武汉大学地理信息系统原理复习题目.pdf

精品-精品 GIS 原理-复习提纲 主要参考书：地理信息系统教程-胡鹏等，武汉大学出版社 第一章：绪论 1、信息与信息技术 信息，是用文字等介质来表示事物的内容数量和特征，作为生产建设管理的依据。特点:客观性、适用性、可传输性、共享性 数据，是一种未加工的原始资料。信息来源于数据。地理信息，是有关地理实体空间分布，性质特征和运动状态的信息，它是对表达地理特征和现象之间关系的地理环境，数据的解释。空间分布性、数据量大、信息载体的多样性。信息系统，数据采集，管理，分析，表达 2、地理信息科学 侧重将地理信息视为一门科学，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理分析过程中提出的一系列基本问题。1)分布式计算 2 地理信息的认知 3)地理信息的互操作 4)比例尺 5)空间信息基础设施的未来 6)地理数据的不确定和 GIS 分析 7)GIS 和社会 8)GIS 空间分析 9)空间数据 3、GIS 发展历史 20 世纪 60 年代：起步(我国晚十年)20 世纪 80 年代：Arc/Info 等软件的发展 4、数字地球的概念（真正的理解在 P26 的导图）数字是指：数据库、虚拟技术，计算机网络 地球是指：遥感、遥测 加在一起是地理信息技术 在此基础上，我们需要明白计算科学，海量存储，卫星图像，宽带网络，互操作、元数据 play what role in this concept 5、地理信息系统的含义，GIS 与其它 IS 之间的关系和区别。（1）含义：a 综上，GIS 具有数据采集、管理、分析和表达的功能 b GIS 的处理对象是有关的地理。分布数据，也就是空间数据，为了能对这些空间数据进行定位，定性和定量的描述，决定了 GIS 要对空间数据按统一地理坐标进行编码，这是GIS 与其他信息系统不同的根本所在。（2）区别：a.GIS 与一般 MIS：精品-精品 GIS 对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而一般 MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询，即使存储了图形，也是以文件的形式存储，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。b.GIS 与 CAD 1）研究对象为人造对象规则几何图形及组合；处理的数据大多来自于现实世界，较之人造对象更复杂，数据量更大；数据采集的方式多样化；2）CAD 图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱；GIS 的属性库结构复杂，功能强大；3）中的拓扑关系较为简单；GIS 强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁；4）CAD 一般采用几何坐标系。GIS 采用地理坐标系。c.GIS 与 CAM 1）侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图的输出机制；它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系；它与数据库的联系通常是一些简单的查询。2)CAM 是 GIS 的重要组成部分；GIS 综合图形和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策信息。6、结合 GIS 软件，掌握 GIS 的基本功能和应用功能。(1)功能：数据采集与输入 数据编辑于更新 数据存储与管理 空间查询与分析（空间查询、叠加分析、缓冲区分析、网络分析、地形分析）数据显示与输出 (2)应用领域：资源管理 区域和城乡规划 灾害监测 环境评估 作战指挥 交通运输 宏观决策 商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域 7、GIS 的组成部分有哪些？了解 GIS 的硬件配置和软件配置。一、GIS 组成 用户(GIS 服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户)软件(支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统)硬件(各种设备-物质基础)(地理空间)数据(系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础)二、硬件配置 输入：数字化、解析测图仪、扫描仪、遥感处理设备等 存贮处理：计算机、硬盘、光盘等存储设备 精品-精品 输出：打印机、绘图仪、显示终端等 网络：服务器，网络适配器、传输介质、调制解调器等网络设备 三、软件配置 GIS 硬件 操作系统 GIS 数据库、GIS 专业平台软件 GIS 用户界面、GIS 应用软件 第二章：GIS 数据结构 1、空间实体的概念、及其描述内容，空间数据的基本特征；概念：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。