地理信息系统

一、名词解释(10小题，每小题3分，共30分)。1.地理信息系统（GIS）:是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）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。简言之，地理信息系统是对空间数据进行采集、编辑、存储、分析和输出的计算机信息系统。2.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、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。3.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。4.不规则三角网模型（TIN）：简称TIN,它根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。5.拓扑关系：指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系。6.拓扑结构：指在点、线和多边形之间建立关联，以及彻底解决邻域和岛状信息处理问题而必须建立的数据结构。7.空间数据结构：是指适合于计算机系统存储、管理和处理的地学图形的逻辑结构。8.矢量数据结构：是利用几何学中的点、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。9.栅格数据结构：指将空间分割成有规则的网络，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。10.空间数据编码：指将数据分类的结果用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程。11.Delaunay三角网：即由狄洛尼三角形组成的三角网，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。12.Voronoi多边形:由连接两邻点直线的垂直平分线组成的连续多边形组成的图形。13.坐标变换：采用一定的数学方法将一种坐标系的坐标变换为另一种坐标系的坐标的过程。14.数据精度：是考察数据质量的一个方面，即对现象描述的详细程度。15.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。16.空间数据模型：指利用特定的数据结构来表达空间对象的空间位置、空间关系和属性信息；是对空间对象的数据描述。17.缓冲区分析：是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法。18.空间分析：是基于空间数据的分析技术，它以地学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态等信息。19.数字地面模型（DTM）：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。20.数字高程模型(DEM)：是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟。21.数据结构：指对空间逻辑数据模型描述的数据组织关系和编排方式。22.空间数据质量：指空间数据在表达实体空间位置,特征和时间所能达到的准确性,一致性,完整性和三者统一性的程度,以及数据适用于不同应用的能力.23.数字地球：一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的地球虚拟系统。24.虚拟现实：虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。25.地图投影：建立地球椭球面上的点的地理坐标与平面上对应点的平面坐标之间的函数关系。26.投影转换：是将一种地图投影点的坐标转换为另一种地图投影点的坐标的过程。27.高斯-克吕格投影：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。28.UTM投影：全球横轴墨卡托投影的简称。是美国编制世界各地军用地图和地球资源卫星象片所采用的横轴墨卡托投影的一种变型投影。它规定中央经线长度比为0.9996。29.（空间）元数据（metadata）：是描述空间数据的数据，是对数据及信息资源的描述性信息。它描述空间数据集的内容、质量、表达方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征。30.3S技术：3S技术是遥感技术、地理信息系统和全球定位系统的集成应用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统。31.空间信息可视化：是指运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象和自然景观及一些抽象概念图形化的过程。32.（扫描）矢量化：在扫描后处理中进行的栅格转矢量的运算过程一般称为扫描矢量化。33.等值线：地图上某一数量指标值相等的各点连成的平滑曲线称为等值线。34.节点（node）/顶点（vertex）：节点表示线的中点和起点。在图中的数据元素通常称作顶点。35.空间对象（实体）：地理信息系统中不可再分的最小单元现象称为空间实体。36.像元：是同时具有空间特征和波普特征的数据元。37.（地图）数字化：即将传统的纸质或其他材料上的地图（模拟信号）转换成计算机可识别图形数据（数字信号）的过程。三、简答题(6小题，每小题6分，共36分)1、地理信息系统的特点（特征）、组成及其基本功能GIS的特征：（1）数据的空间定位特征；（2）空间关系处理的复杂性；（3）具有海量数据管理能力GIS的构成：（１）系统硬件；（２）系统软件；（３）数据；（４）用户。GIS的主要功能：（１）空间数据的采集和输入；（２）空间数据的编辑与管理；（３）空间数据的处理与转换；（４）空间查询与空间分析；（５）空间数据的显示与输出2、空间数据模型概念、主要类型及其优缺点分析空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的描述。