地理信息系統(tǒng)教程(考試重點(diǎn))

------------------------------------------------------------------------地理信息系統(tǒng)教程(考試重點(diǎn))地理信息系統(tǒng)教程第一章緒論1．信息系統(tǒng)：能對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、加工和再現(xiàn)，并能回答用戶(hù)一系列問(wèn)題的系統(tǒng)。具有采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)的能力。2．地理信息系統(tǒng)：GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來(lái)支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問(wèn)題3．GIS與IS之間的區(qū)別：GIS是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合體。4．GIS系統(tǒng)五個(gè)基本組成部分：⑴硬件系統(tǒng)，各種設(shè)備-物質(zhì)基礎(chǔ)；⑵軟件系統(tǒng)，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、加工、回答用戶(hù)問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)；⑶數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析與處理的對(duì)象、構(gòu)成系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)；⑷應(yīng)用人員，GIS服務(wù)的對(duì)象，分為一般用戶(hù)和從事建立、維護(hù)、管理和更新的高級(jí)用戶(hù)；⑸應(yīng)用模型，解決某一專(zhuān)門(mén)應(yīng)用的應(yīng)用模型，是GIS技術(shù)產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在5．地理信息系統(tǒng)基本功能：⑴數(shù)據(jù)采集與編輯；⑵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理；⑶數(shù)據(jù)處理和變換；⑷空間分析和統(tǒng)計(jì)；⑸產(chǎn)品制作與顯示；⑹二次開(kāi)發(fā)和編程6．地理信息系統(tǒng)應(yīng)用功能：資源管理；區(qū)域規(guī)劃；國(guó)土監(jiān)測(cè)；輔助決策第二章地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)1．地理實(shí)體：指自然界現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的單元，它是一個(gè)具有概括性，復(fù)雜性，相對(duì)性的概念。2．地理實(shí)體的特征：⑴屬性特征——用以描述事物或現(xiàn)象的特性；⑵空間特征——用以描述事物或現(xiàn)象的地理位置以及空間相互關(guān)系；⑶時(shí)間特征——用以描述事物或現(xiàn)象隨時(shí)間的變化3．地理實(shí)體數(shù)據(jù)的類(lèi)型：⑴屬性數(shù)據(jù)——描述空間對(duì)象的屬性特征的數(shù)據(jù)；⑵幾何數(shù)據(jù)——描述空間對(duì)象的空間特征的數(shù)據(jù)；⑶關(guān)系數(shù)據(jù)——描述空間對(duì)象之間的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)4．點(diǎn)：有特定位置；線(xiàn)：具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，由一系列的有序坐標(biāo)表示；面：對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類(lèi)現(xiàn)象的描述。由封閉曲線(xiàn)加內(nèi)點(diǎn)來(lái)表示；體：用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，它具有長(zhǎng)度、寬度及高度等屬性5．空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是指空間數(shù)據(jù)適合于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理、處理的邏輯結(jié)構(gòu)，也就是指空間數(shù)據(jù)以什么形式在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和處理。其分為基于矢量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基于柵格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩種基本類(lèi)型6．矢量數(shù)據(jù)獲取方式：⑴通過(guò)外業(yè)測(cè)量獲得，利用測(cè)量?jī)x器記錄測(cè)量結(jié)果，然后轉(zhuǎn)換到地理數(shù)據(jù)庫(kù)中；⑵跟蹤數(shù)字化，用跟蹤數(shù)字化的方式把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)；⑶間接獲?。篴柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換b空間分析7．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：通過(guò)記錄空間對(duì)象的坐標(biāo)及其空間關(guān)系來(lái)表達(dá)地理實(shí)體的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。