地理信息系统概论复习提纲

第一章

1、什么是地理信息系统（GIS）？它与一般计算机应用系统有哪些异同点？

答：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。

一般的计算机应用系统只是管理属性数据，而地理信息系统是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或地球表层空间中的地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、模拟、分析、显示和描述的技术系统。

2、地理信息系统有哪几个主要部分组成？它的基本功能有哪些？

组成部分：（1）系统硬件:包括各种硬件设备，是系统功能实现的物质基础；

（2）系统软件:支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统； （3）空间数据:系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础；

（4）应用人员:GIS 服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户； （5）应用模型:解决某一专门应用的应用模型，是 GIS 技术产生社会经济效益的关键所在。

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、产品制作与演示、二次开发和编程。

3、试说明地理信息系统的基本分析功能与应用模型之间的区别和联系是什么？

答： 地理信息系统分析功能是基于现有数据按照一定规律或者参数进行计算得出的结构， 这些规律和参数就可以构成一个应用模型。 但应用模型很多是专业领域的模型， 其表现可以是参数表格也可以是图标或计算公式，不利于地理信息这种要与地理坐标想联系，并且需要特殊的可视化效果的信息分析与表达。 因此要构建适合于地理信息分析和表达的应用模型就要把如气象农业等行业应用模型转变或者结合地理信息做成与空间信息想连接的模型应用于分析。

4、根据你的了解，阐述地理信息系统的相关学科及关联技术，并就地理信息系统基础理论的建立和发展问题，发表你的意见和观点？

答：GIS是脱胎于地图学，是计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间 科学、信息科学和管理科学等众多学科交叉融合而成的新兴学科。 关联技术：

（1）GIS 与 地图学 GIS 是以地图数据库（主要来自地图）为基础，其最终产品之一也是地图，因此它与地图 有着极密切的关系。GIS 是地图学理论、方法与功能的延伸， GIS 与地图学一脉相承，它 们都是空间信息处理的学科，地图学强调图形信息传输，而 GIS 则强调空间数据处理与分 析，地图学与 GIS 之间的联系是通过地图可视化工具与他们的潜力来增强 GIS 的数据综合 和分析能力。

（2）GIS 与一般事务数据库 GIS 离不开数据库技术。 数据库技术主要通过属性来管理和检索， 但一般没有空间概念， GIS 能够处理空间数据。

（3）GIS 与计算机地图制图 计算机地图制图技术的发展对 GIS 的产生起了有力的促进作用， 的出现又反过来为地图 GIS 制图提供了现代化的先进技术手段。数字地图是 GIS 的数据源，也是 GIS 的表达形式，计 算机地图制图是 GIS 的重要组成部分。

（4）GIS 与计算机辅助制图（CAD）GIS 处理的多为自然目标，CAD 处理的多为规则几何图形及其组合。GIS 的属性库内容结 构复杂，功能强大，图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征。

5、地理信息系统课应用于哪些领域？根据你的了解论述地理信息系统的应用和发展前景？

答：现今地理信息系统已应用于测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾害监测、环境保护、国防、宏观决策支持等领域； 应用：1、资源管理、2、区域规划 3、国土监测、4、辅助设计

6、你对地理信息系统社会的发展趋势是怎么理解的？

答：当前地理信息系统正向集成化、产业化、和社会化发展方向迈进，呈现以下发展趋势：

1）地理信息系统已成为一门综合性技术，地理信息系统不仅与全球卫星定位系统（GPS） 、 遥感（RS）构成‚3S‛集成系统，而且与 CAD、多媒体、通信、英特网、办公自动化、虚 拟现实等多种技术相结合，构成了综合的信息技术；

2）地理信息系统产业化的发展势头强劲，地理信息系统及其产业化的发展日益受到各国普 遍关注， 许多基础地理信息数字化产品和大批专业地理科学数字化产品已进入市场， 地理信 息系统一成为信息产业镇南关市场前景十分广阔，又相对独立的新兴产业；

