武大資環(huán)地信復(fù)試知識(shí)點(diǎn)

1、空間索引其一是由于計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)將內(nèi)存分為內(nèi)存、外存兩種，訪問(wèn)這兩種內(nèi)存一次所花費(fèi)的時(shí)間一般翡40ns, 810ms,可以看 出兩者相差十萬(wàn)倍以上盡管現(xiàn)在有“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)”的說(shuō)法，但絕大多數(shù)資料是存儲(chǔ)在外存磁盤(pán)上的，如果對(duì)磁盤(pán)上資料的位置不 加以記錄和組織，每查詢一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)就要掃描整個(gè)數(shù)據(jù)文件，這種訪問(wèn)磁盤(pán)的代價(jià)就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的效率，因此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者 必須將資料在磁盤(pán)上的位置加以記錄和組織，通過(guò)在內(nèi)存中的一些計(jì)算來(lái)取代對(duì)磁盤(pán)漫無(wú)目的的訪問(wèn)，才能提高系統(tǒng)的涎其 是GIS涉及的是各種海量的復(fù)雜資料，索引對(duì)于處理的效率是至關(guān)重要的空間索引就是指依據(jù)空間對(duì)象的位置和形狀或空間對(duì)象之間的某種空間關(guān)系按

2、一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含空間對(duì) 象的概要信息，如對(duì)象的標(biāo)識(shí)、外接矩形及指向空間對(duì)象實(shí)體的指針。作為一種輔助性的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，空間索引介于空間操作算法和空間對(duì)象之間，它通過(guò)篩選作用，大量與特定空間操作無(wú)關(guān)的空 間對(duì)象被排除，從而提高空間操作的速度和效率構(gòu)造一個(gè)高性能的空間索引系統(tǒng)要解決幾個(gè)主要問(wèn)題：!,高速查詢，在大資料量的條件下能進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢2,高度擴(kuò)展性，可以無(wú) 限擴(kuò)展索引區(qū)域；3,地理元素變化時(shí)，能夠很快更新空間索引4,不受坐標(biāo)系或投影變換的直接影響空間索引的性能的優(yōu)劣直接影響空間數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息系統(tǒng)的整體性能，它是空間數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)盡管有許多特定的數(shù)據(jù)結(jié)

3、構(gòu)和算法用來(lái)完成空間索引S基本原理相似即采用分割原理把查詢空間劃分為若干區(qū)域通常為矩形或 多邊形），這些區(qū)域或單元包含空間資料并可唯一標(biāo)識(shí)。目IW兩種分割方法一種是規(guī)則分割方法另一種是基于對(duì)象的分割方法。 規(guī)則分割方法是將地理空間按照規(guī)則或半規(guī)則方式分害盼割單元間接地與地理對(duì)象相關(guān)鼬理要素的幾何部分可能被分割到幾 個(gè)相鄰的單元中，這時(shí)地理對(duì)象的描述保持完整、而空間索引單元只存儲(chǔ)對(duì)象的位置參考信息在基于對(duì)象的分割方法中索引空間 的分割直接由地理對(duì)象來(lái)確定索引單元包括地理對(duì)象的最小外接矩形目前，國(guó)際上研究出許多高效的空間索引方法常見(jiàn)的空間索引方法一般是自頂向下、逐級(jí)地劃分地理空I耿而形成各種樹(shù)狀空

4、間 索引結(jié)構(gòu)。比較有代表性的規(guī)則分割方法包括規(guī)則格網(wǎng)索引方法、B S P樹(shù)和KD B樹(shù)等?；趯?duì)象的分割方法包括R樹(shù)、+R 樹(shù)和Cel 1樹(shù)數(shù)據(jù)壓縮是將數(shù)據(jù)表示成更緊湊的格式以減少存儲(chǔ)空間的一項(xiàng)技術(shù)。分為：無(wú)損壓縮：在編碼過(guò)程中信息沒(méi)有丟失，經(jīng)過(guò)解碼可恢復(fù)原有 的信息信息保持編碼。有損壓縮：為最大限度壓縮數(shù)據(jù)，在編碼中損失一些認(rèn)為不太重要的信息，解碼后，這部分信息無(wú)法恢 復(fù)。-信息不保持編碼。鏈碼又稱Freeman編碼或邊界編碼主要記錄線狀地物或面狀地物的邊界忽略空白區(qū)域。它把線狀地物或面狀地物的邊界表示為：由某一起始點(diǎn)開(kāi)始并按某些基本方向確定的單位矢量鏈。前兩個(gè)數(shù)字表示起點(diǎn)的行列號(hào)，從第三個(gè)

