地理信息系统
一、名词解释：
1、数据 信息：数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。
2、地理信息系统：
3、数据处理：数据处理是对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输。
4、空间内插: 即通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法。
5、元数据：描述数据的数据，对数据及信息资源的描述性信息。
6、拓扑结构：具有对点、线、面之间的拓扑关系进行明确定义和描述的矢量数据结构。
7、空间分析：是基于空间数据的分析技术，它以地学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成、空间演变等信息。
8、空间缓冲区分析：是根据分析对象的点、线、面实体，自动建立他们周围一定距离的带状区，用以识别这些 实体或主体对邻近对象的辐射范围或影响度，以便为某项分析或决策提供依据。 【缓冲区分析---缓冲区分析：即邻近度分析，是对空间点线面实体周围形成范围的一种距离空间的分析技术，主要描述地理实体目标的影响范围和服务范围．】
9、虚拟现实：也称虚拟环境或人工现实，是一种由计算机生成的高级人机交互系统，即构成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉、嗅觉的可感知环境，演练者通过专门的设备可在这个环境中实现观察、触摸、操作、检测等试验，有身临其境之感。
10、四叉树数据结构：是将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n≥1），直到子象限的数值单调为止。凡数值（特征码或类型值）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。这样,对同一种空间要素，其区域网格的大小，随该要素分布特征而不同。
11、数字高程模型：当数字地面模型的地面属性为海拔高程时，则该模型即为数字高程模型。简称DEM。
12、空间叠置分析：是指在统一空间参照系统条件下，每次将同一地区两个地理对象的图层进行叠合，以产生空间区域的多重属性特征。
13、空间数据库系统：空间数据库是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的综合，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
14、不规则三角网（TIN)：简称 TIN，它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（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）
15. 栅格数据结构：指基于栅格模型的数据结构，将空间分割成有规则的网格，然后在各个网格单元内赋予空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。点是一个像元；线由一定方向上连接成串的相邻像元组成；面由聚集在一起的相邻像元集合来表示。
16. 实体数据结构：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。
17. 空间网络分析：网络分析是指依据网络拓扑关系,通过考察网络元素的空间及属性数据,以数学理论模型为基础,对网络的性能特征进行多方面研究的一种分析计算。
18.矢量数据结构：通过记录空间对象的坐标及空间关系表达空间对象的几何位置。
19. GIS应用模型：是依据具体的应用目标和问题，借助于GIS自身的技术优势，使观念世界中形成的概念模型，具体化为信息世界中可操作的机理和过程。
20.数字地形模型： 简称DTM，是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。
21数据库：是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库。
22数据模型：是数据特征的抽象，是数据库管理的教学形式框架。
23空间数据的查询：空间数据的查询一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性条件和空间约束条件的地理对象。
24数字地球：一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的地球虚拟系统。
25地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
26拓扑关联：
27拓扑邻接：
28拓扑包含：
29空间数据：空间数据是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。（空间数据是一种用点、线、面以及实体等基本空间数据结构来表示人们赖以生存的自然世界的数据。）
第一章
1．地理信息系统的组成有哪些？
答案：（1）计算机硬件系统：是计算机系统中的实际物理装置的总称，是 GIS 的物理外壳。包括输入/输出设备、中央处理单元、存储器等，向提供信息、保存数据、返回信息给用户。
（2）计算机软件系统：计算机软件系统是指必需的各种程序。对于 GIS 应用而言，通常包括：计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支持软件、应用分析程序。
（3）系统开发、管理和使用人员：完善的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师以及最终运行系统的用户。地理信息系统专业人员是地理信息系统应用的关键。