描述空间实体就要描述其空间信息位置和空间特征，同时描述其属性信息名称和各种属性 属性特征（非定位数据）：表示实际现象或特征。例如变量、级别、数量特征。空间特征（定位数据）：表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示，如笛卡尔坐标等。时间特征（时间尺度）：指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期精品-精品 的、中期的、长期的等。2、空间实体分哪几类？空间关系类型有哪些？A.点状实体、线状实体、面状实体和体状实体 B.1、拓扑空间关系：2、顺序空间关系：（方向空间关系）用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂，至今没有很好的解决方法。3、度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。1）在地理空间中两点间的距离有两种度量方法。a、沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关，复杂,引入第二种。b、沿地球旋转椭球体的距离量算。2）距离类别：欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。3、主要拓扑空间关系有哪些，如何表达，拓扑空间关系的意义。（1）主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。（2）拓扑表达：拓扑关系具体可由个关系表来表示：（1）面-链关系：面-构成面的弧段 （2）链-结点关系：链-链两端的结点 （3）结点-链关系：结点-通过该结点的链 （4）链-面关系：链-左面-右面（3）拓扑空间关系的意义：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。4、空间数据模型有哪些？空间数据模型与数据结构的关系，GIS 常用的数据结构。A.在 GIS 中与空间信息有关的信息模型有三个，即基于对象（要素）（Feature）的模型、场（Field）模型以及网络（Network）模型。基于对象（要素）的模型强调了离散对象，根据它们的边界线以及组成它们或者与它们相关的其它对象，可以详细地描述离散对象。场模型表示了在二维或者三维空间中被看作是连续变化的数据。网络模型表示了特殊对象之间的交互，如水或者交通流。精品-精品 B.？C.常用数据结构：栅格、矢量 5、矢量数据的获取方式。1)由外业测量获得 可利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)，然后转到地理数据库中。2)由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。3)跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。6、矢量数据的组织。7、矢量数据各种编码方式（实体式、索引式、双重独立式、链状双重独立式），大致了解各种方式的特点。矢量数据编码方式主要有以下几种：1、实体式编码 2、索引式(树状)编码 3、双重独立式编码 4、链状双重独立式编码拓扑数据结构 精品-精品 2.索引式编码：优点：用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。缺点：表达拓扑关系较繁琐，给相邻运算、消除无用边、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难，以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。3.？Maple 双重独立式编码结构尤其适应于城市地籍宗地的管理，在宗地管理中，界址点对应于点、界址对应于线段，面对应于多边形，各种要素都有唯一的标识符。4.拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。因为一般数字化一条街道时，必然有许多中间点，但我们在做空间分析时却没有必要以这些中间点所组成的折线为研究对象，而应以整条弧段（某条街道）为研究对象.8、栅格数据图形表示方法 栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域划分为网格阵列。