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汤国安《地理信息系统》（第2版）笔记和典型题（含考研真题）详解试读：
第1章 绪 论
1.1 复习笔记
一、地理信息系统的基本概念
1信息、地理信息（1）信息和数据
①信息
信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，是生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
②数据
数据是一种未经加工的原始资料。数字、文字、符号、图像都是数据。
③信息和数据的关系
信息具有客观性、适用性、可传输性和共享性等特征。数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，是数据的内容和解释。信息来源于数据。（2）地理信息
①地理信息的定义
地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。
②地理数据的定义
地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征（简称属性）及时域特征三部分。
③地理空间分析的三大基本要素
空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素
a．空间位置数据描述地物所在位置。
b．属性数据有时又称非空间数据，是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标。
c．时域特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。（3）地理信息的特征
地理信息除了具有信息的一般特性外，还具有以下独特特性：
①空间分布性
地理信息具有空间定位的特点，先定位后定性，并在区域上表现出分布式的特点，其属性表现为多层次，因此地理数据库的分布或更新也应是分布式的。
②数据量大
地理信息既有空间特征，又有属性特征，此外地理信息还随着时间的变化而变化，具有时间特征，因此其数据量很大。
③信息载体的多样性
地理信息的第一载体是地理实体的物质和能量本身，除此之外，还有描述地理实体的文字、数字、地图和影像等符号信息载体以及纸质、磁带、光盘等物理介质载体。
2信息系统（1）信息系统的定义
信息系统是具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。（2）信息系统的基本组成
在计算机时代，信息系统部分或全部由计算机系统支持，并由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成。另外，智能化的信息系统还包括知识。（3）信息系统的类型
根据系统所执行的任务，信息系统可分为事务处理系统和决策支持系统。
①事务处理系统
事务处理系统强调的是数据的记录和操作，民航订票系统是其典型示例之一。
②决策支持系统
决策支持系统是用以获得辅助决策方案的交互式计算机系统，一般由语言系统、知识系统和问题处理系统共同构成。
3地理信息系统（1）地理信息系统的定义
地理信息系统有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”，是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。（2）地理信息系统的管理对象及用途
地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。（3）地理信息系统的相关概念
①GIS的物理外壳
GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
②GIS的操作对象
GIS的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量的描述，这是GIS区别于其他类型信息系统的根本标志，也是其技术难点所在。
③GIS的技术优势
GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。
④GIS与测绘学和地理学的关系
GIS与测绘学和地理学有着密切的关系，大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感（RS）技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数据；电子速测仪、全球定位系统（GPS）技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用，可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展。地理学是GIS的理论依托。（3）地理信息系统的分类
GIS按研究的范围大小可分为全球性的、区域性的和局部性的；按研究内容的不同可分为综合性的与专题性的。同级的各种专业应用系统集中起来，可以构成相应地域同级的区域综合系统。
二、地理信息系统的发展概况
1国际发展状况
综观GIS发展，可将地理信息系统发展分为以下四个阶段。（1）地理信息系统的开拓期（20世纪60年代）（2）地理信息系统的巩固发展期（20世纪70年代）（3）地理信息系统技术大发展时期（20世纪80年代）（4）地理信息系统的应用普及时代（20世纪90年代至今）
2国内发展状况
我国地理信息系统方面的工作起步稍晚于国际水平，但发展迅速，形势喜人。主要经历了如下几个阶段：（1）起步阶段
20世纪70年代初期，我国开始推广电子计算机在测量、制图和遥感领域中的应用。（2）发展阶段
20世纪80年代起，我国地理信息系统方面的工作开始展开。（3）快速发展阶段
自20世纪90年代起，地理信息系统步入快速发展阶段。总之，中国地理信息系统事业经过近30年的发展，取得了重大的进展。地理信息系统的研究和应用已走向了产业化。
三、地理信息系统的构成
完整的GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员，其核心部分是计算机软、硬系统，空间数据库反映了GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。
1计算机硬件系统
