中國石油大學(華東)808地理信息系統(tǒng)復習

1、1GIS的基本概念（1）地理信息、地理數(shù)據(jù)的概念；信息系統(tǒng)的類型；1.地理數(shù)據(jù)地理數(shù)據(jù)是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。2.地理信息地理信息是有關地理實體的性質(zhì)、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對地理數(shù)據(jù)的解釋。在地理信息中，其位置是通過數(shù)據(jù)進行標識的，這是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著的標志。3.信息系統(tǒng)的類型1）事物處理系統(tǒng)主要用以支持操作層人員的日?；顒印Ｋ饕撠熖幚砣粘Ｊ聞?。2）管理信息系統(tǒng)需要包含組織中的事務處理系統(tǒng)，并提供了內(nèi)部綜合形式的數(shù)據(jù)，以及外部組織的一般范圍和大范圍的數(shù)據(jù)。許多戰(zhàn)術層提供

2、的信息能按照該層管理者希望的那樣以熟悉的和喜歡的形式提供。但是，為戰(zhàn)術層管理者提供的另外一部分信息和大多數(shù)為戰(zhàn)略層管理者提供的信息是不可能事先確定的。這些不確定性對管理信息系統(tǒng)的設計者來說是個很大的挑戰(zhàn)。3）決策支持系統(tǒng)能從管理信息系統(tǒng)中獲得信息，幫助管理者制定好的決策。該系統(tǒng)是一組處理數(shù)據(jù)和進行推測的分析程序，用以支持管理者制定決策。它是基于計算機的交互式的信息系統(tǒng)，由分析決策模型、管理信息系統(tǒng)中的信息、決策者的推測三者相組合達到好的決策效果。4）人工智能和專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是能模仿人工決策處理過程的基于計算機的信息系統(tǒng)。專家系統(tǒng)擴大了計算機的應用范圍，使其從傳統(tǒng)的資料處理領域發(fā)展到智能推理上

3、來。MIS能提供信息幫助制定決策，DSS能幫助改善決策的質(zhì)量，只有專家系統(tǒng)能應用智能推理制作決策并解釋決策理由。專家系統(tǒng)由五個部分組成：知識庫、推理機、解釋系統(tǒng)、用戶接口和知識獲得系統(tǒng)。（2）GIS的定義、特征、分類、組成、基本功能、研究內(nèi)容、發(fā)展趨勢等；1.地理信息系統(tǒng)的定義地理信息系統(tǒng)的定義是由兩個部分組成的。一方面，地理信息系統(tǒng)是一門學科，是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的交叉學科；另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個技術系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統(tǒng)。2.地理信息系統(tǒng)具有以

4、下三個方面的特征：第一，具有采集、管理、分析和輸出多種地理信息的能力，具有空間性和動態(tài)性；第二，由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計算機程序模擬常規(guī)的或專門的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務；第三，計算機系統(tǒng)的支持是地理信息系統(tǒng)的重要特征，因而使得地理信息系統(tǒng)能以快速、精確、綜合地對復雜的地理系統(tǒng)進行空間定位和過程動態(tài)分析。3.地理信息系統(tǒng)的分類4.地理信息系統(tǒng)的構成與普通的信息系統(tǒng)類似，一個完整的GIS主要由四個部分構成，即計算機硬件系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）和系統(tǒng)管理操作人員。其核心部分是計算機系統(tǒng)（軟件和硬件），空間數(shù)據(jù)反映GI

5、S的地理內(nèi)容，而管理人員和用戶則決定系統(tǒng)的工作方式和信息表示方式。5.地理信息系統(tǒng)的基本功能6.地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容地理信息系統(tǒng)是在地理學研究和生產(chǎn)實踐的需求中產(chǎn)生，地理信息系統(tǒng)的應用使技術系統(tǒng)不斷完善，并逐漸發(fā)展了地理信息系統(tǒng)的理論；理論研究又指導開發(fā)新一代高效地理信息系統(tǒng)，并不斷拓寬其應用領域，加深應用的深度；地理信息系統(tǒng)的應用，又對理論研究和技術方法提出了更高的要求。這三個方面的研究內(nèi)容是相互聯(lián)系相互促進的。（3）GIS與CAD和CAM的區(qū)別；OpenGIS、WebGIS、ComGIS的概念思想、特點等；1.GIS與CAD和CAM的區(qū)別在于：第一，CAD不能建立地理坐標系和完成地理坐標

