GIS考试复习知识点
地理信息系统功能：1数据采集，监测与编辑2数据处理3，数据存储与组织 4，空间查询与分析，5 图形交互与显示
组成：计算机硬件系统，计算机软件，地理数据，系统管理操作人员
GIS特点：1，边缘性与交叉性 2，实用性 3，空间抽象性，4发展迅速
交叉学科：地理学，地图学，计算机科学遥感技术，管理科学
场模型：用于描述空间中连续分布的现象
场模型特征：1，空间结构特征和属性域， 2，连续的，可微的，离散的 3，（各向同性与各向异性） 4.空间自相关（空间自相关是空间场中的数值聚集程度的一种量度）正空间自相关：一个空间场中的类似的数值有聚集的倾向，则说正空间自相关负空间则是相互排斥
栅格数据模型是基于连续覆盖的，它是将连续空间离散化，即用二维覆盖或划分覆盖整个连续空间。
要素模型：用于描述各种空间地物
将地理要素嵌入到欧式空间中，形成了三类地物要素对象 -点对象，线对象，面对象基于要素的空间信息模型把信息空间分解为对象（Object）或实体（Entity）。
一个实体必须符合三个条件：可被识别，，重要（与问题相关）。可被描述（有特征）
矢量数据模型强调了离散现象的存在，由边界线（点，线，面）来确定边界，因此可以看成是基于要素的
空间关系包含三种基本类型：拓扑关系，方向关系，度量关系
拓扑属性：在拓扑变换下能保持不变的集合属性
九交模型：设有现实世界中的两个简单实体A、B，B(A)、B(B)表示A、B的边界，I(A)、I(B)表示A、B的内部，E(A)、E(B)表示A、B余。Egenhofer[1993]构造出一个由边界、内部、余的点集组成的9-交空间关系模型
面面 6，面线 19，面点 3；线线 16，线点3，点点 2 总共49；
MBR：指的是空间目标的外切矩形。由于MBR的简单、实用性，MBR广泛应用于空间目标数据结构表示以及空间数据查询中。
(二)方向关系识别确定目标之间某种方向关系的步骤：
①判断目标之间的MBR是否具有该关系
②再利用点/点关系进一步进行关系判断，确定具体的关系。
基本空间对象度量关系包括点点，点线，点面，线线，线面，面面之间的距离
已知点线面度量关系，进行距离量算，邻近分析，聚类分析，缓冲区分析，泰森多边形分析空间指标量算：几何指标，自然地理参数，人文地理指标
地理空间的距离度量：
大地测量距离：该距离即沿着地球大院经过两个城市中心的距离曼哈顿距离：纬度差加上经差旅行时间距离：从一个城市到另一个城市的最短的时间可以用一系列制定的航线来表示词典距离：在一个固定的地名册中一系列城市中他们位置之间的绝对差值
时空数据模型时空数据模型的核心问题是研究如何有效地表达、记录和管理现实世界的实体及其相互关系随时间不断发生的变化
TGIS：空间立方体模型序列快照模型，基图修正模型，空间时间组合体模型
TGIS研究思路两种思路平行探索：综合模型分解模型先用分解模型思路针对典型应用领域（如土地利用动态监测工作）进行全面研究，同时不断丰富、充实综合模型，最后得到一个比较完善的综合模型。
TGIS中时间类型：有效时间，事务时间
TGIS的设计思想一个合理的时空数据模型必须考虑以下几方面的因素：节省存储空间加快
存取速度；表现时空语义。
时空语义包括地理实体的空间结构、有效时间结构、空间关系、时态关系、地理事件、时空关系。
八叉树的递归方法来定义：八叉树的每个节点与C的一个子立方体对应，树根与C本身相对应，如果V=C，那么V的八叉树仅有树根，如果V不等于C，则C等分为八个子立方体，每个子立方体与树根的一个子节点相对应。只要某个子立方体不是完全空白或完全为V所占据，就要被八等分，从而对应的节点也就有了八个子节点。
数据类型：空间特征数据，时间属性数据，专题属性数据
空间数据三个特征：属性特征，空间特征，时间特征；
空间特征：表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示，例如笛卡尔坐标等。
属性特征：表示实际现象或特征，例如变量、级别、数量特征和名称等等。
时间特征：指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等等。
空间数据可以细分为：类型数据，面域数据，网络数据，样本数据，曲面数据，文本数据，符号数据
数据的测量尺度；命名或类型，次序，间隔以及比例
命名或类型属性：定性而非定量，不能进行任何算术运算，如一个城市的名字
次序属性：线性坐标上不按值的大小，而是按顺序排列的数，例如，事故发生危险程度的级别由大到小被标为1，2，3，…
间隔属性：不参照某个固定点，而是按间隔表示相对位置的数。按间隔量测的值相互之间可以比较大小，并且它们之间的差值大小是有意义的。如温度比例属性：比率测量尺度的测量值指那些有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据。如海拨高度
周期属性：如角度值
空间数据质量：是对空间数据在表达空间位置，空间关系，专题特征以及时间等要素时，能达到的准确性，一致性，完整性，以及他们之间统一性的度量，一般描述为空间数据的可靠性和精度，用误差来表示；
研究空间数据质量的意义：GIS中数据质量的优劣，决定着系统分析质量以及整个应用的成败。
.研究空间数据质量的目的在于加强数据生产过程中的质量控制，提高数据质量
空间数据质量：准确性：记录值和它的真实值之间的接近程度精度：对现象描述的详细程度
空间分辨率：记录变化的最小距离比例尺：地图上一个记录的距离和它所表现的真实世界的距离之间的比例，误差：位置误差和属性误差不确定性：
空间位置不确定性，属性不确定性，时域不确定性，逻辑不一致性，数据的不完整性
空间数据质量问题来源：空间现象自身存在的不稳定性，空间现象的表达，空间数据处理中的误差，空间数据处理中的误差
数据误差类型：几何误差，属性误差，时间误差，逻辑误差；
地图数据的质量问题：地图固有误差，材料变形产生的误差，图像数字化误差遥感数据的质量问题，测量数据的质量问题
空间数据质量控制常用方法传统的手工方法，元数据方法，地理相关法
元数据：描述空间数据的数据，它描述空间数据集的内容，质量，状况和其他有关特征的信息。是关于数据的结构化数据，用于描述数据的内容（what）、覆盖范围（where, when）、质量、管理方式、数据的所有者（who）、数据的提供方式（how）等信息的数据，是数据与
数据用户之间的桥梁类型按内容：科研型元数据，评估性元数据，模型元数据按描述对象：数据层元数据，属性元数据，实体元数据按在系统中作用：系统级别元数据，应用层元数据按作用：说明元数据，控制元数据
元数据的主要作用：帮助用户获取数据，空间质量控制，在数据集成中的应用
1．帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据、建立数据文档，并保证即使其主要工作人员离退时，也不会失去对数据情况的了解；
2.提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据；
3.帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求做出正确的判断；
4.提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。元数据的内容
1）对数据集的描述；对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据序代（数据生产历史）等的说明；
2）对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、元数据的比例尺等；
3）对数据处理信息的说明，如量纲的转换等； 4）对数据转换方法的描述；
5）对数据库的更新、集成等的说明。
地图数字化：手扶跟踪数字化、扫描数字化
手扶跟踪数字化：点方式，流方式（距离流方式，时间流方式）
地物要素必须使用点输入方式，先与多边形地物录入可以使用点方式，在输入时输入者可以采取曲线上的采样点而采用点必须能够反映曲线特点，等高线录如数据量大，用流方式可以加快录入速度
距离流方式是当前接受的点与上一点距离超过一定阈值才记录该点时间流是按照一定的时间间隔对接收的点进行采样；，
采用时间流方式录入时，一个优点是当录入曲线比较光滑的时候，录入人员往往移动游标比较快，这样记录点的数目少，而曲线弯曲时，游标移动较慢，记录点的数目就多。而采用距离刘时，容易遗漏曲线拐点，从而使曲线形状失真，所以在保证曲线的形状方面，时间流方式要优于距离流方式
线压缩应满足的条件保持曲线的形状特征保持曲线特征转折点的精度保持曲线空间关系的正确一)道格拉斯——普克法
曲线的首末点连一直线，计算偏离该直线最远的点，用该点到直线的最大距离dmax与限差L进行比较:
dmax dmax≧L,则保留对应点，以该点为界将曲线分为两段，对每一段重复使用该方法. 优点：可以有效保留曲线上的特征点，精度高缺点：计算量较大 二）垂距法：依次计算曲线的中间点（首末点以外的其它点）到其两相邻点连线的距离（偏差d），如该距离大于限差(L)，相应点保留，否则删除 优点：只考虑删除共线和近似共线的点，算法简单，速度快 缺点：有时会将曲线的夹角去掉，抽样或压缩精度不高，有可能删除偏差大于限差的点三）光栏法：根据给定的光栏口径L,定义一个扇形区域，通过判断曲线上的点在扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去 优点：以曲线上相邻三点为处理范围，速度快，能够根据前点删除与否动态调整光栏口径，精度较高。缺点：算法复杂几种方法的比较 . 大多数情况下道格拉斯——普克法的压缩算法较好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大； .光栏法的压缩算法也很好，并且可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的点，且计算量较小； .垂距法算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点p值去掉而失真。扫描矢量化：将栅格图像转换为矢量地图的步骤：图像二值化：图像二值化用于从原始扫描图像计算得到黑白二值图像，通常将图像上的白色区域的栅格点赋值0，黑色区域为1，黑色区域对应了要矢量化提取的地物，又称前景 平滑：用于去除图像中的随机噪声，通常表现为斑点 细化：细化将一条先细化为只有一个像素宽，细化是矢量化过程中的重要步骤，也是矢量化的基础 链式编码：链式编码将细化后的图像转换为点链的集合，其中每个点链对应一个弧段矢量线提取：将每个点链转化成一条矢量线除了上面的五个步骤外，还需图像拼接和剪裁 去毛刺模板 0 0 0 0 1 0 X X X 去孔洞模板： X 1 X 1 0 1 ＸＸＸ造成数字化错误原因：遗漏某些实体，某些实体重复输入，定位不准确 图像细化对细化的一般要求是： .保证细化后曲线的连通性. ２细化结果是原曲线的中心线３保留细线端点常用细化算法有：内接圆法、异步算法、快速并行算法、并行八边算法等细化算法： ①对于栅格图像中的每个点p，进行如下操作：如果2.小于等于N(p). 小于等于6并且 T(p)=1并且pNpSpE=0并且pWpEpS=0则标志p点；②将所有被标志的栅格点赋值为0，如果没有被标志的点，则算法结束； ③对于栅格图像中的每个点p，进行如下操作：如果2. 小于等于N(p) 小于等于.6并且T(p)=1并且pNpSpW=0并且pWpEpN=0则标志p点； ④将所有被标志的栅格点赋值为0，如果没有被标志的点，则算法结束；⑤转到第一步 建立拓朴关系建立拓扑关系，主要是关注实体之间的连接、相邻关系，而节点的位置、弧段的具体形状等非拓扑属性则不影响拓扑的建立过程。算法步骤： （1）得到第一条弧段A，并设置为当前弧段； （2）判断PL(A)和PR(A)是否为空。如果都非空，转到第一步，当所有弧段处理完毕后，算法结束； （3）如果左多边形为空，则创建一个新的多边形P，多边形的第一条弧段为当前弧段，并设置PL(A)=P，设置搜寻起始节点为N0=Ns(A)，搜寻当前节点为NC=NE(A)。如果右多边形为空，则创建一个新的多边形P，多边形的第一条弧段为当前弧段，并设置PR(A)=P，设置搜寻起始节点N0=NE(A)，搜寻当前节点NC=NS(A)。 （4）判断N0和NC是否相等，如果是，则多边形所有弧段都已经找到，转到第一步。（5）检查与当前节点相连接的、已经排列好的弧段序列，将当前弧段的下一条弧段A'作为多边形的第二条弧段。（6）如果NC=NS(A ')，设置PL(A ')=P，令NC=NE(A')；如果NC= NE(A')，设置PR(A ')=P，令NC=NS(A')，转到第四步。 GIS中引入拓扑关系的优缺点 优点：描述点、线、面的空间关系不完全依赖于具体的坐标位置。空间关系信息丰富、简洁，数据冗余小。方便多边形和多边形的叠合。便于检查数据输入过程中的错误。缺点：拓扑关系建立过程比较复杂数据结构本身复杂 六）建立拓扑关系的意义空间数据的拓扑关系对GIS的数据处理和空间分析具有重要意义 １拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系 不需要利用坐标或距离就可以确定一个地理实体相对于另一个地理实体的空间位置关系并且这种拓扑数据较之几何数据具有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化. ２有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题３根据拓扑关系可重建 地理实体。 拓扑关系：是指网结构元素结点，弧段，面域之间的空间关系；主要表现为拓扑邻接，拓扑关联，拓扑包含。 空间数据库特点：1数据量特别大 2，不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据 3，数据应用广泛 地理信息系统和一般管理系统区别： 在硬件上：为了处理图形和图像数据，系统需要配置专门的输入和输出设备。如数字化仪、绘图机、图形图像的显示设备等在软件上：要求研制专门的图形和图像数据的分析算法和处理软件，这些算法和软件又直接和数据的结构及数据库的管理方法有关 在信息处理的内容和采用目的方面：一般的管理信息系统，主要是查询检索和统计分析，处理的结果，大多是制成某种规定格式的表格数据，而地理信息系统，除了基本的信息检索和统计分析外，主要用于分析研究资源基于空间的合理开发利用，输出形式除表外，还有大量的各种专题图 数据库中的数据组织：数据项，记录，文件，数据库 常用的数据文件：顺序文件，索引文件，直接文件，倒排文件 决定栅格单元代码的方式：中心点法，面积占优法，重要性法，百分比法，栅格数据编码方法：直接编码，压缩编码 压缩编码：链码，游程长度编码，块码，四叉树关系数据库模型 关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。 栅格结构的显著特点是：属性明显；.定位隐含；.易于存储；.算法简单； .地表是不连续，是量化和近似离散的数据 空间数据库特点：1数据量特别大 2，不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据 3，数据应用广泛 地理信息系统和一般管理系统区别： 在硬件上：为了处理图形和图像数据，系统需要配置专门的输入和输出设备。如数字化仪、绘图机、图形图像的显示设备等在软件上：要求研制专门的图形和图像数据的分析算法和处理软件，这些算法和软件又直接和数据的结构及数据库的管理方法有关 在信息处理的内容和采用目的方面：一般的管理信息系统，主要是查询检索和统计分析，处理的结果，大多是制成某种规定格式的表格数据，而地理信息系统，除了基本的信息检索和统计分析外，主要用于分析研究资源基于空间的合理开发利用，输出形式除表外，还有大量的各种专题图 数据库中的数据组织：数据项，记录，文件，数据库 常用的数据文件：顺序文件，索引文件，直接文件，倒排文件 决定栅格单元代码的方式：中心点法，面积占优法，重要性法，百分比法，栅格数据编码方法：直接编码，压缩编码 压缩编码：链码，游程长度编码，块码，四叉树关系数据库模型 关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。 栅格结构的显著特点是：属性明显；.定位隐含；.易于存储；.算法简单； .地表是不连续， 是量化和近似离散的数据 游程编码基本思想是：按行或列扫描，将相邻等值的像元合并，并记录代码的重复个数。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另一种游程长度编码方案就是逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码。 游程长度编码特点： .优点.压缩效率较高，且易于检索 .叠加合并等操作，运算简单，适用于机器存储容量小，数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况。缺点：对于图斑破碎，属性和边界多变的数据压缩效率较低，甚至压缩后的数据量比原始数据大。 （四）四叉树编码基本思想： .将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元 .分割的原则是将图像区域划分为四个大小相同的象限，而每个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限 .其终止判据是，不管是哪一层上的象限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几种地物时，则不再继续划分，否则一直划分到单个栅格象元为止。四叉树编码特点：.优点.对于团块图像，四叉树表示法占用空间比其他表示法要少得多，四叉树表示法基本上是一种非冗余表示法。 .具有可变的分辨率，树的深度随数据的破碎程度而变化，并且有区域性质， .压缩数据灵活，许多数据和转换运算可以在编码数据上直接实现，大大地提高了运算效率常见栅格压缩编码方法总结 .链码的压缩效率较高，已经近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域的性质，区域运算困难； .游程长度编码既可以在很大程度上压缩数据，又最大限度地保留了原始栅格结构，编码解码十分容易； .