GIS由于其任务的复杂性和特殊性，必须由计算机设备支持，系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件受硬件指标的支持或制约。GIS硬件配置一般包括四个部分:（1）计算机主机；（2）数据输入设备；（3）数据存储设备；（4）数据输出设备。
图1-2 GIS硬件的组成
2计算机软件系统
计算机软件系统指GIS运行所必需的各种程序，通常包括以下三个方面:（1）计算机系统软件
GIS日常工作所必需的，通常包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序以及各种维护使用手册、程序说明等。（2）地理信息系统软件和其他支撑软件
可以是通用的GIS软件也可包括数据库管理软件、计算机图形软件包、计算机辅助制图软件（CAD）、图像处理软件等。
图1-3 计算机软件系统的层次
GIS软件按功能可分为以下五类。
①数据输入
将系统外部的原始数据（多种来源、多种形式的信息）传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为便于系统处理的内部格式的过程。
数据输入方式与使用的设备密切相关。常有三种形式：
a．手扶跟踪数字化仪的矢量跟踪数字化。
b．扫描数字化仪的光栅扫描数字化，主要输入有关图像的网格数据。
c．键盘输入，主要输入有关图像、图形的属性数据（即代码、符号），在属性数据输入之前，需对其进行编码。
②数据存储与管理
数据存储和数据库管理涉及地理元素（表示地表物体的点、线、面）的位置、连接关系及属性数据如何构造和组织等。用于组织数据库的计算机系统称为数据库管理系统（DBMS）。空间数据库的操作包括数据格式的选择和转换以及数据的连接、查询、提取等。
③数据分析与处理
对单幅或多幅图件及其属性数据进行分析运算和指标量测，在该操作中，以一幅或多幅图作为输入，分析计算结果以一幅或多幅新生成的图件表示，在空间定位上仍与输入的图件一致，故可称为函数转换。
空间函数转换可分为：
a．基于点或像元的空间函数，如基于像元的算术运算、逻辑运算或分类分析等；
b．基于区域、图斑或图例单位的空间函数，如叠加分类、区域形状量测等；
c．基于邻域的空间函数，如像元连通性、扩散、最短路径搜索等。
量测包括对面积、长度、体积、空间方位、空间变化等指标的计算。函数转换还包括错误改正、格式变换和预处理。
④数据输出与表示模块
将地理信息系统内的原始数据或经过系统分析、转换、重新组织的数据以用户可以理解的某种方式提交给用户。
⑤用户接口模块
该模块用于接收用户的指令、程序或数据，是用户和系统交互的工具。主要包括用户界面、程序接口与数据接口。（3）应用分析程序
应用分析程序是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。应用程序作用于地理专题数据或区域数据，构成GIS的具体内容，是用户最为关心的真正用于地理分析的部分，也是从空间数据中提取地理信息的关键。
3地理空间数据（1）定义
地理空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等，由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他通信系统输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。（2）数据类型
不同用途的GIS其地理空间数据的种类、精度都是不同的，但基本上都包括三种互相联系的数据类型。
①某个已知坐标系中的位置
即几何坐标，标识地理实体在某个已知坐标系中的空间位置，可以是经纬度、平面直角坐标、极坐标，也可以是矩阵的行数、列数等。
②实体间的空间相关性
即拓扑关系，表示点、线、面实体之间的空间联系。
③与几何位置无关的属性
即常说的非几何属性或简称属性，是与地理实体相联系的地理变量或地理意义。
a．属性的分类
属性分为定性和定量两种，前者包括名称、类型、特性等，后者包括数量和等级。
b．属性与地理信息系统
任何地理实体至少有一个属性，而地理信息系统的分析、检索和表示主要是通过属性的操作运算实现的，因此，属性的分类系统、量算指标对系统的功能有较大的影响。
4网络
GIS中网络的主要作用是信息传输。由于GIS数据的海量特征，对网络的要求较高。GIS中的网络形式一般有局域网、广域网、无线网络和互联网、企业局域网和外联网等。（1）局域网
局域网是指由特定类型的传输媒体（如电缆、光缆和无线媒体）和网络适配器（亦称为网卡）互连在一起的计算机组，并受网络操作系统监控的网络系统。（2）广域网
广域网是众多局域网的集合，其中有些局域网或者全部局域网使用跨越较长距离的点到点链路连接在一起，最大特点是计算机分布范围广，不受区域限制，广泛采用电话通道或卫星信道，但传输效率较低。（3）无线网
无线网络主要是针对移动GIS而言的，采用无线通信方法解决信息的传输问题。（4）互联网
组成互联网的计算机网络包括局域网、城域网（MAN）以及大规模的广域网等。互联网网络互连采用的基本协议是TCP／IP。（5）企业局域网
企业局域网是指一个企业内部各组织互连所形成的网络。它是在统一行政管理和安全控制管理之下，采用互联网的标准技术和应用系统建设成的网络，并使用与互联网相互协调的技术开发企业内部的各种应用系统。（6）外联网
外联网是在互联网和企业局域网的基础上发展起来的，根据企业自身的体系结构和运作方式，使网络高层体系结构逐步与企业计算模式相协调。
5系统开发、管理和使用人员
人是GIS中的重要构成因素。地理信息系统从其设计、建立、运行到维护的整个生命周期，处处都离不开人的作用。仅有系统软、硬件和数据还构不成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。
四、地理信息系统与相关学科及技术的关系
1GIS与其他学科的关系（1）GIS与地理学
空间分析是GIS的核心，地理学作为GIS的分析理论基础，可为GIS提供引导空间分析的方法和观点。（2）GIS与测绘学、遥感技术
测绘学和遥感技术不但为GIS提供快速、可靠、多时相和廉价的多种信息源，而且它们中的许多理论和算法可直接用于空间数据的变换、处理。
图1-4 GIS的相关学科技术（3）GIS与其他学科的关系
GIS与计算机科技、数学、运筹学、统计学、认知学等学科也密切相关。
①计算机辅助设计为GIS提供了数据输入和图形显示的基础软件；数据库管理系统更是GIS的核心；
②数学的许多分支，尤其是几何学、图论、拓扑学、统计学、决策优化方法等被广泛应用于GIS空间数据的分析。