6、變換；第二，GIS的數(shù)據(jù)量比CAD、CAM大得多，結構更為復雜，數(shù)據(jù)間聯(lián)系緊密，這是因為GIS涉及的區(qū)域廣泛，精度要求高，變化復雜，要素眾多，相互關聯(lián)，單一結構難以完整描述；第三，CAD和CAM不具備GIS具有地理意義的空間查詢和分析功能。2.OpenGIS開放的地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范由美國OGC(OpenGIS協(xié)會提出。OGC是一個非贏利性組織，目的是促進采用新的技術和商業(yè)方式來提高地理信息處理的互操作性，OGC會員主要包括GIS相關的計算機硬件和軟件制造商，數(shù)據(jù)生產(chǎn)商以及一些高等院校，政府部門等，其技術委員會負責具體標準的制定工作。OpenGIS的目標是，制定一個規(guī)范，使得應用系統(tǒng)開發(fā)者可以在

7、單一的環(huán)境和單一的工作流中，使用分布于網(wǎng)上的任何地理數(shù)據(jù)和地理處理。它致力于消除地理信息應用（如地理信息系統(tǒng)，遙感，土地信息系統(tǒng)，自動制圖/設施管理(AM/FM)系統(tǒng)）之間以及地理應用與其它信息技術應用之間的藩籬，建立一個無“邊界”的、分布的、基于構件的地理數(shù)據(jù)互操作環(huán)境，與傳統(tǒng)的地理信息處理技術相比，基于該規(guī)范的GIS軟件將具有很好的可擴展性、可升級性、可移植性、開放性、互操作性和易用性。3.WebGIS簡言之，就是利用Web技術來擴展和完善地理信息系統(tǒng)的一項新技術。由于HTTP協(xié)議采用基于C/S的請求/應答機制，具有較強的用戶交互能力，可以傳輸并在瀏覽器上顯示多媒體數(shù)據(jù)，而GIS中的信息主

8、要是需要以圖形、圖像方式表現(xiàn)的空間數(shù)據(jù)，用戶通過交互操作，對空間數(shù)據(jù)進行查詢分析。這些特點，就使得人們完全可以利用Web來尋找他們所需要的空間數(shù)據(jù)，并且進行各種操作。2空間數(shù)據(jù)結構及編碼（1）空間數(shù)據(jù)的概念、特點；地理數(shù)據(jù)也可以稱為空間數(shù)據(jù)（SpatialData）。空間數(shù)據(jù)就是以不同的方式和來源獲得的數(shù)據(jù)，如地圖、各種專題圖、圖像、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)都具有能夠確定空間位置的特點?？臻g對象的定義取決于嵌入式空間的結構。常用的嵌入式空間類型有：（1）歐氏空間，它允許在對象之間采用距離和方位的量度，歐氏空間中的對象可以用坐標組的集合來表示；（2）量度空間，它允許在對象之間采用距離量度（但不一定有

9、方向）；（3）拓撲空間，它允許在對象之間進行拓撲關系的描述（不一定有距離和方向）；（4）面向集合的空間，它只采用一般基于集合的關系，如包含、合并及相交等。（2）拓撲關系的概念、拓撲關系的表示方法和意義、拓撲屬性與非拓撲屬性的判別；1.拓撲關系的概念2.拓撲關系的意義3.拓撲關系的表達有現(xiàn)實世界中的兩個簡單實體A、B，B（A）、B（B）表示A、B的邊界，I（A）、I（B）表示A、B的內(nèi)部，E（A）、E（B）表示A、B余。對于該矩陣中的每一元素，都有“空”與“非空”兩種取值，9個元素總共可產(chǎn)生512種情形。9交模型形式化地描述了離散空間對象的拓撲關系，基于9交模型，可以定義空間數(shù)據(jù)庫的一致性原則，