3）地理信息网络化已成为当今社会热点，逐步受到关注；

4）地理信息科学的产生和发展，地理信息系统一发展到地信息科学，但学科体系尚未健全， 还处在发展阶段。

7、叙述地理信息系统的几个主要发展阶段，它们的标志性进展及其对地理信息 系统发展的影响？ 答：1）地理信息系统开拓期（二十世界 60 年代）萌芽：这一时期计算机广泛应用，1963 年 Roger Tomlinson 开创了世界上第一个地理信息系统即加拿大地理信息系统（CGIS） ， Tomlinson 被誉为地理信息系统之父； 2）地理信息系统的巩固和发展期（二十世界 70 年代）计算机打在到第三代，推出了额大容 量直接存取设备磁盘，而且通过计算机屏幕直接件事数字化操作，ESRI 公司开发了著名的 ArcInfo 软件，这一个阶段还先后召开了一系列地理信息的国际学术讨论会；

3）地理信息系统技术的大发展时期（二十世纪 80 年代） ：由于第四代计算机推出，促进了 地理信息系统技术提高，先后开发出了 ArcInfo、Genqmp、Microstation、System9 等地理信 息系统基础软件，1987 年美国成立了国家地理信息与分析中心（NCGIA） ，地理信息系统开 始与哦能够与结局全球化问题；

4）地理信息系统普及时代（二十世纪 90 年代） ：地理信息系统被认为一种痛用得地理信息 技术工具被广泛应用，美国前副总统提出了‚数字地球‛这一概念； 5）地理信息系统用用普及阶段（二十一世纪） ：地理信息系统正在开始走进千家万户，地理 信息系统也英特网结合实现了人类社会巨大资源共享，网络 GIS，移动 GIS 逐渐普及。

8、给出 ‚ Geomatics‛一词的定义 。 如何理解 ‚ Geo‛和 ‚ matics‛ 的含义 ？ 、‚Geomatics‛的出现有什么意义？

答：Geomatics定义为‚利用各种手段，通过一切途径来获取和管理有 关空间基础信息的空间数据部分的科学技术领域。

Geo 是地理的意思， Matics是数 据的意思，他们只是从地理学科来考虑地理信息系统。

从\"Geomatics\"一词出现的过程可以 看出，\"Geomatics\" 反映了现在测绘科学、遥感和地理信息系统御现代计算机科学和信息科 学相结合的多学科集成，以满足对空间信息要求的发展趋势。

第二章

1、通过实列说明 GIS 空间数据的基本特征及在计算机中的表示方法？ 答：GIS 空间数据的基本特征：空间特征、属性特征、时间特征。

在计算机中空间特征采取空间分幅， 即将整个地理空间划分为许多子空间，在选择要素表达子空间； 属性特征采取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；

时间特征采取时间分段即将有时间特征的地理数据按其表化规律划分为不同的时间数据再逐一表示。

2、简述空间数据的拓扑关系及其对 GIS 数据处理和空间分析有何重要意义？

答：空间数据的拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法，在 GIS 中，它不但用 于空间数据的编辑和组织，而且在空间分析和应用中都具有非常重要的意义。

意义：1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或者计算距离，就可以确定一种地理实体，相对于另 一种地理实体的空间位置关系；2）利用拓扑数据有利于空间要素的查询；3）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。

3、试比较矢量与栅格数据结构各有什么特征？ 答：

矢量 优点 1、便于面对实体的数据表达 2、数据结构紧凑，冗余度低 3、拓扑结构有利于网络分析，空间查询等 1、数据结构相对简单 2、空间分析较容易实现 3、有利于遥感数据的匹配应用和分析 缺点 1、数据结构比较复杂 2、软件实现的技术要求比较高 3、多边形叠合等分析相对困难 1、数据量较大、冗余度高，需要压缩处理 2、定位精度比矢量低 3、拓扑关系难以表达 栅格