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。点：由单个栅格表达。线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格表达。面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格表达。9、建立栅格结构的方法有哪些？如何确定栅格单元的尺寸、栅格代码（属性值）？1、手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。2、扫描仪扫描专题图的图像数据行、列、颜色（灰度），定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题精品-精品 图的栅格数据。3、由矢量数据转换而来。4、遥感影像数据，对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。5、格网 DEM 数据，当属性值为地面高程，则为格网 DEM，通过 DEM 内插得到。精品-精品 10、栅格数据的各种编码方法（行程、块码、链式编码、四叉树编码），了解各种编码方法的优缺点。精品-精品？四叉树编码 精品-精品 11、四叉树编码的基本思想及其表示方法（树形表示，常规四叉树、线性四叉树的表示），四进制和十进制 Morton 码的计算，计算机将一幅图象压缩为线性四叉树（或二维行程编码）的具体过程。精品-精品？Maple 讲解和图示不匹配！精品-精品 Morton 码扫面顺序：12、矢栅数据的比较。栅格结构和矢量结构是模拟地理信息的两种不同的方法。栅格数据结构具有“属性明显、位置隐含”的特点，它易于实现，操作简单，有利于栅格的空间信息模型的分析，但栅格数据表达精度不高，数据存储量大，工作效率低。因此基于栅格结构的应用来说，需要根据应用项目的自身特及其精度要求来恰当地平衡栅格数据结构的表达精度和工作效率两者之间的关系。矢量数据结构具有“位置明显、信息隐含”的特点，它操作起来比较复杂，许多分析操作（如叠置分析）用矢量数据结构难于实现；但它的数据表达精度高，数据存储量小，精品-精品 输出图形美观却工作效率高。13、矢量、栅格形式的三维数据结构有哪些？八叉树的存储结构有哪些，三维边界法的具体如何表示？栅格：将地理实体的三维空间分成细小单元-体元。普遍用八叉树 矢量：x,y,z，抽象为点、线、面、体，面构成体。方法多种，常用三维边界表示法。精品-精品 第三章 空间数据库 1.空间数据库概念和特点 是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储和应用相关的地理空间数据的总合。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。2.空间数据特征.1）空间特征：一般需要建立空间索引。2）非结构化特征：结构化的，即满足第一范式:每条记录定长，且数据项是原子数据.而空间数据的数据项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。3）空间关系特征：拓扑数据给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。4）分类编码特征：精品-精品 一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一个属性数据表文件。5）海量数据特征。3.三种传统模型用于 GIS 的局限性 1、层次模型用于 GIS 地理数据库的局限性 层次模型反映了实体之间的层次关系，简单、直观，易于理解，并在一定程度上支持数据的重构。用于 GIS 地理数据库存在的主要问题是：1）很难描述复杂的地理实体之间的联系，描述多对多的关系时导致物理存储上的冗余；2）对任何对象的查询都必须从层次结构的根结点开始，低层次对象的查询效率很低，很难进行反向查询；3）数据独立性较差，数据更新涉及许多指针，插入和删除操作比较复杂，父结点的删除意味着其下层所有子结点均被删除；4）层次命令具有过程式性质，要求用户了解数据的物理结构，并在数据操纵命令中显式地给出数据的存取路径；5）基本不具备演绎功能和操作代数基础。2、网状模型用于 GIS 地理数据库的局限性 网状模型反映地理世界中常见的多对多关系，支持数据重构，具有一定的数据独立和数据共享特性，且运行效率较高。用于 GIS 地理数据库的主要问题如下：1）由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自己所处的位置；2）网状数据操作命令具有过程式性质，存在与层次模型相同的问题；3）不直接支持对于层次结构的表达；4）基本不具备演绎功能和操作代数基础。