10、并應用于數(shù)據(jù)庫更新、維護中。4.拓撲屬性與非拓撲屬性的判別（3）柵格數(shù)據(jù)結構及其編碼方法1.柵格數(shù)據(jù)結構柵格結構是最簡單最直接的空間數(shù)據(jù)結構，是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個網(wǎng)格作為一個象元或象素由行、列定義，并包含一個代碼表示該象素的屬性類型或量值，或僅僅包括指向其屬性記錄的指針。因此，柵格結構是以規(guī)則的陣列來表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。2.編碼方法直接柵格編碼直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼，可以每行都從左到右逐個象元記錄，還可采用其他特殊的順序。壓縮編碼1）鏈碼1.效地壓縮柵格數(shù)據(jù)

11、2.而且對于估算面積、長度、轉折方向的凹凸度等運算十分方便3.比較適合于存儲圖形數(shù)據(jù)。缺點是1. 對邊界進行合并和插入等修改編輯工作比較困難2. 對局部的修改將改變整體結構，效率較低3. 鏈碼以每個區(qū)域為單位存儲邊界，相鄰區(qū)域的邊界將被重復存儲而產(chǎn)生冗余。2）游程長度編碼游程長度編碼是柵格數(shù)據(jù)壓縮的重要編碼方法。它的基本思路是：1. 對于一幅柵格圖像2. 常常有行或列方向上相鄰若干點具有相同的屬性代碼3. 因而可采取某種方法壓縮那些重復的記錄內(nèi)容。3）塊碼1.采用方形區(qū)域作為記錄單元2.每個記錄單元包括相鄰的若干柵格3.數(shù)據(jù)結構由初始位置和半徑4.再加上記錄單位的代碼組成。4）四叉樹四叉樹將整

12、個圖像區(qū)逐步分解為一系列被單一類型區(qū)域內(nèi)含的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域為一個柵格象元，分割的原則是：1. 將圖像區(qū)域劃分為四個大小相同的象限2. 而每個象限又可根據(jù)一定規(guī)則判斷是否繼續(xù)等分為次一層的四個象限，3. 其終止判據(jù)是，只要劃分到僅代表一種地物或符合要求的少數(shù)幾種地物時，則不再繼續(xù)劃分，否則一直劃分到單個柵格象元為止。（4）矢量數(shù)據(jù)結構及其編碼方法；1.矢量數(shù)據(jù)結構1.地理信息系統(tǒng)中另一種最常見的圖形數(shù)據(jù)結構為矢量結構，2.即通過記錄坐標的方式盡可能精確地表示點、線、多邊形等地理實體，3.坐標空間設為連續(xù)，允許任意位置、長度和面積的精確定義，4.其精度僅受數(shù)字化設備的精度和數(shù)值記錄字長的

13、限制，一般情況下比柵格結構精度高得多。2.編碼方法1.對于點實體，矢量結構中只記錄其在特定坐標系下的坐標和屬性代碼；2.對于線實體，在數(shù)字化時即進行量化，就是用一系列足夠短的直線首尾相接表示一條曲線，當曲線被分割成多而短的線段后，這些小線段可以近似地看成直線段，矢量結構中只記錄這些小線段的端點坐標，將曲線表示為一個坐標序列，坐標之間認為是以直線段相連，在一定精度范圍內(nèi)可以逼真地表示各種形狀的線狀地物；3.“多邊形”在地理信息系統(tǒng)中是指一個任意形狀、邊界完全閉合的空間區(qū)域。其邊界將整個空間劃分為兩個部分：包含無窮遠點的部分稱為外部，另一部分稱為多邊形內(nèi)部。（5）矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結構的基本概念

