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GIS考研资料
一、名词解释:
1、数字地球:
所谓“数字地球”,可以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识。
其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动等方面的问题,最大限度地利用资源,并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关地球的信息,其特点是嵌入海量地理数据,实现多分辨率、三维对地球的描述,即“虚拟地球”。
通俗地讲,就是用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入电脑中,实现在网络上的流通,并使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、生活、娱乐服务。
严格地讲,数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础,以宽带网络为纽带运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述,并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。
2、数字高程模型(DEM):
描述地面特性的空间分布的有序数值阵列称为数字地面模型;地面特性为高程或海拔高程的DTM成为数字高程模型(DEM)。
3、数字地面模型(DTM):
即Digital Terrain Model, 是地形表面形态属性信息的数字表达,是描述地面特性的空间分布的有序数值阵列。
4、拓扑关系:
描述空间实体间的像邻、包含和相交等空间关系;
5、缓冲区分析:
根据数据库中点、线、面实体,自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形。
6、不规则三角网模型(TIN):
其主要是采用不规则多边形来拟合地表,描述数字高程表面。
在TIN模型中,点的位置控制着三角形的顶点,这些三角形尽可能接近等边,地表地形就可由一组三角形很好地表示出来。
三角网的一个优点就是,其三角形的大小随点密度变化而自动变化。
7、空间内插:
精确插值:
利用离散点数据插值(距离加权平均法、方位取点加权法、趋势面发、克立格法、曲面样条函数法);利用格网数据插值(线性内插、双线性多项式内插、双三次样条函数法)。
粗略插值:
利用离散点数据插值(傅立叶级数插值、指数级数插值、按距离加权最小二乘插值法、最小二乘样条函数法);利用格网数据插值(同精确)。
8、空间实体和空间目标:
在地理信息系统中不可再分的最小单元现象称空间实体。
通常,以分类码和识别码来描述某一实体。
“分类码”是对具有某一特征的实体子集的描述,而“识别码”是对单个实体的识别描述,在系统中必须是唯一的,表现形式可以是数字也可以是名称。
而所谓空间目标是空间实体的物理表示。
9、分类码和识别码:
“分类码”是对具有某一特征的实体子集的描述,而“识别码”是对单个实体的识别描述,在系统中必须是唯一的,表现形式可以是数字也可以是名称。
10、空间叠置分析:
空间叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作,其结果将原来要素分割生成新的要素,新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。
也就是说,叠加分析不仅生成了新的空间关系,还将输入数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。
叠加分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析,进而产生用户需要的结果或回答用户提出的问题。
11、空间信息可视化:
利用地学计算支持可视思维、地理理解和空间认知。
地理空间可视化通过强大的、有效的地图系统将复杂的空间和属性数据以地理的形式展现出来,从而挖掘数据之间的关联性和发展趋势,了解市场动态、发现商业机会,进而作出及时和正确的判断和决策。
空间信息的可视化是现有计算机可视化技术的具体应用,是以地理环境作为依托,强调的是地理认知与分析,透过视觉效果,探讨空间信息所反映的规律知识是空间信息可视化的真正目的。
12、地理数据和地理信息:
13、3S集成:
所谓“3S”是全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)和遥感(RS)的统称。
“3S”集成是指将上述3种对地观测新技术及其他相关技术有机地集成在一起。
这里所说的集成,是英文Integration的中译文,是指一种有机的结合,在线的连接、实时的处理和系统的整体性。
GPS、RS、GIS集成的方式可以在不同技术水平上实现。