3、关系模型用于 GIS 地理数据库的局限性 对属性数据用通用 RDBMS 可以很好管理，但对于空间数据一般 DBMS 却有局限，表现为：1）无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构，模拟和操作复杂地理对象的能力较弱；2）用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时，需对地理实体进行不自然的分解，导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理；3）由于概念模式和存储模式的相互独立性，及实现关系之间的联系需要执行系统开销较大的联接操作，运行效率不够高。4）空间数据通常是变长的，而一般 RDBMS 只允许记录的长度设定为固定长度，此外，通用 DBMS 难于存储和维护空间数据的拓扑关系。5）一般 RDBMS 都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作。6）一般 DBMS 不能支持 GIS 需要的一些复杂图形功能。7）一般 RDBMS 难以支持复杂的地理信息，因为单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录，包括大地网、特征坐标、拓扑关系、属性数据和非空间专题属性等方面信息。8）GIS 管理的是具有高度内部联系的数据，为了保证地理数据库的完整性，需要复杂的安全维护系统，而这些完整性约束条件必须与空间数据一起存储，由地理数据库来维护系精品-精品 统数据的完整性。否则，一条记录的改变会导致错误、相互矛盾的数据存在，而一般 RDBMS难以实现这一功能。9、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：1)图形与属性结合的各自分开处理模式-早期系统:2)图形与属性结合的混合处理模式；（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。10、空间索引的含义和作用；-空间索引(也称为空间访问方法（Spatial Access Method SAM），就是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。-作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间对象之间，它通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。11、空间索引方法有哪些？尽管有许多特定的数据结构和算法用来完成空间索引,但基本原理相似,即采用分割原理,把查询空间划分为若干区域(通常为矩形或多边形),这些区域或单元包含空间资料并可唯一标识。目前,有两种分割方法,一种是规则分割方法,另一种是基于对象的分割方法。规则分割方法是将地理空间按照规则或半规则方式分割,分割单元间接地与地理对象相关联,地理要素的几何部分可能被分割到几个相邻的单元中,这时地理对象的描述保持完整，而空间索引单元只存储对象的位置参考信息。在基于对象的分割方法中,索引空间的分割直接由地理对象来确定,索引单元包括地理对象的最小外接矩形。目前,国际上研究出许多高效的空间索引方法,常见的空间索引方法一般是自顶向下、逐级地划分地理空间,从而形成各种树状空间索引结构。比较有代表性的规则分割方法包括规则格网索引方法(,1997 年)、树(,1983 年)和树(,1987 年)等。基于对象的分割方法包括树(,1984 年)、+树(,1987 年)和树(,1991 年;刘东,1996 年;陈述彭,1999 年)等。结构较为简单的索引文件、格网型空间索引有着广泛的应用。12、空间数据库设计的主要过程。精品-精品 13、空间数据维护中数据库的重组织、重构造的含义。1、空间数据库的重组织 指在不改变空间数据库原来的逻辑结构和物理结构的前提下，改变数据的存储位置，将数据予以重新组织和存放。2、空间数据库的重构造 指局部改变空间数据库的逻辑结构和物理结构。数据库重构通过改写其概念模式(逻辑模式)的内模式(存储模式)进行。第四章 空间数据的采集和质量控制 1、空间数据采集的任务 2、研究 GIS 数据质量的目的和意义 研究 GIS 数据质量对于评定 GIS 的算法、减少 GIS 设计与开发的盲目性都具有重要意 义。精度越高，代价越大。GIS 数据质量对保证 GIS 产品的可靠性有重要意义。精品-精品 3、空间数据的地理参照系相关内容，结合实习内容理解为什么要在 arcgis 设置地理坐标系或投影坐标系，理解地理基础及其意义。（1）为了对空间进行定位，必须要有经纬度坐标系（地理坐标），但是经纬度坐标系难以进行距离、方向、面积量算，故而要引入投影坐标系笛卡尔平面坐标系，笛卡尔平面坐标系便于量算和进一步的空间数据处理和分析。为了描述空间点在垂直高度上的特性高程（由高程基准面起算的地面点的高度），需要使用高程系统。