南京师范大学GIS考研资料.doc

名词解释部分地理信息科学：是研究地理系统中的信息流科学，主要研究在对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中所提出的一系列基本问题，如数据的获取和集成、分布式计算、地理信息的认知和表达、空间分析、地理信息基础设施建设、地理数据的不确定性及其对于地理信息系统操作的影响、地理信息系统的社会实践等，研究技术主要包括地理信息获取技术（其中包括遥感技术和全球定位技术）、地理信息系统技术、地理信息传输技术等。(Goodchild1992)网络GIS：网络GIS有技术的狭义网络GIS和宏观的广义网络GIS之分。在一定时期内特定形式的计算机网络和分布式对象技术的融合所形成的GIS系统便是狭义的网络GIS；广义网络GIS不仅是所有狭义网络GIS的统称，同时也代表了不同狭义GIS结合时的产物。组件式GIS：基于标准的组件式平台，各个组件之间可以自由灵活地重组，每个组件完成不同的功能，这些组件可以是来自不同厂家和不同时期的产品，可以用任何语言开发，开发环境没有特别限制。各个组件可以根据应用要求，通过可视化界面和使用方便的接口可靠而有效地组合在一起，形成最终的应用系统。Web GIS：以互联网为环境，以Web页面作为GIS软件的用户界面，把Internet和GIS技术结合在一起，为各种地理信息应用提供GIS功能。嵌入式GIS：GIS与嵌入式设备集成应用的产物，它以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的微型专用计算机系统。（课本P350页）OpenGIS：即开放式地理信息系统（Open Geodata Interoperation Specification，开放地理数据互操作规范），是指在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口所建立的地理信息系统，是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性，以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。（陈述彭）网格GIS：(Grid GIS)利用现有的网格技术、空间信息基础设施、空间信息网络协议规范形成一个虚拟的空间信息管理与处理环境，将空间地理分布的、异构的各种设备与系统进行集成，为用户提供一体化的空间信息应用服务的智能化信息平台。服务型GIS：采用面向服务的软件工程方法，把GIS的全部功能封装为Web服务(Web Service)，从而实现了被多种客户端跨平台、跨网络、跨语言地调用，并具备服务聚合能力以集成来自其他服务器发布的服务的GIS系统。空间数据模型：是GIS抽象的中间层，即GIS的逻辑数据模型。它是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，建立在对地理空间的充分认识与完整抽象的地理空间认知模型（或概念模型）的基础上，并用计算机能够识别和处理的形式化语言来定义和描述现实世界地理实体、地理现象及其相互关系，是现实世界到计算机世界的直接映射。空间数据模型为描述空间数据组织和设计空间数据库提供基本方法，是GIS空间数据建模的基础。数据组织的优劣直接影响到空间数据库中数据查询、检索的方式、速度和效率。（张海荣，地理信息系统原理与应用，中国矿业大学出版社，2008.2第1次印刷）时空数据模型：主要是研究时空数据建模中主体、事件、状态的因果关联、时空拓扑关系形成机理和描述与表达、时空数据组织与存取方法、基础地理数据库更新模式与关键技术等，为设计时空数据库和发展时态GIS提供相关的理论方法和关键技术。时间数据模型的核心问题是研究如何有效表达、记录和管理现实世界的实体及其相互关系随时间不断发生的变化，也即加上了时间维度。空间数据结构：是指空间数据在计算机内的组织和编码形式。它是一种适合于计算机存贮、管理和处理的空间数据逻辑结构，是地理实体的空间排列和相互关系的抽象描述。它是对数据的一种理解和解释。空间数据索引：指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息。空间数据引擎：简称SDE，是一种空间数据库管理系统的实现方法，即在常规管理系统之上添加一层空间数据库引擎，以获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和管理能力，主要是为了解决存储在关系数据库中空间数据与应用程序之间的数据接口问题。其中有代表性的是ESRI的ArcSDE。空间数据库：是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合，是地理信息系统在计算机物理存储介质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存储结构的文件形式组织在存储介质之上。换句话说，空间数据库是地理信息系统中用于存储和管理空间数据的场所。（P115页）数据仓库：（Data Ware house，简称DW）是支持管理决策过程的、面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集合。