14、1.每個線狀目標除記錄原始取樣點外，還記錄路徑所通過的柵格。2.每個面狀地物除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。3.點狀、線狀、面狀地物均采用面向目標的描述方法，完全保持矢量的特性，4.元子空間充填表達建立了位置與地物的聯(lián)系，使之具有柵格的性質(zhì)。（6）柵格與矢量結構的優(yōu)缺點、以及兩者的相互轉換的算法原理；矢量格式向柵格格式的轉換1）內(nèi)部點擴散算法1.該算法由每個多邊形一個內(nèi)部點（種子點）開始，2.向其八個方向的鄰點擴散，判斷各個新加入點是否在多邊形邊界上，3.如果是邊界上，則該新加入點不作為種子點，4.否則把非邊界點的鄰點作為新的種子點與原有種子點一起進行新的擴散運算，并將該種子點

15、賦以該多邊形的編號。5.重復上述過程直到所有種子點填滿該多邊形并遇到邊界停止為止。2）復數(shù)積分算法對全部柵格陣列逐個柵格單元地判斷該柵格歸屬的多邊形編碼，判別方法是由待判點對每個多邊形的封閉邊界計算復數(shù)積分，1. 對某個多邊形，如果積分值為2PIR，2. 則該待判點屬于此多邊形，賦以多邊形編號，3. 否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。3）射線算法和掃描算法射線算法可逐點判斷數(shù)據(jù)柵格點在某多邊形之外或在多邊形內(nèi)，由待判點向圖外某點引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，1. 如相交偶數(shù)次，則待判點在該多邊形外部，2. 如為奇數(shù)次，則待判點在該多邊形內(nèi)部。4）邊界代數(shù)算法初始化的柵格陣

16、列各柵格值為零，1. 以柵格行列為參考坐標軸，由多邊形邊界上某點開始順時針搜索邊界線，2. 當邊界上行時，位于該邊界左側的具有相同行坐標的所有柵格被減去a；3. 當邊界下行時，該邊界左邊所有柵格點加值a，4. 邊界搜索完畢則完成了多邊形的轉換。柵格格式向矢量格式的轉換1.多邊形邊界提?。翰捎酶咄V波將柵格圖像二值化或以特殊值標識邊界點；2邊界線追蹤：對每個邊界弧段由一個結點向另一個結點搜索，通常對每個已知邊界點需沿除了進入方向的其他7個方向搜索下一個邊界點，直到連成邊界弧段；3拓撲關系生成：對于矢量表示的邊界弧段數(shù)據(jù)，判斷其與原圖上各多邊形的空間關系，以形成完整的拓撲結構并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系

17、；4去除多余點及曲線圓滑：由于搜索是逐個柵格進行的，必須去除由此造成的多余點記錄，以減少數(shù)據(jù)冗余；搜索結果，曲線由于柵格精度的限制可能不夠圓滑，需采用一定的插補算法進行光滑處理，3空間數(shù)據(jù)管理（1）空間數(shù)據(jù)管理經(jīng)過的階段、各階段的特點；（一）初級式的管理模式：代表性GIS為ArcInfo的Coverage文件管理模式。其空間分析功能和屬性處理功能分別直接調(diào)用空間數(shù)據(jù)文件和屬性數(shù)據(jù)文件進行數(shù)據(jù)處理。（二）混合式的管理模式：代表性GIS為ArcInfo、ArcViewGis的Shape文件和MapInfo的.TAB文件等管理模式。其空間分析功能調(diào)用空間數(shù)據(jù)管理模塊對空間數(shù)據(jù)文字進行處理，屬性數(shù)據(jù)利

18、用屬性數(shù)據(jù)庫行管理。（三）擴展式的管理模式（引擎方式）：代表性GIS為ArcInfo的GeoDatabase。它是在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之上添加空間數(shù)據(jù)庫引擎，以獲得常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能之外的空間數(shù)據(jù)存儲和管理的能力。（四）集成式的管理模式：代表性系統(tǒng)為OracleSpatialCartridge(對象-關系數(shù)據(jù)庫）。它是直接對常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行功能擴展，加入一定數(shù)量的空間數(shù)據(jù)存儲與管理功能。（2）空間數(shù)據(jù)庫的特點;采用標準DBMS存儲空間數(shù)據(jù)的主要問題；1.空間數(shù)據(jù)庫特點空間數(shù)據(jù)庫與一般數(shù)據(jù)庫相比，具有以下特點：1）數(shù)據(jù)量特別大，地理系統(tǒng)是一個復雜的綜合體，要用數(shù)據(jù)來描述各種地理要素，尤