块码和四叉树码具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图像运算，效率较高，是很使用较广泛的方法。 矢量格式想栅格格式的转换： 内部点扩散算法，复数积分算法，射线算法和扫描算法，边界代数算法射线算法： 由待判点向图外某点引射线，判断射线与多边形所有边界相交的总次数，如为偶数次，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2π.r，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。边界代数算法； (1)单多边形转换。 .多边形编号为a，初始化的栅格阵列各栅格值为零 .由多边形边界上某点开始顺时针搜索边界线，当边界上行时，位于该边界左侧的具有相同行坐标的所有栅格被减去a； .当边界下行时，该边界左边（前进方向看为右侧）所有栅格点加一个值a .边界搜索完毕则完成了多边形的转换 (二)栅格向矢量转换四个基本步骤： .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； .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； 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； .去除多余点及曲线圆滑：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 空间索引定义：是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。 索引类型：格网型空间索引，ＢＳＰ树空间索引，ＫＤＢ树空间索引，Ｒ树Ｒ＋树，ＣＥＬＬ树。 R树根据地物的最小外包矩形建立（图7-20），可以直接对空间中占据一定范围的空间对象进行索引。R树的每一个结点N都对应着磁盘页D（N）和区域I（N），如果结点不是叶结点，则该结点的所有子结点的区域都在区域I（N）的范围之内，而且存储在磁盘页D（N）中；如果结点是叶结点，那么磁盘页D（N）中存储的将是区域I（N）范围内的一系列子区域，子区域紧紧围绕空间对象，一般为空间对象的外接矩形。 空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。根据作用的数据性质不同，可以分为： .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； .空间和非空间数据的联合运算。空间查询定义: 在GIS中根据一定的图形条件或属性条件或两者的结合条件,检索出对应的空间对象的属性或图形的一种工具 空间查询类型： 按属性信息的要求来查询定位空间位置，称为“属性查图形”。 根据对象的空间位置查询有关属性信息，称为“图形查属性”。该查询通常分为两步：①首先借助空间索引，在地理信息系统数据库中快速检索出被选空间实体②根据空间实体与属性的连接关系即可得到所查询空间实体的属性列表。空间查询方式有： .基于空间关系查询 .基于空间关系和属性特征查询 .地址匹配查询 基于栅格的空间变换：单点变换，邻域变换，区域变换叠加分析是将有关主题层组成的数据层面，进行叠加产生一个新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。地理信息系统叠加分析可以分为以下几类： .视觉信息叠加 .点与多边形叠加 .线与多边形叠加 .多边形叠加 .栅格图层叠加。 (一)路径分析 .静态求最佳路径：在给定每条链上的属性后，求最佳路径。 .N条最佳路径分析：确定起点或终点，求代价最小的N条路径，因为在实践中最佳路径的选择只是理想情况，由于种种因素而要选择近似最优路径。 .最短路径或最低耗费路径：确定起点、终点和要经过的中间点、中间连线，求最短路径或最小耗费路径。 .动态最佳路径分析：实际网络中权值是随权值关系式变化的，可能还会临时出现一些障碍点，需要动态的计算最佳路径。 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： .空间内插：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：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。整体插值方法：边界内插方法，趋势面分析，变换函数插值局部插值方法：最近邻点法——泰森多边形移动平均插值法－距离倒数插值样条函数插值法； 1）最近邻点法：泰森多边形方法 泰森多边形（Thiessen) 采用了一种极端的边界内插方法，只用最近的单个点进行区域插值。泰森多边形按数据点位置将区域分割成子区域，每个子区域包含一个数据点，各子区域到其内数据点的距离小于任何到其它数据点的距离，并用其内数据点进行赋值。连接所有数据点的连线形成Delaunay三角形，与不规则三角网TIN具有相同的拓扑结构 DEM：是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布。DEM可以导出坡度等信息 TIN：它根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，，区域中任一点落在三角面的顶点，边上或三角形内。如果点不在顶点上，该店的高程值通常通过线性插值方法得到 Delaunay三角形产生的基本准则： 1)外接圆准则：任何一个Delaunay三角形的外接圆的内部不能包含其它任何点[Delaunay 2) 最大化最小角原则：每两个相邻的三角形构成的凸四边形的对角线，在相互交换后，六个内角的最小角不再增大。(Lawson[1972]) 3)局部优化准则：Lawson [1977]又提出了一个局部优化过程LOP方法。如图9-7所示。先求出包含新插入点p的外接圆的三角形，这种三角形称为影响三角形。删除影响三角形的公共边（图b中粗线），将p与全部影响三角形的顶点连接，完成p点在原Delaunay三角形中的插入。 Delaunay三角网有以下特性： .其Delaunay三角网是唯一的； .三角网的外边界构成了点集P的凸多边形“外壳”； .没有任何点在三角形的外接圆内部，反之，如果一个三角网满足此条件，那么它就是Delaunay三角网。 .如果将三角网中的每个三角形的最小角进行升序排列，则Delaunay三角网的排列得到的数值最大，从这个意义上讲，Delaunay三角网是“最接近于规则化”的三角网。格网DEM转换成TIN的两个代表性算法： .保留重要点法； .启发丢弃法。 基于DEM实现空间分析内容： 1，地形曲面拟合 2，立体透视图， 3，通视分析，4，流域特征地貌提取与地形自动分割 5，DEM计算地形属性三角网DEM分析应用：三角网内插，等高线追踪 GIS和RS集成：GIS作为图像处理工具，遥感数据作为GIS信息来源 ＧＩＳ和GPS集成：ＧＩＳ系统必修能够接受ＧＰＳ接收机发送的GPS数据，然后对数据进行处理，最后进行各种分析运算 3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析（图12-9），以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。 —WebGIS是指支持在Internet上发布地理信息和服务，而用户可以随时随地获得分布的空间数据和服务的一种技术，它是Web技术和GIS技术相结合的产物。 操作系统对计算机软件和硬件资源进行管理和控制 Linux操作系统与Windows NT、NetWare、UNIX 等传统网络操作系统最大的区别是Linux操作系统开放源代码 Internet是计算机传播速度快、范围最广的媒介 外存储器不能为CPU直接访问，必须通过内存才能为CPU所使用 外存储器既是输入设备又是输出设备 外存储器中所存储的信息，断电后信息不会随之丢失 扇区是磁盘存储信息的最小物理单位 MAC（Media Access Control）地址，也叫物理地址或硬件地址，是用来定义网络设备的位置，由网络设备制造商生产时写在硬件内部。 