地理信息系统考试.doc

1.什么是GIS？它具有什么特点？ 概念： 地理信息系统是一种采集、存储管理、处理、分析、显示和应用地理数据的计算机系统。 特点：a.数据的空间定位特征；b.空间关系处理的复杂性；c.海量数据管理能力 2.GIS与其它信息系统有什么区别？（1） GIS与一般MISa. GIS区别于其它信息系统的一个显著标志是 具有空间分析功能。b. GIS离不开数据库技术。数据库中的一些基本技术，如数据模型、数据存储、检索等都是GIS广泛使用的核心技术。c. GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而一般MIS（数据库系统）侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询，不能对空间数据进行查询、检索、分析，没有拓扑关系，其图形显示功能也很有限。e. 如电话查号台是一个一般MIS，只能回答用户询问的电话号码，而通信地理信息系统除了可查询电话号码外，还提供用户的地理分布、空间密度、最近的邮局等空间关系信息。（2） GIS与CAD/CAMGIS与CAD共同点GIS与CAD 不同点都有坐标系统；都能将目标和参考系联系起来；都能描述图形数据的拓扑关系；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；图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱；CAD中的拓扑关系较为简单；一般采用几何坐标系 。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；GIS的属性库结构复杂，功能强大；强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁； GIS采用地理坐标系 。GIS与CAM共同点GIS与CAM 不同点都有地图输出、空间查询、分析和检索功能 CAM侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图的输出机制；它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系；它与数据库的联系通常是一些简单的查询。 CAM是GIS的重要组成部分；综合图形和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策信息。 3.简述GIS的构成。完整的GIS主要由四个部分构成：计算机硬件系统；计算机软件系统；地理空间数据；系统管理、操作人员。4.简述GIS的基本功能。 一个完整的GIS系统的基本功能应包括：空间数据采集与编辑；空间数据存储与管理；空间数据处理与变换；空间查询与分析；空间数据显示与输出。5.简述GIS的发展。国际上，综观GIS发展，可将其分为以下四个阶段：60年代为GIS开拓期； 70年代为GIS的巩固发展期；80年代为GIS大发展时期； 90年代至今为GIS的应用普及时代。国内大体可分为下列几个阶段：准备阶段；试验阶段；发展阶段；产业化及普及阶段。 6.举例说明GIS可应用的行业。 GIS可应用的行业：测绘、地图制图；资源管理；灾害监测；环境保护；精细农业；电子商务；城乡规划与管理；交通运输；人口管理；国防、军事；医疗、卫生；宏观决策等7.什么是空间拓扑关系？常用空间拓扑关系有哪些？阐述基于9交模型的空间拓扑关系表达的思想。 空间拓扑关系：指图形在保持连续状态下的变形但图形关系不变的性质。常用空间拓扑关系：邻接关系；关联关系；包含关系；联通关系。拓扑关系表达一般采用基于点集（Point Set）理论的9-交模型。点集理论的基本假设是所有地理要素均为点所构成的集合，因此一般的集合理论可应用于点集之间的操作，从而产生新的点集，构成新的地理要素。8.解释空间数据质量的概念；阐述空间数据质量标准的内容。概念：空间数据质量是指空间数据在表达地理实体的空间特征、属性特征以及时间特征时能够达到的准确性、一致性、完整性，以及三者之间统一性的程度。空间数据质量标准的内容： 数据情况说明； 位置精度或称定位精度； 属性精度； 时间精度； 逻辑一致性； 数据完整性； 表达形式的合理性9.解释空间元数据的概念；阐述空间元数据标准的内容。空间元数据：地理数据和信息资源的描述性信息。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便用户有效地定位、评价、比较、获取和使用地理空间数据。空间元数据标准的内容：第一层是目录信息；第二层是标准部分，包括标识信息、数据质量信息、数据集继承信息、空间数据表示信息、空间参考系信息、实体和属性信息、发行信息、空间元数据参考信息八个部分；第三层是引用部分，包括引用信息、时间范围信息、联系信息、地理信息。10.理解矢量栅格一体化数据结构的基本思想、存储结构。