GIS复习

1. GIS定义：Geographic information system

简言之：综合处理和分析空间数据的一种技术系统

在计算机硬、软件系统支持下，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。

2. GIS的组成：

GIS硬件系统 计算机软件系统 地理空间数据 GIS系统开发管理和使用人员

3. GIS的五类功能：

a.数据获取：采集、检验与编辑

b.数据操作：格式化、转换、概化

c.数据集成：存储与组织

d.数据分析：查询、检索、统计、计算、空间分析与模型分析

e.产品制作与显示、输出：屏幕显示、硬拷贝（二次开发与编程）

4. 拓扑（Topology）：原意为“形状的研究”它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性，即拓扑属性

拓扑变换：对欧氏平面上的空间进行拉伸、压缩等（不能扭曲或折叠）

a.非拓扑属性：拓扑变换后改变的属性

b.拓扑属性：拓扑变换后不变的属性

e.拓扑数据结构：是根据拓扑几何学原理进行空间数据组织的方式，对于一幅地图，拓扑数据结构仅从抽象概念来理解其中图形元素（点、线、面）间的相互关系，不考虑结点和线段坐标位置，而只注意它们的相邻与联接关系。

f.拓扑关系：指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接关联和包含等关系。

5. 三种常用的空间数据模型:

a.矢量（Vector）：通过记录空间坐标对的方式，以点、线、面等形式来描述空间目标对象以矢量数据结构：通过记录空间对象的坐标及空间关系表达空间对象的几何位置，它由表示位置的标量和表示方向的矢量两部分构成

矢量数据模型的表达: 零维矢量 一维矢量 二维矢量 三维矢量

矢量数据模型的特征: 定位明显、属性隐含 形象直观 适合于模拟离散（非连续变化）的空间数据 精度高

矢量数据的获取 利用各种定位仪器设备获取 以硬拷贝数据方式获取 通过间接转换的方式获取

b.栅格（Raster）：用规则排列的像元阵列来描述空间目标对象，它主要用来描述空间实体的级别分布特征及其位置

栅格数据模型的特征： 属性明显，定位隐含 在栅格结构中，其精度与分辨率有关

栅格数据的分辨率对数据精度的其他影响 位置的移动 形状的畸变 属性的偏差

分辨率——总结

随着分辨率的提高，数据的信息损失越小，对存贮空间的要求将成几何级数增加，数据处理的时间要求也越长。

分辨率选择的原则：在考虑数据精度要求的同时，还必须考虑数据存贮空间与处理时间的开销（在精度与存贮空间和处理时间之间权衡）。 栅格数据的获取：通过遥感影像数据获取 规则点采样、不规则点采样及插值 通过扫描仪、摄像机等设备获取 通过矢量数据的转换获取

栅格单元属性的决定方式 主要类型法 中心点法 重要性法A>B>C 长度占优法 比例分成法

c.不规则三角网（Triangulated Irregular Network，TIN）模型采用一系列相连接的三角形拟合地表或其他不规则表面，常用来构造数字地面模型（DTM）以及数字高程模型（DEM）。

6. DTM：数字地面模型（Digital terrain model ）利用任意坐标系中大量的已知坐标（X、Y、Z)的点集对地表特征的表示。DTM就是地表特征的数字表达，是带有空间位置特征(X、Y)和地表属性特征Z的数字描述。

7. DEM：数字高程模型(Digital elevation model)是地表属性为高程时的数字地面模型

DEM的表达模型：规则格网模型 不规则三角网（TIN）模型 等高线模型

8. 空间数据组织：依据地理实体之间的不同特征、相似特征、不同地理实体的组合特征特征进行分类，运用标志符建立空间数据 （空间特征和属性特征）之间的联系的过程和方法。

9. 空间数据编码：根据地理要素在数据分类分级中的隶属关系和属性性质，将其进行数据化的一种方法。

10. 栅格数据的压缩与编码

(1)游程长度编码基本思想：一幅栅格图像中，在行（列）方向上相邻的像元往往具有相同的属性值，因而可采用某种方法来压缩这些重复的属性值。

两种游程长度压缩编码方法：

a、只在各行（列）方向上像元属性值发生变化时依次记录下这个像元的属性值及具有此属性值的像元个数。（a，2），（b，3），（d，2），（c，1）；（d，2）， （b，4），（c，2）；（a，2），（b，3），（d，3）；（a，2），（c，2），（d，4）；（d，3），（c，1），（a，2），（c，2）；（d，4），（a，2），（b，1）， （c，1）；（d，3），（a，3），（b，2）；（c，6），（b，2）

b、依次记录像元的属性值发生变化时的像元位置和相应的属性值。

（1，a），（3，b），（6，d），（8，c）；（1，d），（3，b），（7，c）；（1，a），（3，b），（6，d）；（1，a），（3，c），（5，d）；（1，d），（4，c），（5，a），（7，c）；（1，d），（5，a），（7，b），（8，c）；（1，d），（4，a），（7，b）；（1，c），（7，b）。

(2)块码基本思想：块码是在游程长度编码的基础上发展而来，它的每个记录单元都是由相邻像元组成的正方形区域，它的记录形式由记录单元初始位置的行、列号（记录单元左上角像元的行、列号），半径和记录单元的属性值组成。

