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GIS复习资料1第一章地理信息系统概论1.地理信息系统的基本概念可简单定义为用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统。地理信息系统按其内容可以分为三大类：专题地理信息系统（ThematicGIS）：是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定的专门的目的服务；区域信息系统（RegionalGIS）：以区域综合研究和全面信息服务为目标。按规模分：国家级、地区或省级的、市级或县级等；也按自然分区或流域为单位划分。地理信息系统工具或地理信息系统外壳（GISTools）：是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等GIS基本功能的软件包。依照其应用领域，可分为土地信息系统、资源管理信息系统、地学信息系统等；根据其使用的数据模型，可分为矢量、栅格和混合型信息系统；地理信息系统的构成计算机硬件系统;计算机软件系统;地理数据（或空间数据）;应用人员与组织机构地理信息系统组成如下：数据输入子系统;数据存储与检索子系统;数据处理与分析子系统;输出子系统基本功能数据采集、监测与编辑;数据处理;数据存储与组织;空间查询与分析;图形与交互显示2.GIS与其它系统的区别GIS与DBMS（数据库管理系统）：GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识和信息，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。GIS与MIS（管理信息系统）：GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备更复杂、系统功能更强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。GIS与地图数据库：地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。GIS与CAD系统：二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD不能建立地理坐标系和完成地理坐标转换；GIS数据量比CAD大得多，结构更复杂；CAD不具备GIS的空间查询和分析功能。地理信息系统发展的四个阶段①60年代开拓发展阶段。这一时期的软件主要针对当时的主机和外设开发的，算法尚嫌粗糙，图形功能有限。②70年代巩固阶段。这一时期软件最重要的进展是人机图形交互技术的发展。③80年代突破阶段。该时期特点：GIS技术全面推向应用；开展工作的国家和地区更为广泛，国际合作日益加强，开始探讨建立国际性的GIS，并由发达国家推向发展中国家，如中国；GIS技术进入多种学科领域，从简单的、单一功能、分散的系统发展到多功能的、共享的综合性信息系统并向智能化发展。④90年代社会化阶段。社会对GIS认识普遍提高，需求大幅度增加，从而导致GIS应用系统的扩大与深化。第一个GIS系统：加拿大地理信息系统（CGIS）,其被认为是国际上最早建立的、较为完善的大型使用的地理信息系统，1963年开始研制，1971年投入正式运行。第二章空间参照系统和地图投影1.地图投影概念指建立地球表面上的点与投影平面上点之间一一对应的关系。2．地图投影的变形GIS复习资料2长度变形:同一投影上，长度变形不仅随点点而变化，在同一点上还因为方向不同而不同。面积变形：在同一投影上，面积变形因为地点的不同而不同。角度变形：在同一投影上，角度变形因为地点的不同而不同。3.高斯投影的基本条件(性质)：1．中央经线(椭圆筒和地球椭球体的切线)和赤道投影成垂直相交的直线；2．投影后没有角度变形(即经纬线投影后仍正交)；3．中央经线上没有长度变形，其余经线长度比均大于1，长度变形为正，距中央经线愈远变形愈大，最大变形在边缘经线与赤道的交点上；4.面积变形也是距中央经线愈远，变形愈大。高斯克吕格投影各带是按相同经差划分的，只要计算出一带各点的坐标，其余各带都是适用的。(AT：为了保证地图的精度，采用分带投影方法，将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度。变形特征：在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；在同一条纬线上，长度变形随经差的增大而增大，且增大速度较快。）第三章空间信息基础及空间数据1.绝对空间和相对空间绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置的空间坐标值组成。相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，由不同实体之间的空间关系构成。2.空间数据的类型空间特征数据：表示空间实体的位置或现在所处的地理位置以及拓扑关系和几何特征。位置和拓扑特征是地理或空间信息系统所独有的。专题特征数据：专题特征是指地理实体所具有的各种性质，如地形的坡度、坡向、某地的年降水量、人口密度、交通流量等。专题属性通常以数字、符号、文本和图象等方式表达。时间特征数据：是指地理实体的时间变化或数据采集的时间等。对于现有的大量GIS，由于它们并非是时态GIS，或者由于有些空间数据随时间变化相对较慢，有时，把专题属性和时间特征数据统称为属性数据。3.1拓扑研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性----拓扑属性。3.2区分点A和多边形边界间的空间位置关系不改变，但多边形的面积会发生变化。这时，我们称多边形内的点具有拓扑属性，而面积则不具有拓扑属性，拉伸和压缩这样的变换称为拓扑变换4.1基本拓扑关系拓扑邻接：相同拓扑元素之间的关系。拓扑关联：不同拓扑元素之间的关系。拓扑包含：指不同级别或不同层次的多边形图形实体之间的拓扑关系4.2作用根据拓扑关系，不需要利用坐标和距离就可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的空间位置关系。利用拓扑数据有利于空间数据的查询。利用拓扑数据进行道路的选取，进行最佳路径的计算等。5.空间关系（1）拓扑空间关系：描述空间实体之间的相邻、包含和相交等空间关系。