地理信息系统考研知识点复习资料

地理信息系统：用于采集、存储、查询、分析和显示地理空间数据的
计算机系统
2、地空间分析的三大基本要素是：空间位置、空间属性，时间数据
4、GIS基本功能：数据采集与输入、空间数据分析与处理、地图制
图与数据输出
应用功能：空间数据的可视化、统计与量算、规划与管理、预测与监
测、辅助决策
GIS 主要应用领域：测绘与地图制图、资源管理、灾害监测、环境保
护、城市与区域规划、宏观决策、国防
1、地理实体的几何抽象：点（point）：零维、线（line）：一维、面（polygon）：二维、体（volume）：三维
2、地理空间数据的基本特征：空间特征、属性特征、时间特征
3、GIS中的地理空间数据=空间特征数据+属性特征数据
空间特征数据=定位数据+空间关系数据
属性特征数据=专题属性数据+时间数据
4、地理空间数据的来源：地图数据、影像数据、地形数据、属性数
据、元数据
5、GIS三个抽象层次：概念模型、逻辑数据模型、物理数据模型
7、地理空间数据的空间关系：现实生活中的实体大多都不是孤立存
在的。GIS中的空间数据是用点、线、面、体来描述现实世界中的地理实体或现象，它不仅要表示地理实体的空间位置、形态，而且还要表示地理实体的属性及实体间的空间关系（要用自己话描述）
8、空间关系三种基本类型：拓扑关系、方向关系、度量关系
10、拓扑空间关系：
邻接关系：指空间图形中同类元素之间呈邻接的关系
关联关系：指空间图形中不同元素之间呈关联的关系
包含关系：指空间图形中同类但不同级元素之间的包含关系
12、空间数据拓扑关系的意义：确定地理实体间的相对空间位置，无
需坐标和距离，比几何关系具有更大稳定性，不随地图投影而变化、确保数据质量和完整性、有利于空间要素的查询，多边形和多边形的叠合，如某县与哪些县邻接，某条铁路通过哪些地区，强化GIS 分析、可根据拓扑关系重建地理实体
13、方向关系：地理事物在空间中的相互方位和排列顺序（基准方向
通常有真子午线方向、磁子午线方向和坐标纵线方向三种）
16、矢量数据结构：使用点及其x、y 坐标来表示具有清晰空间位置
和边界的具体要素
特点：定位明显，属性隐含
•点：空间的一个坐标点
•线：多个点组成的弧段
•面：多个弧段组成的封闭多边形
17、简单矢量数据结构：只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不
记录拓扑关系。最典型的是面条(Spaghetti)（实体式）结构。点目标（x,y ）、线目标(x1y1,x2y2,…….xnyn)、面目标(x1y1,x2y2,…….xnyn,x1y1)
18、拓扑型的矢量数据结构：包括双重独立式、链式双重独立式等；
共同特点是：点是相互独立的，点连成线，线构成面
双重独立式（DIME编码系统：对偶独立地图编码法）：DIME文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段、线段始结点和终结点标识符、结点的坐标及左右多边形。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系。
链式双重独立式：也称多边形转换器POLYVRT，是对DIME 数据结构的一种改进。。在DIME 中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的多边形来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段，每个弧段可以有若干中间点
链状双重独立式数据结构主要有四个文件组成：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件
19、DIME与POLYVRT 的区别：
DIME 是以两个节点间的一直线线段为关系描述和记录的基本单元。
POLYVRT 则以两个节点间的一段弧段为基本单元，压缩了数据量，提高了运行速度和效率，因为一般数字化一条街道时，必然有许多中间点，但在做空间分析时却没有必要以这些中间点所组成的折线为研究对象，而应以整条弧段（某条街道）为研究对象。
21、地理关系数据模型：一种GIS 数据模型，将空间数据和属性数据存储在两个分离又互相联系的文件系统中。
（1）Coverage-拓扑型：图形文件存储空间数据，Info文件存储属
性信息；
Coverage 支持三种拓扑关系（连接性、面定义、邻接性）；Coverage 数据结构：
点：要素标识码、x和y 坐标
线：弧段-节点表（“始节点”（from-node），“到节点”
（to-node）），弧段坐标表（“始节点”，“到节点”，其他端点的坐标）
面：多边形-弧段表，左右多边形表，弧段坐标表
Coverage 模型是ESRI 软件中的标准矢量数据格式
（2）Shapefile-非拓扑矢量数据：
Shapefile 数据结构：（没有描述几何对象空间关系的文件，对于共
享边界有重复弧段且可彼此重叠）
点：一对x、y坐标
线：一系列的点
面：一系列的线
22、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、温度等