一体化数据结构的基本概念：无论是点状要素、线状要素、还是面状要素均采用面向目标的描述方法，因而它可以完全保持矢量的特性，而元子空间充填表达建立了位置与要素的联系，使之具有栅格的性质。每个线状目标除记录原始取样点外，还记录路径所通过的栅格；每个面状要素除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面域栅格。11.比较地理空间的3种表达方式，阐述如何选择地理空间的表达方式。矢量表达 栅格表达 TIN表达模型的要点 矢量数据主要用来模拟具有精确形状和边界的离散要素栅格数据主要用来模拟连续的现象和地球的影像三角网数据主要用来对表示高程或其它状况（如浓度）的表面进行有效地表达数据源 从航空、遥感影像中解译用全站仪、GPS 接收机采集；从地图原图中数字化；从栅格数据矢量化；从三角网中提取等高线；从野外调查数据中简化而来；CAD 制图中导入 航空航天飞机摄影得来；卫星影像；从三角网中转换而来；矢量数据栅格化；扫描蓝图、相片等从航空相片解译而来；从全站仪、GPS接收机采集；用高程数据导入点；从矢量等高线转换而来空间存贮 点以x,y 坐标来存贮；线以相联的x,y 坐标形成的路径来存贮；多边形用闭合的路径来存贮 坐标原点为栅格的左下角，以像元的高度和宽度为单位，每个像元用它所在的行和列的位置来确定；存储每个像元的属性值或灰度三角形面中每个结点有一个x,y 坐标值，及相关的高程或其它值要素表达 点代表小要素。；线代表长度很长而宽度很小的要素；多边形表示占据一定面积的要素。 点要素以单个像元来表示；线要素用一系列具有相同值的相邻像元来表示；多边形要素则以具有相同值的像元构成的一个区域来表示点的z 值确定表面的形状；线定义表面的变化如山脊或河流；外部区域（exclusion area）定义具有相同Z值的多边形拓扑关系连接性表达哪些线与结点相连；邻接性表达线的左右多边形分别是哪些；还有包含、重叠 相邻象元可能通过加减行、列的值进行快速定位 每一个三角形与它相邻的三角形相连 地理分析拓扑地图叠加；缓冲区生成和邻近分析；多边形融合和叠加；空间和逻辑查询；地址地理编码；网络分析空间一致性分析；表面分析；散布分析；最小成本路径分析 高程、坡度、坡向计算；从表面中提取高线；体积计算垂直剖面分析；视场分析制图输出 矢量数据适合于绘制要素的精确形状和位置；它不适合于连续分布的现象。 栅格数据适合于表现图像和属性值逐渐变化的连续要素；通常情况下，它不适合于绘制点和线要素三角网数据适合于形象地表达表面。这种数据可以用不同的颜色来表示不同的高程、坡度或坡向或生成三维透视图。 在选择一种地理空间表达方式时要考虑很多问题：要素或位置关注的焦点是什么？什么数可以容易地获得？对于定位要素，要求的精度是多少？需要什么类型的要素？你想要的拓扑关系是什么类型的？所要求的分析是什么类型的？要求生成什么类型的地图？12.理解各种栅格数据结构的基本思想、存储结构。栅格结构是指将研究区域划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素，由行、列号定义，并包含一个代码,表示该象素的属性类型或量值。（1）链式编码：主要是记录线状要素和面状要素的边界。它把线状要素和面状要素的边界表示为：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）游程长度编码：对于一幅栅格图像，常常有行(或列)方向上相邻的若干栅格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。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)块状编码：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(方形区域的边长)，再加上记录单元的代码组成,即（行，列，半径，属性值）(4)四叉树结构的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四部分，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，则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。 (5)八叉树结构就是将空间区域不断地分解为八个大小相同的子区域，直到同一区域的属性单一为止。分解的次数越多，子区域就越小。13.理解各种矢量数据结构的基本思想、存储结构。(1)实体式数据结构是指以实体为单位来组织空间数据，对于构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。(2)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。(3)双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的结点及相邻面域来予以定义。 (4)链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。