一个主机有一个IP地址，而每个网络有一个专属于它的MAC地址 IP地址是32位的，由四组12个十进制的数表示；而MAC地址是48位（6个字节），通常表示为6组12个16进制数，每两个16进制数之间用冒号隔开，如08:00:20:0A:8C:6D 如果某局域网的拓扑结构是星型结构，则局域网中任何一个节点出现故障不会影响其它节点的工作 一个具有24位色、300*200大小的BMP图片文件的大小是24*300*200/8个字节 网络安全管理的目标是保证重要的信息不被未授权的用户访问 数据库系统减少了数据冗余 数据库技术的根本目标是要解决数据共享的问题 事物故障可能使数据库处于不一致状态 事物故障可能由两种错误产生：逻辑错误和系统错误 磁盘故障是指磁盘上的内容丢失 GIS是一个决策支持系统 GIS的操作对象是空间数据，即点线面体这类具有三维要素的地理实体 GIS按其研究的范围大小可分为全球性、区域性和局部性的 遥感数据是GIS的重要数据来源 GIS中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类 GIS主要研究的内容有数据的输入，数据的存储，地理数据的操作分析，输出等 地理信息系统组成中，最重要最具活力的是用户 1995年中国研制出微机地理信息系统——MapGIS 2003年我国首次把“地理信息技术”引入高中地理课程标准 2007年3月MapGIS培训认证项目纳入国家653工程 1988年我国第一专门培养GIS人才的本科专业在武汉招生 空间数据进行分层管理的原因：分类存贮，便于组合和拆分，利于专题制图 绪论 简述GIS的理解（需具体说明） 地理信息系统、地理信息科学、地理信息服务、地理信息解决方案 GIS的概念 GIS是由计算机硬件、软件、用户、空间数据和不同方法组成的系统，该系统用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 GIS是以一种全新的思想和手段来解决复杂的规划、管理和地理相关问题，例如城市规划、商业选址、环境评估、资源管理、灾害监测、全球变化。 地理信息的定义 理解1：地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识； 理解2：表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称； 理解3：一切与空间位置有关的信息都叫做地理信息。它起源于地图，地图是地理信息的载体，具有存储、分析与显示地理信息的功能。 地理信息的特点 空间分布性：地理信息的定位特征多维性：单点多重属性信息动态性（时间性）：随时间动态变化数据量大：具有空间特征、属性特征、时间特征 地理信息含义 “有地理参照的信息”(Geographically Referenced Information)或者，“与地理位置有关的信息”GIS的定义、特点 地理信息系统就是具有采集、存储、查询、分析、显示和输出地理数据功能的计算机软硬件系统。地理信息系统是一种以地理坐标为骨干的信息系统。 GIS的组成 ①系统硬件 GIS主机：大型、中型、小型机，工作站/服务器、微型计算机 GIS外部设备：输入设备：数字化仪、扫描仪、解析和数字摄影测量设备、全站仪等；输出设备：绘图仪、打印机、图形显示终端等；数据存贮与传送设备：磁带机、光盘机、活动硬盘、U盘、MP3等 GIS网络设备：布线系统、网桥、路由器、交换机等 硬件的三种应用模式 单机模式： 由基本外设、处理设备和输出设备构成 适用于小型GIS建设 数据传输与资源共享不方便 局域网模式： 部门或单位内部GIS建设 专线连接 资源共享较方便 广域网模式： 用户分布地域广泛，不适合专线连接 公共通讯连接 资源共享方便 局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接 ②系统软件 系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、UNIX 等。系统软件关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。 基础软件 数据库软件 流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。 Oracle、Informix、Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间数据类型。而ESRI公司的SDE（Spatial Database Engine）也是基于关系数据库的空间数据管理平台。 图形平台 某些GIS软件中图形处理平台。如AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMap GIS软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS软件 ③空间数据是GIS的血液 GIS的操作对象为空间数据 空间数据特征：空间参考、属性、时间数据； 空间数据组织：矢量结构、栅格结构。 ④管理人员 GIS的开发是以人为本的系统工程。 业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。 不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理管理的能力。 技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。 GIS 功能：采集、处理、分析、查询、管理、显示、输出空间查询：位置查询、属性查询、拓扑查询 空间查询是最基本的分析功能，包括从空间位置检索空间物体和从属性条件检索空间物体 空间分析：地形分析、网络分析、缓冲区分析、几何量测、地图分析、叠置分析、统计分析、决策分析 缓冲区分析：解决近邻度问题 缓冲区分析就是对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形图，然后将这个图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需要的结果。 网络分析：解决路径分析和资源优化配置的问题 GIS中的网络由一系列相互联系的线状要素组成的，是对城市网络的抽象。 叠加分析：解决设施的选址问题 把同一地区的两幅或两幅以上的图层重叠在一起进行图形运算和属性运算，产生新的空间图形和属性的过程。 GIS的产生和发展（选择或判断） 1963年加拿大测量学家Tom linson创造了GIS系统 ①60年代起步阶段②70年代巩固阶段③80年代突破阶段④90年代产业化阶段⑤21世纪网络化阶段 简述GIS的建模过程：了解目的（实际问题）；准备所需数据，建立所需空间数据库；建模；查询和分析；生成报表。 举例说明GIS可应用的行业 所谓地理信息系统的应用就是人们应用GIS对地球表层人文经济和自然资源及环境等多种信息进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境和经济地理要素的空间分布、空间结构、空间联系和空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的依据，从而为区域经济发展服务。 气象部门、环境评估、宏观决策、规划决策、A VHRR、城市土地利用信息系统、电信资源管理、铁路地理信息系统、公安警用地理信息系统、医疗机构信息查询 GIS的地学基础 GIS中为什么要考虑地图投影 地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算与分析。 地球椭球体为不可展曲面 地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析 地球椭球体是不可展曲面，而地图是一个平面，当球面展开为平面时必然产生破裂或褶皱。“地图投影”就是要解决球面不可展的矛盾。 地图投影 由于球面上一点的位置是用地理坐标(经度、纬度)表示，而平面上是用直角坐标(纵坐标、横坐标)或者极坐标(极径、极角)表示，所以要想将地球表面上的点转移到平面上，必须采用一定的数学方法来确定地理坐标与平面直角坐标或极坐标之间的关系。这种在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。地图投影是保证地图精确度的重要的数学基础之一。 地图投影变形：面积变形、角度变形、长度变形 地图投影分类 投影面及球面的位置：圆锥投影、圆柱投影、方位投影 《地理信息系统基础》主要知识点 第一章 什么是地理信息？地理信息有什么特性？ 地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。或者定义为：表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。从另一个角度来说，一切与空间位置有关的信息都叫做地理信息。 （1）空间分布性：属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。 （2）数据量大。 （3）信息载体的多样性。 什么是GIS？它具有什么特点？ 地理信息系统（GIS , Geographic Information System）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；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。 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。 地理信息系统从外部来看，它表现为计算机软硬件系统；而其内涵却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。 GIS与其它信息系统有什么区别？ GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS 是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。 GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。 GIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。 GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备复杂、系统功能强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的 实验五栅格数据的空间分析 一、实验目的 理解空间插值的原理，掌握几种常用的空间差值分析方法。 二、实验内容 根据某月的降水量，分别采用IDW、Spline、Kriging方法进行空间插值，生成中国陆地范 围内的降水表面，并比较各种方法所得结果之间的差异，制作降水分布图。 三、实验原理与方法 实验原理：空间插值是利用已知点的数据来估算其他临近未知点的数据的过程，通常用于将 离散点数据转换生成连续的栅格表面。常用的空间插值方法有反距离权重插值法（IDW）、 样条插值法（Spline）和克里格插值方法（Kriging）。 实验方法：分别采用IDW、Spline、Kriging方法对全国各气象站点1980年某月的降水量 进行空间插值生成连续的降水表面数据，分析其差异，并制作降水分布图。 四、实验步骤 ⑴打开arcmap，加载降水数据，行政区划数据，城市数据，河流数据，并进行符号化，对 行政区划数据中的多边形取消颜色填充 ⑵点击空间分析工具spatial analyst→options，在general标签中将工作空间设置为实验数据所在的文件夹 ⑶点击spatial analyst→interpolate to raster→inverse distance weighted，在input points下拉框中输入rain1980，z字段选择rain，像元大小设置为10000 点击空间分析工具spatial analyst→options，在extent标签中将分析范围设置与行政区划一致，点击spatial analyst→interpolate to raster→inverse distance weighted，在input points下拉框中输入rain1980，z 字段选择rain，像元大小设置为10000 地理信息系统的基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。 地理空间一般指上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。其间是自然地理过程和生命及人类活动最活跃的场所。GIS中也常用地理空间来表达空间的概念。 高程指空间某点高于或低于基准面的垂直距离，主要用来提供地形信息。高程基准面即大地水准面。 地理空间定位框架就是大地测量控制系统，用以建立地球的几何模型来精确的测量地球上任意一点的坐标，包括平面位置和高度值。大地测量控制系统由平面控制网和高程控制网组成。 地理空间的实体包括点、线、面、曲面和体等多种类型。 按数据发布形式，GIS中的空间数据可以分为4D数据： 1、数字线画图（DLG）数据：DLG数据是现有地形图要素的向量数据，保存各要素间的空间关系和相关的 属性信息，全面的描述地表目标。 2、数字栅格图（DRG）数据：DRG数据是现有的纸质地图经计算机处理后得到的栅格数据文件。每一幅地 形图在扫描数字化后，经几何纠正，并进行内容和数据压缩处理，即可以得到数字栅格图。 3、数字高程模型（DEM）数据：DEM数据是以数字形式表达的地形起伏数据。 4、数字正射影像（DOM）数据：DOM数据是对摇感数字影像，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基 本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射投影影像数据。 矢量数据是利用欧几里得几何中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。 基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，称为栅格单元，在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。 地图投影就是依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面映射到平面上或可展开成平面的曲面（如：圆锥面，圆柱面，椭圆柱面等）上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。 1949年后，高斯-克吕格投影被确定为我国地形图系列中1：50万、1：20万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万及更大比例尺的数学基础。 我国1：100万地形图采用了兰勃特投影，其分幅原则与国际地理学会规定的全球统一使用的百万分之一地图投影保持一致。 矢量向栅格转换的根本任务就是把点、线或面的矢量数据，转换成对应的栅格数据。这一过程称为栅格化。栅格化可以分别针对点、线和面来进行，其中点的栅格化是线和面栅格化的基础。 分块内插法的分块范围在内插过程中一经确定，其形状、大小和位置都保持不变。凡是在分块上的待插值点都用展铺在给分块上的唯一确定的数学面进行内插。而逐点内插法是以插值点为中心，定义一个局部函数去拟合周围的数据点，数据点的范围随插值点位置的变化而变化，因此又称移动曲面法。逐点内插法的两种基本的插值方法：移动拟合法和加权平均法，还有一种叫克里金法。 空间数据的存储和管理方式通常有两种方式：空间数据文件存储管理和空间数据库存储和管理。 数据库是数据库系统的简称。一个完整的数据库系统应该包括数据库存储系统、数据库管理系统（DBMS）、数据库应用系统三个部分。 空间数据库系统也由三个部分组成，是空间数据库存储系统、空间数据库管理系统、由GIS的空间分析模型和应用模型所组成的软件可以看做是空间数据库的数据库应用系统。 数字地形模型(DTM)简单的说就是用数字化的形式表达的地形信息。DTM在形式上可分为：1规则格网（Gird）。2不规则三角网（TIN），3数字等高线、等深线、地形特征线等 坡度定义为水平面与局部地表面之间夹角的角度，也可以看成局部地表面与周围的地表面之间最大的高程变化率。坡向则是这个最大高程变化率所在的方向。 通视分析就是利用DEM判断地形上任意两点之间是否可以相互可见的技术方法。 通视分析可以分为视线通视分析和视域通视分析。 空间叠合分析根据所采用的数据结构的不同，分为基于矢量数据的叠合分析和基于栅格数据的叠合分析两种类型。基于矢量数据的叠合分析分为点与多边形的叠合，线与多边形的叠合和多边形与多边形的叠合。多边形与多边形的叠合分为1 Union 2 Intersect 3 Identity 4 Erase 5 Update 空间临近度分析通常有空间缓冲区分析和Voronoi多边形分析两种方法。 空间缓冲区就是地理空间实体的一种影响范围或服务范围。空间缓冲区分析是围绕空间的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的多边形。 空间网络分析中最常见的是求两个顶点之间的最短路径问题。设网络中从一个顶点出发到另一个顶点之间有多条路径联通，则求这些路径中最短的一条路径问题就是最短路径问题。dijkstra算法是求单源最短路径的有效方法。 空间元数据库知识点一、知识点结构 二、知识点内容 知识点（优先级）描述定位 1元数据编辑相关插件(A) 与元数据编辑相关的视图为元数据视图。 与元数据编辑相关的插件有元数据编辑插件，加载之后的工具条为： ?元数据库列表框用于选择元数据库，如图所示：元数据库列表框； ?元数据集列表框用于选择元数据集，如图所示：元数据集列表框； ?样式表列表框用于选择样式表，如图所示：元数据显示样式表列表框； ?单击编辑按钮，可以实现对元数据的编辑，如图所示：编辑元数据按钮； ?单击创建按钮，可以实现对元数据的创建，如图所示：创建元数据按钮； ?单击导入按钮，可以导入元数据，如图所示：导入元数据按钮； ?单击导出按钮，可以导出元数据，如图所示：导出元数据按钮； ?单击元数据和空间数据的一致性检查按钮，可以浏览检查元数据和空间数据的一致性，如图所示：元数据和空间数据的一致性检查按钮； ?单击浏览附件按钮，可以浏览元数据附件，如图所示：浏览元数据附件按钮。 MapGIS7.x 数据管理 篇.chm 25.2.2 2元数据创建(A)1、创建元数据库和元数据集 在“元数据库”文件夹右键选择“创建”功能，输入元数据库的名称，如test。 展开元数据库，找到test点击右键选择创建元数据集，输入元数据集名称。 图1创建元数据库和元数据集 2、元数据的创建方法有多种，以下逐一介绍。 （1）在元数据集上右键点击元数据导入，其具体的操作参见元数据的批量导入。 （2）工具条上点击创建元数据按钮，如果当前选中的是“元数据库”，就会在元数据库文件夹下的第一个元数 据库中的第一个元数据集中建立元数据；如果选中的是某个元数据库（如test），就会在该元数据库中的最先建的 元数据集中建立元数据；如果选中的是某个元数据集（如meta），就会在该元数据集中建立元数据。 （3）为地理实体建立元关系，在建立了元关系的元数据集上右键点击，选择同步元数据，则会在元数据列表中新 建元数据，其具体的操作请参考创建同步和更新同步。 MapGIS7.x 数据管理 篇.chm 25.2.1 3元数据浏览(A)在MapGisCatalog目录树中选中某个元数据集，将视图切换到元数据视图，在元数据视图中的元数据列表中会列出 该元数据集下的所有元数据，选择某条元数据，在元数据视图中即会显示该条元数据的信息。 可以从下拉列表中，选择已有的显示方式对该条元数据的显示方式进行更改。 MapGIS7.x 数据管理 篇.chm 25.2.1 简述GIS 的理解（需具体说明） 地理信息系统、地理信息科学、地理信息服务、地理信息 解决方案 GIS 的概念 GIS 是由计算机硬件、软件、用户、空间数据和不同方法组成的系统，该系统用来支持空间数据 采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 GIS 是以一种全新的思想和手段来解决复杂的规划、 管理和地理相关问题，例如城市规划、商业 选址、环境评估、资源管理、灾害监测、全球变化。 地理信息的定义 理解1：地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识； 理解2:表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图 像和图形等的总称； 理解3： 一切与空间位置有关的信息都叫做地理信息。它起源于地图，地图是地理信息的载体， 具有存储、分析与显示地理信息的功能。 地理信息的特点 空间分布性：地理信息的定位特征 多维性：单点多重属性信息 动态性（时间性）：随时间动 态变化 数据量大：具有空间特征、属性特征、时间特征 地理信息含义 “有地理参照的信息" （Geographically Referenced Information ） 或者，“与地理位置有关的信息" GIS 的定义、特点 地理信息系统就是具有采集、存储、查询、分析、显示 和输 出地理数据功能的计算机软硬件系统。 地理信息系统是一 种以地理坐标为骨干的信息系统。 GIS 的组成 ① 系统硬件 GIS 主机：大型、中型、小型机，工作站 /服务器、微型计 算机 GIS 外部设备：输入设备：数字化仪、扫描仪、解析和数 字摄影测量设备、全站仪等；输出设备：绘图仪、打印机、图 形显示终端等；数据存贮与传送设备：磁带机、光盘机、活动 硬盘、U 盘、MP3等 GIS 网络设备：布线系统、网桥、路由器、交换机等 硬件的三种应用模式 单机模式： 由基本外设、处理 设备和输出设备构成 适用于小型GIS 建设 数据传输与资源共享不方便 局域网模式： 部门或单位内部 GIS 建设 专线连接 资源共享较方便 广域网模式： 用户分布地域广泛，不适合专线连接 公共通讯连接 资源共享方便 局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接 ② 系统软件 系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的 驱动软件，目前流行的有 DOS 、Windows98/Nnt/2000/XP 、UNIX 等。系统软件关系到 GIS 软件和开发语言使用的有效性，是 GIS 中为什么要考虑地图投影 地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参 数的量算与分析。 地球椭球体为不可展曲面 地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、 面 积等量算和各种空间分析 地球椭球体是不可展曲面，而地图是一个平面，当球面 展 开为平面时必然产生破裂或褶皱。 地图投影”就是要解决球面 不可展的矛盾。 地图投影 由于球面上一点的位置是用地理坐标 （经度、纬度）表示， 而平面上是用直角坐标（纵坐标、横坐标）或者极坐标（极径、极 角）表示，所以要想将地球表面上的点转移到平面上， 必须采用 一定的数学方法来确定地理坐标与平面直角坐标或极坐标之 投影变形性质：等角投影、等积投影、任意投影 常见变形性质的确定 ① 同纬度带内梯形面积不等的投影肯定不是等积投影 ② 经纬网不是处处正交的投影肯定不是等角投影 ③ 投影为直线的经线（中央经线）上纬距不等的投影肯定不是等距投影 地理空间实体 的三要素是什么？它们之间的关系是怎样的？ 点：由单个栅格表达。 线：由沿线走向有相同属性取值的一串相邻栅格表达。 面：聚集在一起的具有相同属性取值的一片栅格表达。 空间数据的基本特征有哪些 属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等。 空 间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前 者用经纬度、坐标表示，后者如交通学院与电力学院相邻等。 时间特征：描述空间对象随时间的变化 地理坐标：采用经纬度（0，入）来确定地球表面上任意一点的 平面直角坐标系：首先定义一个原点（0,0）及x ，y 轴方向， 然后通过（x,y ）值确定某个地理实体的位置。 常用地图投影 中国图 全国图：正轴圆锥投影 海图：墨卡托投影 地 形图：高斯一克吕格投影（分带） 大洲图：亚洲图：斜轴方位投影 欧洲图：彭纳投影 半球图：南北半球（或两极）图：正轴方位投影 东西半 绪论 GIS 软硬件环境的重要组成部分。 基础软件 数据库软件 流行数据库软件主要有 Oracle 、Sybase Informix 、DB2、SQL Server 、Ingress 等。 Oracle 、Informix 、Ingress 等关系数据库管理软件都相继增加 了空间 数据类型。而 ESRI 公司的 SDE （ Spatial Database Engine ） 也是基于关系数据库的空间数据管理平台。 图形平台 某些GIS 软件中图形处理平台。如 AutoDesk 公司开发的基 于 AutoCAD 的 AutoMap GIS 软件、In tergraph 公司的基于 MicroStation 的 MGE GIS 软件 ③ 空间数据是GIS 的血液 GIS 的操作对象为空间数据 空间数据特征：空间参考、属性、时间数据； 空间数据组织：矢量结构、栅格结构。 ④ 管理人员 GIS 的开发是以人为本的系统工程。 业务素质与专业知识是 GIS 工程及应用成功的关键。 不但对GIS 的技术和功能有足够的了解， 而且要具备组织 管理管理的能力。 技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档 管理、数据共享建设等。 GIS 功能：采集、处理、分析、查询、管理、显示、输出 空间查询：位 置查询、属性查询、拓扑查询 空间查询是最基本的分析功能，包括从空间位置检索空间物体和从属性条件检索 空间物体 空间分析：地形分析、网络分析、缓冲区分析、几何量测、地图分析、叠置分析、 统计分析、决策分析 缓冲区分析：解决近邻度问题 缓冲区分析就是对一组或一类地物按缓冲的距离条件， 建立缓冲区多边形图，然 后将这个图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需要的结果。 网络分析：解决路径分析和资源优化配置的问题 GIS 中的网络由一系列相互联系的线状要素组成的，是对城市网络的抽象。 叠加分析：解决设施的选址问题 把同一地区的两幅或两幅以上的图层重叠在一起进行图形运算和属性运算， 产生 新的空间图形和属性的过程。 GIS 的产生和发展（选择或判断） 1963年加拿大测量学家 Tom linson 创造了 GIS 系统 ①60年代起步阶段②70年代巩固阶段③80年代突破阶段④90年 代产业化阶 段⑤21世纪网络化阶段 简述GIS 的建模过程：了解目的（实际问题）；准备所需数据，建立所需空间数据库；建模；查询和 分析；生成报表。 举例说明GIS 可应用的行业 所谓地理信息系统的应用就是人们应用 GIS 对地球表层人文经济和自然资源及环境等多种信息 进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境和经济地理要素的空间分布、 空间结构、空间联系和 空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的依据， 从而为区域经济发展 服务。 气象部门、环境评估、宏观决策、规划决策、 AVHRR 、城市土地利用信息系统、电信资源管理、 GIS 的地学基础 间的关系。这种在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的 数学方法，称为地图投影。地图投影是保证地图精确度的重要 的数学基础之一。 地图投影变形：面积变形、角度变形、长度变形 地图投影分类 投影面及球面的位置：圆锥投影、圆柱投影、方位投影 练习 5 1.