地理信息系統(tǒng)復(fù)習(xí)提綱(修改版)

1、地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論課程復(fù)習(xí)提綱一、名詞解釋1. 地理信息指表示地理環(huán)境諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征及其相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖象和圖形等的總稱，屬于空間信息，具有多維結(jié)構(gòu)的特征，時序特征十分明顯。2. 地理信息系統(tǒng)(GIS，Geographic Information System)是一種以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，用于獲取、存儲、查詢、分析和顯示地理空間數(shù)據(jù)的計算機(jī)系統(tǒng)，是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的綜合體。3. 地理坐標(biāo)系統(tǒng)(Geographic Coordinate System)是由經(jīng)緯度定義的地球表面空間要素的定位參照系統(tǒng)，經(jīng)度和緯度都是用角度度量的。4. 地圖投影指從球形球體的地理坐標(biāo)

2、轉(zhuǎn)換到平面位置的地球表面到平面的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，其結(jié)果是以經(jīng)緯線在平面上系統(tǒng)排列來代表地理坐標(biāo)系統(tǒng)。5. 投影坐標(biāo)系統(tǒng)(Projection Coordinate System)是基于地圖投影而建立的，由大地基準(zhǔn)面和地圖投影兩組參數(shù)確定的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。6. 拓?fù)?Topology)是研究幾何對象在彎曲或拉伸等變換下仍保持不變的幾何屬性，即拓?fù)鋵傩?，用圖表或圖形來研究幾何對象排列及相互關(guān)系，能確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性、強(qiáng)化GIS分析以及執(zhí)行空間數(shù)據(jù)查詢。7. 柵格數(shù)據(jù)模型也稱基于字段的模型，是用規(guī)則格網(wǎng)來覆蓋整個空間，該格網(wǎng)的每個像元值對應(yīng)于該像元位置上空間現(xiàn)象的模型，能較好表示連續(xù)現(xiàn)象。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3、實際上就是像元陣列，由像元大小確定它的分辨率，由行列號確定它的位置，由像元值表示空間對象的類型、等級等特征。8. 無損壓縮是一種減少數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)壓縮方法，保留了像元或像素值，允許原始柵格或者圖像被精確重構(gòu)，用來分析或產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)。9. 元數(shù)據(jù)是一種提供關(guān)于空間數(shù)據(jù)信息的，對于數(shù)據(jù)進(jìn)行描述或說明的數(shù)據(jù)，說明空間數(shù)據(jù)內(nèi)容、質(zhì)量、狀況等其它有關(guān)特征的背景信息。10. 幾何變換指利用一系列控制點和轉(zhuǎn)換方程式在投影坐標(biāo)上配準(zhǔn)數(shù)字化地圖、衛(wèi)星圖像或航空相片的過程，它利用一系列控制點建立數(shù)據(jù)模型，使一個地圖坐標(biāo)系統(tǒng)與另一個地圖坐標(biāo)系統(tǒng)建立聯(lián)系，或者使影像坐標(biāo)與地理坐標(biāo)建立聯(lián)系。11. 均方根誤差(RMS E

4、rror，Root Mean Square Error)是度量幾何變換質(zhì)量的一種定量方法，它估量對控制點實際位置（真實的）與估算位置（數(shù)字化的）之間的偏差。12. 空間分析(Spatial Analysis)是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，是為解答地理空間問題而進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析與挖掘，它以地學(xué)原理為依托，通過分析算法，從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間形成和空間演變等信息。13. 緩沖區(qū)(Buffer)根據(jù)分析對象的點、線、面實體，自動建立它們周圍一定距離的帶狀區(qū)域，用以識別這些實體或主體對鄰近對象的輻射范圍或影響度，以便為某項分析或決策提供依據(jù)。14. 空間疊置分析(O

5、verlay)指在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，將同一地區(qū)、相同比例尺或相同分辨率的兩個或多個地理對象的圖層進(jìn)行疊置，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應(yīng)關(guān)系，涉及到邏輯交、邏輯并、邏輯差的運(yùn)算。15. 數(shù)字高程模型(DEM，Digital Elevation Model)是對地理空間起伏連續(xù)變化的數(shù)字表示形式，用來描述地理空間的第三維坐標(biāo)高程。DEM模型表示高程點的規(guī)則排列，通常用矩陣表示。DEM是DTM的一個子集，是DTM的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最核心部分。16. 數(shù)字地形模型(DTM，Digital Terrain Model)指帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述，是在數(shù)據(jù)庫中

