1、地理信息系统 原理及应用 考试大纲及答案 一、地理信息系统基础 1、掌握 数据、信息、空间数据、地图、地理信息、地理信息系统基本概念 答： 1数据： 是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。它包括数字、文字、符号、图像和声音等。 2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，以便向人们提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、管理和决策的依据。 3空间数据： 空间数据是指以不同的方式和来源获得的数据， 如地图、各种专题图、图像、采样数据 等，这些数据都具有能够确定空间位置的特点。 4地图：地图是按照一定的法则 ,有选择地以
2、二维或多维形式与手段在平面或球面上表示地球 (或其它星球 )若干现象的图形或图像，它具有严格的数学基础、符号系统、文字注记，并能用地图概括原则，科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系。 5地理信息：是地理数据所蕴含和表达的地理含义。 6地理信息系统： 是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等 进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。 2. 掌握国内外地理信息系统发展过程及不同阶段的主要特点， 答： 国际 GIS 的发展状况 l 60 年代，探
3、索时期（ GIS 思想和技术方法的探索）。当时，人们关注的主题 “什么是 GIS？， GIS 能干什么？ ”； l 70 年代，巩固时期，（这时由于计算机技术及其在自然资源和环境数据处理的应用，促进 GIS 迅速发展）。这期间，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理等方面； l 80 年代，实验 阶段（也是 GIS 普遍发展和推广应用阶段）。此时，人们把 GIS 与 RS 结合，解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等； l 90 年代，全面应用（产业化阶段）。对 GIS 进一步研究，研究的内容集中在 “空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人
4、工智能引入等方面； l 现代，普及发展阶段。随着信息网络化发展和深入， GIS 与世界接轨 ,尤其在发展中国家得到重视和发展。 我国 GIS 的发展 我国 GIS 起步虽较晚，但发展较快，可分为以下几个阶段： l 70 年代，准备阶段：一些知名人士 GIS 先驱看到 GIS 的广阔前景和 GIS 的重要性，进行极积呼吁，为 GIS 在我国的发展奠定了与论准备基础并做了一些可行性实验。 l 80 年代，试验起步阶段 : 这期间，我国在 GIS 理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些典型，试验专题试验软件开发工作。 l 90 年代，我国 GIS 发展阶段：我国改革
5、开放以来，沿海，治江经济开发区的发展土地的有偿使用和外资的引进，急需 GIS为之服务，这也推动 GIS 在我国的全面发展。 l 96 年以来，是我国 GIS 产业化阶段： l 近几年来，我国经济信息化的基础设施和重大信息工程已纳入国家计划，一批国家级和地方级的 GIS 相继建立并投入运行，一批专业遥感基地已建立，并进入了产业化运行，一批综合运用 “3S”技术的重点项目已实施，并在自然灾害监测和图土资源调查中发挥效益，一批高等院校开设了与 GIS 相关的新专业，培养了一大批从事 GIS 研究与开发的高层次人才，具有我国自主版权的 GIS 基础软件的研制逐步进入了产业化轨道，等等这些都标志我国 G
6、IS 产业已进入新的发展阶段。 3. 了解地球信息科学及其与 GIS 的关系 答： 地球信息科学是研究地球信息的结构特征、性质与表达，地球圈层间信息传输机理及过程，地球信息传输的不确定性与预测性，地球信息流的动力学机制。 地球信息科学的提出是地理信息系统技术及其应用发展到一个相当水平后的必然要求，但作为一门新兴发展的分支学科，从学科的基本性质看，它由三部分组成：地球信息机理是其理论研究的主体，地理信息是其研究手段，全球变化与区域可持续发展是其主要应用研究领域。 4. 了解地理信息系统类型，掌握时态 GIS 等概念，掌握国内外几种主导地理地 理信息系统软件 答： 1 地理信息系统类型： 2时态
7、GIS： 对多时态及时空数据库，以动态的方式来描述目标对象的时空过程。 时态 GIS 是建立在时态数据库、 GIS、人工智能等基础上的一种综合型应用性技术，其研究对象是时空世界中遵循着诞生、成长、生存，直至死亡等自然规律的事物和现象的时空信息。虽然时空 GIS 在理论和实践等环节的研究还不十分成熟，但它是未来 GIS 发展的一个必然趋势。 2 国内外几种主导地理信息系统软件：国外的主要有： ArcGIS、Arcinfo、 Mapinfo。国内的主要有： MapGIS、 SuperMap、 Geostar。 5.了解地理信息系统与地图学、一般事务数据库、计算机地图制图、计算机辅助设计 (CAD)
