地信大纲知识点

一、GIS的组成，功能与现状

1、GIS概念：是在计算机硬软件系统的支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理数据进行采集，存储，管理，运算，分析，显示和描述的技术系统。

2、GIS的组成：系统硬件，系统软件，空间数据，应用人员，应用模型。 系统硬件：数据处理设备与数据输入、输出设备连接构成地理信息系统的硬件环境。

系统软件：地理信息系统的软件是整个系统的核心，用于执行地理信息系统功能的各种操作，包括数据输入，处理，数据库管理，空间分析和数据输出等。 空间数据：地理信息系统的操作对象是地理数据。它具体描述地理现象的空间特征、属性特征、时间特征。

应用人员：地理信息系统应用人员包括系统开发人员和地理信息系统的最终用户。 应用模型：地理信息系统应用模型是为某一特定的实际工作而建立的运用地理信息系统的解决方案。

3、GIS功能：数据的采集与编辑，数据存储与管理，数据处理与变换，空间分析与统计，产品制作与演示，二次开发和编程。

二、空间信息基础

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、空间实体：包括点，线，面，曲面和体等多种类型。

3、空间实体表达方法：在计算机中，现实世界是以数字形式来表达和记录的，基于计算机中的GIS不能直接识别和处理各种以图形形式表达的空间实体，必须对这些空间实体进行数据表达。

4、空间数据特征：（1）空间特征：表示地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征。

（2）属性特征：表示地理现象和过程所具有的的专属性质。

（3）时间特征：指一定区域内地理现象和过程随着时间的变化情况。

5、GIS中空间数据计算机表示的基本方法：

（1）空间分幅：即将整个地理空间划分为许多子空间，再选择要表达的子空间。

（2）属性分层：即将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表示。

（3）时间分段：将有时间特征的地理数据按其变化规律划分为不同的时间段数据，逐一表示。

6、空间数据拓扑关系：空间数据用于确定具有自然特征或者人工特征的地理实体的地理位置，属性及其边界的信息；空间数据元数据指对于这些空间数据的描述或说明。（1）邻接关系：空间图形中同类元素之间的拓扑关系；（2）关联关系：空间图形中不同元素之间的拓扑关系；（3）包含关系：空间图形中同类但不同级元素之间的拓扑关系。

7、元数据：元数据是关于数据仓库的数据，指在数据仓库建设过程中所产生的的有关数据源定义，目标定义，转换规则等相关的关键数据。

8、空间数据分类

按数据来源：地图数据，影像数据，文本数据

按数据结构：矢量数据，栅格数据

按数据特征：空间数据，非空间属性数据

按几何特征：点，线，面、曲面，体

按数据发布形式：数字线画图，数字栅格图，数字高程模型，数字正射影像图

三、GIS数据的组织

1、数据结构：即数据组织的形式，是适合于计算机存储，管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据而言，则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。

2、空间数据结构：地理信息系统沟通信息的桥梁，只有充分理解地理信息系统所采用的的特定数据结构，才能正确有效的使用。

3、栅格数据结构：是最简单直观的数据结构，又称为网络结构或像元结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网络阵列，每个网络作为一个像元或像素，由行号列号定义，并包含一个代码表示该像素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。

4、栅格数据压缩编码方式：（1）链式编码：链式编码主要是记录线装地物和面状地物的边界。（2）游程长度编码：是栅格数据压缩的重要编码方法，基本思路是：一幅栅格图像常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。（3）块状编码：是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为纪录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（序列号）和半径，再加上记录单元的代码组成。（4）四叉树编码：结构的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四个部分，逐块检查其格网属性值（或灰度）。

5、矢量数据结构：即通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点线面等地理试题，坐标空间设为连续，允许任意位置，长度和面积的精确定义，是计算机对地理实体的隐式描述。

6、矢量数据结构编码基本内容：（1）点实体，包括由单独一对XY坐标定位的一切地理或制图实体；（2）线实体，可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素有两对以上的xy坐标定义；（3）面实体，多边形数据时描述地理空间信息的最重要的一类数据。