2GIS与不同学科的相互作用（1）遥感技术可以为资源检测和环境检测提供丰富、实时的宏观信息，并为计算机制图系统和GIS的数据更新提供可靠、快速的数据源。但遥感对浩如烟海的社会经济统计数据、人类活动的大量信息却无力获取；（2）计算机制图技术可为地理信息的时空分布和产品输出提供先进的手段，但它本身无区域综合、分析和决策的功能；（3）GPS技术、数字摄影测量和遥感技术可成为GIS数据采集和及时更新的主要技术手段和有力支撑；而GIS既能提供信息查询、检索服务，又能提供综合分析评价，它在资源和技术方面的博才与运筹帷幄的优势，是遥感、GPS和自动制图技术所不及的。
五、地理信息系统的应用 地理信息系统的博才取胜和运筹帷幄的优势，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术工具，也成为与空间信息有关各行各业的基本工具。
1测绘与地图制图
2资源管理
3城乡规划
4灾害监测
5环境保护
6国防军事
7精细农业
8电子商务
9电子政务
10交通运输
11人口管理
12警务
13医疗卫生
14公众服务
1.2 典型题（含考研真题）详解
一、名词解释
1地理数据[西北大学2012年研]
答：地理数据是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。地理数据可分为空间数据、属性数据、时态数据。
2地理信息系统[南京大学1995年研]
答：地理信息系统是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
3．信息系统
答：信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。
4．数据
答：数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。
二、简答题 1．简述地理信息系统的组成。[福州大学2014年研] [电子科技大学2011年研] [南京大学2000年研]
答：一个完整的GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据（或空间数据）、网络和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系统（软件和硬件），空间数据GIS的地理内容，二管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表发方式。（1）计算机软件系统
计算机软件系统是指必须的各种程序。对于GIS应用而言，通常包括：计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支持软件、应用分析程序。（2）计算机硬件系统
计算机硬件是计算机系统中的实际物理装置的总称，GIS硬件配置一般包括四个部分：
①计算机主机
②数据输入设备
数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通信端口等；
③数字存储设备
光盘刻录机、磁带机、光盘塔、移动硬盘、磁盘阵列等；
④数据输出设备
笔试绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。（3）系统管理操作人员
人是GIS中的重要构成因素。GIS不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。（4）网络
GIS中网络的主要作用是信息传输。由于GIS数据的海量特征，对网络的要求也比较高。GIS中的网络形式一般有局域网、广域网、无线网、互联网、企业局域网、外联网等几种。（5）空间数据
空间数据是指以地球表面空间位置为参照物的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。在GIS中，空间数据主要包括；某个已知坐标系中的位置、实体间的空间关系、与几何位置无关的属性等。
2．简述地理知识，地理信息及地理数据之间的关系。[福州大学2014年研]
答：（1）地理知识
地理知识是指人类在地理学研究中认识地理世界的成果。它可能包括事实、信息描述或在教育和实践中获得的技能。地理学可粗略分为自然地理学及人文地理学两个领域：
①自然地理学
自然地理学调查自然环境及如何造成地形及气候、水、土壤、植被、生命的各种现象及她们的相互关系；
②人文地理学
人文地理学专注于人类建造的环境和空间是如何被人类制造、看待及管理以及人类如何影响其占用的空间。（2）地理信息
地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理含义，是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、性质、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。（3）地理数据
地理数据是直接或间接关联着相对于地球的某个地点的数据，是表示地理位置、分布特点的自然现象和社会现象的诸要素文件。地理数据包括自然地理数据和社会经济数据，是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，具有空间位置、属性特征以及时态特征三个部分。（4）三者的关系
地理数据是地理信息的表示或载体，地理信息是地理数据的内涵，两者是形与质的关系。地理知识可以是直接的地理数据，也可以是对地理数据进行解释得到的地理信息。
第2章 空间信息基础
2.1 复习笔记
一、常规的地理空间信息描述法
1地球空间模型描述
根据大地测量学的研究成果，地球表面几何模型可以分为四类：（1）地球的自然表面
地球的自然表面是一个不规则、极其复杂的固体地球表面，难以用一个简洁的数学表达式描述出来，不适合于数字建模。（2）相对抽象的面
相对抽象的面，即大地水准面。
①大地水准面的定义
设想海水处于完全静止的平衡状态，从海平面延伸到所有大陆下部，与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面，称为大地水准面。
②大地水准面的特点
大地水准面比起实际的固体地球表面平滑，但仍有起伏变化。以大地水准面为基准，可以方便地用水准仪完成地球自然表面上任意一点高程的测量。（3）模型
模型是以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型。
①地球椭球体的定义
大地水准面起伏微小，很接近与绕自转轴旋转的椭球体。在测量和制图中通常用旋转椭球代替大地球体，称为地球椭球体。