（4）空间数据：它是由系统的建立者输入 GIS ，是系统程序作用的对象，是所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。主要包括空间位置、空间关系、属性等。
2．GIS的基本功能有哪些？
答案：（1）空间数据的采集和输入；（2）空间数据的编辑与管理；（3）空间数据的存储与管理；（4）空间查询与空间分析；（5）空间数据的显示与输出。
3、GIS和相关学科的关系。
①GIS与地理学：作为我一个从地理科学转过来的角度而言，地理学更加侧重的是地学知识的理论部分。地理学是研究地球表层自然要素与人文要素相互作用及其形成演化的特征、结构、格局、过程、地域分异与人地关系等。而GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要三维地理信息系统信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。地理学是GIS的理论依托，但GIS通过获得的大量数据和信息，通过分析，将分析后的信息应用于地学，有利于问题的认清与解决。
②GIS与测绘学、遥感（GIS的一个核心就是遥感）：测绘学研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形状和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地理分布，编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术学科。 当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。遥感对于测绘也是如虎添翼，能够做到基本测绘所涉及不到的区域。大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用，可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展测绘学和遥感在我的认识中，都是对于地球及其表面形态数据的获取，将获取的数据输入到GIS中，通过分析来解决相应问题。遥感、地理信息系统技术和最近发展起来的全球定位技术为地球科学提供了全新的研究手段，导致了地球科学的研究范围、内容、性质和方法的巨大变化。遥感扩大了人们的视野。
③GIS与计算机科学：计算机科学为GIS奠定了重要的科学技术手段。GIS对于问题的处理都是在计算机平台上完成的。当前，地球科学分析对计算机运算量有了越来越大的要求。这主要是因为遥感与地理信息系统中应用的数学分析模型将面对日益膨胀的地理信息系统构成的大型空间数据库，GIS相应地软件都是通过计算机的编译来完成，而且对于现在海量的信息，GIS必须依托计算机的强大运算功能来分析，，所以计算机科学的发展也在很大程度上影响着GIS的发展。
④GIS与管理科学：地理信息系统在管理科学中起到更加科学、精简、有序的作用。二者合一为管理信息系统 信息管理与信息系统，就是通过学习计算机技术和管理学，竞争情报等学科知识，通过计算机技术对海量的数据进行收集和信息处理，使之成为有用的信息，然后通过科学的统计学原理对信息的过滤和分析进而形成知识，最终目的就是运用所获取的知识来做出正确的决策。
4、GIS 的主要应用领域
①环境保护与管理：主要用 GIS 建立环境模型和环境信息系统， 对环境的变化及发展趋势进行预报分析， 同时通过统计分析及模拟研究为环境保护提供决策依据。此外，GIS 技术也已被用来建立植物种类与栖息地及环境因素有关的信息系统中。
②社会调查与统计分析：GIS 在国外已被广泛的应用到人口学、选举、人文地理等方面， 我国也已经开始开展这方面的研究和应用工作。
③城市基础设施管理：城市基础设施主要是指城市地下管道 ( 包括自来水、污水排放、煤气等管道 ) 、通信网络、邮政网点、道路与交通设施等。由于这些设施同时具有与几何和空间位置相关的特性， 建立基于 GIS 的信息系统能够提高对这些设施的管理水平， 同时能够极大地提高设计与施工、设备维护与故障排除、线路改造等方面的效率， 从而产生巨大的经济效益和社会效益。
④土地信息系统的建立：GIS 最早是从土地信息系统 LIS 建立的过程中发展起来的， 而大量高质量 GIS 软件平台的出现又促进了土地信息系统的建立。目前基于 GIS 软件平台的土地信息系统无论是图形处理、空间分析与统计、属性信息存储与查询、统计报表生成、决策支持等方面都比早期的土地信息系统有较大的改进。我国已经把土地信息系统的建设纳入了法制轨道， 新颁布的《中华人民共和国土地管理法》第三十条明确规定“国家建立全国土地信息系统， 对土地利用状况进行动态监测”。
⑤GIS 在其它领域的应用：GIS 已被广泛地应用到一些其它领域如城市规划、房地产开发及物业管理、商业开发与购物中心设置、资源调查、灾害预报与灾后评估、金融机构与投资分析、地质普查、采矿等。
第二章
5、通过实列说明 GIS 空间数据的基本特征及在计算机中的表示方法？
答：GIS 空间数据的基本特征：空间特征、属性特征、时间特征；①在计算机中空间特征采取空间分幅，即将整个地理空间划分为许多子空间，在选择要素表达子空间；②属性特征采取属性分层即将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表；③时间特征采取时间分段即将有时间特征的地理数据按其表化规律划分为不同的时间短数据再逐一表示。
6、GIS空间数据的计算机表示方式有哪几种？
1）空间分幅：将整个地理空间划分为许多子空间，再选择要表达的子空间。
2）属性分层：将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表达。
3）时间分段：将有时间特征的地理数据按其变化规律划分为不同的时间段数据，再逐一表示