空间数据仓库：是GIS、空间数据库与数据仓库技术相结合的产物，它在普通数据仓库基础上引入空间数据，增加对空间数据的存贮、管理和分析能力，根据主题从不同的空间数据源中截取从瞬态到区段直到全球系统的不同规模时空尺度上的信息，从而为地学研究以及有关政策等空间决策支持过程提供良好的信息服务。空间数据挖掘：是指从空间数据库中发现隐含的、先前不知道的、潜在有用的信息或者提取用户感兴趣的空间模式与特征、空间与非空间数据的普遍联系及其他隐含在数据库中的数据特征。地统计学：以区域化变量理论为基础，以变异函数为主要工具，研究在空间分布上既有随机性又有结构性或空间相关性和依赖性的自然现象科学。空间统计技术：空间统计分析包括空间数据的统计分析及数据的空间统计分析。空间数据的统计分析在很多方面，与一般的数据分析并无本质差别，但是对空间数据的统计分析结果的解释则必然要依托于地理空间进行，在很多情况下，分析的结果是以地图方式来描述和表达的。数据的空间统计分析则是直接从空间物体的空间位置、联系等方面出发，研究既具有随机性又具有结构性，或具有空间相关性和依赖性的自然现象。数据的空间统计学区别于经典统计学的最大特点是：数据的空间统计学既考虑到样本的值的大小，又重视样本空间位置及样本间的距离。数字地形模型：(Digital Terrain Model,DTM)是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述，是描述地面特征的空间分布的有序数值阵列。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型。数字地形分析：（Digital Terrain analysis，DTA）指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。4D产品：数字正射影像图（Digital Orthophoto Map ，即DOM）、数字高程模型（Digital elevation model ，即DEM）、数字栅格地图（Digital raster graphic 即DRG）、数字线划地图（Digital Line Graphic，即DLG）。数字高程模型：（Digital Elevation Model，简称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（即地形表面形态的数字化表示），高程数据常采用绝对高程（即从大地水准面起算的高度）。（课本P236页）数字正射影像：（Digital Orthophoto Map简称DOM）是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片/遥感相片（单色/彩色），经逐象元进行纠正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。一般带有公里格网、图廓内/外整饰和注记的平面图。数字栅格图：(Digital Raster Graphic简称DRG)是纸质地形图的数字化产品。每幅图经扫描、纠正、图幅处理及数据压缩处理后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件。数字线划图：(Digital Line Graphic简称DLG)是现有地形图上基础地理要素的矢量数据集，且保存要素间空间关系和相关的属性信息。正射影像：是指将中心投影的像片，经过纠正处理，在一定程序上限制了因地形起伏引起的投影误差和传感器等误差产生的像点位移的影像。虚拟现实：(Virtual Reality,VR)是计算机产生的，集视觉、听觉、触觉等为一体的三维虚拟环境，用户借助特定设备（如数据手套、头盔等）以自然方式与虚拟环境交互作用、相互影响，从而获得与真实世界等同的感受以及在现实世界中难以经历的体验。（P333页）虚拟地理环境：可以定义为包括作为主体化身的人类社会以及围绕该主体存在的一切客观环境，包括计算机、网络、传感器等硬件环境、软件环境、数据环境、虚拟图形镜像环境、虚拟经济环境以及虚拟社会、政治、和文化环境，是区域自然环境和社会环境的虚拟模型，它在强调地理信息使用者临其境感受的同时，还追求超越现实的理解。虚拟地理环境：（Virtual Geographical Environment）是指数字化了的现实地理环境、恢复与复原的过去的地理环境、预测与预报的未来的地理环境。（闾国年）虚拟地理环境系统：是指人们用于构建地理场景、分析地理现象、模拟地理过程、揭示地理规律、创建与享受第二生命、由计算机网络构建的三维的、时空一体化的新型GIS。（闾国年）LBS：（Location-Based Service，位置服务）在移动计算机环境下，利用GIS技术、空间定位技术和网络通信技术，为移动对象提供基于空间位置的信息服务。（课本P355页）SOA：面向服务的体系结构（Service-Oriented Architecture，SOA）是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以一种统一和通用的方式进行交互。