14.比较矢量、栅格两种数据结构。矢量数据结构：优点：（1）它是面向目标的，不仅能表达属性编码，而且容易定义和操作单个空间实体。（2）能完整地描述拓扑关系；（3）表示地理数据的精度较高；（4）图形输出精确美观；（5）严密的数据结构，数据量小；（6）图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现。 缺点：（1）数据结构复杂；（2）矢量多边形的叠置算法较为复杂；（3）数学模拟比较困难；（4）技术复杂，特别是更加复杂的硬、软件。栅格数据结构：优点：（1）属性明显，定位隐含：即数据直接记录每个栅格所代表的地理要素或现象的属性，而根据行列号可以计算相应的坐标。（2）数据结构简单；（3）空间数据的叠置和组合十分容易方便；（4）各类空间分析都很易于进行；数学模拟方便。缺点：（1）当分辨率低时，表达的误差大，计算面积、距离等误差大；（2）当分辨率高时，数据量大；（3）数据组织不是面向实体的，没有表达拓扑关系；（4）地图输出不精美。15.空间数据库与一般数据库相比，有哪些特点？空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：（1） 空间特征(空间位置与空间关系)；（2）多尺度特征；（3）非结构化特征；（4）海量数据特征16.传统的DBMS存储管理空间数据存在哪些缺陷？(1)空间数据记录是变长的，而传统的关系模型只存储定长记录；(2)空间数据的表达需要相应的空间数据类型，传统的DBMS难以支持；(3)对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作，关系模型一般都难以实现；(4)传统DBMS的B或B+树索引，对空间数据索引效率低下；(5)GIS数据需要更复杂的安全维护、数据完整性（如几何完整性）维护，一般的DBMS难以保证；(6)传统的封锁机制，不能满足空间数据 的长事务处理。17.阐述层次模型、网状模型、关系数据模型及面向对象数据模型的基本思想。(1)层次模型是用树形结构来表示实体及实体间联系的模型，它将数据组织成一对多的联系，即一个父记录对应多个子记录，而一个子记录只对应一个父记录。 (2)网状模型是用网状结构来表示实体及实体间联系的模型，它将数据组织成多对多的联系。在此模型中，一个子记录可以有多个父记录。(3)关系模型是用二维关系来表示实体及实体间联系的模型，它将数据组织成规范化的关系表格。一个实体由若干关系组成，关系表的集合就构成了关系模型。 (4)面向对象的基本思想就是以接近人类思维的方式将客观世界的一切实体或现象模型化为一系列的对象。每一种类型的对象都有各自的内部状态和行为，不同对象之间的相互联系和相互作用就构成了各种不同的面向对象系统 。18.阐述空间数据的存储管理方式。矢量数据的管理：（1）文件与关系数据库混合管理（2）全关系数据库管理（3）对象-关系数据库管理。栅格数据的管理：（1）文件管理的方式（2）文件-数据库管理方式（3）关系数据库管理19.详细阐述Geodatabase数据模型的内容。Geodatabase模型它采用面向对象技术将现实世界抽象为由若干对象类组成的数据模型，每个对象类有其属性、行为和规则，对象类间又有一定的联系。按层次结构将地理数据组织成数据对象,并存储在要素类、对象类和要素集中。地理要素及地理要素之间可以通过拓扑规则来定义拓扑关系。Geodatabase模型的优势：1地理数据统一存储管理；2数据输入和编辑更加准确，通过智能的属性验证确定减少很多的编辑错误；3用户更为直观地处理数据模型；4.要素具有丰富的关联环境；5可以制作蕴含丰富信息的地图;6.地图显示中，要素是动态的；7要素形状可以更形象地定义；8.要素都是连续无缝的；9.多用户并发编辑地理数据。20.阐述属性域的分割、合并策略。分割策略：（1）缺省值：分割结果要素的属性采用给定要素类或子类型属性的默认值。（2）复制：分割结果要素的属性取原始对象属性值的拷贝值。（3）几何比例：分割要素的属性值是原始对象属性值的比例计算值。属性值计算比例是基于原始要素几何被分割的比例，如果对象被均等的分割，则每个分割要素获得原始对象属性值的一半。合并策略：（1）缺省值：合并结果要素的属性取给定的要素类或子类型属性的默认值。（2）和值： 合并结果要素的属性采用原始要素属性值的和。（3）几何权重：合并结果要素的属性是原始要素属性值的权重平均。21.阐述空间索引的概念、作用及格网索引、四叉树索引、R树索引的基本思想。空间索引，也叫空间访问方法，是指依据空间对象的位置、形状以及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，其中包括空间对象的概要信息，如对象的标识、最小外包矩形及指向空间对象实体的指针。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对象之间，它通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高了空间操作的速度和效率。