19、其是要素的空間位置，其數(shù)據(jù)量往往很大。2）不僅有地理要素的屬性數(shù)據(jù)（與一般數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)性質(zhì)相似），還有大量的空間數(shù)據(jù)，即描述地理要素空間分布位置的數(shù)據(jù)，并且這兩種數(shù)據(jù)之間具有不可分割的聯(lián)系。3）數(shù)據(jù)應用廣泛，例如地理研究、環(huán)境保護、土地利用與規(guī)劃、資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境、市政管理、道路建設等2.采用標準DBMS存儲空間數(shù)據(jù)的主要問題用標準的DBMS來存儲空間數(shù)據(jù)，不如存儲表格數(shù)據(jù)那樣好，其主要問題包括：（11）在GIS中，空間數(shù)據(jù)記錄是變長的，因為需要存儲的坐標點的數(shù)目是變化的，而一般數(shù)據(jù)庫都只允許把記錄的長度設定為固定長度。不僅如此，在存儲和維護空間數(shù)據(jù)拓撲關系方面，DBMS也存在著嚴重的缺陷

20、。因而，一般要對標準的DBMS增加附加的軟件功能。（12）DBMS一般都難以實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的關聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作。（13）GIS需要一些復雜的圖形功能，一般的DBMS不能支持。（14）地理信息是復雜的，單個地理實體的表達需要多個文件、多條記錄、或許包括大地網(wǎng)、特征坐標、拓撲關系、空間特征量測值、屬性數(shù)據(jù)的關鍵字以及非空間專題屬性等，一般的DBMS也難以支持。（15）具有高度內(nèi)部聯(lián)系的GIS數(shù)據(jù)記錄需要更復雜的安全性維護系統(tǒng)，為了保證空間數(shù)據(jù)庫的完整性，保護數(shù)據(jù)文件的完整性，保護系列必須與空間數(shù)據(jù)一起存儲，否則一條記錄的改變就會使其他數(shù)據(jù)文件產(chǎn)生錯誤。一般的DBMS都難以保證這些。（

21、3）空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的模式的類型；目前，主要有三種主要的數(shù)據(jù)管理方法，即文件、關系和面向對象。1）普通文件管理：普通文件管理提供基本的文件處理和分類能力；2）關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）：關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立在關系理論的基礎上，采用多個表來管理數(shù)據(jù)，每個表的結構遵循一系列“范式”進行規(guī)范化，以減少數(shù)據(jù)冗余。3）面向對象的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：面向對象的數(shù)據(jù)庫是一種正在成熟的技術，它通過增加抽象數(shù)據(jù)類型和繼承特性以及一些用來創(chuàng)建和操作類和對象服務，實現(xiàn)對象的持續(xù)存儲。（4）空間索引的定義，空間索引類型；1格網(wǎng)型空間索引1.其基本思想是將研究區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等和不等的格網(wǎng)，2.記錄每一

22、個格網(wǎng)所包含的空間實體。3.當用戶進行空間查詢時，首先計算出用戶查詢對象所在格網(wǎng)，4.再在該網(wǎng)格中快速查詢所選空間實體。2 BSP樹空間索引BSP樹是一種二叉樹，它將空間逐級進行一分為二的劃分。1. BSP樹能很好地與空間數(shù)據(jù)庫中空間對象的分布情況相適應，2. 但對一般情況而言，BSP樹深度較大，對各種操作均有不利影響。3 KDB樹空間索引1.KDB樹是B樹向多維空間的一種發(fā)展。2.它對于多維空間中的點進行索引具有較好的動態(tài)特性，刪除和增加空間點對象也可以很方便地實現(xiàn)；3.其缺點是不直接支持占據(jù)一定空間范圍的地物要素。4 R樹和R+樹1.R樹根據(jù)地物的最小外包矩形建立，可以直接對空間中占據(jù)一定