Web服务：是新一代Web应用程序，它们是自包含、自描述、模块化的应用程序，能够被发布、定位，并通过Web调用；Web服务可以执行从简单的请求到复杂商务处理的任何功能，一旦被部署，其他应用程序和Web服务就可以发现并调用这些服务，其通信协议主要基于SOAP，服务的描述通过WSDL，通过UDDI来发现和获得服务的元数据。传感器网络:传感器网络是由大量部署在作用区域内的具有无线通信与计算能力的微小传感器节点通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统。GML：是基于XML的空间信息编码标准，GML基于地理信息抽象模型封装了空间实体特征及其属性。GML对空间信息在Internet环境下的数据传输和数据存储进行编码，提供从数据描述到数据分析的各种空间任务的扩展支持。空间定位技术：分析题部分/数据的空间定位特征：地理数据的三要素中，除属性和时间外，空间位置特征是地理空间数据有别于其他数据的本质特征。空间关系处理的复杂性：地理信息系统除要完成一般信息系统的工作外，还要处理与之对应的空间位置和空间关系，以及与属性数据一一对应的处理；空间关系处理复杂性的另一技术难点是数据的管理，一般事务性数据都是定长数据，地理数据是不定长的，存储和管理这些空间数据是GIS数据库设计必须面对的问题。海量数据管理能力：地理信息系统海量数据特征来自两个方面，一是地理数据，地理数据是地理信息系统管理的对象，其本身就是海量数据；二是来自空间分析，GIS执行空间分析的过程中，不断地产生新的空间数据，这些数据也具备海量特征。地理信息系统有哪些体系架构？每种体系架构的特点是什么？有哪些发展趋势？GIS发展过程中体系架构有集中式、单机式、ComGIS、WebGIS、OpenGIS、Service GIS、VR-GIS、TGIS、3S。GIS的体系架构由集中式、单机式向开放式、分布式、网络化方向发展，网络GIS得到广泛应用，空间信息网格成为新的研究热点。特点：集中式GIS，它的优点是数据集中管理、数据集中度高，有利于数据的的共享和安全管理。缺点是所有大大小小的数据处理任务均由主机承担，主机的任务繁杂，对主机的性能要求高，同时对主机的资源又难以十分有效地利用。单机式GIS，它的优点是数据应用计算处理分散在PC机上进行，相应的数据信息也分散在PC机上，减少了对主机的依赖，工作效率提高了。原有主机（如果有的话）仅通过局域网提供数据共享和外设的共享等服务。缺点是由于数据分散和管理，给数据的共享和安全管理带来了困难，同时受PC机存储空间的限制，对于GIS系统技术应用中的海量数据的计算处理等操作难以适应。ComGIS，采用基础组件高级通用组件专业性组件的构建方式，便于用户选择，价格便宜，成本低；可以实现应用分析模型与GIS之间高效无缝的系统集成；无须专门的GIS语言，二次开发简洁；GIS功能强大，便于扩充；可用于Web GIS、Open GIS的实现可用于Web GIS、Open GIS的实现；有利于GIS技术的大众化、社会化。WebGIS，与传统的基于单机或局域网的GIS系统相比，WebGIS有如下六个方面的特点：开发和应用管理成本低，使用简单；真正的信息共享；平台独立性；良好的可扩展性；更广泛的访问范围；平衡高效的计算负载。OpenGIS，解决地理数据共享和集成、地理操作的分布与共享等需要，实现在异构环境下多个地理信息系统或其他应用系统之间互相通信和协作。Service GIS，数据共享与功能共享并举；支持异构GIS平台集成应用；带宽要求较低；更高的安全性。VR-GIS，具有区域三维真实表达的特性；能够实现空间、时间的漫游、查询以及进行各种时空分析等；用户和系统能够进行动态交互；具有海量的三维空间信息TGIS，时态GIS相对于表态GIS而言。现实中，地理环境、地理事物和地理现象是随时间不断变化发展的，但表态GIS只对其进行“快照”式表达，只记录了一瞬间的地理现象。TGIS将时间概念引入GIS，跟踪和分析空间数据随时间变化，描述系统沿时间变化的过程，预测未来时刻将会呈现的状态，以获得系统变化的趋势。3S，GPS主要用于实时、快捷提供目标的空间位置；RS用于实时提供目标及其环境的信息、发现地球表面的各种变化，及时对GIS进行更新；GIS则是作为新的集成系统的平台，对多种来源的时空数据进行集成管理、动态存取和综合处理，并为智能化数据采集提供地学知识。网络地理信息系统的发展虽然深受网络技术、计算机技术、数据库技术、软件技术和GIS技术的影响，但在长期的技术发展和应用推动下，仍然形成了独特的技术体系和方法体系，网络地理信息系统的发展也呈现一定的特点和规律：网络地理信息系统的应用将更加广泛和深入；网络地理信息系统的系统集成性将更加突出；开放的网络地理信息系统；面向社会用户的网络地理信息系统。组件式GIS的特征以及存在问题是什么？特征：可以实现应用分析模型与GIS之间高效无缝的系统集成。无须专门的GIS语言，二次开发简洁。采用基础组件高级通用组件专业性组件的构建方式，便于用户选择，价格便宜，成本低。有利于GIS技术的大众化、社会化。GIS功能强大，便于扩充。可用于Web GIS、Open GIS的实现。存在问题：（1）开发受限于组件的封装水平（开发上） 开发商所提供的组件的粒度和接口设计的优良程度直接决定了二次应用开发的难易程度和应用效果。 （2）执行效率较低（执行效率上） 组件对象所提供的服务要经由COM转换，这必然浪费了时间。 （3）测试工作比较复杂（测试工作上） GIS组件的开发结果不是一个应用程序，而是一些供二次开发用户使用的开发包，因此它的测试需要建立一系列的容器进行测试。（李永红，组件式 GIS开发的实践，2005） （4）组件式GIS软件与桌面GIS软件相比，功能较弱。（相对功能上） 由于组件式GIS产品的出现晚于桌面GIS软件，许多拥有桌面GIS软件的公司和厂商出于自身利益的考虑，并没有全力发展相应的组件产品,导致了组件式GIS产品的功能通常仅能覆盖部分GIS的功能，支持的数据格式有限,在与其他平台进行数据互换前,必须进行必要的数据格式的转换。而且,由于GIS组件支持的图形格式都是基于面向对象思想的，基本上没有考虑特征之间的拓扑关系。因此，其空间分析和空间操作功能就较弱。试述空间数据模型与空间数据结构的联系与区别。数据模型是数据表达的概念模型，数据结构是数据表达的物理实现，前者是后者的基础，后者是前者的实现。什么是地理元数据？地理元数据包括哪些内容，有什么用途？元数据的英文名字“metadata”，它是关于数据的数据。在地理空间信息中，用于描述地理数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征，它是实现地理空间信息共享的核心标准之一。内容：对数据的描述，对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者、数据序代（数据生产历史）等的说明。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、源数据的比例尺等。对数据处理的说明，如量纲的转换等。对数据转换的描述。对数据库的更新、集成方法等的说明。用途：帮助用户了解和分析数据；空间数据质量控制；在数据集成中的应用；数据存贮和功能实现试从数据生产的过程论述4D产品的特征，4D产品对GIS发展的贡献和存在问题。答：4D产品包括数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)、数字栅格图(DRG)和数字线划图(DLG)。数字高程模型有多种表现形式，但主要分为规则格网GRID和不规则三角网TIN。GRID是目前应用最广泛的一种形式，其优点是结构简单，数据存储量小，非常便于使用和管理，分析和计算也十分有效；缺点是有时不能准确地表示地形的结构和细节，因此为了克服其缺点，必须采用附加地形特征数据，如特征点、山脊线、山谷线、断裂线等，从而构成完整的DEM。TIN能较好的地表示地形特征，能精确地表示复杂地形表面，在地形表面相对单一时，需要量测的点数据最少。但总体讲，TIN数据量大，数据结构复杂，使用和管理相对困难和复杂。想要真正明白DEM的实质，熟悉其内插的方法就显得十分重要了。DEM内插就是根据已知点上的高程求出其他待定点上的高程。由于所采集的原始数据一般是不规则的，为了得到规则格网的DEM内插是必不可少的，所以DEM内插是DEM生产中的一个核心问题。按内插的分布范围，可将内插分为三类：分块内插、逐点内插和整体内插。数字正射影像图具有以下特点：具有一定地面分辨率的影像图是将原始影像经过正射纠正处理、将每个像元都已准确地投影到一定的坐标系统内的最详细的“地理信息最直观的表达”。再加上DEM，我们就能十分方便地确定影像图上每个点(像元)的坐标(X，Y，Z)。当经过地图投影反变换，也可以求出它的地理坐标或地心坐标。数字影像图具有“最容易快速更新”的特点。当前最重要的快速更新手段，是利用各种航天、航空传感器。它所获得的原始信息都是“影像”，而不可能直接获得“线划地图”。同时，影像与影像的“配准”已经得到比较圆满的解决。它不仅可以解决同传感器、同波段、同比例尺影像的“配准”，而且可以解决不同传感器、不同波段、不同比例尺影像的“配准”，甚至还可以解决不同时相影像的“配准”。 数字正射影像图最显著的特点是它的信息量丰富。随着逐级放大，有愈来愈多的信息可以提取出来。数字栅格图有下列特征：DRG是一种既保留了现有模拟地形图的全部内容与视觉效果,又能被计算机处理的数字产品。所以DRG是所有数字产品中兼顾两种产品特点,且变换最为简捷的数字产品,也是模拟产品向数字产品过渡的有效模式。DRG经过图幅定向与高保真几何校正,不但保持了原模拟图的几何精度,而且在其应用如点位坐标数字化,长度、面积、体积量算中提高了数学精度。DRG不但可将历代模拟地形图以数字方式存档,作为历史档案管理,而且通过数字正射影像方式更新的DRG,可作为地理信息系统的空间背景数据而广泛应用。数字线划图的基本特征有： 基础地理要素对传统地图要素作了必要的精简压缩,缩短了生产与更新的周期。基础地理要素突出了地图要素在信息意义上的主要特征,并且是矢量方式,便于提取、检索和分析。基础地理要素的分层分类代码结构便于与其它数字产品,如数字正射影像复合,生成信息更丰富、专题更突出的新图种。4D产品对GIS发展的贡献：DEM的应用，在于通过计算机采用一定的算法，能够很方便地将DEM数据转换为等高线、透视图、断面图、坡度图以及专题图等各种图解产品，或者按照用户的需求计算出体积、空间距离、表面覆盖面积等工程数据和统计数据以及进行通视分析、域特征地貌提取与地形自动分割等。