（2）地理基础：是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分。各种 GIS 的数据源、服务目的和各自特征可以不同，但均有自身统一的地理基础。4、空间数据分层方法和目的 1、空间数据分层方法：1）专题分层 每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。2）时间序列分层 即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。3）地面垂直高度分层 把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。2、空间数据分层的目的 便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。1）空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管理就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管理起来就相对简单；2）对分层的空间数据进行查询时，不需要对所有空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进行查询即可，因而可加快查询速度；3）分层后的空间数据，由于便于任意选择需要显示的图层，因而增加了图形显示的灵精品-精品 活性；4）对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析。5、编码、代码，分类编码的原则，区分分类码和标识码。编码：是指确定属性数据的代码的方法和过程。代码：是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计 算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码的基础。2、分类编码的原则 分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开的过程。分类是人类思维所固有的一种活动，是认识事物的一种方法。分类的基本原则是：科学性、系统性、可扩性、实用性、兼容性、稳定性、不受比例尺限制、灵活性 3 6、空间数据采集前需要进行哪些准备工作？1、资料准备，区域标定 1）基础原始数据的确定 2）数据分类项目的确定 3）数据标准的准确性的确定 2、进行三个统一：（地理基础统一，即确定投影、比例尺、分类分级编码）3、所用软件的检查、试用菜单准备及其它辅助工作。4、硬件检查。5、精度试验。6、试验，样区、单项试验。7、如何进行空间数据（几何数据和属性数据）的采集？精品-精品 属性数据采集：1、键盘，人机对话方式 2、程序批量输入。8、空间数据输入的误差有哪些？如何进行检查，对此，GIS 应提供的功能有哪些？1、空间数据输入的误差 1）几何数据的不完整或重复。2）几何数据的位置不正确。3）比例尺不正确。4）变形。5）几何数据与属性数据的连接有误。6）属性数据错误、不完整。7）键盘输入错误，漏输数据或属性错误分类、编码等。2、空间数据的检查 1）通过图形实体与其属性的联合显示，发现数字化中的遗漏、重复、不匹配等错误；2）在屏幕上用地图要素对应的符号显示数字化的结果，对照原图检查错误；3）把数字化的结果绘图输出在透明材料上，然后与原图叠加以发现错漏；4）对等高线，通过确定最低和最高等高线的高程及等高距，编制软件来检查高程 的赋值是否正确；5）对于面状要素，可在建立拓扑关系时，根据多边形是否闭合来检查，或根据多 边形与多边形内点的匹配来检查等；6）对于属性数据，通常是在屏幕上逐表、逐行检查，也可打印出来检查；7）对于属性数据还可编写检核程序，如有无字符代替了数字，数字是否超出了范围，等等；8）对于图纸变形引起的误差，应使用几何纠正来进行处理。3提供的功能:目标检核、机器检核、图形叠合比较和属性数据检核？9、GIS 数据质量的基本内容有哪些？空间数据的误差类型？1、GIS 数据质量的基本内容 1）位置（几何）精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的误差。2)属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。精品-精品 3)逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等，由几何或属性误差也会引起逻辑误差。4)完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性，数据层完整性，检验完整性等。5)现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等。