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GIS原理与应用 复习资料GIS复习资料 一、名词解释 1.地理信息：指与研究对象的空间地理分布有关的信息。它表示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图、文、声、像等的总称。 2.地理数据：是各种地理特征和现象间关系的数字化表示，包括空间位置、属性信息、时空特征。 3.地理实体-GIS处理对象：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。 4.地理信息系统：一种特定的十分重要的空间信息系统，是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层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。 5.拓扑关系：指图形在保持连续状态下的变形，但图形关系不变的性质。 6.矢量数据结构：矢量数据结构是对矢量数据模型进行组织的。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。尽可能精确地表示点、线、多边形等实体；坐标空间设为连续,允许任意位置、长度和面积的精确定义。 7.栅格数据结构：又称为网络结构或像元结构，是将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列,在各个网格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 。 8.数据压缩：是指从所取得的数据集合中抽出一个子集，使得该子集在规定的精度范围内较好地逼近原集合，且尽可能降低其数据量的数据处理过程。是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一项技术。 9.影像金字塔：指在统一的空间参照下，根据用户需要以不同分辨率进行存储与显示，形成分辨率由粗到细、数据量由小到大的金字塔结构。影像金字塔结构用于图像编码和渐进式图像传输，是一种典型的分层数据结构形式，适合于栅格数据和影像数据的多分辨率组织，也是一种栅格数据或影像数据的有损压缩方式。 10.空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总合，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。 11.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1 过程。 12.空间叠置分析：是指在统一的空间参照系统条件下，将同一地区的两组或两组以上的图层要素进行叠置，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分析方法。 13.缓冲区分析：指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或者主体对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解决邻近度问题的空间分析工具之一。基本类型：点缓冲区、线缓冲区、面缓冲区。 14.聚类分析：栅格数据的聚类、聚合分析是指将一个单一层面的栅格数据系统经某种换而到的一个具有新含义的栅格数据系统的数据处理过程。 栅格数据的聚类分析是根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提取而建立的新的栅格数据系统的方法。 栅格数据的聚合分析是根据空间分辨力和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。 14.窗口分析：指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。 15.网络分析:一个由点线的二元关系构成的系统，通常用来描述某种资源或物质在空间上的运动。如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的花费时间最短等，研究内容主要包括选择最佳路径，选择最佳布局中心的位置，资源分配，结点弧段的遍历等。 16.资源分配主要是优化配置网络资源的问题，资源分配的目的是对若干服务中心，进行优化划定每个中心的服务范围，把所有连通链都分配到某一中心，并把中心的资源分配给这些链以满足其需求，也即要满足覆盖范围和服务对象数量，筛选出最佳布局和布局中心的位置。资源分配网络模型由中心点(分配中心)及其状态属性和网络组成。 17.空间索引：指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。 18.数据采集：就是运用各种技术手段，通过各种渠收集数据的过程。GIS的数据采集包括两个方面内容：空间数据的采集和属性数据的采集。 2 19.多源分类编码法：又称独立分类编码，指对一个特定分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各数字代码之间并没有隶属关系。 20.图形编辑：又叫数据编辑、数字化编辑，是指对地图资料数字化后的数据进行编辑加工，其主要的目的是在改正数据差错的同时，相应地改正数字化资料的图形，数据编辑是数据处理的主要环节，并贯穿于整个数据采集与处理过程。 21.DTM：为数字地形模型，是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型，简称DEM。 22.DEM 数字高程模型：是一种空间地形连续变化的表示方法，通常按照一定的格网间隔采集地面高程而建立的规则格网高程数据库模型。 23.空间数据质量：是指空间数据在表达空间位置、属性特征以及时间信息时能够达到的准确性、一致性、完整性，以及三者之间统一性的程度。 24.空间分辨率：两个可测量数值之间最小的可辨识的差异。 25.不确定性：包括空间位置的不确定性、属性不确定性、时域不确定性、逻辑上的不一致性以及数据的不完整性。 26.坡度：水平面与局部地面夹角的正切值；坡向：变化比率最大值的方向。 27.专题地图：表示专题信息的地图，它着重反映自然和社会经济现象中的某一方面特征。 