6、存儲并管理的空間地形數(shù)據(jù)集合的統(tǒng)稱。17. 不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN，Triangle Irregular Network)指用一系列連續(xù)無重疊的三角形來近似模擬地球陸地表面，從而構(gòu)成不規(guī)則的三角網(wǎng)。與DEM對比，TIN是基于高程點的不規(guī)則分布。18. 空間插值(Interpolation)是指用已知點的數(shù)值來估算其他點的數(shù)值的過程，常用于將離散點的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面的過程。19. 控制點也稱已知點、樣點或觀測點，是空間插值中已知數(shù)值的點?？刂泣c的數(shù)目和分布對空間插值精讀的影響極大，空間插值的一個基本假設(shè)就是估算點的數(shù)值受到鄰近控制點的影響比較遠(yuǎn)控制點的影響更大。20. 距離倒數(shù)權(quán)重插值

7、(IDW Interpolation，Inverse Distance Weighted Interpolation)是一種精確的局部插值方法，它假設(shè)未知點的值受近距離已知點的影響比遠(yuǎn)距離已知點的影響更大。21. 薄板樣條函數(shù)(Thin-plate Splines)是一種局部插值方法，它生成一個通過控制點的表面，并使所有點連接形成的所有坡面的斜度變化最小，即基于生成最小曲率的面來擬合控制點。22. 克里金法(Kriging)是一種局部插值方法，假定屬性的空間變異包含空間相關(guān)成分，在空間相關(guān)范圍分析的基礎(chǔ)上，用相關(guān)范圍內(nèi)的采樣點來估計待插點屬性值，可用估計的預(yù)測誤差來評估預(yù)測的質(zhì)量，常用于地統(tǒng)計

8、學(xué)中進(jìn)行優(yōu)化策略。二、填空1. GIS的組成：地理空間數(shù)據(jù)、硬件、軟件、專業(yè)人員和基礎(chǔ)設(shè)施。2. GIS的坐標(biāo)系統(tǒng)大致有三種：平面坐標(biāo)系統(tǒng)（用戶自定義坐標(biāo)系統(tǒng)）、地理坐標(biāo)系統(tǒng)、投影坐標(biāo)系統(tǒng)，它們并不是完全獨(dú)立的，而且各自都有各自的應(yīng)用特點。3. 經(jīng)線和緯線的角度可以用度-分-秒(DMS)、十進(jìn)制表示的度數(shù)(DD)或弧度(rad)表示。4. 我國北京-54坐標(biāo)采用了克拉索夫斯基橢球體，大地原點是原蘇聯(lián)的普爾科沃，大地高程是以1956年青島驗潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)；西安-80坐標(biāo)采用了IUGG 1975橢球體，大地原點定在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，大地高程為1985年修正值（比前者高出29 mm

9、）；而全球定位系統(tǒng)(GPS)則采用了WGS 84橢球體。5. 地理格網(wǎng)(Grids)分為經(jīng)緯網(wǎng)(Graticule)和方里網(wǎng)(Measured Grid)。6. 地圖投影可根據(jù)投影面類型分為方位投影、圓柱投影和圓錐投影；根據(jù)投影所保留的性質(zhì)可分為正形投影、等積投影、等距投影和等方位投影。7. 一般而言，一種地圖投影包括5種參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)線（標(biāo)準(zhǔn)緯線/標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)線）、主比例尺、比例系數(shù)、中心線、橫坐標(biāo)東移和縱坐標(biāo)北移。8. 我國國家地形圖基本比例尺除了1：100萬是使用蘭伯特投影外，其余均使用高斯-克呂格投影，其中1：1萬地形圖使用3°分帶，其余使用6°分帶。9. 高斯-克呂格投影的

10、Scale Factor為1，UTM投影的Scale Factor為0.9996。10. 矢量數(shù)據(jù)模型中，Coverage（有拓?fù)洌┖蚐hapefile（非拓?fù)洌儆诘乩硐嚓P(guān)數(shù)據(jù)模型，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分別貯存在鏈接的分離系統(tǒng)。Geodatabase（有拓?fù)洌儆诿嫦驅(qū)ο髷?shù)據(jù)模型，基于對象數(shù)據(jù)模型將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)貯存在一起。11. 地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型用兩個獨(dú)立的系統(tǒng)分別存儲空間和屬性數(shù)據(jù)：用圖形文件存儲空間數(shù)據(jù)，用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲屬性數(shù)據(jù)。一般要用要素標(biāo)識碼(ID)對兩者進(jìn)行鏈接，空間和數(shù)據(jù)兩部分必須同步才能進(jìn)行查詢、分析和數(shù)據(jù)顯示。12. 矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)稱為柵格化，柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量

