1.2 課后習題詳解

1.?什么是地理信息系統(tǒng)(GIS)?它與一般的計算機應(yīng)用系統(tǒng)有哪些異同點?

答:(1)地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。

(2)與一般計算機應(yīng)用系統(tǒng)的異同點

地理信息系統(tǒng)隸屬于信息系統(tǒng)，屬于空間信息系統(tǒng)。它與非空間信息系統(tǒng)(如管理信息系統(tǒng))的主要區(qū)別在于它能夠處理空間定位數(shù)據(jù)，并且其存儲和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的。具體如下:

①GIS與機助制圖系統(tǒng)

機助制圖是地理信息系統(tǒng)的主要技術(shù)基礎(chǔ)，它涉及GIS據(jù)表示、處理、可視化甚至空間數(shù)據(jù)的管理。地理信息系統(tǒng)和數(shù)字制圖系統(tǒng)的主要區(qū)別在于空間分析方面。一個功能完善的地理信息系統(tǒng)可以包含數(shù)字制圖系統(tǒng)的所有功能，此外它還應(yīng)具有豐富的空間分析功能。

②GIS與DBMS(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))

GIS除需要功能強大的空間數(shù)據(jù)的管理功能之外，還需要具有圖形數(shù)據(jù)的采集、空間數(shù)據(jù)的可視化和空間分析等功能。因此，GIS在硬件和軟件方面均比一般事務(wù)數(shù)據(jù)庫更加復(fù)雜，在功能上也比后者要多得多。

③GIS與CAD系統(tǒng)二者雖然都有參考系統(tǒng)，都能描述圖形，但CAD系統(tǒng)只處理規(guī)則的幾何圖形、屬性庫功能弱，更缺乏分析和判斷能力。

④GIS 與遙感圖像處理的系統(tǒng)

遙感圖像處理的系統(tǒng)是專門用于對遙感圖像數(shù)據(jù)處理進行分析處理的軟件。它主要強調(diào)對遙感柵格數(shù)據(jù)的幾何處理、灰度處理和專題信息提取。這種系統(tǒng)一般缺少實體的空間關(guān)系描述，難以進行某一實體的屬性查詢和空間關(guān)系查詢以及網(wǎng)絡(luò)分析等功能。

2.地理信息系統(tǒng)有哪幾個主要部分組成?它的基本功能有哪些?試舉目前廣泛應(yīng)用的兩個基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)軟件為例，列出它們的功能分類表，并比較其異同點。

答:(1)系統(tǒng)組成

地理信息系統(tǒng)，一般包括系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用人員和應(yīng)用模型。

①系統(tǒng)硬件

用以存儲、處理、傳輸和顯示空間數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)。

②系統(tǒng)軟件

用于執(zhí)行GIS功能的各種操作。

③空間數(shù)據(jù)

它具體描述地理實體的屬性特征、空間特征。

④應(yīng)用人員

包括開發(fā)人員和最終用戶。

⑤應(yīng)用模型

應(yīng)用模型是GIS生命力的重要保證。

(2)系統(tǒng)功能

①數(shù)據(jù)采集與編輯功能

包括圖形數(shù)據(jù)采集與編輯和屬性數(shù)據(jù)編輯與分析。

②數(shù)據(jù)的存儲和管理功能

地理信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)存儲和管理的高新技術(shù)，包括數(shù)據(jù)庫定義、數(shù)據(jù)庫的建立與維護、數(shù)據(jù)庫操作、通訊功能等。

③數(shù)據(jù)處理和變換

包括數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構(gòu)、數(shù)據(jù)抽取。

④空間查詢與空間分析功能

包括拓撲空間查詢、緩沖區(qū)分析、疊置分析、空間集合分析、地學分析、數(shù)字高程模型的建立、地形分析等。

⑤二次開發(fā)和編程功能

用戶可以在自己的編程環(huán)境中調(diào)用GIS的命令和函數(shù)，或者GIS 系統(tǒng)將某些功能做成專門的控件供用戶開發(fā)使用。

⑥應(yīng)用功能

包括資源管理、區(qū)域規(guī)劃、國土監(jiān)測和輔助決策等。

(1) 基礎(chǔ) GIS 軟件

①功能分類表

a.ArcGIS

ArcGIS 包括ArcReader、ArcView、ArcEditor 及ArcInfo四個產(chǎn)品。ArcReader用來瀏覽、查詢PMF數(shù)據(jù)文件;ArcView提供了全面的制圖、數(shù)據(jù)使用、分析以及簡單的數(shù)據(jù)編輯和空間處理工具;ArcEditor除了包括了 ArcView中的所有功能之外，還包括了對Shapefile和Geodatabase的高級編輯工能，此外ArcEditor還具有管理存儲在Microsoft SOLServer Express 中 ArcSDE Geodatahase的能力:Arcnfo是一個全功能的旗艦式GIS卓而產(chǎn)品，擴充了AreView和ArcEditor的高級空間處理功能，還包括傳統(tǒng)的 Arclnfo Workstation 應(yīng)用程序。