特点：块码有可变的分辨率，当图像越简单时，图斑越大，分辨率越低，压缩效率就越高；反之，压缩效率会降低。

（1，1，1，a），（1，2，1，a），（1，3，3，b），（1，6，1，d），（1，7，1，d），

（1，8，1，c），（2，1，1，d），（2，2，1，d），（2，6，1，b），（2，7，1，c），

（2，8，1，c），（3，1，2，a），（3，6，2，d），（3，8，1，d），（4，3，1，c），

（4，4，1，c），（4，5，1，d），（4，8，1，d），（5，1，3，d），（5，4，1，c），

（5，5，2，a），（5，7，1，c），（5，8，1，c），（6，4，1，d），（6，7，1，b），

（6，8，1，c），（7，4，1，a），（7，5，1，a），（7，6，1，a），（7，7，2，b），

（8，1，1，c），（8，2，1，c），（8，3，1，c），（8，4，1，c），（8，5，1，c），

（8，6，1，c）。

（3）四叉树基本思想：将一幅图像逐步分解成大小相同的四个子块，每个子块称为一个象限（图中（a）所示），每个象限下面还可以再分成四个大小相同的子象限，直到这个子象限中的所有像元具有相同的属性值时不再分，否则继续划分。 图中（b）为对栅格图像进行的四叉树分割。

11. 空间数据库的概念：数据库是数据库系统（Database System，DBS）的简称 。数据库系统就是为一定目的服务，用特定的数据存储方式存储相关数据，并且能够实现数据更新、管理、查询、检索和分析等功能的系统。

a.空间查询：指按一定的要求对空间数据库中的空间实体及其空间信息进行访问，从众多的空间实体中挑选出满足用户要求的空间实体及其相应的属性。

b.最常用的方法：基于空间特征的查询 基于属性特征的查询 基于空间位置的查询 基于空间关系查询 复合查询

12. 空间分析概述：空间分析就是对空间问题的求解，获取空间信息是解决空间问题的必要手段，现代意义的空间分析是指在计算机技术的支撑下，提取地理对象在位置、属性、关系等方面的信息，以支持特定的空间决策问题。

基于GIS的空间分析包括的内容很多，较为常用的有以下几种分析方法：叠加分析 邻近性分析 网络分析 统计分析 此外，分析空间分析还包括： 空间查询与量算、三维空间分析、空间插值方法、聚合分析、地形分析及其他应用分析模型等。

13. 矢量数据分析方法： （1）统计分析 （2）量算分析

（3）邻近性分析

缓冲区分析：指以点、线、面实体为基础，在其周围建立一定宽度范围内的缓冲区多边形，用以分析实体的邻近性或对周围的影响，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的空间分析方法 （4）叠加分析（Overlay Analysis ）在统一的空间坐标系统下，将同一区域的两个或两个以上空间要素图层进行叠加，产生新的空间图形，获得新的属性信息 。

a.统计叠加

不对叠加图件做分割和合并等空间关系的操作，既保持原来数据的完整性且又能得到目标的统计结果数据。

b.拓扑叠加

对被叠加图层进行全面的空间叠加分析，与统计叠加不同，要素的拓扑叠加要对叠加图层进行分割合并等分析。

（5）空间网络分析概念：根据点线实体对象之间的拓扑关系来研究构成网络模型的空间实体对象的空间特征和属性特征，进而对网络模型进行全方位的研究和分析的一种空间分析方法。实质：通过研究网络的状态，模拟分析资源在网络上的流动和分配，以实现网络上资源传输的优化。

14. DEM获取的数据源和采集方法 地面测量 地形图 数字摄影测量和遥感影像

还可以利用GPS，结合雷达和激光测高仪等进行DEM数据的采集

15. 可视化（visualization）：是指将人类对于客观对象的认知通过视觉、以“可见”的方式进行表达或模拟，从而便于人类理解客观现象、发现客观规律和传播知识。

16. 空间数据可视化：空间数据可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术、地图学，将复杂的科学现象和自然景观及一些抽象概念图形化，对其在信息输入、处理、查询、分析以及预测中产生的数据结果采用图形符号、图形、图像的形式表示出来，同时结合图表、文字、表格、视频、动画等可视化形式进行交互处理的理论、方法或技术。

17. 电子地图：是以地图数据库为基础，以数字形式存贮于计算机外贮器上（如磁盘、光盘等），依托GIS工具，对地图实现输入、查询分析、输出并能在电子屏幕上实时显示的可视地图

电子地图的特征： 数据扩展性强 可视化性能优越 灵活性强 制作周期短 信息载负达

18. 地理信息系统开发的一般过程

a.需求分析 用户性质、规模、结构、职责的调查 用户研究领域状况调查 用户数量调查

用户基础状况调查 潜在用户和地理信息系统的潜力

b.可行性分析 对系统的必要性和实现目标的可能性，从社会、技术、经济三个方面进行分析，以确定用户的实力、系统环境、资料、数据、数据流量、硬件能力、软件系统、经费预算等。

c.系统分析 确定系统的开发对象，把复杂的对象分解成简单的组成部分，找出这些部分的基本属性和彼此间的关系。

d.系统设计 系统的总体设计 系统的详细设计

f.系统实施 系统硬件准备 数据准备和数据库的建立 系统模块的编制和调试 用户主管人员和业务人员的组织、培训

g.系统维护和评价 GIS维护的内容主要包括数据维护与更新和应用系统的维护与更新。

19. GIS的未来

网络GIS 多维GIS 互操作GIS GIS社会化 云计算与GIS 网格GIS