空间分析的基本操作 空间分析模块 (1) 1. 了解栅格数据 (2) 2. 用任意多边形剪切栅格数据(矢量数据转换为栅格数据) (4) 3. 栅格重分类(Raster Reclassify) (7) 4. 栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator) (8) 5. 面积制表（Tabulate Area） (9) 6. 分区统计(Zonal Statistic) (11) 7. 缓冲区分析(Buffer) (13) 8. 空间关系查询 (16) 9. 采样数据的空间内插(Interpolate) (18) 10. 栅格单元统计（Cell Statistic） (21) 11. 邻域统计（Neighborhood） (23) 空间分析模块 本章的大部分练习都会用到空间分析扩展模块，要使用“空间分析模块”首先在ArcMap中执行菜单命令<工具>－<扩展>，在扩展模块管理窗口中，将“空间分析”前的检查框打上勾。然后，在ArcMap 工具栏的空白区域点右键，在出现的右键菜单中找到“空间分析”项，点击该项，在ArcMap中显示“空间分析”工具栏。 执行“空间分析”工具栏中的菜单命令<空间分析>－<选项>设定与空间分析操作有关的一些参数。这里请在常规选项中设定一个工作目录。因为在空间分析的过程种会产生一些中间结果，默认的情况下这些数据会存储在Windows 系统的临时路径下（C:\temp），当设置了工 作目录后，这些中间结果就会保存在指定的路径下。 1. 了解栅格数据 在ArcMap中，新建一个地图文档，加载栅格数据：Slope1，在TOC 中右键点击图层Slope1， 查看属性 地理信息系统 1.数据和信息的定义：数据是人类认识过程的直接记录或原始素材，而信息是对数据的解释，是对数据加工后的有认识意义的结果。 2.信息的特性：客观性、实用性、传输性、共享性 3.地理空间数据和信息的三个基本特征：①空间位置特征②属性特征③时态特征 4.地理信息系统区别于一般信息系统的几个主要特点（不能只写五个标题）： ①地理空间数据和信息的特殊复杂性 地理信息系统的属性数据或信息，是除空间位置及关系以外，所有描述地物自然或人文属性的定义或定量的数据或信息，正相当于一般信息系统所处理的数据和信息。 ②必须具备科学可视化功能 可视化功能是地理信息系统的必要条件，而一般信息系统可以没有可视化功能，这是地理信息系统区别于一般信息系统的另一个主要特点。可视化，或科学可视化，已成为现代科学中的热门话题，指通过图形图像等可以看见并认证的手段，来形象表现科学数据的构架和内涵。大量研究表明，可视化能极大地提高信息、知识的理解和传播效率。 ③区域性和多层次 地理信息系统以地理空间数据和信息为处理对象；而地理空间数据和信息又通常以区域为单位来组织，因此，区域性是地理信息系统的天然特征。地理信息系统还具有鲜明的层次性，层次性包含两个含义，一个是不同比例尺的区域层次，地球上的区域层次是很多的。另一个是描述地理要素的专题层次，或图层。 ④数据量较大 地理信息系统的数据量大，第一来自于它的区域性、多层次特点；第二也是因为地理信息系统包括可视化表达所必须的图形图像数据，而图形图像数据所涉及的数据量经常是很大的。 ⑤注重空间分析 地理信息系统和所有信息系统一样，必须具备分析功能，以提取有用之信息。但是，地理信息系统有自己独特的空间分析功能。空间分析是地理信息系统中最核心、最重要概念之一。空间分析指一切涉及空间位置要素的分析或区域性分析，用以提取地理空间信息乃至关于地物时空分布、组合、联系和发展的知识。 5.地理信息系统与一般计算机制图系统的区别： ①有无空间分析功能 ②地理信息系统的图形处理偏重于地理空间中的自然形态及其关系；而一般制图系统更擅长规则 的、有数学表达的形体的图形处理，因而非常适合于工程设计及工程图绘制。 6.地理信息系统的基本功能： ①数据采集和输入 投影变换的知识 1 地图投影，是GIS知识体系中重要的组成部分，每个GIS软件都会涉及到这一部分知识，并不是只有MAPGIS软件中才有，MAPGIS软件中的投影变换相比国外的软件更具有针对性，更符合我们国家的国情，比如标准框等我这里只是给大家说说我对投影变换的一个理解，讲很多的知识点串起来，不正确的地方，还请大家给予批评指正 投影变换，我个人理解，就是对投影进行变换只要把握住了这个核心的思想，其他的就不在那么难理解了那么下面就要搞清楚两个问题，就是什么是投影？为什么要进行投影？然后再来理解如何变换 那么什么是投影呢？ 我们知道，地球是一个近似于梨型的不规则椭球体，而GIS软件所处理的都是二维平面上的地物要素的信息所以首先要考的一个问题，就是如果如何将地球表面上的地物展到平面上去 最简单的一个方法，或者说是最容易想到的一个方法就是将地球表面沿着某个经线剪开，然后展成平面，即采用这种物理的方法来实现可采用物理的方法将地球表面展开成地图平面必然产生裂隙或褶皱，大家可以想象一下，如果把一个足球展成平面的，会是什么结果所以这种方法存在着很大的误差和变形，是不行的 那么我们就可以采用地图投影的方法，就是建立地球表面上的点与地图平面上点之间的一一对应关系，利用数学法则把地球表面上的经纬线网表示到平面上，这样就可以很好的控制变形和误差凡是地理信息系统就必然要考虑到地图投影，地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性，在各类地理信息系统的建立过程中，选择适当的地图投影系统是首先要考虑的问题 所以一句话，投影：就是建立地球表面上点（Q，）和平面上的点（ｘ，ｙ）之间的函数关系式的过程 这时候就有一个问题要问了，就是随着地图制图理论及科学技术的不断发展，就会有不同的国家，不同的人，提出了不同的数学法则这就表示存在着很多的投影方式有时候我们需要将不同的投影方式变换成同一种投影方式，或者将不同的投影参数，变换成相同的投影参数，这都需要进行投影变换 所以一句话，投影变换：就是将不同的地图投影函数关系式变换的过程 在MAPGIS中的投影变换的定义如下：将当前地图投影坐标转换为另一种投影坐标，它包括坐标系的转换不同投影系之间的变换以及同一投影系下不同坐标的变换等多种变换 下面我们就来看看投影和变换过程中所涉及到的知识点 地球椭球体 地图投影是指建立地球表面上点（Q，）和平面上的点（ｘ，ｙ）之间的函数关系式的过程那我们先来看看，如何在地球表面上表示地物要素的空间信息只有先将地球表面上的地物要素的空间信息描述好了以后，在将它们通过函数关系式，投影到地图平面上去，这样才可以进行空间分析或者其它的运算 我们知道：如果要描述地物要素的空间信息，或者不同地物要素之间的相对空间关系，首先要在地球上建立一个参考系，只有建立了参考系，才能去准确的描述每个地物的坐标等信息这涉及到很多地球的形状及椭球体方面的知识 1地球的形状 地球自然表面是一个起伏不平十分不规则的表面，有高山丘陵和平原，又有江河湖海地球表面约有71%的面积为海洋所占用，29%的面积是大陆与岛屿陆地上最高点与海洋中最深处相差近20 公里这个高低不平的表面无法用数学公式表达，也无法进行运算所以在量测与制图时，必须找一个规则的曲面来代替地球的自然表面当海洋静止时，它的自由水面必定与该面上各点的重力方向（铅垂线方向）成正交，我们把这个面叫做水准面但水准面有无数多个，其中有一个与静止的平均海水面相重合可以设想这个静止的平均海水面穿过大陆和岛屿形成一个闭合的曲面，这就是大地水准面 地理信息系统教程 第一章绪论 1．信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。具有采集、管理、分析和表达数据的能力。 2．地理信息系统：GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题3．GIS与IS之间的区别：GIS是空间数据和属性数据的联合体。 4．GIS系统五个基本组成部分：⑴硬件系统，各种设备-物质基础；⑵软件系统，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；⑶数据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础；⑷应用人员，GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；⑸应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在 5．地理信息系统基本功能：⑴数据采集与编辑；⑵数据存储与管理；⑶数据处理和变换； ⑷空间分析和统计；⑸产品制作与显示；⑹二次开发和编程 6．地理信息系统应用功能：资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策 第二章地理信息系统的空间数据结构和数据库 1．地理实体：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概括性，复杂性，相对性的概念。 2．地理实体的特征：⑴属性特征——用以描述事物或现象的特性；⑵空间特征——用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系；⑶时间特征——用以描述事物或现象随时间的变化 3．