8．柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是指將地表區(qū)域劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)象元或象素由行、列定義，并包含一個(gè)代碼表示該象素的屬性類(lèi)型或量值。9．柵格數(shù)據(jù)獲取途徑：手工獲?。粧呙鑳x掃描；由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來(lái)；遙感影像數(shù)據(jù)；格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)10．拓?fù)潢P(guān)系：是一種對(duì)空間結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行明確定義的方法，指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。11．拓?fù)湓亓?、質(zhì)不變及相互關(guān)系——?dú)W拉公式：c+L=A+P（P:點(diǎn)數(shù)；L:線(xiàn)數(shù)；A:面數(shù)；c:常數(shù)，為多邊形地圖特征，若A包含邊界里面和外面的多邊形，則c=2；若A僅包含邊界內(nèi)部多邊形，則c=1）12．矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較：⑴矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：便于面向現(xiàn)象(土壤類(lèi)型等)的數(shù)據(jù)表示，不僅能表達(dá)屬性，而且能方便的記錄每個(gè)目標(biāo)的具體屬性信息，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，有利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析，圖形顯示質(zhì)量好，位置精度高，能完整地描述空間關(guān)系；缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多邊形疊置分析及模擬比較困難，不能做增強(qiáng)處理，軟硬件技術(shù)要求高。⑵柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易數(shù)據(jù)交換，空間分析和地理現(xiàn)象模擬比較容易，有利于與RS數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析，輸出方法快速，成本比較低廉；缺點(diǎn)：現(xiàn)象識(shí)別效果不如矢量方法，圖形數(shù)據(jù)量大，投影轉(zhuǎn)換困難，圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低。第三章空間數(shù)據(jù)的采集和質(zhì)量控制1．地圖投影變形種類(lèi)：長(zhǎng)度變形；面積變形；角度變形2．GIS數(shù)據(jù)源：是指建立GIS的地理數(shù)據(jù)庫(kù)所需要的各種數(shù)據(jù)來(lái)源，主要包括地圖、遙感圖像、文本資料、統(tǒng)計(jì)資料、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等。3．GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本內(nèi)容：⑴位置精度：如數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、平面精度、高程精度等，用以描述幾何數(shù)據(jù)的質(zhì)量；⑵屬性精度：如要素分類(lèi)的正確性、屬性編碼的正確性、注記的正確性等，用以反映屬性數(shù)據(jù)的質(zhì)量；⑶邏輯一致性：如多邊形的閉合精度、結(jié)點(diǎn)匹配精度、拓?fù)潢P(guān)系的正確性等；⑷完備性：如數(shù)據(jù)分類(lèi)的完備性、實(shí)體類(lèi)型的完備性、屬性數(shù)據(jù)的完備性、注記的完整性等；⑸現(xiàn)勢(shì)性：如數(shù)據(jù)的采集時(shí)間、數(shù)據(jù)的更新時(shí)間等4．地圖投影及目的：映射將地球橢球面上的點(diǎn)到平面上的方法即為地圖投影；目的：使距離、方位、面積等量算和各種空間分析更容易進(jìn)行5．GIS與地圖投影的關(guān)系：GIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少；GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中地理數(shù)據(jù)以地理坐標(biāo)存儲(chǔ)時(shí)，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過(guò)投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)；而輸出或顯示時(shí)，則要將地理坐標(biāo)表示的空間數(shù)據(jù)通過(guò)投影變換變換成指定投影的平面坐標(biāo)；GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶(hù)的需要而指定投影方式，但當(dāng)所顯示的地圖與國(guó)家基本地圖系列的比例尺一致時(shí)，一般采用國(guó)家基本系列地圖所用的投影6．