8、、测绘学、地理学的关系 答： （ 1） 与地理学的关系：在地理信息系统的相关学科中，地理学以地域为单元研究人类环境的结构、功能、演化以及人地关系，其研究领域涉及地理空间，这与地理信息系统的研究对象是一致的。地理学作为地理信息系统的理论依托，为地理信息系统提供引导空间分析的方法和观点。 （ 2） 与测绘学、地图学的关系：测绘学及其分支学科，如地图学，不但为地理信息系统提供高精度的空间数据，而且其中的误差理论、地 图投影理论、图形理论及其相关的算法等，可直接用于地理信息系统空间数据的处理。 （ 3） 与计算机、数据库的关系：地理信息系统也是地理空间数据与计算机相结合的产物，数据结构与数据库的原理为
9、地理信息系统数据的组织、存储、检索和维护提供了信息模型和数据管理的方法论，使得各种形式的空间数据能够在计算机中表示。计算机图形学原理是地理信息系统图形输出的理论依据。 （ 4） 与 CAD 的关系： GIS 与 CAD 共同点 GIS 与 CAD 不同点 l 都有空间坐标系统； l 都能将目标和参考系联系起来； l 都能描述图形数据的拓扑关系； l 都能处理属性和空间数据 CAD 研究对象为人造对象 规则几何图形及组合； GIS 处理的数据大多来自于现实世界，较之人造对象更复杂，数据量更大；数据采集的方式多样化； 图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱； GIS 的属性库结构复杂，功
10、能强大； CAD 中的拓扑关系较为简单； GIS 强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁； 一般采用几何坐标 GIS 采用地理坐标系 6. 掌握地理信息 系统组成，包括硬件组成、软件组成。 答： 一、 硬件组成：数据处理设备与数据输入、输出设备连接构成地理信息系统的硬件环境。 数据处理设备是地理信息系统硬件的主体，作为系统硬件的核心，它包括从服务器到图形工作站、微机等各种形式计算机。 数据输入设备即 数字化仪、扫描仪、数字测量设备等。 数据输出设备即绘图仪、打印机、高分辨率显示装置等。 二、 软件组成：地理信息系统的软件是整个系统的核心，用于执行地理信息系统功能的各种操作。一个完整的地理信
11、息系统需要包括很多种类的软件协同工作。这些软件按照功能可以分为：地理信息系统功能软 件、基础支撑软件和操作系统等。 7. 掌握地理信息系统主要功能，了解掌握地理信息系统主要应用领域。 答： 地理信息系统主要功能：数据的采集、管理、处理、分析和输出。 地理信息系统的主要应用领域： 资源管理、区域规划、灾害监测、 作战指挥、城市基础设施管理、宏观决策、社会调查与统计分析、交通运输、环境评估等。 二、 空间数据结构 1. 了解空间认知过程、理解空间认知三层模型 答： 空间认知过程：地理空间一般指上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。 地理空间定位框架就是大地 测量控制系统，用以建
12、立地球的几何模型来精确地测量地球上任意一点的坐标，包括平面位置和高度值。 空间认知三层模型： 根据 GIS 数据组织和处理方式，目前地理空间认知模型大体上分为类，即基于对象（ object based）、基于网络（ network based）和基于域（ field based）的认识模型。 基于对象的模型，对象也可能由其他对象构成复杂对象，并且与其他分离的对象保持特定的关系，如点、线、面之间的拓扑关系。 基于网络的模型基于网络（ network based）的空间模型与基于对象的模型在某些 方面相同，都是描述不连续的地理现象，不同之处在于它需要考虑通过路径相互连接多个地理现象之间的相交情况。
13、 基于域的模型基于域（ field based）的空间模型把地理空间中的事物作为连续的变量或体来看待，例如，大气污染程度、地表温度、土壤温度以及大面积空气和水域的流速和方向。 2. 理解面向对象空间实体模型的概念，掌握点、线、面体空间实体的特征。 答： 面向对象空间实体模型：地理空间的实体包括点、线、面、曲面和体等多种类型，如何以有效的形式表达它们，关系到计算机识别、存储、处理的可能性和有效性。 当对空间实体进行数据表达时，关键看如何表达空间的一点，因为点是构成地理空间实体的基本元素。如果采用一个没有大小的点来表达基本点元素时，称为矢量表示法；如果采用一个有固定大小的点来表达基本元素时，称为栅
14、格表示法。 点实体由一个栅格像元来表示； 线实体由一定方向上连接成串的相邻栅格像元表示； 面实体（区域）由具有相同属性的相邻栅格像元的块集合来表示 3. 掌握栅格数据的基本概念、栅格数据层的概念 答： 栅格数据：栅格数据是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空间实体的一种数据组织形式 。 栅格数据层：在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物体的属性用象元的取值表示，每个象元在一个网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面称为层。现实世界按专
15、题内容的分层表示，第三层为植被，第二层为土壤，第一层为地形，中间是现实世界各专题层所对应的栅格数据层。 4. 理解一维及二维栅格数据结构的表示方法 答： 线是对一维线性的空间实体的抽象数据，如：河流、道路等。 面是对二维平面的空间实体的抽象数据，如：湖泊、行政区等。 5. 掌握栅格数据的组织方法和取值方法 . 答： 栅格数据的组织方法： 栅格结构是用有限的网格逼近某个图形，因此用栅格数据表示的地表是不连续的，是近似离散的数据。栅格单元的大小决定了在一个象元所覆盖的面积范围内 地理数据 的精度，网格单元越细栅格数据越精确，但如果太细则数据量太大。尤其按某种规则在象元内提取的值，如对长度、面积等的度量，主成分值、均值的求算等，其精度由象元的大小直接决定。由于栅格结构中每个代码明确