11、數(shù)據(jù)稱為矢量化。13. 為了保證幾何變換的精度，控制點的均方根誤差必須控制在一定的容差值內(nèi)，如一景地面分辨率是30 m的TM影像需要使RMS誤差小于1個像元。14. 建立緩沖區(qū)的算法包括角平分線法和凸角圓弧法。緩沖距離（緩沖大?。┪幢貫槌?shù)，也可以根據(jù)給定字段的取值而變化。15. 柵格數(shù)據(jù)分析中常包括4種類型：局域運(yùn)算、鄰域運(yùn)算、分區(qū)運(yùn)算和自然距離量測。局域運(yùn)算由單個或多個輸入柵格通過關(guān)系函數(shù)得到新柵格；鄰域類型有矩形、圓形、環(huán)形和楔形。16. 最大z容差算法選取高程點的常用算法是得朗奈(Delaunary)三角測量法。17. 地形制圖技術(shù)主要有：等高線法、垂直剖面法、地貌暈渲法、分層設(shè)色法和

12、透視圖法。18. “GIS之父”R. F. Tomlinson（羅杰·湯姆林森）在1963年開發(fā)出第一個可操作的GISCGIS（加拿大地理信息系統(tǒng)）。19. 有一點實體P，其矢量坐標(biāo)為P（10.5，16.2），若有15*15的格網(wǎng)，其每個格網(wǎng)邊長為2，則P點柵格的行列坐標(biāo)為（8，5）。三、簡答或分析1. GIS的基本功能(1) 數(shù)據(jù)的采集、檢驗與編輯（數(shù)據(jù)獲?。?2) 數(shù)據(jù)的格式化、轉(zhuǎn)換、概化（數(shù)據(jù)操作）(3) 數(shù)據(jù)的組織與管理(4) 數(shù)據(jù)分析（其中空間分析是地理信息系統(tǒng)的核心功能）(5) 顯示2. GIS的應(yīng)用(1) 土地利用遙感動態(tài)監(jiān)測(5) 城市交通GIS(2) 海洋漁業(yè)GIS

13、(6) 警用GIS(3) 基于地理信息系統(tǒng)的滑坡風(fēng)險評價(7) 醫(yī)療機(jī)構(gòu)信息查詢與分析(4) 城市、區(qū)域規(guī)劃和地籍管理(8) 個人應(yīng)用3. 墨卡托投影的特點墨卡托投影是正軸等角切圓柱投影，經(jīng)緯線相互垂直，經(jīng)線相互平行且間隔相等，緯線間隔自投影中心向兩極逐漸增大。它的面積變形最大，在緯度60°地區(qū)，經(jīng)緯線都擴(kuò)大了2倍，面積比擴(kuò)大了4倍，且愈接近兩極，經(jīng)緯線擴(kuò)大的越多。到了緯度80°經(jīng)緯線都擴(kuò)大近6倍，面積比擴(kuò)大33倍，所以墨卡托投影在80°以上高緯通常不繪。4. 高斯-克呂格投影與UTM投影的特點對比 (1) 高斯-克呂格投影是橫軸等角切橢圓柱投影，中央經(jīng)線和赤道投

14、影為互相垂直的直線且為投影的對稱軸，無角度變形，中央經(jīng)線無長度變形，除赤道外其余緯線為曲線且對稱于赤道。緯線間隔自赤道向兩極增大，在赤道上經(jīng)線間隔自中央經(jīng)線向東西兩側(cè)遞增。為了保證精度，高斯-克呂格投影采用3°或6°分帶投影，長度變形0.14 %。(2) UTM投影即通用橫軸墨卡托投影，是橫軸等角割圓柱投影，除了中央經(jīng)線投影后的長度比變?yōu)?.9996以外其余性質(zhì)跟高斯-克呂格投影一樣，是美國等國家地形圖使用的主要投影方式。UTM投影也采用6°分帶投影，長度變形0.04 %，但起算子午面卻是從西經(jīng)180°起每隔經(jīng)差6度自西向東分帶，將地球劃分為60個投影帶

