GIS 地理信息系统 总复习提纲

第七章：空间数据管理1. 空间数据库的特点（p135）1）数据量特别大，地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往很大。2）不仅有地理要素的属性数据（与一般数据库中的数据性质相似），还有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。3）数据应用广泛，例如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等。2. 采用标准DBMS存储空间数据的问题主要有（p135（11）在GIS中，空间数据记录是变长的，因为需要存储的坐标点的数目是变化的，而一般数据库都只允许把记录的长度设定为固定长度。不仅如此，在存储和维护空间数据拓扑关系方面，DBMS也存在着严重的缺陷。因而，一般要对标准的DBMS增加附加的软件功能。（12）DBMS一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作。（13）GIS需要一些复杂的图形功能，一般的DBMS不能支持。（14）地理信息是复杂的，单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录、或许包括大地网、特征坐标、拓扑关系、空间特征量测值、属性数据的关键字以及非空间专题属性等，一般的DBMS也难以支持。3. GIS数据管理方法的主要4种类型（p136）（21）对不同的应用模型开发独立的数据管理服务，这是一种基于文件管理的处理方法。（22）在商业化的DBMS基础上开发附加系统。开发一个附加软件用于存储和管理空间数据和空间分析，使用DBMS管理属性数据。（23）使用现有的DBMS，通常是以DBMS为核心，对系统的功能进行必要扩充，空间数据和属性数据在同一个DBMS管理之下。需要增加足够数量的软件和功能来提供空间功能和图形显示功能。（24）重新设计一个具有空间数据和属性数据管理和分析功能的数据库系统。4. 数据组织的分级，数据项、记录、文件、数据库（P136）1）数据项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，域以外的任何值对该数据项都是无意义的。2）记录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。3）文件文件是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的集合，文件用文件名称标识，文件根据记录的组织方式和存取方法可以分为：顺序文件、索引文件、直接文件和倒排文件等。4）数据库数据库是比文件更大的数据组织，数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。5. 常用数据文件有（P137）顺序文件、索引文件、直接文件和倒排文件6. 空间数据编码（p139）空间数据编码是空间数据结构的实现，即将根据地理信息系统的目的和任务所搜集的、经过审核了的地形图、专题地图和遥感影像等资料按特定的数据结构转换为适合于计算机存储和处理的数据的过程。7. 栅格数据和矢量数据的编码方法有那些，要理解其基本原理（p139-150）1直接栅格编码直接栅格编码结构，也可以理解为栅格矩阵结构，指对栅格数据不用压缩而采取的编码形式2压缩编码方法1）链码（Chain Codes）2）游程长度编码（Run-Length Codes）游程编码结构时逐行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的长度，其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余它的基本思路是：对于一幅栅格图像，常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。其方法有两种方案：一种编码方案是，只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数，从而实现数据的压缩。3）块码块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成。4）四叉树根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n2 n，且n1），直到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树。矢量数据编码1.Spaghetti矢量编码按点、线或多边形为基本单元组织数据，点、线和多边形有各自的坐标数据点：以二维或者三维中的坐标来描述 线：由一个坐标序列来描述 多边形：每个多边形都以闭合线段存储没有拓扑数据，互相之间不关联,岛只作为一个图形，没有与外界多边形的联系2.