1 《GIS空间分析原理与方法》期末复习资料 第一章 地理空间数据分析与GIS 1、 什么是地理空间数据分析？ 它是通过研究地理空间数据及其相应分析理论、方法和技术，探索、证明地理要素之间的关系，揭示地理特征和过程的内在规律和机理，实现对地理空间信息的认知、解释、预测和调控。 2、 什么是地理系统数学模拟？其模拟的一般过程是？ 建立地理系统数学模型的过程称为地理系统的数学模拟（简称地理模型）。 地理系统数学模拟的一般过程是：①从实际的地理系统或其要素出发，对空间状态、空间成分、空间相互作用进行分析，建立地理系统或要素的数学模型；②经验检查，若与实际情况不符，则要重新分析，修改模型；若大致相符，则选择计算方法，进行程序设计、程序调试和上机运算，从而输出模型解；③分析模型解，若模型解出错，则修改模型；若模型解正确，则对成果进行地理解释，提出切实可行的方案。 3、 地理空间数据挖掘的体系结构？ 地理空间数据挖掘是数据挖掘的一个研究分支，其实质是从地理空间数据库中挖掘时空系统中潜在的、有价值的信息、规律和知识的过程，包括空间模式与特征、空间与非空间数据之间的概要关系等。 地理空间数据挖掘的体系结构由以下四部分组成： （1）图形用户界面（交互式挖掘）； （2）挖掘模块集合； （3）数据库和知识库（空间、非空间数据库和相关概念）； （4）空间数据库服务器（如ESRI/Oracle SDE，ArcGIS以及其他空间数据库引擎）。 4、什么是地理空间数据立方体？ 地理空间数据立方体是一个面向对象的、集成的、以时间为变量的、持续采集空间与非空间数据的多维数据集合，组织和汇总成一个由一组维度和度量值定义的多维结构，用以支持地理空间数据挖掘技术和决策支持过程。 5、 地理空间统计模型的分为几类，它们的定义分别是什么？ 地理空间统计模型大致可分为三类：地统计、格网空间模型和空间点分布形态。 （1）地统计：是以区域化变量理论为基础，以变差函数为主要工具，研究空间分布上既具有随机性又具有结构性的自然现象的科学。它可以根据离散数据生成连续表面，通过空间自相关进行空间预测。 （2）格网空间模型：用以描述分布于有限（或无穷离散）空间点（或区域）上数据的空间关系。 （3）空间点分布形态：在自然科学研究中，许多资料是由点（或小区域）所构成的集合，比如，地震发生地点分布、树木在森林中的分布、某种鸟类鸟巢的分布、生物组织中细胞核的分布，太空中星球的分布等，称之为空间点分布形态，其中点的位置为事件。 6、地理空间分类与聚类算法的差别是什么？ （1）地理空间数据聚类是按照某种距离度量准则，在大型、多维数据集中标识出聚类或稠密分布的区域，从而发现数据集的整体空间分布模式。地理空间分类与预测是根据已知的分类模型把数据库中的数据映射到给定类别中，进行数据趋势预测分析的方法。（2）分类是将数据库中的对象根据一定的意义划分为若干个子集。它和聚类算法的差别在于：聚类算法是根据一定要求将对象聚为一个集合，最后得到的分布模式是聚类之前未确知的；分类算法则是根据已知分布模式的属性要求，将数据库对象归入相应的分类中。在机器学习中，数据分类一般称为监督学习，而数据聚类则称为非监督学习。分类目的是通过学习确定一个分类模型（或分类器），该模型能把数据库中的数据项映射到给定类别中。 7、什么是空间分析？ 空间分析是集空间数据分析和空间模拟于一体的技术方法，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题。 8、空间分析的本质特征是什么？ （1）探测空间数据中的模式（2）研究空间数据间的关系并建立相应的空间数据模型（3）提高适合于所
第一章 地图
地图的定义：遵循一定的数学法则，将客体上的地理信息，通过科学的概括，并运用符号
系统表示在一定载体上的图形，以传统它们的数量和质量，在时间和空间上的分布概况与发
展状况。
地图的基本特征：特殊的数学法则、特定的符号系统、特异的地图概括、独特的传输信息
的通道。地图投影方法、比例尺和控制定向构成了地图的数学发展则，保证了地图的精度。
地图的构成要素：数学要素、地理要素、图边要素（辅助要素）。
数学要素：地图投影、比例尺、控制点。
地理要素：自然地理要素（水系、地貌、土质、植被）
社会经济要素（居民地、交通线、境界线、独立地物）
图边要素：图名、图号、图例、比例尺、接图表、等高距、坡度尺等
地图学的概念：是以空间信息图形表达、存储和传输为目的，综合研究地图实质、制作技
术及其使用方法的综合性学科。
地图学的研究对象是地图，任务是研究地图理论、地图制作和地图使用。
地图的制作方法：实测成图法和编绘成图法。大比例尺普通地图制作常采用实测成图法；
中小比例尺普通地图制作常采用编绘成图法；专题地图制作一般采用编绘成图法。
传统实测成图法常分为：图根控制测量、地形测量、内业制图和制版印刷几个过程。
第二章 地图的数学基础
一、坐标系
1、地图上确定地理要素分布位置和几何精度的数学要素：坐标网、控制点、地图投影以及
比例尺等。
