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1、李远肇 整理- 1 -GIS 概论复习资料第一章 导论第 1 节 地理信息系统的基本概念1. 地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理含义。2. 地理信息的特征可以归纳为以下三点：(1) 空间特征(2)属性特征(3)时序特征。3. 地理信息系统简称 GIS。地理信息系统是由计算机硬件、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。4. 地理信息系统首先是一种计算机系统：该系统通常又由若干个相互关联的子系统构成，如地理数据采集子系统、地理数据管理子系统、地理数据处理和分析子系统、地理数据可视化表达与输出子系统等。5. 地理信息

2、系统的操作对象：地理数据或称空间数据(spatial data)。第 2 节 地理信息系统的基本构成1. 地理信息系统基本构成一般包括以下五个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。2. 主要的输入设备有：图形手扶跟踪数字化仪、图形扫描仪，以及各种类型的数字测量设备等。3. 全球定位系统：美国具有在陆、海、空进行全方位实时三维导航与定位能力的卫星导航与定位系统。它主要有 GPS 卫星、地面监控站和用户接收机组成。4. 地理信息系统数据输出设备主要有各种绘图仪、打印机、计算机显示器和大屏幕投影仪等。5. 地理信息系统的软件按照功能可以分为地理信息系统功能软件、基础支撑软件和操

3、作系统软件等。6. GIS 功能软件常分为 GIS 基础软件平台和 GIS 应用软件两大类型。7. GIS 基础软件平台:ArcGIS、MapInfo、Idrisi、GRASS、SuperMap 、MapGIS、GeoStar。第 3 节 地理信息系统的功能简介地理信息系统基本功能：数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作和演示、二次开发和编程。第 4 节 地理信息系统发展状况地理信息系统萌芽于 20 世纪 60 年代初，经过 40 多年的发展历程，已成为一门成熟的地理信息技术、具有生命力的地理信息科学和欣欣向荣的地理信息产业。第二章 地理信息系统的数据结构第

4、1 节 地理空间及其表达李远肇 整理- 2 -1. 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。2. 要在地理空间中准确测定位置需要采用一种空间定位框架来实现。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地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，为建立地理空间数据的坐标位置提供了一个通用参照系。3. 大地水准面是假设静止的平均海水面穿过大陆、岛屿形成包围整个地球的一个闭合曲面。4. 旋转椭球体是一个椭圆围绕其短轴旋转形成的形体，其赤道半径 a 大于极半径 b。5. 1980 年中国国家大地坐

5、标系的大地原点，即国家水平控制网中推算大地坐标的起标点，设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇。6. 将椭球面上各点的大地坐标， 数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标，通常称之为地图投影。7. 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。8. 地理空间的实体包括点（point ） 。线（line） 、面（polygon） 、曲面（surface）和体（volume）等多种类型。第 2 节 地理空间数据及其特征GIS 空间数据的分类第 3 节 数据结构的类型1. 基于栅格模型的数据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

6、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。2. 在栅格数据结构中，点由一个单元网格表示。线由一串有序的相互连接的单元网格表示，各个网格的指相同。多边形由聚集在一起的相互连接的单元网格组成，区域内部的网格值相同，但与外部的网格值不同。3. 曲面是指连续分布现象的覆盖表面，具有这种覆盖表面的要素有地形、降雨量、温度和磁场等。表达和存储这些要素的基本要求是必须便于计算连续现象在任一点的数值。通常有两种表达曲面的方法，一种是不规则三角网（TIN） ，另一种是规则格网（Grid） 。4. 在所有可能的三角网中，狄洛尼（Delaunay ）三角网在地形拟合方面运用的较普遍，因此常被用于 T

7、IN 的生成。第 4 节 空间数据结构的建立数字化的方法包括：手扶跟踪数字化仪数字化、屏幕数字化、扫描矢量化等。第三章 空间数据处理按数据来源 按数据结构 按数据特征 按几何特征 按数据发布形式地图数据影像数据文本数据矢量数据栅格数据空间定位数据非空间属性数据点线面、曲面体数字线画图 DLG数字栅格图 DRG数字高程模型 DEM数字正射影像图 DOM李远肇 整理- 3 -第 1 节 空间数据的变换1. 地图投影除了按投影变形性质可以分为等角（正形）投影、等面积投影和任意投影（包括等距离投影）外，还可以按投影面与地球的相对位置关系分为正轴投影、斜轴投影和横轴投影等；或按投影面的形状分为圆锥投影、

8、圆柱投影和方位投影等。此外，按投影面与地球的空间逻辑关系可以分为相切和相割两类投影。2. 圆锥投影的投影面为圆锥面，圆柱投影以圆柱面为投影面，方位投影的投影面为平面。3. 高斯-克吕格投影是等角横切椭圆柱投影，从几何意义上来看，就是假想用一个椭圆柱横向套在地球椭球外面，并与某一子午线相切（此子午线称为中央子午线或中央经线） ，椭圆柱的中心轴位于地球椭球的赤道上，再按高斯-克吕格投影所规定的条件，将中央经线两侧一定经差范围内的经纬线投影到椭圆柱面上，并将此椭圆柱面展为平面，即得高斯-克吕格投影。4. 墨卡托投影是一种“等角正切圆柱投影” 。在地图上保持方向和角度的正确是墨卡托投影的优点，墨卡托投