28.WebGIS：通过互联网技术扩展和完善GIS的一项新技术，其基本思想是在互联网上提供地理信息，让用户通过浏览器浏览和获得GIS中的数据和功能服务。 29.元数据，是指地理的数据和信息资源的描述性信息，它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。 二、填空题 1.地理信息系统：是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的空间信息系统。 2.地理信息特征：空间分布性、数据量大、信息载体的多样性。 3.GIS的组成：硬件系统、软件系统、地理空间数据和应用人员和应用模型。 4.地理空间分析的三大要素：空间位置、属性、时间 5.GIS的基本功能：采集、编辑与处理、数据存储和管理、空间查询和空间分析、数据输出。 3 6.地理空间三种认知模型：基于对象的模型、基于网络的模型、基于域的模型。 7.地图3要素：点状要素、线状要素、面状要素。 8.空间数据的拓扑关系：是指图形在保持连续状态下的变形，但图形关系不变的性质。最常用的拓扑关系为：邻接关系、关联关系、包含关系。 9.空间元数据：是指地理的数据和信息资源的描述性信息，它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。 10.空间数据结构: 基于对象(要素)的模型：矢量模型； 基于场的模型：栅格模型。 11.栅格数据结构特点: 位置隐含、属性明显。 12.矢量数据结构特点：定位明显、属性明显。 13.矢量数据结构编码的方法：实体式、索引式、双重独立式、链状双重独立式 14.栅格化过程包括以下操作：确定栅格矩阵(行列数分辨率)；点的变换；线的变换；面的变换。 15.栅格单元的选取方法：中心点法、面积占优法、重要性法、百分比法 16.压缩栅格数据结构有4种：链式编码、游程长度编码、块状编码、四叉树结构。 17.数据格式转换方法：外部数据交换方式、标准空间数据交换方式、空间数据互操作方式。 18.空间数据压缩处理：间隔取点法、垂距法和偏角法、Douglas-Peucker方法。 19.空间索引类型：实体范围索引、格网索引、四叉树空间索引、BSP树空间索引、R树和R+树空间索引、Cell空间索引。 20.数据库中常用的数据模型： a、层次模型 b、网状模型 c、关系模型d、面向对象模型 21. 矢量数据的管理方式： 文件-关系数据库混合管理；全关系数据库管理；对象-关系数据库管理 22. 栅格数据的管理方式： 文件管理方式；文件-数据库管理方式；关系数据库管理方式 23.栅格图像的矢量化方式：软件自动矢量化、屏幕鼠标跟踪矢量化 24.属性数据的编码遵循五个原则： 1、编码的系统性和科学性 2编码的一致性和唯一性 3、编码的标准性和通用性 4、编码的简洁性 5、编码的可扩展性 25.栅格重采样方法：最邻近像元法； (2)双线性插值法；双三次卷积 26.实现数据格式的转换方式： 4 外部数据交换方式；直接数据访问方式；标准空间数据交换标准 27.图幅拼接的步骤： 1、逻辑一致性的处理 ；2、识别和检索相邻图幅；3、相邻图幅边界点坐标数据的匹配； 4、相同属性多边形公共边界的删除 28.空间查询的一般过程： 用户-输入查询内容-空间数据库-处理过程-返回查询结果用户 29空间关系查询有哪几种？ 拓扑关系查询：邻近关系查询、包含关系查询、关联关系查询、 缓冲区查询 30.DTM的空间内插方法：整体拟合法和局部拟合法 在已观测点的区域内估算未观测点的数据的过程称为内插。 整体拟合法：内插模型是基于研究区域内的所有采样点的特征观测值建立的，如趋势面分析、傅立叶级数等。 局部拟合法：仅用邻近于未知点的少数已知采样点的特征值来估算该未知点的特征值，如样条函数法、移动平均法等。 三、简答题 1、简述地理信息及其特点 地理信息(Geographic Information)是指与空间地理分布有关的信息，它表示地表物体和环境固有的数量、质量、分布特征，联系和规律的数字、文字、图形、图像等的总称，地理信息属于三维空间信息。 地理信息除了具有信息的一般特性外，还有以下独特的特性： 1、空间分布性：地理信息具有空间定位的特点，先定位后定性，并在区域上表现出分布式的特点，其属性表现为多层次性。 2、数据量大：地理信息既有空间特征，又有属性特征，且随着时间的变化而变化，具有时间特征，因此数据量非常大。 3、载体多样性：地理信息的载体除了地理实体的物质和能量本身外，还有描述地理实体的文字、数字、地图和影像符号以及纸质、磁带光盘等物理介质载体。 2、简述地理信息系统的构成及基本功能 一个实用的GIS系统，要支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能。其基本组成一般包括以下五个主要部分： 硬件：计算机主机、输入设备、输出设备、传输设备、储存设备； 软件：包括数据输入与编辑、数据管理、数据操作、数据显示与输出软件；其功能是存储、分析、显示地理数据； 数据：包括基础数据和专题数据； 人员：包括专业人员和用户； 模型：是解决各种实际问题的专业程式。 5 地理信息系统具有如下5大基本功能 1、数据采集与处理2、数据存储和管理3、制图功能4、空间查询与空间分析 5、二次开发和编程 3. 什么是数据压缩？试举出四种常用的栅格数据压缩方法。 答：1）数据压缩，是指从所取得的数据集合中抽出一个子集，使得该子集在规定的精度范围内较好地逼近原集合，且尽可能降低其数据量的数据处理过程。 2）常用栅格压缩方法有游程编码压缩法、四叉树压缩法、链式编码压缩法和块状编码压缩法等。 4. 简述空间元数据的在空间数据库管理中的主要作用。 答：确定一套地理空间数据的存在性及其位置和其对于某种应用的适宜性，确定空间数据的存储方法、表达方法和使用方法； 用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源； 帮助数据使用者查询所需空间信息，提供数据转换方面的信息。 用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心； 5.什么是拓扑关系？在GIS中引入拓扑关系有何意义？常用的拓扑关系有哪些？ 答：拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。 