23、范圍的空間對象進行索引。2.R樹的每一個結點N都對應著磁盤頁D（N）和區(qū)域I（N），3.如果結點不是葉結點，則該結點的所有子結點的區(qū)域都在區(qū)域I（N）的范圍之內(nèi)，而且存儲在磁盤頁D（N）中；4.如果結點是葉結點，那么磁盤頁D（N）中存儲的將是區(qū)域I（N）范圍內(nèi)的一系列子區(qū)域，子區(qū)域緊緊圍繞空間對象，一般為空間對象的外接矩形。5 CELL樹它在空間劃分時不再采用矩形作為劃分的基本單位，而是采用凸多邊形來作為劃分的基本單位，具體劃分方法與BSP樹有類似之處，子空間不再相互覆蓋。4空間數(shù)據(jù)處理（1）幾何糾正（仿射變換、相似變換二次變換）、投影變換；1.幾何糾正（2）常見的拓撲錯誤類型；1）偽節(jié)點，偽

24、節(jié)點使一條完整的線變成兩段，造成偽節(jié)點的原因常常是沒有一次錄入完畢一條線。2）懸掛節(jié)點，如果一個節(jié)點只與一條線相連接，那么該節(jié)點稱為懸掛節(jié)點，懸掛節(jié)點有多邊形不封閉、不及和過頭，節(jié)點不重合等幾種情形。3）“碎屑”多邊形或“條帶”多邊形條帶多邊形一般由于重復錄入引起，由于前后兩次錄入同一條線的位置不可能完全一致，造成了“碎屑”多邊形。另外，由于用不同比例尺的地圖進行數(shù)據(jù)更新，也可能產(chǎn)生“碎屑”多邊形。4） 不正規(guī)的多邊形不正規(guī)的多邊形是由于輸入線時，點的次序倒置或者位置不準確引起的。在進行拓撲生成時，同樣會產(chǎn)生“碎屑”多邊形。（3） 多邊形拓撲關系的自動建立算法；（4）邊緣匹配的概念；（5）空間

25、數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法；空間插值常用于將離散點的測量數(shù)據(jù)轉換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，以便與其它空間現(xiàn)象的分布模式進行比較，它包括了空間內(nèi)插和外推兩種算法。空間內(nèi)插算法是一種通過已知點的數(shù)據(jù)推求同一區(qū)域其它未知點數(shù)據(jù)的計算方法；空間外推算法則是通過已知區(qū)域的數(shù)據(jù)，推求其它區(qū)域數(shù)據(jù)的方法。空間插值方法可以分為整體插值和局部插值方法兩類。整體插值方法用研究區(qū)所有采樣點的數(shù)據(jù)進行全區(qū)特征擬合；局部插值方法是僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點來估計未知點的值。整體插值方法通常不直接用于空間插值，而是用來檢測不同于總趨勢的最大偏離部分，在去除了宏觀地物特征后，可用剩余殘差來進行局部插值。由于整體插值方法將短尺度的、局部的變化看作隨機的

26、和非結構的噪聲，從而丟失了這一部分信息。局部插值方法恰好能彌補整體插值方法的缺陷，可用于局部異常值，而且不受插值表面上其它點的內(nèi)插值影響。（6）數(shù)據(jù)質(zhì)量的評定與控制；1.數(shù)據(jù)質(zhì)量的評定2.數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制（7）空間數(shù)據(jù)誤差來源與類型；空間數(shù)據(jù)的誤差類型5空間分析原理與方法（1）常見的空間數(shù)據(jù)查詢與量算方法；1.空間查詢1）基于空間關系查詢空間實體間存在著多種空間關系，包括拓撲、順序、距離、方位等關系。通過空間關系查詢和定位空間實體是地理信息系統(tǒng)不同于一般數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能之一。2）基于空間關系和屬性特征查詢傳統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫的標準SQL并不能處理空間查詢，這是由于關系數(shù)據(jù)庫技術的弱點造成的，對于GI