4、请简述平面控制网和高程控制网在 GIS 中的应用？

答：平面控制网用以确定在地球上得平面位置通常是地理经纬度坐标；

高程控制网利用空间某点高于或低于基准面的垂直距离来提供地形信息。

5、什么是 4D 数据？它们与矢量和栅格数据之间具有什么联系？ 答：数字线画图数据（DLG）:是现有地形图要素的矢量数据。

数字高程模型数据（DEM） ：是以数字形式表达的地形起伏数据，也是矢量数据； 数字栅格数据（DRG） ：是现有纸质地图经计算机处理后得到的栅格数据文件。

数正射影像数据（DOM） ：是对遥感数字影像，经像元进行投影差改正、镶嵌，是一种栅格形式的数据。

6、什么是游程编码？游程编码的压缩效果与哪些因素有关？

答： 游程编码是逐行将相同值得栅格合并， 记录合并后栅格的值及合并栅格的数量 （即游程） ，其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。游程编码的压缩效果主要取决于栅格数据 的性质级与原图的复杂成反比，变化多得部分有游程数就多，变化少的部分游程数就少，图件越简单压缩效率就越高。

8、什么是 TIN？Grid 和 TIN 在表达曲面数据的时候各有什么特点？

答：TIN即是不规则三角网，也名‚曲面数据结构‛，是将离散分布的实测数据点连成三角网，网中的三角形要求尽量接近等边形状，并保证由最近邻点构成三角形。

Grid 规则网格通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。是类似于矩阵形式的栅格数据，其属性值为地面的高程或其他连续分布现象的数值。

Grid 规则网格和 TIN 不规则三角网都是表示数字高程的两种方法。 优点 缺点 Grid 1、便于计算机处理。（利于栅格数据结构的1、地形平坦时存在大量数据冗余。 地理信息系统使用） 2、难以表达复杂地形的突变现象。 2、易于计算等高线、坡度破向、山坡阴影和3、数据量较大，需压缩储存，不利于细节信自动提取流域地形。（数字高程模型（DEM）息储存。 最广泛使用的格式） TIN 1、减少地形平坦时的数据冗余。 1、数据储存方式复杂。 2、能按地形特征（如山脊）表示数字高程特征。

9、地理空间的概念

答：地理空间一般指上至大气电离层，下至莫霍界面（地壳与地幔的交界）之间的空间区域。其间是自然地理过程和生命及人类活动最活跃的场所。

第三章★

点的空间内插 逐点内插法 整体内插法 分块内插法 线性内插法：使最靠近内插点的三个数据组成三角网，确定线性内插函数（z=a0+a1x+a2y）从而求得内插高程。 双线性内插法：使最靠近内插点的三个数据组成三角网，确定线性内插函数（z=a0+a1x+a2y+a3xy）从而求得内插高程。 二元样条函数内插法：在分块插值区利用样条函数模拟地表面求得待定高程。p99 移动拟合法 加权平均法 克里金法 N次多项式拟合法 1、比较空间内插的移动拟合法、局部函数和按距离加权法等（名词解释）。 答：在已观测点的区域内估算未观测点的数据的过程称为空间内插。

移动拟合法：对某一个待插值点 P 用一个多项式曲面拟合该点附近的表面，从而计算出该点的高程值。此时取以待插值点P为圆心半径为R的搜索圆内的点为多项式的系数。

加权平均法（反比距离加权法）：对某一个待插值点 P，使用点P为圆心的搜索圆内的点代入权函数，拟合该点附近的表面，从而计算出该点的高程值。

zpizi/pii1i1nnp1R-d2或p（）2dd3、试述克里金内插法的基本原理、优点 及实施过程？

答：原理：将被插值的某要素（例如地形要素）当做一个区域化的变量来看待。所谓区域化的变量就是介于完全随机的变量和完全确定的变量之间的一种变量， 它随所在区域位置的改变而连续地变化，因此，彼此离得近点之间有某种程度上的空间相关性，而相隔比较远的点之间在统计上看是相互独立无关的。 优点：

