《地理信息系统基础》总结

1/6《地理信息系统基础》总结第一章1、信息：是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。2、数据：通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，是用以载荷信息的物理符号，在计算机化的地理信息系统中，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。3、GIS：地理信息系统（GIS,GeographicInformationSystems）是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。特点：❶具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；❷以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生高层次的地理信息；❸具有公共的地理定位基础，所有的地理要素，要按经纬度或者特有的坐标系统进行严格的空间定位，才能使具有时序性、多维性、区域性特征的空间要素进行复合和分解，将隐含其中的信息变为显示表达，形成空间和时间上连续分布的综合信息基础，支持空间问题的处理与决策；❹由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务；❺地理信息系统从外部来看，它表现为计算机软硬件系统；而其内涵确是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。信息的流动及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真。4、1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息这一术语，并于1971年建立了世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理和规划。5、地理信息系统的五大功能：输入、查询、编辑、分析、输出6、地理信息系统的应用：测绘与地图制图、资源调查与管理、城乡规划、灾害监测、环境保护、国防、宏观决策支持（●●考的时候可以自己发挥）第二章1、数据源：①图形数据源（地图、测绘、遥感）②属性数据源（统计数据、文字报告、文件、声音、图片）2、地图分类：普通地图（地形图比例尺大于或等于1∶100万、地理图比例尺小于1∶100万）、专题地图（自然地图、社会经济图、工程技术图）3、地图投影：地图投影就是地球球面与平面之间点与点的函数关系的数学表示方法。通过利用特定的数学函数将经纬坐标（λ,φ）转换为平面坐标（x,y），即把地理坐标转换为平面坐标。地图投影可减少因三维坐标转为二维坐标所产生的扭曲变形。4、地图投影的基本原理：地球表面上任一点位置的地理坐标决定经纬度，将若干经纬线交点绘在平面上，再将相同经度的点连成经线，相同纬度的点连成纬线，构成经纬网，将球面上的点按经纬度画到相应的位置处，作图。5、地图投影类型：等角投影、等面积投影、任意投影6、高斯-克里格投影的基本原理：7、图形数层的分层：对于一张图，可按对象的属性、类型划分为不同的集合，当这些集合在空间叠置在一起时，便显示一张图的影像，这就是图形数据分层。分层依据：图形的具体特点。A、按逻辑特征分层：❶以属性分层：属性往往反映数据库结构，按属性划分便于检索与管理；❷以图形对象类型分层：一般将点状对象、线状对象、面状对象分层存放，使图形显示易于控制；B、按存储特征分层：❶独立存储：各层数据各自存放在独立的文件中，文件内只包含相同的属性数据，便于管理；2/6❷混合存储：一个文件存放多层数据，系统提供分层管理的内部机制。8、图形数据分层的优点：●使图形数据信息按某种规则进行划分，从而使数据含义明晰，易于识别。●图形分层可在一定程度上减少内外存数据交换量，提高系统效率。●在某些情况下，图形分层显示效果较好，尤其在图像重叠覆盖时表现明显。●图形数据分层有利于明确空间关系，对于识别空间数据的信息机理很有帮助。图形数据分层的缺点：●分层过多，增加用户操作步骤，使用户无法一次获取全部信息；●分层使一些程序处理过程变得复杂●对于某些GIS软件，分层可能产生操作不便。9、图形数据分幅：按空间位置不同，将图形对象划分为不同的集合，这一过程称为图形数据分幅，GIS均支持一幅地图划分为多幅地图的功能。10、图形数据分幅的方法：等间隔分幅法（为适应纸质地图的特点，对地理要素，图形对象的具体特点不加考虑，仅以地理位置范围对图形进行划分）、区域分幅法（按行政区划或用户自定义的空间区域对图形进行分幅，其图幅编号一般考虑区域特征）11、图形数据分幅的优点：●当地学海量图形数据存储时，通过分幅，将数据分放于适当数量的文件中，可平衡数据文件大小，便于数据的读写与信息共享；●适当的分幅可提高用户对幅内信息的识别能力，从而提高应用效率。图形数据分幅的缺点：●等间隔分幅法人为分割了地理要素的完整性，会造成拼幅、空间拓扑关系维护与分析方面的困难；●区域分幅使数据在各文件中分布不均；●分幅过多虽然有利于文件读写，但操作过程往往因文件过多而繁杂。12、属性数据的常用编码方法：A．层次分类编码法（以分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种编码方法）B．多源分类编码法（又称独立分类编码法，指对于一个特点的分类目标，可根据诸多分类依据分别进行编码，各数字代码间没有隶属关系）第三章1、空间数据结构：空间数据在计算机中存储、管理和处理过程中的逻辑关系或组织形式。2、空间数据的结构类型：●基于图形表达的矢量数据结构●基于图像表达的栅格数据结构●矢量与栅格一体化数据结构3、矢量数据结构：利用欧氏（Euclid）几何学中的点、线、面、体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式，以记录取样点的坐标为基础，通过记录点的位置、线的长度、面的面积将点、线、面按一定关系组合在一起，加上名称注记及符号修饰，即可获得矢量地图。A．优点：❶数据结构严密，数据量小；❷数据精度高，数据存储冗余度低；❸可最好逼近地理实体空间分布特征，因而能够完整描述拓扑关系；❹可实现图形数据的恢复、更新与综合；❺图形输出美观B．