空間數(shù)據(jù)分層的目的：空間數(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)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；2）對(duì)分層的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)時(shí)，不需要對(duì)所有空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)，只需要對(duì)某一層空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)即可，因而可加快查詢(xún)速度；3）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；4）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7．GIS中代碼的種類(lèi)：分類(lèi)碼（根據(jù)地理信息分類(lèi)體系設(shè)計(jì)出的各專(zhuān)業(yè)信息的分類(lèi)代碼）；標(biāo)識(shí)碼（對(duì)每類(lèi)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出其全部或主要實(shí)體的識(shí)別代碼）8．GIS的數(shù)據(jù)采集：是將空間實(shí)體的幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)輸入到地理數(shù)據(jù)庫(kù)中9．空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：指空間數(shù)據(jù)的名稱(chēng)、代碼、分類(lèi)編碼、數(shù)據(jù)類(lèi)型、精度、單位、格式等的標(biāo)準(zhǔn)形式10．元數(shù)據(jù)：關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，也即是描述數(shù)據(jù)和信息資源的數(shù)據(jù)；空間元數(shù)據(jù)：地理的數(shù)據(jù)和信息資源的描述性信息。是通過(guò)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、條件和其他特征進(jìn)行描述與說(shuō)明，以便人們有效地定位、評(píng)價(jià)、比較、獲取和使用與地理相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。11．空間數(shù)據(jù)采集的主要任務(wù)：將現(xiàn)有的地圖、外業(yè)觀測(cè)成果、航空影片、遙感圖像、文字資本等轉(zhuǎn)換成GIS可以處理與接受的數(shù)字形式，通常要經(jīng)過(guò)驗(yàn)證、修改、編輯等處理。12．研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的和意義：目的：建立一套空間數(shù)據(jù)的分析和處理體系，包括誤差來(lái)源確定、誤差的鑒別和度量方法、誤差傳播的模型、控制和削弱誤差的方法等，使未來(lái)的GIS在提供產(chǎn)品的同時(shí)，提供產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，即建立GIS產(chǎn)品的合格證制度；意義：研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)于評(píng)定GIS的自己量、評(píng)判算法的優(yōu)劣、減少GIS設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的盲目性都具有重要意義第四章空間數(shù)據(jù)的處理1．空間數(shù)據(jù)處理：是指把來(lái)自科學(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)踐和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等領(lǐng)域中的原始數(shù)據(jù)，用一定的設(shè)備和手段，按一定的使用要求，加工成另一種形式的數(shù)據(jù)。2．空間數(shù)據(jù)處理目的：⑴把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于觀察分析、傳送或進(jìn)一步處理的形式；⑵從大量的原始數(shù)據(jù)中抽取、推導(dǎo)出對(duì)人們有價(jià)值的信息以作為行動(dòng)和決策的依據(jù)；⑶科學(xué)地保存和管理已經(jīng)過(guò)處理（如校正、整理等）的大量數(shù)據(jù)，以便人們能方便而充分地利用這些寶貴的信息資源。3．順時(shí)針?lè)较驑?gòu)多邊形：指多邊形是在鏈的右側(cè)4．空間索引：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,按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它包含空間對(duì)象的概要信息，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5．幾何糾正目的：實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差的糾正6．仿射變換的特性：⑴直線(xiàn)變換后仍為直線(xiàn)；2）平行線(xiàn)變換后仍為平行線(xiàn)；3）不同方向上的長(zhǎng)度比發(fā)生變化7．投影變換目的：將某一研究區(qū)域不同投影方式的圖件統(tǒng)一起來(lái)，需要將一種投影方式轉(zhuǎn)換為另一種投影方式。方法：⑴解析變換法：找出兩投影間坐標(biāo)變換的解析計(jì)算公式；⑵數(shù)值變換法8．空間數(shù)據(jù)分層方法：a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)，b時(shí)間層序分層：把不同時(shí)間或不同時(shí)期的數(shù)據(jù)作為一個(gè)數(shù)據(jù)層9．