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硕士研究生入学统一考试《地理信息系统》科目大纲(科目代码：950)学院名称(盖章)：地理与环境科学学院学院负责人(签字)：编制时间：2014年7月10日《地理信息系统》科目大纲科目代码：950一、考核要求本《地理信息系统》考试大纲适用于西北师范大学地理与环境科学学院地图学与地理信息系统专业的硕士研究生入学考试。地理信息系统是一门处理空间数据的现代化综合性学科，是许多学科专业的基础课程。要求考生对地理信息系统基本概念、空间数据基础有较深入的理解，能够系统地掌握空间数据采集、存储、处理、查询、分析和应用的基本内容，了解地理信息系统相关技术与方法，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。二、考核评价目标（一）地理信息系统基础1．理解并掌握地理信息系统的基本概念，了解地理信息系统与其他信息系统的区别。2．熟悉地理信息系统的组成。3．熟练掌握地理信息系统的基本功能，及其空间分析功能与应用功能。4．了解地理信息系统与地图学、计算机科学、遥感等相关学科的关系。5．了解地理信息系统的发展历史与发展趋势。（二）地理空间数据基础1．理解地理空间的概念，了解实际的固体地球表面与大地水准面、地球椭球体模型之间的关系。2．熟悉地理空间数据的分类，熟练掌握地理实体的矢量表示方法和栅格表示方法。3．熟悉空间拓扑关系中的拓扑邻接、拓扑关联和拓扑包含等关系。4．掌握空间数据的时间特征、空间特征及属性特征数据的内涵。5．理解栅格数据结构、矢量数据结构的基本概念及矢量数据与栅格数据结构的优缺点；掌握游程编码、四叉树编码方式，以及拓扑数据结构；熟练掌握多边形和结点的拓扑编辑。6．了解矢量数据、栅格数据的输入与编辑，熟悉空间数据的分类和编码，质量标准要素及其内容；理解空间数据质量问题的来源。7．掌握元数据的概念；理解元数据的目的、内容和作用；了解空间数据元数据的获取与管理方法。（三）空间数据处理1．理解数字化数据与其它栅格数据的空间坐标转换；理解并掌握栅格数据与矢量数据的特点及其相互转换。2．理解并熟练掌握多源空间数据的融合并能够综合应用；理解空间数据压缩编码的目的、意义；熟悉空间数据的综合。3．理解并熟练掌握空间数据的内插方法并能综合应用；熟练矢量、栅格数据镶嵌方法及匹配处理。4．比较熟悉层次数据库模型、网状数据库模型和关系数据库模型的特点；深入掌握面向对象数据库系统的特性，基本掌握其实现方式。（四）空间分析原理与方法1．理解并掌握空间信息模型的基本概念。2．理解空间叠置分析的概念，熟练掌握基于矢量数据和栅格数据的空间叠置分析与实现方法。3．理解并掌握空间缓冲区分析的模型及缓冲区分析核心思路与实现方法；熟悉空间统计理论及实现方法。4．了解网络分析、空间自相关分析的内容与方法。5．深入理解并掌握数字地面模型的概念及其生成方法。6．了解典型叠加模型的分析过程与方法；掌握空间数据的集合分析和查询方法。（五）地理信息系统的应用模型1．掌握地理信息系统模型的分类和简单地理信息系统模型的构建过程。2．理解并掌握适宜性模型、发展预测模型、位址选择模型和地学模拟模型的基本思路和建模方法，并能灵活运用。3．熟悉利用地理空间数据与地理模型进行简单地理问题的模拟、预测与综合分析。（六）地理信息系统开发与应用1．掌握地理信息系统设计流程；了解地理信息系统软件平台开发的基本方式。2．熟悉地理信息系统的主要应用与更新；理解地理信息系统应用模式。3．掌握网络地理信息系统(WebGIS)的概念与特点；了解分布式地理信息系统概念。4．熟练掌握组件式地理信息系统(ComGIS)的概念与特点。5．理解地理信息系统标准化的含义及其主要内容。（七）地理信息科学与数字地球1．掌握地理信息科学的基本概念及其主要研究内容。2．掌握数字地球的基本概念；了解数字地球产生的背景及核心技术。3．了解“3S”（全球定位系统、地理信息系统、遥感）技术的基本概念及其主要应用领域。三、考核内容第一章地理信息系统基础第一节地理信息系统的基本概念1.地理信息定义：地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。特性：地域性；多维结构；时序特征。2.信息系统为了有效对信息流进行控制、组织管理，实现双向传递，需要通过某种信息系统。它能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统，具有采集、管理、分析和表达数据的能力。由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成。3.地理信息系统地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。4.地理信息系统特征(1)具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；(2)以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生高层次的地理信息；(3)由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。第二节地理信息系统的组成1.硬件系统2.计算机软件系统3.地理空间数据4.系统管理人员5.应用模型第三节地理信息系统的功能1.基本功能基本功能包括：数据采集与编辑；数据存储与管理；数据处理与变换；空间分析和统计；产品制作与演示；二次开发和编程。2.应用功能应用功能包括：资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策。第四节地理信息系统的发展1.与其他学科的关系地理信息系统的发展，明显地体现出多学科交叉的特点，这些交叉的学科包括地理学、地图学、摄影测量学、遥感技术、数学和统计科学、计算机科学，以及一切与处理和分析空间数据有关的学科。目前数据库技术（DBMS）、计算机辅助设计、计算机辅助制图（CAM）和计算机图形学（ComputerGraphics）软件包已被许多GIS研究者所采用，但这些系统不是为地理意义而设计的，无法取代GIS的作用。GIS正是这些相关学科与地理学相结合的基础上发展起来的。2.地理信息系统的发展阶段地理信息系统的创立和发展是与地理空间信息的表示、处理、分析和应用手段的不断发展分不开的。