(1)概念模型（场模型：用于描述空间中连续分布的现象；对象模型：用于描述各种空间地物；网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络）(2)逻辑数据模型（矢量数据模型，栅格数据模型和面向对象数据模型等）（栅格模型优点：a、数据结构简单b、叠加操作易实现c、能有效表达空间可变性d、栅格图象便于做图象的有效增强缺点：a、数据结构不严密不紧凑，需要用压缩技术解决这个问题b、难以表达拓扑关系c、图形输出不美观，线条有锯齿，需要增加栅格数量来克服，但会增加数据量d、数据存储量大矢量模型优点：a、提供更严密的数据结构b、提供更有效的拓扑编码，因而对需要拓扑信息的操作更有效，如网络分析c、图形输出美观，接近于手绘d、数据存储量小缺点：a、比栅格数据结构复杂b、叠加操作没有栅格有效c、表达空间变化性能力差d、不能象数字图形那样做增强处理(3)物理数据模型（概念数据模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制，即在物理磁盘上如何存放和存取，是系统抽象的最底层。）3、DEM常用的生成方法及主要优缺点分析（1）规则格网模型优点：规则格网的高程矩阵，可以很容易地用计算机进行处理，特别是栅格数据结构的地理信息系统。它还可以很容易地计算等高线、坡度坡向、山坡阴影和自动提取流域地形，使得它成为DEM最广泛使用的格式。缺点：格网DEM的缺点是不能准确表示地形的结构和细部格网DEM的另一个缺点是数据量过大，给数据管理带来了不方便，通常要进行压缩存储。（2）等高线模型优点：直观，便于理解缺点：只表示离散的数据，不能表示连续的数值。不便于坡度计算、地貌晕渲等。（3）不规则三角网模型优点：它既减少规则格网方法带来的冗余，同时在计算（如坡度）效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。缺点：在地形平坦的地方存在大量的数据冗余；在不改变格网大小的情况下，难以表达复杂地形的突变现象；在某些计算，如通视问题，过分强调格网的轴方向。（4）层次模型层次模型的存储问题，层次的数据必然导致数据冗余；自动搜索的效率，例如搜索一个点可能先在最粗的层次上搜索，再在更细的层次上搜索，直到找到该点。4、根据示意图写出图形的矢量（栅格）数据结构编码（复习参考书上例题）5、地理信息系统数据源的类型有哪些？在地理信息系统中有哪些主要的数据输入方法？简述空间数据误差来源与数据质量控制方法GIS数据源有：（１）地图资料；（２）影像数据；（３）遥感数据；（４）实测数据；（５）文本资料；（６）统计数据；（７）多媒体数据；（８）其它已有的非系统化的数据。数据输入方法有：（１）手工键盘输入；（２）手扶跟踪数字化仪输入；（３）扫描数字化仪输入；（４）解析测图法输入；（５）已有数字化形式数据转换。空间数据误差来源：源误差、操作误差和GIS空间操作中的误差传播。空间数据质量控制常见的方法有：（1）传统的手工方法：将数字化数据与数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、绘制到透明图上与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其他比较方法。（2）元数据方法：数据集的元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。（3）地理相关法：用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。6、比较地理信息系统和一般信息系统的区别地理信息系统和一般信息系统的区别如下：（1）在硬件上，为了处理图形和图像数据，系统需要配置专门的输入和输出设备，如数字化仪、绘图机、图形图像的显示设备等；许多野外实地的采集和展台观测得到的资源信息是模拟量形式的，系统还需要配置模---数转换设备，这些设备往往超过中央处理机的价格，体积也比较大。（2）在软件上，要求研制专门的图形和图像数据的分析算法和处理软件，这些算法和软件又直接和数据的结构及数据库的管理方法有关。（3）在信息处理的内容和采用目的方面，一般的信息系统主要是查询检索和统计分析，处理的结果大多是制成某种规定格式的表格数据；而地理信息系统处了基本的信息检索和统计分析外，主要用于分析研究资源的合理开发利用，指定区域发展规划及地区的综合治理方案，对环境进行动态的监视和预测预报，为国民经济建设中的决策提供科学依据，为生产实践提供信息和指导7、如何描述GIS数据的质量1)定位是否精确2)属性是否准确3)现势性情况如何4)逻辑是否一致(例如地图综合后,空间关系表达是否正确)5)数据是否完整8、地图代数是进行栅格数据分析的语言，运算规则类似于代数学，栅格数据集是基本的运算对象，结合图示写出数学运算、逻辑运算的表达式并将结果填写于图中（结合实验课内容复习）9、对于图示Landuse数据，指出哪种土地利用类型的面积最大；使用栅格计算器对Landuse数据进行运算，解释图中虚线框A、B中操作的含义，之后描述栅格计算器对话框中的操作执行后可能得到结果。（结合实验课内容复习）10、什么是地理信息系统中的地理投影，为什么要进行地理投影？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。优点：地面点虽然可以沿法线表示到参考椭球面上，但是用缩小的球面不便于使用和保管，一般均使用平面图。进行地图投影可以把参考椭球面上的点、线、面换算到平面上，解决曲面到平面的矛盾，便于使用和保管。11、简述栅格（矢量）数据及其主要编码方式（1）栅格数据是按网格单元的行与列排列、具有不同灰度或颜色的阵列数据。编码方式：直接编码、链式编码、游程长度编码、块式编码、四叉树编码（2）矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。编码方式：实体式、索引式、双重独立式、链状独立12、简述RS、GIS、GPS技术之间的关系GPS是全球(卫星)定位系统。是由美国研制成功并投入运行并提供给军用及民用的。其作用是定位及导航。GIS是地理信息系统。是用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。RS是遥感的意思。是不接触物体本身，用传感器收集目标物的电磁波信息，经处理、分析后，识别目标物，揭示其几何、物理性质和相互关系及其变化规律的现代科学技术。四、论述题(2小题任选其一，共14分)。1、结合GIS产生和发展过程，阐述地理信息系统的意义、特点与GIS发展的主要态势发展态势：（从以下几方面论述）（1）GIS已成为