2023年7月1日发(作者：)

GIS基本理论之⼀：GIS的概念、构成结构、功能 的概念、构成结构、功能1 地理信息系统的概念 地理信息系统(Geographic Information System 简称GIS)是⼀项以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应⽤形成了⼀门交叉性、边缘性的学科，它是以地理空间数据库为基础，在计算机硬件的⽀持下，对空间相关数据进⾏采集、管理、操作、分析、模拟和显⽰，并采⽤地理模型等分析⽅法，实时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务⽽建⽴起来的计算机技术系统。它的定义主要包含三个⽅⾯的内容：①GIS使⽤的⼯具：计算机软硬件系统；②GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性；③GIS数据建⽴过程：采集、存贮、管理、处理、检索、分析和显⽰。 2 地理信息系统与相关技术(CAD、数字化制图)之间的关系 地理信息系统与事务信息系、CAD和数字化制图都有很⼤的关系，但它们之间⼜存在着很多的不同点。 与⼀般的事务信息系统相⽐，地理信息系统具有以下特征：①地理信息系统在分析处理问题中使⽤了空间数据与属性数据，并通过数据库管理系统将⼆者联系在⼀起共同管理、分析和应⽤，从⽽提供了认识地理现象的⼀种新的思维⽅法；⽽事务信息系统只有属性数据库的管理，不能进⾏有关空间数据的操作；②地理信息系统强调空间分析，通过利⽤空间解析式模型来分析空间数据；③地理信息系统的成功应⽤不仅仅取决于技术体系，⽽且依靠⼀定的组织体系；④虽然事务信息系统对地理信息系统的发展起着重要的作⽤。但实践证明，⼈的因素在地理信息系统得发展过程中越来越具有重要的影响作⽤，地理信息系统的应⽤问题已经超出了技术的范畴。 CAD是指计算机辅助设计，是采⽤计算机辅助进⾏各种设计，⼴泛⽤于机械、建筑、⼯程和产品设计⽅⾯。GIS是在CAD基础上发展起来的⼀门学科，设计制图同时也是GIS的重要功能。CAD和GIS的关系密切。⼆者都具有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据，也能处理属性数据。根本区别在于使⽤⽬的不同，从⽽导致了功能和数据组织等⽅式上的区别。从使⽤⽬的来看，CAD主要偏向于制图和表达，⽽GIS更强调解决空间问题。因此，CAD的图形编辑功能较强，具有较强的排版和制图能⼒，GIS的核⼼功能是空间分析。GIS⽐CAD的图形数据具有更强的语义，表现在：①属性更为丰富；②空间对象之间的拓扑关系更强；③数据更海量。 数字化制图与地理信息系统从它们的形成开始⼀起到发展⾄今，都是紧密联系在⼀起，有时很难区分。地理信息系统从建⽴到应⽤的各个环节，都需要数字化制图⽅法作为技术保证。地理信息系统建⽴前必须对各种数据进⾏收集与处理，⽽处理图形和⽂字等⾮数字信息时就要采⽤数字化制图中数字化的⽅法与原理。数据库建造中，从编码到建库都必须遵循⼀定的数据结构，数据与数据之间形成的关系等均需应⽤有关数字化制图的知识。建库后的数据管理和更新也必须借助数字化制图原理。地理信息系统成果的图形输出，更需要运⽤数字化制图的图形输出⽅法。它们之间的不同主要有以下⼏个⽅⾯：①数字化制图的⽬的是快速、精确地编制⾼质量的地图，⽽地理信息系统则是为地理研究和地理决策提供服务；②它们在数据采集、处理、输出过程中的侧重点有所不同；③数字化制图是利⽤计算机及其输⼊输出装置，通过数据库技术和图形数字处理⽅法，来进⾏地图制图的⼯作。数字化制图的整个过程是以处理数字为主要内容。⽽这些数字载负了地图或地理信息的具体内容。有了完整、精确的地图数据库，都能借助于计算机的处理，提供查询、分析的评价制图信息，编成新的地图。

3 地理信息系统的构成结构 ⽤户。其核⼼内容是计算机硬件和软件，空间数据反应了应⽤地理信息系统的信息内容，⽤户决定了系统的⼯作⽅式。 计算机硬件系统是计算机系统中实际物理设备的总称，主要包括计算机主机，输⼊设备，存储设备和输出设备。 计算机软件系统是地理信息系统运⾏时所必需的各种程序。包括：①计算机系统软件；②地理信息系统软件及其⽀撑软件。包括地理信息系统⼯具或地理信息系统实⽤软件程序，以完成空间数据的输⼊、存储、转换、输出及其⽤户接⼝功能等③应⽤程序。这是根据专题分析模型编制的特定应⽤任务的程序，是地理信息系统功能的扩充和延伸。 空间数据是地理信息系统的重要组成部分，是系统分析加⼯的对象，是地理信息系统表达现实世界的经过抽象的实质性内容。它⼀般包括三个⽅⾯的内容：即空间位置坐标数据，地理实体之间空间拓扑关系以及相应于空间位置的属性数据。通常，它们以⼀定的逻辑结构存放在空间数据库中，空间数据来源⽐较复杂，随着研究对象不同，范围不同，类型不同，可采⽤不同的空间数据结构和编码⽅法，其⽬的就是为了更好地管理和分析空间数据。 地理信息系统是⼀个复杂的系统，仅有计算机硬件、软件及数据还不能构成⼀个完整的系统，必须要有系统的使⽤管理⼈员。其中包括具有地理信息系统知识和专业知识的⾼级应⽤⼈才；具有计算机知识和专业知识的软件应⽤⼈才以及具有较强实际操作能⼒的硬软件维护⼈才。

4 地理信息系统的功能 地理信息系统的核⼼问题可归纳为五个⽅⾯的内容：位置、条件、变化趋势、模式和模型。 ⑴位置（Locations） ⾸先，必须定义某个物体或地区信息的具体位置，常⽤的定义⽅法有：通过各种交互⼿段确定位置，或者直接输⼊⼀个坐标； 其次，指定了⽬标或区域的位置后，可以获得预期的结果以及其所有或部分特性，例如当前地块所有者、地址、⼟地利⽤情况、估价等。 ⑵条件（Conditions） 即什么地⽅有满⾜某些条件的东西 ⾸先，可以⽤下列⽅式指定⼀组条件，如从预定义的可选项中选择选取；填写逻辑表达式；在终端上交互式填写表格 其次，指定条件后，可以获得满⾜指定条件的所有对象的列表，如在屏幕上以⾼亮度显⽰满⾜制定条件的所有特征，例如，其所位于的⼟地类型为居民区、估价低于200，000美元、有四个卧室⽽且是⽊制的房屋 ⑶变化趋势（Trends） 该类问题需要综合现有数据，以识别已经发⽣了或正在发⽣变化的地理现象。 ⾸先，确定趋势，当然趋势的确定并不能保证每次都正确，⼀旦掌握了⼀个特定的数据集，要确定趋势可能要依赖假设条件、个⼈推测、观测现象或证据报道等。 其次，针对该趋势，可通过对数据的分析，对该趋势加以确认或否定。地理信息系统可使⽤户快速获得定量数据以及说明该趋势的附图等。例如，通过GIS，可以识别该趋势的特性：有多少柑桔地块转作它⽤？现在作为何⽤？某⼀区域中有多少发⽣了这种变化？这种变化可回溯多少年？哪个时间段能最好反映该趋势？1年、5年还是10年？变化率是增加了还是减少了？ ⑷模式（Patterns）

该类问题是分析与已经发⽣或正在发⽣事件有关的因素。地理信息系统将现有数据组合在⼀起，能更好地说明正在发⽣什么，找出发⽣事件与哪些数据有关。 ⾸先，确定模式，模式的确定通常需要长期的观察、熟悉现有数据、了解数据间的潜在关系。 其次，模式确定后，可获得⼀份报告，说明该事件发⽣在何时何地、显⽰事件发⽣的系列图件。例如，机动车辆事故常常符合特定模式，该模式（即事故）发⽣在何处？发⽣地点与时间有关吗？是不是在某种特定的交叉处？在这些交叉处⼜具有什么条件？ ⑸模型（Models）