考察地理信息系统的发展，可分为60年代的起始发展阶段、70年代的巩固阶段和80年代的大发展阶段。3.地理信息系统的发展趋势目前地理信息系统的主要发展趋势集中在以下几个方面：空间数据结构与数据管理；数据自动输入技术；GIS与遥感的进一步结合；GIS的智能化；具有统一标准的分布式系统；宏观应用和微观应用进一步加强，并形成新的产业。第二章空间数据基础第一节地理空间及其表达1.地理空间定义：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。其间是自然地理过程和生命及人类活动最活跃的场所。要在地理空间中准确测定位置，需要采用一种空间定位框架来实现，也就是大地测量控制系统，包括平面控制网和高程控制网。2.空间实体表达地理空间实体：包括点、线、面、曲面、体等多种类型。空间实体表达：在计算机中，把现实世界中各种以图形形式表达的空间实体通过数字的形式记录和表现出来，以便更好地进行计算机存储和处理。数据表达的关键：当对空间实体进行数据表达时，关键是如何表达空间的一个点，因为点是构成地理空间实体的基本元素。3.大地水准面假设一个与静止的平均海水面重合并延伸到大陆内部的包围整个地球的封闭的重力位水准面。4.地球椭球体就是将大地体绕短轴飞速旋转所形成的一个表面光滑的，规则的地球形体。是对地球形体的描述，是为了测量成果的计算和测图工作的需要而定义的。第二节地理空间数据及其特征1.地理空间数据分类(表1)表1地理空间数据分类按数据来源按数据结构按数据特征按几何特征按数据发布形式地图数据影像数据文本数据矢量数据栅格数据空间数据非空间数据点线面、曲面体数字线画图数字栅格图数字高程模型数字正射影像图2.地理空间数据基本特征空间特征：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；属性特征：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；时间特征：指一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况，称为时间数据。3.地理空间数据拓扑关系拓扑关系类型拓扑邻接：指存在于空间图形的相同类型元素之间的拓扑关系；拓扑关联：指存在于不同类型空间元素之间的拓扑关系；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。第三节地理空间数据结构的类型1.矢量数据结构定义：是利用欧几里得几何学中的点、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。包括的内容：实体数据结构；拓扑数据结构2.栅格数据结构定义：指将空间分割成为有规则的网格，称为栅格单元，在各个栅格单元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.主要存储类型：栅格矩阵结构；游程（行程）编码结构。3.矢量数据与栅格数据结构的优缺点矢量数据结构：优点：表示地理数据的精度较高；严密的数据结构，数据量小；用网络连接法能完整地描述拓扑关系；图形输出精确美观；图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现。缺点：数据结构复杂；矢量多边形地图或多边形网很难用叠置方法与栅格图进行组合；显示和绘图费用高，特别是高质量绘图、彩色绘图和晕线图等；数学模拟比较困难；技术复杂，多边形内的空间分析不容易实现。栅格数据结构：优点：数据结构简单；空间数据的叠置和组合十分容易方便；各类空间分析都很易于进行；数学模拟方便；技术开发费用低。缺点：图形数据量大；用大像元减少数据量时，可识别的现象结构将损失大量信息；地图输出不精美；难以建立网络连接关系；投影变换花的时间多。4.游程编码、四叉树编码方式游程编码：游程编码是按行的顺序存储多边形内的各个像元的列号，即在某行上从左至右存储属该多边形的始末像元的列号。游程长度编码栅格加密时，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。这种编码方法最适合于小型计算机，同时也减少了栅格数据库的数据输入量，但计算期间的处理和制图输出处理工作量都有所增加。四叉树编码：四叉树编码又称为四分树、四元树编码。它是一种更有效地压编数据的方法。它将2n×2n像元阵列的区域，逐步分解为包含单一类型的方形区域，最小的方形区域为一个栅格像元。图像区域划分的原则是将区域分为大小相同的象限，而每一个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限。其终止判据是，不管是哪一层上的象限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的几种地物时，则不再继续划分否则一直分到单个栅格像元为止。5.多边形和结点的拓扑编辑例如，设需要对多边形P1进行编辑，其算法过程为：从下表所示的弧段文件中，检出与当前编辑的多边形P1相关的所有记录（表2）：表2对多边形P1进行编辑的过程（1）弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1C2C3N1N3N1N2N2N3P2P1P1P1P4Ф检出的记录中，计算机检查当前编辑的多边形P1所处的位置：如果P1位在左多边形位置，将之与位于右多边形位置的多边形号相交换，同时也将该的结点号位置作相应的交换；反之，如果当前编辑的多边形P1位于右多边形位置，则该记录的所有数据项顺序不作改变。按照上述规则，检出的记录变为以下形式（表3）：表3对多边形P1进行编辑的过程（2）弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1C2C3N1N2N3N2N3N1P2P4ФP1P1P1从经过代码位置转换的记录中，任取一个起结点作为起点，顺序连接各个结点，必要时可对记录的前后顺序作调整，使得连接的结点能自行封闭，如表4所示。表4对多边形P1进行编辑的过程（3）弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1C2C3N1N2N2N3N3N1P2P4ФP1P1P1如果依照上述顺序的结点不能自行闭合，或者出现记录缺损或记录多余等情况，则表示弧段文件有错，必须改正出错的记录