2.空间数据的误差类型？Maple Snow 10、目前影响数据共享的因素。体制上：行业数据保密政策。技术上：不同系统对空间数据采用的数据结构和数据格式不同。网络化程度：资源共享是网络主要功能之一，用户可共享网络分散在不同地点的各种软硬件。11、空间数据标准的具体含义，目前进行空间数据交换的方式有哪些？是指空间数据的名称、代码、分类编码、数据类型、精度、单位、格式等的标准形式。每个地理信息系统都必须具有相应的空间数据标准。方式？精品-精品 12、空间元数据的定义和作用，空间元数据的分类。1、空间元数据的定义和作用 1）定义：地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。2）作用：（a）用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源。（b）帮助数据使用者查询所需空间信息。（c）组织和维护一个机构对数据的投资。（d）用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。（e）提供数据转换方面的信息。精品-精品 13、互操作的含义，互操作地理信息处理（GIS 互操作），GIS 互操作类型，OPENGIS规范的含义，了解 OPENGIS 规范的作用。1、互操作含义 指异构环境下两个或两个以上的实体，尽管它们实现的语言、执行的环境和基于的模型不同，但它们可以互相通信和协作，以完成某一特定任务，这些实体包括程序、对象、系统运行环境等。2互操作地理信息处理，是指数字系统的这些能力：1）自由地交换所有关于地球的信息，即所有关于地表上的、空中的、地球表面以下的对象的信息。2）通过网络协作运行能够操作这些信息的软件。概括为自由交换地理空间信息及协作运行空间信息处理的软件。3.GIS 互操作类型 1）软件的互操作，强调软件功能块间的相互调用；2）数据的互操作，强调数据集之间相互透明的访问；3）语义互操作，强调信息的共享，在一定语义约束下（对地理现象共同的理解下）的互操作。4.Open GIS 规范的含义 OGIS（Open Geodata Interoperable Specification），也叫开放式地理数据交换规程，它是由开放地理信息系统协会（Open GIS Consortium）制定的一系列开放标准和接口。Open GIS规范是 OGC 规范的最高层次，是利用软件统一地表示地理数据和地理处理的规范系统。5.OpenGIS 规范的作用 通过 OpenGIS 规范把商业部门、集成部门、用户、研究人员、数据提供商等连接到一起，通过必要的软件工具和通信技术，为各种用户提供对地理信息的共享和互操作。精品-精品 第五章 空间数据的处理 1、空间数据处理的大致内容（各小节标题）。坐标变换：图幅数据的坐标变换、几何纠正、地图投影变换 图形编辑：编辑操作、关键算法 拓扑关系的自动建立：点线拓扑关系自动建立、多边形拓扑关系自动建立 图形的裁剪、合并与图幅接边：图形的裁剪、图形的合并、图形的接边 空间插值：边界内插、趋势面分析、局部内插、移动平均法 数据压缩与光滑：数据压缩、曲线光滑 空间数据格式转换：矢量向栅格、栅格向矢量 2、图幅数据的坐标变换包括哪些内容？为什么图幅定向（或称图象配准）至少需要四对控制点？精品-精品 3、了解地图投影变换的大致方法。实现图形编辑的基本操作有哪些？2、数值变换法 利用若干同名数字化点（对同一点在两种投影中均已知其坐标的点），采用插值法、有限差分法或多项式逼近的方法，即用数值变换法来建立两投影间的变换关系式。3、数值解析变换法 当已知新投影的公式，但不知原投影的公式时，可先通过数值变换求出原投影点的地理坐标，然后代入新投影公式中，求出新投影点的坐标。即：1.结点的编辑 2.图形的编辑 3.数据检查与清理 4.撤销与恢复编辑 4、实现图形编辑的关键算法是点、线、面的捕捉，具体如何实现，如何加快捕捉速度？精品-精品 5、多边形拓扑关系自动建立的具体过程。精品-精品 6、图幅接边，几何裂缝、逻辑裂缝的具体含义，如何解决？图形合并；内插和外推的含义？进行空间插值的方法有哪些？图幅接边形成无缝数据库。可通过识别或提取相邻图幅，要求图幅编号合理来解决。几何裂缝：指由数据文件边界分开的一个地物的两部分不能精确地衔接。-几何接边（通过人工接边、直接移动或回缩 2-3 个点减少突变。逻辑裂缝：同一地物地物编码不同或具有不同的属性信息，如公路的宽度，等高线高程等。-逻辑接边 精品-精品 图形合并-数据拼接。数据文件合并:一幅图内的多层数据合并在一起;或将相邻的多幅图的同一层数据合并。内插:在已观测点的区域内估算未观测点的数据的过程；外推:在已观测点的区域外估算未观测点的数据的过程.-预测。内插方法：（一）边界内插 首先假定任何重要的变化都发生在区域的边界上，边界内的变化则是均匀的、同质的。