该类问题的解决需要建⽴新的数据关系以产⽣解决⽅案。 ⾸先，建⽴模型，如选择标准、检验⽅法等。 其次，建⽴了⼀个或多个模型后，能产⽣满⾜特定的所有特征的列表，并着重显⽰被选择特征的地图，⽽且提供⼀个有关所选择的特征详细描述的报表。例如要兴建⼀个⼉童书店，⽤来选址的评价指标可能包括10、15、20分钟可到达的空间区域。附近居住的10岁或10岁以下的⼉童的⼈数、附近家庭的收⼊情况、周围潜在竞争的情况。 为了完成上述的地理信息系统的核⼼任务，需要采⽤不同的功能来实现它们。尽管⽬前商⽤GIS软件包的优缺点是不同的，⽽且它们在实现这些功能所采⽤的技术也是不⼀样的，但是⼤多数商⽤GIS软件包都提供了如下功能：数据的获取（Data Acquisition）、数据的初步处理（Preliminary data Processing）、数据的存储及检索（Storage and Retrieval）、数据的查询与分析（Search and Analysis）、图形的显⽰与交互（Display and Interaction）。 地理信息系统功能包括以下的部分：数据采集、监测与编辑（⼿扶跟踪数字化）；数据处理（⽮栅转换、制图综合）；数据存储与组织（⽮量栅格模型）；空间查询与分析（空间检索、空间拓扑叠加分析、空间模型分析）；图形交互与显⽰（各种成果表现⽅式）。 下⾯分别来描述： 数据采集、监测与编辑主要⽤于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑⼀致性与正确性等。⼀般⽽论，地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的70%或更多，并且这种⽐例在近期内不会有明显的改变。因此，信息共享与⾃动化数据输⼊成为地理信息系统研究的重要内容。⽬前可⽤于地理信息系统数据采集的⽅法与技术很多，有些仅⽤于地理信息系统，如⼿扶跟踪数字化仪；⽬前，⾃动化扫描输⼊与遥感数据集成最为⼈们所关注。扫描技术的应⽤与改进，实现扫描数据的⾃动化编辑与处理仍是地理信息系统数据获取研究的主要技术关键。 对数据处理⽽⾔，初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换，是⼀种耗时、易错、需要⼤量计算量的⼯作，应尽可能避免；数据转换包括数据格式转化、数据⽐例尺的变化等。在数据格式的转换⽅式上，⽮量到栅格的转换要⽐其逆运算快速、简单。数据⽐例尺的变换涉及到数据⽐例尺缩放、平移、旋转等⽅⾯，其中最为重要的是投影变换；制图综合（Generalization）包括数据平滑、特征集结等。⽬前地理信息系统所提供的数据概括功能极弱，与地图综合的要求还有很⼤差距，需要进⼀步发展。 数据存储与组织是建⽴地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、⽮量模型或栅格/⽮量混合模型是常⽤的空间数据组织⽅法。空间数据结构的选择在⼀定程度上决定了系统所能执⾏的数据与分析的功能；在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为⼀体。⽬前⼤多数系统都是将⼆者分开存储，通过公共项（⼀般定义为地物标识码）来连接。这种组织⽅式的缺点是数据的定义与数据操作相分离，⽆法有效记录地物在时间域上的变化属性。 空间查询与分析是地理信息系统最核⼼的功能。空间查询是地理信息系统以及许多其它⾃动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能；⽽空间分析是地理信息系统的核⼼功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别，模型分析是在地理信息系统⽀持下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，它是地理信息系统应⽤深化的重要标志。地理信息系统的空间分析可分为三个不同的层次。⾸先是空间检索，包括从空间位置检索空间物体及其属性和从属性条件集检索空间物体。“空间索引”是空间检索的关键技术，如何有效地从⼤型的地理信息系统数据库中检索出所需信息，将影响地理信息系统的分析能⼒；另⼀⽅⾯，空间物体的图形表达也是空间检索的重要部分。其次是空间拓扑叠加分析，空间拓扑叠加实现了输⼊要素属性的合并（Union）以及要素属性在空间上的连接(Join)。空间拓扑叠加本质是空间意义上的布尔运算。第三是空间模型分析，即在空间模型分析⽅⾯，⽬前多数研究⼯作着重于如何将地理信息系统与空间模型分析相结合。其研究可分三类：第⼀类是地理信息系统外部的空间模型分析，将地理信息系统当作⼀个通⽤的空间数据库，⽽空间模型分析功能则借助于其它软件；第⼆类是地理信息系统内部的空间模型分析，试图利⽤地理信息系统软件来提供空间分析模块以及发展适⽤于问题解决模型的宏语⾔，这种⽅法⼀般基于空间分析的复杂性与多样性，易于理解和应⽤，但由于地理信息系统软件所能提供空间分析功能极为有限，这种紧密结合的空间模型分析⽅法在实际地理信息系统的设计中较少使⽤；第三类是混合型的空间模型分析，其宗旨在于尽可能地利⽤地理信息系统所提供的功能，同时也充分发挥地理信息系统使⽤者的能动性。 图形与交互显⽰同样是⼀项重要功能。地理信息系统为⽤户提供了许多⽤于地理数据表现的⼯具，其形式既可以是计算机屏幕显⽰，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件，尤其要强调的是地理信息系统的地图输出功能。⼀个好的地理信息系统应能提供⼀种良好的、交互式的制图环境，以供地理信息系统的使⽤者能够设计和制作出⾼质量的地图。1. 空间地理数据的基本特征 要完整地描述空间实体或现象的状态，⼀般需要同时有空间数据和属性数据。如果要描述空间实体或的变化，则还需记录空间实体或现象在某⼀个时间的状态。所以，⼀般认为空间数据具有三个基本特征：⑴空间特征 表⽰现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征⼜称为⼏何特征或定位特征，⼀般以坐标数据表⽰。⑵属性特征 表⽰现象的特征，例如变量、分类、数量特征和名称等等。⑶时间特征 指现象或物体随时间的变化。 位置数据和属性数据相对于时间来说，常常呈相互独⽴的变化，即在不同的时间，空间位置不变，但是属性类型可能已经发⽣变化，或者相反。因此，空间数据的管理是⼗分复杂的。有效的空间数据管理要求位置数据和⾮位置数据互相作为单独的变量存放，并分别采⽤不同的软件来处理这两类数据。这种数据组织⽅法，对于随时间⽽变化的数据，具有更⼤的灵活性。

2. 如何在计算机内部⽤数字形式描述客观事物或现象对地理信息进⾏数字化描述，就是要使计算机能够识别地理事物的形状，为此，必须精确地指出空间模式如何处理，如何显⽰等。在计算机内描述空间实体有两种形式：显式描述和隐式描述。在计算机中的显⽰表⽰，就是栅格中的⼀系列像元。隐式表⽰是由⼀系列定义了始点和终点的线及某种连接关系来描述。计算机对地理实体的显式描述也称栅格数据结构，计算机对地理实体的隐式描述也称⽮量数据结构。栅格和⽮量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的⽅式。在栅格数据结构中，整个地理空间被规则地分为⼀个个⼩块（通常为正⽅形），地理实体的位置是由占据⼩块的横排与竖列的位置决定，⼩块的位置则由其横排竖列的数码决定，每个地理实体的形态是由栅格或⽹格中的⼀组点来构成。在⽮量数据结构中，地理实体的形状和位置是由⼀组坐标对所确定。⽮量数据结构对地理实体的描述类似于地图对地理信息的描述，⼀般也把地理实体分为点、线、⾯三种，每种实体有不同的编码⽅法。

3. 栅格结构数据的特点有哪些，栅格数据有哪些获取⼿段栅格结构的显著特点是：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或属性本⾝，⽽所在位置则根据⾏列号转换为相应的坐标，也就是说定位是根据数据在数据集中的位置得到的。由于栅格结构是按⼀定的规则排列的，所表⽰的实体的位置很容易隐含在格⽹⽂件的存储结构中，在后⾯讲述栅格结构编码时可以看到，每个存储单元的⾏列位置可以⽅便地根据其在⽂件中的记录位置得到，且⾏列坐标可以很容易地转为其他坐标系下的坐标。在格⽹⽂件中每个代码本⾝明确地代表了实体的属性或属性的编码，如果为属性的编码，则该编码可作为指向实体属性表的指针。由于栅格⾏列阵列容易为计算机存储、操作和显⽰，因此这种结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是易于同遥感影像的结合处理，给地理空间数据处理带来了极⼤的⽅便。栅格结构表⽰的地表是不连续的，是量化和近似离散的数据。在栅格结构中，地表被分成相互邻接、规则排列的矩形⽅块（特殊的情况下也可以是三⾓形或菱形、六边形等），每个地块与⼀个栅格单元相对应。栅格数据的⽐例尺就是栅格⼤⼩与地表相应单元⼤⼩之⽐。在许多栅格数据处理时，常假设栅格所表⽰的量化表⾯是连续的，以便使⽤某些连续函数。由于栅格结构对地表的量化，在计算⾯积、长度、距离、形状等空间指标时，若栅格尺⼨较⼤，则造成较⼤的误差，由于在⼀个栅格的地表范围内，可能存在多于⼀种的地物，⽽表⽰在相应的栅格结构中常常是⼀个代码。也类似于遥感影像的混合象元问题，如Landsat的MSS卫星影像单个象元对应地表79⽶*79⽶的矩形区域，影像上记录的光谱数据是每个象元所对应的地表区域内所有地物类型的光谱辐射的总和效果。因⽽，这种误差不仅有形态上的畸形，还可能包括属性⽅⾯的偏差。栅格结构数据主要可由四个途径得到，即 ①⽬读法：在专题图上均匀划分⽹格，逐个⽹格地决定其代码，最后形成栅格数字地图⽂件； ②数字化仪⼿扶或⾃动跟踪数字化地图，得到⽮量结构数据后，再转换为栅格结构； ③扫描数字化：逐点扫描专题地图，将扫描数据重采样和再编码得到栅格数据⽂件； ④分类影像输⼊：将经过分类解译的遥感影像数据直接或重采样后输⼊系统，作为栅格数据结构的专题地图。