6、空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析具有哪些重要的意义？
答案：空间数据的拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法，在 GIS 中，它不但用 于空间数据的编辑和组织，而且在空间分析和应用中都具有非常重要的意义。
（1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。因为拓扑数据已经清楚地反映出地理实体之间的逻辑结构关系，而且这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化。
（2）利用拓扑数据有利于空间要素的查询。例如应答像某区域与哪些区域邻接;某条河流能为哪些政区的居民提供水源;与某一湖泊邻接的土地利用类型有哪些;特别是野生生物学家可能想确定一块与湖泊相邻的土地覆盖区，用于与生物栖息环境作出评价等等，都需要利用拓扑数据。
（3）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。例如建立封闭多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的计算等等。
7、试述 GIS 空间拓扑关系编辑的功能及具体算法？P106
答：①多边形连接编辑功能：首先要找出要编辑多边形相关的所有记录，其次找在找出的 记录中，检查当前编辑的多边形所处的位置：如果带编辑的多边形在左多边形位置，将之与 处于有多边形位置的多边形号相交换， 同时也将该记录的节点号位置作相应的交换， 反之则 该记录的所有数据顺序不作改变；随后，从经过代码位置转换的记录中，任取一个起始节点 作为起点，顺序连接各个节点，必要时可对记录的前后顺序作调整，是的连接的节点能自行 封闭；如节点不能闭合则必须改正出错得记录。
②节点连接编辑功能：首先从弧段文件中找出与当前编辑的节点相关的所有记录；其次在 找出的记录中，检查当前编辑的节点所在的位置：如果待编辑的节点在起始节点位置，将之 与处于终止节点位置的节点号相交换， 同时也将该记录的多边形号位置作相应的交换反之则 该记录的所有数据项顺序不作改变；再者，从经过代码位置转换的记录中，任取一个左多边 形作为起点，顺序连接各个多边形，同样必要时可对记录的前后顺便作调整，使得连接的多 边形能首尾呼应。
8、简述栅格数据及其主要编码方式。
答案：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。栅格数据的主要编码方式包括：
（1）直接栅格编码：这是最简单直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都从左到右逐个象元记录，也可以奇数行地从左到右而偶数行地从右向左记录，为了特定目的还可采用其他特殊的顺序。
（2）压缩编码方法：目前有一系列栅格数据压缩编码方法，如键码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。其目的是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，其类型又有信息无损编码和信息有损编码之分。
a）链码：又称为弗里曼链码或边界链码，链码可以有效地压缩栅格数据，而且对于估算面积、长度、转折方向的凹凸度等运算十分方便，比较适合于存储图形数据。
b）游程长度编码：栅格图像常常有行（或列）方向上相邻的若干点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。一种编码方案是，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的代码重复的个数；另一种方案是逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码，
c）块码：块码是游程长度编码扩展到二维的情况，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，再加上记录单位的代码组成。
d ）四叉树：又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。分割的原则是，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少数几种地物时，则不再继续划分，否则一直划分到单个栅格象元为止。
9、栅格数据结构的编码方法如何？
答案：栅格数据的编码方法：
直接栅格编码，就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码；
压缩编码，包括链码、游程长度编码、块码、四叉树编码、八叉树编码、十六叉树编码等。 链码（弗里曼链码）比较适合存储图形数据；
游程长度编码通过记录行或列上相邻若干属性相同点的代码来实现； 块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域为记录单元；
四叉树编码是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，还能提高图形操作效率，具有可变的分辨率。
10、矢量数据与栅格数据的区别是什么？它们有什么共同点吗？
第三章
11、请举例说明常用的矢量和栅格数据的转换方法？
矢量转栅格： ①内部点扩散法，即由多边形内部种子点向周围邻点扩散，直至到达各边界为止； 复数积分算法，即由待判别点对多边形的封闭边界计算复数积分，来判断两者关系； 射线算法和扫描算法， 即由图外某点向待判点引射线， 通过射线与多边形边界交点数来判断 内外关系； ②边界代数算法， 是一种基于积分思想的矢量转栅格算法， 适合于记录拓扑关系的多边形矢 量数据转换，方法是由多边形边界上某点开始，顺时针搜索边界线，上行时边界左侧具有相同行坐标的栅格减去某值， 下行时边界左侧所有栅格点加上该值， 边界搜索完之后即完成多边形的转换。