•表示和存储这些要素的基本要求是必须便于连续现象在任一点的内插计算，因此常采用不规则三角网来拟合连续分布现象的覆盖表面，称为TIN(TriangulatedIrregular Network) 数据结构
24、当一个栅格单元内有多个可选属性值时（混合像元），按一定方
法来确定栅格属性值：中心点法、面积占优法、重要性法
25、栅格结构编码方法：逐个像元编码（直接栅格编码）、游程（行
程）编码、块码、链码、四叉树编码。
26、栅格数据结构是指栅格数据的存储方式或格式
27、编码方法比较
•直接栅格编码：简单直观
•游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始
栅格结构，编码解码十分容易
•链码：压缩效率较高，接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但
不具有区域性质，区域运算较难
•块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高
的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量
图形图象运算，效率较高，是很有前途的编
码方法
28、栅格数据结构特点：
•离散的量化栅格值表示空间对象，用栅格单元填满空间
•位置隐含，属性明显
•数据结构简单，存储方便，易与遥感数据结合
•分辨率的提高和数据量之间呈平方指数关系
•为了减少数据量，产生了多种压缩存储量的数据结构
29、两种数据结构的比较
矢量结构：位置明显，属性隐含；
栅格结构：属性明显，位置隐含
矢量数据
优点：图形显示质量好、位置精度高，数据存储量小，空间关系描
述全面，利用拓扑、网络分析，空间和属性数据综合查询与更新方便
缺点：数据结构复杂，空间分析运算复杂，缺乏与遥感数据、数
字高程模型直接结合的能力
栅格数据
优点：数据结构简单，多种空间数据的叠置方便，利于与遥感数据
和数字高程模型的直接结合，数学模拟方便
缺点：数据量大，空间位置精度低，地图输出不美观，难以建立空
间实体间的拓扑关系，不利于目标的检索
30、矢量向栅格的转换（实质上是将矢量图上点、线、面实体的坐标
数据转为规则的格网数据再给予填充）在作业本上，重点
1、GIS数据源
图形图像数据：地图、工程图、规划图、照片、航空与遥感影像等文字数据：调查报告、文件、统计数据、实验数据、野外调查原始
记录等
2、属性数据的编码方法：层次分类编码法、多源分类编码法
3、空间数据的获取：数字化仪、扫描仪、摄影测量仪器、键盘等
4、图形数据的获取：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备
元数据的获取：数据收集前（键盘输入、关联法）、数据收集中（测
量法）、数据收集后（计算法、推理法）
6、空间数据的处理：空间数据的编辑、坐标转换、压缩处理、插值
7、空间数据编辑包括在数字地图上添加、删除和修改要素的过程，
空间数据编辑主要是消除数字化的错误。（定位错误、拓扑错误）
8、空间数据的坐标变换：坐标系转换（平移、比例（缩放）、旋转、
组合变换）、投影变换、几何变换
9、曲线上点的压缩（矢量数据压缩）：间隔取点法、垂距法和偏角法、
Douglas-Peucker 法
10、空间插值：用已知点的数值来估算其他点的数值的过程。空间插
值是将点数据转换成面数据的一种方法。
11、空间插值的要素：控制点，插值方法
空间插值的类型
•全局插值法：利用现有的每个已知点来估算未知点的值，用于估算
表面的总趋势，模拟大范围内的变化，而不能提供内
插区域的局部特性
•局部插值法：用已知点的样本来估算未知点的值，这种方法仅仅用
邻近的数据点来估计未知点的值，而不受局部范围外
其它点的影响
整体拟合法（一种非精确插值法）：趋势面模型、回归模型局部拟合法（局部插值法）：（有泰森多边形）
（1）距离倒数权重插值
（2）样条函数法
12、空间数据质量：是空间数据在表达空间位置、专题特征以及时
间这三个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及三者之间统一性的程度。
1、空间分析：基于空间对象的属性、分布、形态及其空间关系特征
的空间数据分析技术。
空间分析是GIS 的核心，已成为GIS 的主要功能特征，也是评价一个
GIS 系统性能的主要标志之一
2、GIS系统提供的空间分析：各类GIS 系统提供的分析能力的差异
性很大，主要有查询分析、叠置分析、邻域分析、网络分析、地形分析、空间统计分析等
3、常用空间分析的内容及方法：
（1）基于空间关系的查询（2）空间量算（3）缓冲区分析（4）叠加分析（5）网络分析（6）空间统计分析
线缓冲区和面缓冲区建立算法原理：角平分线法、凸角圆弧法缓冲区分析总结：
（1）缓冲区分析是解决邻近度问题的分析工具、
（2）缓冲区分析分为建立缓冲区和分析缓冲区（分析缓冲区常用到
缓冲区分析模型，它表示缓冲区不同地区受主体对象的不同影响）
（3）通常GIS 提供了建立缓冲区的功能，分析缓冲区常涉及专业模
型，最后可得到邻域分布图
（4）缓冲区分析常同叠置分析联合应用