树状索引编码法该法采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，方法是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。3.拓扑结构编码法矢量数据可抽象为点(结点)、线(链、弧段、边)、面(多边形)三种要素，拓扑数据结构的关键是拓扑关系的表示，完整的拓扑关系结构应包括以下内容：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围8. 栅格数据的特点（P140）栅格结构的显著特点是：属性明显，定位隐含9. 决定栅格单元代码的方式（P141）1. 中心点法2.面积占优法3.重要性法4百分比法10. 矢量和栅格数据的优缺点（P151）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11. 判断一个是否在多边型内部的算法（P151-P152）1）内部点扩散算法该算法由每个多边形一个内部点（种子点）开始，向其八个方向的邻点扩散，判断各个新加入点是否在多边形边界上，如果是边界上，则该新加入点不作为种子点，否则把非边界点的邻点作为新的种子点与原有种子点一起进行新的扩散运算，并将该种子点赋以该多边形的编号。2）复数积分算法对全部栅格阵列逐个栅格单元地判断该栅格归属的多边形编码，判别方法是由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分，对某个多边形，如果积分值为2pr，则该待判点属于此多边形，赋以多边形编号，否则在此多边形外部，不属于该多边形。3）射线算法和扫描算法射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内，由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某多边形所有边界相交的总次数，如相交偶数次，则待判点在该多边形外部，如为奇数次，则待判点在该多边形内部（图7-12）。4）边界代数算法（BAF-Boundary Algebra Filling）边界代数多边形填充算法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。12. 栅格数据向矢量数据转换的基本步骤（p154）栅格格式向矢量格式转换通常包括以下四个基本步骤：（11）多边形边界提取：采用高通滤波将栅格图像二值化或以特殊值标识边界点；（12）边界线追踪：对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个已知边界点需沿除了进入方向的其他7个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段；（13）拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段数据，判断其与原图上各多边形的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系；（14）去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以减少数据冗余；搜索结果，曲线由于栅格精度的限制可能不够圆滑，需采用一定的插补算法进行光滑处理，常用的算法有：线形迭代法；分段三次多项式插值法；正轴抛物线平均加权法；斜轴抛物线平均加权法；样条函数插值法。13. 空间索引（p155）空间索引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。14. 常用的空间索引有那些？理解其基本原理（p156-157）1格网型空间索引基本思想是将研究区域用横竖线条划分大小相等和不等的格网，记录每一个格网所包含的空间实体。当用户进行空间查询时，首先计算出用户查询对象所在格网，然后再在该网格中快速查询所选空间实体，这样一来就大大地加速了空间索引的查询速度。2 BSP树空间索引BSP树是一种二叉树，它将空间逐级进行一分为二的划分。3 KDB树空间索引KDB树是B树向多维空间的一种发展。它对于多维空间中的点进行索引具有较好的动态特性，删除和增加空间点对象也可以很方便地实现4 R树和R+树R树根据地物的最小外包矩形建立，可以直接对空间中占据一定范围的空间对象进行索引。R+树中，兄弟结点对应的空间区域没有重叠，而没有重叠的区域划分可以使空间索引搜索的速度大大提高；5 CELL树采用凸多边形来作为划分的基本单位，具体划分方法与BSP树有类似之处，子空间不再相互覆盖。第八章空间分析1. 空间分析的概念（p161）基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息是地理信息系统的主要特征，同时也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一是各类综合性地学分析模型的基础，为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本工具。 