2022年地理信息系统期末复习资料 .pdf

读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思地理信息系统复习( 三)（ 未加粗部分可略过）信息： 信息是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数字、符号、声音、图象等介质来表示事件、事物、现象等内容、数量或特征，为人们的生产、建设、管理等提供依据。数据：指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图象等。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。两者关系数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵，是 形与质 的关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。例如“ 1” 、“0” 独立的 1、0 均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了“有”“无”信息，当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息。信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。具有采集、管理、分析和表达数据的能力。地理信息系统由计算机硬件、 软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。（此图可能出填空题，也可能时简答，反正都是5 分）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思数据输入设备国际 GIS 的发展状况1、60 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。2、70 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。3、80 年代，突破阶段，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。4、90 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。5、21 世纪初期， GIS 的空间信息网络时代网络环境下的地理空间信息分布式存取、共享与交互操作、系统集成等成为新的发展亮点。我国 GIS 发展我国 GIS 起步较晚，但发展较快，分为以下几个阶段：1、70 年代，准备阶段：一些知名人士GIS 先驱看到 GIS 的广阔前景和GIS 的重要性，进行极积呼吁2、80 年代，试验起步阶段: 3、90 年代，我国GIS 发展阶段：4、96 年以来，是我国GIS 产业化阶段。地理实体1、定义：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思空间关系类型（填空）1、拓扑空间关系2、顺序空间关系3、度量空间关系拓扑关系种类：关联性、邻接性、连通性、方向性、包含性、区域定义、层次关系主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。拓扑关系的意义：对于数据处理和GIS 空间分析具有重要的意义，因为：1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，- 面面相邻问题。 又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。3）根据拓扑关系可重建地理实体。矢量数据的获取方式1) 由外业测量获得精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思2) 由栅格数据转换获得3) 跟踪数字化空间数据集常见的获取方式：1、数字化仪矢量化2、扫描数字化3、遥感数据获取4、外业测量数据获取5、全球定位系统数据获取6、数字摄影测量数据将获取7、已有数据的获取和转换矢量数据编码方式（）（一）实体式（二）索引式（树状）（三）双重独立式编码（四）链状双重独立式编码- 拓扑数据结构栅格数据结构栅格数据组织方法（了解）方法 a：以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示为一个列数组。N 层中只记录一层的象元位置，节约大量存储空间，栅格个数很多。方法 b：每层每个象元的位置、属性一一记录，结构最简单，但浪费存储。方法 c：以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和多边形内各象元的坐标。节约用于存储属性的空间。将同一属性的制图单元的n 个象元的属性只记录一次，便于地图分析和制图处理。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思栅格代码（属性值）的确定1、中心点法2、面积占优法3、 重要性法4、长度占优法栅格数据编码方法1、直接栅格编码：（知道内容）将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行记录代码数据。1）每行都从左到右记录；AAAAABBBAABBAABB2）奇数行从左到右，偶数行从右到左；特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。游程编码（变长编码）：（理解）将原图表示的数据矩阵变为数据对：属性码，长度，行号（可不要）就好比上面直接编码的AAAAABBBAABBAABB 改成游程就是A5B3A2B2A2B2 特点：（理解之后就明白了）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思对于游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，适用于类型区域面积较大的专题图， 而不适合于类型连续变化或类别区域分散的分类图（压缩比与图的复杂程度成反比）。这种编码在栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩率高，并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，且易于检索，叠加，合并等操作，这种编码应用广泛。编码方法1）常规四叉树 ( 了解)记录这棵树的叶结点外，中间结点，结点之间的联系用指针联系，每个结点需要6 个变量：父结点指针、四个子结点的指针和结点的属性值。2）线性四叉树（重点）记录叶结点的位置， 深度（几次分割） 和属性（共三个变量） 。地址码（定位码、 Morton码）十进制的 Morton码-MD 1、一种按位操作的方法：如行为 2、列为 3 的栅格的 MD(1) 行、列号为二进制Ib= 1 0 Jb= 1 1(2)I行 J 列交叉1 1 0 1 = 13(3) 再化为十进制 . 实质上是按左上、右上、左下、右下的顺序，从零开始对每个栅格进行自然编码。左图的压缩处理过程为：1）、按 MortonMorton 码： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 象 元 值：A A A B A A B B A A A A B B B B 2 ）、四相邻象元合并，只记录第一个象元的Morton 码。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思3 ）、由于不能进一步合并，则用游程长度编码压缩。0 3 4 6 8 12 A B A B A B 优点缺点矢量 1 、便于面向现象（土壤类，土地利用单元等） 2 、结构紧凑，冗余度低，便于描述线或边界。 3 、利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。 4 、 图形显示质量好，精度高。 1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难。 2、多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差。 3、不能像数字图像那样做增强处理 4、软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。栅格 1、 结构简单，易数据交换。 2 、叠置分析和地理 （能有效表达空间可变性）现象模拟较易。 3 、利于与感遥数据的匹配应用和分析，便于图像处理。 