地理信息系统教程及参考答案

1.地理信息系统的定义是由两个部分组成的。一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。2.TIN即不规则三角网（TriangulatedIrregularNetwork），是一种表示数字高程模型的方法。TIN模型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。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到。3.元数据是关于数据的描述性数据信息，它应尽可能多地反映数据集自身的特征规律，以便于用户对数据集的准确、高效与充分的开发与利用。元数据的内容包括对数据集的描述、）对数据质量的描述、对数据处理信息的说明、对数据转换方法的描述、对数据库的更新、集成等的说明。4.信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理设备形式的“地理信息系统教程”习题及参考答案第一章绪论1.什么是数据和信息？它们有何联系和区别？定义：数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。联系和区别：信息与数据是不可分离的。信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。信息是对数据解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息；就本质而言，数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。即不随载体的物理设备形式的改变而改变。信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。2.什么是地理信息系统（GIS）?与地图数据库有什么异同?与地理信息的关系是什么?GIS定义：GIS是一个发展的概念。不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的定义。定义①：是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。定义②：是在计算机软硬件支持下，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，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。定义③：是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。定义④：地理信息系统是一种决策支持系统。它的定义由两方面组成，一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以空间数据库为基础，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的计算机技术系统。定义⑤：目前有人认为“GIS”从原来强调空间信息技术系统(SYESTEM)，发展到地球信息科学体系形成(SCIENCE)，现在已强调空间信息服务(SERVICE)。GIS与地图数据库的异同：地图数据库有比例尺概念，GIS是为某一特定比例尺建立的一个地图成品仓库，它可由GIS管理，其中的地图具有图形表现属性,一般数据库不需具备这些属性；它是GIS的下游产品，它的更新依赖于GIS，它提供的信息是GIS向人们提供服务的中间产品；GIS是在地理信息的基础上对真实世界进行数量化处理分析，但地图数据库存在的地理要素经人为修改，不完全是真实地理的反映；GIS与地理信息的关系：GIS操作对象是空间数据，表达内容是与时空有关的地理信息。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。地理信息具有地域性、多维结构性、时序性等特征。2.地理信息系统由哪些部分组成?与其它信息系统的主要区别有哪些?从计算机系统的角度来看，GIS是由软件、硬件、数据和用户组成。用户（GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户）软件（支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统，是系统的核心，按其功能分为GIS专业软件，数据库软件和系统管理软件等）硬件（各种设备-物质基础，用以存储、处理、传输和显示地理信息或空间数据，主要包括：GIS主机，GIS外部设备，GIS网络设备等）。数据（系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础，它具体描述实体的空间特征、属性特征和时间特征）也有人认为GIS是由硬件、软件、数据、应用模型、开发者和一般用户组成。信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用信息。GIS与其它信息系统的主要区别：GIS与一般MIS比较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、数据检索等都是GIS广泛使用的核心技术。但GIS是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，即使存储了图形，也是以文件的形式存储，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。GIS与CAD和CAM比较管理图形数据和非空间属性数据的系统不一定是GIS，如CAD或AutoCAD，CAM（ComputerAidedMap计算机地图系统\计算机辅助制图）GIS与CAD共同点GIS与CAD不同点都有空间坐标系统；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；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；图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱；GIS的属性库结构复杂，功能强大；CAD中的拓扑关系较为简单；GIS强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁；一般采用几何坐标GIS采用地理坐标系GIS与CAM比较：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；CAM是GIS的重要组成部分CAM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；GIS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。