格网索引：是一种典型的基于哈希（Hash）的存取方式，它通过规则矩形或正方形将索引区域划分为不重叠的许多网格单元，属于同一网格单元的空间对象映射到一个数据桶中，一般一个数据桶为硬盘上一个磁盘页，每个网格单元只对应着一个数据桶，而一个数据桶往往可以包含着几个相邻的网格单元。四叉树：是一种对空间进行规则递归分解的空间索引结构，将已知范围的空间划成四个相等的子空间。如果需要可以将每个或其中几个子空间继续划分下去，这样就形成了一个基于四叉树的空间划分。R-Tree：是基于空间数据对象分割的空间索引方法，它采用空间对象的最小外包矩形MBR来近似表达空间对象。22.阐述空间数据的主要来源及主要采集方法。空间数据的来源（1）地图；（2）遥感影像: 快速、周期性、大面积，主要数据源；（3）实测数据；（4）数字数据；（5）统计数据；（6）各种文字报告和立法文件；空间数据获取方法：（1）大地测量方法（2）摄影测量方法（3）遥感方法（4）现有地形图数字化（5）数据格式转换23.阐述ArcMap提供哪些空间数据查询功能？（1）基于属性的查询 ：简单的属性查询；SQL查询（2）图形查询：点查询；矩形或圆查询；多边形查询（3）空间关系查询：拓扑关系查询；缓冲区查询。24.阐述坐标变换的方法及公式（1）相似变换：两坐标系之间的平移、旋转、缩放。公式为：（2）仿射变换：如果坐标在X、Y方向的比例因子不一致，或者说图纸存在仿射变形，此时需要采用仿射变换公式。变换公式为： （3）二次多项式变换适用于原图有非线性变形的情况，至少需要6对控制点的坐标及其理论值，才能求出待定系数。（4）解析变换法是找出两投影间坐标变换的解析计算公式。可分为反解变换法和正解变换法。反解变换法(又称间接变换法)：先解出原地图投影点的地理坐标，然后将其代入新图的投影公式中求得新坐标。即:正解变换法(又称直接变换法)。这种方法不需要反解出原地图投影点的地理坐标的解析公式，而是直接求出两种投影点的直角坐标关系式。即:（5）数值变换法：如果原投影点的坐标解析式不知道，或不易求出两投影之间坐标的直接关系，可以采用多项式逼近的方法，即用数值变换法来建立两投影间的变换关系式。例如，可采用二元三次多项式进行变换。（6）数值解析变换法：当已知新投影的公式，但不知原投影的公式时，可先通过数值变换求出原投影点的地理坐标，然后代入新投影公式中，求出新投影点的坐标。即:25.阐述ArcGIS环境下纸质地图扫描矢量化的过程步骤。1.利用ArcCatalg创建必要的数据层（要素类或shape file），存储矢量化的要素；2.在ArcMap中利用Georeferencing进行图像校正（利用已知控制点，将扫描的栅格图像纳入到目标坐标系中）；3.使用ArcScan进行矢量化。26.什么是空间叠置分析？阐述ArcGIS提供的6种叠置分析方法的思想。叠加分析是将同一地区的两组或两组以上的要素进行叠加，产生新的要素的分析方法。（1）同一性操作Identity：同一性操作通过计算输入要素与Identity要素的几何交集，将覆盖在输入要素范围内的要素保留下来。输入要素可以是多边形、线或点, Identity要素必须是多边形。 （2）交集操作Intersect：交集操作计算两个要素的几何交集，两个要素的公共部分保留。输入要素可以是多边形、线或点，Intersect要素必须是多边形。（3） 并集操作Union ：并集操作计算两个多边形要素的几何交集，两个要素的所有图形要素和属性数据都予以保留。 (4) 更新操作Update：更新操作先计算两个多边形要素的交集，然后用Update要素更新它所覆盖的输入要素。 (5) 擦除操作Erase：更新操作先计算两个多边形要素的交集，然后用Update要素更新它所覆盖的输入要素。 （6） Symmetrical Difference： 先计算两个多边形要素的交集，删除两多边形要素公共部分，保留其余部分。 27.网络分析有哪些应用？分析比较Geodatabase提供的2种网络模型？网络分析的应用：路径分析、资源分配、连通分析、流分析、选址。非定向网络：特点：1.在交通网络中，汽车和火车都是可以自由移动的物体，具有主观选择方向的能力，流向不完全由系统控制；2.在ArcGIS中以Network dataset实现，线,点&转弯（ turns） Network dataset；3.ArcGIS Network Analyst扩展模块用于非定向网络分析（如：交通问题）。解决的问题1.最优路径分析；2.查找最邻近设施；3.服务区域分析；4.创建起始-目的地成本矩阵；5.车辆线路问；定向网络：特点：1.在设施网络中，水、电、气通过管道和线路输送给消费者，水、电、气被动地由高压向低压输送，不能主观选择方向；2.流向由源（source）至汇（sink）；3.在ArcGIS中以 Geometric network实现，线& 点 Geometric network；4.ArcMap中使用Utility Network Analyst 工具条，用于定