边界内插的方法之一是泰森多边形法。泰森多边形法的基本原理是，未知点的最佳值由最邻近的观测值产生。（二）趋势面分析 是一种多项式回归分析技术。多项式回归的基本思想是用多项式表示线或面，按最小二乘法原理对数据点进行拟合，拟合时假定数据点的空间坐标 X、Y 为独立变量，而表示特征值的 Z 坐标为因变量。（三）局部内插 利用局部范围内的已知采样点的数据内插出未知点的数据。（四）移动平均法 在局部范围（或称窗口）内计算 n 个数据点的平均值.9、矢量、栅格数据的压缩方法有哪些？Douglas-Peucher：压缩效果好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量精品-精品 较大；垂距法：压缩算法好，可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的点，且计算量较小 光栏法：算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点 p 值去掉而失真。10、矢量面要素转换为栅格数据，包括边界线的栅格化和面域的填充，有哪些具体方法实现线的栅格化和面域的填充？（一）线的栅格化 1、DDA 法(数字微分分析法)2、Bresenham 算法 （二）面(多边形)的填充方法 1、内部点扩散法（种子扩散法）2、扫描法 3、边填充算法 第六章 空间查询与空间分析 1.空间数据查询种类有哪些，什么是扩展 SQL 查询？（一）几何参数查询；（二）空间定位查询：（1）按点查询；（2）开窗查询（三）空间关系查询：（1）相邻分析检索；（2）相关分析检索；（3）包含关系查询；（4）穿越查询；（5）落入查询；（6）缓冲区查询；（7）边沿匹配检索（四）属性查询：（1）查找；（2）SQL 查询；（3）扩展 SQL 查询（五）其他查询方法：（1）可视化空间查询；（2）超文本查询；（3）自然语言空间查询 空间数据查询语言是通过对标准 SQL 的扩展来形成的，即在数据库查询语言上加入空间关系查询。为此需要增加空间数据类型（如点、线、面等）和空间操作算子（如求长度、面积、叠加等）。在给定查询条件时也需含有空间概念，如距离、临近、叠加等。2.集中特征数、离散特征数分别描述属性数据的什么特性，各自包含哪些内容（1）属性数据的集中特征数-描述数据分布的集中位置。包含频数和频率、平均数、数学期望、中数、众数（2）属性数据的离散特征数：描述数据集的离散程度，相对于中心位置的程度。包含：极差、离差、方差与标准差、变差系数。3.统计数据的分类分级方法有哪些，了解大致思路。系统聚类法、最优分隔分级法、4.DEM 的含义，DEM 主要的表示方法有哪些。精品-精品 DEM，（Digital Elevation Models），是国家基础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学表达为：z=f（x，y）。等高线法、TIN、Grid 5.TINDEM 和 GridDEM 各自特点，了解 DEM 的特点。精品-精品 6.DEM 生产中两种主要途径（地形图扫描矢量化法和数字摄影测量法）的生产流程 精品-精品 精品-精品 精品-精品 7.讲义中的“三、DEM 应用”也称为 DEM 分析或地形分析，基于 DEM 的地形分析的具体内容有哪些？（一）基于 DEM 的信息提取：坡度、坡向、地表粗糙度计算、高程变异分析、地貌形态的自动分类（二）等高线的绘制：等高线的追踪和光滑（三）基于 DEM 的可视化分析：坡面分析、通视分析、地形三维图绘制、地貌晕渲图绘制、模拟飞行（四）流域水文特征及土木工程 8.如何进行地貌形态的自动分类？精品-精品 9.多边形叠置分析（矢量形式的）含义、用途和实施步骤。3）实施步骤 a）对原始数据（多边形）形成拓扑关系。b)多层多边形数据的空间叠置，形成新层。c）对新层中的多边形重建拓扑。d）删除多余多边形（或处理意义多边形）提取感兴趣的部分。10.区分栅格叠置分析的点变换、邻域变换和区域变换的含义。1、单点变换：只将对应栅格单元的属性作某种运算（加、减、乘、除、三角函数、逻辑运算等）得到新图层属性，而不受其邻近点的属性值的影响。2、区域变换 新属性的值不仅与对应的原属性值相关，而且与原属性值所在的区域的长度、面积、形状等特性相关。如输出面积大于 x 的图斑 3、邻域变换 计算新图层属性时，不仅考虑原始图上对应栅格本身的值，还需考虑该图元邻域关联的其他图元值的影响。精品-精品 如面元分布图，生成面元边界图时，判断是否为边界点，需判断本身为面属性，且其邻域包含背景属性（四、八邻域。11.缓冲区的含义和作用，了解矢量、栅格形式的缓冲区建立的过程。缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。数学表达为：其中,R 为 缓冲宽度，或缓冲半径。