②地球椭球体的基本元素
地球椭球体表面是一个规则的数学表面。椭球体的大小通常用两个半径——长半径a和短半径b，或由一个半径和扁率α来决定。扁率表示椭球的扁平程度。扁率α的计算公式为
α＝（a-b）／b
a、b、α均为地球椭球体的基本元素。
③地球表面、大地水准面和地球椭球体之间的关系
实际的固体地球表面、大地水准面和椭球体模型之间的关系如图2-1所示。
图2-1 地球表面、大地水准面和地球椭球体之间的关系（4）数学模型
数学模型是在解决其他一些大地测量学问题时提出来的，如类地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。
2地理空间坐标系的建立（1）地理空间坐标系建立的目的
建立地理空间坐标系的主要目的是确定地面点的位置，求出地面点对大地水准面的关系。（2）地理坐标系
地理坐标系以地理极（北极、南极）为极点，地理极是地轴（地球椭球体的旋转轴）与椭球面的交点。所有含有地轴的平面，均称为子午面。地面上任一点的位置可由该点的经度和纬度确定。
①经度
子午面与地球椭球体的交线，称为子午线或经线。观测点子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，称为该点的经度，通常以字母λ表示。如图2-2所示。
②纬度
所有垂直于地轴的平面与椭球体面的交线，称为纬线。纬线是不同半径的圆。赤道是半径最大的纬线。观测点与椭球面的垂线即过该点的法线，与赤道面的交角，称为该点的纬度，通常以字母ψ表示。
图2-2 地理坐标（3）地理坐标系与平面坐标系的转化
①两种坐标转化的原因
地理坐标是一种球面坐标，难以进行距离、方向、面积等参数的计算，需要用平面坐标表示地面上任何一点的位置。
②地图投影变换
a．地理坐标系转向平面坐标系
地球表面是不可展开的曲面，曲面上的各点不能直接表示在平面上，必须运用地图投影的方法，建立地球表面地理坐标（ψ、λ）和平面上点（x，y）的函数关系。
不考虑地形起伏等因素，纬度λ、经度ψ、地球旋转椭球体参量a、b与平面直角坐标x、y之间的变换关系为
x＝acosψcosλ
b．地图投影变换的作用
平面直角坐标系（x，y）削弱了地图投影变换引起了地理空间要素在平面形态上的变化，建立了对地理空间良好的视觉感，易于进行距离、方向、面积等空间参数的量算，以及进一步的空间数据处理和分析。（4）地理空间
①二维地理空间
地理信息系统中的地理空间，是指经过投影变换后放在笛卡儿坐标系（平面坐标系）中的地球表层特征空间。
长期以来，人们主要考虑了二维地理空间的理论问题。
②三维地理空间
三维地理信息系统中所涉及的地理空间，是在笛卡儿平面直角坐标系上加上切过地球旋转椭球体，代表了地面相对于该旋转椭球体表面的高程第三维z。当所研究的区域较小、地球曲率可以忽略不计时，该假设可以提供良好的近似。
3地理空间的描述（1）地图对地理空间的描述
①地图对地理空间的描述方法
地图是现实世界的模型，它按照一定的比例、一定的投影原则有选择地将复杂的三维现实世界的某些内容投影到二维平面媒介上，并用符号将这些内容要素表现出来。通过地图符号形状、大小、颜色的变化及地图注记对这些符号的说明、解释，不仅能表示实体的空间位置、形状、质量和数量特征，而且还可以表示各实体之间的相互联系，如相邻、包含、连接等。
②地图学中的点、线、面
在地图学上，把地理空间的实体分为点、线、面三种要素，分别用点状、线状、面状符号来表示。
a．点状要素
点状要素是指占面积较小，不能按比例尺表示，又要定位的事物。面状事物和点状事物的区分与比例尺的大小有关。通常以点状符号的形状和颜色表示质量特征，以符号的尺寸表示数量特征，将点状符号定位于事物所在的相应位置上。
b．线状要素
在地面上呈线状或带状的事物如交通线、河流、境界线、构造线等，在地图上，均用线状符号来表示。线状和面状实体的区分与地图的比例尺有关。通常用线状符号的形状和颜色表示质量的差别，用线状符号的尺寸变化（线宽的变化）表示数量特征。
c．面状要素
面状分布的事物多，其表示方法因其分布状况和所具有的特征存在差异。
第一，不连续分布或连续分布的面状事物的分布范围和质量特征
一般可以用面状符号表示。符号的轮廓线表示其分布位置和范围，轮廓线内的颜色、网纹或说明符号表示其质量特征。具体方法有范围法、质底法。
第二，连续分布的面状事物的数量特征及变化趋势
常常可以用一组线状符号等值线表示，等值线法适合于表示地面或空间呈连续分布且逐渐变化的地理事物。等值线的符号一般是细实线加数字注记，其数值间隔一般用常数，根据等值线的疏密，可以判断制图对象的变化趋势或分布特征。
4遥感影像对地理空间的描述（1）遥感技术的应用
20世纪60年代以来，遥感技术在国民经济的各个方面都有了广泛的应用，其核心是为空间信息资料的获取提供方便，进而为利用空间信息的各行各业服务。（2）遥感影像对空间信息的描述原理
通过遥感影像可以获取大量的空间地物的特征信息，其对空间信息的描述主要通过不同的颜色和灰度表示。不同地物反射光谱特性和发射光谱特性不同，传感器记录的各种地物在某一波段的电磁辐射反射能量也各不相同，反映在遥感影像上，则表现为不同的颜色和灰度信息。
二、地理信息数字化描述方法
1传统描述方法（地图和遥感影像）的弊端（1）地图的生产周期太长，传统的地图存储、生产已不能满足需要。（2）遥感影像因为存在着变形，以及由于成像方式差异所导致的影像具有不同的影像特征，需要大量的后期处理。
2地理信息的数字化描述
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。（1）显示描述
计算机对地理实体的显式描述也称栅格数据结构。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。（2）隐式描述
计算机对地理实体的隐式描述也称矢量数据结构。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）地图和遥感影像所描述空间信息的数字化表示方法
①地图描述空间信息的数字化表示方法
a．矢量数据结构
同样线状地物和面状地物的属性值都要用其他的数据项来表示。在矢量数据结构中，点、线、面状的表示可用如下方式表示：
第一，点状地物用点状地物所在位置的一对坐标表示其位置，其属性值则用其他的数据项来表示；
第二，线状地物则用一组有序的坐标对来表示；
第三，面状地物则用组成面状地物的边界来表示等。
b．栅格结构表示
用栅格结构表示地图，首先要给定每个物体的编码，如给定高程点的编码为9，烟囱的编码为7，铁路的编码为1，居民点的编码为5，林地的编码为3，菜地的编码为4。