是对分析空间数据有关技术的统称2. 空间分析的三个层次(见课件)（没找到不知是否是这个）基于空间图形数据的分析运算基于非空间属性的数据运算-地理统计空间和非空间数据的联合运算3. 空间查询的基本方式（p162）1）基于空间关系查询2）基于空间关系和属性特征查询3）地址匹配查询4. 空间量算的基本内容（p163-164记大标题）1.几何量算2.形状量算3.质心量算4.距离量算5. 空间变换？（p166）和坐标变换区别开地理信息系统通常是按有一定意义的图层和相应的属性建立空间数据库的。为了满足特定空间分析的需要，需对原始图层及其属性进行一系列的逻辑或代数运算，以产生新的具有特殊意义的地理图层及其属性，这个过程称为空间变换。6. 再分类？（p167）与传统地图相比，地图上所载负的数据是经过专门分类和处理过的，而地理信息系统存储的数据则具有原始数据的性质，所以可以根据不同的需要对数据再进行分类和提取。由于这种分类是对原始数据进行的再次分类组织，因此称为再分类（Reclassification）。7. 邻近度？（p168）邻近度（Proximity）描述了地理空间中两个地物距离相近的程度8. 缓冲区？（p168）缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。9. 点、线和面对象缓冲区的建立方法因此对象Oi的缓冲区定义为：即对象 Oi 的半径为R的缓冲区为距Oi的距离d小于R的全部点的集合。d一般是最小欧氏距离，但也可是其它定义的距离。对于对象集合其半径为R的缓冲区是各个对象缓冲区的并，即：10. 叠加分析的6种类型（见课件）理解原理（1）点对线分析：点与线的距离（2）点与多边形叠加是计算多边形对点的包含关系（3）线与多边形叠加线与多边形的叠加，是比较线上坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内（4）多边形对点叠加（5）多变形对线叠加（6） 多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作11. 网络的基本数据结构？链：网络中流动的管线，如街道、河流、水管等结点：网络中链的结点，如港口、车站、电站等障碍：禁止网络中链上流动的点拐点：出现在网络链中的分割结点上，状态属性有阻力，如拐弯的时间和限制中心：是接受或分配资源的位置，如水库、商业中心、电站等，其状态属性包括资源容量，阻力限额站点：在路径选择中资源增减的结点，如库房、车站等，其状态属性有资源需求12. 网络分析的基本内容：资源分配和路径分析最短路径分析是根据网络拓扑结构，在有向图数据结构中，求从一个顶点出发到其它各顶点之间的最短路径，或求每对顶点之间的最短路径资源分配网络模型由中心点（分配中心或收集中心）及其属性和网络组成。分配有两种形式，一种是由分配中心向四周分配，另一种是由四周向收集中心分配。13. DIJKSTRA算法（重点）（这个必考的第十章课件）14. 空间插值a) 数据源空间插值的数据源 常用野外测量采样数据，采样点随机分布或有规律的线性分布（沿剖面线或沿等高线）摄影测量得到的正射航片或卫星影象；卫星或航天飞机的扫描影象；数字化的多边形图、等值线图；b) 插值方法空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。空间内插算法是一种通过已知点的数据推求同一区域其它未知点数据的计算方法；空间外推算法则是通过已知区域的数据，推求其它区域数据的方法。c) 空间采样15. 空间统计（了解基本内容）第九章：数字地面模型1. DEM数字高程模型（DEM）数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型2. DTM数字地形模型（DTM, Digital Terrain Model）数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。3. DEM常用的表示方法4. DEM常用的表示模型在地理信息系统中，DEM最主要的三种表示模型是：规则格网模型规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为一个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组。每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值，等高线模型等高线模型表示高程，高程值的集合是已知的，每一条等高线对应一个已知的高程值，这样一系列等高线集合和它们的高程值一起就构成了一种地面高程模型。不规则三角网模型TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）。5. DELAUNAY三角形P2026. 影响三角形7. 