第一章   导论

1、数据：是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，包括数字、文字、符号和图像。数据本身并没有意义。

2、信息：是对数据的解释、运用和解算，数据即使是处理后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。

3、信息来自数据，具有以下特点：客观性、适用性、传输性、共享性。

4、地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系好规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。

5、地理信息特征：首先，地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的一个最显著的标志（空间性）。其次，地理信息具有结构的特点（性）。第三，地理信息的时序特征很明显（时序性）。

6、GIS：是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，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与管理问题。

①GIS的物理外壳是计算机化的技术系统。

②GIS的操作对象是空间数据（区别于其它信息系统的根本标志）。

③GIS的技术优势在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段、以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等。

7、GIS分类：根据研究范围，分为全球性与区域性信息系统；根据研究内容，分为专题信息系统与综合信息系统；根据使用的数据模型，分为矢量、栅格与混合型信息系统。

8、GIS的基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。

GIS的基本功能：①数据的采集与编辑。②数据的存储与管理。③数据处理与交换。④空间分析与统计(拓扑叠合、缓冲区建立、数字地形分析、空间集合分析)。⑤产品制作显示。⑥二次开发与编程。

9、GIS的应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策。

 第二章    地理信息系统的数据结构

1、地理空间上至大气电离层，下至地幔莫霍面，是生命活跃的场所。

地理信息系统中的空间概念常用地理空间来表示，一般包括地理空间定位框架及其连接的特征实体。

2、我国现在有三种大地坐标系：1954年北京坐标系(局部平差)；1980年国家大地坐标系（整体平差）；地心坐标系。

3、地图投影：将椭球面上各点的大地坐标，按照一定的数学法则，变化为平面上相应点的平面直角坐标，称为~。

4、高程：指空间参考的高于或低于某基准面的垂直位置，主要用来提供地形信息。

5、地理空间的特征实体包括点、线、面、曲面和体等多种类型。

6、我国采用1980年中国国家大地坐标系，其原点设在我国中部陕西省泾阳县永乐镇，简称为西安原点。

7、矢量表示法:采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素。

8、栅格表示法：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素。

9、空间数据是GIS的核心（血液）。

10、GIS中的数据来源与数据类型：地图数据、影像数据、地形数据、属性数据、元数据。

11、空间数据根据表示对象不同，可分为：类型数据、面域数据、网络数据、样本数据、曲面数据、文本数据、符号数据。

12、空间数据传递的基本信息包括定位信息、属性信息和拓扑信息。

对于随时间变化的地理实体或现象，还同时对应着时序或时间特征数据。空间特征数据包括地理实体或现象的定位数据和拓扑数据，属性特征数据包括地理实体或现象的专题属性数据和时间数据，而空间特征数据和属性特征数据统称为空间数据或地理数据。因此空间数据的基本特征可以概括为空间特征和属性特征（时间特征）。

13、拓扑结构是明确定义空间结构关系的一种数学方法。

拓扑关系包括：拓扑连接（同类元素之间)、拓扑关联（不同元素之间）、拓扑包含（同类不同级元素）。

14、空间数据拓扑关系对地理信息系统的数据处理和空间分析的意义：

①根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，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。

15、为了将空间数据存入计算机，首先，从逻辑上将空间数据抽象为不同的专题或层；其次，将一个专题层的地理要素或实体分解为点、线或面状目标，其中地理实体相邻两个结点间的一个弧段是基本的存储目标，每个目标的数据由地位数据、属性数据和拓扑数据组成。

16、数据结构分为矢量数据结构和栅格数据结构，矢量数据（坐标形式）是面向地物的结构，栅格数据是面向位置的结构。

17、矢量数据是利用欧几里德几何学中点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。

矢量数据结构分为：简单数据结构（最典型的是面条数据结构）、拓扑数据结构（弧段是数据组织的基本对象，最重要的技术特征和贡献是拓扑编辑功能P39）、曲面数据结构。

栅格数据结构:基于栅格模型的数据结构，指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。

合理的网格尺寸为，A为研究区域最小图斑面积，H为网格长。

(1) 栅格矩阵结构（存储空间为m行n列2字节）

(2) 游程编码结构：

    游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格长度，其目的是压缩栅格数量值，清除数据间的冗余。

    游程编码计算数据冗余度：（为图层内相邻属性值变为次数的累加和，m为网格图层的行数，n为图层网格的列数）。当的值大于1/5时，表明数据的压缩可取得明显效果，压缩比S=n/k