5、數(shù)字開(kāi)始的每個(gè)數(shù)字表示 單位矢量的方向。優(yōu)點(diǎn)：很強(qiáng)的數(shù)據(jù)壓縮能力，并具有一定的運(yùn)算功能，如面積，周長(zhǎng)等的計(jì)算，類(lèi)似于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比較適合于存儲(chǔ)線和面圖 形數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：疊置運(yùn)算，如組合、相交等很難實(shí)施，對(duì)局部的改動(dòng)涉及到整體結(jié)構(gòu)，而且相鄰區(qū)域的邊界重復(fù)存儲(chǔ)。首先定義一個(gè)3x3窗口，中間柵格的走向郁種可能，并將這8種可能07進(jìn)行編碼。記下線狀地物或面狀地物的邊界地物屬性碼和起點(diǎn)行、列后，進(jìn)行追蹤，得到矢量鏈游程長(zhǎng)度編碼 基本思路：對(duì)于一個(gè)柵格圖形，常常有行（列方向上相鄰的若干柵格單元具有相同的屬性代碼因而可采取某 種方法壓縮那些重復(fù)的內(nèi)容。編碼方案為：只是在各行（列）柵格單元的代碼發(fā)生變化時(shí)依次

6、記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)或者記錄代碼及變化的位 置（列數(shù)）。特點(diǎn)：屬性的變化愈少，行程愈長(zhǎng)，壓縮比例越大，即壓縮比的大小與圖的復(fù)雜程度成反比。優(yōu)點(diǎn)：壓縮效率高（保證原始信息不丟失;）易于檢索、疊加、合并操作。缺點(diǎn)：只顧及單行單列，沒(méi)有考慮周?chē)钠渌较虻拇a值是否相同。壓縮受到一定限制。塊狀編碼：是將游程長(zhǎng)度編碼擴(kuò)展到二維的情況，采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)記錄單元包含相鄰的若干柵格數(shù)據(jù)對(duì)的組成：（初始行、列，半徑，屬性值）如：（1,1,1,0）,（12,2,4）,（1,4,1,7）,（1,5,1,7）特點(diǎn)：具有可變分辨率，即當(dāng)屬性變化小時(shí)圖塊大，對(duì)于大塊圖斑記錄單元大，分辨率低，壓

7、縮比高。小塊圖斑記錄單元小，分 辨率高，壓縮比低所以，與行程編碼類(lèi)似，隨圖形復(fù)雜程度的提高而降低分辯率。四叉樹(shù)編碼：基本思想：將一幅柵格圖象等分為四等分，逐塊檢查其格網(wǎng)屬性值。如果某一子區(qū)的所有柵格的屬性值相同，則這 個(gè)子區(qū)不再繼續(xù)分割，否則還要把這個(gè)子區(qū)再分割為四個(gè)子區(qū)。這樣依此地分割，直到每個(gè)子區(qū)都有相同的屬性值。四叉樹(shù)的樹(shù)形表示：用一倒立樹(shù)表示這種分割和分割結(jié)果。根：整個(gè)區(qū)域高：深度、分幾級(jí)，幾次分割葉：不能再分割的塊樹(shù)叉：還需分割的塊每個(gè)樹(shù)叉均有4個(gè)分叉，叫四叉樹(shù)?；舅惴ǎ壕嚯x的計(jì)算，面積的計(jì)算，疊置分析優(yōu)點(diǎn)：在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，點(diǎn)實(shí)體表示為一個(gè)像元；線實(shí)體則表示為在一定方向上連接成串

8、的相鄰像元集合；面實(shí)體由聚集在一 起的相鄰像元集合表示。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很適合計(jì)算機(jī)處理，因?yàn)樾辛邢裨嚵蟹浅Ｈ菀状鎯?chǔ)、維護(hù)和顯示。缺點(diǎn)：用柵格數(shù)據(jù)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)，是地表一定面積元地面分辨率范圍內(nèi)地理數(shù)據(jù)的近 似性，如平均值、主成分值或按某種規(guī)則在像元內(nèi)提取的值等；另一方面，柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng)單元大小 之比。像元大小相對(duì)于所表示的面積較大時(shí)，對(duì)長(zhǎng)度，面積等的度量有較大影響。曲線化簡(jiǎn)（壓縮）Douglas-Peucker壓縮效果好，但必須在對(duì)整條曲線數(shù)字化完成后才能進(jìn)行，且計(jì)算量較大垂距法每次順序取曲線上的三個(gè)點(diǎn)，計(jì)算中間點(diǎn)與其它兩點(diǎn)連線的垂線距離并