“3S”集成包括空基3S集成与地基3S集成。
空基“3S”集成:
用空─地定位模式实现直接对地观测,主要目的是在无地面控制点(或有少量地面控制点)的情况下,实现航空航天遥感信息的直接对地定位、侦察、制导、测量等。
地基“3S”集成:
车载、舰载定位导航和对地面目标的定位、跟踪、测量等实时作业。
14、GPS:
GPS是卫星定位系统,全称GlobalPositionSystem,由美国从上个世纪70年代始开发,GPS系统主要有三大组成部分,即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。
GPS的空间星座部分由24颗均匀分布在6个轨道平面内的卫星组成;GPS的地面监控部分负责卫星的监控和卫星星历的计算,它包括1个主控站、3个注入站和5个监测站;GPS的用户设备主要由接收机硬件和处理软件组成。
用户通过用户设备接收GPS卫星信号,经信号处理而获得用户位置、速度等信息,最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。
它是地理数据的一种重要获取手段。
15、GIS:
是Geographic Information System的缩写。
指由计算机系统、地理数据和用户组成的,通过对地理数据的集成、超出、检索、操作和分析,生成并输出各种地理信息,从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府各部门行政管理提供新的知识,为工程设计和规划管理提供决策服务。
16、游程长度编码:
具有相同属性的邻近栅格单元合并在一起,合并一次称为一个游程,游程用一对数字来表示,第一个表示长度,第二个表示属性值。
17、常规四叉树结构:
把一幅图象或一幅栅格地图等分为四部分,如果检查到某个子区的所有格网都含有相同的值(灰度或属性值),那么这个子区域就不再往下分割,否则,把这个区域再分割成四个子区域,这样递归分割,直到每个子块只含有相同的灰度或属性值为止。
18、空间拟合:
19、地理空间数据库:
20、元数据(Metadata):
关于数据的数据,包括数据集的描述、数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据序列等的说明、数据质量的描述、数据处理信息的说明、数据转换方法的描述等。
21、地理信息科学(Geoinformatics):
地理信息科学是为了与数字地球时代相适应,而从20世纪90年代开始正在蓬勃兴起的地球科学的前沿领域。
它是遥感、全球定位系统、地理信息系统、数字传输网络等一系列现代信息技术高度集成形成的以地理信息系统为核心的空间信息技术体系,与信息科学、地理科学交叉融合形成的科学系统,是地球信息科学的重要分支学科。
Goodchild于1992年提出了地理信息科学概念。
地理信息科学主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存贮、提取以及管理和分析的过程中所提出的一系列基本问题,如数据的获取与集成、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。
22、空间数据结构:
空间数据结构是指对空间数据进行合理的组织,以便于进行计算机处理。
数据结构是数据模型和文件格式之间的中间媒介。
例如,游程编码是一种适合于栅格数据模型的数据结构,它能以各种各样的数据格式写到数据文件中。
23、地理建模:
应用数学手段对真实的地理空间世界进行模拟表达。
24、WebGIS:
它是一基于网络的,以地球空间信息的管理、开发、处理和应用为目标的技术系统。
是在Internet或Intranet网络环境下的一种兼容、存储、处理、分析和显示与应用地理信息的计算机信息系统。
它的基本思想就是在互联网上提供地理信息,让用户通过浏览器浏览和获得一个地理信息系统中的数据和功能服务。
25、C/S结构:
客户/服务器的含义非常广泛,数据库技术和分布处理技术都和它密切相关。
通过平衡客户/服务器间的数据通信和地理运算,能够利用服务器的高性能处理复杂的关键性业务,并降低网络数据流量:
通过规划客户/服务器模式的GIS系统,用户能够最大限度地利用网络上的各种资源。
26、GIS互操作:
允许数据在不同的GIS系统之间无缝传输;一个应用系统中的应用可以调用另一个应用系统中的应用,来完成逻辑上统一的任务。
27、空间数据库引擎(SDE):
28、COMGIS:
所谓ComGIS,是指基于组件对象平台,以一组具有某种标准通信接口的、允许跨语言应用的组件提供的GIS。
这种组件称为GIS组件,GIS组件之间以及GIS组件与其他组件之间可以通过标准的通信接口实现交互,这种交互甚至可以跨计算机实现。
29、GridGIS:
30、OfficeGIS:
31、空间数据库引擎(SDE):
SDE采用真正的客户/服务器体系结构的,是高性能、面向目标的空间数据库管理系统,并提供一系列用于管理和访问大型分布式的地理数据的功能,SDE为系统开发者和集成商提供了一个高效能分布式和多用户的实时应用系统开发工具,它由一个多线程的空间数据库服务器和客户应用程序接口(API)组成。