9、影地图常用作航海图和航空图，如果循着墨卡托投影图上两点间的直线航行方向不变可以一直到达目的地。5. 通用横轴墨卡托投影（UTM）属于横轴等角割圆柱投影，圆柱割地球与两条等高圆上，投影后这两条割线上没有变形，中央经线上长度比 0.9996。6. 兰勃特（Lambert）等角投影，在双标准纬线下是一“等角正轴割圆锥投影” 。第 2 节 空间数据结构的转换矢量向栅格转换处理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。栅格化技术方法第 3 节 多元空间数据的融合第 4 节 空间数据的压缩与重分类第 5 节 空间数据的内插方法点的空

10、间内插法分类点的栅格化线的栅格化 扫描线算法基于弧段的栅格化 扫描线算法内点填充法边界代数法检验夹角之和法栅格化技术面的栅格化基于多边形的栅格化包含检验法 铅垂线法（交点个数法）线性内插法双线性多项式内插法分块内插法二元样条函数内插法移动拟合法加权平均法逐点内插法克里金法点的空间内插整体内插法 N 次多项式拟合法李远肇 整理- 4 -第 6 节 空间拓扑关系的编辑第四章 地理信息系统空间数据库第 1 节 空间数据库概述1. 空间数据库主要是为 GIS 提供空间数据的存储和管理方法。空间数据的存储和管理方法通常有两种方式：空间数据文件存储管理和空间数据库存储和管理。2. 通常，数据库是数据库系统

11、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（Database Management System，DBMS）和数据库应用系统三个组成部分。3. 典型的数据库管理系统有：微软公司的 Access、SQL Server，甲骨文公司的 Oracle，以及 Sybase、IBM DB2、MySQL 等。第 2 节 空间数据库概念模型设计第 3 节 空间数据库逻辑模型设计第 4 节 空间数据库的物理设计第 5 节 空间数据查询1. 空间数据库的一个主要功能就是能够进行空间数据的查询，即根据用户的要求，从数据库中找出符合用户需求的空间数据子集，提供给用户做进一步的处理工作。2. 相

12、对复杂的空间数据查询功能大致可以分为三类：1 针对空间关系的查询；2 针对非空间属性的查询；3 针对空间关系和非空间属性的查询3. 空间数据库查询语言是指从空间数据库中查找出所有满足空间约束条件和属性约束条件的地理实体的算法语言。常规的关系数据库查询语言是 SQL，它可以作为属性数据的查询语言。第 6 节 空间数据库索引1. 要在空间数据库里快速地查找到所需的空间信息，就需要为空间数据库建立索引。索引是数据库的一种数据快速查找机制，通常是由关键字和存储地址组成。关键字标识数据记录，地址表示记录在数据库中的存储位置。索引就是一张关键字与地址的对照表，通过索引可以直接到数据库里找到对应关键字的记录

13、。2. 格网空间索引，四叉树空间索引第 7 节 空间元数据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、表示方式、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。第 8 节 空间数据库引擎第 9 节 空间时态数据库第五章 空间分析的原理和方法按照空间数据的形式可以把空间分析分为两种类型：李远肇 整理- 5 -1 矢量数据空间分析，参与空间分析运算的空间数据主要是矢量数据结构。如适量叠合分析、矢量临近性分析、网络分析等。2 栅格数据空间分析，参与空间分析运算的空间数据主要是栅格数据结构。如数字地形模型分析、栅格叠合分析（地图代数） 、栅格临近性分析、栅格统计分析

14、等。第 1 节 数字地形模型分析1. 数字地形模型（DTM）简单地说就是用数字化的形式表达的地形信息。2. DTM 在形式上可以分为：规则格网（Grid ）不规则三角网（TIN）数字等高线、等深线、地形特征线（如山脊线、谷底线和坡度变换线）等3. 根据这些属性的内容，DTM 又可以分为：数字高程模型（DEM）派生的地形模型。当属性为海拔高程数值的时候，则称为 DEM。4. 坡度和坡向计算5. 局部地表面的坡度定义为水平面与局部地表面之间夹角的角度，也可看成是局部地表面与周围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。6. 在表示坡度时，也可将用度数表示的坡度值转化为对应的

15、百分比表示。7. DEM 的通视分析8. 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。通视分析可以用于架设通信基站等的工程设计、旅游景点规划等应用领域。9. 通视分析可以分为视线通视分析和视域通视分析。前者判断任意两点之间的是否通视，后者从任意一点出发，判断整个区域内所有其他点的通视状况。视域通视分析的结果是一个二值图，0 值代表不可见区域， 1 代表可见区域。第 2 节 空间叠合分析1. 空间叠合分析是指在相同的空间坐标系统下，将同一地区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。2. 根据所采取的