4. 栅格结构数据的编码与压缩有哪些⽅法，各⾃有何特点在地理信息系统的空间数据结构中，栅格结构的编码⽅式主要有直接栅格编码、链码、游程长度编码、块码、四叉树码等。直接栅格编码是最简单直观⽽⼜⾮常重要的⼀种栅格结构编码⽅法，通常称这种编码的图像⽂件为⽹格⽂件或栅格⽂件，栅格结构不论采⽤何种压缩编码⽅法，其逻辑原型都是直接编码⽹格⽂件。直接编码就是将栅格数据看作⼀个数据矩阵，逐⾏（或逐列）逐个记录代码，可以每⾏都从左到右逐个象元记录，也可以奇数⾏地从左到右⽽偶数⾏地从右向左记录，为了特定⽬的还可采⽤其他特殊的顺序。对压缩编码⽽⾔，⽬前有⼀系列栅格数据压缩编码的⽅法，如键码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。其⽬的，就是⽤尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，其类型⼜有信息⽆损编码和信息有损编码之分。信息⽆损编码是指编码过程中没有任何信息损失，通过解码操作可以完全恢复原来的信息，信息有损编码是指为了提⾼编码效率，最⼤限度地压缩数据，在压缩过程中损失⼀部分相对不太重要的信息，解码时这部分难以恢复。在地理信息系统中多采⽤信息⽆损编码，⽽对原始遥感影像进⾏压缩编码时，有时也采取有损压缩编码⽅法。链码（Chain Codes）⼜称为弗⾥曼链码[Freeman]或边界链码，链码可以有效地压缩栅格数据，⽽且对于估算⾯积、长度、转折⽅向的凹凸度等运算⼗分⽅便，⽐较适合于存储图形数据。缺点是对边界进⾏合并和插⼊等修改编辑⼯作⽐较困难，对局部的修改将改变整体结构，效率较低，⽽且由于链码以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界将被重复存储⽽产⽣冗余。游程长度编码（Run-Length Codes）是栅格数据压缩的重要编码⽅法，它的基本思路是：对于⼀幅栅格图像，常常有⾏（或列）⽅向上相邻的若⼲点具有相同的属性代码，因⽽可采取某种⽅法压缩那些重复的记录内容。其⽅法有两种⽅案：⼀种编码⽅案是，只在各⾏（或列）数据的代码发⽣变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数，从⽽实现数据的压缩。事实上，压缩⽐的⼤⼩是与图的复杂程度成反⽐的，在变化多的部分，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。另⼀种游程长度编码⽅案就是逐个记录各⾏（或列）代码发⽣变化的位置和相应代码，游程长度编码在栅格压缩时，数据量没有明显增加，压缩效率较⾼，且易于检索，叠加合并等操作，运算简单，适⽤于机器存储容量⼩，数据需⼤量压缩，⽽⼜要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况。块码是游程长度编码扩展到⼆维的情况，采⽤⽅形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若⼲栅格，数据结构由初始位置（⾏、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成。四叉树⼜称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码⽅法之⼀，绝⼤部分图形操作和运算都可以直接在四叉树结构上实现，因此四叉树编码既压缩了数据量，⼜可⼤⼤提⾼图形操作的效率。四叉树将整个图像区逐步分解为⼀系列被单⼀类型区域内含的⽅形区域，最⼩的⽅形区域为⼀个栅格象元，分割的原则是，将图像区域划分为四个⼤⼩相同的象限，⽽每个象限⼜可根据⼀定规则判断是否继续等分为次⼀层的四个象限，其终⽌判据是，不管是哪⼀层上的象限，只要划分到仅代表⼀种地物或符合既定要求的少数⼏种地物时，则不再继续划分，否则⼀直划分到单个栅格象元为⽌。四叉树通过树状结构记录这种划分，并通过这种四叉树状结构实现查询、修改、量算等操作。四叉树编码具有可变的分辨率，并且有区域性质，压缩数据灵活，许多运算可以在编码数据上直接实现，⼤⼤地提⾼了运算效率，是优秀的栅格压缩编码之⼀。

5. ⽮量结构数据的特点有哪些，⽮量数据的获取⼿段有哪些⽮量结构的特点是：定位明显、属性隐含，其定位是根据坐标直接存储的，⽽属性则⼀般存于⽂件头或数据结构中某些特定的位置上，这种特点使得其图形运算的算法总体上⽐栅格数据结构复杂的多，有些甚⾄难以实现，当然有些地⽅也有所便利和独到之处，在计算长度、⾯积、形状和图形编辑、⼏何变换操作中，⽮量结构有很⾼的效率和精度，⽽在叠加运算、邻域搜索等操作时则⽐较困难。⽮量数据的获取⼿段是数字化仪⼿扶或⾃动跟踪数字化地图。

6. 什么是拓扑结构，拓扑结构包含哪些内容在GIS中，为了真实地反映地理实体，不仅要包括实体的位置、形状、⼤⼩和属性、还必须反映实体之间的相互关系。这些关系就是指它们之间的邻接关系，关联关系和包含关系。点、线、⾯基本数据之间的关系，代表了空间实体之间的位置关系。分析点、线、⾯三种类型的数据，得出其可能存在的空间关系有以下⼏种：点—点关系

点和点之间的关系主要有两点（通过某条线）是否相连，两点之间的距离是多少？如城市中某两个点之间可否有通路，距离是多少？这是在实际⽣活中常见的点和点之间的空间关系问题。点—线关系点和线的关系主要表现在点和线的关联关系上。如点是否位于线上，点和线之间的距离等等。点—⾯关系点和⾯的关系主要表现在空间包含关系上。如某个村⼦是否位于某个县内？或某个县共有多少个村⼦？线—线关系线和线是否邻接、相交是线和线关系的主要表现形式。如河流和铁路的相交，两条公路是否通过某个点邻接？线—⾯关系线和⾯的关系表现为线是否通过⾯或和⾯关联或包含在⾯之内？⾯—⾯关系⾯和⾯之间的关系主要表现为邻接和包含的关系。

7. 选择栅格或⽮量结构数据的考虑因素有哪些，如何选择恰当的数据结构栅格结构和⽮量结构是模拟地理信息的两种不同的⽅法。栅格数据结构类型具有“属性明显、位置隐含”的特点，它易于实现，且操作简单，有利于基于栅格的空间信息模型的分析，如在给定区域内计算多边形⾯积、线密度，栅格结构可以很快算得结果，⽽采⽤⽮量数据结构则⿇烦的多；但栅格数据表达精度不⾼，数据存储量⼤，⼯作效率较低。如要提⾼⼀倍的表达精度（栅格单元减⼩⼀半），数据量就需增加三倍，同时也增加了数据的冗余。因此，对于基于栅格数据结构的应⽤来说，需要根据应⽤项⽬的⾃⾝特点及其精度要求来恰当地平衡栅格数据的表达精度和⼯作效率两者之间的关系。另外，因为栅格数据格式的简单性（不经过压缩编码），其数据格式容易为⼤多数程序设计⼈员和⽤户所理解，基于栅格数据基础之上的信息共享也较⽮量数据容易。 8. GIS对空间数据是如何组织和管理的，空间数据分层的原则是什么依据地理实体之间不同的特征、相似的特征以及不同地理实体的组合特征对地理特征进⾏分类；通过分类，按专题来理解和描述现实世界的复杂关系，来实现数据编码，实现空间数据的组织。地理空间上按图幅来组织和管理。同⼀图幅内按图层来组织和管理，即图层来组织和管理空间数据。图层内按类型和⽬标来组织和管理。空间数据分层的⽅法包括三种，即按专题分层、按时间序列分层和以地⾯垂直⾼度分层