b.GeoMedia

GeoMedia空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，便于建立地理空間目標的自動綜合，實現(xiàn)多進程、多線程、內(nèi)存緩沖、快速索引、數(shù)據(jù)的完整性、一致性、分布性、并發(fā)控制、安全與恢復(fù)等特性:內(nèi)嵌關(guān)系數(shù)據(jù)庫引警，用戶建立的 GIS數(shù)據(jù)庫與其它系統(tǒng)可以進行實現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)共享和交流:GeoMedia實現(xiàn)了多源數(shù)據(jù)的無縫集成，可以將多個GIS 數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)直接讀取。

3.?試說明地理信息系統(tǒng)的基本分析功能與應(yīng)用模型之間的區(qū)別和聯(lián)系是什么?

答:(1)GIS 的基本分析功能

①疊合分析

疊合分析通過將同一地區(qū)若干個不同數(shù)據(jù)層相疊合，不僅建立新的空間數(shù)據(jù)，而且能將輸入的屬性數(shù)據(jù)予以合并。

②緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是在點、線或面等不同實體周圍建立一定寬度的緩沖多邊形，以確定不同地理要素的空間鄰近性或其影響范圍。

③數(shù)字地形分析

數(shù)字地形是地理信息系統(tǒng)中地形起伏的數(shù)字化表達和存儲形式，其中，數(shù)字高程模型是常見的一種數(shù)字地形。

(2)分析功能與應(yīng)用模型的區(qū)別和聯(lián)系①聯(lián)系

地理信息系統(tǒng)分析功能是基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)按照一定規(guī)律或者參數(shù)進行計算得出的結(jié)構(gòu)，這些規(guī)律和參數(shù)可以構(gòu)成一個應(yīng)用模型，比如降雨量計算模型和風力強度計算模型等。

②區(qū)別

應(yīng)用模型很多是專業(yè)領(lǐng)域的模型，其表現(xiàn)可以是參數(shù)表格也可以是圖標或計算公式，不利干地理信息這種要與地理坐標想聯(lián)系，并目需要特殊的可視化效果的信息分析與表達。因此，要構(gòu)建適合干地理信息分析和表達的應(yīng)用模型就要把如氣象農(nóng)業(yè)等行業(yè)應(yīng)用模型轉(zhuǎn)變或者結(jié)合地理信息做成與空間信息相連接的模型應(yīng)用于分析。

4.根據(jù)你的了解，闡述地理信息系統(tǒng)的相關(guān)學科及關(guān)聯(lián)技術(shù)，并就地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)理論的建立和發(fā)展問題，發(fā)表你的意見和觀點。

答:(1)與其他相關(guān)學科系統(tǒng)間的關(guān)系

①GIS 與地圖學

GIS是以地圖數(shù)據(jù)庫(主要來自地圖)為基礎(chǔ)，其最終產(chǎn)品之一也是地圖，因此它與地圖有著極密切的關(guān)系。 GIS 是地圖學理論、方法與功能的延伸，它們都是空間信息處理的學科，地圖學強調(diào)圖形信息傳輸，而GIS 則強調(diào)空間數(shù)據(jù)處理與分析，地圖學與GIS之間的聯(lián)系是通過地圖可視化工具與他們的潛力來增強GIS的數(shù)據(jù)綜合和分析能力。

②GIS與一般事務(wù)數(shù)據(jù)庫

GIS離不開數(shù)據(jù)庫技術(shù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要通過屬性來管理和檢索，但一般沒有空間概念，能夠處理空間數(shù)據(jù)。

③GIS與計算機地圖制圖

計算機地圖制圖技術(shù)的發(fā)展對GIS的產(chǎn)生起了促進作用，又反過來為地圖GIS制圖提供了現(xiàn)代化的先進技術(shù)手段。數(shù)字地圖是GIS 的數(shù)據(jù)源，也是GIS的表達形式，計算機地圖制圖是GIS的重要組成部分。

