地理信息系统及工程应用复习

第一章 导论

1．数据：人类认识世界的过程中，定性或定量描述认识目标的直接记录或原始资料。包括数字、文字、符号、图形、图像。(是未加工的原始资料，是对客观对象的表示)

2．信息：是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体物理设备形式的改变而改变。 3．地理信息的特征：（1）空间特征（2）属性特征（3）时序特征

4．信息系统：具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。

5．地理信息系统：（1）一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；（2）另一方面，地理信息系统是一个技术系统，它是由计算机硬件、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。 6．地理信息系统的类型：（1）根据研究范围：全球系统，区域系统，国家系统；（2）根据研究内容：专题系统，综合系统；（3）根据其使用的数据类型：矢量系统，栅格系统，矢栅混合系统。 7． 地理信息系统的特征：（1）具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性。（2）由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。（3）计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。 8． GIS与其他系统的区别：（1）GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种特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。（2）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。（3）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的软硬件设备要复杂、系统功能要强；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MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。（4）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。

9． 地理信息系统基本功能的分类：（1）数据采集与编辑（2）数据存储与管理（3）数据处理和变换（4）空间分析和统计（5）产品制作与演示（6）二次开发和编程。 10．地理信息系统的发展概况：（一）国际GIS的发展状况：（1）开拓发展阶段（60年代）：1963年，加拿大测量学家R.T.Tomlinson首先提出GIS这一术语，建立加拿大地理信息系统（CGIS）；1969年，ESRI（环境系统研究所）建立；1969年，Integraph公司建立。 1966年美国成立城市和区域信息系统协会(URISA)。1969年又建立州信息系统全国协会(NASIS)，国际地理联合会(IGU)于1968年设立了地理数据收集和处理委员会(CGDSP)。这些组织和机构的建立，对于传播地理信息系统的知识和发展地理信息系统的技术，起了重要的指导作用。 （2）巩固发展阶段（70年代）1978年，ERDAS成立。（3）GIS技术大发展阶段（80年代）1981年，ESRI ARC/INFO GIS发布；1986年，MapInfo建立。（4）GIS应用普及阶段。（90年代至现在）。（二）我国GIS的发展状况：（1）起步发展阶段（70年代）：1980年中科院遥感所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志，我国开始了地理信息系统研究和应用。（2）试验阶段（80年代）：1985年中科院成立了“资源与环境信息系统国家重点实验室”。1988年武测建立了“信息工程专业”和“测绘遥感信息工程国家重点实验室”。（3）全面发展阶段（80年代末到90年代以来）北大、地大、武测、中科院地理所等单位开发了具有自主知识产权的地理信息系统基础软件，CityStar、MapGIS、GeoStar、SuperMap。 11．GIS的应用领域（至少记住4个）：（1）区域和城乡规划（2）灾害监测 （3）环境评估 （4）作战指挥 （5）交通运输 （6）宏观决策（7）商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域（8）资源管理。

第二章 地理信息系统的数据结构

1．地理空间的概念：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。

2．矢量数据：用欧氏空间的点、线、面等几何元素来表达空间实体的几何特征的数据。

3.栅格数据：将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示空间实体的一种数据组织形式。

4.4D数据的分类：（1）.数字线划图(DLG)数据（2）数字栅格图(DRG)数据（3）数字高程模型(DEM)数据（4）数字正射影像(DOM)数据

5.地理空间数据的基本特征：

（1）空间特征

（2）属性(专题)特征

（3）时间特征

6.用二维表表示空间数据的拓补关系，具体见书P45-P46与课件第二章 地理信息系统的数据结构2.4-2.6中12-17页。

7.数据结构：即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。

8.空间数据结构：是指适合于计算机存储、管理和处理的地理空间数据逻辑结构。是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。

9.栅格数据结构：基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，又称网格结构或像元结构，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方式。

10：矢量数据结构：基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构

11.矢量与栅格数据结构的比较：

第三章 空间数据处理

1.遥感概念：就字面含义可以解释为遥远的感知。它是一种远离目标，在不与目标对象直接接触的情况下，通过某种平台上装载的传感器获取其特征信息，然后对所获取的信息进行提取、判定、加工处理及应用分析的综合性技术。

2.地图数字化的操作方式：（1）手工键盘输入（2）跟踪数字化输入（3）扫描数字化输入

3．我国GIS常用的地图投影配置：

（1）我国基本比例尺地形图(1：100万、1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5、1：1万、1：5000)，除1：100万外均采用高斯—克吕格投影为地理基础

（2）我国1：100万地形图采用了Lambert投影，其分幅原则与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致。

（3）我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影(正轴等面积割圆锥投影)

（4）Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离(即大圆航线)表现为近于直线，这有利于地理信息系统中空间分析量度的正确实施。