9、與限差D比較。若dD,則中間點(diǎn)去掉；若 dND,則中間點(diǎn)保留。然后順序取下三個(gè)點(diǎn)繼續(xù)處理，直到這條線結(jié)束。光欄法定義一個(gè)扇形區(qū)域，通過(guò)判斷曲線上的點(diǎn)在扇形外還是在扇形內(nèi)，確定保留還是舍去。空間數(shù)據(jù)分層方法：1）專(zhuān)題分層 每個(gè)圖層對(duì)應(yīng)一個(gè)專(zhuān)題，包含某一種或某一類(lèi)數(shù)據(jù)。如地貌層、水系層、道路層、居民地層等。2）時(shí)間序列分層將相同時(shí)間或時(shí)期的數(shù)據(jù)作為一個(gè)數(shù)據(jù)層。3）地面垂直高度分層將位于相同高度帶上的數(shù)據(jù)作為一個(gè)數(shù)據(jù)層。上述分層方法可以聯(lián)合使用，比如專(zhuān)題分層的基礎(chǔ)上，對(duì)不同時(shí)間采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分層組織空間數(shù)據(jù)分層便于空間數(shù)據(jù)的管理、查詢、顯示、分析等?？臻g數(shù)據(jù)分為若干數(shù)據(jù)層后，對(duì)所有空間數(shù)據(jù)的管理就簡(jiǎn)

10、化為對(duì)各數(shù)據(jù)層的管理，而一個(gè)數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)往往比較單一，數(shù)據(jù) 量也相對(duì)較小，管理起來(lái)就相對(duì)簡(jiǎn)單；對(duì)分層的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢時(shí)，不需要對(duì)所有空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，只需要對(duì)某一層空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢即可，因而可加快查詢速度;分層后的空間數(shù)據(jù)，由于便于任意選擇需要顯示的圖層，因而增加了圖形顯示的靈活性；對(duì)不同數(shù)據(jù)層進(jìn)行疊加，可進(jìn)行各種目的的空間分析空間分析空間分析是GIS的核心和靈魂，是GIS區(qū)別于一般的信息系統(tǒng)、CAD或者電子地圖系統(tǒng)的主要標(biāo)志之一?？臻g分析，配合 空間數(shù)據(jù)的屬性信息，能提供強(qiáng)大、豐富的空間數(shù)據(jù)查詢功能。因此，空間分析在GIS中的地位不言而喻。一般來(lái)說(shuō)，空間分析包括以下基本方法:空間信息量

11、算空間信息量算是空間分析的定量化基礎(chǔ)?？臻g實(shí)體間存在著多種空間關(guān)系，包括拓?fù)?、順序、距離、方位等關(guān)系。通過(guò)空間關(guān)系查詢和定位空間實(shí)體是地理信息系統(tǒng) 不同于一般數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能之一。如查詢滿足下列條件的城市：在京九線的東部，距離京九線不超過(guò)200公里，城市人口大 于100萬(wàn)并且居民人均年收入超過(guò)1萬(wàn)。整個(gè)查詢計(jì)算涉及了空間順序方位關(guān)新九線東部）至間距離關(guān)系（距離京九線不超過(guò) 200公里），甚至還有屬性信息查詢城市人口大于100萬(wàn)并且居民人均年收入超過(guò)1萬(wàn)）?？臻g信息量算包括：質(zhì)心量算、幾何量算、形狀量算。空間信息分類(lèi)這是GIS功能的重要組成部分。對(duì)于線狀地物求長(zhǎng)度、曲率、方向，對(duì)于面狀地物求面積

12、、周長(zhǎng)、形狀、曲率等；求幾何體的質(zhì)心；空間實(shí)體間的距離等。常用的空間信息分類(lèi)的數(shù)學(xué)方法有：主成分分析法、層次分析法、系統(tǒng)聚類(lèi)分析、判別分析等；緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)分析是針對(duì)點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體，自動(dòng)在其周?chē)⒁欢▽挾确秶木彌_區(qū)多邊形。鄰近度描述了地理空間中兩個(gè)地物距離相近的程度，其確定是空間分析的一個(gè)重要手段。交通沿線或河流沿線的地物有其獨(dú) 特的重要性，公共設(shè)施的服務(wù)半徑，大型水庫(kù)建設(shè)引起的搬遷，鐵路、公路以及航運(yùn)河道對(duì)其所穿過(guò)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性等， 均是一個(gè)鄰近度問(wèn)題。緩沖區(qū)分析是解決鄰近度問(wèn)題的空間分析工具之一。所謂緩沖區(qū)就是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù) 范圍。疊加分析大部分GIS軟

