第一章
第1节 地理信息系统产品的输出形式
考点一：信息
狭义信息论：将信息定义为“两次不定性之差”，即指人们获得信息前后对事物认识的差别；
广义信息论：认为信息是指主体（人、生物或机器）与外部客体（环境、其他人、生物或机器）之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式。
定义：信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、现象等的内容、数量或特征，以便向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体物理设备形式的改变而改变。
注：信息是意义
而且使用数据来表达的，那什么是数据？
考点二：数据
是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能置换成的数据等形式。
注：数据是形式
既然数据是形式那它自身有意义吗？
考点三：信息与数据的关系
数据是用以载荷信息的物理符号，数据本身并没有意义。如数字“1”。信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
注：既然数据本身没有意义，那数据所包含的意义是什么？
信息转代为数据，数据中提取信息，信息表示特征。
信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以由一种数据形式转换为其他数据形式，但其中包含的信息的内容不会改变。数据是信息的载体，但并不就是信息。只有理解了数据的含义，对数据作出解释，才能提取数据中所包含的信息。对数据进行处理就是为了得到数据中包含的信息。虽然日常生活中数据和信息概念分得不是很清，但它们有着不同的含义。
考点四：地理数据（扩展）
地理数据是指表征地理图或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
注：地理数据首先是数据，是用来描述地理要素的
地理数据中表达的意义是什么呢？
考点五：地理信息及其特征
地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理含义。
它具有空间特征、属性特征和时间特征
空间特征源于空间位置信息
属性特征来自于属性信息
时间特征即是地理信息的时序特征
考点六：信息系统
信息系统（Information System）是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的（计算机）系统。一个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。
信息系统的结构图：
考点七：地理信息系统
地理信息系统是由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以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（地理空间相关）问题。
第2节 地理信息系统的基本构成
考点一：GIS的基本组成
一、系统硬件
1.数据处理设备
服务器、小型机、图形工作站、微机等。用于输入、数据采集、建库、数据管理、查询、空间分析、决策支持、信息发布、制作专题图；
2、数据输入设备
键盘、数字化仪、扫描仪、解析和数字摄影测量仪、GPS接收仪；
3、数据输出设备
图形图像显示系统、硬拷贝输出设备（打印机、绘图机）
4、数据存储设备（补充）
磁盘DISK、磁带Tape、光盘；
5、交互设备（补充）
鼠标器、跟踪球与游戏杆、VR设备、触摸屏
注：补充的是一些不能明确定义为输入输出的设备
二、系统软件
1、操作系统
操作系统的功能：硬件资源的管理、承担硬件与软件交互和用户接口等功能。
不同的GIS软件必须运行在某种操作系统之上：GIS运行主要操作系统MS DOS、Windows95/98、Windows NT/2000、OS/2、Mac Syetem、UNIX
2、基础支撑文件；
包括系统库软件和数据库软件。
系统库用于提供基本的成语设计语言和可编程的功能，例如C++的运行库和编译系统。
数据库软件用于支持复杂空间数据的存储和管理。通常要利用专业商业数据库软件，如Oracle、SQL Server、Sybase、DB2等。
3、GIS功能软件
常分为GIS基础软件平台和GIS应用软件
基础软件平台一般包括以下功能：空间数据的输入、编辑，空间数据的管理，空间数据的处理和分析，空间数据输出，图形用户界面和二次开发功能。
常见的应用软件包括：ARCGIS,MapGIS（地大），SuperMap（科学院），MAPINFO，GEOSTAR等。界面图：
三、空间数据
地理信息系统的操作对象是地理数据。地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示。
地理数据包括空间特征、属性特征以及时态特征三个部分。
用以描述地理数据空间特征的数据就是空间数据。
注：属性数据和时态数据也是不常见考点
空间数据的定义为：用于描述有关空间实体的位置、形状和相互关系的数据，以坐标和拓扑关系的形式存储。
四、应用人员
地理信息系统的应用人员包括地理信息系统的开发人员和最终用户。
五、应用模型
用于解决实际问题而建立的解决方案（第6章）
第3节 地理信息系统的功能简介
考点一：GIS的主要功能
一、基本功能：
1、数据采集与编辑
2、数据存储与组织管理
3、数据处理和交换
4、空间查询、分析与统计
包括：空间检索、空间拓扑叠加分析、缓冲区分析、空间模型分析、DTM分析等
5、产品制作与交互显示
6、二次开发和编程
二、应用功能
1、资源管理
森林资源、矿产资源、土地资源、水资源、动植物资源
2、区域规划
城市总体规划、交通规划、环境 规划、土地利用规划
3、国土检测
森林火灾监测、洪水灾情监测、土地利用动态监测、环境监测
4、辅助决策