4.遥感与GIS数据的融合方法：

（1）遥感影像与数字线划图的融合：经过正射纠正后的遥感影像，与数字线划图信息融合，可产生影像地图。这种影像地图具有一定的数学基础，有丰富的光谱信息与几何信息，又有行政界线和属性信息，直接提高了用户的可视化效果。

（2）遥感影像与数字地形模型的融合：数字地形模型与遥感影像的融合，有助于实施遥感影像的几何校正与配准，消除遥感影像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遥感影像的定位精度，同时数字地形可参与遥感影像的分类，改善分类精度。

（3）遥感影像与数字栅格图的融合：将数字栅格地图与遥感影像配准叠合，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实现空间数据库的自动/半自动更新。

第四章 地理信息系统空间数据库

1． 空间数据库概念：地理信息系统的数据库(简称空间数据库)是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合。

2． 空间数据库特点：（1）数据量特别大（2）数据种类多、复杂（3）数据应用面相当广 3． 数据模型的概念：

（1）数据模型是数据库系统中关于数据和联系的逻辑组织的形式表示。

（2）每一个具体的数据库都是由一个相应的数据模型来定义。每一种数据模型都以不同的数据抽象与表示能力来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方式。数据模型的主要任务就是研究记录类型之间的联系。

（3）目前，数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型，其中应用最广泛的是关系模型。

4． 数据库领域采用的数据模型的三种模型的优缺点： （一）层次模型：

优点：（1）存取方便且速度快（2）结构清晰，容易理解（3）检索关键属性十分方便。

缺点：（1）由于层次结构的严格限制，对任何对象的查询必须始于其所在层次结构的根，使得低层次对象的处理效率较低，并难以进行反向查询。数据的更新涉及许多指针，插入和删除操作也比较复杂。母结点的删除意味着其下属所有子结点均被删除，必须慎用删除操作。（2）层次命令具有过程式性质，它要求用户了解数据的物理结构，并在数据操纵命令中显式地给出存取途径。（3）模拟多对多联系时导致物理存贮上的冗余。（4）数据独立性较差。 （二）网状模型：

优点：可以描述现实生活中极为常见的多对多的关系，其数据存贮效率高于层次模型

缺点：（1）网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难。它要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自身所处的位置。（2）网状数据操作命令具有过程式性质。（3）不直接支持对于层次结构的表达。 （三）关系模型： 优点：（1）能够以简单、灵活的方式表达现实世界中各种实体及其相互间关系，使用与维护也很方便 。关系模型通过规范化的关系为用护提供一种简单的用户逻辑结构。（2）关系模型具有严密的数学基础和操作代数基础——如关系代数、关系演算等，可将关系分开，或将两个关系合并，使数据的操纵具有高度的灵活性。（3）在关系数据模型中，数据间的关系具有对称性，因此，关系之间的寻找在正反两个方向上难度程度是一样的。

缺点：（1）不具备管理多种类型数据对象的能力；不适合于管理复杂对象的要求，它不允许嵌套元组和嵌套关系存在。（2）用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时，需对对象进行不自然的分解，从而在存贮模式、查询途径及其操作等方面均显得语义不甚合理。（3）实现效率不够高。由于概念模式和存贮模式的相互独立性，按照给定的关系模式重新构造数据的操作相当费时。另外，实现关系之间联系需要执行系统开销较大的联接操作。

5.面向对象技术的概念：（1）对象是对客观世界实体的抽象描述，由信息（数据）和对数据的操作组合而成。一个对象就是一个具有名称标识并有自身的状态与功能的实体。（2）类是对多个相似对象共同特性的描述。属于同一类的所有对象共享相同的属性项和方法，每个对象都是这个类的一个实例，即对象与类的关系是instance—of的关系。（3）方法和消息对一个类所定义的所有操作称为方法。对类的操作是由方法来具体实现的，而对象间的相互联系和通信的唯一途径是通过“消息”传送来实现。消息是对象与对象之间相互联系、请求、协作的途径。（4）继承：从某类对象得到另一类对象的特征和能力。如饭店子类从建筑物类继承地址、建筑日期等属性。引入类的继承，就出现了类的层次结构，也就有了超类（基类）、子类（派生类）的概念。

6.地理信息系统数据库设计：（1）需求分析（2）概念化设计（3）详细设计（4）项目实施

第五章 空间分析的原理与方法

1.数字地形模型（DTM）在形式上可以分为：（1）规则格网(GRID)（2）不规则三角网(Triangulated Irregular Network,TIN)（3）数字等高线、等深线、地形特征线(如山脊线、谷底线)等