4 、 输出快速，成本低廉。 1、现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。 2、图形数据量大， 数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题。 3、投影转换困难。 4、图形质量转低， 图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。选择：栅格结构 :大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究。矢量结构：城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用。空间数据库的特点1）数据量特别大；2）数据种类多，复杂；3）数据应用面相当广；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思传统数据模型层次数据模型、网络数据模型和关系数据模型。面向对象模型（了解）面向对象的基本思想是通过对问题领域进行自然的分割，用更接近人类通常思维的方式建立问题领域的模型，并进行结构模拟和行为模拟，从而使设计出的软件能尽可能地直接表现出问题的求解过程。因此，面向对象的方法就是以接近人类通常思维方式的思想，将客观世界的一切实体模型化为对象。每一种对象都有各自的内部状态和运动规律，不同对象之间的相互联系和相互作用就构成了各种不同的系统。类：共享同一属性和方法集的所有对象的集合构成类。面向对象的特性1、抽象：是对现实世界的简明表示。形成对象的关键是抽象，对象是抽象思维的结果。2、封装：一般讲，包起来，将方法与数据放于一对象中，以使对数据的操作只可通过该对象本身的方法来进行。在这，指把对象的状态及其操作集成化，使之不受外界影响。3、多态：是指同一消息被不同对象接收时，可解释为不同的含义。同一消息，对不同对象，功能不同。GIS 空间数据库类型1、基于文件管理的方式2、文件与关系数据库混合管理系统双元模型3、全关系型空间数据库管理系统分层模型4、对象 - 关系数据库管理系统5、面向对象空间数据库管理系统面向对象的地理数据模型的核心是对复杂对象的模拟和操纵。空间分析（可能应用题）按用户交互方式看GIS 空间分析分类（1）咨询式空间分析（2）产生式空间分析空间叠置分析空间叠置分析 (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，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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思基于矢量数据的叠置分析(1) 点与多边性的叠置(2) 线与多边形的叠置(3) 多边形与多边形的叠置多边形与多边形的叠置分析功能并(Union)：保留两个输入层中所有多边形；判断 (Identity)：以输入图层为界，保留边界内的所有多边形交(Intersect)：保留两个输入层中的公共区域删除 (Erase) ：输出层为保留以其中一输入图层为控制边界之外的所有多边形。即：在将更新的特征加入之前，须将控制边界之内的内容删除。更新 (Update)：输出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切割 (Clip) ： 输出层为按一个图层的边界，对另一个图层的内容要素进行截取后的结果。基于栅格数据的叠置分析特点：栅格数据的叠置算法，虽然数据存贮量比较大，但运算过程比较简单。变换方法：（1）点变换（2）区域变换方法（3）邻域变换方法（1）点变换（这些内容可看可不看）点变换只依据参与叠置图层相应点的属性值进行新的运算，既与各图层的邻域点的属性无关，也不受区域内一般特征的影响。结果特征：运算后得到的新属性值可能与原图层的属性意义完全不同。(2) 区域变换方法精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思指在计算新图层相应的属性值时，不仅与原图层对应的栅格的属性值有关，而且要顾及原图层所在区域的集合特征（区域长度、面积、周长等）。(3) 邻域变换方法指在计算新图层相应的属性值时，不仅考虑原图层对应的栅格及其属性，而且还应顾及与该栅格相关联的邻域或者影响半径内的栅格属性值的影响。空间缓冲区分析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，是解决临近度问题的空间分析工具之一。连通分析 - 最小生成树 (给个图能画出最小生成树就好) 算法（ Kruskal ，克罗斯克尔算法，也叫“避圈”法）设图 G是由 m个节点构成的连通赋权图，则构造最小生成树的步骤如下：1）先把图 G中的各边按权数从小到大重新排列，并取权数最小的一条边为T 中的边。2）在剩下的边中，按顺序取下一条边。若该边与T 中已有的边构成回路，则舍去该边，否则选进 T 中。3）重复 2），直到有m-1条边被选进T 中，这 m-1 条边就是 G的。DEM 分析表示法： 1） 等高线法2）TIN 法（不规则三角网）3） 规则格网法 (Grid) DEM 特点容易以多种形式显示地形信息。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思精度不会损失容易实现自动化、实时化。DEM 的生成1）人工网格法2）三角网法3）曲面拟合法4）等值线插值法DEM 的应用（一）基于 DEM 的信息提取1、坡度2、坡向3、地表粗造度（破碎度）4、高程变异分析基于 DEM 的可视化分析1、剖面分析2、通视分析精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思（看这张图只需要知道那些基本统计量表示的是什么就ok）基本分析工具（1）直方图（2）QQplot图1) 正态 QQPlot分布图2) 普通 QQPlot分布图（3）Voronoi图三种空间自相关（了解）?正自相关：是指附近的观测值很可能是彼此相似的。?负自相关：是指附近的观测值很可能是彼此不同的?零自相关：是指无法辨别空间效应，观测值在看空间上似乎是随机分布的回归分析（了解其过程就行，就是看一遍）(1) 从一组空间数据出发，确定这些变量间的定量数学表达式，即回归方程；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思(2) 根据一个或几个变量的值来预测或控制另一个变量的取值；(3) 从影响某一地学过程的许多变量中，找出哪些变量是主要的，哪些变量是次要的，这些变量之间又有什么关系。考点补充：空间缓冲区分析实例已知一伐木公司，获准在某林区采伐，为防止水土流失，规定不得在河流周围 1km 内采伐林木。另外，为便于运输，决定将采伐区定在道路周围 5km 之内。请找出符合上述条件的采伐区，输出森林采伐图。将该地区具有相同比例尺且进行配准的道路分布图、河流分布图、森林分布图，进行预处理和数字化；利用河流分布图生成1km 的等距离缓冲区；利用道路分布图生成5km 的等距离缓冲区；森林分布图中可采伐林地、道路缓冲区及河流缓冲区图进行叠置，叠置条件表达式为: 采伐区森林分布图中可伐林地 道路周围5km 缓冲区非河流周围1 km 缓冲区将上述 3 张图进行两两叠置，所得结果即为森林采伐图。元数据一般都认为元数据就是“关于数据的数据”。是描述数据的数据。 在地理空间数据中，元数据是说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息。GIS 元数据作用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 14 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思1. 帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档2. 提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络(clearing house)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. 提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息4. 帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断5. 提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 14 页