图2-3 地图的矢量和栅格表示
②遥感影像描述空间信息的数字化表示方法
遥感图像用矢量和栅格的表示，通过遥感影像提取的不同专题信息需用不同的文件分别存储和表示。
遥感数字图像采用的是栅格结构的方式将空间地物在某一波段电磁辐射反射强度用数字来记录，是一个二维的离散的光密度（或亮度）函数。相对光学图像，它在空间坐标和密度上都已离散化，空间坐标x、y仅取离散值，即
式中：m＝0，1，2，…，m-1，n＝0，1，2，…，n-1分别为离散化的坐标间隔。同时厂（x，y）也仅取离散值，一般取值区间为0、1、2、127或0、1、2、255等。数字图像可用一个二维矩阵表示，即
式中：矩阵中每个元素称为像元。
图2-7直观地表示了一幅数字图像，实际上是由每个像元的密度值排列而成的一个数字矩阵。
图2-4 遥感数字图像
三、空间数据的类型和关系
1空间数据的基本特征（1）空间特征
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。（2）属性特征
属性特征表示现象的特征，如变量、分类、数量特征和名称等。（3）时间特征
时间特征指现象或物体随时间的变化。
2空间数据的类型
由前面的内容我们知道，表示地理现象的空间数据从几何上可以抽象为点、线、面三类，对点、线、面数据，按其表示内容又可以分为7种不同的类型，它们表示的内容如下：（1）类型数据
如考古地点、道路线和土壤类型的分布等；（2）面域数据
如随机多边形的中心点、行政区域界线和行政单元等；（3）网络数量
如道路交点、街道和街区等；（4）样本数量
如气象站、航线和野外样方的分布区等；（5）曲面数据
如高程点、等高线和等值区域；（6）文本数据
如地名、河流名称和区域名称；（7）符号数据：如点状符号、线状符号和面状符号等。
3空间数据的拓扑关系
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（1）实体间的相互关系
①邻接关系：空间图形中同类元素之间的拓扑关系
②关联关系：空间图形中不同元素之间的拓扑关系。
③包含关系：空间图形中同类但不同级元素之间的拓扑关系。
如果要将结点、弧段、面相互之间所有的拓扑关系表达出来，可以组成四个关系表。
表2-1 面域与弧段的拓扑关系面域弧段 PPPPa，b，c，-g b，d，f c，f，e g1234
表2-2 结点与弧段的拓扑关系结点弧段a，c，e a，d，b d，e，f b，f，c gA B C D E
表2-3 弧段与结点的拓扑关系弧段结点a b C d e f gA，B B，D D，A B，C C，A C，D E，E
表2-4 弧段与面域的拓扑关系弧段左邻面右邻面 PPPPPPPPPPPPP a b c d e f g0230031111232（2）点、线、面的空间关系
①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？
②点-线关系
点和线的关系主要表现在点和线的关联关系上。
③点-面关系
点和面的关系主要表现在空间包含关系上。
④线-线关系
线和线是否邻接、相交是线和线的关系的主要表现形式。
⑤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？
⑥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。（3）拓扑关系对数据处理和空间分析具有重要意义的原因：
①根据拓扑关系可以方便的确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系，而不需要利用坐标或距离；
②利用拓扑关系有利于空间要素的查询；
③可以根据拓扑关系重建地理实体。
四、元数据
1元数据概念与分类（1）元数据概念
元数据是“关于数据的数据”。（2）元数据的作用
元数据的主要作用可以归纳为如下几个方面：
①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退休或调离时，也不会失去对数据情况的了解；
②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；
③提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息；
④帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断；
⑤提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。
元数据的根本目的是促进数据集的高效利用，另一个目的是为计算机辅助软件工程（CASE）服务。（3）元数据的主要内容
元数据的内容主要包括：
a．对数据集的描述；
b．对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明；
c．对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、元数据的比例尺等；
d．对数据处理信息的说明，如量纲的转换等；数据转换方法的描述；
e．对数据库的更新、集成方法等的说明。（4）元数据的性质
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、高效与充分地开发与利用。不同领域的数据库，其元数据的内容会有很大差异。（5）元数据的常用形式
元数据也是一种数据，在形式上与其他数据没有区别，它可以以数据存在的任何一种形式存在。
①传统形式
元数据的传统形式是填写数据源和数据生产工艺过程的文件卷宗，也可以是用户手册。
②数字形式
更主要的形式是与元数据内容标准相一致的数字形式。数字形式的元数据可以用多种方法建立、存储和使用。
③文本文件
最基本的方法是文本文件。文本文件易于传输给用户，而不论用户使用什么硬件和软件。
④超文本文件
元数据的另一种形式是用超文本链接标示语言编写的超文本文件。用户可以利用Netscape Navigator、Internet Explorer或Mosaic查阅元数据。
⑤用SGML建立元数据
用通用标示语言（SGML）建立元数据。SGML提供一种有效的方法连接元数据元素。这种方法便于建立元数据索引和在空间数据交换网络上查询元数据，并且提供一种在元数据用户间交换元数据、元数据库和元数据工具的方法。
(6)元数据的分类
①根据元数据的内容分类
造成元数据内容差异的主要原因有两个：