9. 试分析GIS数据的误差来源及种类从空间数据的形式表达到空间数据的⽣成，从空间数据的处理变换到空间数据的应⽤，在这两个过程中都会有数据质量问题的发⽣。下⾯按照空间数据⾃⾝存在的规律性，从⼏个⽅⾯来阐述GIS数据误差的来源。空间数据质量问题⾸先来源于空间现象⾃⾝存在的不稳定性。空间现象⾃⾝存在的不稳定性包括空间特征和过程在空间、专题和时间内容上的不确定性。空间现象在空间上的不确定性指其在空间位置分布上的不确定性变化；空间现象在时间上的不确定性表现为其在发⽣时间段上的游移性；空间现象在属性上的不确定性表现为属性类型划分的多样性，⾮数值型属性值表达的不精确性。因此，空间数据存在质量问题是不可避免的。其次，数据采集中的测量⽅法以及量测精度的选择等受到⼈类⾃⾝的认识和表达的影响，这对于数据的⽣成会出现误差。如在地图投影中，由椭球体到平⾯的投影转换必然产⽣误差；⽤于获取各种原始数据的各种测量仪器都有⼀定的设计精度，如GPS提供的地理位置数据都有⽤户要求的⼀定设计精度，因⽽数据误差的产⽣不可避免。第三，在空间数据处理过程中，容易产⽣的误差有以下⼏种：（1）投影变换：地图投影是开⼝的三维地球椭球⾯到⼆维场平⾯的拓扑变换。在不同投影形式下，地理特征的位置、⾯积和⽅向的表现会有差异。（2）地图数字化和扫描后的⽮量化处理：数字化过程采点的位置精度、空间分辨率、属性赋值等都可能出现误差。（3）数据格式转换：在⽮量格式和栅格格式之间的数据格式转换中，数据所表达的空间特征的位置具有差异性。（4）数据抽象：在数据发⽣⽐例尺变换时，对数据进⾏的聚类、归并、合并等操作时产⽣的误差，如知识性误差和数据所表达的空间特征位置的变化误差。（5）建⽴拓扑关系：拓扑过程中伴随有数据所表达的空间特征的位置坐标的变化。（6）与主控数据层的匹配：⼀个数据库中，常存储同⼀地区的多层数据⾯，为保证各数据层之间空间位置的协调性，⼀般建⽴⼀个主控数据层以控制其它数据层的边界和控制点。在与主控数据层匹配的过程中也会存在空间位移，导致误差。（7）数据叠加操作和更新：数据在进⾏叠加运算以及数据更新时，会产⽣空间位置和属性值的差异。（8）数据集成处理：指在来源不同、类型不同的各种数据集的相互操作过程中所产⽣的误差。数据集成是包括数据预处理、数据集之间的相互运算、数据表达等过程在内的复杂过程，其中位置误差、属性误差都会出现。（9）数据的可视化表达：数据在可视化表达过程中为适应视觉效果，需对数据的空间特征位置、注记等进⾏调整，由此产⽣数据表达上的误差。（10）数据处理过程中误差的传递和扩散：在数据处理的各个过程中，误差是累计和扩散的，前⼀过程的累计误差可能成为下⼀个阶段的误差起源，从⽽导致新的误差的产⽣。第四，在空间数据使⽤的过程中也会导致误差的出现，主要包括两个⽅⾯：⼀是对数据的解释过程，⼆是缺少⽂档。对于同⼀种空间数据来说，不同⽤户对它的内容的解释和理解可能不同，处理这类问题的⽅法是随空间数据提供各种相关的⽂档说明，如元数据。另外，缺少对某⼀地区不同来源的空间数据的说明，如缺少投影类型、数据定义等描述信息，这样往往导致数据⽤户对数据的随意性使⽤⽽使误差扩散。误差的类型包括以下⼏种：第⼀是逻辑误差。事实上检查逻辑误差，有助于发现不完整的数据。对数据进⾏质量控制或质量保证或质量评价，⼀般先从数据的逻辑性检查⼊⼿。例如，对⼀幅包含有桥或停车场等与道路是相接的情况时，如果数据库中只有桥或停车场，⽽没有与道路相连，则说明道路数据被遗漏，使数据不完整。第⼆是⼏何误差。由于地图是以⼆维平⾯坐标表达位置，在⼆维平⾯上的⼏何误差主要反映在点和线上。（1）点误差关于某点的点误差即为测量位置（x，y）与其真实位置（x0，y0）的差异。真实位置的测量⽅法⽐测量位置的要更加精确，如在野外使⽤⾼精度的GPS⽅法得到。点误差可通过计算坐标误差和距离的⽅法得到。坐标误差定义为：Δx=x-x0

，Δy=y-y0为了衡量整个数据采集区域或制图区域内的点误差，⼀般抽样测算（Δx,Δy）。抽样点应随机分布于数据采集区内，并具有代表性。这样抽样点越多，所测的误差分布就越接近于点误差的真实分布。（2）线误差线在地理信息系统数据库中既可表⽰线性现象，⼜可以通过连成的多边形表⽰⾯状现象。第⼀类是线上的点在真实世界中是可以找到的，如道路、河流、⾏政界线等，这类的线性特征的误差主要产⽣于测量和对数据的后处理；第⼆类是现实世界中找不到的，如按数学投影定义的经纬线、按⾼程绘制的等⾼线，或者是⽓候区划线和⼟壤类型界限等，这类线性特征的线误差及在确定线的界限时的误差，被称为解译误差。解译误差与属性误差直接相关，若没有属性误差，则可以认为那些类型界线是准确的，因⽽解译误差为零。

10. 什么是元数据，引⼊元数据的⽬的是什么在地理空间数据中，元数据是说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息。元数据是关于数据的描述性数据信息，它应尽可能多地反映数据集⾃⾝的特征规律，以便于⽤户对数据集的准确、⾼效与充分的开发与利⽤，不同领域的数据库，其元数据的内容会有很⼤差异。通过元数据可以检索、访问数据库，可以有效利⽤计算机的系统资源，可以对数据进⾏加⼯处理和⼆次开发等。在地理信息系统应⽤中，元数据的主要作⽤可以归纳为如下⼏个⽅⾯：第⼀，帮助数据⽣产单位有效地管理和维护空间数据、建⽴数据⽂档，并保证即使其主要⼯作⼈员离退时，也不会失去对数据情况的了解；第⼆，提供有关数据⽣产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换⽹络及数据销售等⽅⾯的信息，便于⽤户查询检索地理空间数据；第三，帮助⽤户了解数据，以便就数据是否能满⾜其需求做出正确的判断；第四，提供有关信息，以便⽤户处理和转换有⽤的数据。可见，元数据是使数据充分发挥作⽤的重要条件之⼀，它可以⽤于许多⽅⾯，包括数据⽂档建⽴、数据发布、数据浏览、数据转换等。元数据对于促进数据的管理、使⽤和共享均有重要的作⽤。

1. 空间信息处理的内容有哪些在图形数据录⼊完毕后，需要进⾏各种处理，空间信息处理包括以下内容：第⼀，图形坐标变换。在地图录⼊完毕后，经常需要进⾏投影变换，得到经纬度参照系下的地图。对各种投影进⾏坐标变换的原因主要是输⼊时地图是⼀种投影，⽽输出的地图产物是另外⼀种投影。进⾏投影变换有两种⽅式，⼀种是利⽤多项式拟合，类似于图像⼏何纠正；另⼀种是直接应⽤投影变换公式进⾏变换。第⼆是，是图形拼接。在对底图进⾏数字化以后，由于图幅⽐较⼤或者使⽤⼩型数字化仪时，难以将研究区域的底图以整幅的形式来完成，这是需要将整个图幅划分成⼏部分分别输⼊。在所有部分都输⼊完毕并进⾏拼接时，常常会有边界不⼀致的情况，需要进⾏边缘匹配处理（图6-13）。边缘匹配处理，类似于下⾯提及的悬挂节点处理，可以由计算机⾃动完成，或者辅助以⼿⼯半⾃动完成。第三，是拓扑⽣成。在图形数字化——⽆论是⼿扶跟踪数字化还是扫描⽮量化——完成后，对于⼤多数地图需要建⽴拓扑，以正确判别地物之间的拓扑关系。这⼜包括两部分，⼀是图形修改，即在建⽴拓扑关系的过程中，⼀些在数字化输⼊过程中的错误需要被改正，否则，建⽴的拓扑关系将不能正确地反映地物之间的关系，⼆是建⽴拓扑关系，即在图形修改完毕之后，就意味着可以建⽴正确的拓扑关系，拓扑关系可以由计算机⾃动⽣成，⽬前⼤多数GIS软件也都提供了完善的拓扑功能；但是在某些情况下，需要对计算机创建的拓扑关系进⾏⼿⼯修改，典型的例⼦是⽹络连通性。