④GIS與計算機輔助制圖(CAD)

GIS處理的多為自然目標，CAD處理的多為規(guī)則幾何圖形及其組合。GIS的屬性庫內(nèi)容結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強大，圖形屬性的相互作用十分頻繁，且多具有專業(yè)化特征。

(2)對GIS發(fā)展的觀點

GIS技術(shù)的發(fā)展不是孤立進行的，而是在與其他相關(guān)學科相萬聯(lián)系的過程中實現(xiàn)的，所以，未來GIS的發(fā)展，離不開相關(guān)學科的理論支持，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為一門綜合的學科，只有在與相關(guān)學科的相互借鑒中才能繼續(xù)深入發(fā)展。

5.地理信息系統(tǒng)可應(yīng)用于哪些領(lǐng)域?根據(jù)你的了解論述地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展前景。答:(1)地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

地理信息系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境評估、災(zāi)害預(yù)測、國土管理、城市規(guī)劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設(shè)施管理、農(nóng)林牧業(yè)、統(tǒng)計、商業(yè)金融等幾乎所有領(lǐng)域。

①資源管理

主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域，解決農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域各種資源(如土地、森林、草場)分布、分級、統(tǒng)計、制圖等問題。

②資源配置

GIS在這類應(yīng)用中的目標是保證資源的最合理配置和發(fā)揮最大效益。

③城市規(guī)劃和管理

空間規(guī)劃是GIS的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，城市規(guī)劃和管理是其中的主要內(nèi)容。

④土地信息系統(tǒng)和地籍管理

十地和地籍管理涉及十地使用性質(zhì)變化、地塊輪變化、地籍權(quán)屬關(guān)系變化等許多內(nèi)容，借助GIS技術(shù)可以高效、高質(zhì)量地完成這些工作。

⑤生態(tài)、環(huán)境管理與模擬

區(qū)域生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境現(xiàn)狀評價、環(huán)境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環(huán)境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的決策支持、環(huán)保設(shè)施的管理、環(huán)境規(guī)劃等。

⑥應(yīng)急響應(yīng)

解決在發(fā)生洪水、戰(zhàn)爭、核事故等重大自然或人為災(zāi)害時，如何安排最佳的人員撤離路線、并配備相應(yīng)的運輸和保障設(shè)施的問題。

⑦商業(yè)與市場

商業(yè)設(shè)施的建立要充分考慮其市場潛力，地理信息系統(tǒng)的空間分析和數(shù)據(jù)庫功能可以解決這些問題。房地產(chǎn)開發(fā)和銷售過程中也可以利用GIS 功能進行決策和分析。

(2)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展前景

隨著地理信息科學的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U展，橫向和縱向協(xié)調(diào)發(fā)展，GIS 的空間分析能力將大大提高。

6.你對地理信息系統(tǒng)社會化的發(fā)展趨勢是怎么理解的?

答:地理信息系統(tǒng)的社會化是指 GIS技術(shù)用已經(jīng)深入到社會公共生活的領(lǐng)域，與人們生活密切相關(guān)。大眾化是社會化的主要方面，它是指GIS技術(shù)已經(jīng)融入到人們的日常生活中，改變著人們的生活。利用 GIS 可以把空間信息按坐標組織起來，講而分析其空間分布規(guī)律，進行決策支持，數(shù)字地球是GIS會化的占。公眾在日常生活中使用著地理信息系統(tǒng)，如汽車導(dǎo)航，旅游等。GIS應(yīng)用和其他應(yīng)用緊密結(jié)合在一起，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠?。從?yīng)用角度來看，GIS的會化意味著每個人都可以方便的使用其功能。從應(yīng)用開發(fā)角度看，GIS 社會化的標志是GIS 產(chǎn)業(yè)的形成和分化，形成專門的數(shù)據(jù)生產(chǎn)廠商。

7.理信息系統(tǒng)的個要發(fā)展，它們的標志性進展及其對地理信息系統(tǒng)發(fā)展的影響。

答:(1)地理信息系統(tǒng)開拓期萌芽

二十世紀60年代計算機廣泛應(yīng)用，1963年RogerTomlinson開創(chuàng)了世界上第一個地理信息系統(tǒng)即加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)，Tomlinson被譽為地理信息系統(tǒng)之父。

(2)地理信息系統(tǒng)的鞏固和發(fā)展期

二十世紀70年代，計算機發(fā)展到第三代，推出了大容量直接存取設(shè)備-磁盤，而且通過計算機屏幕直接監(jiān)視數(shù)字化操作，ESRI公司開發(fā)了著名的ArcInfo軟件，這一個階段還先后召開了一系列地理信息的國際學術(shù)討論會。