在GIS中引入拓扑关系对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为： 1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，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。如某县的邻接县，-面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线与哪些点关联。 3）根据拓扑关系可重建地理实体。 常用的拓扑关系有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。 6.空间数据质量的内容包含哪些？GIS数据的主要误差来源？ 答：空间数据质量包含以下基本内容： 1）位置精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的误差。 2) 属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。 3) 逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等，由几何或属性误差也会引起逻辑误差。 4) 完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性，数据层完整性，检验完整性等。 5) 现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等。 6 GIS数据的主要误差来源包括： 1）数据采集误差：如实测误差，地图制图误差，航测遥感数据分析误差误差）； 2）数据输入误差：数字化过程中操作员和设备造成的误差，某些地理属性没有明显边界引起的误差 3）数据存贮误差：数字存贮有效位不能满足； 4）数据操作误差：类别间的不明确、边界误差；多层数据叠加误差，多边形叠加产生的裂缝，各种内插引起的误差； 5）数据输出误差：比例尺误差、输出设备误差、媒质不稳定； 6）成果使用误差：用户错误理解信息、不正确使用信息。 7. 何为泰森多边形？作用？简述泰森多边形的建立步骤。 荷兰气候学家AHThiessen提出了一种根据离散分布的气象站的降雨量来计算平均降雨量的方法，即将所有相邻气象站连成三角形，作这些三角形各边的垂直平分线，于是每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形。用这个多边形内所包含的一个唯一气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，并称这个多边形为泰森多边形。 泰森多边形的特性是： 1、每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据； 2、泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近； 3、位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。 泰森多边形可用于定性分析、统计分析、邻近分析等。例如，可以用离散点的性质来描述泰森多边形区域的性质；可用离散点的数据来计算泰森多边形区域的数据；判断一个离散点与其它哪些离散点相邻时，可根据泰森多边形直接得出，且若泰森多边形是n边形，则就与n个离散点相邻；当某一数据点落入某一泰森多边形中时，它与相应的离散点最邻近，无需计算距离。 建立泰森多边形算法的关键是对离散数据点合理地连成三角网，即构建Delaunay三角网。建立泰森多边形的步骤为： 1、离散点自动构建三角网，即构建Delaunay三角网。对离散点和形成的三角形编号，记录每个三角形是由哪三个离散点构成的。 2、找出与每个离散点相邻的所有三角形的编号，并记录下来。这只要在已构建的三角网中找出具有一个相同顶点的所有三角形即可。 泰森多边形的建立 7 3、对与每个离散点相邻的三角形按顺时针或逆时针方向排序，以便下一步连接生成泰森多边形。设离散点为o。找出以o为顶点的一个三角形，设为A；取三角形A除o以外的另一顶点，设为a，则另一个顶点也可找出，即为f；则下一个三角形必然是以of为边的，即为三角形F；三角形F的另一顶点为e，则下一三角形是以oe为边的；如此重复进行，直到回到oa边。 4、计算每个三角形的外接圆圆心，并记录之。 5、根据每个离散点的相邻三角形，连接这些相邻三角形的外接圆圆心，即得到泰森多边形。对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与图廓相交，与图廓一起构成泰森多边形。 8.不规则三角网模型 TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到。所以TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但不可微。 它是根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程由连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的密度和位置，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征。TIN常用来拟合连续分布现象的覆盖表面。 四、论述题 1、已知一伐木公司，获准在某林区采伐，为防止水土流失，规定不得在河流周围 1 km 内采伐林木。另外，为便于运输，决定将采伐区定在道路周围 5km 之内。试论述：找出符合上述条件的采伐区需要那些空间数据，并描述在GIS支持下的操作步骤。 答：所需数据：区域的道路分布图、河流分布图、森林分布图； 解题步骤： 1、将该地区具有相同比例尺且进行配准的道路分布图、河流分布图、森林分布图，进行预处理和数字化； 2、利用河流分布图生成1km的等距缓冲区； 3、利用道路分布图生成5km的等距缓冲区； 4、森林分布图中可采伐林地、道路缓冲区及河流缓冲区图进行叠加，叠加条件表达式为: 采伐区 森林分布图中可伐林地 道路周围5km缓冲区 非河流周围1 km缓冲区 将上述3张图进行两两叠加，所得结果即为森林采伐图。 8