2. 空间坐标变换都有哪些类型和⽅法空间坐标变换包括⽮量转换和栅格转换。⾸先是⽮量转换，有三种⽅式：第⼀是表格坐标(u, v)转换为原地图投影坐标(x, y)，是平⾯坐标到平⾯坐标的转换。 （1）对应关系明确、已知的，按相应关系式计算，如旋转变换的公式为： X1 = x * cosa - y * sina

Y1 = x * sina + y * cosa

（2）对应关系不明确、未知的，可通过拟合对应关系式来实现，如采⽤⼆元多项式拟合两种坐标之间的转换关系式： x = a0+ a1*u+ a2*v+a3*u2 + a4*u*v+ a5*v2 y = b0+ b1*u+ b2*v+b3*u2 + b4*u*v+ b5*v2第⼆是投影坐标到地理坐标的转换。将原地图的投影坐标(x, y)从平⾯坐标转换为⽤经纬度表⽰的地理坐标。是地图投影的逆变换，与投影类型和椭球体有关。要求提供投影参数。 第三是地理坐标到⼯作投影坐标的转换。将⽤经纬度表⽰的地理坐标转换为⼯作投影坐标(x’, y’) 坐标(平⾯坐标)。其次是栅格转换。包括栅格单元（像素）空间重建和属性值重建两步。 第⼀是空间坐标的转换，分两种情况转换（重建）。若输⼊栅格数据的地理投影类型已知，使⽤正转换⽅程；若输⼊栅格数据的地理投影类型未知（未经过地学编码），使⽤适合地⾯控制点的⾼阶多项式进⾏拟合。第⼆是栅格单元（像素）属性值重新确定（重采样）。在新的栅格中像素值根据⼀个或更多相邻像素值确定。常⽤⽅法有：最近邻法、线性内插法和三次卷积法。

3. 如何实现栅格数据和⽮量数据的空间对应可以通过GCP，建⽴栅格单元与地理坐标之间的对应关系。具体处理步骤：选取并打开栅格图象；定义地理坐标（设置投影参数）；选取GCP；设定校正区域（通常是整个图像），计算对应关系；执⾏校正，⽣成含地理信息新图像，保存对应关系。下⾯谈谈栅格数据与⽮量数据的相互转换。⽮量结构与⽹格结构的相互转换，是地理信息系统的基本功能之⼀，⽬前已经发展了许多⾼效的转换算法；但是，从栅格数据到⽮量数据的转换，特别是扫描图像的⾃动识别，仍然是⽬前研究的重点。对于点状实体，每个实体仅由⼀个坐标对表⽰，其⽮量结构和栅格结构的相互转换基本上只是坐标精度变换问题，不存在太⼤的技术问题。线实体的⽮量结构由⼀系列坐标对表⽰，在变为栅格结构时，除把序列中坐标对变为栅格⾏列坐标外，还需根据栅格精度要求，在坐标点之间插满⼀系列栅格点，这也容易由两点式直线⽅程得到。线实体由栅格结构变为⽮量结构与将多边形边界表⽰为⽮量结构相似，因此需要重点讨论多边形（⾯实体）的⽮量结构与栅格结构相互转换。

4. 地图、空间信息分析和地理信息系统三者的关系地理信息系统可以称为“动态的地图”，它提供了⽐普通地图更为丰富和灵活的空间数据表现⽅式，如动态信息表达、虚拟现实等等。但是，从另外的⾓度来看，制图学⼜是⼀门艺术，单纯依靠计算机系统是难以制作完美的地图的，它需要⼈⼯的交互⼲预，如制图综合。可以说，地图是客观世界的形象——符号——概括模型。，地图与其它地学模型的主要区别和优点在于它具有形象性，能对实际对象做出完整的、清晰的和直观的图形描述和说明。“地图是地表空间关系和空间形式的视觉图解表象”。地图区别于其它许多图⽰模型的⼜⼀特征是它采⽤专门设计和事先规定的符号来反映地物、现象和地理过程，并表⽰它们的位置、质量特征和数量特征。各种符号的组合便构成⼀种地图形象，⽽多种地图形象的汇集便组成⼀幅完整的地图图形。地图符号的作⽤并不仅仅局限于传输信息，它们还是记录知识、使知识定型并系统化的强⼤⼯具。。地图不是客观对象的完全再现，⽽是通过地图制图⼯作者脑和⼿的“过滤”、概括和抽象出来的模型。对地物进⾏取舍、图形化简、数量和质量概括、地物协调，以及夸⼤表⽰等处理，是地图学者对地物进⾏深刻理解、综合分析并抽象概括等⼀系列复杂的科学思维和创造性劳动的结果。因此，对制图对象进⾏地图概括是地图作为客观实际模型的⼀个最重要的特征。 5. 空间数据的输⼊包括哪些内容，输⼊⽅法有哪⼏种空间数据获取是地理信息系统建设⾸先要进⾏的任务，它可以有多种实现⽅式包括数据转换、遥感数据处理以及数字测量等等，其中已有地图的数字化录⼊，是⽬前被⼴泛采⽤的⼿段，也是最耗费⼈⼒资源的⼯作。在GIS中，录⼊的内容包括空间信息和⾮空间信息，前者是录⼊的主体。⽬前，空间信息的录⼊主要有两种⽅式，即⼿扶跟踪数字化和扫描⽮量化。所谓的地图数字化就是当纸地图经过计算机图形图像系统光——电转换量化为点阵数字图像，经图像处理和曲线⽮量化，或者直接进⾏⼿扶跟踪数字化后，⽣成可以为地理信息系统显⽰、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的⽮量地图数据⽂件，这种与纸地图相对应的计算机数据⽂件称为⽮量化电⼦地图。这种地图⼯作时需要有应⽤软件和硬件系统的⽀撑。对⽮量化地图的操作是以⼈机交互⽅式，通过GIS应⽤软件对硬件设备的控制来实现的。第⼀是⼿扶跟踪数字化。尽管⼿扶跟踪数字化（Manual Digitising）⼯作量⾮常繁重，但是它仍然是⽬前最为⼴泛采⽤的将已有地图数字化的⼿段。利⽤⼿扶跟踪数字化仪可以输⼊点地物、线地物以及多边形边界的坐标。其具体的输⼊⽅式与地理信息系统软件的实现有关，另外⼀些GIS系统也⽀持⽤数字化仪输⼊⾮空间信息，如等⾼线的⾼度，地物的编码数值等等。第⼆是扫描⽮量化以及处理流程。随着计算机软件和硬件更加便宜，并且提供了更多的功能，空间数据获取成本成为GIS项⽬中最主要的成分。由于⼿扶跟踪数字化需要⼤量的⼈⼯操作，使得它成为以数字为主体的应⽤项⽬瓶颈。扫描技术的出现⽆疑为空间数据录⼊提供了有⼒的⼯具。由于扫描仪扫描幅⾯⼀般⼩于地图幅⾯，因此⼤的纸地图需先分块扫描，然后进⾏相邻图对接；当显⽰终端分辨率及内存有限时，拼接后的数字地图还要裁剪成若⼲个归⼀化矩形块，对每个矩形块进⾏⽮量化处理后⽣成便于编辑处理的⽮量地图，最后把这些⽮量化的矩形图块合成为⼀个完整的⽮量电⼦地图，并进⾏修改、标注、计算和漫游等编辑处理。

6. 空间数据的编辑包括哪些内容空间数据的编辑包括以下内容：第⼀是误差或错误的检查与编辑。图形和属性数据的误差主要有：空间数据的不完整或重复，包括点、线、⾯数据的丢失或重复，多边形中⼼点的遗漏，数据断线、多边形不封闭等；空间数据位置不准确，点位不准确，线段过长或过短，结点不重合；⽐例尺不准确；数据变形；属性与空间数据连接错误；属性不完整。检查⽅法有叠合⽐较、⽬视检查、逻辑检查。第⼆是图形图象的纠正。包括仿射变换、相似变换、透视变换。第三是坐标系统变换。包括设备坐标到真实世界坐标变换、地图投影变换。第四是数据格式变换。包括数据介质不同的转换，⽮栅转换；数据结构不同的转换，不同系统之间数据⽂件的转换。第五是图形编辑。包括结点吻合、结点与线的吻合、清楚假结点、删除与增加⾓点、移动⾓点、删除与增加弧段、数据清理、更新数据。第六是剪裁、拼接与合并。剪裁是通过剪裁巨型或多边形进⾏。拼接包括⼏何接边、逻辑接边。合并包括图形合并、图幅合并（逻辑⽆缝合并，物理⽆缝合并）。