32、开放式地理信息系统(OpenGIS):
是为GIS的开放、集成、合作和人机和谐的标准和规范。
它可以进行不同层次的互操作,可以使一种应用软件产生的地理信息被另一软件读取。
openGIS也即开放式地理信息系统,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。
OpenGIS是开放的地学数据互操作规范的最高层规范。
它是指在计算机和通信环境下,根据行业标准和接口所建立起来的地理信息系统,在这个系统中,不同厂商的地理信息系统软件以及异构分布数据库能相互通过借口交换数据,并将他们结合在一个集成式的操作环境中。
它具有以下特点:
互操作性 不同地理信息系统软件之间连接方便,信息交换没有障碍
可扩展性 硬件方面,可在不同软件不同档次的计算机上运行,起性能和硬件平台的性能成正比;软件方面,增加了新的地学空间数据和地学数据处理功能。
技术公开性 开放的思想主要是对用户公开,公开源代码及规范说明是重要的途径之一。
可移植性 独立于软件、硬件及网络环境,因此它不需要修改便可在不同的计算机上运行。
兼容性 通过无逢集成技术保护用户在原有数据及软件上的投资,他将现有的信息技术和以有的地学处理软件熔为一炉;同时他对用户是透明的,应用程序稍加修改便能在不同的平台上运行。
可实现性 随着操作系统、通讯技术及面向对象方法技术在分布处理系统中的应用,开放式地理信息系统的开发将变的易于实现。
协同性 能够尽可能的兼容其他信息处理技术以及共享信息技术的标准。
33、虚拟现实:
是一门集成了人与信息的科学。
其核心是由一些三维的交互式计算机生成的环境组成。
这些环境可以是真实的,也可以是想象的世界模型,其目的是通过人工合成的经历来表示信息。
有了虚拟现实技术,复杂或抽象系统的概念的形成可以通过将系统的各子部件以某种方式表示成具有确切含义的符号而成为可能。
虚拟现实是融合了许多人的因素,且放大了它对个人感觉影响的工程。
虚拟现实技术是建立在集成诸多学科如心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、电子学、机器人及多媒体技术等之上的。
34、空间数据仓库:
35、地图符号:
36、地理空间中的栅格表达方法:
主要用于描述空间实体的级别分布特征及其位置。
在栅格表达中,对空间实体的最小表达单位为一个单元或象素,依行列构成的单元矩阵叫栅格,每个单元通过一定的数值表达方式表达空间地理现象。
37、矢量结构:
矢量结构是通过记录坐标的方式,用点、线、面等基本要素尽可能精确的来表示各种地理实体。
具有定位明显、属性隐含的特点。
38、栅格数据结构:
栅格结构是最简单最直接的空间数据结构,是指将地球表面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、列定义,并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值,或仅仅包括指向其属性记录的指针。
因此,栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织,组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
栅格结构的显著特点是:
属性明显,定位隐含。
39、节点(node)/顶点(vertex):
40、地址匹配:
指利用人们习惯的地址(如街道门牌号)信息来确定它在地图上确切位置的技术。
在实际问题中,客户名单、事故报告、报警中所使用的地址信息多数都是按人们的习惯的街道门牌号等文字形式提供的,经常在地图上需迅速定位,例如110报警后,需要迅速定位求救地点,然后才可采取进一步的措施(例如寻求最优路径前往救助)地址编码和地址匹配就是解决此类问题的。
41、空间数据精度:
精度是指对质量单元的平均误差范围的度量。
空间数据精度一般包括空间数据的位置精度和空间数据的时态精度。
位置精度包含三方面:
A、绝对精度,空间位置相对于外部参照系的精度B、相对精度,数据内的空间对象间的相对位置精度,比如距离精度C、格网精度;时态表达了空间对象的建立、消亡的时间属性,时态决定了空间数据的现势性,时态精度包括三方面:
A、时间度量精度B、时态一致性C、时效
42、GML:
GML是由OpenGIS联盟制定的基于XML的对地理信息(包括地理特征的几何和属性)的传输和存储的编码规范;是一个简单的基于文本的地理特征编码标准;是基于OGC创建的公共地理模型(OGC抽象规范)基础上的,已经被大多数的GIS开发商所接受并得到进一步的开发。
43、NSDI:
44、空间索引:
45、投影转换:
46、Network分析:
47、3DGIS:
48、空间特征数据:
表示空间实体的位置或现在所处的地理位置以及拓扑关系的集合特征。
49、泰森多边形:
三角形的相邻边的垂直平分线的焦点围成的多边形,满足三个条件:
(1)每个多边形内仅包含一个离散点;
(2)对属于包含离散点(xi,yi)的多边形内的任一点(xk,yk)有[(xk-xi)2+(yk-yi)2]<[(xk-xj)2+(yk-yj)2];(3)若点(xm,ym)位于含离散点(xi,yi)和(xj,yj)的两个多边形上,则有[(xm-xi)2+(ym-yi)2]=[(xm-xj)2+(ym-yj)2]。
50、空间数据质量:
误差、数据的准确度、数据的精密度、数据的不确定性;
51、地理信息系统工程:
应用系统原理和方法,针对特定的实用目的和要求,统筹设计、优化、建设、评价、维护使用GIS的全部过程和步骤。
52、空间对象:
无论多么复杂的空间实体,都可以用一个对象准确表示,不需要把复杂对象分解为单一的对象实体再用矢量表示方法加以表示。
53、线性四叉树:
线性四叉树只存储最后叶结点的信息,即结点的位置、大小和灰度。
叶结点位置采用四进制的Morton码表示,大小用接点的深度或层次表示。
54、数据模型:
实体组和它们之间的关系;
55、统计叠置分析(矢量):
将同一地区、同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠置,进行多边形范围内的属性特征的统计分析。
56、坡向分析:
根据DTM数据计算计算坡向,在实际应用中进行综合得到四种坡向:
平缓坡、阳坡、半阳坡阴坡;
57、空间聚类分析:
根据变量的属性和特征的相似性、亲疏程度,用数学的方法把它们逐步地分型划类,最后得到一个反映个体间群体间亲疏关系的分类系统。
58、拓扑检索:
根据空间对象间的空间关系进行检索,包含直接拓扑检索和间接拓扑检索;
59、关系数据库模型:
把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表格,每个二维表格称为一个关系。
关系表由许多同类的实体组成,每个实体对应表中的一行,表中的列表示同一种属性。
60、空间拓扑叠加:
即overlap,指针对多种类型输入数据层的某种函数的叠加运算,把分散在不同层上的空间、属性信息按相同的空间位置叠加到一起,合成新的一层,是GIS中最常见的模型分析方法。
叠合过程往往是对空间信息和对应的属性信息作集合的交、并、差、余运算,并可进一步对属性作其它的数学运算。
包括面与面、线与面、点与面的叠合。
也可分为简单的视觉信息叠合和较复杂的分类模型叠合。
61、数据字典:
(DataDictionary)指关于数据集的描述,数据集的要素值、数据产品等的文件集。
数据字典是管理数据的基础,它不再单是数据结构的简单描述文档,它需要描述更详细的数据内容。
62、数据压缩:
空间数据输入计算机系统后,有时为了减少数据的存储量,节省存储空间,加快后继处理速度,常常把大量的原始数据转换为有用的、有条理的、精炼而简单的信息,这个转换过程称为数据压缩。
63、LBS:
位置服务(LBS,LocationBasedServices)又称定位服务,是指通过移动终端和移动网络的配合,确定移动用户的实际地理位置,从而提供用户所需要的与位置相关的服务信息,是利用用户位置信息进行增值服务的一种移动通信与导航融合的服务形式。
位置服务业务一直被业界认为是短信之后的又一杀手级的数据业务,在日本、韩国的发展势头也比较强劲,但在中国的发展一直不温不火。
2001年5月,北京移动基于移动梦网卡推出位置服务,随后,中国联通于2003年7月推出定位之星业务。
位置服务业务在中国已经发展了3年多,始终处于缓慢增长阶段。
如何让公认为杀手级业务的位置服务转换为既带来ARPU值提高又满足用户需求的业务,将是以运营商为主导的位置服务业务链亟需解决的问题。
二、简答题
1、试分析地理信息系统中数据的误差来源。
答:
数据采集(实地测量误差、航测遥感数据分析误差、地图的误差)、数据输入(数字化过程中操作员和设备造成的误差 、地理属性没有明显边界引起的误差)、数据存储(数据存储有效位不能满足、空间精度不能满足)、数据操作(类别间的不明确、边界误差、多层数据叠加误差、多边形叠加产生的裂缝)、数据输出(比例尺误差、输出设备误差、介质的变形误差)、成果使用(用户错误理解信息造成的误差、不正确使用信息造成的误差)。
2、简述地理信息系统软件的体系结构与功能作用。
答:
它由三个基本部分构成:
(1)计算机系统:
包括硬件系统和软件系统。
硬件部分包括数据输入设备(数字化仪等)、数据存储和处理设备(中央处理机CPU和磁盘驱动器)、输出设备(绘图仪、打印机等)。
软件系统包括计算机系统软件、GIS系统软件和应用分析软件。
(2)地理数据库系统:
由数据库实体(一般包括三方面内容,即空间位置坐标数据、地理实体间的拓扑关系以及相应的属性数据)和地理数据库管理系统组成
(3)地理信息系统的应用人员和组织机构:
地理信息系统专业人员是地理信息系统应用成功的关键,而强有力的组织是系统运行的保障。
另外,从系统的数据处理看,GIS由5个基本模块组成:
数据输入子系统、数据存储与检索子系统、数据处理与分析子系统和数据输出子系统组成。