（3）四杈树数据结构：

将空间数据按照四个象限进行递归分割（，且n1），直到子象限的数值单调为止。建立四杈树有自上而下和自下而上两种方法。线性四叉树编码的存储算法：常规四叉树编码存储算法。

18、矢量与栅格数据结构的比较：

    矢量数据结构    栅格数据结构

优点    便于面向现象    数据结构简单

    数据结构紧凑，冗余度低    空间分析和地理现象的模拟比较容易

    有利于网格分析    有利于遥感数据的匹配应用与分析

              图形显示质量好、精度高    

输出方法快速，成本比较低廉

缺点    数据结构复杂    图形数据较大

    软件与硬件的技术要求比较高    投影转换比较困难

    多边形叠合与分析比较困难    栅格地图的图形质量比较差

    显示与绘图成本比较高    现象识别的效果不如矢量方法

第三章空间数据的处理

1、空间数据坐标变换的实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换。

几何纠正是为了实现数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的改正，有仿射变换、相似变换、二次变换等。

仿射变换与相似变换相比较，前者是假设地图因变形而引起的实际比例尺在x和y方向上都不相同，因此具有图纸变形的纠正功能。

2、由矢量向栅格的转换方法——基于弧段数据的带扫描法。

   由栅格向矢量的转换方法——基于图像数据文件和再生栅格数据文件。

3、不同格式空间数据的融合方法：

①基于转换器的数据融合；  ②基于数据标准的数据融合；

③基于公共接口的数据融合；④基于直接访问的数据融合。

4、空间数据压缩：从所获得的数据集合S中抽出一个子集A，这个子集作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好的逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。压缩比表示曲线信息载量减少的程度。

点的内插是研究具有连续变化特征现象的数值内插方法。一般要经过数据取样，数据处理和数据记录三个过程。

5、空间数据的内插：通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法称为～。

⑴点的内插：

1数据取样。② 数据内插：移动拟合法、局部函数法（详见P96）。③ 数据记录。

⑵区域的内插：是研究根据一组分区的已知数据来推求同一地区另一组分区未知数据的内插方法。有重叠法、比重法。

第四章地理信息系统空间数据库

1、空间数据库：地理信息系统在计算机物理存储介质上存储与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。

2、一个完整的大空间数据库包括;数据库、数据库管理系统、数据库应用系统。

3、空间数据库的设计：

⑴原则：尽量减少空间数据存储的冗余量；提高稳定的空间数据结构；满足用户对空间数据及时访问的要求，并能高效地提供用户所需的空间数据的查询结果；在数据元素间维持复杂的联系，以反映空间数据对策复杂性；支持多样的决策需要，具有较强的应用适应性。

⑵步骤：需求分析概念设计逻辑设计物理设计

⑶技术方法：数据分析技术、技术设计技术。

4、层次数据模型：处理方法：树遍历法、通用选择法。

5、网状数据模型：以系结构为基础，系结构是由属于两个不同客体类（即首、属两个客体类）的客体所组成。

6、关系数据模型：

关系模型的完整性有三类：实体完整性、参照完整性、用户定义完整性。

函数依赖：表征一个属性或属性集合的值对另一个属性或集合的值的依赖性，定义为：设R（U）是属性集合U的关系模式，X与Y是U的子集，若对于R（U）的任意一个当前值r，如果对r中的任意两个元组t和s，总有t[X]=s[X]，t[Y]=s[Y],则称X函数决定Y，或Y依赖于X，计作X→Y

范式：由于关系的属性之间存在着多种多样的函数依赖特性，当用关系模式来表达时，一些不良的语义特性就可能造成数据冗余及由此造成的数据操作异常，所以提出了关系模型必须遵守一些规范化形式，简称范式。