缺点：❶数据结构复杂；❷多层数据的空间叠置分析较困难；❸数学模拟较困难；❹空间分析技术上较复杂。4、矢量数据结构的主要类型：（1）简单数据结构(面条结构)（空间数据以基本的空间对象为单元进行单独组织，特点是：●数据按点、线或多边形为单元进行组织，数据编排直观，数字化操作简单；●每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余甚至不一致；●点、线和多边形有各自的坐标数据，但无拓扑数据，互相之间不关联；●岛只作为一个单独图形，没有与外界多边形的联系。（2）索引式数据结构（采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。特点是：●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以通过对多边形文件的线索引处理得到，但是比较繁琐，因而3/6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。5、拓扑：拓扑学的英文名是Topology，直译是地志学，也就是和研究地形、地貌相类似的有关学科。是几何学的一个分支，同通常的平面几何、立体几何不同，主要是描述空间对象的相邻、包含等关系。6、拓扑的数据结构：●拓扑邻接(空间图形中同类元素之间的关系）●拓扑关联(空间图形中不同元素之间的关系）●拓扑包含(空间图形中同类但不同级元素之间的关系，又分简单包含、多层包含、等价包含三种）7、栅格数据结构：将空间按一定规则分割成若干网格（正方形或矩形），在各个网格上给出相应的属性值表达地理实体特征，而网格的位置由网格所在的行列号定义，这种“属性明显，位置隐含”的数据组织形式称为栅格数据。A优点：●数据结构简单;●空间数据的叠置和组合方便;●便于实现各种空间分析●数学模拟方便;●开发费用低B缺点：●数据量大;●降低分辨率时，信息缺失严重;●地图输出不够精美●难以建立网络连接关系;●投影变换较为费时8、栅格数据的压缩编码类型：游程编码（将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格长度，目的是压缩数据所占的空间）；链式编码(ChainCodes)又称为弗里曼链码(Freeman，1961)或边界链码（链式编码主要是记录线状地物和面状地物的边界。它把线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。）9、四叉树原理：将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n≥1），直到子象限的数值单一为止，凡数值单一的单元，均作为最后存储单元。10、八叉树结构：是将空间区域不断地分解为八个同样大小的子区域(即将一个六面的立方体再分解为八个相同大小的小立方体)，同—区域的属性相同。第四章1、空间数据库：指GIS中在计算机上存储的地理空间数据总合；一般以特定结构文件形式存储。包含三部分：数据库、数据库管理系统、数据库应用系统2、三种传统数据模型的各自特点及其比较4/63、空间数据仓库：空间数据仓库就是为满足信息系统从管理转向决策处理需求而提出的空间信息集成方案(由四部分组成：数据源、空间数据库系统、空间数据仓库信息存储系统、空间数据仓库分析工具)4、空间数据挖掘：空间数据挖掘是数据挖掘的一个研究分支，即从空间数据库中挖掘时空系统中潜在的、有价值的信息、规律和知识的过程，包括空间模式与特征、空间与非空间数据之间的概要关系等。5、GIS与空间数据库的关系（主要参照三个管理方案作答）第五章1、空间分析：是基于空间数据的分析技术，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、空间形成及空间演变等信息。类型：（1）咨询式分析（2）产生式分析2、SQL语言：select列名…、from表名…、where逻辑表达式…AND：与、R：或、NOT：非3、空间叠合分析：将两层或多层地图要素进行叠合，产生一个新要素层的操作，其结果是将原来要素分割生成新的要素，新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。根据叠合对象图形特征，分有：●点与多边形的叠合;●线与多边形的叠合;●多边形与多边形的叠合4、空间缓冲区分析：空间缓冲区分析是针对点、线、面实体,自动建立周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形。分析的对象因素：●主体;●邻近对象;●作用条件。有下三种不同的分析模型：●线性模型;●二次模型;●指数模型（以上的实例必须掌握）5、空间网络分析：地理空间网络是作为点、线二元关系构成的系统，对地理网络进行地理分析与模型化，解决网络运行效率及资源合理配置等问题称为空间网络分析。6、空间统计分析：用于空间数据的权值确定、变量筛选、变量间关系模型、空间特征排序的分析方式。7、空间自相关分析：是认识空间分布特征、选择适宜的空间尺度来完成空间分析的最常用方法。8、回归分析：回归分析用于分析两组或多组变量之间的相关关系，常见回归分析方程有线性回归、指数回归、对数回归、多元回归等。9、主成分分析：通过数理统计分析，求得各要素间线性关系的实质上有意义的表达式，将众多要素的信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量，选择信息最丰富的少数因子进行各种聚类分析，构造应用模型。10、聚类分析：把相似的样本归为一类，而把差异大的样本区分开来。11、空间数据的量算：质心量算、几何量算、形状量算。12、空间数据的内插：通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法称为空间数据的内插。13、数字地面模型：是利用一个任意坐标系中大量选择的已知XYZ的坐标点对连续地面的简单的统计表示，或者说，DTM是地形表面简单的数字表示。14、数字高程模型：用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型的一个分支，其