7. 地理信息的输出技术有哪些，GIS产品有哪些空间数据的输出，即GIS产品，是指由系统处理、分析后，可以直接提供给决策部门使⽤的产品，是地理空间数据的表现形式。主要是GIS对空间数据库进⾏检索、对相关数据进⾏处理和分析的结果、结论。⽬前输出地图的⽅式包括笔式绘图仪或栅格式彩⾊绘图仪输出纸质彩⾊地图、⾼分辨率彩⾊屏幕输出电⼦地图以及影像曝光仪（印前处理系统）输出分⾊加⽹胶⽚。产品形式包括：地图，即各种各样的专题地图；图像，即影像地图（专题地图+背景图）；统计图表和⽂字报告；⼀些数字产品。同时，随着多媒体、⽹络、虚拟现实模型语⾔(VRML)等计算机新技术的发展，产品形式更具多样花，如⽹络地图、多媒体地图等。具体⽽⾔，包括以下内容：第⼀，全要素地形图。其内容包括⽔系、地貌、植被、居民地、交通、境界、独⽴地物等。它们具有统⼀的⼤地控制、统⼀的地图投影和分幅编号，统⼀的⽐例尺系统（1:5000、1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万、1:100万），统⼀的编制规范和图式符号，属于国家基本⽐例尺地形图。它们是编制各类专题地图的基础。第⼆是专题图。它是突出表⽰⼀种或⼏种⾃然或社会经济现象的地图。它主要由地理基础和专题内容两部分组成。从专题图内容或要素的显⽰特征来看，⼀般包括空间分布、时间变异以及数量、质量特征三个⽅⾯。专题图按照空间分布的点状、线状和⾯状分布⼤致有以下的⼀些表⽰⽅法：定点符号法、线状符号法、质别底⾊法、等值线法、定位图表法、范围法、点值法分级⽐值法、分区图表法和动线法等第三是遥感影像地图。随着遥感技术的发展，遥感影像地图已成为地理信息系统产品的⼀种表达形式。遥感可以提供及时、准确、综合和⼤范围的各种资源与环境数据，成为地理信息系统重要数据数据源之⼀。同时，在将遥感图像进⾏纠正的基础上，按照⼀定的数学法则，运⽤特定的地图符号，结合表⽰地⾯特征的地图，可以将遥感图像编制成遥感影像地图。遥感影像地图具有遥感图像和地形图的双重优点。既包含了遥感图像的丰富信息内容，⼜保证了地形图的整饰和⼏何精度。遥感影像地图按其内容⼜可分为普通影像地图和专题影像地图。两者的主要区别在于：前者表⽰包括等⾼线等地形内容要素，后者主要反映专题内容。第四是统计图表、数据报表。在地理信息系统中，属性数据⼤约占数据量的80%左右。它们是以关系（表）的形式存在的，反映了地理对象的特征、性质等属性。属性数据的表⽰⽅法可以采⽤前⾯所列的专题图的形式，同时还可以直接⽤统计图表和数据报表的形式加以直观表⽰。第五是数字地图。地理信息系统的完善和发展，改变了⼈们对传统地图的认识以及地图的⽣产⼯艺，同时也出现了⼀种崭新的地图形式——数字地图，即电⼦地图：以地图数据库为基础，以数字形式记录和存储于计算机内，可在电⼦屏幕上实时显⽰的可视地图。

8. 地理对象可视化的技术和内容空间数据的图形显⽰和表达是GIS的重要功能之⼀。初期阶段主要是对颜⾊的配置、多边形填充等，随着相关技术进步，空间数据的图形表达也从⼆维静态的图形显⽰发展到动态的交互的三维可视化及虚拟现实技术。地理空间可视化是把获取的各种地理空间数据，经空间可视化模型的计算分析，转换成可被⼈的视觉感知的计算机⼆维或三维图形图像，并可对⽣成的影像进⾏⼆维或三维的空间查询或地学模型的计算分析。地理空间可视化包括地理空间⼆绍可视化和地理空间三维可视化。地理空间⼆维可视化，⼆维到⼆维的映射，只需把地理⼤地坐标系与屏坐标系相对应即可。地理空间三维可视化，三维到⼆维的映射，需要⼀系列图形学处理技术。其类型包括地图可视化、GIS可视化、专业应⽤领域可视化。地图可视化类型包括：（1）虚拟地图，在计算机屏幕上产⽣的地图。（2）动态地图，由于地学数据存储于计算机内存，可以动态显⽰地学数据的不同⾓度的观察，不同⽅法的表⽰结果，或者随时间的变化结果。（3）交互交融地图，是指⼈可与地图进⾏相互作⽤和信息交流。交互即相互改变显⽰⾏为，交融即投⼊感和沉浸感。（4）超地图，多媒体地图。是与超⽂本概念对应的。GIS可视化主要指真三维的可视化、2.5维、动态可视化等。专业可视化是指专业应⽤领域的计算、模拟和结果在GIS⽀持下的可视化显⽰。

9. 空间数据库的管理模式有哪些空间数据库是⼀种应⽤于地理空间数据处理与信息分析领域的具有⼯程性质的数据库，它所管理的对象主要是地理空间数据(包括空间数据和⾮空间数据)。⼤多数商品化的GIS软件都不是采取传统的某⼀种单⼀的数据模型，也不是抛弃传统的数据模型，⽽是采⽤建⽴在关系数据库管理系统(RDBMS)基础上的综合的数据模型，归纳起来，主要有以下三种：⑴ 混合结构模型（Hybrid Model）它的基本思想是⽤两个⼦系统分别存储和检索空间数据与属性数据，其中属性数据存储在常规的RDBMS中，⼏何数据存储在空间数据管理系统中，两个⼦系统之间使⽤⼀种标识符联系起来由于这种混合结构模型的⼀部分是建⽴在标准RDBMS之上，故存储和检索数据⽐较有效、可靠。但因为使⽤两个存储⼦系统，它们有各⾃的规则，查询操作难以优化，存储在RDBMS外⾯的数据有时会丢失数据项的语义；此外，数据完整性的约束条件有可能遭破坏。⑵扩展结构模型（Extended Model）混合结构模型的缺陷是因为两个存储⼦系统具有各⾃的职责，互相很难保证数据存储、操作的统⼀。扩展结构模型采⽤同⼀DBMS存储空间数据和属性数据。其做法是在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利⽤该层将地理结构查询语⾔(GeoSQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。这种模型的优点是省去了空间数据库和属性数据库之间的繁琐联结，空间数据存取速度较快，但由于是间接存取，在效率上总是低于DBMS中所⽤的直接操作过程，且查询过程复杂。⑶统⼀模数据型（Integrated Model）这种综合数据模型不是基于标准的RDBMS，⽽是在开放型DBMS基础上扩充空间数据表达功能。空间扩展完全包含在DBMS中，⽤户可以使⽤⾃⼰的基本抽象数据类型(ADT)来扩充DBMS。在核⼼DBMS中进⾏数据类型的直接操作很⽅便、有效，并且⽤户还可以开发⾃⼰的空间存取算法。该模型的缺点是，⽤户必须在DBMS环境中实施⾃⼰的数据类型，对有些应⽤将相当复杂。

10. ⾯向对象的数据模型有哪些优点⾯向对象⽅法基本出发点就是尽可能按照⼈类认识世界的⽅法和思维⽅式来分析和解决问题。客观世界是由许多具体的事物或事件、抽象的概念、规则等组成的。因此，我们将任何感兴趣或要加以研究的事物概念都统称为“对象”(或称⽬标)。⾯向对象的⽅法正是以对象作为最基本的元素，它也是分析问题，解决问题的核⼼。OO⽅法很⾃然地符合⼈的认识规律。计算机实现的对象与真实世界具有⼀对⼀的对应关系，不需作任何转换，这样就使OO⽅法更易于为⼈们所理解、接受和掌握。⾯向对象⽅法具有的模块化，信息封装与隐藏、抽象性、多形性等独特之处,为解决⼤型软件管理，提⾼软件可靠性、可重⽤性、可扩充性和可维护性提供了有效的⼿段和途径，很快被引⼊到所有与计算机科学有关的领域。