栅格转矢量：即是提取具有相同编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑 栅格转矢量 关系，并表示成矢量格式边界线的过程。步骤包括：多边形边界提取，即使用高通滤波 将栅格图像二值化；边界线追踪，即对每个弧段由一个节点向另一个节点搜索；拓扑关系生成和去处多余点及曲线圆滑。
举例说明：
①矢量向栅格转换方法：矢量向栅格转换处理的更笨任务就是把点、线或面的矢量数据， 转换成对应的栅格数据，这一过程叫做栅格化。栅格化可以分别针对点、线和面来进行，点 的栅格化是线和面栅格化的基础。
转换方法： 立矢量数据的平面直角坐标系和栅格行列坐标 系之间的对应关系。点的栅格化：矢量坐标（x，y） ，转换后的栅格但愿行列值（I，J） ；线 的栅格化：线的栅格化先分解成折线的每一个线段的栅格化，对应一条线段的栅格化，先使 用点栅格化地方法，栅格化线段的两个端点，然后再栅格化线段中间的部分；
面得栅格化： 基于弧段数据的栅格化方法 与线段栅格化地方法类似，基于多边形数据栅格化地方法，这种方法是以非拓扑的实体的实体多边形作为栅格化地处理单元， 将一个多边形的内部栅格单元赋予多边形的属性值，基于多边形数据的栅格化方法包括：内点填充法、边界代数法和包含检验法等。
②栅格向矢量的转换方法：栅格数据结构向矢量数据结构转化又称为矢量化。
矢量化方法：1） 二值化， 想根据栅格数据建立一个阈值， 再根据这个阈值将不同的数据灰度严肃哦到 2 个弧 度形成二值图。
2）细化，是消除线画横断面栅格树的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线位置的单个栅格的宽度。细化又可分为“剥皮法” ，和“骨架法”两大类。 “剥皮法” ：实质是从曲线的边缘开始，每一次剥掉等于一个栅格宽的一层，直到最后留下 彼此连通的由单个栅格点组成的图形。 “骨架法”
3）跟踪法：是讲细化处理后的栅格数据转 换为从节点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储线段的坐标。
栅格数据的矢量化方法：1）首先在栅格数据中收索多边形边界弧段相交处的节点位置；
2）接着从收索出得节点里任选一个座位其实跟踪节点，顺着栅格单元属性值不同的两个栅 格单元之间进行多边形边界弧段的跟踪，记录每一步跟踪的坐标，直到另一个节点为止；
3）最后将各宗得到的弧段数据连接组织成多边形。
第四章
12、空间数据库的设计有哪些主要的步骤和内容？
答：空间数据库的设计要经历一个由现实世界到信息世界，再到计算机世界的转化过程。具 体步骤和内容为：
1）需求分析：即用系统的观点分析与某一特点的空间数据库应用有关系 的数据集合；
2）概念设计：把用户的需求加以解释，并用概念模型表达出来。
3）逻辑设计： 空间数据库逻辑设计的任务是， 把信息世界中的概念模型利用数据库管理系统所提共的工具 映射为计算机世界中伟数据库管理系统所支持的数据库模型，并用数据描述语言表达出来；
4）物理设计：数据库的物理设计指数据库存储结构和存储路径的设计，即将数据库的逻辑 模型在实际的物理存储设备上加以实现，从而建立一个具有较好性能的物理数据库。
13、什么是关系数据模型？其中的基本概念，如元组、 属性、关键字、 模式、关系数据库、关系完整性等的含义分别是什么？
答： 关系数据模型是将用户对数据的视图与其物理实现分割开来， 从而使得关系模型十分有 利于数据库的设计。
基本概念含义：
元组：每个实例对应于表中的一行，在关系镇南关叫做元组，相当于通常的一个记录；
域：表中的列表示属性，叫做域，相当于通常记录中的一个数据项；
属性： 关键字：关系中的某一属性组，若它的唯一地标识了一个元组则称该属性组为候选关键字；
关系模式： 关系数据库：一系列关系的集合构成一个关系数据库； 关系完整性：关系的正确性相容性和有效性；
14、何谓元数据？元数据的作用和意义？
答案：元数据是关于数据的描述性数据信息，说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息。其目的是促进数据集的高效利用，并为计算机辅助软件工程服务。
元数据的作用和意义：帮助数据生产单位有效的维护和管理数据；提供有关数据生产单位的各种有关信息供用户查询；帮助用户了解数据； 提供有关信息，以便用户处理和转换有用数据。采用元数据可以便于数据共享。
第六章
15、什么是缓冲区分析？请举例说明它有什么用途。
答案：缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一，是指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。例如，某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析；而在对野生动物栖息地的评价中，动物的活动区域往往是在距它们生存所需的水源或栖息地一定距离的范围内，为此可用面缓冲区进行分析，等等。
16、常用的网络的分析有什么？对GIS应用有何价值？请举几个例子说明。
答案：常用的网络的分析有：
（1）路径分析 a. 最短路径分析 b. 最小生成树 c. 最小费用最大流
（2）网络上的定位与分配模型的启发式算法。
空间网络分析是GIS空间分析的重要组成部分。其用途很广，如公交运营路线选择和紧急救援行动路线的选择等，与网络最佳路径选择有关；当估计排水系统在暴雨期间是否溢流及河流是否泛滥时，需要进行网流量分析或负荷估计等等。