深化电子商务满足企业决策的多维性需求
5、商业及公共服务（扩展）
第4节 地理信息系统的发展概况
考点一：组件式GIS
组件式GIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。控件如同一堆各式各样的积木，他们分别实现不同的功能（包括GIS和非GIS功能），根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，就构成应用系统。
考点二：WEBGIS
WEB-GIS（网络地理信息系统）指基于Internet平台，客户端应用软件采用网络协议，运用在Internet上的地理信息系统。一般由多主机，多数据库和多个客户端以分布式连接在Internet上而组成，包括以下四个部分：WEB-GIS浏览器（browser），WEB-GIS服务器，WEB-GIS编程器（Editor），WEB-GIS信息代理（information agent)。
将在最后的扩展内容中进行补充讲解
考点三：GIS发展简况与趋势
（1）GIS发展简况
国际：GIS的发展经历以下几个阶段60年代的开拓期，注重于空间数据的地学处理，如美国人口调查局建立 的DIME（双重独立地图编码文件，一种拓扑编码方法）用于处理人口统计数据；70年代的巩固期，注重于空间地理信息的管理，充分利用了新的计算机技术，但数据分析能力仍然很弱，在地理信息技术方面未有新突破；
80年代的技术大发展期，注重于空间决策支持分析，应用领域迅速扩大，商业化实用系统进入市场；90年代是地理信息系统的用户时代，以来微机的发展和数字化信息产品在全世界普及，GIS已经深入到各行各业，其应用领域从资源管理、环境规划到应急反应，从商业服务区域分到政治选举分区等，涉及到许多学科和领域许多国家制定了本国的GIS发展规划。
启动了若干科研项目，建立了一些政府性、学术性机构，如中国于1985年成立了资源与环境 信息系统国家重点实验室，美国于1987年成立了国家地理信息与分析中心现在，GIS已成为许多机构必备的工作系统社会对GIS的认识也普遍提高，需求大幅度增加，从而导致GIS应用的扩大与深化。
国内：
我国GIS的发展虽然较晚，经历了四个阶段，即起步（1970-1980）、准备（1980-1985）、发展（1985-1995）、产业化（1996以后）阶段我国地理信息系统方面的工作自80年代初开始以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志。
在几年的起步发展阶段中，我国地理信息系统在理论探索、硬件配制、软件研制、规范制订、区域试验研究、局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进步，积累了经验，为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础地理信息系统进入发蔚县阶段的标志是第七个五年计划开始地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作自90年代起，地理信息系统步入快速发展阶段执行地理信息系统和遥感联合科技攻关计划，强调地理信息系统的实用化、集成和工程化，力图使地理信息系统从初步发展时期的研究实验、局部实用走向实用化和生产化，为国民经济重大问题提供分析和决策依据总之，中国地理信息系统事业经过十年的发展，取得了重大的进展。地理信息系统的研究和应用正逐步形成行业，具备了走向产业化的条件，地理信息系统的发展趋势表现为GIS系统技术和应用两方面。
（1）系统技术方面
数据标准化使GIS市场从单纯的系统驱动转向数据驱动，意味着支持GIS工作的数据结构及数据交换格式的标准化，提供GIS工作基础数据接口的标准化。
包括建立OpenGIS的互操作标准，寻求驻网GIS数据和空间数据处理服务的标准方法等实现数据自动输入，包括对属性表格的扫描和识别，图形扫描和追踪，拓扑关第的自动生成，图例符号的自动标识等在空间数据结构与数据管理方面，将出现高效的栅格-矢量相互转换算法来支持栅格和矢量统一的系统，图形空间数据压缩技术将大大发展，面向对象的数据模型将可以实现对复杂的地理将可以直接操作，语言界面将更加实用，出现“真三维”、“时空四维”等数据结构系统集成化意味着GIS软件部件的对象化，使GIS软件具有不同功能、可实现互操作和自我管理的软件组件使数据不仅能在应用系统内流动，还能在系统间流动平台网络化意味着GIS的工作平台将逐步从单机转入网络工作环境，实现在互联网上发布、浏览和下载，实现基于Web的GIS查询和分析，另外还将出现数据商业化、系统专门化、微机化、智能化等新的趋势。
（2）系统应用方面
GIS的应用将出现社会化、企业化、全球化和大众化等特征，GIS将进一步与RS和GPS结合，进入更多宏观和微观领域形成新的产业，专业人员分离，GIS教育将得到大力发展和普及以推广和发展GIS的应用，使GIS真正转化为生产力，更有效地推动经济发展的社会进步GIS的前沿问题包括：
（1）系统技术方面数据结构的标准化、数据采集自动化、空间数据和属性数据组织的一体化以及空间分析功能的多样化
（2）应用方面各种专业应用模型的开发，3S的高度结合和集成化等结合你的专业谈GIS应用方法及前景。
扩展性考点
考点一：3S技术
3S技术是遥感技术（Remote sensing,RS)、地理信息系统(Geography information sysetem,GIS）和全球定位系统（Global positioning system,GPS）的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。
考点二：RS
遥感是指非接触的，远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。
考点三：GPS
GPS是英文 Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。
