；像元（1，1），波段2…像元（2，1），波段1；像元（2，1），波段2…

7.栅格数据模型

（1）卫星图像（6）土地覆被数据

（2）USGS的数字高程模型（7）二值扫描文件

（3）非USGS的数字高程模型（8）数字栅格图

（4）全球数字高程模型（9）图形文件

（5）数字正射影像（10）特定GIS软件的栅格数据

8.栅格数据的压缩编码技术/无损压缩的方法（实例分析）

（1）链式编码（ChainCodes）：

数据结构：

起点行列号，单位矢量，如R:

（1,5）,3,2,2,3,3,2,3

（2）游程长度编码（Run-LengthCodes）：

逐行编码，数据结构：

行号，属性，重复次数，如1,A,4,R,1,A,3

（3）块式编码（BlockCodes）：

以正方形区域为记录单元，数据结构：

初始位置,半径,属性，如（1,1,3,A）,（1,4,1,A）,（1,5,1,R）,（1,6,2,A）…

（4）四叉树编码（QuadtreeCodes）：

用递归分解法不断续分直至四叉树的每个象限中仅有一个像元值，其中0－NW，1－SW，2－SE，3－NE。

9.栅格模式与矢量模式比较

项目

栅格模式

矢量模式

优点

1、数据结构简单

2、叠加操作更易实现、更有效

3、能有效表达空间可变性

4、便于做图像的有效增强

1、数据结构更严密

2、提供有效的拓扑编码，便于拓扑操作

3、图形输出美观

缺点

1、数据量大，需要压缩

2、难以表达拓扑关系

3、图形输出不美观，有锯齿

1、数据结构复杂

2、叠加操作不方便

3、表达空间变化性能力差

4、不能做增强处理

10.建立缓冲区的应用

（1）作为保护区并被应用于规划或管理目的，如政府规定河流两岸2英里以内的区域为缓冲区，区内禁止砍伐，减少水土流失；河流缓冲区、岸边地带或植被种植过滤带等；

（2）可以作为中立地带，解决矛盾冲突；

（3）表示包含区或研究区，缓冲区本身成为分析对象，如道路缓冲区可用于研究森林火灾风险；

（4）作为一种采样方法，如对河网按规则间距建立缓冲区，可以用河网距离函数对木本植被成分和模式进行分析。

11.地图叠置方法（绘简图说明，P244）

（1）Union（联合）：

保留了来自输入图层中的所有要素，输出图层的区域范围对应于两幅输入图层合并后的区域范围，要求两幅输入图层均为多边形图层。

（2）Intersect（求交）：

仅保留两个图层共同区域范围的要素，输入图层不限，叠置图层是多边形，当同时输入几个图层属不同维度时，最终输出的是最低维度的相交图层。

（3）Symmetricaldifference（对称差异/均匀差值）：

仅保留输入图层各自独有的区域范围内的要素，要求两个输入图层均为多边形图层。

（4）Identity（识别）：

仅仅保留由输入图层定义的区域范围内的要素，输入图层可含点、线或多边形，而识别图层必须是多边形图层。

12.地图叠置分析中主要的要素操作方法（绘简图说明，P256-257）

（1）Clip（剪取）：

以剪切图层的区域范围将输入图层进行剪切，生成一副只包含落在剪切图层区域范围内的输入图层要素（包含属性）。

输入图层不限，剪取图层必须是多边形。

（2）Append（拼接）：

把两个或多个图层拼接在一起生成一个新图层，具有相同的要素和属性，可作为一个图层来进行数据查询或显示。

（3）Update（更新）：

进行多边形整合，输出图层为一个经删除处理后的图层与一个新特征图层进行合并后的结果。

（4）Erase（擦除）：

从输入图层消除那些落在擦除图层区域范围内的要素。

→ArcToolbox/AnalysisTools/Overlay/Erase

（5）Split（分割）：

把输入图层分成两个或以上的土层，一个表示区域亚单元的分割图层被用作输入图层的分割模版。

13.DEM的数据来源

（1）地形图：

地形图是地貌形态的传统表述方法，是各种尺度DEM建立的主要数据源；

（2）野外测量：

对于小范围的DEM其主要服务于工程设计，对精度要求较高；