作用：缓冲区分析是 GIS 的基本空间操作功能之一，一般应用于求地理实体的影响范围，即邻近度问题。如道路噪声影响范围就是沿道路建一定宽度的缓冲区，车流量决定缓冲区半径。如某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析等等。精品-精品 12.网络的含义，有哪些网络要素和属性，具体如何表示？精品-精品 2、网络基本要素：1）结点：网络中任意两条线段的交点。2）链，连通路线，连结两点的段要素，是资源运移的通道。3）转弯：在连通路线相连的结点处，资源运移方向可能转变，从一条链上经结点转向另一条链。4）停靠点（站点）：网络中资源的上、下结点。5）中心：收发资源的结点处的设施，如河流网络中的水库，公共汽车停车场。6）障碍：资源不能通过的结点。3、属性 1）阻碍：资源在网络中运行的阻力。2）资源需求量：网络中与弧段和停靠点相联系资源的数量，如某条街所住的学生数。3）资源容量：网络中心为弧段的需求能容纳或提供的资源总数量，如接收的学生总数。精品-精品 13.网络分析包括哪些内容？（一）路径分析（二）连通分析-最小生成树（三）资源分配定位与分配问题（四）流分析 14.最短路径分析的含义；最小生成树的含义，其具体应用，如何得到一幅赋权图的最小生成树；1、最短路径分析含义：在网络中从起点经一系列特定的结点至终点的资源运移的最佳路线，即阻力最小的路径。最小生成树：生成树是图的极小连通子图。生成树 T 的权数：设 T 为图 G 的一个生成树，若把 T 中各边的权数相加，则这个和数称为生成树 T 的权数。在 G 的所有生成树中，权数最小的生成树称为 G 的最小生成树。2、应用：类似在 n 个城市间建立通信线路这样的连通分析问题。精品-精品 图的顶点表示城市，边表示两城市间的线路，边上所赋的权值表示代价。对 n 个顶点的图可以建立许多生成树，每一棵树可以是一个通信网。若要使通信网的造价最低，就需要构造图的最小生成树。15.了解定位与分配模型、流分析的概念。1、含义：定位与分配模型是根据需求点的空间分布，在一些候选点中选择给定数量的供应点以使预定的目标方程达到最佳结果。-最佳分配中心，最优配置。包括：定位问题是指已知需求源的分布，确定在哪里布设供应点最合适的问题；分配问题是确定这些需求源分别受哪个供应点服务的问题。1、概念：1）流：资源在结点间的传输。2）流分析：按照某种优化标准（时间最少、费用最低、路程最短或运送量最大等）设计资源的运送方案。16.空间分析模型的具体含义和意义，通用 GIS 空间分析功能与各种领域专用模型的结合主要有哪三种途径。1、定义：空间分析模型是指用于 GIS 空间分析的数学模型，是在 GIS 空间数据基础上建立起来的模型，是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间决策过程进行的模拟。3、空间分析模型的意义（1）空间分析模型是联系 GIS 应用系统与专业领域的纽带，必须以广泛、深入的专业研究为基础；精品-精品（2）空间分析模型是综合利用 GIS 中大量数据的工具，数据的综合分析和应用主要通过模型来实现；（3）空间分析模型是分析型和辅助决策型 GIS 区别于管理型 GIS 的一个重要特征，是解决空间分析和辅助决策问题的核心。17空间决策支持的定义，用 GIS 解决空间问题的一般步骤，掌握例子，学会分析具体问题。1、空间决策支持定义 是应用空间分析的各种手段对空间数据进行处理变换，以提取隐含于空间数据中的某些事实和关系，并以图形和文字的形式直观地加以表示，为现实世界中的各种应用提供科学、合理的支持。2、GIS 解决空间问题的一般步骤 1）明确目的、要求；2）收集（准备）数据并建库;3）确定 GIS 空间分析步骤；4）输出结果；第七章 空间信息的可视化 1、空间信息可视化的含义，具体有哪些形式？空间信息的可视化 是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式显示，并进行交互处理的理论、方法和技术。1、地图：硬拷贝：纸质或其它介质地图；软拷贝：屏幕上的电子地图。2、多媒体地学信息 综合、形象地表现空间信息所使用的文本、表格、声音、图像、图形、动画、音频、视精品-精品 频各种形式逻辑地联接并集成为一个整体概念，是空间信息可视化的重要形式。3、三维仿真地图 4、虚拟现实 它是由计算机和其它设备如头盔、数据手套等组成的高级人机交互系统，以视觉为主，也结合听、触、嗅甚至味觉来感知的环境，使人们有如进入真实的地理空间环境之中并与之交互作用。2、电子地图、动态地图、虚拟现实的含义。1、概念：1）电子地图，是以地图数据库为基础，以数字形式存储于计算机外存储器上，并能在屏幕上实时显示的可视地图，又称“屏幕地图”、“瞬时地图”。2）电子地图集，是为了一定用途，采用统一、互补的制作方法系统汇集的若干电子地图，这些地图具有内在的统一性，互相联系，互相