(3)地理信息系統(tǒng)技術(shù)的大發(fā)展時期

二十世紀80年代，由于第四代計算機推出，促進了地理信息系統(tǒng)技術(shù)提高，先后開發(fā)出了ArcInfoGenqmp Microstation、System9等地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件，1987年美國成立了國家地理信息與分析中心(NCGIA)，地理信息系統(tǒng)開始用于解決全球化問題。

(4)地理信息系統(tǒng)普及時代

一十世紀90年代，地理信息系統(tǒng)被認為一種通用的地理信息技術(shù)工具被廣泛應(yīng)用，美國前副總統(tǒng)提出了“數(shù)字地球”這一概念。

(5)地理信息系統(tǒng)社會服務(wù)階段

二十一世紀，地理信息系統(tǒng)正在走進千家萬戶，地理信息系統(tǒng)與英特網(wǎng)結(jié)合實現(xiàn)了人類社會巨大資源共享，網(wǎng)絡(luò) GIS，移動 GIS 逐漸普及。

8.給出“Geomatics”一詞的定義。如何理解“Geo”和“matics”的含義?“Geomatics”的出現(xiàn)有什么意義?

答:(1)Geomatics的定義

Gcomatics是指利用各種手段，通過一切途徑來獲取和管理有關(guān)空間基礎(chǔ)信息的空間數(shù)據(jù)部分的科學技術(shù)領(lǐng)域。

(2)“Geo”和“matics”的含義

Geo是地理的意思，matics是數(shù)據(jù)的意思。Geomatics的出現(xiàn)反映了現(xiàn)代測繪科學、遙感和地理信息系統(tǒng)與現(xiàn)代計算機和信息科學相結(jié)合的多學科集成，以滿足對空間信息要求的發(fā)展趨勢。信息是向人們或機器提供關(guān)于現(xiàn)實世界各種事實的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體的物理形式的各種改變而改變。

(3)“Geomatics”出現(xiàn)的意義

Geomatics反映了傳統(tǒng)測繪科學與遙感、地理信息系統(tǒng)、多媒體通訊等現(xiàn)代計算機科學和信息科學的集成，標志著推動地球科學研究從定性走向定量、從模擬走向數(shù)字、從孤立靜止走向整休動態(tài)乃至實時的信息化過程。

1.3 名?？佳姓骖}詳解

一、名詞解釋

1.地理信息【江西師范大學 2014 年研】

答:地理信息是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律等的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱:它屬于空間信息，具有空間定位特征、多維結(jié)構(gòu)特征和動態(tài)變化特征。

2.地理數(shù)據(jù)【西北大學 2012 年研】

答:地理數(shù)據(jù)是以地球表面空間位置為參照，描述自然、社會和人文景觀的數(shù)據(jù)，主要包括數(shù)字、文字、圖形、圖像和表格等。地理數(shù)據(jù)可分為空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、時態(tài)數(shù)據(jù)。

3.客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)【南京大學 2001年研】

答:客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)是一種分布式計算機體系結(jié)構(gòu)，充分利用中央處理機和服務(wù)器，采用智能終端，把數(shù)據(jù)和程序放在服務(wù)器上，工作業(yè)務(wù)專門化，每臺計算機可專門設(shè)置一種功能，可把應(yīng)用分為前、后臺放在計算機上，在網(wǎng)絡(luò)上只傳遞請求和應(yīng)答，而不是大量的程序和數(shù)據(jù)，這樣也減少了網(wǎng)絡(luò)通信量。

二、簡答題

1根據(jù)所學專業(yè)，說出 GIS和云計算的關(guān)系和發(fā)展趨勢?！竟枮I師范大學 2012年研】

答，云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的，按需的網(wǎng)絡(luò)訪問， 進入可配置的計算資源共享池(資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲，應(yīng)用軟件，服務(wù))，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進行很少的交互。

云計算前景是非常廣闊的，但它還是一項發(fā)展中的技術(shù)，必須慎重考慮它對軟件開發(fā)的有利方面和不利因素。下面從成本和實施步驟等方面進行探討從成本上看，云計算的優(yōu)勢就是能夠大大地降低成本，這對于GIS軟件開發(fā)組織特別是中小企業(yè)來說，在硬件設(shè)施和軟件工具等方面將大大降低開發(fā)費用。但對云計算GIS服務(wù)商來說，在建設(shè)云計算基礎(chǔ)設(shè)施時需要較大的投入，如能利用已有設(shè)施和工具，這項成本也可以降低，而大量的企業(yè)進入云計算的GIS軟件開發(fā)亦可進一步分攤成本。