（3）摄影测量数据：

航空/航天摄影测量、地面摄影测量；

（4）雷达测量数据：

主动遥感测量，周期短，精度高，高程精度可达到10cm，空间分辨率达到1米。

14.Dijkstra算法

Dijkstra算法是由荷兰计算机科学家E.W.Dijkstra（迪杰斯特拉）于1959年提出的一个按路径长度递增的次序产生最短路径的算法，该算法被公认为是解决此类最短路径问题最经典，也是比较有效的算法。

实例：

Dijkstra算法计算v1—v5的最短路径？

（最佳路径）

T（最后确定最短距离）；P（暂时标号距离）

W（两点间距离）

从某一点n出发：

Pm=min{Pm,Tn+w（m,n）}，Tm=min{Pm}

详解：

1、从v1出发有3条路：

P2=min{P2,Tn+w（m,n）}=min{+∞,T1+w（1,2）}=min{+∞,10}=10；

P4=min{P4,Tn+w（m,n）}=min{+∞,T1+w（1,4）}=min{+∞,30}=30；

P5=min{P5,Tn+w（m,n）}=min{+∞,T1+w（1,5）}=min{+∞,100}=100；

T2=min{P2}=10；

2、从v2出发有1条路：

P3=min{P3,Tn+w（m,n）}=min{+∞,T2+w（2,3）}=min{+∞,10+50}=60；

T4=min{P4}=30；

3、从v4出发有1条路：

P5=min{P5,Tn+w（m,n）}=min{100,T4+w（4,5）}=min{100,30+60}=90；

T3=min{P3}=60；

4、从v3出发有2条路：

P4=min{P4,Tn+w（m,n）}=min{30,T3+w（3,4）}=min{30,60+20}=30；

P5=min{P5,Tn+w（m,n）}=min{90,T3+w（3,5）}=min{90,60+10}=70；

T5=min{P5}=70

故最短路径：

v5—v3—v2—v1

15.合并与关联的区别

（1）合并（Join）：

用两个表格的一个共同关键字或者主关键字和外部关键字把两个表格连在一起，被推荐用于“一对一”或“多对一”的关系。

（2）关联（Relate）：

临时性地把两个表格链接在一起，而各表格保持独立，类似于超链接。

优点是对四种关系类型（一对一，一对多，多对一，多对多）都适用，但是关联减慢了数据存储的速度，特别是对远程数据库的处理更慢。

四、其他考点

1.地图投影☞P40-41

无坐标：

ArcToolbox/DataManagementTools/ProjectionsandTransformations/Raster/DefineProjection

改坐标：

ArcToolbox/DataManagementTools/ProjectionsandTransformations/Feature/Project

2.Coverage数据结构的点、线、多边形要素及其对应的关系表☞P51-53

3.栅格化：

ArcToolbox/ConversionTools/ToRaster

矢量化：

①多边形边界提取②边界线追踪③去除多余点及曲线圆滑④拓扑关系生成

4.对扫描地图进行地理参照配准☞P128-129

5.聚合容差、拓扑规则、图幅拼接等的操作☞P150-154

6.属性数据查询、空间数据查询、栅格数据查询的操作☞P232-236

7.地图叠置的要素类型☞P242-243

8.缓冲区的建立操作☞P261

9.IDW与Spline的操作对比

10.无损压缩方法的应用☞见三、8.

11.栅格数据分析：

聚合分析（合并）：

ArcToolbox/SpatialAnalystTools/Reclass/Reclassify

聚类分析（0,1）：

ArcToolbox/SpatialAnalystTools/MapAlgebra/RasterCalculator

12.综合查询案例——选址问题（美国中部新销售点）

13.空间选址综合设计——市区择房分析报告（大实验报告）