北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS（格洛纳斯）之后第三个成熟的卫星导航系统。
第二章 地理信息系统的数据结构
第1节 地理空间及其表达
考点一：地理空间
1、概念:地理空间上至大气层电离层，下至地幔莫霍面，是生命过程活跃的场所，也是宇宙过程对地球影响最大的区域。
地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成。
2.我国的大地测量控制
地理椭球的选择——采用1975国际大地测量协会推荐的国际椭球赤道半径a=6378140m，极半径b=6356755、2881575287m，地球扁率f-(a-b)/a=1/298.257
原点——西安原点，位于陕西省泾阳县永乐镇
大地坐标——高斯-克吕格平面直角坐标
高程控制——1985国家调和基准，高于此前使用的黄海基面29mm
考点二：空间对象或空间实体
地理空间特征实体：指具有形状、属性和时序特征的空间对象或地理实体。地理空间的实体包括点、线、面、曲面和体，它们构成地球圈层间复杂的地理综合体。
特征实体的数据表达——便于计算机识别和处理
空间点是地理空间特征实体的基本元素
矢量表示法：采用一个没有大小、有精确位置的点来表示基本点元素
栅格表示法：采用一个由固定大小、无精确位置的点来表达基本点元素
1.点状实体：点或节点、点状实体
点：有特定位置，维数为0的物体。
1）实体点：用来代表一个实体。
2）注记点：用于定位注记。
3）内点：用于负载多边形的属性，存在于多边形内。
4）角点、节点Vertex：表示线段和弧段上的连接点。
2.线状实体
具有相同属性的点的轨迹，线或拆线，由一系列的有序坐标表示，并有如下特性：
1）实体长度：从起点到终点的部长
2）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。
3）方向性：如：水流方向，上游—下游，公路，单、双向之分。线状实体包括：线段、边界、链、弧段、网络等。
3、面状实体（多边形）是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。
面状实体的如下特征：
1）面积范围
2）周长
3）独立性或与其它地物相邻 如中国及其周边国家
4）内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。
5）重叠性与非重叠性：如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。
4.体、立体状实体、立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性，立体状实体一般具有以下一些空间特征：体积，如工程开控和填充的土方量；每个二维平面的面积、周长、内岛、含有弧立块或相邻、断面图与剖面图、实体类型组合 。
现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，例如根据某些空间单元或几种空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简单实体组合表达点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：如：线—面，面—面。可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容，一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。
线—面
1.区域包含线：计算区域内线的密谋，某省的水系分布情况。
2.过区域：公路上否通过某县。
3.线环线区域：区域边界，搜索左右区域名称，中国与哪些国家接壤。
4.线与区域分离：距离。
面——面
1.包含：岛、某省的湖泊分布。
2.相合：重叠、学校服务范围与菜场服务范围重叠区。
3.相交：划分子区。
4.相邻：计算相邻边界性质和长度，公共连接边界。分离：计算距离。
注：涉及到的是拓扑关系
第2节 地理空间数据及其特征
考点一：空间数据的特征
空间特征是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系；
属性特征是指空间对象的专题属性；
时间特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化 。
考点二：空间拓扑关系
拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。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位置关系，拓扑数据也有利于空间要素的查询。
考点三：空间数据精度
空间数据质量包括：数据完整性、数据逻辑一致性、空间数据精度、数据说明。
空间数据精度：数据位置精度、数据属性精度、数据时间精度。
考点四：GIS空间数据源的种类与数据采集方法
(1)地图数据：各各类型的地图是GIS最主要的数据源，因为地图是地理数据的传统描述形式。我国大多数的GIS系统其图形数据大部分都来自地图。
（2）影像数据：遥感影像是GIS中一个极其重要的信息源。通过遥感影像可以快速、准确地获得大面积、综合的各种专题信息，航天遥感影像还可以取得周期性的资料，这些都为了GIS提供了丰富的信息。
（3）统计数据：国民经济的各种统计数据常常也是GIS的数据源。如人口数量、人口构成、国民生产总值等等。
（4）实测数据：各种实测数据特别是一些GPS点位数据、地籍测量数据常常是GIS的一个很准确和很现势的资料。
（5）数字数据：目前，随着各种专题图件的制作和各种GIS系统的建立，直接获取数字图形数据和属性数据的可能性越来越大，数字数据也成为GIS信息源不可缺少的一部分。