15、。5. 蘭伯特投影和阿伯斯投影的特點對比(1) 蘭伯特(Lambert)投影：雙標(biāo)準(zhǔn)緯線(正軸)等角割圓錐投影，自赤道起按緯差4°分帶，北緯84°以北和南緯80°以南采用等角方位投影。無角度變形，兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線上沒有變形，緯線間隔自圓心向扇形邊緣減少，經(jīng)線間隔自對稱軸向邊沿增大，超過標(biāo)準(zhǔn)緯線的緯度間距將增加。(2) 阿伯斯(Albers)投影：正軸等積割圓錐投影，角度變形大，投影區(qū)域面積保持與實地相等。緯線間距自圓心向扇形邊緣減少，經(jīng)線間距自對稱軸向東西兩側(cè)遞增。(3) 我國大部份省區(qū)圖以及大多數(shù)這一比例尺的地圖也多采用Lambert投影和屬于同一投影系統(tǒng)的Albe

16、rs投影。6. 多光譜波段的衛(wèi)星影像存儲格式(1) 波段序列(.bsq)法：將每一波段的衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲為一個圖像文件，如一副影像有7個波段，那么該數(shù)據(jù)集則具有7個連貫的文件，每個波段對應(yīng)一個文件。(2) 波段依行交替(.bil)法：將所有波段的值按行存儲在一個文件中，如：行1，波段1；行1，波段2行2，波段1；行2，波段2(3) 波段依像元交替(.bip)法：將所有波段的值按像元存入一個文件中，如：像元(1，1)，波段1；像元(1，1)，波段2像元(2，1)，波段1；像元(2，1)，波段27. 柵格數(shù)據(jù)模型(1) 衛(wèi)星圖像(6) 土地覆被數(shù)據(jù)(2) USGS的數(shù)字高程模型(7) 二值掃描文件(3

17、) 非USGS的數(shù)字高程模型(8) 數(shù)字柵格圖(4) 全球數(shù)字高程模型(9) 圖形文件(5) 數(shù)字正射影像(10) 特定GIS軟件的柵格數(shù)據(jù)8. 柵格數(shù)據(jù)的壓縮編碼技術(shù)/無損壓縮的方法（實例分析）(1) 鏈?zhǔn)骄幋a(Chain Codes)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：起點行列號，單位矢量，如R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3(2) 游程長度編碼(Run-Length Codes)：逐行編碼，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：行號，屬性，重復(fù)次數(shù)，如1, A, 4, R, 1, A, 3(3) 塊式編碼(Block Codes)：以正方形區(qū)域為記錄單元，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：初始位置, 半徑, 屬性，如(1,1,3,A),(1,4,1,A

18、),(1,5,1,R), (1,6,2,A) (4) 四叉樹編碼(Quadtree Codes)：用遞歸分解法不斷續(xù)分直至四叉樹的每個象限中僅有一個像元值，其中0NW，1SW，2SE，3NE。9. 柵格模式與矢量模式比較項目柵格模式矢量模式優(yōu)點1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單2、疊加操作更易實現(xiàn)、更有效3、能有效表達(dá)空間可變性4、便于做圖像的有效增強(qiáng)1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更嚴(yán)密2、提供有效的拓?fù)渚幋a，便于拓?fù)洳僮?、圖形輸出美觀缺點1、數(shù)據(jù)量大，需要壓縮2、難以表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系3、圖形輸出不美觀，有鋸齒1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜2、疊加操作不方便3、表達(dá)空間變化性能力差4、不能做增強(qiáng)處理10. 建立緩沖區(qū)的應(yīng)用(1) 作為保護(hù)區(qū)并被

19、應(yīng)用于規(guī)劃或管理目的，如政府規(guī)定河流兩岸2英里以內(nèi)的區(qū)域為緩沖區(qū)，區(qū)內(nèi)禁止砍伐，減少水土流失；河流緩沖區(qū)、岸邊地帶或植被種植過濾帶等；(2) 可以作為中立地帶，解決矛盾沖突；(3) 表示包含區(qū)或研究區(qū)，緩沖區(qū)本身成為分析對象，如道路緩沖區(qū)可用于研究森林火災(zāi)風(fēng)險；(4) 作為一種采樣方法，如對河網(wǎng)按規(guī)則間距建立緩沖區(qū)，可以用河網(wǎng)距離函數(shù)對木本植被成分和模式進(jìn)行分析。11. 地圖疊置方法（繪簡圖說明，P244）(1) Union（聯(lián)合）：保留了來自輸入圖層中的所有要素，輸出圖層的區(qū)域范圍對應(yīng)于兩幅輸入圖層合并后的區(qū)域范圍，要求兩幅輸入圖層均為多邊形圖層。(2) Intersect（求交）：僅保留兩