DRG可作为背景用于数据参照或修测其他地理相关信息，用于数字线划地图(DLG)的数据采集、评价和更新，还可与数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)等数据信息集成使用，派生出新的可视信息，从而提取、更新地图数据，绘制纸质地图。DOM具有精度高、信息丰富、直观真实等优点，可用作为背景控制信息，评价其他数据的精度、现实性和完整性;可从中提取自然资源和社会经济发展信息，为防止灾害和公共设施建设规划等提供可靠依据;还可从中提取和派生新的信息，实现地图的修测更新。在城市测绘领域，DOM被广泛应用于城市规划设计、交通规划设计、城市绿化覆盖率调查、城市建成区发展调查、风景名胜区规划、城市发展与生态环境调查与可持续发展研究等诸多方面，取得了显著的社会与经济效益。DLG满足地理信息系统进行各种空间分析要求，视为带有智能的数据。可随机地进行数据选取和显示，与其他几种产品叠加，便于分析、决策。4D产品构成了地理信息系统的基础数据框架，是其他信息的空间载体，用户可依据自身的需求，选择适合的基础数据产品，研制各种专题地理信息系统。如在电力管理信息系统中引人适当的GIS系统，可以为电力管理提供行之有效的辅助决策方法;地理信息系统应用于地名数据库管理，提高人们对城市的监控能力;地理信息系统应用于房地产管理，将空间数据与大量的非空间数据(属性数据)结合起来，为维护房地产市场正常、高效运行发挥重要作用;地理信息系统应用于规划管理，提高办事效率，而且利用矢量数据(DLG)与栅格数据(DOM)相结合，使GIS的信息表达更加丰富，形象生动，而且为系统基础数据的更新提供了另一种更加快捷高效的手段。另外，GIS还广泛应用于公安、消防、交通、管线、通信、银行、土地等部门。存在问题：数据形式多样、标准不统一 数据更新不力、现势性差 分析表达手段单一 难以深层次表达技术力量薄弱重视和解决问题 （1）重视加强GIS标准化工作，以利于不同部门和地区数据的交换。 （2）建立基础地理数据的更新维护机制 （3）各种专题信息系统应当采用统一的基础地理数据作为空间定位基础， （4）基础地理信息系统的建设需要有一个强而有力的跨部门的协调和指导机构。 （5）需要重新评估数据（基本图）的保密性问题。 （6）立法保护基础地理数据。 （7）制定关于数据（信息）的使用和价格政策。试述地理数据的互操作技术。（20分）答：有广义空间互操作和狭义互操作之分。广义空间互操作有着较强的广泛性，一般来讲可以从以下几个不同的层次和角度去理解。（1）跨平台兼容。用户可以在任何操作系统平台执行空间查询和空间分析，不必考虑数据源的操作系统。（2）访问其他数据源的数据。软件商公布软件的存储格式，任一GIS软件能访问其他GIS软件格式的数据。（3）基于空间数据标准。空间数据转换标准试图容纳不同的空间数据模型，使得数据从某个GIS数据源中提取出来，可以写到另外一个GIS数据源中去。（4）统一空间数据模型。是对空间数据转换标准的推进。统一的空间数据模型是一个从概念模型到实现方法都非常全面的规定，每一个GIS软件如果都遵循和实现这个规定，则相互之间可进行全面的互操作。（5）分布式服务。在分布式服务这种模式中，数据在各个GIS组件之间流动，由许多提供一定服务的软件模块进行处理。狭义空间互操作主要指由OGC提出的有关空间互操作的框架和相关的标准与规范，即OGIS（Open Geodata Interoperability）。OGIS的主要目标是将GIS技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法更有效地结合起来，制定一定规范，使得应用系统开发者可以在单一的环境和单一的工作流中，使用分布于网络上的任何地理数据和地理数据处理，开发出基于分布计算机技术的、标准化的公共接口，将地理空间数据和地理处理资源完全集成到主流计算机中，并实现交互式、商品化的地理数据处理和数据分析的软件系统，使之在全球信息基础设施上得到广泛应用。阐述一个应用GIS系统建设工程所包含的主要内容，需要关注的要点是什么？GIS工程建设按照软件开发过程的先后顺序，包括前期工程、设计工程、数据工程、实施工程和维护工程等五个阶段。（一）前期工程：1.工程调研；2.可行性研究和项目开发计划；3.需求分析（二）设计工程：1.总体设计；2.数据库设计；3.应用模型设计；4.详细设计（三）数据工程：1.数据预处理；2.数据采集；3.数据处理；4.数据集成（四）工程实施：1.程序编制；2.测试；3.试运行；（五）维护工程：1.数据库维护；2.软件维护和硬件维护GIS软件开发是整个GIS工程中最重要的环节。开发工作既要遵循软件工程思想与方法，又要突出GIS的特点。（一）软件开发方法软件开发方法可分为两大类：面向过程的开发方法和面向对象的开发方法。（二）GIS系统分析进行GIS软件工程系统分析主要有以下步骤：识别用户要求；评价GIS的可行性；进行GIS开发经济分析和技术分析；把功能分配给GIS软硬件、人、GIS数据库和其他系统元素；建立GIS开发成本和进度限制；生成GIS规格说明，形成所有后续工程的基础（三）GIS需求分析需求分析具体任务：确定系统的综合要求；分析系统的数据要求；导出系统的逻辑模型；修正系统的开发计划（四）系统设计与编码具体分为三部分：划分模块，确定软件结构；确定系统的数据结构；设计用户界面（五）数据库设计数据库是GIS的核心组成部分，根据不同应用，数据库有不同的组织形式。