CAM与数据库的联系通常是一些简单的查询。3.地理信息系统中的数据都包含哪些?GIS数据包括电子数据和非电子数据。或：GIS数据源自地图数据、遥感数据、GPS数据、文本数据、统计数据、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据。4.地理信息系统的基本功能有哪些?基本功能与应用功能是根据什么来区分的?地理信息系统基本功能概述：数据采集、监测与编辑；数据处理与变换（矢栅转换、制图综合）；数据存储与组织（矢量和栅格模型）；空间查询与分析（空间检索、空间拓扑、叠加分析、缓冲分析、网络分析等）；图形交互与显示（各种成果表现方式）。根据社会和用户的需求，GIS是依托基本功能利用空间分析技术模型分析技术，网络技术，数据库和数据集成技术二次开发环境等，演绎出众多的GIS应用系统。5.与其它信息系统相比，地理信息系统的哪些功能是比较独特的?与其它信息系统相比，GIS空间分析作为核心功能是比较独特的。6.地理信息系统的科学理论基础有哪些?是否可以称地理信息系统为一门科学?地理信息系统的科学理论基础是地球信息科学理论，包括地理学、地图学、测量学、数学、统计学、计算机科学等交叉学科以及一切与获取、处理和分析空间数据有关的科学技术的支撑。地理信息的研究和方法应该是科学，因它已经具备成为科学的条件，有明确的研究对象和研究手段，有自己的理论体系，有一定数量的研究队伍，有明确的研究领域和广泛的服务对象，已由技术发展为科学。即：GeographicInformationSystem向GeographicInformationScience7.试举例说明地理信息系统的应用前景。当前，GIS正向着集成化、产业化和社会化发展规律方向迈进，呈现以下主要发展态势：①GIS已成为一门综合性技术；即GIS集成技术，3S技术等名词的出现。②GIS产业化的发展势头强劲；③GIS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。目前GIS在各行各业都得到应用，如资源规划管理、全球变化、灾害预测等，具有广泛的应用前景。8.GIS近代发展有什么特点?GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图，1960年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson提出了把地图变成数字形式的地图，1963年，又提出GIS这一术语，并建立了第一个GIS――加拿大GIS，随后GIS在全世界迅速发展起来。国际GIS的发展状况60年代，探索时期（GIS思想和技术方法的探索）。当时，人们关注的主题“什么是GIS？，GIS能干什么？”；70年代，巩固时期，（这时由于计算机技术及其在自然资源和环境数据处理的应用，促进GIS迅速发展）。这期间，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理等方面；80年代，实验阶段（也是GIS普遍发展和推广应用阶段）。此时，人们把GIS与RS结合，解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等；90年代，全面应用（产业化阶段）。对GIS进一步研究，研究的内容集中在“空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等方面；现代，普及发展阶段。随着信息网络化发展和深入，GIS与世界接轨,尤其在发展中国家得到重视和发展。我国GIS的发展我国GIS起步虽较晚，但发展较快，可分为以下几个阶段：70年代，准备阶段：一些知名人士GIS先驱看到GIS的广阔前景和GIS的重要性，进行极积呼吁，为GIS在我国的发展奠定了与论准备基础并做了一些可行性实验。80年代，试验起步阶段:这期间，我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些典型，试验专题试验软件开发工作。90年代，我国GIS发展阶段：我国改革开放以来，沿海，治江经济开发区的发展土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，这也推动GIS在我国的全面发展。96年以来，是我国GIS产业化阶段：近几年来，我国经济信息化的基础设施和重大信息工程已纳入国家计划，一批国家级和地方级的GIS相继建立并投入运行，一批专业遥感基地已建立，并进入了产业化运行，一批综合运用“3S”技术的重点项目已实施，并在自然灾害监测和图土资源调查中发挥效益，一批高等院校开设了与GIS相关的新专业，培养了一大批从事GIS研究与开发的高层次人才，具有我国自主版权的GIS基础软件的研制逐步进入了产业化轨道，等等这些都标志我国GIS产业已进入新的发展阶段。第二章空间数据结构和数据模型1．GIS的研究对象是什么?地理实体有什么特点?GIS的研究对象是地理实体，即指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元。地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，例如，在全国地图上由于比例尺很小，福州就是一个点，这个点不能再分割，可以把福州定为一个空间实体，而在大比例尺的福州市地图上，福州的许多房屋，街道都要表达出来，所以福州必须再分割，不能作为一个空间实体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见，GIS中的地理实体是一个概括，复杂，相对的概念。地理实体以什么形式存储和处理反映了实体的三个特征。属性特征：对空间实体的