a．不同性质、不同领域的数据所需要的元数据内容有差异；
b．为不同应用目的而建设的数据库，其元数据内容会有很大的差异。
根据这两个原因，可将元数据划分为三种类型
a．科研型元数据
科研型元数据主要目标是帮助用户获取各种来源的数据及其相关信息，它不仅包括诸如数据源名称、作者、主体内容等传统的、图书管理式的元数据，还包括数据拓扑关系等。
b．评估型元数据
评估型元数据主要服务于数据利用的评价，内容包括数据最初收集情况、收集数据所用的仪器、数据获取的方法和依据、数据处理过程和算法、数据质量控制、采样方法、数据精度、数据的可信度、数据潜在应用领域等。
c．模型元数据
模型元数据主要用于描述数据模型的元数据与描述数据的元数据在结构上大致相同，其内容包括模型名称、模型类型、建模过程、模型参数、边界条件、作者、引用模型描述、建模使用软件、模型输出等。
②根据元数据描述对象分类
根据元数据描述对象分类，可将元数据划分为三种类型
a．数据层元数据
数据层元数据是描述数据集中每个数据的元数据。
b．属性元数据
属性元数据是关于属性数据的元数据。
c．实体元数据
实体元数据是描述整个数据集的元数据。
③根据元数据在系统中的作用分类
根据元数据在系统中所起的作用，可以将元数据分为两种。
a．系统级别元数据
系统级别元数据是指用于实现文件系统特征或管理文件系统中数据的信息。
b．应用层元数据
应用层元数据是指有助于用户查找、评估、访问和管理数据等与数据用户有关的信息。
④根据元数据的作用分类
根据元数据的作用可以把元数据分为两种类型
a．说明元数据
说明元数据是专为用户使用数据服务的元数据。
b．控制元数据
控制是用于计算机操作流程控制的元数据 。
2空间数据元数据的概念和标准（1）空间数据元数据的相关概念
①空间数据
空间数据是指用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置、属性及其边界的信息；
②空间元数据
空间元数据指对于这些空间数据的描述或说明；
③类型
在元数据标准中，数据类型指该数据能接收的值的类型；
④对象
对地理实体的部分或整体的数字表达；
⑤实体类型
实体类型：对于具有相似地理特征的地理实体集合的定义和描述。（2）空间数据元数据的标准
空间数据元数据由于其复杂性，尚未形成一个完全统一的标准。目前，空间数据元数据已形成了一些区域性或部门性的标准。
表2-5 空间元数据的几个现有标准元数据标准名称建立标准的组织CSDGM地球空间数据元数据内容标FGDC，美国联邦空间数据委准 GDDD数据集描述方法 CGSB空间员会 MEGRIN，欧洲地图事务数据集描述 CEN地学信息-数据描述-组织 CSC，加拿大标准委员元数据 DIF目录交换格式 ISO地理信会 CEN／TC287 NASA。 IS0息／TC211
3空间数据元数据的获取与管理（1）空间数据元数据的获取过程
元数据的获取分为三个阶段：数据收集前、数据收集中和数据收集后。对于模型元数据，这三个阶段分别是模型形成前、模型形成中和模型形成后。
①第一阶段的元数据是根据要建设的数据库的内容而设计的元数据，内容包括：
a．普通元数据，如数据类型、数据覆盖范围等；
b．专指性元数据，即针对要收集的特定数据的元数据，内容包括数据采样方法、数据覆盖的区域范围等。
②第二阶段的元数据随数据的形成同步产生，例如，在测量海洋要素数据时，测点的水平和垂直位置、深度、温度、盐度、流速、海流流向、表面风速、仪器设置等是同时得到的。
③第三阶段的元数据是在上述数据收集到以后，根据需要产生的，它们包括数据处理过程描述、数据的利用情况等。（2）空间数据元数据的获取方法
空间数据元数据的获取方法主要有5种：
①键盘输入
②关联表
③测量法
④计算法
⑤推理法
推理方法指根据数据的特征获取元数据。（2）空间数据元数据的管理
空间数据元数据管理的理论和方法涉及数据库和元数据两个方面。由于元数据的内容、形式的差异，元数据的管理与数据涉及的领域有关，它是通过建立在不同数据领域基础上的元数据信息系统实现的。另外，全球信息源字典采用两步实体关系来管理元数据。
4空间数据元数据的应用（1）在地理信息系统中使用元数据的原因
①完整性
面向对象的地理信息系统和空间数据库的目标之一，是把事物的有关数据都表示为类的形式，而这些类也包括类自身，即复杂的“类的类”结构。这就要求有支持类与类之间相互印证和操作的机制，而元数据可以帮助实现这个机制。
②可扩展性
有意地延伸一种计算机语言或者数据库特征的语义是很有用途的，如把跟踪或引擎信息的生成结果添加到操作请求中，通过动态改变元数据信息可以实现这种功能。
③特殊化
继承机制是靠动态连接操作请求和操作体来实现的，语言及数据库以结构化和语义信息的关联文件方式把操作请求传递给操作体，而这些信息可以通过元数据表达。
④安全性
分类完好的语言和数据库都支持动态类型检测，类的信息表示为元数据，在系统运行时，可以被类检测者访问。
⑤查错功能
在查错时使用元数据信息，有助于检测可运行应用系统的解释和修改状态。
⑥浏览功能
为数据的控制类开发浏览器时，为显示数据，要求能解译数据的结构，而这些信息是以元数据来表达的。
⑦程序生成
如果允许访问元数据，则可以利用关于结构的信息自动生成程序。倒如，数据库查询的优化处理和远程过程调用残体生成。（2）空间数据元数据的应用
①帮助用户获取数据
通过元数据，用户可对空间数据库进行浏览、检索和研究等。
②空间数据质量控制
不论是统计数据还是空间数据都存在数据精度问题，影响空间数据精度的原因主要有两个方面：
a．元数据的精度；
b．数据加工处理过程中精度质量的控制情况。
空间数据质量控制内容包括：
a．有准确定义的数据字典，以说明数据的组成、各部分的名称、表征的内容等；
b．保证数据逻辑科学地集成；
c．有足够的说明数据来源、数据的加工处理工程、数据解译的信息。
③在数据集成中的应用
元数据记录的信息在数据集成的一系列处理中是必需的，这些信息能够使系统有效地控制系统中的数据流。 ④数据存储和功能实现 元数据系统用于数据库的管理，可以避免数据的重复存储，通过元数据建立的逻辑数据索引可以高效查询检索分布式数据库中任何物理存储的数据。减少或者降低数据库相关费用。
2.2 典型题（含考研真题）详解
一、名词解释
1．空间拓扑关系[南京大学2000年研] [江西师范大学2012年研]
答：空间拓扑关系是指在GIS中，对于凡具有网状结构特征的地理要素，都存在节点、弧段和多边形之间的拓扑关系。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。拓扑关系的类型有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