13、件是以分層的方式組織地理景觀地理景觀按主題分層提取，同一地區(qū)的整個(gè)數(shù)據(jù)層集表達(dá)了 該地區(qū)地理景觀的內(nèi)容。地理信息系統(tǒng)的疊加分析是將有關(guān)主題層組成的數(shù)據(jù)層面，進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新數(shù)據(jù)層面的操作，其結(jié) 果綜合了原來(lái)兩層或多層要素所具有的屬性。疊加分析不僅包含空間關(guān)系的比較，還包含屬性關(guān)系的比較。疊加分析可以分為以 下幾類(lèi)：視覺(jué)信息疊加、點(diǎn)與多邊形疊加、線與多邊形疊加、多邊形疊加、柵格圖層疊加。 網(wǎng)絡(luò)分析 對(duì)地理網(wǎng)絡(luò)（如交通網(wǎng)絡(luò)】城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)（如各種網(wǎng)線、電力線、電話線、供排水管線等）進(jìn)行地理分 析和模型化，是地理信息系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)分析功能的主要目的。網(wǎng)絡(luò)分析是運(yùn)籌學(xué)模型中的一個(gè)基本模型，它的根本目的

14、是研究、籌 劃一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)工程如何安排，并使其運(yùn)行效果最好，如一定資源的最佳分配，從一地到另一地的運(yùn)輸費(fèi)用最低等。網(wǎng)絡(luò)分析包括：路徑分析（尋求最佳路徑0地址匹配（實(shí)質(zhì)是對(duì)地理位置的查詢）以及資源分配?？臻g統(tǒng)計(jì)分析 GIS得以廣泛應(yīng)用的重要技術(shù)支撐之一就是空間統(tǒng)計(jì)與分析。例如,在區(qū)域環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)工作中， 可將地理信息與大氣、土壤、水、噪聲等環(huán)境要素的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，利（BS軟件的空間分析模塊，對(duì)整個(gè)區(qū)域的環(huán)境質(zhì) 量現(xiàn)狀進(jìn)行客觀、全面的評(píng)價(jià)，以反映出區(qū)域中受污染的程度以及空間分布情況。通過(guò)疊加分析，可以提取該區(qū)域內(nèi)大氣污染布 圖、噪聲分布囹通過(guò)緩沖區(qū)分析，可顯示污染源影響范圍等?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在構(gòu)

15、建和諧社會(huì)的過(guò)程4GIS和空間分析技術(shù)必將發(fā)揮越來(lái)越廣泛和深刻的作用。常用方法有：常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析、空間自相關(guān)分析、回歸分析、趨勢(shì)分析及專(zhuān)家打分模型等。圖像增強(qiáng)增強(qiáng)圖象中的有用信息，它可以是一個(gè)失真的過(guò)程，其目的是要改善圖像的視覺(jué)效果，針對(duì)給定圖像的應(yīng)用場(chǎng)合，有目的地 強(qiáng)調(diào)圖像的整體或局部特性，將原來(lái)不清晰的圖像變得清晰或強(qiáng)調(diào)某些感興趣的特征，擴(kuò)大圖像中不同物體特征之間的差別，抑 制不感興趣的特征，使之改善圖像質(zhì)量、豐富信息量，加強(qiáng)圖像判讀和識(shí)別效果，滿足某些特殊分析的需要。圖像增強(qiáng)按所用方法可分成頻率域法和空間域法前者把圖像看成一種二維信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行基于二維傅里葉變換的信號(hào)增強(qiáng)。 采用低通濾波（

16、即只讓低頻信號(hào)通過(guò)）法，可去掉圖中的噪聲；采用高通濾波法，則可增強(qiáng)邊緣等高頻信號(hào)，使模糊的圖片變得 清晰。具有代表性的空間域算法有局部求平均值法和中值濾波（取局部鄰域中的中間像素值）法等，它們可用于去除或減弱噪聲。圖像增強(qiáng)的方法是通過(guò)一定手段對(duì)原圖像附加一些信息或變換數(shù)據(jù)，有選擇地突出圖像中感興趣的特征或者抑U蓋）圖像 中某些不需要的特征，使圖像與視覺(jué)響應(yīng)特性相匹配。在圖像增強(qiáng)過(guò)程中，不分析圖像降質(zhì)的原因，處理后的圖像不一定逼近原 始圖像。圖像增強(qiáng)技術(shù)根據(jù)增強(qiáng)處理過(guò)程所在的空間不同，可分為基于空域的算法和基于頻域的算法兩大類(lèi)?；诳沼虻乃惴ㄌ?理時(shí)直接對(duì)圖像灰度級(jí)做運(yùn)算基于頻域的算法是在圖像的