關(guān)于GIS與云計算的融合也是可觀的，地理信息系統(tǒng)是以計算機軟硬件系統(tǒng)的支持為基礎(chǔ)，對各種形式的地理數(shù)據(jù)進行采集、存儲、操作、運算、分析、描述和顯示的集成系統(tǒng)GIS的應(yīng)用，需要采集海量的基本地理空間信息，并對這些信息進行存儲、管理、分析等操作。GIS的基本功能中對地理信息數(shù)據(jù)的存儲和處理非常重要。這就帶來兩個重要的基本問題。其一，是如何對海量的地理信息數(shù)據(jù)進行存儲;其二，如何滿足對地理信息

數(shù)據(jù)進行處理的計算能力的需求。在此基礎(chǔ)上，還需要進一步對GIS系統(tǒng)可靠性等方面提出了更高的要求。根據(jù)已有的研究，可以發(fā)現(xiàn)，GIS 對于計算和存儲具有以下的要求:

((1)存儲能力需求。GIS的實現(xiàn)需要存儲海量的地理信息數(shù)據(jù)及其關(guān)系信息，對數(shù)據(jù)存儲能力要求高。

(2)計算能力需求。GIS的應(yīng)用領(lǐng)域往往要求GIS能夠?qū)Φ乩硇畔?shù)據(jù)進行高速的處理和實時的顯示，對計算能力的要求很高。

(3)數(shù)據(jù)可靠性需求。GIS的數(shù)據(jù)及其處理結(jié)果是大量工作的結(jié)果，對于GIS的高效應(yīng)用具有至關(guān)重要的作用。因此需要提供可靠性保障。GIS對計算、存儲和可靠性均由較高的要求。將這些要求與云計算的特點相比較，可以發(fā)現(xiàn)，云計算所提供的服務(wù)能夠很好地滿足GIS的需要。相據(jù)上述分析，計算能夠應(yīng)用于GIS，為 GIS 提供基本的服務(wù)。兩者的融合既是技術(shù)發(fā)展的需要，也是業(yè)務(wù)應(yīng)用擴展的大勢所趨。

2、簡述常規(guī)地理信息系統(tǒng)的硬件組成，數(shù)據(jù)外理設(shè)備，數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，數(shù)據(jù)輸出設(shè)備，各舉兩例說明其功能和用途?！灸暇┐髮W 2008 年研]】

答:(1)數(shù)據(jù)處理設(shè)備

數(shù)據(jù)外理設(shè)備是地理信息系統(tǒng)硬件的主體，作為系統(tǒng)硬件的核心，它包括從服務(wù)器到圖形工作站、微機等各種形式的計算機，可用作數(shù)據(jù)的外理、管理與計算。例如圖形工作站和客戶機服務(wù)器系統(tǒng)。圖形工作站是一種具備強大的數(shù)據(jù)運算與圖形、圖像處理能力的高性能微型計算機?？蛻魴C/服務(wù)器系統(tǒng)是計算機網(wǎng)絡(luò)中重要的分布式體系結(jié)構(gòu)，服務(wù)器是整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中負責提供管理、計算和存儲等功能的核心計算機，多臺客戶機各自外理

相應(yīng)的任務(wù)，共同實現(xiàn)完整的應(yīng)用。

(2)數(shù)據(jù)輸入設(shè)備

數(shù)據(jù)輸入設(shè)備的作用是將地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字的形式存入計算機，以便進行處理和分析計算等工作。例如數(shù)字化儀和數(shù)字測量設(shè)備。數(shù)字化儀電電磁威應(yīng)板，游標和相應(yīng)的電子線路組成。數(shù)字測量設(shè)備主要是地理數(shù)據(jù)的采集設(shè)備，通常有數(shù)字攝影測量工作站、全球定位系統(tǒng)(GPS)等。

(3)數(shù)據(jù)輸出設(shè)備

數(shù)據(jù)輸出設(shè)備的作用是為地理信息系統(tǒng)軟件提供用戶操作的界面，并把地理信息系統(tǒng)的最終成果展現(xiàn)給用戶。例如打印機和計算機顯示器。打印機用于成果如圖表圖像等的打印。計算機顯示器是地理信息系統(tǒng)的主要圖形交互操作人機界面。

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