2．元数据[南京大学2000年研]
答：元数据是关于数据的描述性数据信息，它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。
二、简答题
1人们常常关注的拓扑特性有哪些？[浙江大学2013年研]
答：拓扑特性：（1）拓扑邻接
指存在于空间图形的相同类型元素之间的拓扑关系。如节点邻接关系、弧段邻接关系、多边形邻接关系。（2）拓扑关联
指存在于不同类型空间元素之间的拓扑关系，如节点与弧段的关联关系、多边形与弧段的关联关系。（3）拓扑包含
指存在于空间图形的相同类型但不同等级的元素之间的拓扑关系。包含关系分简单包含、多层包含和等价包含三种形式。
2空间数据有什么特征？它与非空间数据的根本差异是什么？[江西师范大学2014年研]
答：（1）空间数据特征
在GIS中，由于空间数据代表着现实世界地理实体或现象在信息世界中的映射，因此它反映的特征同样应该包括自然界地理实体向人类传递的基本信息。因此，空间数据具有三个基本特征：空间特征、属性特征及时间特征。
①空间特征
空间特征是指地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地理现象和过程的空间关系，包括方位关系、拓扑关系、相邻关系、相似关系等。空间位置可以通过坐标数据来描述，称为定位特征或定位数据；空间关系称为拓扑特征或拓扑数据。
②属性特征
属性特征是指地理现象和过程所具有的专属性质，通常包括名称、数量、质量、性质等，称为属性数据。
③时间特征
时间特征是指一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况，称为时态数据。（2）空间数据与非空间数据的根本差异
空间数据的表达可以采用栅格和矢量两种形式。空间数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及几何拓扑关系。
属性数据表现了空间实体的空间属性以外的其他属性特征，属性数据主要是对空间数据的说明。
第3章 空间数据结构
3.1 复习笔记
一、数据结构
1数据结构的定义
数据结构即数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构，对空间数据而言，则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。
2空间数据结构的种类（1）栅格数据结构（2）矢量数据结构（3）矢栅一体化的数据结构（4）镶嵌数据结构（5）三维数据结构等
3栅格数据结构（1）栅格结构
①栅格结构的定义
栅格结构又称为网格结构或像元结构，是指将地球表面划分为大小均匀、紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素，由行号、列号定义，并包含一个代码表示该像素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。
②栅格结构的特点
a．属性明显
属性明显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给出，定位是根据数据在数据集中的位置得到的。
b．定位隐含
栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体位置很容易隐含在网格文件的存储结构中，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。
③栅格数据结构的来源
栅格结构数据主要可由四个途径得到。
a．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；
b．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；
c．扫描数字化
逐点扫描专题地图，将扫描数据重采样、再编码得到栅格数据文件；
d．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在转换和重新采样时，保持原图或原数据精确度的两种方法
a．在决定栅格代码时尽量保持地表的真实性，保证最大的信息容量。具体的方法有:
第一，中心点法
用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码。
第二，面积占优法
以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码。第三，重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码。
第四，百分比法
根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码参与，如可记面积最大的两类BA，也可根据B类和A类所占面积百分比数在代码中加入数字。
b．缩小单个栅格单元的面积
单个栅格面积的缩小可代表更为精细的地面矩形单元，能大大提高量算的精确度。
4栅格数据的压缩编码方式（1）链式编码
①链式编码的定义
链式编码又称为弗里曼链码或边界链码。链式编码把线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。
②链式编码的特点
a．优点
链式编码用来表示线状和面状地物，有很强的数据压缩能力，且具有一定的运算功能，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，类似矢量数据结构，较适于存储图形数据。
b．缺点
链式编码的缺点在于对叠置运算如组合、相交等难以实施，对局部修改将改变整体结构，效率较低，而且链码是以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界则被重复存储而产生冗余。（2）游程长度编码
①游程长度编码的基本思路
游程长度编码是栅格数据压缩的重要编码方法，基本思路是：一幅栅格图像常有行（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。
②游程长度编码的编码方案
游程长度编码的编码方案是：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代码重复的个数，从而实现数据的压缩。
③游程长度编码的优点
a．游程长度编码压缩数据十分有效又简便的