（6）各种文字报告和立法文件：对于一个多用途的或综合型的系统，一般都要建立一个大而灵活的数据库，以支持其非常广泛的应用范围。
第3节 空间数据结构的类型
考点一：矢量数据结构
是利用欧几里得几何学中的点、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。这种数据组织方式能最好地逼近地理实体的空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低，便于进行地理实体的网络分析，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。
考点二：栅格数据结构
基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，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。
考点三：栅格与矢量结构优劣比较
矢量结构是通过记录坐标的方式，用点、线、面等基本要素尽可能精确的来表示各种地理实体具有定位明显、属性隐含的特点栅格结构是将地面划分为均匀的网格，每个网格作为一个像元，像元的位置有所在行，列号确定，像元所含有的代码表示其属性类型或仅是与其属性记录相联系的指针。
矢量结构的优点是：显示图形的质量高，可视性好；存储数据量较小；应用网络分析可建立完整的拓扑关系；显示数据精度高n可对图形及其属性进行检索、更新和概括。
矢量结构的不足之处在于：数据结构较为复杂；多图叠加操作较困难；由于拓扑关系的不同，使得模拟操作较困难；数据输出的费用较高；难于进行某些空间分析运算。
栅格结构的优点是：数据结构简单；易于与遥感影像和数字测量影像等数据结合；易于进行各种空间操作和空间分析；易于进行模拟操作；有发展潜力。
栅格结构的缺点为：图形数据量大；减少数据量要以牺牲精度为前提；图形显示的可视性不如矢量结构；网络分析较难；投影变换较为耗时。
考点四：空间数据结构的表示方法
栅格数据结构（3种）：
1.栅格矩阵结构是一种用矩阵来存储栅格数据单元的存储结构。
将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）记录代码，可以每行都从左到右记录，也可以奇数从左到右，偶数行从右到左。这种记录栅格数据的文件常称为栅格文件，且常在文件头中存有该栅格数据的长和宽，即行业和列数。这样，具体的像元值就可连续存储了。其特点是处理方便，但没有压缩。
2.游程编码：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的长度，其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。
把具有相同属性值的邻近栅格单元合并在一起，合并一次称为一个游程。游程用一对数字表达，其中，第一个值表示游程长度，第二个值表示游程属性值。每一个新行都以一个新的游程开始。
3.四叉树结构：是将空间区域按照四个象限进行递归分割（2nX2n,且n≥1)，直到子象限的数值单调为止。
凡数值（特征码或类型值）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。
这样，对同一种空间要素，其区域网格的大小，随该要素分布特征而不同。
矢量数据结构：
1.实体数据结构
以基本的空间实体（点、线、多边形）为单位进行组织只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系的矢量数据模型。（又称面条结构）。
点：位置：（x,y)，属性：符号
线：位置：（x1,y1),(x2,y2),...,(xn,yn)
属性：符号—形状、颜色、尺寸
面：位置：（x1,y1),(x2,y2),...,(xi,yi)),...,(xn,yn)
属性：符号变化等值线
实体结构
2.拓扑数据结构：为在点、线和多边形之间建立关联，以及彻底解决领域和岛状信息处理问题而必须建立的数据结构。
这种结构应包括以下内容：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x,y坐标值）。
注：对应的也就是拓扑关系
曲面数据结构：
1.不规则格网的曲面数据结构（TLN）
它根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点在三角面的顶点、边上或三角形内。
如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的调和，在三角形内则用三个顶点的高程）。
Voronoi多边形即泰森多边形
它采用一种极端的边界内插方法，只用最近的单个点进行区域插值。
泰森多边形按数据点位置将区域分割成子区域，每个子区域包含一个数据点，各子区域到其内数据点的距离小于任何到其它数据点的距离，并用其内数据点进行赋值。
Delaunay三角网即由狄洛尼三角形组成的三角网，它是在地形拟合方面表现最出色的三角网，因此常被用于TLN的生成。
狄洛尼三角形有三个最邻近的点连接而成，这三个相邻点对应的Voronoi多边形有一个公共的顶点，此顶点同时也是狄洛尼三角形外接圆的圆心。
2.规则格网的曲面数据结构
规则格网数据类似于矩阵式的栅格数据
第4节 空间数据结构的建立
考点一：空间数据数据类型及其获取方法
1、矢量数据的输入与编辑
（一）手扶跟踪数字化
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。
（二）屏幕数字化，过程为打开栅格数据，配准，输入空间数据，输入属性数据。
2、栅格数据输入
通过扫描，遥感和数据结构转换。
3、曲面数据输入
通常是由离散的数据点进行插值生成的。
扩展性考点
考点一：栅格数据的八叉树结构
三维数据结构
同二维一样，也存在着栅格和矢量两种形式。对于栅格结构，较好的数据结构方式是在四叉树基础上发展起来的八叉树结构。
考点二：扫描矢量化