实施过程： 首先是利用那些要用来插值的离散点集合建立一个变量图， 变量图通常包括两部分，一个是根据实验获得的变量图，另一个是模型变量图。 其次将变量图用来计算 Kriging 方法中的权重。

4、请举例说明常用的矢量和栅格数据的转换方法？

矢量转栅格：矢量坐标点为（x，y），栅格单元行列值为（I，J），栅格单元再x，y方向的长度为dx，dy

设山歌坐标系位于直角坐标系XOY的点（x min，ymin）

点的栅格化 I[y-ymin]dyJ[x-xmin] （方括号表示取整） dx扫描线算法：已知端点坐标得行列差I|I2-I1|J|J2-J1|（分I>J,J>I处理） △J>△I时 平行y轴做每一列的中心线，即扫描线。求扫描线与线段的交点，并将线的栅格化 栅格化技术 交点转为栅格坐标。（交点坐标：xxm，y（x-x）1△I>△J同理。 基于弧线的栅格化 y2-y1y1） x2-x1面的栅格化 基于多边形的栅格化 扫描线算法（同上） 内点填充法：先将多边形边界按线栅格法栅格，再由多边形内部一点向外填充，直至到达各边界为止。 边界代数法：沿多边形边界环绕一圈，向上环绕时左边栅格单元数值减去属性值，向下时加上，则多边形外部栅格正负抵消，内部被赋予属性值。 检验夹角之和法：任取一点p，将p与多包含检验法 边形各点相连产生夹角，若夹角之和为2π则p在多边形内，反之不在。 铅垂线法（交点个数法）：任取点p向下作铅垂线，若与多边形边界焦点数为奇数则在多边形内，反之不在。 栅格转矢量：即是提取具有相同编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑 栅格转矢量 关系，并表示成矢量格式边界线的过程。步骤包括：多边形边界提取，即使用高通滤波 将栅格图像二值化；边界线追踪，即对每个弧段由一个节点向另一个节点搜索；拓扑关系生成和去处多余点及曲线圆滑。

矢量化方法：1） 二值化，先根据栅格数据建立一个阈值，再根据这个阈值将不同的数据灰度二值化。 2 个弧 度形成二值图。

1 G（i，j）0B（i，j）0 G（i，j）0{2）细化，是消除线画横断面栅格树的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线位置的单个栅格的

宽度。细化又可分为‚剥皮法‛ ，和‚骨架法‛两大类。 ‚剥皮法‛ ：实质是从曲线的边缘开始，每一次剥掉等于一个栅格宽的一层，直到最后留下 彼此连通的由单个栅格点组成的图形。 p86

3）跟踪法：是讲细化处理后的栅格数据转换为从节点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储线段的坐标。

栅格数据的矢量化方法：1）首先在栅格数据中收索多边形边界弧段相交处的节点位置； 2）接着从收索出得节点里任选一个座位其实跟踪节点，顺着栅格单元属性值不同的两个栅 格单元之间进行多边形边界弧段的跟踪，记录每一步跟踪的坐标，直到另一个节点为止； 3）最后将各宗得到的弧段数据连接组织成多边形。

6、试述 GIS 空间拓扑关系编辑的功能及具体算法？ 空间拓扑关系编辑的功能及具体算法？P106

答：1）多边形连接编辑功能：首先要找出要编辑多边形相关的所有记录，其次找在找出的 记录中，检查当前编辑的多边形所处的位置：如果带编辑的多边形在左多边形位置，将之与处于有多边形位置的多边形互相交换， 同时也将该记录的节点号位置作相应的交换， 反之则 该记录的所有数据顺序不作改变；随后，从经过代码位置转换的记录中，任取一个起始节点 作为起点，顺序连接各个节点，必要时可对记录的前后顺序作调整，是的连接的节点能自行 封闭；如节点不能闭合则必须改正出错得记录。

