地理信息系统原理与方法核心考点

中国地质大学（武汉）自制讲义《地理信息系统原理与方法》核心考点1地理信息系统原理与方法核心考点第一章绪论1.地理信息系统（名词解释、填空题）地理信息系统是在在计算机硬、软件的支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题等为主要任务的计算机系统。2.地理信息（名词解释、填空题）定义：是表征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数字、文字、图像和图形等的总称。是指与研究对象的空间地理分布有关的信息。特性：1）地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。这是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志；2）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。3）时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河洪水、秋季低温）中期的（如土地利用、作物估产）长期的（如城市化、水土流失）超长期的（如地壳变动、气候变化）实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。3.信息与数据（名词解释、填空题）信息：是现实世界在人们头脑的反应，是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，是客观事物的存在及演变情况的反应。【注】特征：客观性、适用性、可传输性和共享性。数据：是指输入计算机中并能被计算机处理的一切现象（数字、文字、符号、图像）。【注】信息是数据的内涵，是数据的内容和解释，数据是信息的表达（载体）。4.地理信息系统的组成（填空题）硬件系统：单机模式、局域网模式、广域网模式软系统件：支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；主要包括计算机系统软件、地理信息系统软件和数据库软件三部分；地理空间数据：GIS的操作对象。实质是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。应用分析模型系统开发、管理和使用人员（应用人员）【注】地理信息系统软件包括五类基本模块：数据输入和检验、数据存储和管理、数据变换、数据输出和显示、用户接口。其中数据变换的目的：①从数据中消除错误，更新数据，与其他数据库匹配；②为回答GIS提出的问题而采用大量数据分析的方法。5.地理信息系统的基本功能（填空题、简答题）1）数据采集与输入2）数据编辑与更新3）数据存储与管理4）空间查询与分析5）空间决策支持6）数据显示与输出2【注】空间查询与分析是GIS的核心，是GIS区别其他信息系统的本质特征。其方法主要包含：空间查询、叠加分析、缓冲区分析、网络分析、地形分析。6.地理信息系统的发展（填空题）国际发展概况：①起步阶段(20世纪60年代）：地理信息系统起源于北美，世界第一个地理信息系统—加拿大地理信息系统（CGIS）是1963年由加拿大测量学家提出并建立的。②发展阶段（20世纪70年代）：美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对GIS的研究均投入了大量人力、物力、财力。③技术应用阶段（20世纪80年代）：计算机的迅速发展和普及，地理信息系统也逐步走向成熟，并在全世界范围内全面地推向应用阶段；④普及阶段（20世纪90年代）：美国的“国家信息基础设施(NationalInformationInfrastructure，简称NII)行动计划”、“数字地球”、“数字中国”、“数字省区”、“数字城市”、“数字小区”直到“企业信息化”、“电子商务”、“数字通讯”、“虚拟现实”。【注】当前地理信息系统正向集成化、产业化和社会化方向发展，主要呈现以下形态：1.地理信息系统已成为一门综合性技术；2.地理信息系统集成化的发展势头强劲；3.地理信息系统网络化已构成当今社会的热点；4.地理信息科学的产生和发展。国内的发展情况：①准备阶段（1978年~1980年）：主要进行舆论准备，正式提出倡仪，开始组建队伍，培训人才，组织个别实验研究。②起步阶段（1981年~1985年）：完成了技术引进，研究数据规范和标准，空间数据库建立，数据处理和分析算法及应用软件的开发等，对GIS进行理论探索和区域性实验研究。③发展阶段（1986年~90年代）：①制定了国家地理信息系统规范，解决信息共享和系统兼容问题，为全国地理信息系统的建立作准备；②应用型GIS发展迅速；③在引进的基础上扩充和研制了一批软件；④开始出版有关地理信息系统理论技术和应用等方面的著作，并积极开展国际合作，参与全球性地理信息系统的讨论和实验。④推广阶段（90年代末~现在）：我国GIS技术在技术研究、成果应用、人才培养、软件开发等方面进展迅速，并力图将GIS从初步发展时期的研究实验、局部应用推向实用化、集成化、工程化，为国民经济发展提供辅助分析和决策依据。7.地理信息系统软件（简答题）国外：美国ERSI公司的ArcGIS，Intergraph公司的MGE，MapInfo公司的MapInfo，加拿大阿波罗科技集团的TitanGIS等。国内：中国地质大学的MapGIS、北京超图公司的SuperMap，北京大学的Citystar、武汉大学的Geostar、北京灵图公司的VRMap、中国林业科学研究院的VIEWGIS等。【注】以ArcGIS、MapGIS为例简述其特点。ArcGIS：ArcGIS具有强大的矢量化数据处理平台操作简便，适合批量处理、属性查询、空间分析等操作，自1982年6月ARC/INFO1.0推出以来，目前已更新到ArcGIS10.3，除了常用的二维操作之外，在三维数据创建、管理与显示等方面也具有大幅度提升，3此外ArcGIS在支持云GIS、时间GIS的同时，还追求GIS-RS一体化。MapGIS：MapGIS是我国具有自主知识产权的国土GIS软件，可以实现数据输入、数据编辑、数据转换、空间分析等功能。