（六）软件评价与测试软件产品一般要从实用性、可靠性、可维护性、可移植性、可理解性、效率等方面进行评价。（七）软件工程管理没有严格的工程管理，就不能保证GIS软件工程的顺序实现。软件工程管理的具体内容包括对开发人员、组织机构、用户、控制和文档资料等方面的管理。阐述当前电子政务系统的特点及发展趋势，说明GIS如何在电子政务系统中发挥作用。答：所谓电子政务，简单的说，就是以电子技术为基础、以计算机网络为平台而进行的政务活动，换句话说，就是政务活动的电子化、网络化。其实质上是政府机构应用现代信息和通信技术，将管理和服务通过网络技术进行集成，在互联网上实现政府组织结构和工作流程的优化重组，超越时间和空间及部门之间的分隔限制，向社会提供优质和全方位的、规范而透明的、符合国际水准的管理和服务。据统计，各级政府部门的综合业务管理和辅助决策80%以上与地理信息相关，这也是为何地理信息系统正成为电子政务支撑的原因。特点：电子政务将政务工作更有效、更精简；电子政务将政府工作更公开、更透明；电子政务将为企业和居民提供更好的服务；电子政务将重新构造政府、企业、居民之间的关系，使之比以前更加协调，使企业和居民能够更好的参与政府的管理。发展趋势：信息安全得到加强；信息中心转型步伐进一步加快；标准规范将不断完善；国内厂商将有更大的发展空间。或者促进政府服务全面上网，提高服务质量；整合服务，实现单一窗口和一站到底；加强组织管理，迈向知识管理；更加强调以民众为中心的理念；增强公众参与意识，发展电子民主消除数字鸿沟，促进社会信息平等；电子政务与GIS的关系：地理信息系统是电子政务的基础地理空间平台。地理信息系统可以为电子政务提供清晰易读的可视化工具。地理信息系统赋予电子政务以空间辅助决策的功能。电子政务需要地理信息系统的技术支持，电子政务的建设为地理信息系统提供了新的发展机遇。电子政务中,政务是核心,服务是宗旨,地理信息及其技术是电子政务的重要支撑,与电子政务是互相依存、互为补充、共同发展的关系。政府GIS在政府管理中的应用主要体现在以下几个方面：为研究全球范围内政治、经济和军事现状及发展态势提供决策信息支持；为研究全国和局部地区的经济社会可持续发展提供查询和决策信息服务；提高政府决策的科学化、民主化水平；提高对应急事件的决策和反应能力；提高政府机关的办事效率；电子政务需要地理空间数据的支持,地理空间信息资源是电子政务的重要基础型信息资源,是其它非空间政务信息的空间定位数据平台;电子政务需要地理空间信息技术作为核心技术支撑,地理空间信息技术可以提升电子政务的应用层次,并为实现其综合业务分析和空间辅助决策提供技术支撑平台。什么是时空数据模型？时空数据模型有哪些？各自的优缺点是什么？时空数据模型是如何发展的？时空数据模型：主要是研究时空数据建模中主体、事件、状态的因果关联、时空拓扑关系形成机理和描述与表达、时空数据组织与存取方法、基础地理数据库更新模式与关键技术等，为设计时空数据库和发展时态GIS提供相关的理论方法和关键技术。主要的时空数据模型有：序列快照模型、基态修正模型、时空复合模型、时空立方体模型在常规GIS数据模型考虑空间数据、属性数据的基础上，时态数据模型还要考虑时间特性，需要构建相应的数据模型。扩展阅读：目前的时态数据模型主要包括四类时空数据模型：时间附加型、时间新维型、面向对象时态数据模型、基于状态和变化的统一数据模型。目前应用较多的是时间附加型和时间新维型。时间附加型扩充关系模型、关系代数和查询语言，将时间作为属性的附加项来模拟和支持时空数据的存储和表示、处理。时间新维型将时间作为新的维数，包括立方体模型、系列快照模型、和基态修正模型。立方体模型以时间轴为发展方向，表达现实世界平面位置（二维图形）随时间的演变。系列快照模型将一系列时间片断的快照（Snapshot）存储起来，以此来记录系统空间状态的变化过程。基态修正模型（Base state with amendments）选择某个时间的数据状态作为基态作完整记录，然后按预先设定的采样时间间隔，记录其他时刻相对于基态的变化量（Amendments），以此来减少数据记录量，其关键是差文件（Delta file）的建立。阐述“数字城市”架构及数据共享需要解决的关键问题。（20分）所谓数字城市,其基础就是综合运用遥感( RS) 、地理信息系统(GIS) 、全球定位系统(GPS) 、网络、多媒体及虚拟现实(VR) 等现代高新技术对城市的地理环境、自然资源、生态环境、基础设施、人口分布、人文景观、社会和经济状态等各种信息进行数字化采集与存储、动态监测与处理、深层融合与挖掘、综合管理与传输分发,构建城市基础信息平台和三维城市模型,建立适合于城市各不同职能部门的专业应用模型库、规则库及其相应的应用系统,在此基础上,研制和开发各级政府综合管理城市并进行宏观决策的计算机应用系统. 数字城市的体系结构包括:数据获取与更新体系。包括城市地表、上空及地下等自然地理数据的自动获取系统,城市基础设施数据的实时获取和更新体系,城市人文、经济、政论等社会数据的变更与监控系统等。