1. 空间信息分析的内容包括哪些操作？有哪些功能？空间信息分析通常是指GIS为⽤户提供的解决问题的⽅法。空间信息分析的基本⽅法包括以下⼀些内容：（1）空间信息量算：质⼼计算、⼏何量算、形态量算等（2）空间信息分类：主成分分析(PCA)、层次分析(AHP) 、聚类分析、判别分析等（3）叠加分析：视觉信息复合；属性层叠合（4）⽹络分析：路径分析、地址匹配、资源分配、空间规划等（5）邻域(近)分析：缓冲区、泰森多边形、等值线、扩散等（6）空间统计分析：常规统计、空间⾃相关、回归、趋势分析、专家打分（加权）等（7）数据的插值：点的内插下⾯分别描述：空间数据的查询检索是GIS最基本的功能。⽤户可通过它，不仅能提取数据库中的既有信息，还能进⼀步获取很多派⽣的空间信息。空间数据查询检索：按⼀定的要求对GIS所描述的空间实体及其空间信息进⾏访问，检索出满⾜⽤户要求的空间实体及其相应的属性，并形成新的数据⼦集。空间数据的多元复合、空间属性的多层叠加，是基于同⼀空间位置、区域，进⾏属性运算。GIS最主要的分析功能。空间数据叠合是以空间层次分析理论为基础，空间信息复合包括视觉信息复合(只是显⽰，不⽣成新数据层，较简单)和属性数据层叠合(⽣成新的数据层，复杂)。空间数据分类和统计分析的⽬的是简化复杂的事物，突出主要因素。空间数据分类包括单因素分类，即属性变量区间、组合；间接因素；地理区域；多因素分类，即主成分分析；聚类分析。多变量统计分析主要⽤于数据分类和综合评价。数据分类是GIS重要组成部分；综合评价是区划和规划的基础。常⽤统计分析⽅法包括：（1）常规统计分析：主要完成对数据集合的均值、总和、⽅差、频数、峰度系数等参数的统计分析。如：数学期望值、中数、众数；极差、离差、标准差、变差系数等。（2）空间⾃相关分析：空间⾃相关分析是认识空间分布特征、选择适宜的空间尺度来完成空间分析的最常⽤的⽅法。（3）回归分析：⽤于分析两组或多组变量之间的相关关系。有多种回归拟合，如线性回归、指数回归、对数回归、多元回归等（4）趋势分析：通过数学模型模拟地理特征的空间分布与时间过程，把地理要素时空分布的实测数据点之间的不⾜部分内插或预测出来（5）主组（成）分分析：亦称K-L变换，⽤作变量重组和筛选。地理问题往往涉及⼤量相互关联的⾃然和社会要素，众多的要素常常给分析带来很⼤困难，同时也增加了运算的复杂性。主成分分析法通过数理统计分析，将众多要素的信息压缩表达为若⼲具有代表性的合成变量，这就克服了变量选择时的冗余和相关，然后选择信息最丰富的少数因⼦进⾏各种聚类分析。（6）层次分析。在分析涉及⼤量相互关联、相互制约的复杂因素时，各因素对问题的分析有着不同程度的重要性，决定它们对⽬标的重要性序列对问题的分析⼗分重要。AHP⽅法把相互关联的要素按⾪属关系划分为若⼲层次，请有经验的专家们对各层次各因素的相对重要性给出定量指标（专家打分），利⽤数学⽅法，综合众⼈意见给出各层次各要素的相对重要性权值，作为综合分析的基础。（7）聚类分析系统聚类是根据多种地学要素对地理实体划分类别的⽅法。对不同的要素划分类别往往反映不同⽬标的等级序列，如⼟地分等定级、⽔⼟流失强度分级等。 系统聚类根据实体间的相似程度，逐步合并为若⼲类别，其相似程度由距离或相似系数定义，主要有欧⽒距离、绝对值距离、马⽒距离等、切⽐雪夫距离。（8）判别分析。判别分析与聚类分析同属分类问题，所不同的是，判别分析是根据理论与实践，预先确定出等级序列的因⼦标准，再将分析的地理实体安排到序列的合理位置上。对于诸如⽔⼟流失评价、⼟地适宜性评价等有⼀定理论根据的分类系统的定级问题⽐较适⽤。⽹络分析的具体门类、对象、要求变化⾮常多。⼀般GIS只提供⼀些常⽤的分析⽅法，或提供、描述⽹络的数据模型，储存信息的数据库。邻近分析是通过空间点周围的邻点，或某特定位置及⽅向范围内的某种性质的邻点，对其进⾏分析的⼀种⽅法。该⽅法涉及数据及其邻点之间相互关系。

2. 如何实现图形信息与属性信息的互动查询由图（空间位置）查（检索）⽂（属性）：⼤多数商品化GIS软件的查询功能都可完美地实现对空间实体的简单查找，如根据⿏标所指的空间位置，查找出该处的空间实体和空间范围(由若⼲个空间实体组成)以及它们的属性，并显⽰出该空间对象的属性列表，并可进⾏有关统计分析。查询⼯作分两步：⾸先借助于空间索引，在空间数据库中快速检索出被选空间实体；然后，根据空间数据和属性数据的连接即可得到该空间实体的属性列表。由⽂（属性）查（检索）图（空间位置、分布）：属性条件查询 ⽤户可以在图形中找出符合⼀定属性条件的空间对象，被选中的对象区域可以在原视图中⾼亮显⽰。基于属性信息的查询操作主要是在属性数据库中完成的。⼤多数GIS软件都将属性信息存储在RDB中，⽽RDB⼜为我们提供了完备的数据索引⽅法及信息查询⼿段。⼏乎所有的关系数据库管理系统都⽀持标准 SQL。

3. 图形空间的叠合分析包括哪些内容空间数据的多元复合、空间属性的多层叠加，是基于同⼀空间位置、区域，进⾏属性运算。GIS最主要的分析功能。空间数据叠合是以空间层次分析理论为基础。空间信息复合包括视觉信息复合(只是显⽰，不⽣成新数据层，较简单)和属性数据层叠合(⽣成新的数据层，复杂)。第⼀，视觉信息复合。将同⼀地区的同⼀⽐例尺的不同含义的图像、地图进⾏叠合，从⽽获得更多的空间信息或改善视觉效果，以便⽤户直观地判断不同地理实体的空间关系。GIS中视觉复合通常有3类：（1）点、线和⾯状图之间的复合：通过点、线、⾯状图的复合，寻求特征信息在空间上的关联性。（2）专题图与数字⾼程图复合成⽴体专题图：主要是改善视觉效果。（3）遥感信息与专题图复合：影像地图再有IHS变换增强视觉效果、多元信息复合，地图可视化。视觉复合只是改善了视觉效果，各属性层数据结构不变，也不⽣成新数据第⼆，属性数据层叠合。将分散在不同层上的空间、属性信息按相同空间位置重叠在⼀起，进⾏图形运算和属性运算（关系运算），产⽣新的空间图形和属性（数据层）的过程。不仅产⽣视觉效果，更主要是形成新⽬标，其属性包含了参加叠合的多种属性，重新划分了数据的空间区域。叠合分析的⽬的是寻找和确定同时具有⼏种地理属性的地理要素的分析，或按照确定的地理指标，对叠合结果数据进⾏重新分类分级

4. ⽹络分析的内容包括哪些，影响因素有哪⼏种⽹络分析的主要⽤途是：选择最佳路径；选择最佳布局中⼼的位置。所谓最佳路径是 指从始点到终点的最短距离或花费最少的路线；最佳布局中⼼位置是指各中⼼所覆盖范围内任⼀点到中⼼的距离最近或花费最⼩；⽹流量是指⽹络上从起点到终点的某个函数，如运输价格，运输时间等。⽹络上任意点都可以是起点或终点。其基本思想则在于⼈类活动总是趋向于按⼀定⽬标选择达到最佳效果的空间位置。这类问题在⽣产、社会、经济活动中不胜枚举，因此研究此类问题具有重⼤意义。⽹络分析的基本⽅法有：(1) 路径分析 ①静态求最佳路径：由⽤户确定权值关系后，即给定每条弧段的属性，当需求最佳路径时，读出路径的相关属性，求最佳路径。 ②动态分段技术：给定⼀条路径由多段联系组成，要求标注出这条路上的公⾥点或要求定位某⼀公路上的某⼀点，标注出某条路上从某⼀公⾥数到另⼀公⾥数的路段。 ③N条最佳路径分析：确定起点、终点，求代价较⼩的⼏条路径，因为在实践中往往仅求出最佳路径并不能满⾜要求，可能因为某种因素不⾛最佳路径，⽽⾛近似最佳路径。 ④最短路径：确定起点、终点和所要经过的中间点、中间连线，求最短路径。 ⑤动态最佳路径分析：实际⽹络分析中权值是随着权值关系式变化的，⽽且可能会临时出现⼀些障碍点，所以往往需要动态地计算最佳路径。(2) 地址匹配 地址匹配实质是对地理位置的查询，它涉及到地址的编码。地址匹配与其它⽹络分析功能结合起来，可以满⾜实际⼯作中⾮常复杂的分析要求。所需输⼊的数据，包括地址表和含地址范围的街道⽹络及待查询地址的属性值。 (3)资源分配 资源分配⽹络模型由中⼼点(分配中⼼)及其状态属性和⽹络组成。分配有两种⽅式，⼀种是由分配中⼼向四周输出，另⼀种是由四周向中⼼集中。这种分配功能可以解决资源的有效流动和合理分配。其在地理⽹络中的应⽤与区位论中的中⼼地理论类似。在资源分配模型中，研究区可以是机能区，根据⽹络流的阻⼒等来研究中⼼的吸引区，为⽹络中的每⼀连接寻找最近的中⼼，以实现最佳的服务。还可以⽤来指定可能的区域。资源分配模型可⽤来计算中⼼地的等时区、等交通距离区、等费⽤距离区等。可⽤来进⾏城镇中⼼、商业中⼼或港⼝等地的吸引范围分析，以⽤来寻找区域中最近的商业中⼼，进⾏各种区划和港⼝腹地的模拟等。