扫描矢量化的基本原理是对各种类型的数字工作底图如纸质地图、黑图或聚酯薄膜图，使用扫描仪及相关扫描图像处理软件，把底图转化为光栅图像。对光栅图像进行诸如点处理、区处理、桢处理、几何处理等。
在此基础上对光栅图像进行矢量化处理和编辑，包括图像二值化、黑白反转、线细化、噪声消除、结点断开、断线连接等。这些处理由专业扫描图像处理软件进行，其中区处理是二值图像处理（如线细化）的基础，而几何处理则是进行图像坐标纠正处理的基础，通过处理达到提高影像质量的目的。然后利用软件矢量化的功能，采用交互矢量化或自动矢量化的方式，对地图的各类要素进行矢量化。并对矢量化结果进行编辑整理，存储在计算机中，最终获得矢量化数据，即数字化地图，完成扫描矢量化的过程。
第三章 空间数据处理
第1节 空间数据的变换
考点一：坐标变换
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，他们是空间数据处理的基本内容之一。几何纠正是对数据坐标转换和图纸变形误差的纠正。投影变换是指投影方式的变换
考点二：仿射变换
仿射变换在几何上定义为两个向量空间之间的一个仿射变换或者仿射映射，由一个线性变换接上一个平移组成。是GIS数据处理中使用最多的一种几何纠正方法。它的主要特性为：同时考虑到因地突变形而引起的实际比例尺在x方向和y方向上的变形，因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化。
注：一般的GIS软件都有仿射变换、相似变换和二次变换等几何纠正功能
考点三：大地基准面
大地基准面，设计用为最密合部分或部大地水准面的数学模式。它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点之间关系来定义。
此关系能以6个量来定义，通常（但非必然）是大地纬度、大地经度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。
每个国家或地区均有各自的基准面，我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系，指的就是两个大地基准面。我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基椭球体建立了我国的北京54坐标系。1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体（IAG75)建立了我国新的大地坐标系--西安80坐标系。
目前大地测量基本上仍以北京54坐标系作为参照，北京54与西安80坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。
WGS1984基准面采用WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。
椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系，也就是基准面是在椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体能定义不同的基准面。
考点四：地图投影
地图投影就是指建立地球表面 （或其他星球表面或天球面）上的点与投影平面（即地图平面）上点之间的一一对应关系的方法。即建立地点与投影点之间的数学转换公式。将这个公式作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。
考点五：高斯克吕格投影
（1）原理
这个投影是由德国数学家、物理学家、天文学家高斯于19世纪20年代拟定，后经德国大地测量学家克吕格于1912年对投影公式加以补充，故称为高斯—克吕格投影。高斯克吕格投影即等角横切椭圆柱投影。假想用一个椭圆柱模切于地球椭球体的某一经线上，这条与圆柱面相切的经线，称中央经线。以中央经线为投影的对称轴，将东西各3°或1°30’的两条子午线所夹经差6°或3°的带状地区按数学法则、投影法则投影到圆柱面上，再展开成平面，即高斯-克吕格投影，简称高斯投影。这个狭长的带状的经纬线网叫做高斯-克吕格投影带。
（2）基本概念：
假想有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线（此子午线称为中央子午线或轴子午线）相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面，如图所示，此投影为高斯投影。高斯投影是正形投影的一种。
（3）变形规律
这种投影，将中央经线投影为直线，其长度没有变形，与球面实际长度相等。其余经线为向极点收敛的弧线，距中央经线愈远，变形愈大。赤道线投影后是直线，但有长度变形。队赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。经线和纬线投影后仍然保持正文。所有长度变形的线段，其长度变形比均大于1，随远离中央经线，面积变形也愈大。若采用分带投影的方法，可使投影边缘的变形不致过大。我国各种大、中比例尺地形图采用了不同的高斯-克吕格投影带。其中大于1：1万的地形图采用3°带；1：2.5万至1：5万的地形图采用6°带。
（4）分带投影n
高斯投影6度带：自0子午线起每隔经差6自西向东分带，依次编号1，2，3...。我国6事中央子午线的经度，由75起每隔6而至135，共计11带（13-23带）。
高斯投影3度带：它的中央子午线一部分同6带中央子午线重合，一部分同6带的分界子午线重合。我国带共计22事（24-45带）。
（5）高斯平面直角坐标系
在投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午线和赤道的交点0作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标X轴，以赤道的投影为横坐标y轴。