地圖跟蹤數(shù)字化：通過(guò)記錄數(shù)字化板上點(diǎn)的平面坐標(biāo)來(lái)獲取矢量數(shù)據(jù)10．?dāng)?shù)據(jù)壓縮：是指從所取得的數(shù)據(jù)集合中抽出一個(gè)子集，使得該子集在規(guī)定的精度范圍內(nèi)較好地逼近原集合，且盡可能降低其數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)處理過(guò)程11．空間數(shù)據(jù)插值：在已觀測(cè)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)的空間推算出未知點(diǎn)的數(shù)據(jù)的過(guò)程12．?dāng)?shù)字高程模型（DEM）：也稱(chēng)數(shù)字地面模型，是一種對(duì)空間起伏的連續(xù)表示方法第五章空間查詢(xún)與空間分析1．空間查詢(xún)：空間查詢(xún)，是指基于給定的屬性和空間約束條件從地理數(shù)據(jù)庫(kù)中查找指定地理對(duì)象及其屬性的過(guò)程2．GIS中空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，是指對(duì)GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的專(zhuān)題數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析3．DEM的表示法：1）規(guī)則格網(wǎng)(Grid)：規(guī)則格網(wǎng)法是將區(qū)域空間切分為規(guī)則的格網(wǎng)單元，每一個(gè)格網(wǎng)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)高程值。數(shù)學(xué)上可把DEM表示成高程矩陣。2）TIN：利用區(qū)域有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為互不交叉、互不重疊且相連的三角面網(wǎng)絡(luò)來(lái)模擬地形表面的數(shù)據(jù)模型。4．空間疊置分析：是指在統(tǒng)一的空間參照系統(tǒng)條件下，將同一地區(qū)的兩組或兩組以上的圖層要素進(jìn)行疊置，產(chǎn)生新的特征的分析方法。5．緩沖區(qū)分析概念：是指根據(jù)分析對(duì)象的點(diǎn)、線(xiàn)、面實(shí)體，自動(dòng)建立它們周?chē)欢ň嚯x的帶狀區(qū)域，用以識(shí)別這些實(shí)體對(duì)鄰近對(duì)象的輻射范圍或影響度，以便為某項(xiàng)分析或決策提供依據(jù)6．泰森多邊形：將所有相鄰氣象站連成三角形，作這些三角形各邊的垂直平分線(xiàn)，于是每個(gè)氣象站周?chē)娜舾纱怪逼椒志€(xiàn)便圍成一個(gè)多邊形，用這個(gè)多邊形內(nèi)所包含的一個(gè)唯一氣象站的降雨強(qiáng)度來(lái)表示這個(gè)多邊形區(qū)域內(nèi)的降雨強(qiáng)度7．泰森多邊形的性質(zhì)：⑴每個(gè)泰森多邊形內(nèi)僅含有一個(gè)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)；⑵泰森多邊形內(nèi)的點(diǎn)到相應(yīng)控制點(diǎn)的距離最近；⑶位于泰森多邊形邊上的點(diǎn)到其兩邊控制點(diǎn)的距離相等第六章空間信息的可視化1．可視化：可視化是將符號(hào)或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的圖形、圖像的技術(shù)，它的過(guò)程是一種轉(zhuǎn)換，它的目的是將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可顯示的圖形、圖像，從而全面且本質(zhì)地把握住地理空間信息的基本特征，便于最迅速、形象地傳遞和接收它們。2．科學(xué)計(jì)算可視化：科學(xué)計(jì)算可視化：是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將計(jì)算過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形和圖像顯示出來(lái)，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。3．空間信息可視化：是指運(yùn)用地圖學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將地學(xué)信息輸入、處理、查詢(xún)、分析以及預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)及結(jié)果采用圖形符號(hào)、圖形、圖像，并結(jié)合圖表、文字、表格、視頻等可視化形式在屏幕上顯出來(lái)，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。4．空間信息可視化的形式：A紙質(zhì)地圖；B電子地圖；C多媒體地圖；D三維仿真地圖；E虛擬現(xiàn)實(shí)5地圖符號(hào)的分類(lèi)：點(diǎn)狀符號(hào)、線(xiàn)狀符號(hào)、面狀符號(hào)6．電子地圖：是數(shù)字地圖與GIS軟件工具結(jié)合后的產(chǎn)物，它是一種出于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)字地圖，這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或是輸入、輸出，或是顯示、檢索分析。7．電子地圖集：是為了一定用途，采用統(tǒng)一、互補(bǔ)的制作方法系統(tǒng)匯集的若干電子地圖8．電子地圖與GIS的區(qū)別：⑴電子地圖包含了GIS的主要功能，但不是全部功能；⑵電子地圖側(cè)重于可見(jiàn)實(shí)體的顯示，其中較完善的空間信息可視化功能和地圖量算功能是一般GIS所欠缺的；⑶不同來(lái)源的電子地圖數(shù)