7、几个定义：

实体：是对客观存在的起作用的客体的一种抽象。

联系：是客体间有意义的相互作用或对应关系。

属性：是对实体和联系特征的描述。

对象：现实世界中一个客体的模型化。

消息：是对象之间相互请求或相互协作的唯一途径。

类：是对一组对象的抽象描述，它将该组对象所具有的共同特征集中起来，以说明该组对象的能力和性质。

概括：把一组具有相同特征和操作的对象归纳在一个更一般的超类中。

聚集：反映了嵌套对象的概念。嵌套对象是由一些其它对象组成的。

第五章空间分析的原理和方法

1、空间分析方法：产生式分析、咨询式分析。

2、数字地面模型：是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。

DTM={}，式中z为栅格结点（i，j）上的地面属性数据，包括属性权属、土壤类型等。当该属性为海拔高程时，则该模型即为数字高程模型。

3、地形因子的自动提取。见书中P142

4、空间叠合分析：指在统一空间参照系统条件下，每次将同一地区两个地理对象的图层进行叠合，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。（合成叠合、统计叠合），有点与多边形、线与多边形、多边形与多边形的叠合。

5、基于矢量数据的叠合分析——存储量小，但计算比较复杂。

基于栅格数据的叠合分析——存储量大，但计算简单。

6、空间缓冲区分析：指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或主体对邻近对象的辐射范围或影响度，以便为某项分析或决策提供依据。其模型可分为线性模型、二次模型、指数模型。

空间缓冲区分析的方法见P167.

7、空间统计分析：变量筛选分析（常用方法，包括主成分分析法、主因子分析法、关键变量分析法），变量聚类分析。

第六章地理信息系统的应用模型

1、GIS应用模型根据所表达的空间对象的不同，可分为三类：

一、基于理化原理的理论模型（数学模型）→地表径流，海洋、大气环流模型。

二、基于变量之间的统计关系或启发式关系（经验模型）→水土流失、适宜性分析模型。

三、基于原理和经验的混合模型→资源分配模型、位置选择模型。

2、适宜性分析模型P197.

3、地学模拟模型：是应用计算机、数字模拟技术及综合分析的方法来模拟许多地理过程或现象，如气候变迁、沙漠化过程、土地退化过程等。

第七章地理信息系统的设计与评价

1、GIS设计概述：GIS分为工具型信息系统和应用型GIS

（1）系统设计的模式：结构化的系统设计模型、结构化的系统评价模型。

（2）结构化的系统设计模式的特点是强调对用户的调查和系统功能需求的分析。

（3）系统设计的流程：系统分析→系统设计→实施→运行和维护。

2、地理信息系统的设计

（1）系统分析：从系统观点出发，通过对试物进行分析与综合，找出各种可行的方案，为系统设计提供依据，其任务是对系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出新系统的目标和结构方案。

（2）系统设计

1总体设计：

任务：根据系统研制的目标来规划系统的规模和确定系统的各个组成成分，说明它在整个系统中的作用、相互关系，以及确定系统的软硬件配制、规定系统采用的技术规范，并作出经费预算和时间安排，以保证系统总体目标的实现。

内容：用户需求——系统目标——总体结构——系统配制——数据库设计——系统功能——经费和管理。

2详细设计：

任务：根据总体设计方案确定的目标和阶段开发计划，紧密结合特点的硬件、基础软件和规范标准，进行系统和数据库的详细设计，用于具体指导系统开发。

   内容：子系统设计——数据库设计——功能模块的设计——用户界面设计。

（3）系统实施：系统硬件和软件的引进与调试；系统数据库的建立；应用管理系统的开发；系统测试和联调；系统验收和鉴定。

（4）系统运行与维护

第八章GIS产品的输出与设计

1、常规地图：全要素地图、各类专题图、遥感影像地图、统计图表与事故据报表。

2、数字地图：数字地球的核心：一是用数字化手段统一处理地球问题，二是最大限度的利用信息资源。

3、RGB颜色模型：红（R）、绿（G）、蓝（B）颜色模型是计算机图形学中实验较多的RGB加色系统。下载本文