在我国x坐标都是正的，y坐标的最大值（在赤道上）约为330km。为了避免出现负的横坐标，可在横坐标上加上500000m。此外还应在坐标前面再冠以带号。这种坐标称为国家统一坐标。例如，有一点y=39 623 456 789m，该点位在39带内，位于中央子午线以东，其相对于中央子午线而言的横坐标则是：首先去掉带号，再减去500 000m，最后得=-123 456.789m。
（6）高斯平面投影的特点
1、中央子午线无变形；
2、无角度变形，图形保持相似；
3、离中央子午线越远，变形越大。
考点六：UTM（横轴墨卡托）
UTM投影全称为“通用横轴墨卡托投影”UNIVERSAL TRANSVERSE MERCATOL PROJECTION，是一种“等角横轴割圆柱投影“。
椭圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，投影后两条相割的经线上没有变形，而中央经线上长度比0.9996。该投影角度没有变形，中央经线为直线，且为投影的对称轴，中央经线的比例因子取0.9996是为了保证离中央经线左右约330km处有两条不失真的标准经线。该投影可以改善高斯克吕格投影，我国的卫星影像资料常用这种投影。
考点七：地图投影的变形
（1）等角投影——投影前后的角度相等，但长度和面积有变形；如：高斯投影（等角横切椭圆柱投影），墨卡托投影（等角正切椭圆柱投影），UTM投影（Universal Transverse Mercator,通用横轴等角割圆柱墨卡托投影），兰勃特投影（等角正轴割圆锥投影）。
（2）等距投影——投影前后的长度相等，但角度和面积有变形；
（3）等积投影——投影前后的面积相等，但角度和长度有变形。如：阿尔伯特投影（正轴等面积割圆锥投影）。
第2节 空间数据结构的转换
考点一：矢量、栅格数据的相互转换
一、矢量向栅格的转换
重点：确定栅格单元的大小。X、Y为坐标，I、J为单元行列值。已知：Xmax、Xmin和Ymax、Ymin；I，J。
求：栅格单元的边长ΔX和ΔY。
它们之间的关系为：
ΔY=（Xmax-Xmin)/J
ΔX=(Ymax-Ymin)/I
1.点的栅格化
设矢量坐标点（x,y），转换后的栅格单元行列值（I,J），则有：
I=1+INT[(Ymax-Y)/ΔY]
J=1+INT[(X-Xmin)/ΔX]
式中INT表示取整函数。栅格点的值用点的属性表示。
2.线的栅格化（扫描线法）
线的栅格化可以分解成对组成折线的每个线段的栅格化。
设线段的两端点坐标分别为（x1,y1)和（x2,y2)。其中有y2.>y1。
根据点栅格化方法，求得两端点的行列号为（I1,J1)和（I2,J2）。ΔI=|I2-I1|,ΔJ=|J2-J1|，分两种情况处理：ΔI>ΔJ和ΔJ>ΔI。
当ΔI>ΔJ，平行于x轴的做每一行的中心扫描线，再求每一条扫描线与线段的交点，按点的栅格化犯法将交点转化为栅格坐标。
当ΔJ>ΔI，平行于y轴的做每一列的中心扫描线，再求每一条扫描线与线段的交点，按点的栅格化犯法将交点转化为栅格坐标。
当ΔI>ΔJ，平行于y轴的做每一列的中心扫描线，再求每一条扫描线与线段的交点，按点的栅格化犯法将交点转化为栅格坐标。
如果ΔI>ΔJ，扫描线与线段的交点的坐标为
Yi=Ymax-ΔY·（Ｉ－１/2)
Ｘｉ＝［（Ｘ２－Ｘ１）／（Ｙ２－Ｙ１）］（Ｙｉ－Ｙ１）＋Ｘ１
如果ΔJ>ΔI，扫描线与线段的交点的坐标为
Ｘｉ＝Ｘｍａｘ－ΔＸ·（Ｊ－１／２）
Ｘｉ＝［（Ｙ２－Ｙ１）／（Ｘ２－Ｘ１）］（Ｘｉ－Ｘ１）＋Ｙ１
例：设两个端点的行、列号已经求出，其行号为3和7，则中间网格的行号必为4.5.6。
3.面的栅格化
（1）基于弧段数据的栅格化方法
首先计算所有弧段结点或中间点所在的格网位置，并赋予该结点正确的属性，然后根据下面的算法完成弧段的栅格化。
如图，利用弧段的数据列与格网的行列线相交，以得到正确的栅格化结果。
实际计算时，需逐段处理弧段中的局部直线段，待处理完某一局部线段后，再进行下一局部线段的处理（如处理完AB后，再处理BC段），直至完成整条弧段的处理。局部线段与行列线求交后，存储交点坐标，并对x或y从小到大排序。根据排序结果，相邻交点所构成线段通过的格网需赋予属性值。
考点二：矢量、栅格数据的相互转换
（2）基于多边形数据的栅格化方法
方法 一：内点填充法
1、线栅格化边界（赋属性值）
2、边界内部任取一个栅格为起点
3、填充起点邻域8个栅格（赋属性值）
4、以新的邻域栅格为起点，继续重复第3步
5、直到所有的领域栅格都填充为上
（2）基于多边形数据的栅格化方法
方法二：边界代数法
1、全部栅格都赋值0
2、线栅格化边界
3、沿着边界走，栅格向上，则左边到边界所有栅格数值减去属性值
4、沿着边界走，栅格向下，则左边到边界所有栅格数值加上属性值
方法三：对每个栅格单元，逐个判定其是否包含在某个多边形之内，并给其赋以包含该栅格单元的多边形属性值。
”点在多边形内“的判定方法
1、检验夹角之和的方法（0或2π）2π则在其内。
2、检验交点数的方法（铅垂线法）（交点为0或偶数则在其外）
边界代数法定义：
边界代数多边形填充算法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。它不是逐点判断与边界的关系完成转换，而是根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，而不需要考虑边界与搜索轨迹之间的关系，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。
二、栅格向矢量的转换
把栅格单元中的空间信息转换为几何图形的过程叫矢量化。
（一）基于图像的矢量化过程如下：
（1）二值化：一般情况下，栅格数据是按0-255的不同灰度值表达的。为了简化追踪算法，需把256个灰阶压缩为2个灰阶，即0和1两级。为此，假设任一格网的灰度值为，阀值为，那么，根据下式就可以得到二值图。
将原来栅格单元的灰度值G（i,j）（255级）压缩为两个灰阶，即0和1两级。