6、空间分析的一般过程：1确定分析目的和评价准则；2收集、输入
空间、属性数据；3作空间位置的处理、分析作属性信息的处理、分析；4获得简要分析结果（图表）；5解释、评价结果；6专题地图、文字报表，形成正式结果，供决策使用7、基于矢量与栅格的数据分析的比较
矢量数据结构栅格数据结构
算法难易度算法复杂，计算量大概念清楚，算法简单数据量数据量小数据量大
精度精度高精度低
属性数据抽取复杂简单
拓扑关系的表达易难
8、最著名的最短路径搜索算法是1959年提出的Dijkstra（迪杰斯
特拉）算法，被公认为是最好的算法之一
9、采用回溯方法可以得到从起点K 到其他结点的最短路径经由的结
点
10、DTM数字地面模型：描述地球表面多种信息空间分布的有序数值
阵列，是定义在某一区域D 上的m 维向量有限序列V。向量V 的分量为地形上的资源、环境、人口分布等地面特征信息的定量或定性描述。这些非地形特征信息与地形信息结合在一起，构成DTM
11、DEM 数字高程模型：当DTM 模型中数字属性为高程时称DEM 模型，
即数字高程模型。DEM模型是DTM 模型的一种特例
12、DEM数据源的种类及采集方法：数字化采集、以数字线划图为数
据源、野外实地采集、以航空或航天遥感图像为数据源
13、DEM数据的表达模型：离散点数字地面模型、数学分块曲面表示
法、等高线模型、规则格网(grid)、不规则三角网TIN
14、大比例尺数据高程模型：通常采用能表示地性线的不规则三角网，
以便较精确地显示小区域地形特性；
小比例尺数据高程模型：通常采用规则格网模型，以显示大区域宏观地形特性
15、数字地形分析的两个重要因子：坡度、坡向
16、坡向的定义：地形表面法线在水平面上的投影与X 轴之间夹角。
17、坡度的定义：地面的法向量与Z 轴之夹角（地形表面和水平面之
间夹角的正切值）
18、DEM 模型可替代传统用等高线描述地形的方法。目前，DEM 已作
为空间数据库的实体，为GIS 空间分析和决策提供基础数据
GIS 工程：运用系统的原理，方法研究地理信息系统见设开发的方法和管理的一门学科。
建设阶段：前期工程，设计工程，工程实施，维护工程瀑布模型：问题定义，可行性研究，需求分析，总体设计，详细设计，编码与单元测试，像素测试，软件维护GIS 要素组成：空间数据，数据（获取，管理，显示，探查，分析）
GIS 软件的主要功能；空间数据（输入，输出，库-管理；处理与分析）功能
空间数据质量控制方法：传统手工方法，元数据方法，地理相关法
虚拟现实3D 特征：交互性，想象形，沉侵感地理信息系统的主要研究内容：基本理论
研究，技术体系研究，应用方法研究空间数据特点体现在：空间，时域，属性特征
栅格数据的编码方法：直接栅格数据编码，费尔曼链码，游程编码，四叉树编码
拓扑关系：描述空间实体之间在弯曲或拉伸等状态下仍保持不变的性质，邻接，关联，包含
GIS 三个抽象层次：概念模型、逻辑数据模型、物理数据模型地理空间数据的来源：地图数据、影像数据、地形数据、属性数据、元数据
空间关系三种基本类型：拓扑关系、方向关系、度量关系
拓扑型的矢量数据结构：包括双重独立式、链式双重独立式等；
共同特点是：点是相互独立的，点连成线，线构成面
链状双重独立式数据结构四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件
栅格结构编码方法：直接栅格编码、游程（行程）编码、块码、链码、四叉树编码。
1、GIS数据源图形图像数据：地图、工程图、规划图、照片、航空与遥感影像等
文字数据：调查报告、文件、统计数据、实验数据、野外调查原始记录等
2、属性数据的编码方法：层次分类编码法、多源分类编码法
3、空间数据的获取：数字化仪、扫描仪、摄影测量仪器、键盘等
4、图形数据的获取：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备
元数据的获取：数据收集前（键盘输入、关联法）、数据收集中（测量法）、数据收集后（计算法、推理法）
6、空间数据的处理：空间数据的编辑、坐标转换、压缩处理、插值
曲线上点的压缩（矢量数据压缩）：间隔取点法、垂距法和偏角法、Douglas-Peucker法
10、空间插值：用已知点的数值来估算其他点的数值的过程。空间插值是将点数据转换成面数据的一种方法。
空间数据质量：是空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间这三个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及三者之间统一性的程度。
1、空间分析：基于空间对象的属性、分布、形态及其空间关系特征的空间数据分析技术。
DEM 数据源的种类及采集方法：数字化采集、以数字线划图为数据源、野外实地采集、以航空或航天遥感图像为数据源
13、DEM数据的表达模型：离散点数字地面模型、数学分块曲面表示法、等高线模型、规则格网(grid)、不规则三角网TIN
最短路径算法：迪杰斯特拉算法，是最好的算法
空间分析：基于空间对象的属性、分布、形态及其空间关系特征的空间数据分析技术。
叠置分析条件：相同的区域，不同类型的数据，若相同必须是不同的时刻，相同坐标系，两个以上的图层。