7、矢量数据结构编码方法：实体式，索引式，双重独立式，链状双重独立式。

8、栅格结构和矢量结构比较。


将点和线实体的角点的迪科尔坐标转换到预定分辨率和已知位置值的矩阵中；（2）矢量线段变化，是曲线在数字化时输入多个点，形成折线，由于点多而密集，折线在视觉上形成了曲线，通过直线转换网格法完成变换；（3）多边形数据的变换，测试过角点后，剩下线段处理，这时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边界，记录其位置与属性值。二是栅格向矢量转换：（1）基于图像数据的矢量化方法有二值化，细化和跟踪。（2）基于再生栅格数据的矢量化方法：边界线追踪，拓扑关系生成，去除多余点及曲线圆滑。

10、曲面数据结构，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、降水量、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）。

11、TIN的曲面数据结构：TIN曲面数据结构通常用于数字地形的三维建模和现实。它是将离散分布的实测数据点连成三角网，网中的每个三角形要求尽量接近等边形状，并保证由最邻近点构成三角形，即三角形边长之和最小。

12、规则格网的曲面数据结构：规则格网的曲面数据结构类似于矩阵形式的栅格数据，只是其属性值为地面的高程或其他连续分布现象的数值。

四、空间数据库及空间数据管理

1、数据库：是为了一定目的，在计算机系统中以特定的结构组织，存储，和应用相关数据的集合。

2、一个完整数据库系统应该包括数据存储系统，数据库管理系统，数据库应用系统。

3、空间数据库特点：（1）数据量特别大，地理信息系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往大得惊人。

（2）不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据。（3）数据应用面相当广如地理研究，环境保护，土地利用和规划，资源开发，生态环境等等。

4、数据库主要特征：（1）数据集中控制特征；（2）数据冗余度小的特征（3）数据独立性特征（4）复杂的数据模型（5）数据保护特征。

5、数据库组织方式：（1）数据项：是可以定义数据的最小单位也称元素，基本项等；（2）记录，由若干相关联的数据项组成；（3）文件，是一给定类型的记录的全部具体值的集合；（4）数据库，是比文件更大的数据模型。

6、空间数据库管理系统：文件-关系型，全关系型，对象-关系型，纯对象型。

7、空间数据库与GIS的联系及作用：在GIS中，空间数据库作为空间数据的存

储场所也发挥着核心的作用。这表现在：用户通过访问空间数据库获得空间数据，进行空间分析、管理和决策，再将分析结果存储到空间数据库中。因此空间数据库的布局和存储能力对GIS能力的实现和工作效率影响极大。

8、关系型数据库：一些列关系的集合构成了一个关系数据库。关系数据库有型、值之分。型即数据库的描述，它包括若干域的定义以及在这些域上定义的若干关系模式。值是这些关系模式在某一时刻的关系的集合。

9、关系型数据库在GIS中的局限性及改进方法

五、空间数据采集与处理

1、空间数据来源：（1）地图数据：地图数据来源于各种类型的普通地图和专题地图。

（2）影像数据：影像数据主要来源于卫星遥感和航空遥感。

（3）文本数据：文本数据来源于各类调查报告，实测数据，文献资料，解译信息等。

2、空间数据的主要输入方法和设备：

（1）矢量数据输入：矢量数据的输入过程实际上是产生和矢量数据结构相适应的GIS空间数据的过程，即把经过分类和编码的地理要素的空间位置，转换为一系列的坐标，然后将这些坐标按照确定的数据格式存入到计算机中去。这一过程常常称为数字化。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。

（2）栅格数据的输入：栅格数据的输入过程也是产生和栅格数据结构相适应的GIS数据的过程。常用的产生栅格数据的方法包括：扫描输入，遥感影像解译和数据结构转换等。

（3）曲面数据输入：曲面数据主要指数字地形模型数据，通常采用对已知高程离散数据点进行空间插值的方法来生成。

3、元数据：是关于数据的数据，它反映了某项数据自身的一些特征。

4、空间数据处理涉及的内容很广泛，主要取决于原始数据的特点和用户的具体要求，一般包括数据变换，数据重构，数据提取等内容。

（1）数据变换：指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括几何纠正和地图投影转换等，以实现空间数据的几何配准。