2）节点连接编辑功能：首先从弧段文件中找出与当前编辑的节点相关的所有记录；其次在 找出的记录中，检查当前编辑的节点所在的位置：如果待编辑的节点在起始节点位置，将之 与处于终止节点位置的节点号相交换， 同时也将该记录的多边形号位置作相应的交换反之则 该记录的所有数据项顺序不作改变；再者，从经过代码位置转换的记录中，任取一个左多边 形作为起点，顺序连接各个多边形，同样必要时可对记录的前后顺便作调整，使得连接的多 边形能首尾呼应。

8、请简述地图投影的分类及作用？

答： 地图投影实质是将地球托球体面上的经纬度线间按照一定的数学法则转移到平面上， 在 地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法； 地图投影分类： 按地图投影的构成方法可分为： 1）几何投影： 方位投影、圆柱投影、圆锥投影 按球面与投影免得几何位置不同可风为正轴投影、横轴投影和斜轴投影； 2）非几何投影：伪方位投影、伪圆柱投影、伪圆锥投影、多圆锥投影 按地图投影变形性质可分为： 等积投影、等角投影、任意投影。 常用的地图投影及其应用：

高斯克吕格：1：50万。兰伯特：1：100万。墨卡托投影：海图。UTM投影（通用横轴墨卡托投影）：我国卫星影像资料。

9、遥感与GIS数据的融合

答：遥感影像与数字线画图（DLG）的融合：经正射纠正的摇杆影像与DLG融合可以产生影像地图。

遥感影像与数字地形模型（DEM）的融合：有助于实施遥感影像的集合校正与配准，消除应地形起伏造成的像元位移，提高定位精度，同时数字地形可参与遥感影像分类，改善分类精度。

摇感影像和数字栅格涂（DRG）的融合：将数字栅格地图与遥感图像配准叠合，可以从遥感图像中快速发现已

发生变化区域进而实现半自动/自动更新。

10、空间数据的压缩与重分类

压缩：从空间数据集合中抽取一个子集，使这个子集在规定精度范围内最好地逼近原集合，又取得尽可能大的压缩比。 p93

矢量压缩：格拉斯算法，先生成收尾相接的一线段，若折线点到该线段距离小于某一阈值则该折现被一条直线代替。栅格压缩：游程编码，四叉树。

重分类：对数据库种提取的数据进行重新分类和图形化简。若相邻多边形具有相同的某一属性，删除其相同弧段重新组合成新的多边形。

第五章

1、试解释缓冲区分析和叠合分析概念，并举例说明这两种空间分析方法的用途？

答：缓冲区分析是指在点、线、面试题的周围，自动建立的一定宽度的多边形区域或带状区域；

叠合分析是指在相同的空间坐标系统条件下，将同一地区的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。

缓冲区分析应用于某一主题对象对邻近对象在一定辐射强度或影响强度天剑侠的影响区域分析。叠合分析应用于查询和和建模方面，也很有效的解决插值问题。

3、设某一实体的影响度Fi随距离ri而呈指数函数变化，已知该实体的影响半径为d0，分级指标值为f0，试述对该实体进行缓冲区分析的步骤和方法（i=1，2，…5） 答：缓冲区半径模型：

di，线性函数模型：Fif0（1-r），r0ri1iid0di，2幂函数模型：Fif0（1-r）0ri1i，rid0指数函数模型：Fif0i，ridi，0ri1d0（1-r）主体对邻近实体影响度（Fi）随比值距离（ri）增加而衰减。

4、讨论从数字高程模型中还可以派生出那些数字地形数据？

答：高程模型是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型是数字地形模型的一个分支。它可以派生出，地形因子，地形剖面线，DEM通视分析等。

地形因子包括地形的坡度、坡向、曲面面积、地表粗糙度、高程变异，以及谷脊特征等与地形有关的信息。 地形剖面线表现的是在地表从一个点出发到另一个点沿途的地形变化情况。