27、S而言，需要對SQL進行擴展。對于傳統(tǒng)的SQL，要實現(xiàn)空間操作，需要將SQL命令嵌入一種編程語言中。3）地址匹配查詢根據(jù)街道的地址來查詢事物的空間位置和屬性信息是地理信息系統(tǒng)特有的一種查詢功能，這種查詢利用地理編碼，輸入街道的門牌號碼，就可知道大致的位置和所在的街區(qū)。2.空間量算方法1幾何量算一般的GIS軟件都具有對點、線、面狀地物的幾何量算功能，或者是針對矢量數(shù)據(jù)結構，或者是針對柵格數(shù)據(jù)結構的空間數(shù)據(jù)。2形狀量算面狀地物形狀量測的兩個基本考慮：空間一致性問題，即有孔多邊形和破碎多邊形的處理；多邊形邊界特征描述問題。3質(zhì)心量算質(zhì)心是描述地理對象空間分布的一個重要指標。4距離量算“距離”是人們?nèi)?/p>

28、常生活中經(jīng)常涉及到的概念，它描述了兩個事物或實體之間的遠近程度。最常用的距離概念是歐氏距離，無論是矢量結構，還是柵格結構都很容易實現(xiàn)。（2）常見的矢量數(shù)據(jù)分析方法：疊置分析、緩沖區(qū)分析及網(wǎng)絡分析的基本概念、相關算法和應用1.緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)分析是研究根據(jù)數(shù)據(jù)庫的點線面實體，自動建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形實體，從而實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)在水平方向得以擴展的信息分析方法。2.疊置分析多邊形疊置分析也稱為polygon-on-polygon，它是指就同一地區(qū)、同一比例尺的兩組或多組多邊形數(shù)據(jù)文件進行疊置。3.網(wǎng)絡分析網(wǎng)絡分析是運籌學模型中的一個基本模型，它的根本目的是研究、籌劃一項網(wǎng)絡工程如何安排

29、，并使其運行效果最好。最短路徑(1)令起點K標號為零，其他結點標號為。(2)對未被定標的結點全部給出暫時標號，值為minj舊標號，(i舊標號+wij)，這里i是前一步剛被標定結點，wij是邊eij的權，如果結點i和j不相鄰接，wij=。(3)找出所有暫時標號的最小值，用它作為相應結點的固定標號。如果存在幾個有同一最小標號值的結點，則可任取一個加以定標。(4)重復進行(2)與(3)，直至指定的終點L被定標時為止。用此法可直接得到由起點K到其他結點的最短路徑的長度，那就是該結點的定標數(shù)值。（1） 常見的柵格數(shù)據(jù)分析方法：局部運算、鄰域運算、分帶運算、成本距離量測等。1.局部運算局部運算是一個單元接

30、一個單元的運算，是柵格運算的基本操作。單一格網(wǎng)的局部運算： 以輸入格網(wǎng)的單元值按照用戶指定的運算規(guī)則計算新格網(wǎng)的單元格的值。 多個格網(wǎng)的局部運算必須基于相同的坐標進行，因此不涉及坐標的轉換或計算 多個格網(wǎng)的（聯(lián)合）局部運算可以有較多的運算方法和類型。2.鄰域運算鄰域運算是對中心單元格的周圍單元格作計算，并把值賦給中心單元格。 鄰域運算可以進行多種統(tǒng)計量運算，其意義是數(shù)據(jù)簡化。鄰域運算用于圖像處理中信號增強或平滑也有重要作用。3.分帶運算1.分帶運算用于處理相同數(shù)值或相似要素的單元組，這些組稱為地帶，地帶未必是連續(xù)的。2.分帶運算一般采用2個格網(wǎng)，一個是輸入格網(wǎng)，一個是分帶格網(wǎng)，分帶運算對分帶格

31、網(wǎng)中每個地帶概括出每個輸入格網(wǎng)的單元值。4.距離量測運算1.距離量測運算是計算離開指定源單元的距離的柵格計算。2.距離量測中量測距離的單元與源單元在同一個格網(wǎng)中，由于距離量測的范圍覆蓋整個區(qū)域（格網(wǎng)），因此又稱為擴展的領域運算。（4）泰森多邊形的定義；泰森多邊形的自動建立；1.泰森多邊形的定義Voronoi圖，又叫泰森多邊形或Dirichlet圖，它由一組連續(xù)多邊形組成，多邊形的邊界是由連接兩鄰點線段的垂直平分線組成。N個在平面上有區(qū)別的點，按照最近鄰原則劃分平面：每個點與它的最近鄰區(qū)域相關聯(lián)。Delaunay三角形是由與相鄰Voronoi多邊形共享一條邊的相關點連接而成的三角形。Delaun