2.空间信息分析的基本方法：（1）空间信息量算（2）空间叠合分析（3）缓冲区分析（4）网络分析 3.缓冲区分析的概念：缓冲区分析是根据分析对象的点、线、面实体，自动建立其周围一定距离的缓冲区多边形实体，用以识别这些实体对邻近对象的辐射范围或影响度，以便为某项分析或决策提供依据。它是GIS重要的和基本的空间操作功能之一。

4.网络分析的概念：网络分析是通过模拟分析网络的状态以及资源在网络上的流动和分配等，依据网络拓扑关系，以数学理论为模型，研究网络结构、流动效率以及网络资源等优化问题的领域。

第六章 地理信息系统的应用模型

1．不可行的开发策略：（1）组织机构法（2）数据库方法（3）想象系统法

2．可行的开发策略：（1）“自上而下”方法（2）“自下而上”方法（3）综合方法（4）企业系统规划法

3.企业系统规划法：

概念：一个信息系统应是先“自上而下”地识别，再“自下而上”设计。企业系统规划法对大型系统所采用的基本方法是“自上而下”地识别系统目标、识别企业过程、识别数据， “自下而上”地分步设计系统。

特点：这样既可以解决大规模信息系统难以一次设计完成的困难，也可以避免“自下而上”分散设计可能出现的数据不一致问题、重新系统化问题和相互无关的设计问题。 4.GIS开发步骤：（1）前期准备（2）系统设计（3）施工（4）运行 5.GIS软件平台开发方案：

（一）全部自行开发：（1）根据系统需要的功能，编写所有的程序。用这种方式建立的系统外壳，其各组成部分之间的联系最为紧密、综合程度和操作效率最高。这是因为程序员可以对程序的各个方面进行总体控制。（2）但由于地理信息系统的复杂性，工作量是十分庞大的，开发周期长，并且其稳定性和可靠性难以保证。（3）地理信息系统发展初期一般采用这种方案，但目前地理信息系统的开发已很少采用这种方案。

（二）全部利用现有软件：（1）目前，商业化的地理信息系统通用软件和DBMS已经很成熟，模型库管理系统还在发展中，但模型分析软件包很多。编写接口程序把购买的现有软件结合起来，建成系统外壳。 （2）用这种方式开发系统外壳的周期短，工作量小，系统的稳定性和可靠性高。用户可以把精力集中在特定的专业应用上。（3）缺点是结构松散，系统显得有些臃肿，操作效率和系统功能利用率较低。这种方案目前采用的较多。

（三）部分自行开发：（1）购买部分软件，自行开发部分软件，来建设系统外壳。（2）这种方案又分为两种情况，其一，购买地理信息系统通用软件和DBMS软件，编写专业分析模型软件和接口软件，开发模型库管理信息系统；（3）其二，利用软件商提供的地理信息系统开发工具，如SDE（ESRI提供），以及应用接口工具API，结合其它开发工具进行开发。前者在目前的大型实用地理信息系统开发中较多采用。后者在目前可用来开发小型实用性地理信息系统。

第七章 地理信息系统的设计与评价

1．发展态势：

（一）技术发展方面：（1）由二维GIS向三维GIS发展；（2）由空间GIS向时空一体GIS发展；（3）地理信息建模系统(Geographic Information Modelling System - GIMS)；（4）面向对象理论与技术。 （二）社会应用方面：（1）数据标准化(Open GIS)；（2）平台网络化(Web GIS)；（3）开发组件化(COM)（4）系统集成化；（5）应用社会化。 2.3S相互作用：

3.开放式地理信息系统

（一）概念：（1）开放式地理信息系统(Open GIS)是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性，以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。（2）开放式地理信息系统是指在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口所建立起来的地理信息系统。

（二）特点：（1）互操作性：不同地理信息系统软件之间连接方便，信息交换没有障碍。（2）可扩展性：硬件方面，可在不同软件，不同档次的计算机上运行，其性能和硬件平台的性能成正比；软件方面，增加了新的地学空间数据和地学数据处理功能。（3）技术公开性：开放的思想主要是对用户公开，公开源代码及规范说明是重要的途径之一。（4）可移植性：独立于软件、硬件及网络环境，因此它不需修改便可在不同的计算机上运行。（5）兼容性：通过无缝集成技术保护用户在原有数据和软件上的投资，它将现有的信息技术和已有的地学处理软件熔为一炉；同时，它对用户是透明的，应用程序稍加修改便能在不同的平台上运行。（6）可实现性：随着操作系统、通讯技术以及面向对象方法技术在分布处理系统中的应用，开放式地理信息系统的开发将变得易于实现。（7）协同性：能够尽可能地兼容其它的信息处理技术以及共享信息技术的标准。

4.Web GIS概念：Web GIS是建立在Web技术上的一种特殊环境下的地理信息系统，利用Web技术来扩展和完整GIS的一项新技术。

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