通视分析就是利用DEM判断地形上任意两点之间师傅可以互相可见的技术方法。 5、试以格网 DEM 数据为数据源，提取山丘地区的山顶高程信息。

答：1）以地表单元网格四个顶点的高程的平均值为该单元的平均高程；

2）一地表单元格顶点的高程与研究区域内最低点高程只差的平均值为该单元的相对高程；

3）高程变异是反映地表单元网格个顶点高程变化的指标，数字高程模型(DEM)包括平面位置和高程数据两种信息，可以直接在野外通过全站仪或者 GPS 等进行测量，也可以间接地从航空影像或者遥感图像以及 既有地图上得到。具体采用何种数据源和相应的生产工艺，一方面取决于这些 源数据的可获得性，另一方面也取决于 DEM 的分辨率、精度要求、数据量大小 和技术条件等数据来源。 6、什么是地图代数，主要存在那些地图代数的方法？

答： 地图代数是以一尺度空间内栅格点集的变换和运算来解决地理信息的图形符号可视化及 空间分析的新型理论和方法。主要存在基于栅格数据的叠合分析方法。

7、什么是 Voronoi 图，他有哪些主要特征和用途？

答：它是由一组由连接两邻点直线的垂直平分线组成的连续多边形组成。N个在 平面上有区别的点， 按照最

邻近原则划分平面； 每个点与它的最近邻区域相关联。

Voronoi 图特征：1）所有 Voronoi 图都是凸多边形；2）Voronoi 多边形的顶点是相邻已知点 构成的三角形外接圆的圆心 3）所有这些外接圆的内部不包含已知点。

Voronoi 图的用途： 可以用该已知数据点的数据来表达和分析该多边形内的所有其他数据点， Voronoi 图可以用于空间插值计算。

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第六章

1、结合你的兴趣领域（水土保持、洪水防灾、土地分等定级等），叙述基于 GIS的地球科学应用模型的建模步骤和方法？ 答：土地定级： 定级数据采集建立土地定级模 分析领域问题 确定GIS工具 确定工作目标 土地定级 与定量化处理 型 成作用分值图土地 土地理论果绘制总分值定级空间顶级空间视量化与土建立因素因级别 级别分级评频率直方图 单元生成 单元分值地级别图输子分值数据划分 界限确定定 计算方法 出 库 应用模型的步骤：1）明确分析目的评价准则 2）准备分析数据 3）空间分析操作 4）结果分 析 5）解释评价结果。

3、为公园选址，要求该公园的位置必须是从主要公路上容易到达，要减少噪声干扰，同时依山傍水，而且公园的可利用面积最大。试以 GIS 方法模拟选址分析步骤，设计其数据处理流程图，并说明其有关的操作和算子。

分析目的： 确定建立公园的合适区域 评价准则： 1)相对安静（离公路 0.2 公里之外）且交通方便（离公路 0.8 公里之内） 2)依附在大小适中的天然河流上，即等级为 2 的河流才适合建公园。 3)公园选址要避免沼泽地，即土地利用图中非沼泽地的适合建公园。

所需数据： 交通图 水系图（带有分级属性的水系图） 土地利用图 具体步骤： 1)对交通图中的公路分别建立 0.8,0.2 公里缓冲区 2）将两缓冲区进行空间叠置（擦除分析）得到公园候选区域---zones 3）通过赋属性再分类，将土地利用图分成沼泽地及非沼泽地两类（1 为非沼泽地，0 为沼泽地） ； 4）合并土地利用图中属性相同的相邻多边形的边界，得到 Marsh 层； 5)将 Marsh 层和 zones 进行多边形空间叠置分析（相交分析或裁剪分析） ，得到 zones 内的土 地利用区域 Zmarsh； 6)将 Stream 层与 Zmarsh 进行空间叠置（相交分析） 7）查询输出所选中的区域。查询‚土地利用类型=‘1’ ‛且‚河流等级=‘2’ ‛的区域， 该区域即为公园建立的候选地址。 具体操作步骤： 1）建缓冲区 将交通图层添加到新的 Map 中， Layers 的 Properties， General 栏中的 Unit 设置为 meters 点 在 2）空间叠置分析 3）查询 选择 Selection 菜单下的 Select By Attributes，在弹出的对话框中输入查询语句