5. 缓冲区分析包括哪些内容，三种类型的缓冲区是如何建⽴的缓冲区⼜称影响区或影响带，是指围绕地理要素的⼀定宽度的区域。缓冲区分析是⽤来确定不同地理要素的空间邻近性和接近程度的⼀类重要的空间操作。当考察发⽣在地理要素及其附近的活动的影响范围时，需要围绕地理要素⽣成缓冲区，进⾏缓冲区分析。如分析商场的市场区位、道路沿线的地价变化等。点、线、⾯（区域）及多重缓冲区的算法原理：（1）点的缓冲区⽣成：以点为圆⼼，以⼀定距离为半径画圆。（2）线的缓冲区⽣成：分别对每⼀个顶点和每条边⽣成缓冲区，然后对这些缓冲区多边形进⾏叠合操作。（3）⾯的缓冲区⽣成：⾸先⽣成多边形周长的缓冲区(线缓冲区)，然后与原始多边形进⾏叠合操作。多边形缓冲区有内外侧之分。（4）多重缓冲区⽣成：以不同的半径⾸先分别⽣成⼀定宽度的缓冲区，然后对不同半径的缓冲取进⾏叠合操作。

6. 什么是DTM，什么是DEM，⼆者有什么差别数字地形模型(DTM，Digital Terrain Model)是通过地表点集的空间坐标(x,y,z)及其属性数据表⽰地形表⾯特征的地学模型。在GIS中，DTM⼴泛地应⽤于各种线路、⽔利⼯程的选择、军事地形分析、⼟壤分析等。DTM作为空间数据库的⼀种特定结构的数据集合，可以包括在GIS中，成为其核⼼部分。DTM提出的早，可以认为DTM是GIS在概念上和⽅法上的萌芽。DTM是描述地表单元空间位置和地形属性分布的有序集合。是定义于⼆维区域上的⼀个有限项的向量系列。它以离散分布的平⾯点来模拟连点分布的地形。由于DTM是地理空间定位的数字数据集合，凡涉及地理空间的地学领域中各种属性，如地价、⼟地权属、⼟壤类型、地貌特征、岩层深度及⼟地利⽤等与地形有关的信息，均可⽤DTM来描述。DTM可以是每三个坐标值为⼀组元的散点结构，也可以是由多项式或Fourier级数确定的曲⾯⽅程。从测绘⾓度看，DTM是新⼀代地形图。数字化的地形图，由⼤量地⾯点空间坐标和地形属性数据组成，以数字形式描述地形地貌。⽤途不同，数据结构不同，⼀般均可变换成栅格数据形式。DEM是DTM的⼀个⼦集。实际上，DEM是DTM中最基本的部分，它是对地球表⾯地形地貌的⼀种离散的数字表达。数字⾼程模型DEM是表⽰区域D上的三维向量有限序列，数字⾼程模型既然是地理空间定位的数字数据集合，因此凡牵涉到地理空间定位，在研究过程中⼜依靠计算机系统⽀持的课题，⼀般都要建⽴数字⾼程模型。从这个⾓度看，建⽴数字⾼程模型是对地⾯特性进⾏空间描述的⼀种数字⽅法途径，数字⾼程模型的应⽤可遍及整个地学领域。

7. DTM分析的因⼦有哪些，DTM的应⽤⼜有哪些DTM的分析因⼦包括以下部分：⑴坡度和坡向分析。坡度定义为⽔平⾯和地形表⾯之间夹⾓的正切值；坡向为坡⾯法线在⽔平⾯上的投影与正北⽅向的夹⾓。⑵地表粗糙度的计算。

地表粗糙度是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，⼀般定义为地表单元的曲⾯⾯积与其在⽔平⾯上的投影⾯积之⽐。⑶地表曲率的计算①地⾯剖⾯曲率计算地⾯的剖⾯曲率（profile curvature）其实质是指地⾯坡度的变化率，可以通过计算地⾯坡度的坡度⽽求得。②地⾯平⾯曲率计算地⾯的平⾯曲率（plan curvature）是指地⾯坡度的变化率，可以通过计算地⾯坡向的坡度⽽求得。数字地⾯模型具有定位、定量化优点，有着⼴泛的应⽤领域。可⽤于遥感影像地形畸变的⾃动校正，地球重⼒测量的⾃动校正，等⾼线、地形剖⾯、透视⽴体图及与地形有关的多种专题地图的⾃动绘制等；在⼯程勘测和规划⽅⾯，可⽤于公路、铁路、通讯线、输电线的选线和⼟⽅量算等：⽔利⼯程中的⼤坝和⽔库选址及设计，⽔库体积和容量的计算：电视塔、微波系统、军事制⾼点等地形选择，导航(包括导弹与飞机的导航)、覆盖区域视野范围的计算等。DTM的具体应⽤包括以下内容：⑴等⾼线绘制：等⾼线追踪与等⾼线光滑（插值）。⑵⽴体透视图绘制：从数字⾼程模型绘制透视⽴体图是DEM的⼀个极其重要的应⽤。透视⽴体图能更好地反映地形的⽴体形态，与采⽤等⾼线表⽰地表形态变化有其⾃⾝独特的优点，⾮常直观，更接近⼈们的直观视觉。特别是随着计算机图形处理⼯作的增强以及屏幕显⽰系统的发展，使⽴体图形的制作具有更⼤的灵活性，⼈们可以根据不同的需要，对同⼀个地形形态做各种不同的⽴体显⽰。其基本处理过程为：透视变换、⾊调计算、隐藏⾯消除、图形输出等。⑶地形剖⾯图绘制。⑷DTM的地形分析：尽管DTM的应⽤⼗分⼴泛，但地形分析是其基本应⽤，其他应⽤都可由此推演、扩展。从DEM中可以⾃动提取地形因⼦，如坡度、坡向、⾼程变异、地表粗糙度、曲⾯⾯积、体积、⾕脊特征分析等。

8. GIS的应⽤模型有哪些GIS的应⽤模型包括以下⼏种：适宜性分析模型（叠加运算）、发展预测模型（动态模拟）、位址选择模型（空间区位-配置）。先谈谈空间区位-配置信息模型。对于⽣产单位和服务企业来说，由于需求和供给两⽅⾯总是存在着空间上分布的差异性，因此，机构设施地理位置(Geographic location)的选择和确定对于它们的经济效益和⾃⾝的发展具有⾄关重要的影响作⽤。机构设施位置的评价和优化，是通过对于⼀个设施或者⼀个设施⽹络的供给和需求两者之间的相互作⽤关系进⾏分析来实现其空间位置分布模式的优化。机构设施区位评价是对于现有服务设施的空间位置分布模式的评价，机构设施区位优化是对于其最佳位置的搜寻。克理斯塔勒(Christaller)的中⼼地理论则为供给区位优化模式的理论研究和经验⽅法的应⽤提供了基础框架，这个理论中的市场区域规模是由供货和服务的范围决定的，需求和供给两者之间的关系是以距离最⼩化和利润最⼤化为基础建⽴的。再谈谈空间决策信息模型。区划分析、⼟地利⽤规划、城镇区域发展规划、设施位置选择、资源开发和分配、环境管理等都是有关空间⾏为决策的问题。这些问题的解决⽅案是由决策者或问题领域的专家在专业领域知识和经验的启发下，在分析了⼤量地理信息(Geo—referenced info.)的基础之上得到的。