(2)顺序空间关系：描述空间实体之间在空间上的排列次序，如实体之间的前后、左右和东南西北等方位关系。(3)度量空间关系：描述空间实体的距离或远近等关系。距离是定量描述，而远近则是定性描述。6.1元数据的概念是说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息的数据GIS复习资料36.2元数据的内容（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等的说明；（2）对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、元数据的比例尺等；（3）对数据处理信息的说明，如量纲的转换等；（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。第四章GIS功能篇－空间数据获取与处理1.空间信息的录入方式（1）通常，数字化仪采用两种数字化方式，点方式和流方式。点方式是当录入人员按下游标（puck）的按键时，向计算机发送一个点的坐标。输入点状地物时必须使用点输入方式；而线和多边形地物的录入可以使用点方式。输入时，可有选择地输入曲线上的采样点，而采样点必须能够反映曲线的特征。流方式录入能够加快线或多边形地物的录入速度，当录入人员沿着曲线移动游标时，能够自动记录经过点的坐标。采集点的数目要多于点方式，造成数据量过大，可根据采用原则确定是否记录该点，包括①距离流②时间流。①时间流：当曲线比较平滑时，录入人员移动游标比较快，记录点数目少，曲线弯曲时，游标移动慢，记录点数目多。②距离流：容易遗漏曲线的拐点，使曲线形状失真，因此，在保证曲线形状方面，时间流方式优于距离流方式。（2）曲线离散化算法（Douglas-Peucker）：①在曲线首尾两点A、B之间连接一条直线段AB，该直线称为曲线的弦；②得到曲线上离该直线段距离最大的点C，并计算其与AB的距离d；③比较该距离与预先给定阈值ε的大小，如果小于ε，则将该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕；2.1地理编码定义是建立地点坐标与地点描述的对应关系的过程。由一个地理坐标得到相应的地址表述的过程，就称作“逆地理编码2.2链码链码即方向链码，是一种用来描述图像上某一目标的边界、轮廓或骨架的有效矢量编码。它是相互邻接的两个像素按照不同的方向给定一个规定的数字符号（或码）。用一串这样的符号（码）表示一个连接成分的方法叫链码表示法。3．拓扑结构的关系表的建立1.图形修改在建立拓扑关系的过程中，一些数字化输入过程中的错误需要修改，否则，建立的拓扑关系将不能正确的反映地物之间的关系。2.建立拓扑关系多边形拓扑关系的表达需要描述以下实体之间的关系：（1）多边形的组成弧段；（2）弧段左右两侧的多边形，弧段两端的节点；（3）节点相连的弧段。空间实体示意图空间实体拓扑结构的关系表GIS复习资料4拓扑结构具有如下优点：(1)相邻弧段、多边形之间没有空间坐标的重复，这样就消除了重复线；（2）拓扑信息与空间坐标分别存储，这样有利于邻接、包含、关联等查询操作。第五章GIS数据组织与结构1．1.1栅格数据结构栅格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。栅格结构表示的地表是不连续的，是量化和近似离散的数据。每一个单元格对应一个相应的地块。1.1.2栅格数据结构的特点属性明显数据中直接记录了数据属性或指向数据属性的指针，因而我们可以直接得到地物的属性代码。定位隐含所在位置则根据行列号转换为相应的坐标，也就是说定位是根据数据在数据集中的位置得到的。栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体的位置很容易隐含在格网文件的存储结构中。栅格数据结构结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是易于同遥感影像的结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便。1.2.1矢量数据结构基本概念通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。在一般情况下，其精度比栅格数据结构高得多。其精度仅受数字化设备的精度和数值记录字长的限制。1.2.2矢量数据结构特点定位明显其定位是根据坐标直接存储的，无需任何推算。属性隐含属性则一般存于文件头或数据结构中某些特定的位置上。栅格结构与矢量结构的比较优点缺点矢量数据1．数据结构紧凑、冗余度低2．有利于网络和检索分析3．图形显示质量好、精度高1．数据结构复杂2．多边形叠加分析比较困难栅格数据1．数据结构简单2．便于空间分析和地表模拟3．现势性较强1．数据量大2．投影转换比较复杂空间数据库与一般数据库相比，具有：数据量特别大；不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据；数据应用广泛。1.数据库中的数据组织一般可分为四级：数据项、记录、文件和数据库。2.数据间的逻辑联系：一对一的联系；一对多的联系；多对多的联系。3.常用的数据文件：顺序文件、索引文件、直接文件和倒排文件。2.数据组织数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等，数据项与现实世界实体的属性相对应，数据项有一定的取值范围，称为域。记录：是由若干相关联的数据项组成，是处理和存储信息的基本单位，是关于一个实体的数据总和，构成该记录的数据项表示实体的若干属性。为了标识每条记录，都必须有记录的标识符，也叫“关键字”。文件：是一给定类型记录的全部具体值的集合，文件用文件名称标识。GIS复习资料5数据库3.数据文件顺序文件：是最简单的文件组织形式，对记录按照主关键字的顺序进行组织。当主关键字是数字型时，以其数值的大小为序；若主关键字是文字型的，则以字母的排列为序。一切存于磁带上的记录，都只能是顺序的，而存于磁盘上的记录，既可以是顺序的，也可以是随机的。索引文件：除了存储记录本身（主文件）以外，还建立了若干索引表，这种带有索引表的文件叫索引文件。索引表中列出记录关键字和记录在文件中的位置（地址）。读取记录时，只要提供记录的关键字值，系统通过查找索引表获得记录的位置，然后取出该记录。直接文件：又称随机文件，其存储是根据记录关键字的值，通过某种转换方法得到一个物理存储位置，然后把记录存储在该位置上。查找时，通过同样的转换方法，可以直接得