b．游程长度编码在栅格加密时，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。（3）块状编码
①块状编码的定义
块状编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，再加上记录单元的代码组成。
②块状编码的特点
块状编码对大而简单的多边形更为有效，对碎部较多的复杂多边形效果并不好。块状编码在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明显的优越性。然而对某些运算不适应，必须在转换成简单数据形式才能顺利进行。（4）四叉树编码
①四叉树编码结构的基本思想
四叉树编码结构的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四个部分，逐块检查其格网属性值（或灰度），如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则该子区就不再继续分割，否则继续将该子区再分割成四个子区。这样依次分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。
②四叉树结构的建立方法
a．从上而下
将一幅栅格地图或图像等分为四个部分，逐块检查其格网属性值。如果属性值相同就不再分割。否则就继续分割，直到每个子块都含有相同的属性值或灰度值。
b．从下而上
对栅格数据按如下的顺序进行检测，如果每相邻四个网格值相同则进行合并，逐次往上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。
③四叉树编码的特点
a．四叉树编码法的优点
第一,便于有效地计算多边形的数量特征；
第二,阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高（即分级多），分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存储量；
第三,栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩方法容易；
第四,多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。
b．四叉树编码法的缺点
四叉树编码的最大缺点是转换的不确定性，用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构，故不利于形状分析和模式识别。（5）四叉树结构的分类
四叉树结构按其编码方法的不同又分为常规四叉树和线性四叉树
①常规四叉树
常规四叉树除了记录叶结点之外，还要记录中间结点。结点之间借助指针联系，每个结点需要用六个量表达：四个叶结点指针、一个父结点指针和一个结点的属性或灰度值。这些指针不仅增加了数据储存量，而且增加了操作的复杂性。
②线性四叉树
线性四叉树则只存储最后叶结点的信息，包括叶结点的位置、深度和本结点的属性或灰度值。线性四叉树叶结点的编号需要遵循一定的规则，这种编号称为地址码，它隐含了叶结点的位置和深度信息。
二、矢量数据结构
1矢量数据结构的定义
矢量结构即通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、面等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。
2矢量数据结构编码的基本内容（1）点实体
①点实体的定义
点实体包括由单独一对x、y坐标定位的一切地理或制图实体。
②点的记录要求
a．如果点是一个与其他信息无关的符号，则记录时应包括符号类型、大小、方向等有关信息；
b．如果点是文本实体，记录的数据应包括字符大小、字体、排列方式、比例、方向以及与其他非图形属性的联系方式等信息。
c．对其他类型的点实体也应做相应的处理。（2）线实体
①线实体的定义
线实体是指直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对以上的x、y坐标定义。最简单的线实体只存储它的起止点坐标、属性、显示符等有关数据。
②线实体的矢量编码内容
线实体主要用来表示线状地物（公路、水系、山脊线）、符号线和多边形边界，有时也称为“弧”、“链”、“串”等，其矢量编码包括以下内容。
图3-1 线实体矢量编码的基本内容（3）面实体（1）多边形数据的定义
多边形（有时称为区域）数据是描述地理空间信息的最重要的一类数据。在区域实体中，具有名称属性和分类属性的多用多边形表示；具有标量属性的有时也用等值线描述，如地形、降水量等。（2）在讨论多边形数据结构编码的时候对多边形网的要求：
①组成地图的每个多边形应有唯一的形状、周长和面积。
②地理分析要求的数据结构应能够记录每个多边形的邻域关系，其方法与水系网中记录连接关系一样。
③专题地图上的多边形并不都是同一等级的多边形，而可能是多边形内嵌套小的多边形（次一级）。
3矢量数据结构编码的方法
矢量数据结构的编码形式，按照其功能和方法可分为实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式。（1）实体式
①实体式数据结构的定义
实体式数据结构是指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化。
②实体式数据结构的特点
这种数据结构具有编码容易、数字化操作简单和数据编排直观等优点，但这种方法也有以下明显缺点：
a．相邻多边形的公共边界要数字化两遍，造成数据冗余存储，可能导致输出的公共边界出现间隙或重叠；
b．缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系；
c．岛只作为一个单个图形，没有建立与外界多边形的联系。（2）索引式
①索引式数据结构原理
索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，具体方法是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。
②索引式数据结构特点
树状索引结构消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信息可以通过对多边形文件的线索引处理得到，但是比
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]