数据处理储存体系。包括高密度高速率的海量数据储存设施、多分辨率海量数据实时地存储、压缩、处理技术、元数据管理技术、空间数据仓库等。信息提取与分析体系。包括数据互操作、多元数据集成、信息智能提取分析、海量空间数据的智能提取与分析、决策支持等设施与技术。网络体系。包括高宽带网络、智能网络,支持基于网络的分布式计算操作系统,基于对象的分布式网络服务,分布处理和互操作协议等。应用体系。包括城市规划、地籍管理、城市防灾、城市交通等，同时还包括城市网络生活方式等。管理体系。包括专业人员小组、教育培训、安全管理、系统维护、标准与互操作规范、相关法规等共享需要解决的关键技术问题：1）、多源空间数据的标准化与一致化改造技术2）、基于网络的空间信息智能表达方法研究3）、大容量空间信息的压缩传输与空间索引方法研究4）、网络信息安全防护体系技术研究5）有关信息管理、操作、查询与分析软件的开发与集成涉及的技术：空间数据智能获取，大量数据的存取技术，网络数据库、信息系统及分布式计算技术，多种数据融合，仿真及虚拟技术，空间数据仓库、空间数据挖掘、三维可视化、虚拟现实、WebGIS等数据共享：数据格式交换、互操作技术、数据标准的制定地理数据共享有哪些模式，如何从体系架构、数据交换等关键技术方面，以及法律法规和政策方面保证地理数据的共享？城市GIS数据多级共享交换平台系统张海涛1,张书亮2,针对目前城市众多管理部门对城市GIS数据共享交换平台不同层次的共享需求,在分析文件级、数据平台级、系统功能级以及Web服务级四种共享交换模式特点的基础上本文采用业务流技术设计了一种集成多级共享交换模式的数据模型。结合无锡市地理信息共享交换平台项目的建设,给出了模型在城市GIS数据交换平台系统中的具体应用过程,以期对其他城市同类系统的建设提供一定的参考价值1文件级文件级数据交换是目前数据共享交换平台通常使用的方式,GIS数据格式集成转换是这一方式的核心。数据格式转换应是基于GIS完整语义的转换,城市GIS数据不但包含空间数据,属性、图元、空间拓扑、空间规则等数据也是其重要组成部分。2数据平台级数据平台级共享交换是通过开放中心数据库的数据访问接口，客户端应用程序按照接口规范直接存取共享交换GIS数据的共享交换方式。为保证数据存取操作的一致性,数据访问接口通常采用国际标准化组织OGC制定的简单要素规范。3系统功能级系统功能级数据交换是基于某种GIS平台软件开发的、存取中心数据库GIS数据的客户应用系统,用户直接使用客户应用系统进行城市GIS数据共享交互的方式。系统功能级数据交换模式要求应用系统的开发平台必须要与中心数据库平台能够系统兼容,否则开发平台需提供多源无缝存取管理的功能。4 Web服务级利用Web Service技术进行城市GIS数据的共享交换是当前数据共享交换方法研究的热点。通过Web服务级的数据共享可以把GIS数据的共享交换功能集成到行业部门的专业应用系统。当前地理信息系统的主要用户群有哪些？这些用户群的需求特点是什么？当前应用地理信息系统哪些方面不能适应用户需求？如何改进？选自地理信息公共服务平台的用户分类及服务分类按现有国情，从地理信息公共服务平台的用户角度，根据用户的性质和对地理信息的不同用途来划分，本文概括出四类用户群，即：政府部门用户，行业用户、企业用户和个人（公众）用户。1.政府用户政府用户是地理信息服务的主要对象。早期政府部门在地理信息需求方面主要是用于管理和规划，如地籍管理、交通规划等；在电子政务时代，GIS除了参与越来越多的政府辅助决策支持外，如灾害评估、土地变化监测等，政府公开信息的发布往往也建立在地理信息载体上，如疫情分布传播情况的发布、污染源监测情况发布等。2.行业用户GIS在各行业的应用是伴随着办公自动化业务的开展而开始的。GIS作为各行业办公自动化系统的重要组成部分，目标是解决与地理信息有关的业务的处理问题，其应用的深度取决于该行业对地理信息的需求程度。3.企业用户企业用户是指利用地理信息资源从事经营的企事业单位，如地图服务网站的经营、位置服务的经营。相对于地理信息的公共服务，这类用户完成地理信息增值服务，主要需求是在基本的地理信息基础上，加载大量的兴趣点（Point of Interest,POI）。4.个人（公众）用户得益于近几年信息技术、尤其是互联网应用的普及，网上电子地图、车载或手持导航终端已经开始替代传统的交通图，旅游图，成为日常不可或缺的工具了。GIS应用走向公众服务，标志着地理信息服务技术由专业性向通用性发展。由于大多数公众用户不具备专业背景，要求这些服务的产品化程度高，操作简单，并具有人性化的表现形式。什么是社会化地理信息系统？发展社会化地理信息系统存在的问题是什么？如何解决？社会化地理信息系统：是以互联网和分布式计算为技术核心，以基础地理数据设施为平台，公众用户作为部分地理信息的采集者、共享者和使用者，能够充分应用和结合其它技术，有效解决各方面问题，满足不同层次用户的需要，是一个真正大众化、跨平台的开放性系统。存在的问题：一些关键技术: (1) 数据采集技术: 专家认为,数据的快速获取与更新是制约GIS发展的瓶颈问题。对公众GIS来说,数据的获取与更新尤为关键,因为在公众GIS中,必须做到公众信息的现势性。