（2）细化：细化是消除线划横断面栅格数的差异，使得每一条线，只保留代表其轴线或周围轮廓线（对多边形而言）位置的单个栅格的宽度。
对于栅格线划的细化方法，一般采用”剥皮法“。
剥皮法的实质是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。
方法：1、定义阈值T， Ｒｍｉｎ＜Ｔ＜Ｒｍａｘ；
2、二值化，ｉｆＲ＞＝Ｔ ｔｈｅｎ Ｒ＝１；ｅｌｓｅ Ｒ＝０；
（3）边界跟踪：跟踪的目的是把细化后的栅格数据整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式加以存储。
跟踪时，根据人为规定的搜索方向（如沿图幅边界的顺时针或逆时针方向），从起始点开始，在保证趋势的情况下对八个领域进行搜索，依次得到相邻点，最终得到完整的弧段或多边形。
（4）去除多余点及曲线光滑：由于搜索是逐个栅格进行的，所以，弧段或多边形的数据列十分密集。
为了减少存储量，在保证线段数度的情况下可以删除部分数据点。
（5）拓扑关系的生成：判断弧段与多边形间的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的关系。
（二）栅格数据的矢量化方法：
按行扫描，产生只记录类型边界栅格值的文件；
建立对类型边界栅格单元的追踪算法，计算边界坐标，整理成有序的坐标数组；
处理相邻类型的公共边界转换为按线段链建立的数据结构。
第3节 多元空间数据的融合
考点一：多元空间数据的融合
一、遥感与GIS数据的融合
遥感影像与数字线化图（DLG)的融合
遥感影像与数字地形模型（DEM)的融合
遥感影像与数字栅格图（DRG）的融合
4D产品：DLG、DOM（数字正射影像图）、DEM and DRG
二、不同格式数据的融合
基于转换器的数据融合：通过交换格式进行；
基于数据标准的数据融合：统一的数据标准；
基于公共接口的数据融合：接口是大家都遵守并达成统一的标准；
基于直接访问的数据融合：一个软件中提供了多种格式以便直接调用。
第4节 空间数据的压缩与重分类
考点一：空间数据压缩
空间数据压缩：即从所取得的数据集合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地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。
比如：流程编码
第5节 空间数据的内插方法
考点一：空间数据内插的方法
空间数据内插：即通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法。
一、点的内插（3个过程）
数据取样：数据点的选取和坐标的确定；
数据内插：以数据点为控制基础，用某一数学模型来模拟地表面，进行内插计算，确定三角网或格网结点处的特征值；
数据记录：将内插的结果，按一定的数据结构形式，存储于磁性介质中，供系统应用。
二、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。
叠置法：将目标区与源区叠加
比重法：根据平滑密度原理将源区的数据从同性质变为非同性质
第6节 空间拓扑关系的编辑
考点一：拓扑关系与拓扑结构
拓扑关系：是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系。
主要表现为拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
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位置关系，拓扑数据也有利于空间要素的查询。
拓扑结构：为在点、线和多边形之间建立关联，以及彻底解决领域或岛状信息处理总理 而必须建立的数据结构。
这种结构应包括以下内容：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x,y坐标值）。
第四章 地理信息系统空间数据库
第1节 空间数据库概述
考点一：ODBC开发数据库互连（扩展）
开放数据库互连（Open Database Connectivity,ODBC)是微软公司开放服务结构（WOSA,Windows Open Services Architecture）中有关数据库的一个组成部分，它建立了一组规范，并提供了一组对数据库访问的标准API（应用程序编程接口）。
这些API利用SQL来完成其大部分任务。ODBC本身也提供了对SQL语言的支持，用户可以直接将SQL语句送给ODBC。
考点二：数据库管理系统
数据库管理系统是操作和管理数据库的软件系统，提供可被多个应用程序和用户调用的软件系统，支持可被多个应用程序和用户调用的数据库的建立、更新、查询和维护功能。
考点三：空间数据库
空间数据库是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的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。
考点四：空间数据库模型
空间数据库模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据库模式提供了基本的方法。
一般而言，GIS空间数据模库型由概念数据库模型、逻辑数据库模型和物理数据库模型三个有机联系的层次所组成 。
考点五：分布式数据库
分布式数据库是一组数据的集合，这些数据在物理上分布于计算机网络的不同结点上，而逻辑上属于同一个系统。
它具有分布性，同时在逻辑上互相关联。扩展：云
考点六：数据库的概念模型
数据库概念模型：是数据库的全局逻辑数据视图，是数据库管理元所看到的实体、实体属性和实体间的联系。
第3节 空间数据库逻辑模型设计
考点一：关系数据模型