20、個圖層共同區(qū)域范圍的要素，輸入圖層不限，疊置圖層是多邊形，當(dāng)同時輸入幾個圖層屬不同維度時，最終輸出的是最低維度的相交圖層。(3) Symmetrical difference（對稱差異/均勻差值）：僅保留輸入圖層各自獨(dú)有的區(qū)域范圍內(nèi)的要素，要求兩個輸入圖層均為多邊形圖層。(4) Identity（識別）：僅僅保留由輸入圖層定義的區(qū)域范圍內(nèi)的要素，輸入圖層可含點、線或多邊形，而識別圖層必須是多邊形圖層。12. 地圖疊置分析中主要的要素操作方法（繪簡圖說明，P256-257）(1) Clip（剪?。阂约羟袌D層的區(qū)域范圍將輸入圖層進(jìn)行剪切，生成一副只包含落在剪切圖層區(qū)域范圍內(nèi)的輸入圖層要素（包含屬

21、性）。輸入圖層不限，剪取圖層必須是多邊形。(2) Append（拼接）：把兩個或多個圖層拼接在一起生成一個新圖層，具有相同的要素和屬性，可作為一個圖層來進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢或顯示。(3) Update（更新）：進(jìn)行多邊形整合，輸出圖層為一個經(jīng)刪除處理后的圖層與一個新特征圖層進(jìn)行合并后的結(jié)果。(4) Erase（擦除）：從輸入圖層消除那些落在擦除圖層區(qū)域范圍內(nèi)的要素。 ArcToolbox/Analysis Tools/Overlay/Erase(5) Split（分割）：把輸入圖層分成兩個或以上的土層，一個表示區(qū)域亞單元的分割圖層被用作輸入圖層的分割模版。13. DEM的數(shù)據(jù)來源(1) 地形圖：地形圖

22、是地貌形態(tài)的傳統(tǒng)表述方法，是各種尺度DEM建立的主要數(shù)據(jù)源；(2) 野外測量：對于小范圍的DEM其主要服務(wù)于工程設(shè)計，對精度要求較高；(3) 攝影測量數(shù)據(jù)：航空/航天攝影測量、地面攝影測量；(4) 雷達(dá)測量數(shù)據(jù)：主動遙感測量，周期短，精度高，高程精度可達(dá)到10cm，空間分辨率達(dá)到1米。14. Dijkstra算法Dijkstra算法是由荷蘭計算機(jī)科學(xué)家E. W. Dijkstra（迪杰斯特拉）于1959年提出的一個按路徑長度遞增的次序產(chǎn)生最短路徑的算法，該算法被公認(rèn)為是解決此類最短路徑問題最經(jīng)典，也是比較有效的算法。實例：Dijkstra算法計算v1v5的最短路徑？（最佳路徑）T（最后確定最短

23、距離）；P（暫時標(biāo)號距離）W（兩點間距離） 從某一點n出發(fā)： Pm=minPm,Tn+w(m,n)，Tm=minPm詳解：1、從v1出發(fā)有3條路：P2= minP2,Tn+w(m,n)=min+,T1+w(1,2)= min+,10=10；P4= minP4,Tn+w(m,n)=min+,T1+w(1,4)= min+,30=30；P5= minP5,Tn+w(m,n)=min+,T1+w(1,5)= min+,100=100；T2=minP2=10；2、從v2出發(fā)有1條路：P3= minP3,Tn+w(m,n)=min+,T2+w(2,3)= min+,10+50=60；T4=minP4=30；3、從v4出發(fā)有1條路：P5= minP5,Tn+w(m,n)=min100,T4+w(4,5)= min100,30+60=90；T3=minP3=60；4、從v3出發(fā)有2條路：P4= minP4,Tn+w(m,n)=min30,T3+w(3,4)= min30,60+20=30；P5= minP5,Tn+w(m,n)=min90,T3+w(3,5)= min90,60+10=70；T5=minP5=70故最短路徑：v5v3v2v115. 合并與關(guān)聯(lián)的區(qū)別(1) 合并(Join)：用兩個表格的一個共同關(guān)鍵字或者主關(guān)鍵字和外部關(guān)鍵字把兩個表格連在一起，被推薦用于“一