16、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根据叠合对象图形特征的不同，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三种类型。基于栅格数据的叠合分析常常成为“地图代数” ，包含了一系列可以进行叠合分析的计算方法。3. 矢量数据的叠合分析1 点与多边形的叠合点与多边形的叠合是通过确定一个点状空间特征中的点落在另一个多边形空间特征中的哪一个多边形内，以便为每个点赋予新的多边形属性。2 线与多边形的叠合线与多边形的叠合是通过确定一个线状空间特征中的线经过另一多边形空间特征中的哪个多边形，以便为线赋予新的多边形属性。3 多边形与多边

17、形的叠合多边形与多边形的叠合通常有以下五种形式：(1)Union (2)Intersect (3)Identity (4)Erase (5)Update第 3 节 空间临近度分析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。（1 ） 空间缓冲区分析李远肇 整理- 6 -空间缓冲区的类型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。空间缓冲区可以采用矢量方式实现，也可以采用栅格方式实现。（2 ） Voronoi 多边形分析空间临近度的另一个分析方法是 Voronoi 多边形分析，Vo

18、ronoi 多边形分析又称为泰森多边形分析，其原理是根据离散分布的已知数据点对研究区域进行划分，使得划分成的多边形（即 Voronoi 多边形）覆盖整个研究区域，形成一个 Voronoi 图，且每一个多边形仅包含一个已知的数据点。第 4 节 空间网络分析计算最短路径的 Dijkstra 算法Dijkstra 算法是求单源最短路径的有效方法。第六章 地理信息系统的应用模型第 1 节 GIS 应用模型概述（1 ） 应用模型建模的步骤包括：明确分析的目的和评价准则；准备分析数据；空间分析操作；结果分析； 解释、评价结果（如有必要，返回第一步） ； 结果输出（地图、表格和文档） 。（2 ） 应用模型建

19、模的途径应用模型的构建，通常采用以下三种不同的途径：（1 ） 采用 GIS 系统内部的建模工具：如利用 GIS 软件提供的宏语言（VBA 等） 、应用函数库（API）或功能组件（ COM）等。（2 ） 利用 GIS 系统外部的建模工具：如利用 MatLAB 和 IDL 等。（3 ） 独立开发实现一个 GIS 应用软件系统：如国产的 MapGIS、SuperMap 、GeoStar 等。（3 ） 应用模型建模的方法 制图建模(cartographic modeling)应用分析建模由于是建立在对图层数据的操作上的，所以又称为制图建模。它是通过组合各种空间分析的操作，回答有关空间问题的一个过程。更

20、形象化的定义是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间分析过程进行的实现模拟。制图建模的实现方法采用空间分析流程的逆过程，即从空间分析的最终结果开始，反向一步步分析为得到最终结果，需要采取哪些空间分析方法？哪些数据是必需的？并确定每一步要输入的数据以及这些数据是如何派生而来。第 2 节 土地定级估价模型第 3 节 适宜性分析模型第 4 节 发展预测模型第 5 节 区位选择模型第 6 节 交通规划模型第 7 节 地球科学模拟模型李远肇 整理- 7 -第七章 地理信息系统的设计与评价第 1 节 应用型 GIS 设计概述第 2 节 地理信息系统的设计第 3 节 地

21、理信息的标准化第八章 地理信息系统产品的输出设计第 1 节 地理信息系统产品的输出形式地理信息系统产品及其类型1.按输出的载体类型分类1 常规地图常规地图是指印刷在纸张、塑料薄膜等材质载体上的地图，是 GIS 产品的重要输出形式。2 数字地图一种新的以计算机为存储和显示载体的地图形式。2.按输出的内容和形式分类1 全要素地形图全要素地形图在内容上通常全面地表达水系、地貌、植被、居民地、交通、境界和独立地物等地理要素，采用统一的坐标系统，统一的地图投影和分幅编号，统一的比例尺系统（1:5000、1:1 万、1:2.5 万、1:5 万、1:10 万、1:25 万、1:50 万和 1:100 万等） ，统一的编制规范和图式符号，属于国家基本比例尺地图。2 各类专题地图专题地图是突出表现一种或几种自然或社会经济要素的地图，主要由地理基础和专题内容两部分组成。3 遥感影像地图4 统计图表与数据报表第 2 节 地理信息系统图形输出系统设计图形坐标系与颜色模型1.图形坐标系统(1)地球表面的世界坐标系(world coordinate systems, WC)，也称为用户坐标系。(2)输出设备的物理坐标系2.颜色模型与颜色空间(1) RGB 颜色模型(2) CMYK 颜色模型CMYK 是专门针对印刷业设定的颜色标准。第 3 节 地理信息系统的可视化与虚拟现实