17、某種變換域內(nèi)對(duì)圖像的變換系數(shù)值進(jìn)行某種修正，是一種間接增強(qiáng)的算 法?；诳沼虻乃惴ǚ譃辄c(diǎn)運(yùn)算算法和鄰域去噪算法。點(diǎn)運(yùn)算算法即灰度級(jí)校正、灰度變換和直方圖修正等，目的或使圖像成像 均勻，或擴(kuò)大圖像動(dòng)態(tài)范圍，擴(kuò)展對(duì)比度。鄰域增強(qiáng)算法分為圖像平滑和銳化兩種。平滑一般用于消除圖像噪聲，但是也容易引 起邊緣的模糊。常用算法有均值濾波、中值濾波。銳化的目的在于突出物體的邊緣輪廓，便于目標(biāo)識(shí)別。常用算法有梯度法、算 子、高通濾波、掩模匹配法、統(tǒng)計(jì)差值法等。雙重獨(dú)立編碼簡(jiǎn)稱DIME結(jié)構(gòu)或雙重獨(dú)立地圖編碼。這是一種拓?fù)渚幋a方法，是把幾何量度信息與拓?fù)溥壿嬓畔⒔Y(jié)合起來(lái)，以城市街道為編碼 主體的系統(tǒng)。地圖集為了同一

18、的用途和服務(wù)對(duì)象，依據(jù)統(tǒng)一的編制原則而系統(tǒng)匯集的一組地圖，編制成冊(cè)（或活頁(yè)孑頃稱為地圖集。特點(diǎn)有統(tǒng)一 的思想結(jié)構(gòu)；共同的、協(xié)調(diào)而完整的表示方法；圖幅編排的先后次序，各類(lèi)地圖的比重，各圖間的相互協(xié)調(diào)配合，都符合于邏輯 性和系統(tǒng)性；圖幅的配置和圖例的表示有著一致的規(guī)格和原則；各地圖內(nèi)容的取舍，制圖綜合的要求有著統(tǒng)一的規(guī)定；地圖集內(nèi) 各地圖的投影和比例尺，都經(jīng)詳細(xì)研究，選擇使用，使地圖集內(nèi)各地圖相互可比，相互補(bǔ)充而又相互配合。因此，地圖集決不是 各幅地圖的機(jī)械集合，而是一部完整而統(tǒng)一的科學(xué)作品。地圖集按其包括的制圖區(qū)域可分為：世界地圖集；各洲地圖集或幾個(gè)國(guó)家組合的地圖集；各個(gè)國(guó)家的地圖集；國(guó)家各部分

19、區(qū)域的 地圖集。地圖集按其內(nèi)容特征可分為：1）普通地圖集。其中主要是以顯示水系、地貌、居民地、道路網(wǎng)、境界和某些土質(zhì)植被為基本內(nèi) 容的較小比例尺普通地圖。2）專(zhuān)題地圖集自然地圖集：研究某一種現(xiàn)象分布規(guī)律或綜合性地揭示地理環(huán)境中各要素相互聯(lián)系和 相互制約為內(nèi)容的人文圖集:人文圖集不僅反映了人文現(xiàn)象的分布還反映了數(shù)量和質(zhì)量對(duì)比以及發(fā)展動(dòng)態(tài)3）綜合性地圖集。是包括普通地圖、自然地圖、人文地圖（有時(shí)有歷史地圖）的綜合性制圖作品。其任務(wù)是把制圖區(qū)域內(nèi)自然和人文各方面的現(xiàn)象 完整而系統(tǒng)地顯示出來(lái)。3、地圖集按其用途可分為：1）教學(xué)用地圖集按照各相應(yīng)年級(jí)的教學(xué)內(nèi)容編制白位）參考用地圖集，一般參考用地圖集；經(jīng)濟(jì)建 設(shè)和科學(xué)研究參考用地圖集；軍事參考用及其他專(zhuān)業(yè)參考用地圖集。地圖集還可按其開(kāi)本的大小分為：小型、中型和大型。2、地圖集設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和步驟。1、地圖集開(kāi)本的設(shè)計(jì)及圖幅幅面的確定、地圖集內(nèi)容目錄的設(shè)計(jì)與確定、確定各圖圖幅的 分幅4、確定地圖比例尺5、確定各圖幅的編排次序6、圖幅類(lèi)型及圖幅內(nèi)容表達(dá)的設(shè)計(jì)7