现已推出MapGIS10，提高了对海量数据的浏览和查询速度，可以满足用户长时间并发访问的要求，除此之外，MapGIS10可对三维模型进行快速建立和一体化管理，并可对三维数据进行综合可视化和融合分析。在二次开发方面，MapGIS实现了云管理平台，采用模块集成化，可以快速实现组件式、嵌入式以及网络应用型GIS，大幅度提升了开发效率。8.地理信息系统与其他学科的联系与区别（简答题、论述题）GIS与地图学GIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础，最终产品之一也是地图，GIS是地图学理论、方法与功能的延伸地图学强调图形信息传输，GIS则强调空间数据处理与分析。GIS与一般事务数据库数据库技术具有很好的管理，分析和处理数据的功能数据库技术是GIS的主要支撑技术之一GIS属性数据库部分相当于一般数据库GIS数据库比一般数据库结构要复杂得多GIS与计算机地图制图计算机地图制图系统强调的是图形表示GIS既注重实体的空间分布又强调它们的显示方法，可综合图形和属性的数据进行深层次的空间分析数字地图是GIS的数据源，也是GIS表达形式GIS与计算机辅助设计(CAD)共同点:都有空间坐标都能把目标和参考系统联系起来都能描述图形数据的拓扑关系都能处理非图形属性数据区别:CAD处理的多为规则几何图形及其组合；它的图形功能尤其是三维图形功能极强；属性库功能相对要弱；采用的一般是几何坐标系。GIS处理的多为自然目标，因而图形处理的难度大；GIS的属性库内容结构复杂，功能强大；图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征；GIS采用的多是大地坐标，必须有较强的多层次空间叠置分析功能;GIS的数据量大，数据输入方式多样化；所用的数据分析方法具有专业化特征目前，GIS与CAD仍有不同的侧重和特长，但它们主流技术之间的融合仍在不断扩展之中。【注】地理信息系统与其他系统的区别1）地理信息系统（GIS）与计算机辅助绘图系统(CAD)的主要区别：GIS具有空间数据的利用和分析功能。4通过开发和应用适当的数据模型，用户可以使用GIS的空间分析功能来研究现实世界。用户可以将各种空间分析组合成一个操作序列，从已有模型来求得一个新模型，而这个新模型就可能展现出数据集内部或数据集之间新的或未曾明确的关系，从而深化我们对现实世界的理解。2）地理信息系统与一般管理信息系统共同点：都是以计算机为核心的信息处理系统都具有数据量大和数据之间关系复杂的特点都随着数据库技术的发展在不断的改进和完善区别：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；许多野外实地采集和台站的观测所得到的资源信息是模拟量形式，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。在软件上，则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。在信息处理的内容和采用目的方面，一般的管理信息系统主要是查询检索和统计分析处理的结果，最终形成规定格式的表格数据；而地理信息系统除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，制定区域发展规划，地区的综合治理方案，对环境进行动态的监视和预测预报等，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。第二章空间数据结构1.空间认知三层模型（填空题）（2013年）一般而言，GIS空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个不同的层次组成。概念数据模型是关于实体和实体间联系的抽象概念集，主要有矢量数据模型、栅格数据模型、矢量-栅格一体化数据模型。【注】所谓概念模型，是对用户信息需求的综合分析、归纳，形成一个不依赖于空间数据库管理系统的信息结构理论模型。常用的建模工具有：E-R模型（实体-关系模型）、UML模型。其中E-R模型中有三个要素：实体、属性、联系。逻辑数据模型表达概念模型中数据实体（或记录）及其间关系，常用模型包括层次模型、网络模型和关系模型。物理数据模型则描述数据在计算机中的物理组织、存储路径和数据库结构。2.空间数据与地图（填空题）空间数据的概念：空间数据是以点、线、面等方式采用编码技术对空间物体进行特征描述及在物体之间建立相互联系的数据集。地图的概念：地图是表达客观事物的地理分布及其相互联系的空间模型，是反应地理实体的图形，是对地理实体的简化和再现。空间信息的描述：空间信息可以从三个方面描述，位置信息、非位置信息（属性信息）、时间信息。53.空间实体模型（填空题）（2014年）含义：空间实体是存在于自然世界中地理实体，与地理空间位置或特征相关联，在空间数据中不可再分的最小单元现象称为空间实体。类型：基本的空间实体有点、线、面和体四种类型。描述方法：对空间实体描述的有两种方法，一种是基于对象的描述，另一种是基于场的描述。【注】对象模型在计算机中常用矢量数据结构表示。矢量数据结构用空间离散点坐标来描述地理空间实体。场模型在计算机中常用栅格数据结构表示。4.地理实体的基本特征及数据类型（填空题）属性数据：描述空间对象的属性特征的数据，也称非几何数据。定位数据：描述空间对象的空间特征的数据，也称几何数据。一般用经纬度或X、Y坐标来表示。关系数据：描述空间对象之间的空间关系的数据（关系特征），一般通过拓扑关系表达。【注】地理实体在模型中表示为要素。要素是由几何实体和属性组成。几何实体是地理对象的外观特征或可视化形状。5.矢量数据结构（填空题、名词解释）概念：通过记录空间对象的坐标及其空间关系来表达地理实体的一种数据结构。点实体：记录点坐标和属性代码；线实体：记录两个或一系列采样点的坐标，并加属性代码；面实体：记录边界上一系列采样点的坐标，由于多边形封闭，边界为闭合环，加面域属性代码。6.栅格数据结构（填空题、名词解释）概念：指将地表区域划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素，其坐标位置可以用行号和列号确