地理实体数据的类型：⑴属性数据——描述空间对象的属性特征的数据；⑵几何数据——描述空间对象的空间特征的数据；⑶关系数据——描述空间对象之间的空间关系的数据4．点：有特定位置；线：具有相同属性的点的轨迹，由一系列的有序坐标表示；面：对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。由封闭曲线加内点来表示；体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性 5．空间数据结构：是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。其分为基于矢量的数据结构和基于栅格的数据结构两种基本类型 6．矢量数据获取方式：⑴通过外业测量获得，利用测量仪器记录测量结果，然后转换到地理数据库中；⑵跟踪数字化，用跟踪数字化的方式把地图变成离散的矢量数据；⑶间接获取：a栅格数据转换b空间分析 7．矢量数据结构：通过记录空间对象的坐标及其空间关系来表达地理实体的一种数据结构。8．栅格数据结构：是指将地表区域划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值。 9．栅格数据获取途径：手工获取；扫描仪扫描；由矢量数据转换而来；遥感影像数据；格网DEM数据 10．拓扑关系：是一种对空间结构关系进行明确定义的方法，指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。 11．拓扑元素量、质不变及相互关系——欧拉公式：c + L = A+P（P: 点数；L: 线数；A: 面数；c: 常数，为多边形地图特征，若A包含边界里面和外面的多边形，则c=2；若A仅包含边界内部多边形，则c=1） 12．矢量和栅格数据结构的比较：⑴矢量数据结构优点：便于面向现象(土壤类型等)的数据 实验报告实验项目3：空间分析综合实验课程：_GIS软件及其应用 实验指导 空间分析综合实验 所属课程名称：GIS软件及其应用 实验属性：综合 实验学时：6 （1）指导思想 在具体工作中会遇到空间分析的问题，本实验拟解决两个实际的问题，通过问题的解决，让同学熟练掌握软件的相关功能，开阔解决问题的思路。 （2）实验目的和要求 目的和要求： 1、掌握空间分析的基本方法 2、掌握图件中相关属性的转移办法 3、掌握图件空间分析求的相关面积和影响测算方法 4、解决实际工作中容易碰到的问题 一、实验步骤 (一)矢量化房屋与湖面。 将数据文件导入新建的文件工程中，在“工程文件”列表中单击右键，选择“新建区”，使用【区编辑】|【输入弧段】工具，照着已有的房屋矢量化。完成后选择【区编辑】|【区编辑】|【输入区】，再单击各个房屋即可得到区文件，命名为“房屋”。 使用相同的办法新建一个区文件，矢量化湖泊，并且命名为“湖泊”。结果如图1. 图1 (二)将居民数、楼房号变成相应属性 在区文件“房屋”的属性中添加字段“楼房号”与“居民数”，并输入如图2的数据。其中居民数应该使用整型字段而不是双精度，因为人数不可能出现小数位，只是当时没有在意这点，好在也不影响结果。 图2 将点文件的楼房号与居民数分别输入到区文件“房屋”的相应字段中。打开【库管理】|【属性库管理】，在菜单栏中点击【文件】|【装区文件】，将“房屋”打开，选择【属性】|【编辑单个属性】|【编辑单个区属性】，在弹出的对话框中一个个输入对应值。如图3. 输入完成后最终结果如图4. 图3 图4 输入属性这个步骤，本来应该使用属性表连接的方式比较快，不过在这个实验中，两个点文件本身都没有自带的相应属性，所以用不成。如果两个点文件自带属性，那么属性表连接具体步骤如下：打开点文件，点击【属性】|【属性输出】，选择 id、居民点、楼房号属性。输出类型为默认的mapgis表格（*.wb），输出文件则 自己设置，再打开需要连接这两种属性的区文件“房屋”，点击【属性】|【属性 连接】，在弹出的对话框，“连接文件”选择区文件“房屋”，“被连文件”则选择刚刚的表格文件，根据字段连接，在“连入字段”框框中选择需要的字段，确定即可。如下图。 地理信息系统导论考试重点 1、地理信息系统 地理信息系统是由计算机硬件、原件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 2、拓扑关系 描述两个对象之间在拓扑变化（及发生缩放、旋转、拉伸等变形）下保持不变的几何属性（即图形关系保持不变），用来表示要素间的连通性或邻接性的关系。 3、空间索引 依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间实体的概略信息，如标识码、最小外接矩形以及存储地址。 4、元数据与空间元数据 元数据就是“关于数据的数据”，它反映了某项数据自身的一些特征。 空间元数据是指在空间数据库中用于描述空间数据的内容、质量、表示方法、空间参考和管理方式等特征的数据，是实现地理空间信息共享的核心标准之一。 5、叠合分析 在统一的空间参照系统下，将同一地区的两个不同地理特征的空间和属性数据重叠相加，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。 6、泰森多边形（V oronoi） 将已知的离散分布的数据点连接成三角形，做三角形各边的垂直平分线，每个数据点周围的若干垂直平分线便围成一个多边形，该多边形即为泰森多边形。 7、矢量数据结构 基于矢量模型的数据结构称为矢量数据结构。矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。 8、栅格数据结构 栅格数据结构实际上就是像元阵列，像元的行列号确定位置，用像元值表示 空间对象的类型、等级等特征，每个栅格单元只能存在一个值（行、列、像元值）9、矢量数据的输入与编辑 跟踪数字化 扫描矢量化 数字测图仪 数据结构转换 10、栅格数据的输入与编辑 图像扫描 遥感解译 数据结构转换 11、矢量数据的优缺点 优点： 便于面向实体的数据表达； 数据结构紧凑，冗余度底； 拓扑关系有利于网络分析、空间查询等。 缺点： 数据结构复杂； 软件实现的技术要求比较高； 多边形等叠合分析相对困难。 12、栅格数据的优缺点 优点： 数据结构相对简单； 空间分析较容易实现； 有利于遥感数据的匹配应用和分析。 缺点： 数据量大，冗余度高，需要压缩处理； 定位精度比矢量低； 拓扑关系难以表达。 13、图像数据矢量化方法 实验4-1、空间分析基本操作 一、实验目的 1. 了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。 2. 掌握矢量数据与栅格数据间的相互转换、 栅格重分类(Raster Reclassify)、 栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator)、 面积制表（Tabulate Area）、 分区统计(Zonal Statistic)、 缓冲区分析(Buffer) 、采样数据的空间内插(Interpolate)、 栅格单元统计（Cell Statistic）、 邻域统计（Neighborhood）等空间分析基本操作和用途。 3. 为选择合适的空间分析工具求解复杂的实际问题打下基础。 二、实验准备 预备知识： 空间数据及其表达 空间数据（也称地理数据）是地理信息系统的一个主要组成部分 。空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。它是GIS 所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般通过扫描仪、键盘、光盘或其它通讯系统输入GIS。 在某一尺度下，可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素。有两种基本方法来表示空间数据：一是栅格表达; 一是矢量表达。两种数据格式间可以进行转换。 空间分析 空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。 空间分析是地理信息系统的主要特征。空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统的主要指标。 空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是情况要根据实际需要确定。 空间分析步骤 根据要进行的空间分析类型的不同， 空间分析的步骤会有所不同。通常，所有 的空间分析都涉及以下的基本步骤，具体 在某个分析中，可以作相应的变化。 空间分析的基本步骤: a) 确定问题并建立分析的目标和要满足 的条件 b) 针对空间问题选择合适的分析工具 c) 准备空间操作中要用到的数据。 d) 定制一个分析计划然后执行分析操作。 e) 显示并评价分析结果gis水平考试1级知识点
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