2、建立数学要素：地球形状和大小（大地控制）→曲面转化为平面（地图投影）→大与小
的矛盾（比例尺）。
3、椭球体的三要素：长轴a，短轴b，扁率f=a-b/a
4、大地控制的主要任务：确定地面点在地球椭球体上的位置。
包括：点在地球椭球面上的平面位置（经度纬度）；确定点到大地水准面的高度（高程）。
5、地理坐标系：用经纬度表示地面点位的球面坐标系。
包括：天文经纬度：表示地面点在大地水准面上的位置。
大地经纬度：表示地面点在参考椭球面上的位置。
地心经纬度：以地球椭球体质量中心为基点。
第三章 地理空间
地理空间上至大气电离层，下至地幔莫霍面，有着广阔的范围。但一般地理空间指的是地球表层，其基准是陆地表面和大洋表面，它是人类活动频繁发生的区域，是人地关系最为复杂、紧密的区域。在地理信息系统中，地理空间被定义为绝对空间和相对空间两种形式。绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，由一系列不同位置的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，是由不同实体之间的空间关系构成。
3.1 绝对空间
2.1.1 地理空间的坐标框架
由现代大地测量学可知，真实的地球是一个两极略扁的旋转椭球体，表面具有极不规则的自然地形，很难用简单的数学方法来准确描述地球的形状，测量上采用与地球大小形状接近的旋转椭球体作为测量计算的基准面，称为椭球体。地球表面特征的度量，最直接的方法就是利用经纬度来表示，我们还可以通过地图投影，将经纬度坐标转换成平面直角坐标，从而方便进行距离、方位、面积的计算，如图3-1显示了从真实空间到地图坐标的步骤。测量上为了处理大地测量的结果对真实地球的三级近似：水准面，大地水准面和地球椭球体。
地球 椭球体 投影到平面 空间坐标系
图 3-1 从地球表面到地图的过程
2.1.1.1 水准面与大地水准面
海水在静止时的表面称为水准面，该表面处处与铅垂线正交，铅垂线和水准面是测量工作所依据的线和面。与水准面相切的平面称为水平面，随着高度的不同，水准面有无数个，其中与平均海水面重合并向大陆，岛屿延伸而形成的封闭曲面称为大地水准面，以它为基准，可以用水准仪测量地球自然表面上任意点的高程。这一相当复杂的物理计算由地球质量造成，地球上从一个区域到另一个区域会有不同的厚度，因此有不同的重力，而这重力影响了地球的形状。所以，大地水准面表现了地球的重力场。 2.1.1.2 地球椭球体与参考椭球体
大地水准面不是一个十分规则的曲面，也不可能用简单的数学公式来表达，如把地表面的形状投影到这不规则的曲面上，将无法进行测量计算工作。为了测量成果的计算和制图工作的需要，必须寻找一个能用数学公式表达的规则曲面。经过几个世纪的努力，认为地球接近于一个扁率很小的椭球绕其短轴旋转而成的椭球体，该椭球体称为“地球椭球体”，并用作测量计算的基准面。
第一章 概论
一、GIS概念：是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
二、地理空间分析的三大基本要素：空间、属性、时序
三、传统3S ：GIS、GPS、RS
新3S:：System、Service、Science
四、GIS的基本功能：1、数据输入、编辑和更新 2、数据转换3、数据存储和数据库管理4空间信息的转换5信息的浏览和查询
6、信息的显示和输出7、空间分析和空间模拟8、GIS二次开发功能
五、GIS组成：计算机硬件系统、软件系统、网络、空间数据和管理与应用人员
六、GIS与机助制图系统的区别与联系：地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。一个功能完善的地理信息系
统可以包含数字制图系统的所有功能，此外它还具有丰富的空间分析功能。
七、GIS与CAD的区别与联系：机助制图是地理信息系统的主要技术基础，它涉及GIS中的空间数据采集、表达、处理、可视化，甚至空间数据的管理。GIS与CAD系统的共同特点是二者都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理非图形属性数据。它们的主要区别是，CAD处理的多为规则几何图形及其组合，图形功能极强，属性功能相对减弱。而GIS处理的多为地理空间的自然目标和人工目标，图形关系复杂，需要有丰富的符号库和属性库，GIS需要有较强的空间分析功能，图形与属性的相互操作十分频繁，且多具有专业化的特点。此外，CAD一般仅在单幅图上操作，海量数据的图库管理的能力比GIS要弱。但是由于CAD具有极强的图形处理能力，也可以设计丰富的符号相连接属性，许多用户都把他作为数字制图系统使用。
第二章 地理空间数学基础
一、地图投影的概念（P40）：按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立地面点位的地理坐标（B，L），与地图上相对应的平面直角坐标（X，Y）之间一一对应的函数关系。