3、试以实例说明空间数据的基本特征及其在计算机中的表示方法。
4、试写出矢量和栅格数据结构的模式,并列表比较其优缺点。
答:
矢量结构是通过记录坐标的方式,用点、线、面等基本要素尽可能精确的来表示各种地理实体。
具有定位明显、属性隐含的特点。
栅格结构是将地面划分为均匀的网格,每个网格作为一个像元,像元的位置有所在行、列号确定,像元所含有的代码表示其属性类型或仅是与其属性记录相联系的指针。
矢量结构的优点是:
显示图形的质量高,可视性好;
存储数据量较小;
应用网络分析可建立完整的拓扑关系;
显示数据精度高
可对图形及其属性进行检索、更新和概括。
其不足之处在于:
数据结构较为复杂;
多图叠加操作较困难;
由于拓扑关系的不同,使得模拟操作较困难;
数据输出的费用较高;
难于进行某些空间分析运算。
栅格结构的优点是:
数据结构简单;
易于与遥感影象和数字测量影象等数据结合;
易于进行各种空间操作和空间分析;
易于进行模拟操作;
有发展潜力。
其缺点为:
图形数据量大;
减少数据量要以牺牲精度为前提;
图形显示的可视性不如矢量结构;
网络分析较难;
投影变换较为耗时。
5、简述gis的空间分析功能,并试以实例说明其在地理学中的应用。
答:
GIS中的空间分析是指利用计算机对数字地图进行分析,从而获取和传输空间信息,空间分析已成为地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征,也成为评价一个地理信息系统功能的主要指标之一。
空间分析既是基于地理对象的位置和形态特征的数据分析技术,其目的在于提取和传输空间信息也是各类综合性地学分析模型的基础,为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本工具。
GIS的核心功能包括数据管理、数据表达和数据分析。
前两项的能力建设基于计算机科学,而GIS数据分析能力建设则主要基于空间数据分析领域的研究进展。
基于GIS的空间分析主要包括两大类:
空间基本分析,即基于图的分析。
该分析功能与GIS其它功能模块紧密联系,技术发展也比较成熟。
主要有空间信息量算、缓冲区分析、空间拓扑叠置分析、网络分析、复合分析、邻近分析及空间联结、空间统计分析等。
空间模拟分析,也称为专业型空间分析。
该技术解决应用领域对空间数据处理与输出的特殊要求,空间实体和关系通过专业模型得到简化和抽象,而系统则通过模型进行分析操作。
以空间分析在农用地定级估价中的应用为例:
GIS空间分析在我国当前的农用地定级工作中的应用主要包括以下几部分:
基本的空间查询与量算。
图形与属性的互查是最常用的查询,主要有两类,第一类是按属性信息的要求来查询定位空间位置;第二类是根据对象的空间位置查询有关属性信息。
专题信息的生成。
利用GIS软件的空间分析和属性数据的检索功能,快速的生成所需要的专题信息。
地图叠置划分定级单元。
定级单元的划分方法很多,叠置法划分评价单元是一种普遍为人们接受的精度较高方法。
利用GIS的空间叠置分析功能令图形叠置十分简单。
定级单元分值的计算。
通过缓冲区分析等空间分析功能及相应的属性数据计算每个作用因子对定级单元的作用分。
划分农用地级别。
可以利用GIS的属性分类统计同能自动绘制出评价单元定级指数的分组频率图,然后采用一定的数学模型根据分值的分布规律划分级别。
6、简述空间数据的拓朴关系及其对GIS数据处理与空间分析有何重要意义。
7、简述GIS空间数据库设计的基本步骤。
8、试述GIS、RS和GPS集成的定义、理论与关键技术。
9、试述矢量格式向栅格格式数据转换有那几种方法?
写出各自算法的要点,并比较他们的优缺点。
10、简述数字地球的关键技术。
答:
AlGore在他的报告中,数字地球技术系统的核心技术包括以下几个方面:
(1)计算科学(ComputationalScience):
在计算机出现前,科学试验或实验这种创造知识的方法一直受到限制,尤其是对复杂的自然现象,包括地球的某些现象是不能进行实验的。
计算机,尤其是高速计算机的出现,不仅能对复杂的数据进行实时,准实时的分析,而且还能对复杂的现象进行仿真和虚拟实验,从而获得知识创新和发展理论的效果。
所以把科学计算放在首位。
(2)海量存贮(MassStorage),仅美国航天局(NASA)每天产生1000G字节的信息,要求每天能存贮和处理1015字节以上的设施。
而且信息量还在不断增长。
(3)卫星图像(SatelliteImage):
行政部已授权商业卫星系统能提供1米分辨,甚至1英尺分辨力的图像,这为编制地图提供了足够的精度,实现了以前只有航空影像才能达到的精度。
(4)宽带网络(BroadbandNetworks):
数字地球所需的数据决不是由一个数据库来存贮,而是由无数个、分布在不同部分、不同地点的,即分布式的数据库来存贮,并由高速网络来连接。
网络的传输速度目前要求10G/s,将来要求103G/s
(5
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