32、ay三角形的外接圓圓心是與三角形相關的Voronoi多邊形的一個頂點。Delaunay三角形是Voronoi圖的偶圖2.建立泰森多邊形建立泰森多邊形算法的關鍵是對離散數(shù)據(jù)點合理地連成三角網(wǎng)，即構建Delaunay三角網(wǎng)。建立泰森多邊形的步驟為：1、離散點自動構建三角網(wǎng)。對離散點和形成的三角形編號，記錄每個三角形是由哪三個離散點構成的。2、找出與每個離散點相鄰的所有三角形的編號，并記錄下來。3、對與每個離散點相鄰的三角形按順時針或逆時針方向排序，以便下一步連接生成泰森多邊形。4、計算每個三角形的外接圓圓心，并記錄之。5、根據(jù)每個離散點的相鄰三角形，連接這些相鄰三角形的外接圓圓心，即得到泰森多邊形

33、。（5）基本的地形分析及其算法原理；坡度、坡向1. 坡度定義為水平面與局部地表之間的正切值。它包含兩個成分：斜度、坡向。比較通用的度量方法是：斜度用百分比度量，坡向按從正北方向起算的角度測量，凸度按單位距離內(nèi)斜度的度數(shù)測量。2. 坡度和坡向的計算通常使用3x3窗口，窗口在DEM高程矩陣中連續(xù)移動后，完成整幅圖的計算。表面積分析1. 對于含有特征的格網(wǎng)，將其分解成三角形，對于無特征的格網(wǎng)，可由4個角點的高程取平均即中心點高程，然后將格網(wǎng)分成4個三角形。2. 由每一三角形的三個角點坐標（xi，yi，zi）計算出通過該三個頂點的斜面內(nèi)三角形的面積，最后累加就得到了實地的表面積。地形曲面擬合曲面擬合方

34、法可以看作是一個已知規(guī)則格網(wǎng)點數(shù)據(jù)進行空間插值的特例，距離倒數(shù)加權平均方法，克里金插值方法，樣條函數(shù)等插值方法均可采用。1）點對點通視基于格網(wǎng)DEM的通視問題，為了簡化問題，可以將格網(wǎng)點作為計算單位。這樣點對點的通視問題簡化為離散空間直線與某一地形剖面線的相交問題。2）點對線通視點對線的通視，實際上就是求點的視野。應該注意的是，對于視野線之外的任何一個地形表面上的點都是不可見的，但在視野線內(nèi)的點有可能可見，也可能不可見。3）點對區(qū)域通視點對區(qū)域的通視算法是點對點算法的擴展。與點到線通視問題相同，P點沿數(shù)據(jù)邊緣順時針移動。逐點檢查視點至P點的直線上的點是否通視。（5） 格網(wǎng)DEM和不規(guī)則三角網(wǎng)D

35、EM的定義、建立、優(yōu)缺點及其相互轉換原理；1.DEM數(shù)字地形模型是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。數(shù)字地形模型中地形屬性為高程時稱為數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，簡稱DEM）。高程是地理空間中的第三維坐標。由于傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構都是二維的，數(shù)字高程模型的建立是一個必要的補充。DEM通常用地表規(guī)則網(wǎng)格單元構成的高程矩陣表示，廣義的DEM還包括等高線、三角網(wǎng)等所有表達地面高程的數(shù)字表示。在測繪中被用于繪制等高線、坡度坡向圖、立體透視圖，制作正射影像圖以及地圖的修測。在遙感應用中可作為分類的輔助數(shù)據(jù)。它還是地理信息系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)，可用于土地利用現(xiàn)狀的分析、合理規(guī)劃及洪水險情預報等