因此,今后的数据采集必须采用包括 3技术在内的多种手段,同时国家应该逐步制定和完美数据共享的机制与政策,以免人为因素造成的数据获取的困难。 (2)网络技术: 毫无疑问,网络技术在未来的信息服务业中是必不可少的技术之一。由于GIS系统需要传输包括图形在内的大量地理数据和属性数据,对网络的带宽和速度以及网络的安全性要求相当高。另外，由于网络GIS将采用分布式的数据管理方式，因此需要制定统一的元数据标准。（3）数据库技术:传统的关系数据模型只能处理简单数字型、字符型、日期型等简单数据类型,而不能直接处理点、线、面等复杂的空间数据类型。因此当前大部分GIS软件多采用双重库结构,即属性数据由关系型数据库管理,而空间数据则由文件系统单独管理。公众信息的一个重要特点是数据量大,并且更新频繁,如何有效组织和管理数据是公众GIS能否成功得到应用的一个关键。如果采用前述的双重库结构,则不便于数据管理与维护。因此,最好的方式是利用数据库统一管理空间和属性数据。利用数据库管理空间数据,当前一般可以采用两种方案。一种方案是对关系型数据模型的功能进行扩展。另一种方案是采用面向对象的空间数据模型。 (4)多媒体技术: 多媒体计算机技术是当前计算机工业热点课题之一,它可以定义为:计算机交互式综合处理多种媒体信息文本、图形、图象和声音,使多种信息建立逻辑连接,集成为一个系统并具有交互性。显然,多媒体技术也将对GIS的系统结构、功能及应用模式产生极大影响。多媒体技术的引入,既降低了GIS的操作难度,提高了趣味性,又增加了表现内容和表现形式,因此,有益于推动GIS的社会化、大众化。(5)系统友好性设计技术: 与专业和行业GIS相比,公众GIS系统的友好性是十分关键的。公众的系统设计必须考虑到公众心理,如: 界面简洁明了,并且具有一定的趣味性,使用户对该系统有信心和兴趣; 操作简单，无须花太多时间就可以掌握系统的使用方法; 在GIS原理和功能表达上,某些计算机术语应该通俗化,以易于公众接受; 系统应该实时给用户的操作作出响应,尽量缩短等待时间等等。 因此,系统必须从界面设计、辅助帮助、屏幕动画、信息的动感表现、操作风格等方面满足公众的要求。试述网络地理信息系统的发展过程及趋势。（20分）伴随着计算机网络的发展，分布式计算技术从早期的集中式或基于主机的计算模式(Host-based Computing Model)、文件服务器计算模式(PC/File Server-based Computing Model)发展为客户/服务器模式(Client/Server)、浏览器/服务器模式(Browser/Server)，进而发展为如今的多层分布式计算、Web服务和网络计算模式。分布式计算模式的这种变化也同时影响着GIS的计算方法和体系结构。发展趋势：网络地理信息系统的发展虽然深受网络技术、计算机技术、数据库技术、软件技术和GIS技术的影响，但在长期的技术发展和应用推动下，仍然形成了独特的技术体系和方法体系，网络地理信息系统的发展也呈现一定的特点和规律网络地理信息系统的应用将更加广泛和深入；网络地理信息系统的系统集成性将更加突出；开放的网络地理信息系统；面向社会用户的网络地理信息系统。阐述地理信息系统数据组织的发展及趋势（30分）框架：纵向分层组织；横向分块组织；分层分块索引数据组织：矢量数据组织；栅格数据组织；矢栅一体化数据组织；镶嵌数据组织；趋势：超图数据组织；三维空间数据组织还有对属性数据、文档数据、元数据的组织。阐述基础地理数据更新的主要方法及各自的特点，从技术和制度上如何保证基础地理数据的现势性？1、RS用于GIS空间数据的更新由遥感影像支持的GIS数据库的直接更新。对一种地物要素的数据进行的变化处理，需要同时更改与之联系的所有地物数据及其相关关系。处理结果的独立存储。从遥感影像上提取的有关地物的相关信息，采用与总体数据库相同的数据结构加以存储，作为一种新的数据源辅助GIS数据库的建立：维护和更新。遥感数据是GIS的重要信息源和数据更新的手段，可以从遥感图像中快速而可靠地提取地面目标的空间和属性信息，数据的现势性比常规的地图资料要好。因此利用遥感图像实施GIS空间数据的更新具有重要意义和价值。RS和GIS结合还可进一步加强GIS空间分析功能。一方面现代遥感技术的多平台、多波段、多时相、周期性的适时采集可以获取直观的地表景观信息，不仅真实地反映了区域的地理环境信息，而且能动态地反映社会经济环境情况。另一方面，随着遥感技术的发展，遥感信息自动识别水平大提高，为利用遥感信息进行空间分析提供了先进手段，也保证了GIS空间分析的现势性。因此可以利用信息复合处理技术与GIS中的空间信息和属性信息结合起来进行空间分析，可以获得更可靠更广泛的分析结果。2、利用全球定位系统（GPS）更新空间数据GPS为GIS提供实时定位信息，GPS作为一种新型的定位数据的采集和更新手段，具有高精度、高效益、全天候、低成本、高灵活性、实时性等特有的优势。GPS在GIS中的应用常常分为两种情况。直接用GPS技术对GIS的空间数据作实时更新和采集把GPS接收机的实时差分定位技术与GIS的电子地图相结合，组合成各种电子导航系统另外：GPS还可以为GIS中空间数据的采集提供辅助的定位数据，可大大提高成果数据的精度和应用范围。如：1.GIS空间基础数据的采集2.地形数据的局部修测3.公路数据的采集和更新4.边界数据的采集和更新5.周期性数