（2）数据重构：指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括结构转换，格式转换，类型转换等，以实现空间数据在结构、格式和类型上的统一，多源和异构数据的联接和融合。

（3）数据提取：指对数据进行某种条件的取舍，包括类型提取、窗口提取、空间内插等，以适应不同用户对数据的特定要求。

5、空间数据质量：空间数据在表达时间信息，空间位置及专题特征三个基本要素时的准确性，一致性，完整性及三者之间统一性的程度。

6、误差分析：（1）按数据流程分为：源误差、处理误差、使用误差。

（2）按类型分为：几何误差，属性误差，时间误差，逻辑误差

（3）按性质分为：随机误差、系统误差、粗差。

六、空间分析与空间查询

1、空间分析：基于空间数据的分析技术，它是以地球科学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间构成、空间演变等信息。

2、按照空间数据的形式可以把空间分析分为两种类型：

（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。如矢量叠合分析、矢量邻近性分析、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、栅格邻近性分析、栅格统计分析等。

3、数字地形分析（DTM）：数字地形分析是地理信息系统中地形起伏数字化表达的存储形式。

DTM在形式上可以分为：（1）规则格网；（2）不规则三角网；（3）数字等高线，等深线、地形特征线等。

DTM在属性内容上分为：（1）数字高程模型（DEM），DEM是各种地球科学分析、工程设计和辅助决策的重要基础性数据，有着广泛的应用领域。（2）派生地形模型。派生地形模型主要指的是由DEM经过计算得到的地形因子数据，如坡度，坡向，曲面面积等。

4、空间叠合分析：空间叠合分析是指在相同空间坐标系统条件下，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。

5、空间邻近度分析：描述了地理空间中两个地物距离相近的程度，邻近度分析是空间分析的一种重要手段。空间邻近度分析通常有空间缓冲区分析和voronoi多边形分析。（1）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，以确定不同地理要素的空间邻近性或其影响范围。（2）Voronoi多边形分析：根据离散分布的已知数据点对研究区域进行划分，使得划分的多边形覆盖整个研究区域，形成一个Voronoi图，且每一个多边形中仅包含一个已知的数据点。

6、空间网络分析：是GIS空间分析的重要组成部分。网络模型是运筹学中的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，使其运行效果最好。常见的网络分析：路径分析、资源分配、联通分析、流分析等。

7、空间数据查询：属于空间数据库的范畴，一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象。

8、相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：主要是对空间实体间存在的拓扑、顺序、距离、方位等功能的查询。（2）针对非空间属性的查询：主要是针对非空间的信息的查询。（3）结合空间关系和非空间属性的查询：既包括查询空间位置关系，同时又含有查询属性信息的要求时，就是空间属性的联合查询。

9、空间查询语言：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算法语言。

七、GIS新技术与智慧地球

1、数字地球：指以地球作为对象的、以地理坐标为依据，具有多分辨率、海量的和多种数据融合的，并可用多媒体和虚拟技术进行多维表达的，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的技术系统。

2、WebGIS：是internet和WWW技术应用于GIS开发的产物，是实现GIS互操作的一条最佳解决途径。从internet的任意节点，用户都可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间信息检索和空间分析。是在INTERNET信息发布、数据共享、交流协作基础之上实现GIS在线查询和业务处理等功能。

3、OpenGIS：即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，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。

4、3S技术：是GPS，GIS，RS的集成应用，构成整体的、实时地和动态的对地观测、分析和应用的运行系统。三者之间的互相作用形成了“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，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。

5、虚拟现实：由计算机生成的可与用户、听觉、触觉上实施交互，使用户有身临其境之感的人造环境。它与测绘与地学领域中的应用可以看做地图认知功能在计算机信息时代的新扩展。