关系数据模型是把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表格，每个二维表格称为一个关系。关系模型以记录组或数据表的形式组织数据，便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。
考点二：关系数据库
关系数据库：是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据。
目前主流的关系数据库有oracle,SQL,access,db2等。
考点三：对象-关系管理模式
对象-关系管理模式是指在关系型数据库中扩展，通过定义一系列操作空间对象（如点、线、面）的API函数，来直接存储和管理非结构化的空间数据的空间数据库管理模式。
第4节 空间数据库的物理设计
考点：自己了解物理设计的步骤
第5节 空间数据查询
考点：自己了解空间关系查询的类型
第6节 空间数据库索引
考点一：地址匹配
地址匹配：使用地址作为关联字段来关联两个文件的一种机制。
考点二：空间索引
空间索引的概念：它是依据空间实体的位置和形状或空间实体之间某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间实体的概略信息，如标识码、最小外接矩形及存储地址。
空间索引的作用：作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间实体之间，它通过筛选把大量与特定空间操作无关的空间实体排除，从而提高空间操作速度和效率。
常见的空间索引
一、范围索引
即在记录每个空间实体的坐标时，同时记录每个空间实体的最大和最小坐标。
范围索引并没有建立真正的空间索引结构，只是在空间实体的数据中增加了最大和最小坐标项，主要依靠空间计算来进行判别，仍然要对整个数据库的空间实体进行检索，需花费大量的查询时间。
二、格网空间索引
即将区域划分成大小相等的网格，记录每个网格内所包含的空间实体在数据库中的地址。
三、四叉树空间索引
即将区域进行若干层次的划分，每个层次的划分是将上一层次划分得到的每个区域分成四个相等的子区域，判定空间实体包含在哪一层次的哪一个子区域中，则用子区域的编码来记录空间实体，这样就形成一个四叉树的空间划分。四叉树空间索引与格网空间索引相比，其结构灵活、效率更高。
第7节 空间元数据
考点一：元数据
元数据Metadata:"meta"是一希腊语词根，意思是”改变“，”Metadata"一词的原意是关于数据变化的描述。一般都认为元数据就是“关于数据的数据”，反映了某项数据自身的一些特征。
空间元数据：是指在空间数据库中用于描述空间数据的内容、质量、表示方法、空间参考和管理方式等特征的数据，是实现地理空间信息共享的核心标准之一。
第8节 空间数据库引擎
考点一：空间数据引擎
空间数据库引擎（SDE）是在GIS应用软件和关系型空间数据库之间建立的一个中间层，由它为GIS应用软件提供在关系数据库里存储、存取、查询和分析空间数据的相应功能。
考点二：GIS空间数据库引擎的工作原理
（一）SDE的体系结构
（二）SDE的访问模式
GIS用户的应用程序通过SDE的应用编程接口（API)向SDE服务器提出空间数据访问请求，SDE服务依据空间对象的特点在存储空间数据的关系数据库中完成空间数据的搜索，通常采用SQL方式进行，并将搜索结果向GIS用户的应用程序返回。SDE可以提供对空间、非空间数据进行高效率操作的数据库服务。
（三）SDE支持的空间数据类型
矢量数据：点、线、多边形等
栅格数据（包括DEM）
通常一个空间数据对象可以分别存储在三个关系表中，同一空间对象在三个表里的记录用一个共同的要素ID编码联系。
要素表：存储空间对象的坐标数据
索引表：存储空间对象的空间索引
属性表：存储空间对象的属性数据
第9节 空间时态数据库
考点一：空间时态数据库的研究内容
1.空间时态数据的表达
2.空间时态数据的更新
3.空间时态数据的查询
1.连续快照模型（时间片快照模型）
快照模型在快照数据库中仅保留当前数据状态更新后的数据，旧数据的变化值不再保留。
而连续快照模型则是将一系列的时间片段快照保存起来，反映整个空间特征的状态，根据需要对指定的时间片段的现实片段进行播放。
由于快照将未发生变化 的特征重复进行存储，会产生大量的数据冗余。对于象地籍信息变化这样频繁且数据量大的情况，采用该模型将极大地降低系统的效率，因此不适合地籍时空数据建模
2.基态修正模型（底图叠加模型）
为了避免连续快照模型将每个未发生变化的部分的快照特征重复进行记录存储，基态修正模型按一定的时间间隔采样，只存储某个时间的数据状态（基态）和相对于基态的变化量。
基态修正模型的每个对象只需存储一次，每变化一次只需要较少的数据需要记录；同时，只有在事件发生或对象发生变化时才存入系统中，时态分辨率刻度值与事件发生的时刻完全对应。
它具有少的数据冗余，对它辅以一定的索引机制或其他时空分析办法，它将是一种较理想的时空数据模型。鉴于地籍信息管理的主线宗地变更，具有变化频繁，信息量大且具有特定的时空拓扑关系的特征，可采用该模型作为地籍时空数据库设计的基础。
考点二：时空一体化模型
3、时空复合模型
时空复合模型将空间分割成具有相同时空过程的最大的公共时空单元，每次时空对象的变化都将在整个空间内产生一个新的对象。
对象把在整个空间内的变化部分作为它的空间属性，变化部分的历史作为它的时态属性。
时空单元中的时空过程可用关系表来表达，若时空单元分裂时，用新增的元组来反映新增的空间单元，时空过程每变化一次，采用关系表中新增一列的时间段来表达，从而达到用静态的属性表达动态的时空变化过程的目的；这种方法数据冗余少，但在数据项中频繁地修改对象的标识符较复杂，涉及的关系链的层次较多，必须对标识符逐一进行回退修改。
4、时空立方体模型（扩展）
时空立方体模型用二维图形沿时间第三维发蔚县变化的过程表达显示世界平面位置随时间的演变；给定一个时间位置值就可以从三维立方体中获得相应的截面。
该模型也可扩展表达三维空间沿时间变化的过程。但该模型方法随着数据量的增大，对立方体的操作将变得越来越复杂，以至于最终变得无法处理。