格网DEM-TIN的基本算法1保留重要点法2启发丢弃法（DHDrop Heuristic）8. DEM数据采集方法1）地面测量2）现有地图数字化3）空间传感器4）数字摄影测量方法9. 摄影测量生成DEM的采样方法有？1）沿等高线采样2）规则格网采样3）渐进采样（Progressive Sampling）4）选择采样5）混合采样6）自动化DEM数据采集10. DEM有那些应用1.地形曲面拟合2.立体透视图3.通视分析1）点对点通视2）点对线通视3）点对区域通视4.流域特征地貌提取与地形自动分割5. DEM计算地形属性11. DEM可以计算那些地形属性1）坡度、坡向2）面积、体积 3）表面积第十章：空间建模和空间决策支持（不考）第十一章：空间数据表现与地图制图1. 地理信息系统和地图学的关系地图是记录地理信息的一种图形语言形式，从历史发展的角度来看，地理信息系统脱胎于地图，并成为地图信息的又一种新的载体形式，它具有存储、分析、显示和传输的功能，尤其是计算机制图为地图特征的数字表达、操作和显示提供了成套方法，为地理信息系统的图形输出设计提供了技术支持；同时，地图仍是目前地理信息系统的重要数据来源之一。但二者又有本质之区别：地图强调的是数据分析、符号化与显示，而地理信息系统更注重于信息分析。地图学理论与方法对地理信息系统的发展有着重要的影响，特别是地理信息系统中的空间数据表现许多技术来源于地图学，但是，其表现手段更加灵活和丰富。2. 地图符号和分类由形状不同、大小不一和色彩有别的图形和文字组成；注记也是地图符号是地图的语言，表达地图内容的基本手段1）按照符号的定位情况分类 定位符号：指图上有确定位置，一般不能任意移动的符号，如河流、居民地及边界等；说明符号：是指为了说明事物的质量和数量特征而附加的一类符号，它通常是依附于定位符号而存在的，没有定位意义。如：说明森林树种的符号等2）按照符号所代表的客观事物分布状况分类 点符号 线状符号 面状符3. 符号的构成要素形状 大小 颜色 4. 专题地图定义：突出地表示一种或几种自然现象和社会经济现象的地图5. 面状内容的表示方法有那些？了解加理解1等值线法2质底法3范围法4点值法5符号法6动线法7统计图法8 DEM表示法6. 专题图的总体设计的基本内容包括那些？（了解）7. 制图综合？制图综合是对制图区域客观事物的取舍和简化。经过概括后的地图可以显示出主要的事物和本质的特征。8. 制图综合的影响因素地图的比例尺、用途和主题，制图区域的地理特征以及符号的图形尺寸是影响制图综合的主要因素，9. 制图综合的基本方法制图综合的基本方法为内容的取舍、数量化简、质量化简和形状化简10. 地理信息可视化（了解）第十二章：3S集成1， RS与GIS 集成：（P296-297）GIS作为图像处理工具a) 几何纠正和辐射纠正 b) 图像分类 c) 感兴趣区域的选取 遥感数据作为GIS的信息来源 d) 数据是GIS中最为重要的成分，而遥感提供了廉价的、准确的、实时的数据 i. 地物要素的提取 ii. DEM数据iii. 土地利用变化以及地图更新 2， GPS和GIS集成的3个应用目标定位测量 监控导航 3， RS、GPS和GIS三者之间的关系（p299）第十三章：网络地理信息系统1， 分布式系统在GIS中的应用的4个方面(P305)a) 数据的分布：空间数据存放在空间上分离的计算机上。b) 应用功能的分布：c) 外设共享：而通过分布式系统，可以实现这些设备的共享。d) 并行计算：地理信息系统中的许多模型具有较高的时间复杂性，利用分布系统可以实现并行计算，缩短计算时间2， 网络地理信息系统的组合方式及其特点（p306-308）(1) 全集中式 软件、数据库管理系统和数据库全部集中在中央服务器上 （2）数据集中式专门设置集中的数据存储和管理服务，网络的其它部分成为数据客户，它们一般都是带有一定功能的地理信息系统软件 （3）功能集中式把绝大部分的功能集中在一个或者几个容量大、性能高的服务器上，由它们负责所有的分析和处理，数据则分散到客户端存储和管理（4）全分布式各个子系统具有完备的数据库及地理信息系统软件和其它应用软件，在网络中同时扮演客户和服务器的角色 （5）函数库服务器函数服务器把优化的功能函数存储在服务器上，通过网络按用户要求动态合成应用软件，并使其在客户机上运行3， WEBGIS的4个应用层面（P315-316）空间数据发布：由于能够以图形方式显示空间数据； 空间查询检索：利用浏览器提供的交互能力，进行图形及属性数据库的查询检索； 空间模型服务：在服务器端提供各种空间模型的实现方法，接收用户通过浏览器输入的模型参数后，将计算结果返回。 Web资源的组织：在Web上，存在着大量的信息，这些信息多数具有空间分布特征，如分销商数据往往有其所在位置属性，利用地图对这些信息进行组织和管理，并为用户提供基于空间的检索服务 4， WEBGIS的实现技术（了解）第十四章：地理信息系统应用实例全章了解第十五章：地理信息系统应用项目组织和管理不考第十六章：地理信息系统工程技术（）数据管理设计P380-383（重点）第十七、八、九章：全面了解